IMPLEMENTASI ARTIFICIAL NEURAL NETWORK PADA FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA) DALAM SISTEM IDENTIFIKASI ODOR

dokumen-dokumen yang mirip
IMPLEMENTASI TEKNOLOGI FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA) PADA ALAT IDENTIFIKASI ODOR

Dosen Pembimbing : 1.Dr. Muhammad Rivai, ST, MT 2.Ir. Totok Mujiono M.I. Kom

Perancangan Sistem Pengenalan Jenis Odor Menggunakan 20 Mhz Quartz Crystal Microbalance Dan Field Programmable Gate Array

JURNAL TEKNIK ITS Vol. 4, No. 1, (2015) ISSN: ( Print) F-7

untuk ASIC tinggi, algoritma harus diverifikasi dan dioptimalkan sebelum implementasi. Namun dengan berkembangnya teknologi VLSI, implementasi perangk

Field Programmable Gate Array (FPGA) merupakan perangkat keras yang nantinya akan digunakan untuk mengimplementasikan perangkat lunak yang telah diran

BAB 2 LANDASAN TEORI

FPGA Field Programmable Gate Array

IDENTIFIKASI GAS AMONIA MENGGUNAKAN QUARTZ CRISTAL MICROBALANCE DENGAN NEURAL NETWORK YANG DIIMPLEMENTASIKAN PADA MIKROKONTROLER

PERANCANGAN DAN SIMULASI ALAT PENGHITUNG JUMLAH DETAK JANTUNG MENGGUNAKAN ISE WEBPACK 13.1

Rancang Bangun Sistem Pencacah Frekuensi Untuk Sensor Gas Quartz Crystal Microbalance

Brilianda Adi WIcaksono Bidang Studi Elektronika Jurusan Teknik Elektro FTI Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Rancang Bangun Sistem Pencacah Frekuensi Untuk Sensor Gas Quartz Crystal Microbalance

BACKPROPAGATION NEURAL NETWORK AS A METHOD OF FORECASTING ON CALCULATION INFLATION RATE IN JAKARTA AND SURABAYA

APLIKASI JARINGAN SYARAF TIRUAN PADA PENGENALAN POLA TULISAN DENGAN METODE BACKPROPAGATION

BABI PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

SISTEM KROMATOGRAFI GAS MENGGUNAKAN SENSOR SEMIKONDUKTOR DAN NEURAL NETWORK UNTUK KLASIFIKASI MINYAK MENTAH

JARINGAN SYARAF TIRUAN UNTUK PREDIKSI PENJUALAN JAMUR MENGGUNAKAN ALGORITMA BACKROPAGATION

DESAIN SKEMATIK ALGORITMA HISTOGRAM UNTUK KEBUTUHAN ANALISIS TEKSTUR CITRA BERBASIS FPGA (Field Programmable Gate Array)

BAB 1. Pendahuluan. diprogram secara digital ditemukan seperti IC sederhana seperti General Array

PREDIKSI CURAH HUJAN DI KOTA MEDAN MENGGUNAKAN METODE BACKPROPAGATION NEURAL NETWORK

PREDIKSI PERHITUNGAN DOSIS RADIASI PADA PEMERIKSAAN MAMMOGRAFI MENGGUNAKAN ALGORITMA JARINGAN SYARAF TIRUAN PROPAGASI BALIK

MENGENALI FUNGSI LOGIKA AND MELALUI PEMROGRAMAN PERCEPTRON DENGAN MATLAB

SATIN Sains dan Teknologi Informasi

BAB 2 KONSEP DASAR PENGENAL OBJEK

Analisa Model Implementasi Field Programmable Gate Array (FPGA) dan Application Spesific Integrated Circuit (ASIC)

BAB 1 PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

IMPLEMENTASI JARINGAN SYARAF TIRUAN MULTI LAYER FEEDFORWARD DENGAN ALGORITMA BACKPROPAGATION SEBAGAI ESTIMASI NILAI KURS JUAL SGD-IDR

ANALISIS PERBANDINGAN METODE JARINGAN SYARAF TIRUAN DAN REGRESI LINEAR BERGANDA PADA PRAKIRAAN CUACA

PENGENALAN KARAKTER ALFANUMERIK MENGGUNAKAN METODE BACKPROPAGARATION

Penerapan Jaringan Saraf Tiruan Metode Backpropagation Menggunakan VB 6

Implementasi Penampil Citra Dengan Menggunakan Picoblaze FPGA

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

BAB 4 DISAIN MODEL. Pengguna. Citra. Ekstraksi Ciri x. Antar muka (Interface) Data Hasil Ekstraksi Ciri. Testing dan Identifikasi.

ARSITEKTUR FPGA. Veronica Ernita K.

