WIRELESS AIR MOUSE SEBAGAI ALAT BANTU PRESENTASI MENGGUNAKAN INERTIAL SENSOR PENDETEKSI PERGERAKAN. Oleh. Widji Santoso NIM :

Transkripsi

1 WIRELESS AIR MOUSE SEBAGAI ALAT BANTU PRESENTASI MENGGUNAKAN INERTIAL SENSOR PENDETEKSI PERGERAKAN Oleh Widji Santoso NIM : Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Konsentrasi Teknik Elektronika Fakultas Teknik Elektronika Dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga Oktober 2012

2

3

4 INTISARI Pada skripsi ini dirancang wireless air mouse sebagai alat bantu presentasi menggunakan sensor inersia yang terdiri dari akselerometer dan giroskop sebagai pendeteksi pergerakan. Mouse dapat digunakan untuk mengontrol gerak kursor pointer pada PC ketika terdapat alas maupun tanpa menggunakan alas. Sensor akselerometer digunakan untuk mengukur percepatan gerak translasi sehingga dapat mengetahui perubahan posisi mouse pada permukaan alas. Sensor giroskop digunakan untuk mengukur laju perubahan sudut sehingga diperoleh perubahan posisi mouse ketika diudara (tanpa alas). Mikrokontroler ARM Cortex M0 seri LPC1114 digunakan sebagai pengolah data hasil pembacaan sensor yang diterjemahkan kedalam perubahan gerak kursor mouse. Koneksi mouse dan PC melalui media RF menggunakan modul bluetooth. Aplikasi desktop yang ter-install pada PC digunakan sebagai driver untuk mengenali perangkat sebagai mouse. Alat yang direalisasikan memiliki dimensi 60 mm X 116 mm dan berat sekitar 99 gram. Hasil pengujian menunjukkan bahwa variasi percepatan gerak mouse pada permukaan alas mempengaruhi hasil pembacaan posisi. Sensor akselerometer memiliki bias error absolute sebesar 22 LSB pada sumbu X, 23 LSB pada sumbu Y dan 48 LSB pada sumbu Z. Pengujian sensor giroskop mengalami drift error dengan laju perubahan 0,03 o /s pada poros roll, 0,08 o /s pada poros pitch dan 0,04 o /s pada poros yaw. Jarak penggunaan antara perangkat dan PC maksimal 20 m pada area bebas halangan (line of sight) dan 10 m ketika terdapat halangan. Hasil pengujian perangkat wireless air mouse dapat digunakan pada sistem operasi Windows XP, Windows 7 dan Vista. i

5 ABSTRACT In this thesis wireless air mouse designed as a tool for presentation using inertial sensors which consisting of accelerometer and gyroscope as detection of movement. Microcontroller ARM Cortex M0 LPC1114 series is used to process the result of the sensor reading and translate it into the alteration of cursor movement. Mouse and PC connected through RF media using bluetooth module. Desktop applications which are installed on the PC used as a driver to recognize the device as a mouse. The realized instrument has dimensions of 60 mm x 116 mm and weighs about 99 grams. The test results showed that the variation in the motion of the mouse acceleration on mouse pads affects the results of the reading position. Accelerometer sensor has a 22 LSB of absolute bias error on the X-axis, 23 LSB on the Y axis and 48 LSB on the Z axis. Test result of gyroscope sensor having drift rate of change of error with 0.03 o / s on the roll axis, 0.08 o / s on the pitch axis and 0.04 o / s on the yaw axis. The distance between the device and PC usage up to 20 m in line of sight area and 10 m when outdoors. The testing result of wireless air mouse can be used on Windows XP, Windows 7 and Vista operating systems. ii

