xv DAFTAR SINGKATAN HUD HDD RPM LCD SIG RF PWM I/O : Head Up Display : Head Down Display : Revolutions Per Minutes : Liquid Crystal Display : Special Interest Group : Radio Frequency : Pulse width modulation : Input Output
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kebutuhan kewaspadaan terutama saat berkendara sepeda motor sekarang ini semakin meningkat. Hal ini dikarenakan pertumbuhan kendaraan tidak seiring dengan kapasitas jalan menyebabkan kepadatan lalu lintas semakin meningkat. Salah satu bentuk kewaspadaan ketika lalu lintas sedang padat adalah pengendara harus menjaga kesiapsiagaan untuk mengendalikan sepeda motor. Kesiapsiagan pengendara dapat dilakukan dengan cara memantau setiap informasi kendaraannya. Namun, pusat informasi kendaraan yang diletakan disekitar kemudi menyebabkan pengemudi harus menundukan sedikit kepalanya untuk melihatnya, hal ini dapat mengakibatkan pengemudi sering lupa untuk memantau informasi kendaraannya, disamping fokus utamanya memperhatikan jalan. Sebagai contoh, pengendara sering lupa untuk mematikan lampu sein setelah membelok atau menyebrang. [1] Hal akan membingungkan dan membahayakan pengendara ketika sedang berada didekatnya. Oleh karena itu, diperlukannya sistem penampil yang memudahkan pengendara untuk selalu memantau informasi kendaraannya namun tetap menjaga fokus pandangannya ke jalan. Maka pada tugas akhir ini, penulis merancang dan mengimplementasikan sistem penampil semi transparan yang menampilkan informasi pada sudut pandang pengendara ke jalan. Bertujuan untuk mengambil perhatian pengendara untuk selalu memperhatikan informasi kendaraan namun tetap menjaga fokus pandangan ke jalan. Sistem ini dikenal dengan Head Up display (HUD). [2] Tampilan semi transparan diperoleh dengan merefleksikan LCD pada kaca helm dengan menampilkan informasi lampu sein, rpm, kecepatan, dan bensin. Sistem bekerja berdasarkan data masukan diperoleh dari sistem yang sudah didesain khusus pada sepeda motor dan dihubungkan langsung terhadap sistem yang terdapat pada helm menguunakan Bluetooth. Manfaat dari penelitian ini adalah terciptanya sebuah sistem peringatan untuk memudahkan pengendara
2 sepeda motor untuk memantau informasi kendaraannya guna meningkatkan kewaspadaan dalam berkendara. 1.2. Perumusan Masalah Adapun masalah yang dibahas sebagai berikut. 1. Bagaimana sistem penampil dapat menerima informasi lampu sein, rpm, kecepatan, dan bensin dari sepeda motor menggunakan sistem komunikasi bluetooth? 2. Bagaimana mengimplementasikan HUD dengan merefleksikan LCD tanpa mengganggu pandangan saat berkendara? 1.4. Tujuan Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah. 1. Merancang dan mengimplementasikan sistem penampil HUD yang dapat menerima data dari sistem yang terintegrasi dengan sepeda motor menggunakan Bluetooth untuk menampilkan informasi lampu sein, rpm, kecepatan, dan bensin. 2. Merancang dan mengimplementasikan sistem penampil yang mampu menampilkan data dengan benar. 3. Merancang dan mengimplementasikan HUD dengan merefleksikan tampilan LCD tanpa menganggu pengendara. 1.5. Batasan Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah. 1. Data yang diproses dan ditampilkan merupakan data yang diperoleh dari microcontroller yang terletak pada sepeda motor yaitu indikator lampu sein, kecepatan, rpm, dan indikator bensin. 2. Tidak membahasi sistem pada sepeda motor. 3. Menggunakan bahasa pemrograman C arduino. 4. Menggunakan bluetooth HC-06 sebagai media untuk transmisi data. 5. Menggunakan LCD Nokia 5110 48 x 84. 6. Menggunakan microcontroller arduino pro mini.
