4

BAB II

DASAR TEORI

Pada bab ini akan dibahas beberapa teori yang mendukung skripsi. Teori-teori

yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini terdiri dari kajian pustaka, konsep dasar

sistem yang mendukung algoritma robot, mikrokontroler Atmega 128 dan Arduino Mega,

sensor yang digunakan (CMUCam5), servo yang digunakan dan aturan pertandingan.

2.1.Kajian Pustaka

a. Penggunaan Kamera CCTV sebagai Sensor Pendeteksi Api pada Robot

Pemadam Api [1]

Pada jurnal ini penulis membahas mengenai penggunaan kamera CCTV

sebagai sensor pendeteksi api menggantikan UV Tron dan TPA 81. Penggunaan

kamera CCTV dinilai lebih baik karena bisa membaca titik api dari jarak cukup

jauh, stabil dan tahan terhadap perubahan suhu. Agar kamera dapat digunakan

sebagai sensor pendeteksi api maka dilakukan modifikasi dengan menutup led

inframerah agar tidak mengganggu output. Selain itu kamera ditutup dengan filter

berwarna coklat yang di beri lubang kecil agar mampu membedakan cahaya

memantul dengan sumber cahaya.

Pembacaan dari kamera CCTV kemudian dibaca menggunakan

mikrokontroler dengan fungsi ADC. Kamera CCTV dapat membaca adanya api

dari jarak 10cm sampai dengan 430cm (4.3m). Data ADC yang didapat juga sangat

responsif terhadap perubahan data tersebut berubah dengan respon kurang dari 1

detik.

5

b. Sistem Pengendali Lengan Robot dengan Interfacing Java Berbasis

Atmega8535 [2]

Pada jurnal ini penulis membahas mengenai sistem pengendalian lengan robot

dengan menggunakan bahasa JAVA. Sistem ini menggunakan sebuah konektor

serial yang menghubungkan lengan robot dengan user. Robot dibuat dengan

akuator yang berupa motor servo. Motor servo dikendalikan oleh sistem yang

menggunakan ATMega8535.

Perancangan sistem terdiri dari dua unit yaitu robot lengan dan aplikasi java.

Robot lengan terdiri dari tiga sistem yatu elektronis,mekanis dan perangkat lunak.

Elektronis terdiri dari input, proses, output dan catu daya. Mekanis merupakan

lengan robot yang memiliki lima derajat kebebasan yang terdiri dari motor servo.

Perangkat lunak terdiri dari aplikasi mikrokontroller dan juga aplikasi desktop.

6

2.2.Mikrokontroler Atmega 128

Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer dalam chip tunggal.

Mikrokontroler mempunyai fungsi yang lebih spesifik dibandingkan dengan Personal

Computer (PC) [3].

Fasilitas – fasilitas yang dimiliki mikrokontroler Atmega 128 diantaranya:

a. Bekerja pada frekuensi clock hingga 16MHz.

b. Memiliki 4 Kbytes EEPROM dan 4 Kbytes Internal SRAM.

c. Terdapat 53 PORT I/O yang dikelompokkan dalam 7 PORT yaitu PORTA,

PORTB, PORTC, PORTD, PORTE, PORTF, PORTG.

d. Analog to Digital Converter 10-bit sebanyak 8 channel .

e. Memiliki dua buah timer/counter 8-bit dan dua buah timer/counter 16-bit.

f. Delapan bit Pulse Width Modulation(PWM) sebanyak 2 channel.

g. Tersedia antarmuka Two-wire Serial Interface.

h. Memiliki dua buah Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver

and Transmiter (USART) yang dapat diprogram.

i. Antarmuka Serial Paralel Interface (SPI) master maupun slave.

j. Watchdog Timer yang dapat dirogram.

k. Tersedia analog comparator.