6 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kehadirat Tuhan YME, yang senantiasa mencurahkan perhatiannya untuk menjaga segala hasil kreasinya. Permainan kecil Nya telah menghaturkan segalanya hingga terlahir skripsi berjudul Wireless Air Mouse menggunakan Inertial Sensor Pendeteksi Pergerakan. Demikian kiranya penulis mencurahkan segala kekaguman atas alur yang telah Ia rancang. Penulis percaya bahwa setiap langkah yang penulis ambil telah digariskan olehnya dengan sangat terperinci. Penulis juga percaya, bahwa langkah penulis untuk menyelesaikan pendidikan di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana adalah rencananya mempersiapkan penulis untuk suatu hal yang besar dalam hidup penulis. Orang tua penulis, Bapak dan ibu Samsuri. Kakak penulis, mbak Lestari dan mas Ardi. Keponakan penulis, Hanri dan Dika. Terimakasih atas segala yang telah diberikan, baik berupa doa, perhatian, dukungan dan movitasi serta semangat bagi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, M.T. dan Bapak Ir. Lukas B.S, M.Sc., penulis ucapkan banyak terimakasih karena senantiasa meluangkan waktu dalam membimbing dan memberikan arahan baik dalam penulisan maupun dalam proses perancangan alat. Pimpinan fakultas dan segenap staff FTEK, terimakasih atas segala kesempatan dan peluang yang diberikan. Seseorang yang tak bosan-bosan memberikan support, bimbingan, harapan dan motivasi bagi penulis. Yang tak pernah menjauh ketika penulis terjatuh, yang tak pernah marah ketika memerah. Linda Ambardini, S.Si. Teman-teman seperjuangan, Romo Johan (sekaligus ketua RT), Syeh Onne, P.dt Blek, P.dt Eko, P.dt Patria serta Biku Yansen (koh otot), simbah Rea serta para pemuka kepercayaan lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Sungguh, bersama kalian hidup ini semakin berwarna. Jangan pernah lupa, darimana kita berasal. Teman-teman RT sebelah, Ivan Patty, Hansen, bang Aldo, Daniel D**cuk yang telah terlebih dahulu meraih gelar ST sehingga membuat penulis semakin termotivasi untuk segera menyelesaikan skripsi. iii

7 Teman-teman lama, Adit, Adrian BH, Happy (Bajuri), mas Widji tanpa j, penulis bangga pernah berjuang bersama kalian. Penulis merasa ada, ketika bersama kalian. Kalian sudah, kini giliran penulis. Teman-teman sekampung, Codot, T-pos, Ius, Herry, Suryo, dan para penghuni kampung LAB-XT tercinta lainnya, pak Bambang, pak Sentot, dan para penghuni yang mungkin tak bisa terlihat oleh penulis. Seluruh untai kata yang sulit dirangkai ini menandakan bahwa penulis tak mampu mengungkapkan segenap hati dan pikiran hanya kedalam dua lembar kata pengantar ini. Penulis berharap, semoga coretan yang telah dikerjakan selama sembilan bulan ini dapat bermanfaat dan memberikan inspirasi bagi siapapun yang membacanya. Seseorang mungkin pernah terjatuh, seseorang mungkin pernah tenggelam, seseorang mungkin pernah merasa sirna dari kehidupan. Inilah kehidupan. Inilah tempat segala impian diwujudkan. Seburuk apapun jalan yang ditempuh. Jangan pernah merasa itulah jalan yang paling buruk. Sepenggal cerita dibalik tikus terbang yang penuh pengharapan Lab XT, September 2012 Penulis iv

8 DAFTAR ISI INTISARI... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 3 Bab I. Wireless Air Mouse Gerak Translasi Dan Rotasi Pada Mouse Sensor Inersia Akselerometer Permodelan Sensor Akselerometer Pengaruh Gravitasi Terhadap Sensor Akselerometer Sensor Akselerometer Lis3lv02dl Sensor Giroskop Permodelan Sensor Giroskop Sensor Giroskop Itg Metode Integral Numerik Aturan Trapezoidal Bluetooth Aplikasi Dan Fitur Topologi Jaringan Bluetooth Protokol Bluetooth Keamanan Bluetooth Fhss BAB III. PERANCANGAN ALAT Cara Kerja Alat Perancangan dan Realisasi Perangkat Wireless Air Mouse v

9 3.2.1 Modul Pengendali Utama Modul Bluetooth DF-Bluetooth V Modul Touch Panel Perancangan IMU (Inertial Measurement Unit) Perancangan Sistem Catu Daya Perancangan Catu Tegangan Perancangan Pengisi Ulang Baterai Perancangan Pendeteksi Kapasitas Baterai Perancangan Perangkat Lunak Wireless Air Mouse Perhitungan Koordinat Kursor Berdasarkan Pembacaan Sensor Perhitungan Perubahan Koordinat Kursor Pada Permukaan Alas Perhitungan Perubahan Koordinat Kursor Tanpa Alas Aplikasi Desktop Air Mouse Driver BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Pengujian Sistem Catu Daya Pengujian Koneksi Bluetooth Pengujian IMU (Inertial Measurement Unit) Pengujian Sensor Akselerometer Pengujian Sensor Giroskop Pengujian Driver Mouse pada PC BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran Pengembangan DAFTAR PUSTAKA..70 LAMPIRAN A. PANDUAN PENGGUNAAN..72 vi