BAB II LANDASAN TEORI

Perbandingan Arsitektur Multilayer Feedforward Network dengan memakai Topologi Multiprosesor Ring Array Dan Linear Array

VOL. 01 NO. 02 [JURNAL ILMIAH BINARY] ISSN :

PENDETEKSI JENIS TEH MENGGUNAKAN DERET SENSOR TIN OXIDE DAN NEURAL NETWORK

ANALISIS ODOR URINE UNTUK MENDETEKSI INFEKSI SALURAN KEMIH DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR QUARTZ CRYSTAL MICROBALANCE DAN SELF ORGANIZING MAP (SOM)

PERBANDINGAN ALGORITMA PARTICLE SWARM OPTIMIZATION DAN REGRESI PADA PERAMALAN WAKTU BEBAN PUNCAK

BAB 2 LANDASAN TEORI

OPTIMALISASI ARSITEKTUR PROPAGASI BALIK PADA PELATIHAN JARINGAN SYARAF TIRUAN LAPIS BANYAK

Optimalisasi Identifikasi Sidik Jari Menggunakan Metode Neural network pada Sistem Keamanan Sepeda Motor

Pengembangan Aplikasi Prediksi Pertumbuhan Ekonomi Indonesia dengan Jaringan Syaraf Tiruan Backpropagation

NOISE REMOVAL PADA TULISAN TANGAN MENGGUNAKAN JARINGAN SARAF TIRUAN

KOMPARASI HASIL KLASIFIKASI PENYAKIT DIABETES MELLITUS MENGGUNAKAN JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROPAGATION DAN LEARNING VECTOR QUANTIZATION

I. Pendahuluan. II. Tujuan. III. Gambaran Disain. MODUL 3 Stopwatch

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan

IMPLEMENTASI JARINGAN SYARAF TIRUAN METODE BACKPROPAGATION UNTUK MEMPREDIKSI HARGA SAHAM

JARINGAN SARAF TIRUAN DENGAN BACKPROPAGATION UNTUK MENDETEKSI PENYALAHGUNAAN NARKOTIKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

PERANCANGAN PROGRAM PENGENALAN BENTUK MOBIL DENGAN METODE BACKPROPAGATION DAN ARTIFICIAL NEURAL NETWORK SKRIPSI

Identifikasi Jenis Gas di Udara Terbuka pada Sistem Sensor Semikonduktor menggunakan Fast Fourier Transform dan neural Network

Jurnal Ilmiah Komputer dan Informatika (KOMPUTA) IMPLEMENTASI JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROPAGATION UNTUK MENGENALI MOTIF BATIK

Muhammad Fahrizal. Mahasiswa Teknik Informatika STMIK Budi Darma Jl. Sisingamangaraja No. 338 Simpanglimun Medan

PERAMALAN JUMLAH KENDARAAN DI DKI JAKARTA DENGAN JARINGAN BACKPROPAGATION

IMPLEMENTASI FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA) UNTUK MEMBUAT GAME RICOCHET. Naskah Publikasi. diajukan oleh Astona Sura Satrida

APLIKASI JARINGAN SYARAF TIRUAN MULTI LAYER PERCEPTRON PADA APLIKASI PRAKIRAAN CUACA

Bab 5 Penerapan Neural Network Dalam Klasifikasi Citra Penginderaan Jauh

Klasifikasi Odor pada Ruang Terbuka dengan Menggunakan Short Time Fourier Transform dan Neural Learning Vector Quantization

2.4 Sistem Penghapus Derau (Noise Canceling) Algoritma Recursive Least Square (RLS) Field Programmable Gate Array (FPGA) 16

BAB IV JARINGAN SYARAF TIRUAN (ARTIFICIAL NEURAL NETWORK)

MODEL PEMBELAJARAN JARINGAN SYARAF TIRUAN UNTUK OTOMATISASI PENGEMUDIAN KENDARAAN BERODA TIGA

BAB 1 PENDAHULUAN. Penggunaan teknik penjamakan dapat mengefisienkan transmisi data. Pada

BAB I PENDAHULUAN. Gambar 1.1 : Xilinx Foundation Series

PENERAPAN JARINGAN SYARAF TIRUAN DALAM MEMPREDIKSI TINGKAT PENGANGGURAN DI SUMATERA BARAT

BAB 1 PENDAHULUAN. dengan teknologi digital, maka perangkat tersebut memiliki sebuah integrated

RUMUSAN MASALAH Rumusan masalah yang diambil penulis ialah mengembangkan dari latar belakang masalah yang telah diuraikan di atas, dan dapat diperoleh

MONITORING DAN KONTROL DAYA KAMAR KOS MELALUI JARINGAN INTERNET (SOFTWARE)

