Aplikasi Sistem Kontrol Gerak Webcam Jarak Jauh

Berbasis Protokol Internet

Menggunakan Mikrokontroler AT32UC3A0256

Oleh:

Jeimy Octodhola Purba

NIM : 612004068

Skripsi

Untuk Melengkapi Syarat-syarat Memperoleh

Ijasah Sarjana Teknik

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Februari 2012

Aplikasi Sistem Kontrol Gerak Webcam Jarak Jauh

Berbasis Protokol Internet

Menggunakan Mikrokontroler AT32UC3A0256

Oleh:

Jeimy Octodhola Purba

NIM : 612004068

Tugas Akhir ini Telah Diterima dan Disahkan

Sebagai Salah Satu Persyaratan guna Mencapai

SARJANA TEKNIK

Dalam

KONSENTRASI TEKNIK ELEKTRONIKA

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER

UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA

SALATIGA

Disahkan oleh:

Pembimbing I

Ir. Lukas B.S.S., M.Sc.

Tgl: ……………………

Pembimbing II

Deddy Susilo, S.T.

Tgl: …………………..

INTISARI

Dengan semakin berkembangnya teknologi di bidang mikrokontroller, pada

tugas akhir ini, akan diperkenalkan sebuah mikrokontroler 32-bit AT32UC3A sebagai

pengendali utama dari sistem kontrol jarak jauh berbasis IP (Internet Protocol).

Sedangkan objek yang akan digunakan adalah sebuah kamera (webcam) yang nantinya

dapat diatur oleh pengguna sesuai dengan sudut pandang yang diinginkan melalui web

browser.

Dikarenakan sistem dari alat ini berbasis IP, maka sistem ini dapat diterapkan di

dalam suatu jaringan komputer baik itu lokal (LAN) maupun publik (Internet). Dengan

mengakses alamat IP dari alat ini, pengguna akan langsung menuju halaman web yang

berisi informasi berupa gambar serta tombol penggerak untuk menggerakan kamera.

Pengujian dilakukan pada jaringan lokal (LAN) dan pada jaringan lokal yang

terhubung dengan internet yang mempunyai IP-publik. Untuk pengujian pada jaringan

lokal tidak ada kendala. Sedangkan pengujian pada jaringan Internet dipengaruhi oleh

koneksi jaringan Internet-nya.

ii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukurr kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan rahmat-Nya

sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. Pengetahuan yang didapatkan dari perkuliahan

sangat berguna dalam penyusunan skripsi ini. Walaupun skripsi ini telah selesai,

perjuangan untuk meraih masa depan baru saja dimulai. Semoga dengan pengetahuan

yang didapatkan selama masa perkuliahan hingga penyusunan skripsi ini dapat menjadi

bekal untuk memasuki dunia kerja.

Skripsi yang berjudul “Aplikasi Sistem Kontrol Gerak Webcam Jarak Jauh

Berbasis Protokol Internet Menggunakan Mikrokontroler AT32UC3A0256” ini disusun

guna memenuhi salah satu syarat kelulusan guna memperoleh gelar Sarjana Teknik

Elektro di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya

Wacana Salatiga.

Dalam penyusunan skripsi ini, penulis banyak mengalami masalah dan

hambatan. Namun bantuan dan bimbingan yang diperoleh, dapat membantu di dalam

penyelesaian skripsi ini. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ayah (J.T. Parluhutan Purba), ibu (B. Emy Juni H.) dan kedua adik tercinta

(Scenda B. Purba dan Dameria Purba) yang selalu mengingatkan penulis untuk

segera menyelesaikan skripsi.

2. Bapak Ir. Lukas B.S.S., M.Sc. selaku pembimbing I yang telah membantu

banyak dalam memberikan ide, pengetahuan serta saran terhadap masalah yang

dijumpai dalam penyusunan skripsi ini.

iii

3. Bapak Deddy Susilo, S.T. selaku pembimbing II yang telah membantu juga

didalam memberikan saran serta semangat untuk menyelesaikan skripsi ini.