7

Gambar 2.1. Konfigurasi Pin Atmega128[3]

2.3. Arduino Mega2560

Arduino Mega 2560 adalah mikrokontroler berbasiskan Atmega 2560. Arduino

Mega 2560 memiliki 54 pin digital input/output, dimana 15 pin digunakan sebagai output

PWM, 16 pin sebagai input analog dan 4 pin sebagai port serial hardware. Arduino mega

dilengkapi dengan 16 MHz kristal osilator, koneksi usb, jack power, header ICSP dan

tombol reset. Fitur-fitur yang dimiliki oleh arduino mega 2560 adalah sebagai berikut [4]:

a. Kecepatan clock 16 MHz.

b. Memori flash sebesar 256 KB.

c. 4 KB EEPROM.

d. 8 KB SRAM.

e. Arus DC untuk pin 3.3V 50 mA

f. Arus DC per pin I/O 40 mA

g. 16 pin I/O analog

h. 54 pin I/O digital (15 pin digunakan sebagai output PWM)

i. Input tegangan yang disarankan 7-12 V

j. Tegangan Operasi 5V

8

Gambar 2.2. menunjukkan konfigurasi pin Arduino Mega 2560:

Gambar 2.2. Konfigurasi Pin Arduino Mega2560 [4].

9

2.4.CMUCam5

Cmucam5 disebut juga pixy merupakan image sensor yang memiliki prosesor

sendiri sehingga bisa memproses gambar yang dilihat sehingga data yang dikirim sudah

berupa data atau informasi yang dibutuhkan. Proses pengiriman data dari pixy dapat

dilakukan dengan menggunakan komunikasi UART Serial, SPI, I2C, digital dan analog

output. Untuk melakukan komunikasi tersebut pixy dilengkapi dengan 6-10 internal drive

cable (IDC). Pixy mampu mengingat 7 warna berbeda sekaligus yang disimpan dalam

signature. Selain itu sensor ini juga dapat mendeteksi ratusan benda dalam waktu

bersamaan dengan kecepatan 50 fps. Pixy didukung dengan aplikasi open source yang bisa

digunakan mac, windows dan linux yang disebut PixyMon.

Gambar 2.3. CMUCam5 (Tampak Depan)[5]

10

2.5.1. Spesifikasi CMUCam5 atau Pixy[6]:

Prosessor : NXP LPC4330, 204 MHz, dual core

Sensor : Omnivision OV975, 1/4", 1280x800

Jangkauan lensa : 75 derajat horizontal, 47 derajat vertikal

Tipe lensa : M12

Konsumsi daya : 140 mA

Daya masukan : masukan USB (5V) atau masukan tidak

teregulasi (6V sampai 10V)

RAM : 264 K bytes

Flash : 1M bytes

Data keluaran : UART serial, SPI, I2C, USB, digital,

Analog

Dimensi : 5.3cm x 5cm x 3.5 cm

Berat : 27gram

Gambar 2.4. Cmucam5 (Tampak Belakang) [6]

11

2.5.3. Input Warna

Ada dua cara menginput dan menyimpan warna pada Pixy, yang

pertama dengan cara memanfaatkan tombol yang terdapat pada board

CMUcam5. Jika kita ingin “mengajarkan” warna dengan menggunakan

tombol, yang harus dilakukan langkah berikut[7]:

1. Pastikan pixy sudah mendapat daya dan led indikator menyala tunggu

sampai led indikator mati.

2. Tekan dan tahan tombol pada pixy, akan ada perubahan warna led

indikator dari putih kemudian merah, orange dan lainya. Lepas tombol

ketika warna indikator berwarna merah jika kita ingin warna masuk ke

signature 1.

3. Ketika tombol di lepas, letakan benda berwarna yang kita inginkan di

depan lensa 15 cm sampai 50cm.

4. Perhatikan nyala lampu led indikator, semakin terang led indikator

semakin baik pula pixy mengunci warna yang diinginkan.

5. Tekan dan lepaskan tombol untuk menyimpan warna yang telah

dikunci.

berikut 7 warna indikator penanda dari signature 1 sampai dengan

signature 7:

1. Merah

2. Oranye

3. Kuning

4. Hijau

5. Cyan (biru muda)

6. Biru

7. Violet (ungu)

12

Cara kedua adalah dengan menggunakan aplikasi dari CMUcam5 yaitu

PixyMon. Untuk input warna dengan PixyMon ikuti langkah berikut[7]:

1. Pastikan Pixy sudah tersambung menggunakan USB dan tersambung

dengan PixyMon dengan baik.

