25

BAB III

PERANCANGAN ALAT

Pada bab ini akan diuraikan mengenai perancangan perangkat keras dan

perangkat lunak yang digunakan pada skripsi. Dalam skripsi ini akan dirancangang

sebuah mouse yang terhubung dengan PC (Personal Computer) secara nirkabel. Blok

diagram alat yang dibuat ditunjukkan oleh Gambar 3.1

Gambar 3.1 Diagram alat keseluruhan

Modul wireless mouse transmitter terdiri dari sebuah sensor akselerometer

sebagai pengukur percepatan, sensor giroskop sebagai pengukur kecepatan sudut,

mikrokontroler sebagai pengendali sistem mouse, modul bluetooth serta beberapa

tombol mouse yaitu tombol klik kiri dan klik kanan, tombol scroll, tombol next slide,

previous slide dan begin presentation. Selain itu juga terdapat rotary encoder sebagai

pendeteksi putaran scroll mouse.

26

3.1. Cara Kerja Alat

Mouse dapat dikonfigurasikan apakah berada pada permukaan alas atau tanpa

alas (di udara). Ketika berada di permukaan alas, digunakan akselerometer yang

mengukur percepatan dalam dua sumbu kartesian (X dan Y). Akselerometer diletakkan

secara mendatar sejajar dengan sumbu X dan Y. Akselerometer mengukur percepatan

yang dialami mouse saat diletakkan di permukaan alas. Percepatan yang terukur

kemudian diterjemahkan menjadi perubahan koordinat dari kursor mouse pada

komputer. Ketika dikonfigurasikan pada mode tanpa alas, digunakan sensor giroskop

untuk mengukur kecepatan sesaat dari perubahan sudut yang dialami mouse. Informasi

kecepatan sudut kemudian diterjemahkan menjadi perubahan koordinat dari kursor

mouse pada komputer.

Untuk mendeteksi penekanan tombol mouse digunakan saklar microswitch

yang dihubungkan dengan port input / output yang terdapat pada mikrokontroler.

Komunikasi mouse dan komputer dilakukan secara nirkabel melalui komunikasi RF

menggunakan modul bluetooth. Modul bluetooth digunakan untuk mentransmisikan

data yang terdiri dari data informasi perubahan orientasi mouse, informasi penekanan

tombol dan informasi scroll mouse yang berasal dari touch panel.

3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Wireless Air Mouse

Pada skripsi ini perealisasian wireless air mouse membutuhkan beberapa

bagian yang perlu dirancang, antara lain modul mikrokontroler sebagai pengendali

utama, IMU yang terdiri dari modul sensor akselerometer dan giroskop, modul tombol

mouse serta perancangan sistem catu daya. Berikut akan dijelaskan mengenai

perancangan yang dilakukan.

3.2.1 Modul Pengendali Utama

Pada skripsi yang dirancang menggunakan mikrokontroler sebagai pengendali

utama. Mikrokontroler yang digunakan dalam perancangan adalah 32-bit ARM

CORTEX-M0 LPC1114. ARM Cortex-M0 yang merupakan prosesor dari keluarga

ARM Cortex processor embedded. Konfigurasi pin mikrokontroler LPC1114

ditunjukkan pada Gambar 3.2. Adapun konfigurasi pin-pin mikrokontroler yang

digunakan dalam perancangan alat ini dapat dilihat pada Tabel 3.1. Sedangkan skema

untai modul mikrokontroler yang telah dirancang ditunjukkan pada Gambar 3,3.

