BAB III PERANCANGAN SISTEM

Transkripsi

1 BAB III PERANCANGAN SISTEM Pada Bab III ini akan dibahas mengenai perancangan robot yang konsep kerja sistem serta komponen-komponen pendukungnya telah diuraikan pada Bab II. Perancangan yang akan dibahas meliputi perancangan perangkat keras, perancangan perangkat lunak dan metode jaringan yang ada pada skripsi ini. 3.1 Perancangan Perangkat Keras Pada sub bab ini akan dijelaskan perancangan perangkat keras yang digunakan oleh sistem. Perancangan tersebut meliputi perancangan mekanik robot, board utama mikrokontroler ATmega8, driver motor utama, driver motor lengan packbot dan untai yang lainnya serta komponen - komponen yang digunakan dalam perancangan skripsi ini Perancangan Mekanik Robot Pada skripsi ini dirancang dan direalisasikan sebuah diferensial robot yang berbentuk tank, robot ini menggunakan 6 buah roda yang keseluruhannya dihubungkan menggunakan rantai. Roda aktif adalah roda bagian belakang, sedangkan roda bagian depan dan roda pada lengan packbot adalah roda pasif, yang akan ikut berputar saat roda belakang berputar, lengan packbot digunakan untuk membantu robot saat melewati medan terjal dan ketika bagian chassis robot tersangkut. Chassis robot ini menggunakan bahan alumunium dengan ketebalan 5mm, lebar 60mm, dan panjang 35cm, untuk bagian penutup menggunakan bahan akrilik dengan ketebalan 3mm. Untuk menghindari akrilik pecah ketika terkena benturan maka dilapis menggunakan plat alumunium dengan ketebalan 1mm. Untuk bagian roda, robot ini menggunakan bahan nilon pejal yang dibentuk membulat dengan diameter 8cm. Untuk menghubungkan keseluruhan roda maka dibutuhkan rantai, rantai ini terdiri dari 2 buah rantai yang disatukan menggunakan pad berbahan akrilik yang kemudian diberikan lapisan karet agar rantai tetap mendapat traksi pada jalan. Agar robot dapat bergerak maka dibutuhkan motor DC yang menggerakkan roda bagian belakang dengan spesifikasi 12V 0,2A dan dapat berputar dengan kecepatan 7000rpm. Karena kecepatan motor terlalu cepat maka dibutuhkan gearbox sebagai penurun 9

2 putaran dari motor DC dan menaikkan torsi. Gearbox penggerak robot mengguakan gearbox RC tank dengan perbandingan 1:47. Pada bagian depan robot ini dilengkapi lengan packbot yang dapat berputar ke atas dan ke bawah, agar lengan packbot ini dapat bergerak maka dibutuhkan juga sebuah motor DC, motor yang digunakan menggunakan motor DC power window yang telah di lengkapi gearbox, model gear power window ini menggunakan konstruksi roda gigi cacing ( worm gear). Alasan pemilihan model roda gigi cacing ini adalah untuk menghindari lengan packbot berputar kembali ketika mendapatkan beban sehingga posisi packbot tidak berubah. Gambar 3.1 sampai Gambar 3.4 adalah gambar perancangan mekanik robot dan mekanik robot yang telah di realisasikan. Gambar 3.1 Perancangan mekanik robot 10

3 Gambar 3.2 Mekanik robot yang telah direalisasikan Gambar 3.3 Mekanik robot yang telah direalisasikan 11

4 Gambar 3.4 Mekanik robot yang telah direalisasikan Perancangan Board Utama Mikrokontroler ATmega8 Secara garis besar board utama terdiri dari beberapa komponen antara lain mikrokontroler, USR-TCP232, sensor suhu, dan sensor tegangan Mikrokontroler Mikrokontroler memiliki fungsi sebagai pengendali utama dari sistem. Dalam perancangan ini menggunakan mikrokontroler AVR ATmega8. Gambar 3.5 adalah gambar dari mikrokontroler ATmega8 beserta keterangan konfigurasi pinout-nya. 12

