Terbit online pada laman web jurnal: http://journal.
id/index.
php/JASENS JOURNAL OF APPLIED SMART ELECTRICAL
NETWORK AND SYSTEMS (JASENS)
Vol.
6 No.
17 - 23
ISSN Media Elektronik: 2723-5467 Peningkatan Akurasi Kontrol Arah Kapal Menggunakan Sensor Kompas BNO055 Dwi Agus Setiyono1.
Afif Zuhri Arfianto2 .
Dimas Pristovani Riananda3.
Agus Khumaidi4.
Noorman Rinanto5 .
Zindhu Maulana Ahmad6 Teknik Otomasi.
Teknik Kelistrikan Kapal.
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya 36Teknik Kelistrikan Kapal.
Teknik Kelistrikan Kapal.
Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya dwiagus10@student.
id, 2afif@ppns.
id, 3dimaspristovani@ppns.
id, 4aguskhumaidi@ppns.
noormanrinanto@ppns.
id, 6zindhu@ppns.
Abstract The accuracy of a ship's heading measurement is an important element in ensuring the ship moves towards its destination precisely and safely.
One of the key parameters in this system is the ship's heading, which indicates the direction of the ship relative to a specific reference point, such as magnetic north.
However, heading measurements are often affected by environmental disturbances, magnetic interference and sensor calibration errors, which can degrade measurement accuracy.
This research proposes the use of the BNO055 sensor, which combines an accelerometer, gyroscope and magnetometer in a single module to measure ship orientation in three dimensions.
An STM32 microcontroller is used to process the data from the BNO055 sensor and calculate the ship's heading and relative bearing with high precision.
The calculation results are then displayed on the Nextion Display, providing visual information needed by the user.
Test results show that the system provides high accuracy, with an average percentage error of 0.
002% for heading and 0.
208% for angle.
The system can steer the ship with high precision, despite magnetic field disturbances.
Thus, this BNO055 and STM32-based system is expected to improve efficiency and accuracy in ship direction measurement applications.
Keywords: BNO055, ship navigation system, heading, dan relative bearing.
Abstrak Keakuratan pengukuran heading kapal merupakan elemen penting dalam memastikan kapal bergerak menuju tujuan dengan tepat dan aman.
Salah satu parameter utama dalam sistem ini adalah heading kapal, yang menunjukkan arah kapal relatif terhadap titik acuan tertentu, seperti utara magnetik.
Namun, pengukuran heading sering kali terpengaruh oleh gangguan lingkungan, interferensi magnetik, dan kesalahan kalibrasi sensor, yang dapat menurunkan akurasi pengukuran.
Penelitian ini mengusulkan penggunaan sensor BNO055, yang menggabungkan akselerometer, giroskop, dan magnetometer dalam satu modul untuk mengukur orientasi kapal secara tiga dimensi.
Mikrokontroler STM32 digunakan untuk memproses data dari sensor BNO055 dan menghitung heading kapal serta relative bearing dengan presisi tinggi.
Hasil perhitungan kemudian ditampilkan pada Nextion Display, memberikan informasi visual yang dibutuhkan oleh pengguna.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa sistem ini memberikan akurasinya tinggi, dengan persentase error rata-rata sebesar 0.
002% untuk heading dan 0.
208% untuk sudut.
Sistem ini dapat mengarahkan kapal dengan presisi tinggi, meskipun ada gangguan medan Dengan demikian, sistem berbasis BNO055 dan STM32 ini diharapkan dapat meningkatkan efisiensi dan akurasi dalam aplikasi pengukuran arah kapal.
Kata kunci: BNO055, sistem navigasi kapal, heading, dan relative bearing.
Diterima Redaksi :30-04-2025 | Selesai Revisi : 20-05-2025 | Diterbitkan Online : 30-06-2025 Pendahuluan Navigasi yang akurat merupakan salah satu elemen penting dalam operasi kapal, terutama dalam relatif terhadap titik acuan tertentu, seperti utara memastikan bahwa kapal dapat bergerak ke tujuan yang magnetik atau geografis .
Ketepatan dalam tepat dan aman.
Dalam berbagai aplikasi navigasi, baik di laut maupun di darat, pengukuran orientasi dan arah mengarahkan kapal ke tujuan yang diinginkan.
Salah kapal memegang peran yang sangat penting.
Salah satu satu tantangan dalam mengukur heading secara akurat parameter yang sangat penting dalam sistem navigasi adalah pengaruh faktor eksternal seperti interferensi Dwi Agus Setiyono1.
Afif Zuhri Arfianto2 .
Dimas Pristovani Riananda3.
Agus Khumaidi4.
