Pengembangan Perangkat Finger Motion Capture Berbasis Flex Sensor

PROCEEDING SEMINAR PENELITIAN JURUSAN TEKNIK ELETRO FTI-ITS 1 Pengembangan Perangkat Finger Motion Capture Berbasis Flex Sensor Danny Kusuma Wardana 1), Dr. I Ketut Eddy Purnama ST.,MT 2), Ahmad Zaini ST.,MT 3) Jurusan Teknik Elektro, Bidang Studi Komputer dan Telematika, ITS Surabaya 1) Mahasiswa Program Sarjana (danny1403@elect-eng.its.ac.id) 2) 3) Dosen Pembimbing (ketut@ee.its.ac.id) Dosen Pembimbing (zaini@ee.its.ac.id) Abstrak--- Sering kita jumpai dalam kehidupan sehari hari, Tidak semua orang dapat lahir dengan sempurna. Terlahir dalam keadaan cacat bukanlah kehendak dari manusia. Seseorang yang cacat membutuhkan sebuah alat bantu. Dalam bahasan ini akan dilakukan penelitian tentang alat bantu untuk orang tunawicara. Orang yang tidak bisa bicara menggunakan bahasa isyarat agar dapat berkomunikasi. Saat ini telah diteliti perangkat yang dapat menerjemahkan bahasa isyarat dengan menggunakan sensor tekanan sensor ini tidak praktis karena membutuhkan media yang besar untuk penghubungnya. Pada tugas akhir ini akan dibuat sebuah Perangkat yang memiliki fungsi menterjemahkan gerakan jari jari tangan menjadi sebuah huruf dan angka yang nantinya akan dikomunikasikan dengan komputer. Alat yang dibuat menggunakan sensor flex. Dimana output tegangan sensor akan diolah dengan mikrokontroler ATmega128 selanjutnya data setelah diproses akan dikirimkan secara wireless dengan komputer. Kata kunci Flex Sensor, ATmega 128, finger motion capture. I. PENDAHULUAN Sering kita jumpai seseorang yang mengalami cacat suara. Seseorang dengan keadaan demikian menggunakan bahasa isyarat sebagai media komunikasi. Dengan bahasa isyarat ini akan didapat sebuah karakter yang nantinya akan diartikan dalam sebuah kata kata, sehingga dapat dimengerti oleh orang lain. Saat ini telah diteliti penerjemah bahasa isyarat dengan menggunakan sensor takanan dan glove. Sensor ini memilikikelemahan yaitu pada penempatan sensor sehingga menjadikan perangkat menjadi tidak praktis. Dalam Tugas Akhir ini digunakan sensor flex untuk deteksi posisi jari yang lebih mudah dan sederhana dalam pengaplikasianya. Sensor flex memiliki output berupa resistansi yang nantinya akan diproses ke sebuah mikrokontroler. Selanjutnya mikrokontroler akan mengirimkan data secara wireless ke perangkat PC, untuk selanjutnya diterjemahkan menjadi sebuah kata. Seseorang dapat langsung mengetahui kata-kata yang dikomunikasikan seseorang yang menggunakan glove yang terdapat sensor flex di dalamnya. II. PERALATAN DAN METODE Peralatan Yang Digunakan Proses pengujian perangkat Finger Motion Capture dengan menggunakan aplikasi visual basic pada komputer dengan spesifikasi sebagai berikut: Prosesor : Intel(R) Dual Core(TM) P6100 @ 1.80GHz(2CPUs) Memory : 1 GB VGA : Mobile Intel 965 Express Chipset Harddisk : 320 Giga Sistem Operasi : Windows XP SP2 Program : Code Vision AVR dan VB6.0 A. Flex Sensor Sensor Flex adalah sensor yang memiliki perubahan resistansi akibat adanya perubahan lekukan pada bagian sensor. Sensor ini memiliki output berupa resistansi. Sensor ini membutuhkan tegangan sebesar +5V agar bisa bekerja[1].output resistansi ini akan diberikan tegangan yang nantinya akan dibaca oleh mikrokontroler. Sensor ini digunakan untuk mendeteksi pergerakan lari tangan pada manusia / bagian lekukan lainya. Mikrokontroler mengkonversi data menggunakan ADC (analog to digital converter), dimana data inputnya didapat dari tegangan yang sudah terkena resistansi.[2] Gambar 1 Bentuk Fisik Flex Sensor Dari bentuk Fisik sensor Flex, sensor ini memiliki 2 jalur output. Sensor ini prinsip kerjanya mirip dengan variable resistor. Untuk dapat menggunakan sensor ini dibutuhkan sebuah rangkaian pembagi tegangan yang nantinya dihubungkan di mikrokontroler. Sensor ini