5 Gambar 3.5 Pinout ATmega8 Pada perancangan skripsi ini, mikrokontroler berfungsi sebagai pengendali utama yaitu : Menerima data dari smartphone Android. Mengirim data ke smartphone Android. Mengolah data untuk mengontrol pergerakan robot. Mengolah data untuk menggerakkan lengan packbot. Tabel 3.1 merupakan konfigurasi pin yang digunakan pada modul mikrokontroler ini : Tabel 3.1 Konfigurasi penggunaan pin ATmega8 pada board utama Nama Port PortB.0 PortB.1 PortB.2 PortB.3 PortC.4 PortC.5 PortD.0 PortD.1 PortD.5 PortD.6 Fungsi Driver motor Driver motor Driver motor Driver motor Tegangan baterai In DS1822 TX (Ethernet), TX(downloader) RX (Ethernet), RX(downloader) BD139 BD139 13

6 Ethernet Controller Pada skripsi ini digunakan modul Ethernet controller USR-TCP232. USR- TCP232 ini adalah sebuah modul gateway yang dapat mengkonversi RS232 ke dalam jaringan TCP/IP. Modul ini juga menangani kecepatan data yang akan dikirim. Dengan modul USR-TCP232 ini yang membuat mikrokontroler dapat bertukar data melalui jaringan TCP/IP. Modul ini dapat berkomunikasi dengan mikrokontroler melalui antarmuka TX-RX. Agar dapat bekerja dengan baik maka modul USR-TCP232 ini membutuhkan catu daya dengan tegangan 5V DC dan arus maksimal 180mA. Konfigurasi pin USR-TCP232 dapat dilihat pada Gambar 3.6. Gambar 3.6 Konfigurasi pin USR-TCP232 Gambar 3.7 USR-TCP232 14

7 Tabel 3.2. Konfigurasi penggunaan pin USR-TCP232 Nama pin VDD Fungsi pin tegangan input sebesar V VCC pin tegangan input sebesar 3.3V GND RST TXD RXD CFG Ethernet pin ground pin reset pin jalur data transmitter, dihubungkan dengan PORTD.0 (Atmega8) pin jalur data receiver, dihubungkan dengan PORTD.1 (Atmega8) pin configure, dihubungkan dengan ground pada mode normal antarmuka dengan jaringan TCP/IP, dihubungkan menggunakan RJ45 Gambar 3.8 Skematik antarmuka mikrokontroler dengan Ethernet controller 15

8 Kapasitor 100uF pada pin TXD dan RXD dari Ethernet controller yang berfungsi sebagai filter Sensor Suhu DS1822 Sensor suhu berfungsi untuk membaca temperatur di sekitar area robot. Data temperatur tersebut dikonversi ke dalam bentuk data digital. Proses konversi ini bertujuan untuk menginformasikan data besarnya nilai temperatur agar dapat dibaca dan diproses oleh miktokontroler. Sensor suhu yang digunakan untuk membaca temperatur ruangan ini adalah DS1822. Sensor ini diletakkan di atas chassis robot sehingga sensor dapat membaca perubahan temperatur dengan cepat. Gambar 3.9 Skematik sensor suhu Sensor Tegangan Baterai Ketika robot telah malakukan penelusuran yang cukup lama, operator tidak dapat mengetahui kondisi baterai apakah masih cukup atau tidak untuk mengoperasikan robot, maka pada robot dipasangkan sensor tegangan baterai untuk mendeteksi besar tegangan baterai pada keseluruhan sistem robot. Sensor ini bekerja dengan menurunkan tegangan baterai dari 11,1 V menjadi 5 V agar dapat dibaca oleh mikrokontroler pada R1 di 16