ANALISIS FUNGSI AKTIVASI SIGMOID BINER DAN SIGMOID BIPOLAR DALAM ALGORITMA BACKPROPAGATION PADA PREDIKSI KEMAMPUAN SISWA

Identifikasi Unsur-unsur Radioaktif dengan Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan

BAB 3. Perancangan Sistem

Analisis Jaringan Saraf Tiruan Model Perceptron Pada Pengenalan Pola Pulau di Indonesia

BAB I PENDAHULUAN I-1

KLASIFIKASI PENYAKIT DIABETES MELLITUS MENGGUNAKAN JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROPAGATION DAN LEARNING VECTOR QUANTIZATION

ANALISIS ALGORITMA INISIALISASI NGUYEN-WIDROW PADA PROSES PREDIKSI CURAH HUJAN KOTA MEDAN MENGGUNAKAN METODE BACKPROPAGATION NEURAL NETWORK

BAB 2 LANDASAN TEORI

BAB 2 LANDASAN TEORI

ANALISIS PENAMBAHAN NILAI MOMENTUM PADA PREDIKSI PRODUKTIVITAS KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN BACKPROPAGATION

Aplikasi yang dibuat adalah aplikasi untuk menghitung. prediksi jumlah dalam hal ini diambil studi kasus data balita

KLASIFIKASI KELAINAN JANTUNG ANAK MENGGUNAKAN JARINGAN SARAF TIRUAN ALGORITMA BACKPROPAGATION A B S T R A K

ANALISIS PENAMBAHAN MOMENTUM PADA PROSES PREDIKSI CURAH HUJAN KOTA MEDAN MENGGUNAKAN METODE BACKPROPAGATION NEURAL NETWORK

BAB III PERANCANGAN SISTEM

JARINGAN SYARAF TIRUAN UNTUK MEMPREDIKSI CURAH HUJAN SUMATERA UTARA DENGAN METODE BACK PROPAGATION (STUDI KASUS : BMKG MEDAN)

Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2004 Yogyakarta, 19 Juni 2004

SATIN Sains dan Teknologi Informasi

ASIC Application Spesific Integrated Circuit

PREDIKSI PENDAPATAN ASLI DAERAH KALIMANTAN BARAT MENGGUNAKAN JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROPAGATION

Sistem Identifikasi Gas Menggunakan Sensor Surface Acoustic Wave dan Metoda Kromatografi

JARINGAN SYARAF TIRUAN PREDIKSI PENYAKIT LUDWIG ANGINA

RANCANG BANGUN TOOL UNTUK JARINGAN SYARAF TIRUAN (JST) MODEL PERCEPTRON

PENGENALAN POLA HURUF ROMAWI DENGAN JARINGAN SARAF TIRUAN PERSEPTRON LAPIS JAMAK

PERANCANGAN PLC MENGGUNAKAN FPGA

PENGENALAN PLAT NOMOR KENDARAAN DALAM SEBUAH CITRA MENGUNAKAN JARINGAN SARAF TIRUAN ABSTRAK

BAB III PERANCANGAN SISTEM

KLASIFIKASI POLA HURUF VOKAL DENGAN MENGGUNAKAN JARINGAN SARAF TIRUAN BACKPROPAGATION. Dhita Azzahra Pancorowati

SATUAN ACARA PERKULIAHAN UNIVERSITAS GUNADARMA

PENERAPAN JARINGAN SYARAF TIRUAN UNTUK MEMPREDIKSI JUMLAH PESERTA KB BARU DI KABUPATEN SEMARANG DENGAN METODE BACKPROPAGATION

BAB 2 LANDASAN TEORI. Pengenalan suara (voice recognition) dibagi menjadi dua jenis, yaitu

Transkripsi:

IMPLEMENTASI ARTIFICIAL NEURAL NETWORK PADA FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA) DALAM SISTEM IDENTIFIKASI ODOR Dini Fakta Sari 1,2, Muhammad Rivai 1, Totok Muiono 1 1 Program Pascasarana,Jurusan Teknik Elektro, ITS, Surabaya 1 Alamat : Kampus ITS, Keputih, Surabaya 60111 2 Jurusan Teknik Informatika, STMIK AKAKOM, Yogakarta 2 Alamat : Jl. Raya Janti 143, Karang Jambe, Yogyakarta 55198 e-mail : dini@akakom.ac.id ABSTRAK Penggunaan Field Programmable Gate Array (FPGA) untuk implementasi artificial neural network memberikan fleksibilitas dalam sistem pemrograman. Implementasi digital pada artificial neural network menggunakan FPGA dan menggunakan fungsi aktivasi nonlinier. VHDL digunakan untuk mengimplementasikan artificial neural network pada FPGA Xilinx XC3S500E-FG320 dengan perangkat lunak Xilinx ISE Webpack 8.2i. Kecepatan operasi FPGA Xilinx XC3S500E-FG320 dapat ditingkatkan dengan menggunakan metode lookup table (LUT). Jumlah LUT yang digunakan untuk perancangan artificial neural network dengan 3 neuron pada lapisan input, 4 neuron pada lapisan output dengan 1 neuron pada lapisan tersembunyi adalah sebesar 1407 LUT, untuk 5 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 4549 LUT, untuk 10 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 6378 LUT dan untuk 15 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 10084 LUT. Sistem dentifikasi odor, dilengkapi dengan sensor resonator kuarsa, pengkondisi sinyal, FPGA dan display. Model Multi Layer Perceptron (MLP) dengan metode pembelaaran Back Propagation (BP) yang digunakan untuk klasifikasi odor. Artificial neural network terdiri dari 3 neuron pada lapisan input, 10 neuron pada lapisan tersembunyi dan 4 neuron pada lapisan output yang diimplementasikan pada FPGA. Tingkat keberhasilan artificial neural network untuk identifikasi amoniak sebesar 93%, untuk pertamax sebesar 90%, untuk alkohol sebesar 92% dan untuk minyak tanah sebesar 85%. Kata kunci : Odor, sistem identifikasi odor, Artificial neural network, dan FPGA. A. PENDAHULUAN Odor atau malodor dituukan kepada bau yang menyengat. Odor tidak tergantung pada penglihatan, pendengaran dan sentuhan (Peter Schulze Lammers, et al, 2004). Hidung elektronik merupakan peralatan yang dirancang untuk mengganti fungsi biologi sistem penciuman, sehingga dapat mengatasi kekurangan sistem penciuman manusia (Sari Dini Fakta, dkk, 2010). Biochemical sensor adalah perangkat yang mengkonversi molekul kimia menadi sinyal elektronik (Peter Schulze Lammers, et al, 2004). Beberapa biochemical sensor yang sering digunakan adalah sensor semikonduktor, sensor resonator kuarsa dan polimer. Penggunaan sensor resonator kuarsa dalam mendeteksi odor dengan cara menghitung besar penurunan frekuensi resonator kristal yang sebanding dengan konsentrasi odor dan sistem sensor sehingga akan mengasilkan pola yang berbeda untuk tiap enis odor pelarut yang dideteksinya. Hal ini diakibatkan adanya koefisien partisi yang berbeda antara tiap elemen sensor terhadap uap yang dideteksinya (Rivai Muhammad, dkk, 2006). 1

Artificial Neural Network adalah paradigma pemrosesan informasi yang terinspirasi dengan cara biologi pada sistem saraf, seperti otak. Ilmuwan mencoba untuk meniru otak dengan kemampuan artificial neural network. Algoritma Back propagation paling banyak digunakan untuk algoritma pelatihan multi-layered feedforward neuron networks Standar back propagation membutuhkan waktu untuk menyesuaikan dengan bobot antara unit-unit dalam aringan untuk meminimalkan Mean Square Errors (MSE) antara output yang diinginkan dan output yang sebenarnya (Medhat Moussa. et al, 2006). Desain FPGA lebih cepat dan dapat didesain ulang tanpa merubah rancangan perangkat keras, dibandingkan dengan ASIC yang butuh waktu lebih lama dalam mendisain ulang. Keuntungan menggunakan FPGA adalah memungkinkan mengimplementasikan aringan logika yang sangat kompleks pada chip tunggal tanpa harus mendesain dan proses fabrikasi yang mahal dan menghabiskan waktu. Implementasi FPGA begitu murah dibandingkan ASIC yang lain yang harus dalam umlah banyak (Misbah, 2009). B. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Resonator Kuarsa Resonator kuarsa merupakan bahan piezoelektrik. Resonator kuarsa yang dilapisi dengan membrane yang sensitive terhadap gas dapat digunakan sebagai sensor kimiawi. Molekul gas yang terabsorbsi dalam membran sensitif, akan memberikan penambahan beban yang akan mengakibatkan teradinya penurunan resonansi frekuensi dari frekuensi awal. Penurunan frekuensi resonator ini akan menghilang dan kembali pada frekuensi semula bila molekul gas telah lepas dari membran (deabsorbsi). Fenomena ini dinamakan efek pembebanan massa (massloading effect). Gambar 2.1. Bentuk-Bentuk Elektroda Sensor Resonator Kuarsa 2.2. Artificial Neural Network Artificial Neural Network (ANN) digunakan di berbagai bidang pengenalan pola, pengolahan gambar dan diagnostic medis. Artificial Neural Networks dapat diimplementasikan dengan menggunakan sistem digital. Implementasi menggunakan sistem digital memiliki keuntungan yakni : tingkat akurasi yang tinggi, sensitivitas terhadap noise rendah, dan fleksibilitas yang lebih tinggi. Pelatihan ANN Multi Layer Perceptron meliputi 3 tahap. Tahap pertama adalah tahap mau, dimana pola masukan dihitung mau mulai dari lapis masukan hingga lapis keluaran menggunakan fungsi aktivasi yang ditentukan. Tahap kedua adalah tahap mundur, yaitu selisih antara keluaran aring dengan target yang diinginkan merupakan kesalahan yang teradi. Kesalahan tersebut 2