Noorman Rinanto5 .
Zindhu Maulana Ahmad6 Journal of Applied Smart Electrical Network and System (JASENS ) Vol .
6 No.
magnetik, gangguan lingkungan, dan kesalahan yang akurat.
Setelah kalibrasi selesai, sensor BNO055 kalibrasi sensor yang dapat mengurangi keakuratan mulai membaca arah kapal atau heading kapal terhadap pengukuran .
Untuk mengatasi tantangan tersebut, utara magnetik.
Sistem kemudian memverifikasi sensor kompas seperti BNO055 menjadi pilihan yang apakah sudut heading kapal telah terbaca dengan benar.
semakin populer.
Sensor BNO055 yang digunakan Jika pembacaan belum berhasil, proses akan diulang, merupakan modul Inertial Measurement Unit (IMU) namun jika sudah terbaca, sensor BNO055 yang menggabungkan akselerometer, giroskop, dan mengirimkan data heading kapal ke mikrokontroler magnetometer untuk menyediakan data orientasi tiga STM32.
Mikrokontroler ini memproses data yang dimensi secara real-time .
Keunggulan utama dari diterima untuk menghitung relative bearing kapal.
sensor ini adalah kemampuannya untuk memberikan Setelah pemrosesan.
STM32 mengirimkan nilai data yang presisi mengenai yaw .
rah utar.
, pitch, dan heading kapal yang telah dihitung ke layar Nextion, roll dalam satu perangkat, yang menjadikannya pilihan yang kemudian menampilkan nilai sudut tersebut untuk ideal untuk aplikasi navigasi, termasuk pada kapal .
memberikan informasi visual kepada pengguna.
Proses ini memastikan bahwa sistem navigasi kapal berfungsi Selain pemilihan sensor, pemrosesan data yang cepat dengan baik, memungkinkan pemantauan posisi kapal dan akurat juga sangat penting dalam sistem navigasi.
secara real-time, serta pengambilan data yang tepat dan Untuk itu, mikrokontroler STM32 dipilih dalam efisien.
Alur pengambilan data dapat dilihat pada penelitian ini sebagai pusat pengolahan data.
Gambar 2.
Mikrokontroler STM32 pemrosesan yang cepat dalam mengelola data sensor, sehingga dapat meminimalkan latensi dalam sistem Dengan memanfaatkan STM32, data IMU yang diperoleh dari BNO055 akan diproses untuk menghitung heading kapal dan membandingkannya dengan bearing tujuan yang telah ditentukan .
Metode Penelitian Pada penelitian ini bertujuan untuk mengintegrasikan sensor kompas BNO055 dan mikrokontroler STM32.
Kerangka Penelitian Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini mencakup beberapa tahapan penting, mulai dari identifikasi masalah hingga evaluasi performa sistem.
Dibawah ini merupakan flowchart keseluruhan sistem sebagai landasan penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 2.
Diagram Alir Pengambilan Data Diagram Alir Training Data Proses dimulai dengan pemasukan data sudut, yang mencakup informasi terkait heading kapal dan bearing.
Data ini kemudian diproses menggunakan perhitungan rumus untuk melakukan training data, yang bertujuan untuk menentukan posisi relatif kapal terhadap tujuan.
Setelah perhitungan selesai, hasil training digunakan untuk mengevaluasi apakah relative bearing yang dihitung bernilai positif atau negatif.
Jika relative bearing bernilai positif, sistem memberikan perintah untuk mengarahkan kapal ke kanan.
Sebaliknya, jika relative bearing bernilai negatif, kapal akan diarahkan ke kiri.
Proses ini memastikan bahwa sistem navigasi dapat memberikan perintah yang tepat kepada kapal Gambar 1.
Flowchart Penelitian untuk menuju posisi yang diinginkan.
Setelah itu, sistem siap untuk bekerja berdasarkan perhitungan dan Diagram Alir Sistem Pengambilan Data perintah yang dihasilkan, dan akhirnya, proses Proses pengambilan data dalam sistem navigasi kapal dinyatakan selesai dapat dilihat pada Gambar 3.
dimulai dengan kalibrasi sensor kompas BNO055, yang bertujuan untuk memastikan pembacaan arah kapal Journal of Applied Smart Electrical Network and Systems (JASENS) Dwi Agus Setiyono1.
Afif Zuhri Arfianto2 .
Dimas Pristovani Riananda3.
Agus Khumaidi4.
Noorman Rinanto5 .
Zindhu Maulana Ahmad6 Journal of Applied Smart Electrical Network and System (JASENS ) Vol .