9 berikan hambatan sebesar 1,2k dan pada R2 di berikan hambatan 1k. Gambar 3.10 adalah skematik untai sensor tegangan baterai menggunakan resistor pembagi tegangan. Gambar 3.10 Skematik sensor tegangan baterai Perancangan Board Driver Motor Pada perancangan board driver motor ini dibagi menjadi 2 bagian, yaitu driver motor utama dan driver motor untuk lengan packbot, pada board driver ini juga diletakkan modul regulator 5 V Driver Motor Utama Karena tegangan pin output mikrokontroler hanya 5 V maka motor DC yang membutuhkan tegangan 12V tidak dapat langsung dihubungkan pada mikrokontoler. Untuk itu dibutuhkan driver motor sebagai antarmuka antara mikrokontroler dengan motor DC. Driver motor ini juga berfungsi sebagai pengatur arah putaran motor searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Pada perancangan driver motor utama ini menggunakan mosfet IRF 9540 dan IRF 540. Gambar 3.11 adalah skematik untai driver motor utama yang direalisasikan. 17

10 Gambar 3.11 Skematik driver motor Driver Motor Lengan Packbot Fungsi dari driver motor packbot ini hampir sama dengan driver motor utama yaitu untuk mengatur arah putaran motor searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam dan sebagai antaramuka antara motor DC dengan mikrokontroler. Pada perancangan ini driver motor lengan packbot menggunakan 2 buah relay 12V. Gambar 3.12 Skematik driver motor lengan packbot 3.2 Perancangan Perangkat Lunak Untuk dapat mengendalikan semua perangkat keras maka dibutuhkan perangkat lunak. Perancangan perangkat lunak ini dibagi menjadi 2 bagian yaitu perangkat lunak pada mikrokontroler dan perangkat lunak pada Android. 18

11 Perancangan perangkat lunak pada skripsi ini mengguakan bascom avr untuk memprogram mikrokontroler dan basic4android untuk memprogram aplikasi pada android Perangkat Lunak Pada Mikrokontroler Gambar 3.13 merupakan diagram alir dari perangkat lunak mikrokontroler. Gambar 3.13 Diagram alir perangkat lunak mikrokontroler 19

12 Perangkat lunak pada mikrokontroler berfungsi untuk mengolah data yang dikirim dan diterima dari aplikasi smartphone Android. Tabel 3.3 menunjukkan detail nama yang digunakan pada diagram alir program mikrokontroler. Tabel 3.3 Penjelasan nama pada diagram alir mikrokontroler Nama Variabel T V R L Fungsi Mengirim data temeperatur. Mengirim data tegangan baterai. Kontrol robot ke kiri. Kontrol robot ke kanan. Berikut adalah cara kerja sistem. 1. Pada saat pertama kali robot dinyalakan maka mikrokontroler akan melakukan inisialisasi. 2. Mikrokontroler akan membaca sensor suhu dan tegangan. 3. Mikrokontroler akan mengirimkan data dari ke aplikasi Android. 4. Mikrokontroler akan menunggu masukan dari smartphone Android dan mendeteksi masukan tersebut. 5. Mikrokontroler akan melakukan tugasnya sesuai masukan yang terdeteksi seperti yang telah dijelaskan pada Tabel Perangkat Lunak Aplikasi Mobile Perangkat lunak pada aplikasi Android ini berfungsi sebagai antarmuka opeator untuk menjalankan robot. Dalam perancangan aplikasi mobile ini ada beberapa hal yang harus diperhatikan seperti akses permission untuk fitur pada aplikasi, inisialisasi layar smartphone, versi SDK yang digunakan juga harus sesuai. Pada file Android Manifest.xml dari rancangan tersebut dapat dilihat semua informasi ini. Berikut ini adalah kode dari Android Manifest.xml pada perancangan ini. 20