27

Gambar 3.2 Konfigurasi pin mikrokontrontroler ARM Cortex-M0 LPC1114

Tabel 3.1. Daftar konfigurasi pin yang digunakan pada mikrokontroler

Nama Pin Fungsi

RESET/PIO0_0 Pin reset mikrokontroler(Active low)

PIO_1 Bootloader (Active low)

PIO0_4/SCL Antarmuka I2C untuk sensor

Akselerometer dan Giroskop PIO0_5/SDA

PIO0_6 Antarmuka untuk rotary encoder

PIO0_7

PIO1_6/RXD Antarmuka serial RS232 untuk

komunikasi bluetooth PIO1_7/TXD

PIO2_4 – PIO2_9 Input Switch

PIO2_10 Laser pointer

28

Gambar 3,3 Modul mikrokontroler sebagai pengendali utama

Antarmuka I2C digunakan sebagai antarmuka dengan sensor akselerometer dan

sensor giroskop. Selain itu terdapat sensor penghitung putaran scroll mouse

menggunakan rotary encoder yang terdiri dari dua phototransistor sebagai pendeteksi

putaran scroll dan led infra merah. Terdapat tiga buah tombol yang difungsikan sebagai

tombol klik kiri, tombol klik kanan dan tombol pada bagian scroll. Sedangkan untuk

tombol next slide, previous slide, start/stop, tombol pengaktif laser pointer serta tombol

mode mouse diletakkan menempel pada casing mouse.

3.2.2 Modul Bluetooth DF-Bluetooth V3

Untuk melakukan komunikasi pengiriman data antara mouse dan komputer

digunakan bluetooth sebagai sarana pengiriman data secara nirkabel. Pada skripsi ini

digunakan modul bluetooth produk DF-Bluetooth V3. Modul bluetooth ini memiliki 2

pilihan masukan sumber tegangan DC (3.5V-8V) dan 3,3V. Kelebihan modul ini juga

telah dilengkapi dengan on-board antena yang meyediakan kualitas sinyal yang tinggi.

Gambar 3.4 menunjukkan modul Bluetooth DF-Bluetooth V3 yang digunakan.

29

Gambar 3.4 Modul bluetooth produk DF-Bluetooth V3

Adapun spesifikasi dari modul Bluetooth yang digunakan adalah sebagai

berikut[12]:

a. Menggunakan chip CSR BC417143

b. Protokol Bluetooth : Bluetooth Specification v2.0 +EDR

c. Frekuensi kerja: 2,4-2,48GHz ISM Band

d. Menggunakan mudulasi GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)

e. Daya keluaran ≤ 4dBm, Class 2

f. Jarak pancaran: 20-30 pada area terbuka

g. Transmission rate: Asynchronous: 2,1 Mbps (Max)/160 kbps; Synchronous:

1Mbps/1Mbps

h. Support profiles: Bluetooth serial port

i. Baudrate : 9600/N/8/1

j. LED indicator: LINK

k. Sumber daya yang dibutuhkan +3,5V-+8V DC/50 mA

l. Dimensi: 43x19,3x11mm

Modul bluetooth yang digunakan memiliki DIP switch yang dirancang untuk

konfigurasi status modul Bluetooth. Ketika saklar Led Off pada posisi “on”, modul

Bluetooth berada pada mode power saving. Pada saat saklar AT mode pada posisi “on”,

pengguna dapat melakukan konfigurasi pada modul bluetooth melalui perintah AT

command. Modul ini hanya bisa beroperasi sebagai slave bluetooth, artinya modul ini

tidak bisa bekerja jika tidak ada sinkronisasi (pairing) dari master. Ketika pertama kali

30

dihubungkan dengan komputer harus dilakukan pairing antara Bluetooth dan computer

dengan standar pairing code “1234”.

3.2.3 Modul Touch Panel

Pada skripsi ini touch panel digunakan sebagai pengganti tombol klik kiri dan

klik kanan, serta pendeteksi scroll baik pada arah sumbu horisontal maupun vertikal.

Prinsip kerja touch panel berdasarkan resistor sebagai pembagi tegangan dimana nilai

perbandingan resistor akan bervariasi sesuai dengan koordinat touch panel yang

disentuh. Touch panel terdapat empat keluaran, dengan urutan Y+, X+, Y- dan X-

(Gambar 3.5). Untuk mengambil data koordinat pada sumbu X, maka pin X+ mendapat

tegangan 5V, X- mendapat tegangan 0V, Y+ ambang, dan Y- menuju ADC dimana

tegangannya akan dikonversi menjadi koordinat sumbu X oleh mikrokontroler.