6 No.
Skema Penyambungan Persamaan untuk relative bearing sebagai berikut :
Dalam sistem ini.
STM32 berfungsi sebagai pusat = Oe Ea .
pengolahan data.
Mikrokontroler STM32 menerima data dari sensor kompas BNO055, yang mengukur Nilai heading kapal yang menunjukkan arah hadapnya terhadap Utara kompas (N), sehingga rumus untuk mendapatkan bearing tujuan sebagai berikut pada = 2(X.
Y) .
X = -sini.
cosI2 Y = cosI1.
sinI2-sinI1.
cosI2.
Dimana.
X dan Y adalah dua nilai yang dihitung dari :
Algoritma Pengujian Menggunakan Matlab Script function % Data Input % Perhitungan bearing delta_lambda= lambda2 - lambda1.
bearing = atan2d.
elta_lambd.
) * cos.
), .
) sin.
) sin.
) cos.
) cos.
elta_lambd.
)).
Gambar 3.
Diagram Alir Training Data if bearing < 0 bearing = bearing 360.
orientasi kapal seperti magnetic heading, yaw, dan % Perhitungan relative bearing Data yang diperoleh dari sensor ini digunakan relative_bearing = bearing - heading.
untuk menghitung heading kapal dan relative bearing, % relative bearing > 180 derajat yang penting untuk mengetahui arah kapal relatif if relative_bearing > 180 relative_bearing = relative_bearing - 360.
terhadap utara magnetik.
Mikrokontroler mengolah relative_bearing < -180 data dari sensor, dan hasil pengambilan data kompas elseif relative_bearing = relative_bearing 360.
ditampilkan pada layar LCD, yang memungkinkan end pengguna untuk memantau orientasi kapal secara realtime.
Sistem ini memungkinkan pengambilan data secara mandiri dan visualisasi informasi yang Algoritma ini dirancang untuk menghitung arah kapal menuju tujuan berdasarkan posisi geografis kapal dan dibutuhkan untuk navigasi kapal.
Program dimulai dengan memasukkan data Metode Penentuan Bearing posisi kapal dan target, serta arah kapal saat ini .
Selanjutnya, algoritma menghitung bearing kapal terhadap target menggunakan rumus trigonometri berdasarkan selisih koordinat longitude dan latitude.
Setelah itu, dihitung relative bearing, yaitu seberapa besar perubahan arah kapal yang diperlukan untuk menuju target.
Penyesuaian dilakukan pada bearing dan relative bearing agar hasilnya berada dalam rentang yang sesuai.
Hasil akhir memberikan informasi tentang arah kapal saat ini, arah menuju tujuan, serta instruksi apakah kapal perlu berputar ke kiri atau kanan untuk mencapai tujuan.
Gambar 4.
Visualisasi Heading.
Bearing dan Relative Bearing Journal of Applied Smart Electrical Network and Systems (JASENS) Dwi Agus Setiyono1.
Afif Zuhri Arfianto2 .
Dimas Pristovani Riananda3.
Agus Khumaidi4.
Noorman Rinanto5 .
Zindhu Maulana Ahmad6 Journal of Applied Smart Electrical Network and System (JASENS ) Vol .
6 No.
Spesifikasi Hardware dan Software yang merupakan parameter krusial dalam penentuan heading kapal dengan presisi tinggi .
Ada beberapa komponen untuk pengujian pada Penulis Untuk mengatasi gangguan magnetik yang bersifat mikrokontroler STM32F411CEU6 sebagai komponen dinamis dan tak terduga, sistem ini memanfaatkan penting dalam pengambilan data terintegrasi dengan kemampuan sensor fusion internal BNO055 dari IMU sensor kompas BNO055 9-axis yang menggabungkan (Inertial Measurement Uni.
yang menggabungkan data accelerometer, gyroscope, dan magnetometer dalam dari akselerometer, giroskop, dan magnetometer.
satu modul.
BNO055 dirancang untuk memberikan data Dengan algoritma sensor fusion bawaan BNO055, data orientasi yang akurat dalam berbagai aplikasi, termasuk real-time sistem navigasi.
Dengan menggunakan Nextion memanfaatkan kekuatan masing-masing sensor.
Jika Display, sistem dapat menampilkan nilai data yang terdapat gangguan magnetik pada magnetometer.
IMU diperoleh dari sensor kompas BNO055 secara real-time.
dapat mengandalkan akselerometer dan giroskop untuk Dengan menggunakan tampilan ini, pengguna dapat menjaga kestabilan dan akurasi estimasi orientasi.
memonitor sudut heading kapal.
Hasil dan Pembahasan Tabel 1.