dipropagasikan mundur, dimulai dari garis yang berhubungan langsung dengan unit-unit di lapis keluaran. Tahap ketiga adalah modifikasi bobot untuk menurunkan kesalahan yang teradi. 6. Hitung semua keluaran aring di semua unit y k (k=1,2,..,m) p 0 k z. 1 y _ net w w...(2.3) k y _ net y _ net e e y k f 2 ( y _ netk )..(2.4) y _ net y _ net e e k Gambar 2.2. Arsitektur ANN-MLP Dengan i Buah Masukan yang Ditambah Sebuah Bias, Sebuah Lapis Tersembunyi yang Terdiri Dari Unit yang Ditambah Sebuah Bias Serta k Buah Unit Keluaran Algoritma pelatihan untuk aring dengan satu lapis tersembunyi (Misbah, 2009) menggunakan fungsi aktivasi tansig adalah sebagai berikut : 1. Inisialisasi semua bobot dengan bilangan acak kecil 2. Jika kondisi penghentian belum terpenuhi, lakukan langkah 3-9. 3. Untuk setiap pasang data pelatihan, lakukan langkah 4-9. Tahap pertama : propagasi mau 4. Tiap unit masukan menerima sinyal dan meneruskannya ke unit tersembunyi diatasnya. 5. Hitung semua keluaran di unit tersembunyi z (=1,2,..p) n z _ net v x v. (2.1) z 0 i1 z _ net z _ net e e f1 ( z _ net ).. (2.2) z _ net z _ net e e i i Tahap kedua : propagasi mundur 7. Hitung faktor δ unit keluaran berdasarkan kesalahan di setiap unit keluaran y k (k=1,2,...,m) t y ) f '( y _ net ) ( t y ). y.(1 y )..(2.5) k ( k k k k k k k δ k merupakan unit kesalahan yang akan dipakai dalam perubahan bobot lapis dibawahnya (langkah 8) Hitung suku perubahan bobot w k (yang akan dipakai nanti untuk merubah bobot w k ) dengan lau percepatan. w z ; k k k=1,2,,m; =0,1,,p......(2.6) 8. Hitung faktor δ unit tersembunyi berdasarkan kesalahan di setiap unit tersembunyi z (=1,2,,p) _ net m k1. w Faktor δ unit tersembunyi : k k... (2.7) _ net f '( z _ net ) _ net z (1 z )..(2.8) Hitung suku perubahan bobot v i (yang akan dipakai nanti untuk merubah bobot v i) v x ; i =1,2,,p; i=0,1,,n Tahap ketiga : perubahan bobot i.(2.9) 9. Hitung semua perubahan bobot 3

Perubahan bobot garis yang menuu ke unit keluaran : w k ( baru) w ( lama) w (k=1,2,,m; k =0,1,,p)...(2.10) Perubahan bobot garis yang menuu ke unit tersembunyi : v ( baru) v ( lama) v i i (=1,2,,p ; i=0,1,,n)... (2.11) Setelah pelatihan selesai dilakukan, aring dapat dipakai untuk pengenalan pola. Dalam hal ini, hanya propagasi mau (langkah 5 dan 6) saa yang dipakai untuk menentukan keluaran ANN. 2.3. Field Programmable Gates Array (FPGA) FPGA secara tradisional digunakan untuk hardware prototyping desainer. Implementasi Very-large-scale integration (VLSI) untuk ANN memberikan kecepatan tinggi dalam aplikasi real-time. VLSI memiliki kekurangan yakni tidak fleksibel dalam merubah struktur dan mahal. Dibandingkan dengan FPGA yang telah mengalami peningkatan selama bertahuntahun, sehingga telah digunakan dalam proses komputasi untuk konfigurasi ulang. FPGA terdiri dari tiga blok dasar yaitu configurable logic blocks, in-out blocks dan connection blocks. Configurable logic blocks melakukan fungsi logika. Connection blocks menghubungkan logika dengan in-out blocks. Proses routing secara efektif mengubungkan beberapa blok logika yang terletak pada arak yang berbeda (Suhap Sahin, et.al, 2006). i k Spartan 3E merupakan salah satu keluarga FPGA yang diproduksi oleh Xilinx. Keluarga Spartan 3E memiliki gerbang 100000 sampai dengan 1600000 gerbang. IC Xilinx ini dapat diprogram dan dihapus dengan waktu yang tidak terbatas, dengan pemrogramannya menggunakan Xilinx Development System. Berikut gambaran mengenai data-data yang termasuk dalam kategori keluarga Spartan 3E yang ditunukan pada Tabel 2.2. Data keluarga Spartan 3E. Spartan-3E starter kit board memakai chip XC3S500E-FG320 dengan bentuk board dapat dilihat pada Gambar 2.3. Modul tipe ini dilengkapi dengan LCD display, 16 x 2 karakter, Platform Flash configuration PROM, PS/2 mouse or keyboard port, VGA, Ethernet PHY (requires Ethernet MAC in FPGA), RS-232, 50 MHz clock oscillator, dan lainnya. Gambar 2.3. Spartan-3E Starter Kit Board Sumber : www.xilinx.com C. METODOLOGI Alat identifikasi odor secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 3.1 yang secara umum terdiri dari sensor resonator kuarsa, signal conditioning, FPGA dan display. Sensor resonator kuarsa yang digunakan ada 3 buah, masing-masing sensor dihubungkan ke rangkaian osilator dan 4