3 7. Menggunakan helm full face. 8. Tidak membahas desain helm dan intensitas cahaya. 1.6. Metodelogi Penyelesaian 1. Studi Literatur. Tahap ini adalah tahap penulis mempelajari materi-materi yang berkaitan dengan masalah yang dibahas, seperti Head Up Display, Penggunaan Arduino, Penggunaan Bluetooth pada microcontroller arduino. 2. Pengumpulan dan pengolahan data. Tahap ini adalah tahap penulis melakukan percobaan awal dengan melakukan metode pendekatan yaitu mengambil sampel pencerminan dari LCD ke kaca. 3. Perancangan dan Realisasi. Tahap ini adalah tahap penulis merancang sistem head up display pada helm dan mengimplementasikan pengolahan data kedalam program. 4. Pengujian sistem. Tahap ini adalah tahap penulis melakukan pengujian sistem dari sistem yang telah dirancang dan diimplementasikan. 5. Analisis Pengujian. Tahap ini adalah tahap penulis mengevaluasi sistem yang telah diuji, tahap ini juga merupakan tahap optimasi sistem. 6. Penyusunan laporan Tugas Akhir. Tahap ini adalah tahap terakhir yang dilakukan penulis untuk menyusun laporan dari kegiatan penelitian, serta menyusun dokumentasi yang diperlukan pada laporan. Adapun laporan ini disusun berdasarkan kaidah penulisan yang benar dan yang sesuai dengan ketentuan-ketentuan yang telah ditetapkan oleh institusi.
4 1.7. Sistematika Penulisan TA Tugas akhir ini dibagi kedalam beberapa pokok bahasan yang disusun secara sistematis sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Bab ini membahas latar belakang, perumusan masalah, tujuan, batasan, metodelogi penyelesaian masalah, sistematika penulisan. BAB II DASAR TEORI Bab ini membahas konsep dasar pembuatan sistem melalui uraian tinjauan pustaka yang merujuk pada pembuatan sistem BAB III PERANCANGAN SISTEM Bab ini menjelaskan proses desain dan perancangan sistem. BAB IV PENGUJIAN ANALISIS Bab ini membahas mengenai pengujian dan analisis terhadap hasil pengujian yang dilakukan BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini membahas kesimpulan dan hasil dari pengujian sistem yang dibuat dan memberikan saran sebagai acuan untuk penelitian selanjutnya.
5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Head Up Display Head Up Display disingkat HUD dapat didefinisikan sebagai sistem penampil dengan mode semi transparan untuk menampilkan informasi pada fokus pandangan pengendara. [2] Sistem penampil HUD ini berawal dari seorang pilot yang dapat melihat informasi navigasi pesawat dengan kepala yang terangkat (head up) bukan merupakan melihat informasi pada instrumen yang lebih rendah. Teknologi ini pada awalnya dikembangkan untuk pesawat militer, pertama kali dioperasikan pada pesawat Dessault Mercure pada tahun 1975 yang dikembangkan oleh perusahaan pesawat terbang Sextant Avionique. [3] Saat ini, HUD telah dikembangkan untuk komersial, seperti industri pesawat komersial, industri mobil, industri helm, dan lain-lain. Gambar 2. 1 Head Up Display [4] BMW menjadi produsen mobil Eropa pertama yang memproduksi mobil yang dilengkapi teknologi HUD dikaca depannya pada tahun 2004. BMW mengatakan bahwa untuk melihat layar navigasi pada instumen yang lebih rendah, setidaknya memerlukan waktu selama satu detik. Dengan kecepatan mobil 50 km/jam, pengendara dapat kehilangan perhatiannya ke jalan sejauh 14 meter. [5] Oleh karena itu, pengembangan teknologi pada industri otomotif terus dilakukan untuk mengurangi risiko kecelakaan dalam berkendara. Salah satunya
6 mengimplementasikan HUD pada kendaraan untuk menampilkan informasi penting guna mempermudah pengendara untuk berkendara. 2.2. Refleksi Cahaya Cahaya merupakan suatu partikel kecil yang bergerak. Cahaya memiliki prilaku seperti gelombang yaitu cahaya bergerak menempuh garis lurus. Sebagai contoh lampu senter yang tampak merupakan garis lurus. Sumber sinar terang cahaya berasal dari sumber cahaya. Sumber cahaya dibedakan menjadi dua yaitu sumber yang terdapat dari alam seperti cahaya matahari, cahaya api, kunangkunang dan sumber cahaya yang dapat diproduksi seperti lampu pijar, lampu neon, layar televisi, laser dan dioda pemancar cahaya. [6] Salah satu sifat yang dimiliki cahaya adalah memantul (refleksi). sebagian cahaya akan memantul jika menimpa permukaan benda. Jika benda tersebut transparan seperti air atau kaca, maka cahaya tersebut akan diteruskan. Besar sudut datang sama dengan sudut pantul. Perhatikan gambar 2.2 Garis normal Sinar datang ϴ i ϴ r Sinar pantul Gambar 2. 2 Pantulan Cahaya Keterangan. ϴ i ϴ r = sudut datang = sudut pantul Hukum Pemantulan : Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar. Sudut datang, sama besar dengan sudut pantul.