13 Berikut ini adalah penjelasan dari kode Android Manifest.xml diatas. 1. <uses-sdk android:targetsdkversion="17" android:minsdkversion="4"/> Manifest diatas berarti aplikasi yang dibuat memiliki target SDK versi 17 hingga minimal adalah SDK versi <supports-screens android:anydensity="true" android:smallscreens="true" android:normalscreens="true" android:largescreens="true"/> Kode di atas berarti aplikasi dapat berjalan pada perangkat Android yang mempunyai layar kecil (small) hingga besar (large). Sedangkan android:anydensity berfungsi agar aplikasi dapat berjalan diberbagai layar dengan resolusi tinggi maupun rendah. 3. <uses-permission android:name="android.permission.vibrate"/> Berfungsi mengijinkan aplikasi mengakses fitur getar pada perangkat Android. 4. <uses-permission android:name="android.permission.internet"/> Berfungsi mengijinkan aplikasi mengakses socket jaringan pada perangkat Android. 21

14 5. <uses-permission android:name="android.permission.access_wifi_state"/> Berfungsi mengijinkan aplikasi mengakses jaringan wifi pada perangkat Android. 6. <uses-permission android:name="android.permission.bluetooth"/> Berfungsi mengijinkan aplikasi mengakses bluetoothpada perangkat Android. 7. <uses-permission android:name="android.permission.write_external_storage"/> Berfungsi mengijinkan aplikasi untuk menulis data pada penyimpanan eksternal dari perangkat Android Activity Activity pada sistem yang dibuat akan menyajikan antarmuka atau user interfaces kepada operator, sehingga operator dapat melakukan interaksi dengan sistem. Pada umumnya aplikasi Android memiliki banyak activity, akan tetapi tidak menutup kemungkinan hanya memiliki satu activity, semua tergantung dari tujuan aplikasi tersebut. Untuk berpindah dari satu activity ke activity lainnya dapat dilakukan dengan satu even. Kode berikut menunjukkan beberapa activity yang digunakan oleh sistem. 1. Sub Activity_Create Activity ini merupakan activity yang pertama kali dijalankan saat memulai aplikasi, ketika aplikasi untuk pertama kalinya dijalankan maka activity load layout akan dijalankan. Activity ini akan mendeteksi ukuran layar dari perangkat yang digunakan, kemudian masuk pada layout yang dituju sesuai dengan ukuran layar yang telah dideteksi. Pada activity ini juga terdapat beberapa fungsi seperti mengecek koneksi dari aplikasi, dan memuat gambar-gambar yang akan ditampilkan pada aplikasi. 22

15 23

16 2. Sub Activity_Pause Pada saat menekan tombol back maka activity ini akan berfungsi memutus semua koneksi yang sedang dijalankan pada aplikasi. 3. Sub Activity_Resume Pada activity ini tidak terdapat menu apapun di dalamnya bagi pengguna. Activity ini hanya berfungsi untuk mengaktifkan kembali aplikasi saat tampilan di smartphone Android mati karena terlalu lama dibiarkan oleh pengguna Pengiriman Data Aplikasi diperlukan saat proses pengiriman data untuk mengirimkan data dari smartphone Android ke mikrokontroler. Data yang dikirimkan merupakan data teks dan pengiriman data gambar. Sub kirim_data merupakan sub routine yang berfungsi mengirimkan data dari smartphone Android ke mikrokontroler. Saat akan melakukan pengiriman data aplikasi akan melakukan pengecekan koneksi antara smartphone Android dengan jaringan wifi. Jika ada koneksi maka aplikasi akan melakukan pengiriman data yang telah di-buffer sebelumnya. 24

17 Pengiriman Data Gambar Pengiriman data gambar pada aplikasi mobile ini adalah proses pengiriman capture kamera ke pengguna aplikasi. Tipe protocol yang digunakan dalam pengiriman data adalah protocol HTTP. Sedangkan format pengiriman data tersebut adalah MJPEG (Motion Joint Photographic Expert Group). Format MJPEG dipilih selain karena IP kamera yang digunakan telah mendukung capture image dalam format ini, format MJPEG juga memiliki beberapa kelebihan seperti meminimalkan waktu delay. Kode berikut menunjukkan potongan kode proses pengiriman data gambar. Berikut ini adalah penjelasan dari kode diatas: 1. Pertama, didefinisikan variabeldari IP kamera. Keuntungan menggunakan compiler basic4android adalah, untuk proses kompresi data gambar dan streaming terdapat library khusus yang dapat menangani hal tersebut sehingga tinggal memanggil library tersebut ke dalam program yang dibuat. 25