PROCEEDING SEMINAR PENELITIAN JURUSAN TEKNIK ELETRO FTI-ITS 2 memiliki sekat - sekat di bagian sisinya dimana sekat tersebut menunjukan posisi lekukan. B. Flex Sensor Radio freqwency yang digunakan adalah Xbee-Pro OEM ZigBee/IEEE 802.15.4 2.4GHz. Radio freqwency ini merupakan sebuah modul yang terdiri dari RF receiver dan RF transmiter dengan system interface serial UART asynchronous. Bentuk fisik dari modul RF Xbee- Pro R1 Vout R2 0V 0V Gambar 3 Rangkaian Pembagi Tegangan Dari rangkaian dijelaskan bahwa terdapat dua buah resistor dimana fungsi dari kedua resistor tersebut adalah membagi tegangan. Dari gambar di atas dapat di lihat bahwa V Out memiliki rumus sebagai berikut Gambar 2 Bentuk Fisik Xbee Pro Modul Xbee-PRO memiliki tegangan catu daya rendah yaitu antar 2.8 Volt sampai 3.4 Volt, sehingga diperlukan regulator tegangan sebesar 3.3 volt, namun untuk data interface dapat dihubungkan secara langsung ke mikrokontroller. Dalam melakukan komunikasi dengan perangkat lainnya xbee-pro mampu melakukan komunikasi dengan dua macam komunikasi yang berbeda, tergantung dari perangkat apa yang dihubungkan dengan modul xbee-pro. Komunkasi dapat dilakukan dengan menggunakan jaringan wireless dan komunikasi secara serial. Pada jaringan xbee-pro ini terdapat dua macam perangkat (node) yaitu FFD (Full Function Device) dan RFD (Reduced Function Device). FFD dapat bertindak sebagai penghubung beberapa node disebut dengan koordinator ataupun sebagai node terakhir (end-user). Topologi jaringan yang digunakan adalah jaringan star dan jaringan mesh atau peer to peer. C. Rangkaian Pembagi Tegangan Menghubungkan resistor seri seperti ini pada tegangan DC memiliki satu keuntungan, tegangan yang berbeda muncul di setiap resistor menghasilkan sebuah rangkaian yang disebut Rangkaian Pembagi Tegangan. Rangkaian yang ditunjukkan di atas adalah pembagi tegangan sederhana di mana tiga 1V, 2V dan 6V dihasilkan dari satu supply tegangan battery 9V. Hukum tegangan Kirchoff menyatakan bahwa " tegangan dalam rangkaian tertutup sama dengan jumlah semua tegangan (IR) di seluruh rangkaian". Rangkaian dasar Resistor Seri sebagai Pembagi Tegangan dapat dilihat pada Gambar rangkaian dibawah ini Vout = Vin * (R2/(R1+R2)) Rangkaian diatas dapat memberikan tegangan yang berubah sesuai dengan besar resistansi pada R1. Dalam penerapan sehari hari rangkaian ini biasanya terdapat pada potensiometer. Sebuah resistor variabel, potensiometer atau sering disebut juga Pot, adalah contoh yang baik dari multi-resistor pembagi tegangan. Pengaturan dengan memutar/menggeser tombol pada portensiometer akan menghasilkan Resistansi yang berbeda pada kaki resistor sehingga akan menghasilkan tegangan keluaran yang kita harapkan dengan lebih akurat. D. Sensor Accelerometer Hitachi H48C Sensor accelerometer Hitachi H48C adalah sensor buatan Parallax.sensor ini memiliki ADC (analog to digital converter) 12 bit di dalamnya. Keluaran modulh48c ini berupa data counting 12 bit. Dimana untuk menghitung nilai accelerasinya digunakan rumus G = ((axis vref /4095) x (3.3/0.3663) Dimana axis dan v rev adalah nilai yang di dapatkan dari counter ADC, 4095 adalah keluaran maksimal dari 12 bit data ADC. 3.3 adalah suplay tegangan dari sensor H48C. 0.03663 adalah tegangan output dari sensor H48C pada 1g untuk tegangan 3.3 volt. Gambar 4 Bentuk Fisik Xbee Pro Pada kaki pertama sensor adalah port clk dimana pada sensor harus diberikan pulsa sebesar 3 mikro second, port yang ke 2 adalah DIO, yang merupakan port keluaran untuk counting 12 bit data. Pin ke 3 adalah port tegangan input 5 volt.