7 2.3. LCD Nokia 5110 Liquid Crystal Display disingkat LCD merupakan suatu sistem penampil yang terbuat dari bahan kristal yang pengoprasiannya menggunakan dot matriks. LCD banyak digunakan sebagai sistem penampil dari perangkat elektronika seperti kalkulator, handphone, jam digital, dan sebagainya. [7] Pada tugas akhir ini menggunakan LCD grafik Nokia 5110. Gambar 2. 3 LCD Nokia 5110 48x84 LCD Nokia 5110 menggunakan kontroler PCD8544, hal yang sama digunakan pada LCD Nokia 3310. PCD8544 adalah CMOS LCD controller yang dirancang untuk mengarahkan tampilan grafis 48 baris dan 84 kolom. Semua fungsionalitas yang diperlukan LCD telah disediakan pada satu chip (Single CMOS LCD controller/driver), chip ini didesain untuk suplai tegangan antara 3 ~ 5V. Spesifikasi lebih lengkap dapat dilihat pada lampiran A [8] Berikut konsep dasar membuat karakter pada LCD menggunakan arduino: Gambar 2. 4 Penyusunan Karakter pada LCD
8 Pemogram dapat medefinisikan delapan karakter buatan (glyph), setiap karakter dapat dibuat dengan ukuran 8x5 piksel. Warna hitam dikodekan dengan 1 dan warna putih dikodekan dengan 0. [9] 2.4. Arduino Pro Mini Arduino adalah microcontroller open source yang dapat diprogram dan berinteraksi dengan komponen lainnya. Arduino Pro Mini adalah board berbasis microcontroller ATmega. Terdapat dua jenis Arduino Pro Mini, yaitu Arduino Pro Mini yang dapat disuplai 3,3 V dan 5V. Pada Tugas Akhir ini, penulis menggunakan Arduino Pro Mini 3.3V. Gambar 2. 5 Arduino Pro Mini [10] Arduino Pro Mini 3V berbasis microcontroller ATMega328, board ini memiliki 14 pin digital input dan output (6 pin digunakan sebagai pin output PWM), 6 input analog, resonator on board, tombol reset dan lubang untuk pemasangan pin. Spesifikasi lebih lengkap mengenai Arduino Pro Mini, dapat dilihat pada lampiran A. Arduino Pro Mini merupakan board semi permanen, dimana untuk instalasi pin header dengan menyolder. Untuk memasukan program, board ini memerlukan perangkat tambahan untuk menghubungkan Arduino Pro Mini ke komputer. [10] Penulis menggunakan Foca v2.2. Gambar 2. 6 Foca v2.2 [11]
9 Foca sebuah produk yang digunakan sebagai instrument yang menghubungkan USB ke Serial Adaptor. Produk ini dilengkapi (20 pin 2.0mm) untuk fasilitas sistem komunikasi wireless (BEE). Dengan mengintergrasikan IC FT232, sistem ini dapat digunakan untuk pemrograman dan aplikasi microcontroller unit. [11] Berikut kabel yang digunakan untuk menghubungkan foca v2.2 dengan komputer. Gambar 2. 7 Kabel USB yang Digunakan Foca 2.5. Bluetooth HC-06 Bluetooth dapat didefinisikan sebagai teknologi komunikasi jarak dekat menggunakan jaringan wireless baik berupa komunikasi suara maupun komunikasi data. [12] Bluetooth HC-06 merupakan modul komunikasi wireless yang digunakan penulis pada sistem penampil yang digunakan sebagai active slave device. Bluetooth ini dapat digunakan untuk aplikasi microcontroller, komputer / peripheral device, GPS receiver, dan industri sistem controller. Gambar 2. 8 Bluetooth HC-06 [13] Bluetooth dirancang untuk jaringan nirkabel jarak pendek yakni sekitar 10 meter. Bluetooth beroperasi pada pita frekuensi 2,4 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical). Toleransi tegangan input antara 3.6 ~ 6V, spesifikasi
