Arsitektur Ground Control Station (GCS): Dual Virtual Joystick & Failsafe RTH Otomatis
Dokumentasi implementasi WebSockets MAVLink v2, modulasi dual virtual joystick pada layar sentuh smartphone, dan mekanisme proteksi kehilangan sinyal telemetri 915 MHz.
Spesifikasi Subsistem Kendali GCS
| Protokol Komunikasi | MAVLink v2 over UDP / WebSockets (Port 14550) |
| Frekuensi Tautan Data | 915 MHz FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) |
| Baud Rate Serial ESP32 | 115,200 bps (UART0 / DMA Buffer 512B) |
| Ambang Batas Timeout RTH | 3.500 ms (3,5 detik tanpa heartbeat) |
| Ketinggian Jelajah Failsafe RTH | 45,0 meter AGL (Above Ground Level) |
1. Prinsip Desain Dual Virtual Joystick pada Smartphone
Ground Control Station smartphone Heli Drone HD-918i Turbo meniadakan transmitter fisik berukuran besar. Sistem menggantinya dengan antarmuka web berbasis HTML5 Touch Events dan WebGL raycasting. Pendekatan ini memberikan latensi input di bawah 18 milidetik pada jaringan Wi-Fi ad-hoc atau modul radio telemetri 915 MHz.
Sistem kendali menerapkan konfigurasi Mode 2 standar penerbangan helikopter:
- Joystick Kiri (Sumbu Vertikal): Mengatur collective pitch bilah rotor dan putaran mesin (Throttle). Input diterjemahkan menjadi nilai 0% hingga 100%. Titik tengah (50%) mengunci status altitud pada mode GPS Pos-Hold.
- Joystick Kiri (Sumbu Horizontal): Mengatur sudut pitch rotor ekor (Rudder / Yaw rate). Pergeseran horizontal mengendalikan laju rotasi bodi helikopter antara -45 deg/detik hingga +45 deg/detik.
- Joystick Kanan (Sumbu Vertikal & Horizontal): Mengatur sudut swashplate siklik (Cyclic Pitch dan Roll). Sumbu maju-mundur mengontrol pergerakan longitudinal, sedangkan sumbu kiri-kanan mengontrol translasi lateral.
│ (TouchMove Event, Normalisasi Vektor -1.0 s.d. +1.0)
▼
[WebSockets Packetizer (JSON / Binary MAVLink v2)]
│ RC_CHANNELS_OVERRIDE (Paket 14550)
▼
[Modul Radio Telemetri 915 MHz Ground Station]
│ Gelombang Radio FHSS (Daya 500 mW, 25 Km LOS)
▼
[Receiver Onboard HD-918i] ──► [ESP32 RTOS Flight Controller] ──► [Servo Swashplate & ESC]
2. Algoritma Peredam Deadzone dan Normalisasi Gerak
Layar sentuh kapasitif memiliki fluktuasi mikroskopis akibat getaran tangan operator di lapangan terbuka. Tanpa filter, nilai collective pitch bergetar dan membebani motor servo swashplate. GCS HD-918i menerapkan filter deadzone sirkular 8% dan fungsi respon polinomial orde dua:
Persamaan ini memastikan gerakan kecil di sekitar titik pusat menghasilkan respons halus untuk hovering stabil. Ketika operator menggeser joystick melebihi radius 70%, respons kurva meningkat tajam guna memberikan kemampuan manuver darurat secara presisi.
3. Protokol Failsafe Return To Home (RTH) Otomatis
Kehilangan sinyal kontrol radio dapat terjadi akibat interferensi medan elektromagnetik, terhalang bukit curam, atau kehabisan daya baterai smartphone ground station. ESP32 Flight Controller menjalankan thread pengawas independen (FreeRTOS Task Watchdog) yang memverifikasi kedatangan paket HEARTBEAT MAVLink setiap 500 milidetik.
Tiga tahap mitigasi berlangsung secara otomatis jika paket kontrol terputus:
Fase 1: Kunci Posisi dan Hovering Darurat (Detik 0.0 s.d. 3.5)
Flight controller mengabaikan input joystick terakhir dan mengunci koordinat GPS RTK saat itu. Helikopter mempertahankan ketinggian dan arah hadap angin menggunakan algoritma barometer fusion serta IMU redundan.
Fase 2: Koreksi Ketinggian Jelajah RTH (Detik 3.5 s.d. 8.0)
Jika helikopter berada di bawah ketinggian batas aman (45 meter AGL), sistem menaikkan collective pitch bilah rotor hingga ketinggian 45 meter tercapai. Langkah ini mencegah benturan dengan pepohonan atau kontur tanah perbukitan.
Fase 3: Navigasi Otonom ke Titik Home dan Pendaratan (Landing)
Helikopter memutar arah hidung (yaw) menghadap koordinat lepas landas (Home Coordinates), kemudian terbang lurus dengan kecepatan konstan 12 m/s. Begitu tiba tepat di atas titik koordinat Home pada radius 2 meter, helikopter melakukan descending dengan kecepatan turun 0,6 m/s hingga sensor laser LiDAR mendeteksi permukaan tanah pada ketinggian 0,5 meter, disusul pemutusan rotasi mesin secara aman.
Sebelum menyalakan mesin Rotax 918i, pilot wajib memastikan status satelit RTK GNSS pada GCS menunjukkan status FIX 3D dengan jumlah minimal 16 satelit dan nilai HDOP di bawah 0.9. Titik koordinat Home otomatis tersimpan saat throttle diputar ke posisi arming pertama kali.
4. Kesimpulan Hasil Evaluasi
Pengujian simulasi pemutusan sinyal paksa sebanyak 25 kali pada jarak 5 km hingga 12 km menunjukkan tingkat keberhasilan aktivasi RTH sebesar 100%. Deviasi titik mendarat rata-rata tercatat sebesar 14 sentimeter dari koordinat awal berkat koreksi stasiun basis RTK GNSS. Integrasi antarmuka GCS smartphone dan sistem failsafe mandiri ini menyederhanakan logistik misi lapangan tanpa mengurangi standar keselamatan dirgantara.