Sedangkan untuk mendapatkan data koordinat pada sumbu Y, maka pin Y+ mendapat

tegangan 5V, Y- mendapat tegangan 0V, X+ ambang, dan X- menuju ADC dimana

tegangannya akan dikonversi menjadi koordinat sumbu Y oleh mikrokontroler.

Gambar 3.5. Keluaran pin pada touch panel

Modul touch panel yang digunakan memiliki dimensi koordinat 240x340 titik.

Konversi tegangan yang terbaca oleh ADC menjadi koordinat dilakukan dengan

persamaan berikut:

ADCXMINADCXMAX

ADCXMINADCXX

240)(

ADCYMINADCYMAX

ADCYMINADCYY

320)(

31

Dimana X adalah koordinat pada sumbu x dan dan Y adalah koordinat pada sumbu y.

Gambar 3.6 Skematik touch panel ketika panel ditekan

3.2.4 Perancangan IMU (Inertial Measurement Unit)

IMU (Inertial Measurement Unit) terdiri dari sensor akselerometer dan sensor

giroskop. Masing-masing sensor dipadukan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang

lebih akurat.

Gambar 3.6 Skema diagram modul sensor akselerometer

Sensor akselerometer yang digunakan adalah LIS3LV02DL keluaran ST

Microelectronics. Di dalamnya terdapat sebuah elemen pengindera (sensing element)

dan antarmuka Integrated Circuit (IC) yang mampu mengambil informasi dari elemen

pengindera berupa percepatan dalam tiga sumbu (x,y dan z). Sensor akselerometer ini

32

dirancang agar pengguna dapat memilih full scale antara ±2g atau ±6g. Selain itu

pengguna juga dapat memilih keluaran data dengan ketelitian 12 bit atau 16 bit. Untuk

konfigurasi pin dari sensor akselerometer dapat dilihat pada Gambar 2.4. Skema

diagram modul sensor akselerometer yang telah dirancang dapat dilihat pada gambar

3.6.

Sensor giroskop yang digunakan dalam skripsi ini adalah tipe ITG-3205 produksi

IvenSense. ITG-3205 mampu mengukur besarnya kecepatan sudut dalam tiga sumbu.

Di dalam sensor tersebut telah tertanam tiga buah ADC (Analog to Digital Converter)

resolusi 16 bit. Keluaran sensor berupa data digital yang dapat diakses melalui

komunikasi I2C pada fast-mode 400 kHz. Tegangan kerja sensor giroskop yang

digunakan berkisar antara 2,1 V hingga 3,6 V dan konsumsi arus mencapai 6,5 mA

ketika digunakan, dan 5 uA pada saat keadaan siaga[8]. Untuk konfigurasi pin ITG-

3205 yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.6. Perancangan skema modul sensor

giroskop ITG-3205 dirancang berdasarkan application note yang tercantum pada

datasheet seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.6 Konfigurasi pin ITG-3205

33

Gambar 3.7 Skema modul sensor giroskop ITG-3205

3.2.5 Perancangan Sistem Catu Daya

Perancangan sistem catu daya dibagi menjadi tiga bagian, yang pertama bagian

catu daya tegangan, yang kedua bagian pengisian ulang baterai dan yang ketiga bagian

pendeteksi kapasitas baterai. Blok diagram sistem catu daya yang dirancang dapat

dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Blok diagram sistem catu daya

Secara garis besar sistem catu daya yang dirancang terdiri dari tiga bagian

utama, yaitu bagian pengontrol isi ulang baterai, bagian regulator tegangan serta bagian

monitor kapasitas baterai. Penjelasan mengenai perancangan tiap blok akan dijelaskan

pada sub bab berikutnya.