mixer. Frekuensi yang keluar dari rangkaian mixer akan menadi data masukan ke FPGA. Pada FPGA terdapat beberapa proses yang terdiri dari frekuensi counter, pewaktu 1 detik, latch, multiplexer, program untuk serial interface, program penguian artificial neural network dan program untuk LCD. Pembacaan frekuensi untuk masing-masing sensor ditampilkan pada komputer. Proses pembelaaran dari artificial neural network dengan model Multi Layer Perceptron dengan metode pelatihan Back Propagation dilakukan di komputer sedangkan proses penguian artificial neural network dilakukan di FPGA yang hasilnya akan ditampilkan pada LCD yang terdapat pada board FPGA. Sensor dan Signal Conditioning FPGA Base Process Display Resonator Kuarsa oscillator mixer Frequency ODOR oscillator mixer Counter Frequency Counter Program Serial interface Serial Interface Komputer oscillator mixer Frequency Counter Mux oscillator Pewaktu 1 detik Artificial neural network Program LCD LCD 20MHz Gambar 3.1. Perancangan Sistem Alat Identifikasi Odor Gambar 3.2. Sistem Alat Identifikasi Odor Dengan Implementasi ANN Pada FPGA Sistem alat identifikasi odor dengan implementasi ANN pada FPGA realisasinya dapat dilihat pada Gambar 3.2, terdiri dari sensor resonator kuarsa, rangkaian osilator dan mixer, dan FPGA Spartan 3E. 5

Proses Pembelaaran Artificial Neural Network Artificial Neural Network Z1 X1 Z2 y1 ODOR Odor sensing Pre processing Normalisasi X2 Z3 Z4 y2 y3 Bobot-Bobot Pembelaaran X3 y4 Zn Lapisan input Lapisan tersembunyi Lapisan output Proses Penguian Artificial Neural Network Artificial Neural Network Z1 Memperbaharui Bobot Pembelaaran X1 Z2 y1 ODOR Odor sensing Pre processing X2 Z3 Z4 y2 y3 Hasil Klasifikasi Odor X3 y4 Zn Lapisan input Lapisan tersembunyi Lapisan output Gambar 3.3. Perancangan Perangkat Lunak Implementasi Artificial Neural Network Perancangan ANN model Multi Layer Perceptron dapat dilihat pada Gambar 3.3. Proses ANN model Multi Layer Perceptron dibagi menadi dua proses yaitu proses pembelaaran dan proses penguian. Pada saat odor dideteksi oleh odor sensing maka frekuensi yang dihasilkan akan diproses terlebih dahulu pada langkah pre pembelaaran. Bobot-bobot akan terus diperbaharui sampai epoch yang ditentukan. Bobot-bobot yang didapatkan pada proses pembelaaran akan dipergunakan pada komputasi proses penguian artificial neural network sehingga didapatkan hasil klasifikasi odor. Pada perencanaan perangkat lunak, processing yang terdiri dari osilator dan dilakukan pembuatan kode VHDL untuk mixer dengan input dari frekuensi sensor dan frekuensi dari kristal 20MHz, frekuensi yang dihasilkan kemudian dinormalisasi untuk masing-masing blok diagram yang kemudian dibuat suatu model skema rangkaian untuk dihubungkan blok satu dengan yang lain mengurangi variasi pola, akibat adanya sehingga membentuk rangkaian sistem variasi konsentrasi odor. Data yang dihasilkan dari proses normalisasi akan diadikan input pada proses pembelaaran secara keseluruhan. Prosedur desain pembuatan kode VHDL seperti pada Gambar 3.4. ANN untuk mendapatkan bobot-bobot 6

