Prinsip kerja sistem radar FMCW (bagian 3 proses pembuatan)


Selamat datang para pembaca. Ini tulisan ke 3 dari entah dari berapa tulisan yang akan saya buat. Bukan berarti tidak terencana tapi ternyata, dalam proses pembuatan, banyak yang ingin saya tulis dan bagikan untuk banyak orang meskipun tulisan seperti ini tidak begitu laris utuk orang-orang di Indonesia. Intinya tetap konsisten menulis apa yang saya suka. Saya hanya ingin menjadi salah satu orang yang menyumbangkan ilmu dan pengalaman (meskipun belum sempurna) untuk orang-orang di Indonesia yang memang berniat cari ilmu seperti semua yang saya tulis di blog ini. Karena berdasarkan pengalaman, cukup jarang orang-orang Indonesia yang menulis seperti apa yang saya tulis. Jadi setidaknya saya menyediakan sedikit informasi untuk orang-orang Indonesia yang kebetulan mencari topik ini.

Sekarang saya akan menulis tentang cara koneksi antar komponen pada proses pembuatan FMCW radar. Untuk skema rangkaian dan letak komponen papan pcb sudah saya sediakan pada link dibawah ini

http://bit.ly/FMCW_radar

Saya akan upload setiap update, foto, dan juga saya sediakan read me.txt untuk instruksi pada proses pembuatan dan pengujian. Saya sangat  menyarankan untuk membaca dokumen read me.txt dulu dan meniru apa yang sudah dikerjakan supaya mudah untuk periksa jika ada kesalahan. Tetapi jika sudah yakin dan mahir dalam dunia seperti ini, saya persilahkan langsung memodifikasi apa yang sudah dibuat. Saya tegaskan lagi bahwa ilmu dan pengalaman yang tertuang di blog ini GRATIS. Meskipun dalam kenyataannya saya dan tim menghabiskan banyak waktu, tenaga, pikiran, dan tentunya uang. Baik, langsung ke inti tulisan.

Pertama saya akan lampirkan gambar shield untuk Arduino UNO serta pin yang digunakan seperti di bawah ini.

Arduino

Pada shield ini ada beberapa header yang harus dihubungkan dengan jumper. Untuk header mana saja yang harus dihubungkan sudah saya tulis di read me.txt yang ada di dalam masing-masing folder. Untuk gambar di atas, ada 3 pin yang saya nilai sangat penting. Seperti yang sudah saya jelaskan pada tulisan sebelumnya, tanda panah hijau menunjukkan pin keluaran ramp Arduino yang telah dikuatkan. Hubungkan pin tersebut ke Vtune VCO untuk memodulasi frekuensinya. Sedangkan tanda panah merah adalah pin ramp dari Arduino UNO. Pin ini untuk cek apakah ramp yang dihasilkan UNO sudah benar atau belum dan tidak dihubungkan dengan komponen apapun. Selanjutnya tanda panah biru adalah pin trigger atau pemicu mulai proses sampling ADC yang dilakukan Arduino DUE. Pin yang ditunjukkan tanda panah biru ini dihubungkan dengan ANALOG_IN 1 pada shield Arduino DUE seperti gambar di bawah ini.

Arduino

Shield Arduino DUE ini berfungsi sebagai penguat, filter, dan konverter tegangan sinyal yang berasal dari mixer. Sinyal yang sudah dikuatkan dan melewati filter dapat diamati dengan menghubungkan probe osiloskop pada ANALOG_IN 0. Sinyal tersebut merupakan sinyal yang dicuplik (sampling) oleh ADC Arduino DUE untuk diproses pada komputer. Sudah pasti komponen yang digunakan dalam membuat sistem membutuhkan catu daya. Pada tulisan sebelumnya saya sudah jelaskan jika sistem ini menggunakan catu daya +12V dan +5V. Untuk mendistribusikan pasokan energi, saya membuat power divider sederhana seperti di bawah ini.