34

3.2.4.1 Perancangan Catu Tegangan

Wireless air mouse yang dirancang membutuhkan catu tegangan sebesar 3,3 V

agar dapat beroperasi. Catu daya yang digunakan dalam perancangan berupa baterai

jenis lithium ion satu sel 3,7 V dengan kapasitas 830 mAh. Tegangan baterai harus

diatur menggunakan regulator tegangan untuk mendapatkan tegangan keluaran sebesar

3,3 V.

Dalam perancangan digunakan regulator tegangan jenis LDO (Low Drop Out)

produksi Maxim tipe MAX8881 dengan keluaran 3,3 V. Regulator tegangan jenis LDO

mampu beroperasi pada selisih tegangan masukan dan keluaran yang sangat kecil yaitu

200 mV berdasarkan datasheet [13]. Selain itu regulator LDO beroperasi tegangan kerja

yang rendah, efisiensi yang lebih tinggi dan disipasi daya yang lebih rendah bila

dibandingkan dengan regulator tegangan non LDO. Gambar 3.9 merupakan skema

regulator tegangan LDO MAX8881.

Gambar 3.9 Skema regulator tegangan LDO MAX8881

3.2.4.2 Perancangan Pengisi Ulang Baterai

Perlu diperhatikan bahwa proses pengisian ulang (charging) baterai lithium ion

sangat berpengaruh pada daya tahan baterai [14]. Berdasarkan standar yang digunakan

Power Electronics Technology diperoleh bahwa setiap satu siklus pengisian dibagi

kedalam empat fase yaitu fase awal (precondition phase), fase arus konstan, fase

tegangan konstan dan fase penghentian isi ulang [14].

Dalam perancangan digunakan IC li-on charger controller LTC4055 produksi

Linear Technology yang dapat memenuhi persyaratan yang telah dijelaskan

sebelumnya. LTC4055 merupakan sebuah IC pengontrol isi ulang baterai jenis litihium

ion yang mampu mengisi ulang satu sel baterai. IC ini bekerja pada tegangan masukan

35

5V sehingga dapat menerima tegangan keluaran yang berasal dari USB port. Besarnya

arus pengisian ulang baterai dapat diprogram hingga maksimal 485 mA yang

bergantung pada besarnya nilai RPROG [15]. Adapun persamaan yang digunakan untuk

menghitung besarnya arus pengisian ulang adalah sebagai berikut.

48500

PROG

PROGCHG

R

VI (3.1)

Dengan,

ICHG = Arus pengisian ulang baterai (A)

VPROG = Tegangan pada pin PROG sebesar 1 V (sesuai datasheet)

RPROG = Resistor pada pin PROG (Ω)

Dalam perancangan, arus pengisian ulang (ICHG) ditentukan sebesar 485 mA,

sehingga, besarnya RPROG yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan arus tersebut

adalah 100 kΩ.

IC LTC4055 memiliki fitur pembatas arus masukan. Fitur ini dapat diaktifkan

dengan mengatur pin HPWR (High Power Select). Untuk membatasi arus masukan pin

HPWR dikoneksikan menuju pin masukan IN1 dan IN2 yang terhubung dengan VDD

5V USB port. Besarnya arus maksimal yang dapat dibatasi sebesar 490 mA bergantung

pada nilai RCLPROG. Besarnya pembatasan arus ditentukan dengan persamaan berikut.

49000

CLPROG

CLPROGCL

R

VI (3.2)

Dengan,

ICL = Arus batas masukan (A)

VCLPROG = Tegangan pada pin CLPROG sebesar 1 V (sesuai datasheet)

RCLPROG = Resistor pada pin CLPROG (Ω)

Pada perancangan batas arus masukan ditentukan sesuai dengan arus masukan

maksimal yaitu 490 mA. Berdasarkan persamaan diatas maka didapatkan nilai RCLPROG

sebesar 100 kΩ. Gambar 3.11 berikut menunjukkan untai pengisi ulang baterai

menggunakan IC LTC4055 yang telah dirancang.