18 2. Karena IP kamera yang digunakan membutuhkan proses autentifikasi, maka untuk dapat terhubung dengan kamera tersebut harus dideklarasikan proses untuk autentifikasi kamera tersebut. 3. Kemudian perangkat lunak akan membuka koneksi dengan kamera yang ada dengan memanggil alamat dari kamera tersebut. 4. Setelah itu bila library telah memproses gambar dari kamera, maka diatur letak gambar yang dikirim kamera tersebut ke smartphone Layout Agar operator dapat melakukan kontrol secara keseluruhan pada robot maka dibutuhkan layout yang berfungsi sebagai halaman penampil dari aplikasi Android yang dilengkapi tombol - tombol pengontrol. Pada sub bab ini akan menjelaskan layout yang digunakan Tampilan Pembuka Saat pertama kali masuk aplikasi maka akan muncul tampilan pembuka yang akan tampil selama 5 detik sebelum masuk ke layout tampilan berikutnya. Tampilan pembuka ini berisi tentang judul skripsi, nama dan nim pembuat, logo universitas serta nama universitas tempat pembuat menyelesaikan pendidikan. Gambar 3.14 adalah tampilan layout pembuka yang telah direalisasikan : Gambar 3.14 Tampilan layout pembuka 26

19 Menu Menu memiliki beberapa pilihan sub menu antara lain : Connect, Speed Control, dan Disconnect. Gambar 3.15 merupakan tampilan menu yang telah direalisasikan beserta fungsinya. Gambar 3.15 Tampilan menu pada aplikasi Android 1. Connect berfungsi untuk menyambungkan antara Android dengan modul wifi. 2. Speed Control berfungsi untuk mengatur kecepatan motor penggerak. 3. Disconnect berfungsi untuk memutuskan sambungan dari modul wifi Layout Kontrol Pada layout kontrol ini terdapat tombol pengontrol arah gerak robot, arah gerak IP kamera, dan tombol pengontrol naik turun packbot. Layout ini juga menampilkan streaming gambar dari IP kamera, menunjukan tegangan baterai pada sistem dan suhu pada ruangan. Gambar 3.16 adalah tampilan layout kontrol yang telah direalisasikan dan fungsi fungsi tombolnya. 27

20 Gambar 3.16 Tampilan layout kontrol 1. Informasi untuk mengetahui komunikasi antara smartphone Android dan robot masih tersambung atau terputus. 2. Ip yang tertera pada wifi router robot 3. Speed menunjukan kecepatan robot. 4. Menampilkan suhu pada daerah sekitar robot. 5. Menampilkan tegangan pada sistem. 6. Tombol untuk menaikan dan menurunkan lengan packbot. 7. Tombol sebalah kiri berfungsi untuk mengatur arah gerak robot. 8. Tombol sebelah kanan berfungsi untuk mengatur arah gerak IP kamera Diagram Alir Pengguna Gambar 3.17 menunjukkan diagram alir dari pengguna aplikasi mobile. Saat pertama kali aplikasi dijalankan maka hal pertama yang dilakukan adalah sistem akan mengecek ketersediaan jaringan wifi. Apabila jaringan wifi tersedia dan operator (smartphone Android) telah tersambung dengan jaringan wifi tersebut maka operator telah dapat menerima gambar yang akan dikirimkan oleh IP kamera. Terdapat tombol untuk menggerakkan robot, menggerakan lengan packbot dan tombol untuk menggerakkan ip kamera. Apabila pengguna telah melewati batas area tersedianya jaringan wifi, maka sistem akan kembali mengecek ketersediaan jaringan wifi. 28