4. Segenap dosen serta staf FTEK UKSW yang telah mengajarkan banyak hal baik

didalam maupun diluar perkuliahan.

5. Teman-teman satu perjuangan di Lab XT (Surya, Obo, Trek, Noven, Pak Dhe,

Mas Wid, Mas Anton, Mas Erik W. (smbr), Ardhi, Daniel K.’05, Daniel

K.S.’04, Bayu Solo, Iwan, Ivan, Hansen, Luis, Adrian BH dkk) pengalaman

yang didapatkan bersama kalian sungguh berharga.

6. Teman-teman angkatan 2004 (Suset, Atonk, Dendy, Anton, Bayu Semarang,

Karel, Wawa, Nopex, Dwi, Happy, DK, Lero, Alphonso, Krisna, Agung, dkk)

sungguh menyenangkan bisa bersama dan mengenal kalian selama ini.

7. Teman-teman kost ST3 (Rio, Bagas, Manol, Okky, Mas Heru, Kemat, Melvin

dan anak-anak kost yang lainnya) yang membuat kost ST3 senyaman rumah

sendiri.

8. Pihak-pihak lain yang belum disebutkan yang juga memberikan dukungan

kepada penulis.

Salatiga, Februari 2012

Penulis

Jeimy Octodhola Purba

iv

DAFTAR ISI

INTISARI …………………………………………………………………………. i

PRAKATA ………………………………………………………………………... ii

DAFTAR ISI ……………………………………………………………………… iv

DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………………… vii

DAFTAR TABEL ………………………………………………………………… ix

DAFTAR LISTING CODE ………………………………………………………. x

DAFTAR SINGKATAN …………………………………………………………. xi

BAB I. PENDAHULUAN ………………………………………………………... 1

1.1. Tujuan …………………………………………………………………... 1

1.2. Latar Belakang …………………………………………………………. 1

1.3. Gambaran Sistem ……………………………………………………….. 4

1.4. Batasan Masalah ………………………………………………………... 6

1.5. Sistematika Penulisan …………………………………………………... 7

BAB II . DASAR TEORI ………………………………………………………….. 8

2.1. Mikrokontroler AVR 32-bit …………………………………………… 8

2.1.1. Block Diagram ………………………………………………..... 11

2.1.2. Konfigurasi Catu Daya ………………………………………… 11

2.1.3. Konfigurasi Pin ………………………………………………… 12

2.1.4. Memori dan Sistem Bus ………………………………………... 14

2.1.5. Ethernet MAC …………………………………………………. 16

2.1.6. USB (Universal Serial Bus) …………………………………… 16

2.2. Motor Servo …………………………………………………………… 17

v

2.3. Kamera Digital ………………………………………………………... 18

2.4. Protokol Internet ………………………………………………………. 20

2.4.1. Ethernet ………………………………………………………... 21

2.4.2. Protokol TCP/IP ……………………………………………….. 23

2.4.3. Hyper Transfer Protocol (HTTP) ……………………………… 24

2.4.4. Pengalamatan IP ……………………………………………….. 29

2.4.5. IP Routing ……………………………………………………… 31

2.5. FreeRTOS pada Mikrokontroler ………………………………………. 32

2.5.1. Multitasking ……………………………………………………. 33

2.5.2. Scheduling ……………………………………………………... 33

2.5.3. Context Switching ……………………………………………… 34

2.5.4. Real Time Applications ………………………………………… 35

2.5.5. Real Time Scheduling ………………………………………….. 35

BAB III. PERANCANGAN ……………………………………………………… 38

3.1. Perancangan Modul Master …………………………………………… 38

3.2. Perancangan Modul Slave …………………………………………….. 43

3.3. Perancangan Modul Catu Daya ……………………………………….. 44

3.4. Perancangan Modul Kamera ………………………………………….. 46

3.5. Perancangan Perangkat Lunak ………………………………………… 49

3.5.1. Antarmuka yang Berupa File HTML ………………………….. 49

3.5.2. Penggunaan FreeRTOS ............................................................... 54

3.5.3. PWM Kontroler ……………………………………………….. 55

3.5.4. Web Server Kontroler ………………………………………….. 58

3.5.5. USB Kontroler pada Mode Device …………………………….. 59

vi

BAB IV. ANALISA DAN HASIL PENGUJIAN ………………………………… 60

4.1. Pengujian Gerak Motor Servo ………………………………………….. 60

4.2. Pengujian Catu Daya …………………………………………………… 63

4.3. Pengujian Menampilkan Halaman Web kedalam Web Browser ……….. 63

4.4. Pengujian Pengiriman Gambar dari Modul Master ……………………. 64

4.5. Pengujian Pengambilan Gambar Melalui Modul Master ………………. 68

4.6. Pengujian Sistem Pada Jaringan Lokal ………………………………… 68

4.7. Pengujian Sistem Pada Jaringan yang Terhubung Internet …………….. 68

BAB V. PENUTUP …………………….…………………………………………. 70

5.1. Kesimpulan ……………………………………………………………... 70

5.2. Saran Pengembangan …………………………………………………… 71

DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………….. 72

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Gambaran Keseluruhan Sistem …………………………………. 5