36

Gambar 3.11 Li-Ion charger LTC4055

Untai pengisi ulang juga dilengkapi dengan sebuah LED sebagai indikator

proses pengisian ulang yang akan menyala ketika proses pengisian ulang dan mati

ketika baterai telah penuh.

3.2.4.3 Perancangan Pendeteksi Kapasitas Baterai

Dalam pemakaian baterai diperlukan informasi apakah baterai tersebut dalam

kapasitas penuh atau pada level kapasitas minimum untuk mengetahui perkiraan waktu

melakukan pengisian ulang baterai. Dalam perancangan digunakan IC tipe MAX17058

produk Maxim yang mengukur kapasitas baterai menggunakan algoritma Model

Gauge[16].

Pin CELL pada IC MAX17058 digunakan untuk melakukan pengukuran level

tegangan dari baterai digabung dengan pin VDD dan dikoneksikan menuju baterai. Pin

ALRT merupakan pin yang berfungsi sebagai peringatan jika baterai berada pada

kapasitas minimum. Besar nilai kapasitas minimum dapat ditentukan dengan melakukan

pengaturan pada ATHD (empty alert threshold) yang terletak pada lima bit terakhir

(LSB) pada register CONFIG di alamat 0x0C (heksa). Batas minimum dapat diatur

antara 1% hingga 32% sesuai dengan Persamaan 3,3.

37

Gambar 3.12 Perancangan modul pendeteksi kapasitas baterai MAX17058

SOC threshold = 32 – ATHD (3,3)

Dengan,

SOC threshold = kapasitas minimum baterai (%)

ATHD = Empty Alert Threshold (%)

Sebagai contoh ketika diinginkan batas minimum sebesar 30 %, maka ATHD

diset dengan nilai 2 (desimal) atau 00010 (bit)

3.3. Perancangan Perangkat Lunak Wireless Air Mouse

Ada beberapa bagian dari perancangan wireless air mouse yang direalisasikan

dalam bentuk perangkat lunak. Perangkat lunak pada mikrokontroler meliputi

perancangan perhitungan koordinat kursor dan instruksi pengiriman data dari mouse

menuju PC. Perangkat lunak pada PC merupakan antarmuka yang dirancang untuk

memudahkan pengguna melakukan pengaturan dan konfigurasi mouse.

38

Mulai

Inisialisasi sistem

Cek orientasi

mouse

Terdapat alas?

Ambil data

akselerometer

sumbu X dan Y

Ambil data

giroskop sumbu

yaw dan pitch

Mode

presentasi?

Kalkulasi jarak dan

arah gerak

Terjemahkan perubahan

jarak dan arah gerak

kedalam koordinat 2 dimensi

Deteksi penekanan tombol

Generate paket data kirim

menuju penerima

Kalkulasi

perubahan sudut

Terjemahkan perubahan sudut

kedalam koordinat 2 dimensii

Tidak

Ya

Tidak

Selesai

Ya

Gambar 3.13 Diagram alir perangkat lunak mikrokontroler

Mikrokontroler dalam skripsi ini digunakan sebagai pengolah data yang berasal

dari sensor pergerakan, melakukan penanganan kejadian penekanan tombol serta

melakukan instruksi pengiriman data menuju PC. Diagram alir dari perangkat lunak

mikrokontroler yang telah dirancang dapat dilihat pada Gambar 3.13.

3.3.1. Perhitungan Koordinat Kursor Berdasarkan Pembacaan Sensor

39

Perangkat yang dirancang dapat bekerja dalam dua mode yaitu mode alas dan

mode air mouse dimana mouse dapat bekerja tanpa menggunakan alas. Perubahan

kursor dideteksi menggunakan sensor akselerometer dan giroskop. Perhitungan

pembacaan sensor menjadi perubahan koordinat akan dijelaskan sub bab berikutnya.