21 Gambar 3.17 Diagram alir pengguna 29

22 3.3 Metode Jaringan Gambar 3.18 menunjukkan bentuk jaringan pada sistem yang dibuat Gambar 3.18 Bentuk jaringan sistem Wireless Router Wireless router pada perancangan skripsi ini memiliki tugas utama yaitu sebagai penyedia accesspoint ke IP kamera, mikrokontroler, dan juga pengguna atau user. Sistem yang dirancang merupakan sistem client server dimana yang bertindak sebagai server adalah wireless router. Server disetting dalam mode DHCP (Dinamic Host Configuration Protocol). Setting dalam mode DHCP bertujuan agar server dapat memberi IP address secara otomatis kepada setiap perangkat (smartphone Android) yang telah terkoneksi ke dalam access point. Gambar 3.19 Menunjukkan setting wireless router dalam mode DHCP 30

23 Gambar Setting wireless router dengan mode DHCP Pada Gambar 3.19 server memiliki rentang pengaturan IP dimulai dari alamat : hingga dengan default gateway Tabel 3.4 Spesifikasi Wireless Router Catu Daya Eksternal 9 VDC/ 0.6A Standar nirkabel (wireless) IEEE n*, IEEE g, IEEE b Frekuensi GHz Tingkat signal Koneksi jaringan Interface 11n: Up to 150Mbps(dynamic) 11g: Up to 54Mbps(dynamic) 11b: Up to 11Mbps(dynamic) 1x WAN Port (RJ-45) 4x LAN Switch Port (RJ-45) 4 10/100Mbps LAN Ports 1 10/100Mbps WAN Port 31

24 Gambar 3.20 Wireless Router IP Kamera IP kamera pada sistem yang dibuat mempunyai tugas utama sebagai pengambil data gambar (streaming video) untuk dikirimkan kepada pengguna smartphone Android. Kamera mempunyai alamat IP address yang static yaitu alamat yang sebelumnya telah ditentukan terlebih dahulu sehingga alamat IP dari kamera tersebut akan selalu tetap. Gambar 3.21 menunjukkan setting IP dari kamera yang digunakan. Gambar 3.21 Setting IP address dari kamera 32

25 Penjelasan dari Gambar 3.20 adalah sebagai berikut : 1. IP address dari kamera yang digunakan adalah Alamat ini merupakan settingan default dari pihak pembuat kamera tersebut 2. Kemudian nilai gateway, primary DNS, dan secondary DNS dari kamera ini akan menyesuaikan dengan alamat dari wireless router yang ada yaitu Sedangkan pada HTTP port diberi nilai 81 sesuai default port standar yang biasa digunakan pada komunikasi data menggunakan protocol HTTP. Tabel 3.5 Spesifikasi IP kamera Catu daya eksternal 5 VDC/1A Resolusi 1.3 MP SXVGA (1280 x 960) resolution at 30fps Interface 1x LAN Switch Port (RJ-45), Gambar 3.22 IP kamera 33

26 3.3.3 Mikrokontroler Mikrokontroler telah terhubung dengan Ethernet controller sehingga membuat mikrokontroler dapat diakses ke dalam jaringan dan juga memiliki IP address. Sama seperti pada kamera, mikrokontroler juga memiliki IP address yang static yaitu alamat IP yang telah disetting sebelumnya sehingga alamat IP tersebut akan selalu tetap. Gambar 3.23 menunjukkan setting dari Ethernet controller. Gambar 3.23 Setting Ethernet controller Smartphone Android Smartphone Android pada skripsi ini adalah pengguna yang akan menjalankan sistem. Smartphone Android merupakan DHCP client, yaitu client yang akan mendapatkan alamat IP secara otomatis apabila telah terhubung dengan access point yang disediakan oleh wireless router. Alamat IP antara smartphone Android yang satu dengan yang lainnya berbeda-beda. 34