Gambar 2.1. Block diagram AT32UC3A …………………………………….. 11

Gambar 2.2. Susunan 144-pin jenis LQFP ……………………………………. 12

Gambar 2.3. HMatrix Master/Slave Connection ……………………………… 15

Gambar 2.4. Konfigurasi kabel pada Motor Servo …………………………… 17

Gambar 2.5. a) Posisi Motor Servo saat diberi pulsa 1.5 ms

b) Gambaran sinyal pulsa yang diberikan ………………………. 17

Gambar 2.6. Contoh webcam X-tech …………………………………………. 18

Gambar 2.7. Contoh IP-Kamera DCS-6620 ………………………………….. 19

Gambar 2.8. Contoh Kamera TTL PTC08 ……………………………………. 19

Gambar 2.9. Lapisan pada Protocol TCP/IP ………………………………….. 23

Gambar 2.10. Pembagian Alamat IP …………………………………………… 30

Gambar 2.11. Algoritma routing ……………………………………………….. 32

Gambar 2.12. Ilustrasi scheduling seiring berjalannya waktu ………………….. 33

Gambar 2.13. Contoh suatu task yang dijalankan sebelum ditangguhkan ……... 34

Gambar 2.14. RTOS Scheduling ………………………………………………. 36

Gambar 3.1. EVK 1100 sebagai Modul Master ………………………………. 39

Gambar 3.2. Blok mikrokontroler, tpmbol reset dan 3 buah osilator …………. 39

Gambar 3.3. Blok Decoupling Capacitance ………………………………….. 40

Gambar 3.4. Blok Regulator 5V ……………………………………………… 40

Gambar 3.5. Blok Regulator 3.3V ……………………………………………. 40

Gambar 3.6. Blok Konektor JTAG …………………………………………… 41

viii

Gambar 3.7. Blok PHY Layer dan konektor RG-45 …………………………. 41

Gambar 3.8. Blok Power USB ……………………………………………….. 42

Gambar 3.9 Blok Konektor USB ……………………………………………. 42

Gambar 3.10 Blok Dataflash ………………………………………………….. 42

Gambar 3.11. Gambar Modul Slave …………………………………………… 43

Gambar 3.12. Konfigurasi kabel pada Motor Servo …………………………… 43

Gambar 3.13. Catu daya 5 VDC dan Catu daya 9 VDC ………………………. 44

Gambar 3.14. Rangkaian tambahan pengubah 3.2V menjadi 5V ……………… 45

Gambar 3.15. Susunan pin pada Modul Kamera ………………………………. 46

Gambar 3.16. Pengkabelan antara pin pada Modul Kamera dengan DB9 …….. 47

Gambar 3.17. Alur Program Kontrol Panel ……………………………………. 50

Gambar 4.1. Posisi pergerakan motor pada posisi 1800 arah Horisontal dan

900 arah Vertikal ………………………………………………… 60

Gambar 4.2. Grafik lebar pulsa terhadap sudut ………………………………. 61

Gambar 4.3. Sinyal PWM pada sudut 00 ……………………………………… 62

Gambar 4.4. Batas-batas posisi pergerakan motor ……………………………. 62

Gambar 4.5. Halaman file jim.html yang tertampil pada web browser ………. 63

Gambar 4.6. Proteksi saat nilai horisontal tidak sesuai ………………………. 64

Gambar 4.7. File asil jim_13.jpg dengan resolusi 640x480 …………………. 65

Gambar 4.8. Hasil print screen tampilan web ……………………………….. 66

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Tabel Perbandingan Kemampuan webcam dan IP-Camera ……….. 2