3.3.1.1. Perhitungan Perubahan Koordinat Kursor Pada Permukaan Alas

Akselerometer digunakan untuk mengukur besar percepatan yang dialami

mouse. Informasi percepatan yang terukur kemudian diolah untuk mendapatkan data

perubahan posisi dan diterjemahkan kedalam perpindahan kursor mouse pada PC

(Gambar 3.14).

Data yang berasal dari sensor akselerometer masih berupa data mentah yang

harus diolah terlebih dahulu untuk mendapatkan nilai percepatan yang sesungguhnya.

Untuk menentukan nilai percepatan ( a ) dari data yang terbaca diperoleh dengan

persamaan [6]:

gasSensitivit

sensorDataa 1 (3.4)

Dengan,

a = Percepatan terukur (m/s2)

1g = Nilai percepatan rata-rata gravitasi bumi (9.81m/s2)

Idealnya ketika posisi diam pada bidang datar tegak lurus arah gravitasi bumi,

akselerometer harus menunjukkan nilai 0 pada sumbu x dan y. Pada kenyataannya yang

terukur tidak menunjukkan nilai 0 akibat getaran mekanik. Untuk mengatasi hal tersebut

dilakukan discrimination window untuk mengurangi efek gangguan mekanik. Berikut

adalah gambar ilustrasi discrimination window pada pembacaan akselerometer.

40

Mulai

Pengukuran percepatan

Berdasarkan sensor

akselerometer

Eliminasi pengaruh gravitasi

Pada pengukuran akselerometer

Menerapkan

discrimination window

Menghitung

perubahan posisi

Menerapkan algoritma

Zero Velocity Compensation

(ZVC)

Konversi perubahan posisi

menjadi perubahan kursor

Selesai

Gambar 3.14 Diagram alir perhitungan perubahan kursor bidang datar

Gambar 3.15 Ilustrasi discrimination window

Untuk mengeliminasi pengaruh gravitasi bumi terhadap hasil pengukuran

sensor akselerometer dilakukan dengan mengurangkan percepatan yang terukur dengan

percepatan gravitasi yang mempengaruhi.

41

)cos(gaa terukurtranslasi (3.5)

Dimana translasia adalah percepatan akibat gerak translasi, terukura merupakan

percepatan total, dan merupakan sudut yang dibentuk antara bidang datar dan sumbu

ukur (sumbu x dan y).

Untuk mendapatkan perubahan posisi kursor akibat dari pergerakan mouse

ditentukan dengan langkah-langkah berikut:

a. Melakukan perhitungan posisi berdasarkan hasil pengukuran percepatan.

Untuk mendapatkan posisi didapatkan dengan melakukan integral ganda percepatan

terhadap waktu, dengan persamaan:

dtdtas )(

(3.7)

Dengan,

)(mposisinperpindahas

a

percepatan (m/s2)

)/( 2smnpencuplikawaktudt

Proses integral dilakukan dalam 2 tahap, integral yang pertama untuk memperoleh

nilai kecepatan , kemudian integral kedua untuk memperoleh perubahan posisi ( s

).

Perhitungan integral menggunakan metode penghitungan luasan trapezoidal seperti

ditunjukkan pada Gambar 3.16 dengan persamaan :

)(2

)(1

0

10

nn

n

i

fftt

luasan (3.8)

Sehingga jika diterapkan dalam algoritma pemrograman dapat dilihat pada pseudo

code berikut.

velo1 = velo0+((time/2)*(acc1+acc0));

pos1 = pos0+((time/2)*(velo1+velo0));