Software dan Hardware Pendukung Hardware Software 1x Power Supply 1x Buck Converter 1x AMS117 Pada bab ini akan dilakukan pembahasan terhadap hasil penelitian dan pengujian yang telah dilakukan.
12 Volt Pengujian ini meliputi data asli heading, perhitungan Input: 24V.
Output: RME dan penerapan metode perhitungan relative bearing kapal berdasarkan data heading yang diperoleh 12V, 5A dari sensor kompas BNO055 serta Experimental Input: 5V.
Ouput:
Position Data.
Spesifikasi
STM32
F411CEU6
ARM
Cortex-M4, 32-bit.
Flash, 128KB RAM
1x Netion Display
HMI,
Touchscreen, 800x480 resolution.
I2C Interface 1x Sensor Kompas BNO055 9-axis Sensor.
I2C
Interface.
A1A
1x Laptop
STM32CUBEIDE
Windows Matlab 2021
RYZEN
RAM
Kalibrasi Sensor Kompas BNO055 Proses kalibrasi sensor kompas BNO055 dalam penelitian ini diimplementasikan melalui metode manual rotation, yang melibatkan rotasi sensor secara sistematis dan terkontrol pada berbagai orientasi Prosedur ini dilaksanakan untuk mengakuisisi data medan magnetik dari beragam arah, sehingga memungkinkan kalkulasi dan kompensasi offset .
fek hard iro.
serta distorsi .
fek soft iro.
yang diinduksi oleh interferensi magnetik lingkungan.
Kalibrasi tersebut menghasilkan peningkatan signifikan pada akurasi dan stabilitas pembacaan magnetometer.
Pengambilan Data Pada penelitian ini, penerapan model pengambilan data dilakukan untuk mengevaluasi akurasi heading kapal yang diukur menggunakan sensor kompas BNO055.
Perhitungan dilakukan dengan membandingkan nilai sudut yang diukur .
ctual angl.
dengan sudut prediksi yang dihitung berdasarkan data dari sensor.
Untuk itu, persentase error dihitung dengan menggunakan rumus perbandingan antara selisih nilai aktual dan prediksi terhadap nilai aktual, yang kemudian dikalikan dengan 100 untuk mendapatkan nilai dalam bentuk persentase.
Proses ini digunakan untuk menilai seberapa besar kesalahan dalam pengukuran orientasi kapal, serta untuk mengidentifikasi potensi sumber kesalahan yang Tabel 2.
Nilai Heading Pengujian Heading Error (%) Error .
Journal of Applied Smart Electrical Network and Systems (JASENS) Dwi Agus Setiyono1.
Afif Zuhri Arfianto2 .
Dimas Pristovani Riananda3.
Agus Khumaidi4.
Noorman Rinanto5 .
Zindhu Maulana Ahmad6 Journal of Applied Smart Electrical Network and System (JASENS ) Vol .
6 No.
Percobaan Data Heading Tabel 3 menunjukkan hasil perhitungan heading, bearing, dan relative bearing kapal, beserta posisi Average kapal yang dihitung berdasarkan data yang diperoleh.
mempengaruhi keakuratan sistem navigasi yang Heading kapal menunjukkan arah kapal terhadap utara Data dari pengujian ini didapatkan magnetik, sedangkan bearing menunjukkan arah tujuan dari pengujian sensor Kompas BNO055 dengan kapal relatif terhadap utara magnetik.
Relative bearing mikrokontroler STM32F411CEU6.
Dengan data pada dihitung sebagai selisih antara bearing dan heading tabel diatas didapat grafik perbandingan presentase eror kapal, yang menggambarkan orientasi relatif kapal heading dan presentase error sudut.
Rata rata terhadap tujuan.
Kolom Posisi menunjukkan arah presentase eror nilai yaitu 0.
002 % dan presentase eror pergerakan kapal, yaitu Kanan atau Kiri, berdasarkan sudut yaitu 0.
208 % dengan data aktual.
nilai relative bearing yang diperoleh.
Data ini digunakan untuk menentukan arah gerakan kapal dalam Penerapan Pada Model Perhitungan sistem navigasi berbasis sensor kompas BNO055.
Perhitungan tersebut telah disimulasikan menggunakan MATLAB untuk memodelkan dan memvalidasi perhitungan heading dan relative bearing secara numerik sebelum diaplikasikan pada perangkat keras.
Gambar 5.
Hasil Relative Bearing Tabel 3.
Hasil Pengujian Relative Heading Bearing Bearing Posisi Kanan Kanan Kanan Kiri Kiri Kiri Kiri Kiri Kiri Kanan Kanan Kanan Pada bagian ini, penerapan model perhitungan Kanan dilakukan dengan menggunakan MATLAB untuk mensimulasikan sistem navigasi kapal berbasis sensor 4 Grafik Percobaan kompas BNO055.