DESAIN : -Grafik - HDL Model COMPILATION SIMULATION : - timing diagram -timing analysis Penguian pada alat identifikasi odor yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.5. Sensor resonator kuarsa dibersihkan dari partikel gas yang masih menempel dengan cara mengalirkan gas nitrogen (N 2). Bahan yang akan diuikan ditempatkan pada tempat ui sampel, kemudian dipompa agar masuk kedalam sel detektor yang didalamnya terdapat sensorsensor gas resonator kuarsa yang telah dilapisi bahan-bahan polimer. Perubahan frekuensi dari masing-masing sensor dicacah dan diproses dalam FPGA. Verifikasi : -Program FPGA Prosedur Desain VHDL Dengan Xilinx Programming : -Board FPGA Gambar 3. 4. Data pembacaan frekuensi dari masing-masing sensor dinormalisasi, kemudian data hasil normalisasi diadikan input pada artificial neural network. Proses pembelaaran dari artificial neural network pada komputer dengan perangkat lunak MATLAB, untuk mendapatkan nilai bobotbobot. Bobot-bobotyang diperoleh dari proses pembelaaran akan digunakan pada proses penguian artificial neural network di FPGA dengan perangkat lunak Xilinx ISE 8.2i Gas N 2 Resonator kuarsa dan oscillator Odor yang diui Komunikasi serial Gambar 3.5. Penguian Alat Identifikasi Odor D. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penguian artificial neural network pada FPGA, dilakukan pengamatan pada Configurable Logic Blocks yang terdapat pada Spartan 3E. CLB terdiri atas 4 buah slice, dimana setiap slice tersusun atas 2 buah LUT (Look-up Table). Tabel 4.1. Jumlah Memori yang Digunakan Pada FPGA Tabel 4.2. Estimasi Penggunaan Slice Pada CLB yang Terdapat Pada FPGA. 7

Tabel 4.3. Estimasi Penggunaan LUT Pada CLB yang Terdapat Pada FPGA. Jumlah memori yang digunakan pada penguian artificial neural network dapat dilihat pada Tabel 4.1. Pada saat diui coba dengan mengimplementasikan ANN- MLP, untuk 3 neuron pada lapisan input dan 4 neuron pada lapisan output dimana semakin banyak neuron pada lapisan tersembunyi total memori yang digunakan semakin besar. Waktu yang dibutuhkan untuk komputasi artificial neural network pada FPGA adalah 0.8276 detik. Estimasi penggunaan slice yang terdapat pada FPGA Spartan-3E berdasarkan rancangan artificial neural network secara keseluruhan dapat dilihat pada Tabel 4.2. Pada proses verifikasi program pada FPGA Spartan 3E, persentase umlah slice yang digunakan untuk 3 neuron pada lapisan input dan 4 neuron pada lapisan output dengan 1 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 20%, untuk 5 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 56%, untuk 10 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 78%, dan untuk 15 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 112%. Jumlah penggunaan slice yang terdapat pada FPGA dapat digambarkan dalam bentuk grafik untuk masing-masing perancangan artificial neural network, dapat dilihat pada Gambar 4.1. Grafik yang berwarna merah merupakan umlah slice yang tersedia pada Sartan-3E. Grafik yang berwarna biru menunukkan umlah slice yang digunakan untuk perancangan artificial neural network dengan 3 umlah input neuron, beberapa umlah neuron pada lapisan tersembunyi dan 4 umlah neuron output. Estimasi penggunaan LUT yang terdapat pada FPGA Spartan-3E berdasarkan rancangan artificial neural network secara keseluruhan dapat dilihat pada Tabel 4.3. Pada proses verifikasi program pada FPGA Spartan 3E, persentase umlah LUT yang digunakan untuk 3 neuron pada lapisan input dan 4 neuron pada lapisan output dengan 1 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 15%, untuk 5 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 48%, untuk 10 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 68%, dan untuk 15 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 108%. Jumlah penggunaan LUT yang terdapat pada FPGA dapat digambarkan dalam bentuk grafik untuk masing-masing perancangan artificial neural network, dapat dilihat pada Gambar 4.2. Grafik yang berwarna merah merupakan umlah LUT yang tersedia pada Sartan-3E. Grafik yang berwarna biru menunukkan umlah LUT yang digunakan dalam perancangan. 8