Dengan,

acc0 = percepatan sebelumnya

acc1 = percepatan saat ini

velo0 = kecepatan sebelumnya

velo1 = kecepatan saat ini

pos0 = posisi sebelumnya

pos1 = posisi saat ini

42

Gambar 3.16 Metode penghitungan secara trapezoidal

Kelemahan dari sensor akselerometer pada saat percepatan bernilai nol tidak

mampu membedakan apakah akselerometer pada kondisi diam atau sedang bergerak

konstan. Kelemahan lainya, akselerometer membaca semua percepatan yang

dialaminya, baik percepatan gravitasi, percepatan ketika bergerak translasi, dan

bahkan derau. Akibatnya, pengukuran percepatan dinamis menjadi tidak akurat. Hal

ini berimbas pada perhitungan kecepatan yang tidak dapat kembali ke posisi nol

ketika benda berhenti. Untuk mengatasinya digunakan algoritma zero velocity

compensation [17].

b. Konversi perubahan posisi menjadi perubahan koordinat kursor mouse.

Perubahan posisi mouse merupakan selisih jarak perpindahan tempat antara posisi

awal mouse dengan posisi mouse ketika berhenti bergerak, yang didefinisikan

melalui persamaan:

AwalPosisiAkhirPosisiPosisi (3.9)

Untuk mendapatkan perubahan koordinat kursor didapatkan dengan cara mengalikan

perubahan posisi dengan suatu faktor pengali K.

KPosisiKoordinat (3.10)

Proses perhitungan koordinat kursor berlaku untuk kedua sumbu koordiat, baik

sumbu X maupun Y.

43

3.3.1.2. Perhitungan Perubahan Koordinat Kursor Tanpa Alas

Pada saat mouse dikonfigurasikan tanpa menggunakan alas (diudara)

digunakan sensor giroskop untuk mendeteksi pergerakan mouse. Sensor giroskop akan

mendeteksi perubahan sudut akibat perubahan posisi mouse akibat digerakkan oleh

pengguna. Perubahan sudut kemudian diterjemahkan kedalam koordinat kursor mouse.

Berikut adalah diagram alir proses perhitungan koordinat kursor mouse pada saat tidak

terdapat alas.

Mulai

Pembacaan data keluaran

sensor giroskop

Kompensasi zero offset

Perhitungan perubahan

sudut

Konversi perubahan sudut menjadi

perubahan koordinat mouse

Selesai

Kompensasi drift error

Gambar 3.16 Diagram alir proses perhitungan koordinat kursor ketika diudara

44

Diagram alir perhitungan koordinat kursor ketika berada diudara akan

dijelaskan sebagai berikut.

1. Pembacaan data keluaran sensor giroskop.

Berdasarkan spesifikasi datasheet yang dikeluarkan oleh Ivensense, sensor

ITG3205 memiliki sensitivity scale factor sebesar 14.375 LSB/(o/s) yang dapat

diartikan setiap 1 LSB data yang terukur sebanding dengan hasil pengukuran

sebesar s

375.14

1 sehingga diperoleh faktor kalibrasi dengan persamaan [9]:

ysensitivitPengaliFaktor

1 (3.11)

Nilai kecepatan sudut yang sebenarnya dapat dihitung dengan persamaan:

PengaliFaktorterukurData (3.12)

2. Kompensasi zero offset

Ketika berada pada keadaan diam, keluaran sensor ITG3205 yang terbaca tidak

menunjukkan nilai 0, hal ini akibat dari error offset sensor. Untuk mengatasi hal

tersebut, dilakukan penghilangan error offset dengan langkah-langkah sebagai

berikut.

a. Ambil 10 data yang terbaca dari sensor, kemudian dicari nilai rata-ratanya,

dengan persamaan:

n

i

niavg

nn 0

21 ...1 (3.13)

Keterangan:

n = jumlah data

Avg = kecepatan sudut rata-rata (sama dengan error offset rata-rata)

b. Eliminasi error offset dari kecepatan sudut yang terukur, dengan persamaan:

avgerror (3.14)