PROCEEDING SEMINAR PENELITIAN JURUSAN TEKNIK ELETRO FTI-ITS 3 Tegangan terbesar yang diberikan adalah 5.5 volt. Pin 4 adalah pin untuk bypass sensor, pin ini aktif jika di berikan tegangan 5 volt. Pin 5 adalah pin CS yang digunakan untuk mengaktifkan sensor. Pin yang ke 6 adalah pin vdd, diberikan tegangan 0 V. III. DESAIN DAN IMPLEMENTASI A. Desain Sistem Finger motion capture yang dirancang tidak menggunakan kabel sebagai media koneksi ke PC, dengan demikian tidak menyulitkan user untuk menggunakanya. Gambar 5 Bentuk Fisik Xbee Pro Perangkat yang dibuat menggunakan 5 array flex sensor. Flex sensor ini kemudian diolah datanya yaitu berupa tegangan analog, masuk ke port ADC. Sensor accelerometer juga dihubungkan pada port ADC pada mikrokontroler AVR ATMEGA 128. Dari mikrokontroler data dikirim melalui komunikasi serial secara wireless menggunakan modul XBEE-Pro 2.4 Ghz. Dalam pembuatan peangkat di desain sebuah rangkaian yang menghubungkan sensor flex accelerometer dan mikrokontroler dimana rangkaianya adalah sebagai berikut B. Desain Komunikasi Wireless Komunikasi wireless menggunakan perangkat Xbee-Pro / ZIGBEE-Pro. Dalam melakukan komunikasi dengan perangkat lainnya Xbee-Pro mampu melakukan komunikasi dengan dua macam komunikasi yang berbeda, tergantung dari perangkat apa yang dihubungkan dengan modul Xbee-Pro. Komunkasi dapat dilakukan dengan menggunakan jaringan wireless dan komunikasi secara serial. Pada jaringan Xbee-Pro ini terdapat dua macam perangkat (node) yaitu FFD (Full Function Device) dan RFD (Reduced Function Device). FFD dapat bertindak sebagai penghubung beberapa node disebut dengan koordinator ataupun sebagai node terakhir (enduser). Topologi jaringan yang digunakan adalah jaringan star dan jaringan mesh atau peer topeer. Yang digunakan pada sistem ini adalah jaringan peer to peer. Karena hanya menghubungkan antara remote dengan relay saja. Untuk memodifikasi atau membaca parameter-parameter modul RF, pertama kali harus memasukkan command mode yaitu suatu keadaan dimana karakter-karakter yang datang didefinisikan sebagai suatu perintah. Gambar 7 Schematic Rangkaian Wireless Xbee-Pro Gambar 6 Schematic Rangkaian Finger Motion Capture IV. PENGUJIAN PERANGKAT A. Pengujian Sensor Flex Sensor flex adalah sensor yang memiliki output berupa resistansi.prinsip kerjany sama dengan potensiometer yang berubah resistansinya ketika terkena lekukan. Sensor dapat diukur dengan AVO meter berikut adalah datanya Tabel 1 Pengujian Sensor Flex SENSOR LURUS 90 Genggam Derajat 1 13k 16K 20K-30k 35K-36K 2 13k 16K 20K-30k 35K-36K 3 13k 16K 20K-30k 35K-36K 4 13k 16K 20K-30k 35K-36K 5 13k 16K 20K-30k 35K-36K

PROCEEDING SEMINAR PENELITIAN JURUSAN TEKNIK ELETRO FTI-ITS 4 B. Pengujian Sensor Flex Pada pengujian dilakukan analisa sebelum data diolah di mikrokontroler sehingga pada saat memrogram metode berbasis rule dapat langsung dijalankan dengan data yang sesuai dengan analisa perhitungan. Sensor pada keadaan jari tangan tegak (menunjuk) dianalisa sebagai berikut Gambar 10 Posisi jari Menggenggam terhadap flex sensor Vout sensor = (47 / (47+40)) * 5 = 0.540229 * 5 = 2.70114 Gambar 8 Posisi jari mengacung atau lurus terhadap flex sensor Vout sensor = (47 / (47+13)) * 5 = 0.7833 * 5 = 3.91665 Data ADC = (3.91665 / 5) * 1024 = 0.7833 *1024 = 802.0992 HOLD = 800 Untuk sensor pada saat keadaanya melekuk separuh (90 Derajat lekukan) dianalisa sebagai berikut Data ADC = (2.70114 / 5) * 1024 = 0.540229 *1024 = 533.185 HOLD = 500 C. Pengujian Perangkat Finger Motion Capture Perangkat finger motion capture yang dibuat dapat menampilkan karakter angka sesuai dengan jari yang di tunjuk oleh user yang sedang memakai sarung tangan yang terdapat accelerometer dan flex sensor di dalamya. Angka yang ditampilkan bisa dikenali 1 sampai dengan 5 terlihat seperti gambar berikut ini Untuk karakter angka 1 adalah sebagai berikut Gambar 9 Posisi jari Menekuk 90 Deajat Vout sensor = (47 / (47+29)) * 5 = 0.618421 * 5 = 3.092105 Data ADC = (3.092105 / 5) * 1024 = 0.618421 *1024 = 622.266 HOLD = 600 Gambar 11 Perangkat Menunjuk Angka 1 Tampilan pada program komputer untuk kata yang ditunjukan adalah sebagai berikut Untuk sensor pada saat keadaanya melekuk seluruhnya (tidur) dianalisa sebagai berikut Gambar 12 Software Menunjuk Angka 1