umlah slice umlah LUT 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Slice pada FPGA 1 5 10 15 umlah neuron pada lapisan tersembunyi Gambar 4.1. Jumlah Slice Pada FPGA LUT pada FPGA 1 5 10 15 umlah neuron lapisan tersembunyi Gambar 4.2. Jumlah LUT Pada FPGA Tabel 4.4. Penguian Bahan Odor umlah slice yang digunakan umlah slice yang tersedia umlah LUT yang digunakan umlah LUT yang tersedia Hasil penguian masing-masing bahan odor pada pada alat identifikasi odor dengan implementasi ANN-MLP pada FPGA dapat dilihat pada Tabel 4.4 Artificial neural network dengan model multi layer perceptron, bertuuan untuk mendapatkan keseimbangan antara kemampuan aringan untuk mengenali pola yang digunakan selama pembelaaran, dengan kemampuan aringan dalam memberikan respon yang benar terhadap pola masukan selama penguian. Tingkat akurasi benar dari alat identifikasi odor dengan mengimplementasikan artificial neural network dengan 3 neuron input, 10 neuron pada lapisan tersembunyi dan 4 neuron output pada FPGA dalam mengidentifikasi odor yang diuikan untuk amoniak 93%, alkohol 92%, pertamax 90% dan minyak tanah 85%. E. KESIMPULAN Alat identifikasi odor dibuat untuk dapat membedakan beberapa enis odor yang diuikan. Metode yang digunakan adalah menggunakan deret sensor resonator kuarsa yang dilapisi dengan polimer yag berbeda. Perangkat FPGA digunakan untuk pengukuran frekuensi (counter) secara pararel, latch, multiplexer, dan serial interface dan artificial neural network. Artificial neural network dengan model Multi Layer Perceptron dengan metode pelatihan Back Propagation digunakan untuk mengetahui tingkat klasifikasi enis odor. Pada proses verifikasi program pada FPGA Spartan 3E, persentase umlah slice yang digunakan pada artificial neural network dengan 3 neuron pada lapisan input dan 4 neuron pada lapisan output untuk 1 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 20%, untuk 5 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 56%, untuk 10 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 78%, dan untuk 15 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 112%. Pada proses verifikasi program pada FPGA Spartan 3E, persentase umlah LUT yang digunakan pada artificial neural network dengan 3 neuron pada lapisan input dan 4 neuron pada lapisan output untuk 1 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 9

15%, untuk 5 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 48%, untuk 10 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 68%, dan untuk 15 neuron pada lapisan tersembunyi sebesar 108%. Tingkat keberhasilan artificial neural network yang terdiri dari 3 neuron pada lapisan input, 10 neuron pada lapisan tersembunyi dan 4 neuron pada lapisan output yang diimplementasikan pada FPGA dalam mengidentifikasi bahan odor untuk amoniak 93%, alkohol 92%, pertamax 90% dan minyak tanah 85%. F. DAFTAR PUSTAKA Medhat Moussa,(2006), On The Arithmetic Precision For Implementing Back- Propagation Networks On FPGA : A Case Study, A C.I.P. Catalogue record for this book is available from the Library of Congress. Canada. Misbah,(2009), Implementasi FPGA Sebagai Digital Interface Pada Sensor Gas Resonator Kuarsa Untuk Mendeteksi Amoniak, Tesis S2, Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, ITS, Surabaya. Peter Schulze Lammers and Yuwono. A, ( 2004 ), Odor Pollution in the Environment and the Detection Instrumentation, Agricultural Engineering International: the CIGR Journal of Scientific Research and Development. Invited Overview Paper. Vol. VI. Rivai Muhammad, Suwandi Ami JS, Purnomo M.H., (2006), Deret Resonator Kristal SiO 2 terlapis Polimer sebagai Pengenal Jenis Uap Pelarut, Akta Kimia- The Official Journal of The Indonesian Chemical Society, Vol.1No.1 :49-54. Sari Dini Fakta, Rivai Muhammad, Muiono Totok, Tasripan (2010), Implementasi Teknologi Field Programmable Gate Array (FPGA) Pada Alat Identifikasi Odor Seminar Nasional Informatika 2010 ISSN: 1979-2328, UPN Veteran Yogyakarta. Suhap Sahin, Yasar Becerikli, and Suleyman Yazici, (2006), Neural Network Implementation in Hardware Using FPGAs, I. King et al. (Eds.): ICONIP 2006, Part III, LNCS 4234, pp. 1105 1112. ---,(2009),http://www.xilinx.com/bvdocs/publi cations/ds312.pdf Biodata Penulis Dini Fakta Sari, ST. Lahir di Pohgading tanggal 7 oktober 1984, menyelesaikan studi S1 di Jurusan Teknik Elekto di Universitas Islam Indonesia pada tahun 2006, dan menyelesaikan studi S2 di Program Pascasarana Jurusan Teknik Elektro di Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya pada tahun 2010. Saat ini bekera sebagai dosen di STMIK AKAKOM Yogyakarta. 10

11