Tabel 1.2. Tabel perbandingan sistem yang akan dibuat ……………………... 3

Tabel 2.1. List AT32UC3A dari segi memori ………………………………... 10

Tabel 2.2. Konfigurasi pin yang dipakai ……………………………………… 12

Tabel 2.3. Pengalamatan Memori …………………………………………….. 14

Tabel 2.4. High Speed Bus Masters dan High Speed Bus Slaves …………….. 15

Tabel 2.5. Tabel 7 lapisan OSI ……………………………………………….. 21

Tabel 2.6 Tabel lapisan pada protocol TCP/IP ………………………………. 23

Tabel 2.7. List port-port pada protocol TCP dan UDP ………………………. 25

Tabel 2.8. Kode Status HTTP Response …………………………………….. 28

Tabel 2.9. Status Code dan Reason Pharse-nya ……………………………… 28

Tabel 3.1. Hasil Pengujian sinyal PWM dari function generator pada Motor

Servo ………………………………………………………………. 55

Tabel 3.2. Register untuk sinyal PWM ……………………………………….. 56

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Sinyal PWM ……………………………………... 61

Tabel 4.2. Hasil Pengukuran Modul Catu Daya ……………………………… 63

Tabel 4.3. List file gambar dari webcam …………………………………….. 64

Tabel 4.4. Pengujian streaming gambar berdasarkan fps ……………………. 67

x

DAFTAR LISTING CODE

Listing Code 3.1. Tombol Kontrol Panel ……………………………………… 50

Listing Code 3.2. Fungsi check_mtr(direction) ……………………………….. 52

Listing Code 3.3. Fungsi set_actuator_value(message) ……………………….. 53

Listing Code 3.4. Kode untuk menampilkan gambar …………………………. 53

Listing Code 3.5. Kode untuk menampilkan gambar secara terus-menerus ….. 54

Listing Code 3.6. PWM Kontroler pada mikrokontroler ……………………… 58

xi

DAFTAR SINGKATAN

ADC Analog to Digital Converter

CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor

CRLF Carriage Return Line Feed

DMA Direct Memory Access

DMIPS Dhrystone Million Instructions Per Second

DSP Digital Signal Processing

EVK Evaluation Kit

HTML Hyper-Text Markup Language

IEEE Institute of Electrical & Electronics Engineers, Inc

IP Internet Protocol

JPEG Joint Photographic Expert Group

JTAG Joint Test Action Group

LAN Local Area Network

LCD Liquid Crystal Display

LQFP Low-profile Quad Flat Package

MAC Media Access Control

MII Media Independent Interface

MMC Multi Media Card

MPU Memory Protection Unit

OS Operating System

OTG On-The-Go

PC Personal Computer

xii

PCM Pulse Code Modulation

PWM Pulse Width Modulation

RISC Reduced Instruction Set Computer

RTOS Real Time Operating Systems

SD card Secure Digital card

SPI Serial Peripheral Interface

SRAM Static Random Access Memory

TCP Transmission Control Protocol

TTL Transistor-transistor Logic

USART Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter

USB Universal Serial Bus

Webcam Web Camera