10 lebih lengkap dapat dilihat pada lampiran A [13]. Secara default, Bluetooth HC-06 telah diatur pada baud rate 9600 dan pincode 1234. Unit dasar dari sistem komunikasi Bluetooth adalah piconet, dimana pada piconet tersebut terdiri dari node master dan active slave device. Piconet dapat didefinisikan sebagai hubungan yang terjadi antara master dengan slave. [14] Bluetooth memposisikan kondisi awal pada mode standby. Pada mode standby, Bluetooth sesekali mendengarkan Bluetooth lain untuk melakukan komunikasi, proses ini disebut dengan inquiry berlangsung selama 10 miliseconds setiap 1,28 seconds. Selama proses inquiry berlangsung, Bluetooth mempelajari sistem pada device lainnya yang berada pada area yang dicakupnya dengan mengirimkan page command secara broadcast menggunakan reserved Inquiry ID, kemudian Bluetooth device lain yang menemrima pesan broadcast akan membalas pesan. Setelah itu, proses selanjutnya proses pagging yaitu melakukan komunikasi antara Bluetooth yang difungsikan sebagai master dan Bluetooth yang difungsikan sebagai slave (piconet). Active Member Address (AMA) hanya menyediakan 3 bits pada active slave device, hal ini menyebabkan jumlah maksimal active slave device pada Bluetooth adalah 7. [15]
11 BAB III PERANCANGAN SISTEM 3.1. Gambaran Umum Sistem Perancangan sistem penampil head up display pada tugas akhir ini meliputi perancangan sistem penampil yang merefleksikan keluaran LCD terhadap kaca helm serta dapat diintegrasikan dengan sepeda motor menggunakan sistem komunikasi Bluetooth. Berikut blok diagram sistem. Gambar 3. 1 Blok Diagram Sistem Sistem penampil ini menggunakan arduino pro mini sebagai kontroler utama sistem. Sistem ini bekerja berdasarkan data masukan (indikator lampu sein, rpm, kecepatan dan indikator bensin) yang diperoleh dari sistem komunikasi Bluetooth. Sistem ini mengguanakan Bluetooth HC-06. Sistem ini menggunakan LCD Nokia 5110 dengan backlight berwarna biru. Untuk mengatur intensitas cahaya pada LCD, menggunakan potensiometer yang diputar secara manual. Untuk memilih mode tampilan informasi pada pengguna menggunakan push on sebagai tombol pilihan informasi. Selain itu, sistem ini dilengkapi speaker yang fungsinya sebagai peringatan berupa keluaran suara. Secara garis besar sistem bekerja sebagai berikut : 1. Sistem membangun komunikasi menggunakan Bluetooth. Bluetooth pada sistem ini teridentifikasi sebagai active slave device dimana sistem ini hanya dapat menerima data masukan.
12 2. Arduino pro mini mengambil data berupa informasi lampu sein, rpm, kecepatan dan bensin melalui sistem komunikasi Bluetooth, kemudian data masukan akan melalui proses konversi data. 3. Sistem mendefinisikan data masukan menjadi data keluaran dan menampilkannya pada LCD. Data keluaran yang dapat dipilih pada mode tampilan adalah rpm, kecepatan, dan indikator bensin. Prioritas data diterapkan ketika indikator lampu sein sedang aktif dan ketika indikator bensin sedang menunjukan batas minimal. Sistem ini terdapat fungsionalitas keluaran suara ketika nilai data masukan mencapai batasan data masukan yang telah ditentukan sistem. 4. Keluaran pada LCD kemudian diproyeksikan pada kaca helm. Pada tahap ini sistem menyediakan pengaturan intensitas cahaya pada LCD yang dicerminkan pada kaca helm. 3.2. Perancangan dan Implementasi perangkat keras Perancangan dan Implementasi perangkat keras meliputi perancangan perangkat keras dan implementasi perangkat keras pada sistem. Berikut perancangan perangkat keras digambarkan kedalam blok diagram. 3.2.1 Perancangan perangkat keras Berikut desain perangkat keras secara umum digambarkan kedalam blok diagram. Gambar 3. 2 Desain perangkat keras
13 Baterai mensuplai tegangan sebesar 9 V, tegangan tersebut diturunkan menggunakan LM1117T menjadi 3.3 V sebelum tegangan tersebut didistribusikan ke LCD dan Bluetooth HC-06. Arduino memiliki pin TX dan RX pada Arduino difungsikan untuk menerima data masukan dari Bluetooth HC06. Data tersebut akan diproses oleh arduino pro mini dan ditampilkan menggunakan LCD Nokia 5110. Beberapa kondisi data keluaran direpresentasikan kedalam suara menggunakan speaker 8Ω. Intensitas cahaya pada LCD Nokia 5110 ditentukan oleh tinggi dan rendahnya tegangan yang masuk pada pin backlight, maksimal teganganyang dapat diatur adalah 3.3V. Potensiometer digunakan untuk mengatur tegangan yang masuk pada backlight. 