PROCEEDING SEMINAR PENELITIAN JURUSAN TEKNIK ELETRO FTI-ITS 5 Data percobaan yang di hasilkan di masing masing sensor untuk angka 1 adalah Pengujian Huruf J ditunjukan seperti gambar berikut ini Perangkat finger motion capture yang dibuat dapat menampilkan kata sesuai dengan jari yang di tunjuk oleh user yang sedang memakai sarung tangan yang terdapat accelerometer dan flex sensor di dalamya. Kata kata yang dikenali sesuai dengan kata standart sistem bahasa isyarat indonesia (sibi). pada percobaan kali ini digunakan kata adik Model perangkat sarung tangan untuk kata adik ditunjukkan pada gambar berikut : Gambar 14 Perangkat menunjuk Kata adik Tampilan pada program komputer untuk kata yang ditunjukan adalah sebagai berikut Gambar 13 Perangkat menunjuk huruf J Data yang ditampilkan untuk karakter huruf adalah sebagai berikut dengan format ibu jari, telunjuk, jari tengah, kelingking, jari manis, posisi x, posisi y, posisi z 600,500,400,500,700,108,110,102 600,500,400,500,800,108,110,103 600,500,400,500,800,108,110,104 600,500,400,500,700,108,110,104 600,500,400,500,800,107,110,104 600,500,400,500,800,107,109,104 600,500,400,500,800,107,109,104 600,500,400,500,700,107,109,104 600,500,400,500,700,107,109,104 600,500,400,500,800,106,109,104 Gambar 15 Perangkat menunjuk Kata adik Data dari sensor yang digunakan untuk mencocokan data dengan kata adik adalah sebagai berikut dengan format ibu jari, telunjuk, jari tengah, kelingking, jari manis, posisi x, posisi y, posisi z

PROCEEDING SEMINAR PENELITIAN JURUSAN TEKNIK ELETRO FTI-ITS 6 Dari format data di atas digunakan untuk mencari dan mencocokan kata adik. I. PENUTUP A. Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa : 1. Pembuatan Finger motion capture dengan flex sensor berhasil diterapkan. 2. Penambahan sensor accelerometer menjadikan perangkat finger motion capture dapat mendeteksi posisi secara linier dan berhasil mengenali kata, angka dan huruf 3. Koneksi dengan aplikasi blender berhasir diterapkan sesuai dengan angka atau huruf di dunia nyata. 4. Perangkat dapat mendeteksi kata dan mengeluarkan suara sesuai dengan kata menurut aturan SIBI (system bahasa isyarat indonesia). [4] X bee Pro. 2007. Zigbee, Xbee pro data sheet Data Sheet. <URL : http://www.digi.com> [5] Widodo Budhiharto, Gamayel Rizal. 2006. 12 Poyek Miktrokontroler untuk Pemula. Jakarta : PT. Elex komputindo. [6] Budioko, Totok, 2005. Belajar dengan mudah dan cepat Pemrograman Bahasa C dengan SDCC [Small Device C Compiler] pada Mikrokontroler AT89X41/AT89C51/52 Teori, Simulasi dan Aplikasi. Yogyakarta : Gava Media. B. Saran Dalam pengembangan selanjutnya penggunaan sensor accelerometer dapat digunakan sebagai pengganti flex sensor, kemudahan dalam membuat animasi dapat dilakukan karena dapat langsung mengkonversi sistem koordinat nyta dengan sistem koordinat Komputer. ISD 25120 dapat digunakan untuk modul yang dapat mengeluarkan suara pada perangkat, modul ini dapat digantikan dengan modul Text to Speech sehingga banyak kata yang dapat diucapkan oleh perangkat. DAFTAR PUSTAKA [1] Hamalainen, Jeff (2004). Edward Sensor Hands:The Techno Gloves. URL : http://www.tufts.edu/programs/mma/emid/ projectreportss04/ [2] Riddell, A., "An Interactive Ensemble" In Proceedings for the Australian Computer Music Conference (ACMC), Brisbane, Australia, Australasian Computer Music Association, 2005 [3] ATMEL. 2009. AVR AT Mega 128 Data Sheet. <URL : http://www.atmel.com>