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Perubahan posisi mouse dan koordinat kursor pointer mouse... 5 Gambar 2.2 Perubahan sudut ketika menggerakkan mouse di udara... 6 Gambar 2.3 Sistem massa pegas untuk mengukur percepatan... 8 Gambar 2.4 Sistem massa pegas pada bidang datar... 9 Gambar 2.5 Sistem massa pegas diposisikan pada keadaan miring Gambar 2.6 Blok diagram akselerometr LIS3LV02DL[6] Gambar 2.7. Konfigurasi pin accelerometer Gambar 2.8 Efek coriolis benda yang bergerak lurus pada cakram berputar Gambar 2.9 Percepatan coriolis[7] Gambar 2.10 Sumbu pengukuran giroskop ITG Gambar 2.11 Fungsi f(x) (hitam) didekati dengan fungsi linier (merah) Gambar 2.12 Beberapa contoh modul aplikasi Bluetooth Gambar 2.13 Topologi jaringan Bluetooth [10] Gambar 2.14 Layer-layer di dalam stack protokol Bluetooth [10] Gambar 2.15 Single frequency hopping system Gambar 3.1 Diagram alat keseluruhan Gambar 3.2 Konfigurasi pin mikrokontrontroler ARM Cortex-M0 LPC Gambar 3,3 Modul mikrokontroler sebagai pengendali utama Gambar 3.4 Modul bluetooth produk DF-Bluetooth V Gambar 3.5. Keluaran pin pada touch panel Gambar 3.6 Skematik touch panel ketika panel ditekan Gambar 3.6 Skema diagram modul sensor akselerometer Gambar 3.6 Konfigurasi pin ITG Gambar 3.7 Skema modul sensor giroskop ITG Gambar 3.8 Blok diagram sistem catu daya Gambar 3.9 Skema regulator tegangan LDO MAX Gambar 3.11 Li-Ion charger LTC Gambar 3.12 Perancangan modul pendeteksi kapasitas baterai MAX Gambar 3.13 Diagram alir perangkat lunak mikrokontroler Gambar 3.14 Diagram alir perhitungan perubahan kursor bidang datar vii

11 Gambar 3.15 Ilustrasi discrimination window Gambar 3.16 Metode penghitungan secara trapezoidal Gambar 3.16 Diagram alir proses perhitungan koordinat kursor ketika diudara Gambar 3.17 Grafik perubahan kecepatan sudut terhadap waktu Gambar 3.19 Konfigurasi mode wireless air mouse Gambar 3.20 Konfigurasi pengaturan kecepatan mouse Gambar 3.21 Konfigurasi tombol pemintas Gambar 4.1 Pengujian Sistem Catu Daya Gambar 4.2 Pengujian pengontrol pengisian ulang baterai Gambar 4.3 Pengukuran proses pengisian ulang baterai Gambar 4.4 Blok pengujian modul bluetooth DF-Bluetooth V Gambar 4.5 Data bluetooth yang ditampilkan pada terminal Gambar 4.6 Pengukuran raw data sensor akselerometer Gambar 4.7 Pengukuran zero g bias error akselerometer Gambar 4.8 Hasil pengujian giroskop poros roll Gambar 4.9 Hasil pengujian giroskop poros pitch Gambar 4.10 Hasil pengujian giroskop poros yaw Gambar 4.11 Pengukuran sudut poros roll Gambar 4.12 Pengukuran sudut poros pitch Gambar 4.13 Pengukuran sudut poros yaw Gambar 4.14 Hasil kompensasi error drift poros roll Gambar 4.15 Hasil kompensasi error drift poros pitch Gambar 4.16 Hasil kompensasi error drift poros yaw Gambar 4.20 Antarmuka instalasi perangkat lunak driver mouse Gambar 4.21 Jalan pintas driver mouse pada desktop dan start menu Gambar 4.22 Notifikasi aplikasi driver mouse pada system tray Gambar 4.23 System tray menu Gambar 4.24 Proses pencarian perangkat wireless air mouse Gambar 4.25 Hasil instalasi driver mouse pada Windows XP viii

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Deskripsi pin LIS3LV02DL Tabel 2.2 Karakteristik akselerometer LIS3LV02DL Tabel 2.3 Deskripsi pin antarmuka serial LIS3LV02DL Tabel 3.1. Daftar konfigurasi pin yang digunakan pada mikrokontroler Tabel 4.1. Hasil pengukuran LDO regulator MAX8881EUT33-T Tabel 4.2. Hasil pengujian jarak transmisi tanpa ada halangan Tabel 4.3. Hasil pengujian saat ada halangan Tabel 4.4. Hasil Pengukuran nilai maksimum dan minimum akselerometer Tabel 4.5. Hasil pengamatan data akselerometer pada kondisi statis Tabel 4.6. Hasil pengukuran oleh akselerometer pada sumbu x arah positif Tabel 4.7. Hasil pengukuran oleh akselerometer pada sumbu y arah positif Tabel 4.8 Hasil pengukuran sensor gyroscope sumbu Z Tabel 4.9 Hasil pengukuran sensor gyroscope sumbu Y ix