3.2.1 Implementasi perangkat keras Implementasi perangkat keras meliputi implementasi LCD Nokia 5110, implementasi Bluetooth HC-06, implementasi speaker, dan implementasi distribusi tegangan sistem. a. Implementasi LCD Nokia 5110 Implementasi LCD Nokia 5110 meliputi perancangan dan implementasi sistem penampil untuk menampilkan data yang diproses oleh arduino pro mini serta perancangan dan implementasi penempatan LCD pada helm. LCD Nokia 5110 memiliki 8 pin untuk konfigurasikan pada arduino pro mini. Berikut konfigurasi LCD Nokia pada Arduino pro mini. Pin 1 (RST) : Terhubung pada pin 3 arduino pro mini Pin 2 (CE) : Terhubung pada pin 4 arduino pro mini Pin 3 (DC) : Terhubung pada pin 5 arduino pro mini Pin 4 (Din) : Terhubung pada pin 6 arduino pro mini Pin 5 (Clk) : Terhubung pada pin 7 arduino pro mini Pin 6 (VCC) : Terhubung pada pin VCC arduino pro mini Pin 7 (BL) : Terhubung pada potensiometer 10KΩ Pin 8 (GND) : Terhubung pada GND arduino pro mini
14 Potensiometer digunakan untuk mengatur tinggi rendahnya tegangan dimana nilai tegangan berpengaruh terhadap intensitas cahaya backlight. LCD disuplai tegangan sebesar 3.3 V oleh arduino pro mini, sedangkan potensiometer memperoleh tegangan 3.3 V dari baterai yang telah melalui tahap penurunan tegangan. b. Implementasi Bluetooth HC-06 Perancangan dan Implementasi Bluetooth meliputi perancangan dan implementasi Bluetooth HC-06 menerima data masukan. Bluetooth HC-06 ditempatkan dalam satu PCB bersama arduino pro mini. Pin RX dan TX pada arduino pro mini biasa digunakan Bluetooth untuk mengkonfigurasi sistem. Pada implementasinya, arduino pro mini menggunakan software serial yang fungsinya dapat memanipulasi pin digital lainnya pada arduino menjadi pin RX dan TX. Selain itu, software serial dapat mengintegrasikan dengan komputer untuk menganalisis proses kirim dan terima data melalui serial monitor. Berikut pin yang digunakan arduino pro mini untuk mengkonfigurasi Bluetooth HC-06. Pin TXD : terhubung pada pin 10 pada arduino pro mini Pin RXD : terhubung pada pin 11 pada arduino pro mini Pin VCC : terhubung pada tegangan 5 V arduino pro mini Pin GND : terhubung pada pin GND arduino pro mini c. Implementasi speaker 8Ω Perancangan dan implementasi speaker 8Ω ini meliputi perancangan dan implementasi keluaran suara. Berikut skematis speaker 8Ω. Gambar 3. 3 Skematis implementasi speaker 8Ω Kutub positif (+) Kutub negatif (-) : terhubung pada ground : terhubung pada resistor dan pin 8 arduino
15 d. Implementasi Penurun Tegangan Gambar 3. 4 Skematis penurun tegangan Sumber tegangan pada sistem ini diperoleh dari baterai 9 V. Tegangan akan diturunkan menggunakan volt regulator yakni LM1117T. Sebelum melalui proses penurunan tegangan, muatan listrik ditampung terlebih dulu oleh kapasitor sebesar 1nF, setelah itu LM1117T menurunkan tegangan sebesar 3.3V. Sebelum didistribusikan, muatan listrik kembali ditampung oleh kapasitor sebesar 10nF. 3.3. Perancangan Data Masukan 3.4.1. Data Masukan Lampu Sein Data masukan lampu sein diperoleh dari pembacaan tegangan yang diperoleh dari saat lampu sein sedang aktif. Sistem pada sepeda motor akan menurunkan tegangan yang didapat menjadi 5V, tujuannya agar tegangan tersebut sesuai dengan tegangan yang digunakan arduino uno (board berbasis microcontroller ATmega328 yang digunakan sistem pada sepeda motor). Pembacaan tegangan tersebut diproses kemudian dikirimkan pada sistem penampil menggunakan Bluetooth. Data masukan lampu sein dibedakan menjadi dua, yaitu data masukan lampu sein kiri dan data masukan lampu sein kanan. Data masukan lampu sein yang dikirimkan berupa angka dan dikodekan sistem sebagai berikut: Tabel 3. 1 Data Masukan Lampu Sein INPUT Keterangan 0 Tidak aktif 1 Aktif