2. Letakan benda berwarna yang ingin diinput ke Pixy didepan lensa dan

pilih Action kemudian Set Signature 1 pada PixyMon.

3. Klik dan drag pada warna diinginkan pada PixyMon.

4. Klik OK, maka warna tersebut akan tersimpat pada signature 1.

Kita dapat pula mengatur luas area dari warna yang kita butuhkan

menggunakan PixyMon. Pilih File kemudian Configure kemudian atur

sesuai dengan kebutuhan.

2.5.3. Menggunakan Mikrokontroller pada CMUcam5

Jika kita ingin menggunakan mikrokontroller (arduino) pada

CMUcam5 hal yang pertama dilakukan adalah menghubungkan port I/O

pada CMUcam5 ke port ICSP Arduino dengan menggunakan kabel IDC 6-

10. Pixy library untuk arduino dapat di download secara gratis [8].

2.5.3.1. Arduino API

Application Programming Interface (API) merupakan

sekumpulan perintah, fungsi, komponen dan protokol yang

disediakan oleh sistem operasi ataupun bahasa pemrograman

tertentu yang dapat digunakan oleh programmer saat membuat

perangkat lunak [8].

13

Include

#include

#include

Instantiation

Deklarasikan instance Pixy di luar dari fungsi setup() dan loop()

berikut:

Pixy pixy;

Fungsi

getBlocks() mengembalikan nilai dari benda yang tampak.

pixy.blocks[] berisi informasi array dari tiap benda yang

tampak.

pixy.blocks[i].signature nomor signature dari benda yang

tampak (1-7).

pixy.blocks[i].x lokasi x dari tengah benda yang

tampak(0-319).

pixy.blocks[i].y lokasi y dari tengah benda yang tampak(0-

199).

pixy.blocks[i].width lebar dari benda yang tampak(1-320).

pixy.blocks[i].height tinggi dari benda yang tampak(1-

200).

pixy.blocks[i].angle sudut dari benda yang tampak

pixy.blocks[i].print()mencetak informasi dari benda yang

tampak ke port serial.

14

2.5.Servo Lengan Penjepit

Lengan penjepit menggunakan 4 buah servo 2 servo pertama (nomor 1 dan 2)

terletak dibagian pangkal sebagai penggerak lengan. 2 servo terakhir (nomor 3 dan 4)

terletak dibagian ujung lengan yang berfungsi sebagai penggerak penjepit.

Servo yang akan digunakan pada nomor 1 dan 2 lengan penjepit adalah servo

HiTec dengan tipe HS-5645MG. Servo ini memiliki spesifikasi sebagai berikut[9]:

Speed(4.8V/6V) : 0.23/0.18 sec @60o

Torsi kg/cm(4.8V/6V): 10.3/12.1

Ukuran (mm) : 40.4 x 19.6 x 37.6

Berat (gram) : 59.8

Gambar 2.5. Servo HS-5645MG[9]

15

Servo yang akan digunakan pada nomor 3 dan 4 lengan penjepit adalah micro

servo TowerPro MG90 dengan spesifikasi sebagai berikut[10]:

Speed(4.8V/6V) : 0.11/0.10 sec @60o

Torsi kg/cm(4.8V/6V): 2.2/2.5

Ukuran (mm) : 23.1 x 12.2 x 29

Berat (gram) : 14

Gambar 2.6. TowerPro MG90 –Micro Servo[10]

16

2.6.Aturan Pertandingan

Pada KRPAI 2016 ini, panitia pelaksana memiliki sistem lomba yang

berbeda, yaitu terdiri dari 2 level pertandingan. Level 2 seperti KRPAI tahun 2014

berbentuk time trial, sedangkan level 3 berbentuk Search and Rescue. Berikut

peraturan dari KRPAI 2016 level 3 yang berlaku mengadopsi pada Trinity College

Fire Fighting Home Robot Contes 2016 [11] :

1. Lapangan pertandingan

Lapangan Pertandingan merupakan gabungan dari lapangan level 2 yang

dihubungkan dengan lorong penghubung. Lapangan akan mempunyai 2

area yaitu area A dan area B. Pada lorong penghubung akan terdapat ramp

dengan kemiringan 15o yang bersifat tidak wajib. Lapangan terbuat dari

papan multipleks setebal 2cm. Gambar 2.7 akan menunjukan lapangan

pertandingan level 3:

Gambar 2.7. Arena Pertandingan Level 3[11, h.50]

17

2. Safe zone

Safe zone merupakan area aman untuk meletakan boneka bayi pada

lapangan lomba. Ada 2 jenis safe zone yaitu primary safe zone dan

secondary safe zone.

a. Primary safe zone

Primary safe zone terletak di room pada area A tempat robot

pertama start. Robot harus bisa menemukan, mengangkat serta

membawa boneka bayi kembali ke start room jika ingin

menuju ke primary safe zone.

b. Secondary safe zone

Secondary safe zone akan diposisikan didinding area B yang

ditandai dengan kotak berwarna biru berukuran 10cm x 10cm

dan ditengahnya terdapat lingkaran merah berdiameter 5cm.

Setelah menemukan tanda ini, robot harus mampu meletakan

boneka bayi ke jaring penyelamat yang berada dibalik dinding

bertanda.Berikut gambar 2.8, tanda dari secondary safe zone:

Gambar 2.8. Tanda Secondary safe zone[11, h.34]

18

Ada 11 kemungkinan posisi dari secondary safe zone yang

terletak di area B. Kemungkinan posisi secondary safe zone akan di

tunjukan oleh gambar berikut:

Gambar 2.9. Posisi Secondary safe zone

3. Aksesori lapangan yang akan digunakan adalah sebagai berikut:

a. Cradle

Boneka bayi ditempatkan pada sebuah cradle berukuran

panjang 21cm dan lebar 15cm serta tinggi 9cm. Cradle

tersebut diletakan diatas kotak berukuran lebar 15cm dan

tinggi 7cm dan ditengah kotak tersebut terdapat LED berwarna

biru sebagai tanda. Cradle dan kotak terbuat dari bahan

styrofoam setebal 1,25cm. Robot diberi kebebasan cara untuk

mengangkat serta membawa cradle beserta boneka menuju

safe zone.

19

Gambar 2.10. Cradle dan Boneka Bayi[11, h.55]

b. Baby

Boneka bayi yang digunakan adalah boneka bayi berbentuk

bayi manusia. Boneka bayi memiliki panjang 16cm dan berat

32gram. Boneka bayi tersebut akan diletakan secara tertidur

diatas cradle. Posisi boneka bayi pada cradle akan ditunjukan

oleh gambar 2.11 berikut:

Gambar 2.11. Posisi Bayi pada Cradle [11, h.54]

20

c. Boneka hewan

Boneka berbentuk boneka anjing atau kucing yang akan

menghalangi 50 – 70% lebar lorong. Jika menyentuh boneka

tidak ada penalti, tetapi menggeser boneka lebih dari 1 cm

akan mendapat penalti. Jika melewati boneka diskualifikasi.

Berat boneka 500 gr. Jumlah boneka 1.

d. Karpet

Area A dan area B akan dipasang karpet. Tebal karpet

maksimum 10 mm berwarna abu-abu terang. Karpet terpasang

tetap di lantai, membentuk pola dan ukuran tertentu. Pola

karpet akan ditunjukan dengan gambar 2.12 berikut:

Gambar 2.12. Pola Pemasangan Karpet pada Area [11, h.20]

4. Peserta diharuskan membuat sendiri mobile robot yang bisa bergerak

autonomous, bisa mengenali dan menjelajahi lorong dan ruang, bisa

mengenali semua asesori yang ada tanpa pengendalian dari luar. Pada

robot tidak boleh terdapat alat komunikasi apapun, walaupun tidak

dipakai.

21

5. Letak Baby Cradle

Setiap ruang mempunyai 2 buah kemungkinan letak baby cradle.

Letak dari baby cradle akan ditunjukan oleh gambar berikut:

Gambar 2.13. Letak Baby Cradle dalam Ruang

ROOM 1

ROOM 2

ROOM 4

ROOM 3

1.2

1.1

2.1

2.2

3.1 3.2

4.1

4.2

2.3. Arduino Mega2560