Simulasi dilakukan dengan mengambil data sudut kompas, kemudian menghitung Pada sub bab ini, disajikan grafik yang heading kapal dan relative bearing.
Proses perhitungan menggambarkan hasil percobaan yang telah dilakukan error dilakukan dengan membandingkan sudut yang untuk mengukur performa sistem.
ctual angl.
dengan sudut prediksi yang dihitung berdasarkan data input sensor.
Journal of Applied Smart Electrical Network and Systems (JASENS) Dwi Agus Setiyono1.
Afif Zuhri Arfianto2 .
Dimas Pristovani Riananda3.
Agus Khumaidi4.
Noorman Rinanto5 .
Zindhu Maulana Ahmad6 Journal of Applied Smart Electrical Network and System (JASENS ) Vol .
6 No.
Gambar 6.
Grafik Fluktuasi Eror Heading Gambar 7.
Grafik Deviasi Heading Sensor Kesimpulan Daftar Rujukan Kesimpulan penelitian ini berhasil mengintegrasikan .
sensor kompas BNO055 dengan mikrokontroler STM32 untuk sistem navigasi kapal yang dapat mengukur heading kapal dan relative bearing dengan akurasi tinggi.
Hasil percobaan menunjukkan bahwa persentase error heading rata-rata mencapai 0.
dan persentase error sudut sekitar 0.
208%, yang .
mengindikasikan bahwa sensor BNO055 mampu memberikan pembacaan yang sangat akurat.
Sistem ini juga menunjukkan kemampuan untuk memantau posisi kapal secara real-time.
Keterbatasan sistem terletak pada penerapan masih menggunakan simulasi pada software MATLAB.
Selain itu, sistem juga memiliki sensitivitas terhadap gangguan magnetik dan belum .
adanya integrasi GPS.
Untuk penelitian selanjutnya, prospek pengembangan sistem ini meliputi integrasi dengan sistem GPS untuk mendapatkan data posisi secara absolut, penerapan algoritma kecerdasan buatan untuk pengambilan keputusan arah otomatis, serta pengembangan antarmuka pengguna berbasis website .
untuk pemantauan jarak jauh.
Hutapea.
Pramesthy.
Situmorang, and A.
Rosalia, 2022.
AuIdentifikasi Peralatan Navigasi Dan Keselamatan Yang Digunakan Di Km Dioskuri 8,Ay J.
Kemaritiman Indones.
Marit.
, vol.
1, pp.
1Ae10.
Park.
Kang.
Lee.
Jung.
Choi, and J.
Choi, 2023.
AuMultiple Autonomous Surface Vehicles for Autonomous Cooperative Navigation Tasks in a Marine Environment:
Development and Preliminary Field Tests,Ay Ie Access, vol.
11, no.
March, pp.
36203Ae Piotrowski, 2022.
AuImplementation and Characterization of Commercial Off-The-Shelf Inertial Measurement Units for the Attitude Determination System of the MOVE-i CubeSat,Ay Frank J.
Redd Student Compet.
, pp.
1Ae9.
Fukuda.
Hatta.
Guo, and N.
Kubo.
AuPerformance evaluation of IMU and DVL integration in marine navigation,Ay Sensors (Switzerlan.
, vol.
21, no.
4, pp.
1Ae21.
Irfan.
Abidin.
Ismail, and F.
Mohd.
Journal of Applied Smart Electrical Network and Systems (JASENS) Dwi Agus Setiyono1.
Afif Zuhri Arfianto2 .
Dimas Pristovani Riananda3.
Agus Khumaidi4.
Noorman Rinanto5 .
Zindhu Maulana Ahmad6 Journal of Applied Smart Electrical Network and System (JASENS ) Vol .
6 No.
AuEVALUATION OF AUTONOMOUS NAVIGATION AND PATH ACCURACY .
FOR UNMANNED SURFACE VEHICLES,Ay 2, pp.
14Ae20.
Khan.
A Rashid, and N.
Nasir, 2025.
AuEvaluation and calibration of MEMS-IMU sensors for real-time landslide detection and monitoring system,Ay Eng.
Res.
Express, vol.
Gryazin.
Paderina, and O.
Belova, 2024.
AuMagnetic Compass with a Correction System in the Circuit of ShipAos Autopilot,Ay RusAutoCon - Proc.
Int.
Russ.
Autom.
Conf.
, no.
2024, pp.
216Ae222.
Journal of Applied Smart Electrical Network and Systems (JASENS)