3. Perhitungan perubahan sudut ( )(t ) dari kecepatan sudut yang terukur ( )(t ).

Proses perhitungan dilakukan dengan melakukan integral kecepatan sudut sumbu

putar Z dan sumbu putar Y dengan persamaan:

45

1

)()(n

n

t

tdttt (3.15)

Perhitungan integral menggunakan metode penghitungan luas area trapezoidal

seperti ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 3.17 Grafik perubahan kecepatan sudut terhadap waktu

Sehingga, perubahan sudut ( )(t ) dapat dicari dengan algoritma pemrograman:

0__2

0 gyrovelogyrovelotime

angleangle ,

Keterangan:

angle = sudut yang terukur

angle0 = sudut sampel sebelumnya

velo_gyro = kecepatan sudut yang terukur

velo_gyro0 = kecepatan sudut sebelumnya

time = waktu pencuplikan

4. Kompensasi drift error menggunakan complementary filter

Drift error sering kali terjadi akibat ketidakstabilan bias yang mengakibatkan

simpangan kecil pada pembacaan kecepatan sudut yang menyebabkan pergeseran

pengukuran sudut terhadap waktu [3]. Untuk mengatasi hal tersebut digunakan

complementary filter yang merupakan suatu cara untuk menggabungkan pembacaan

akselerometer dan giroskop [18]. Proses penggabungan ini bertujuan untuk

memperoleh pembacaan sudut lebih akurat. Berikut adalah gambar blok diagram

penerapan complementary filter.

46

Gambar 3.18. Blok diagram penerapan complementary filter

Pada dasarnya complementary filter merupakan penjumlahan antara pembacaan

sudut oleh akselerometer yang dilewatkan LPF (Low Pass filter) dan pembacaan

sudut giroskop setelah dilewatkan HPF (High Pass Filter). Berikut adalah contoh

langkah perhitungan complementary filter yang menggunakan satu sumbu

pengukuran giroskop dan dua sumbu pengukuran akselerometer.

a. Perhitungan sudut oleh sensor akselerometer.

Dengan persamaan:

z

y

aa

aarctan (3.17)

Keterangan:

a = Sudut kemiringan antara sumbu Z dan Y

ya = Percepatan pada sumbu Y

za = Percepatan pada sumbu Z

b. Perhitungan sudut oleh giroskop.

Perhitungan sudut menggunakan sensor giroskop dapat dilihat pada persamaan

3.15 dan persamaan 3.16.

c. Proses pembentukan complementary filter

Penggabungan pembacaan sudut oleh akselerometer dan giroskop dilakukan

dengan menambahkan kedua sudut yang terukur sesuai dengan persamaan

berikut.

47

agagcomp )1('' (3.18)

Dengan,

comp = Perhitungan sudut hasil complementary filter (o)

= Koefisien pembobot filter antara 0 - 1

5. Konversi perubahan sudut menjadi perubahan koordinat

Konversi perubahan sudut menjadi perubahan koordinat dapat dilihat pada bab 2

sub bab 2.1.

3.3.2. Aplikasi Desktop Air Mouse Driver

Aplikasi desktop dalam perancangan digunakan sebagai user interface untuk

pengguna dalam melakukan konfigurasi perangkat wireless air mouse. Perancangan

dilakukan menggunakan Visual Studio 2008 dengan bahasa pemrograman Visual C#

(CSharp). Konfigurasi yang dilakukan meliputi konfigurasi mode wireless air mouse,

pengaturan kecepatan gerak pointer mouse, kecepatan scroll, kecepatan klik. Selain itu

pengguna juga dapat melakukan konfigurasi beberapa tombol tambahan yang dapat

digunakan sebagai pemintas untuk membuka aplikasi lain. Berikut gambar perangkat

lunak Air Mouse Driver yang telah dirancang.

Gambar 3.19 Konfigurasi mode wireless air mouse

48

Gambar 3.20 Konfigurasi pengaturan kecepatan mouse

Gambar 3.21 Konfigurasi tombol pemintas