Power spillter

Saya buat dari pcb matriks karena tidak membutuhkan rangkaian khusus. Terlihat tidak rapi tapi yang penting bisa mendistribusikan pasokan listrik. Jadi keluaran catu daya utama (lihat tulisan sebelumnya bagian ke 2) saya hubungkan dengan 4 pin seperti pada gambar. Setelah itu saya solder bagian bawahnya untuk disambungkan ke masing-masing pin yang lain. Di gambar atas juga ada Vtune yang ditunjukkan tanda panah biru. Sebenarnya keluaran ramp DAC tidak langsung saya hubungkan dengan Vtune VCO, tapi saya sambungkan ke pcb di atas dulu setelah itu saya sambungkan ke pin yang khusus untuk VCO. Alasannya biar lebih rapi saja, karena dengan begini semua kabel dari masing-masing komponen bisa masuk ke konektor yang sama. Jika dipasang akan menjadi seperti gambar di bawah ini.

Power divider

Kabel kuning, merah, dan hitam seperti di gambar berasal dari catu daya. Sekarang saya lampirkan juga foto koneksi sistem seperti di bawah ini.

FMCW radar

Mari kita simak gambar sistem di atas. Berikut ini urutan proses yang terjadi

  1. Gelombang RF dihasilkan oleh VCO, melewati attenuator,amplifier, dan splitter. Sebagian energi gelombang dialirkan menuju antena Tx (tanda panah hitam) dan sebagian lainnta ke mixer sebagai referensi.
  2. Gelombang RF yang dipancarkan Tx akan dipantulkan objek dan diterima oleh antena Rx, dialirkan ke amplifier, dan mixer. Gelombang referensi dari splitter dan Rx dikalikan dengan mixer (gambar antena ada di tulisan pertama). Hasilnya dialirkan ke masukan shield Arduino DUE untuk dikuatkan, filter, dan konversi level tegangan kemudian masuk ADC DUE.
  3. Data ADC dari DUE dikirim ke komputer lewat kabel USB yang tampat terikat kawat warna putih seperti gambar di atas. Kabelnya sengaja saya lepas supaya koneksi komponen RF terlihat lebih jelas.
  4. Setelah data diterima komputer maka dilakukan operasi FFT dan frekuensi yang didapatkan digunakan untuk menghitung jarak.

Oh ya, konektor yang digunakan pada box itu konektor SMA male-male. Jadi biar gampang bongkar pasang dan nggak perlu solder. Untuk kabel yang digunakan untuk mengalirkan gelombang frekuensi tinggi saya gunakan kabel koasial RG316. Fotonya seperti dibawah ini.

Coaxial

Nah itu kelihatan ada konektor SMA. Foto di bawah ini waktu saya sambungkan konektor dengan kabelnya.

Coaxial

Itu yang hitam adalah heat shrink. Jadi nanti kalau dipanaskan akan menyusut sedangkan yang berwarna silver itu penjepitnya. Maaf saya tidak menampilkan cara pembuatan kabelnya karena bukan fokus utama tulisan. Bisa cari di youtube kalau mau buat kabel seperti ini. Hasil jadinya seperti di bawah ini.

Coaxial

Coaxial

Ada benda seperti tang dengan gagang warna jingga itu disebut crimping tool. Jadi yang berwarna silver tadi dijepit pakai crimping tool dan kabelnya tidak lepas lagi. Itu yang ada diplastik kelengkapan konektornya. 1 konektor ada 4 komponen yang harus dipasang.

Jadi kerjaannya masih terlihat berantakan karena masih prototipe. Nanti pasti akan ada improvisasi, sudah direncakanan dan silahkan ditunggu saja hehehe. Kira-kira begitu gambaran umum cara kerja radar ini. Dalam waktu dekat ini saya akan uji coba lagi sistem yang sudah di buat. Sekali lagi, silahkan unduh dan modifikasi apa yang sudah kami buat. Semuanya ilmu yang ditulis disini gratis, kecuali kalau mau beli komponennya. Nanti kalau kurang jelas (sepertinya banyak), silahkan saja tinggalkan pertanyaan di kolom komentar atau kirim email. Sepertinya cukup segini aja untuk tulisan kali ini, tidak terlalu panjang.

Sumber:

Merrill I Skolnik. Radar Handbook Thrid Edition.2008. McGraw Hill

Merrill I.Skolnik. Introduction to Radar Systems.1980.McGraw Hill

https://www.researchgate.net/profile/Andriyan_Suksmono/publication/309390315_Design_and_Realization_of_Multi-Wide-Band_FMCW_Radar_for_Educational_Purposes/links/580d9e0f08ae74852b63cd91.pdf?origin=publication_list

One thought on “Prinsip kerja sistem radar FMCW (bagian 3 proses pembuatan)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s