pendeteksi posisi menggunakan sensor accelerometer mma7260q

8/19/2019 Pendeteksi Posisi Menggunakan Sensor Accelerometer MMA7260Q

1/12

Pendeteksi Posisi Menggunakan Sensor Accelerometer MMA7260Q

Berbasis Mikrokontroler Atmega 32

I. PENDAHULUANI.1 Latar Belakang

IMU (Inertial Measurement Unit) merupakan suatu unit dalam modul elektronik ang

mengumpulkan data ke!epatan angular dan akselerasi linear ang kemudian dikirim ke "PU

("entral Pro!essing Unit) untuk mendapatkan data ke#eradaan dan pergerakan suatu #enda. IMU

terdiri dari kom#inasi a!!elerometer (sensor per!epatan) dan gros!ope(sensor ke!epatan angular).

A!!elerometer digunakan untuk mengukur per!epatan suatu #enda dan gros!ope digunakan untuk

mengukur ke!epatan rotasi dari suatu #enda. $aat ini pengem#angan sensor IMU untuk mengola%

data dengan menggunakan mikrokontroler tela% #anak dilakukan. Untuk memperole% kualitas data

masukan ang #aik perlu digunakan &ilter digital untuk mengurangi noise dari keluaran sensor. Akan

tetapi' karena keter#atasan mikrokontroler #it ang digunakan' maka perlu diper%atikan algoritma

&iltering ang tepat dan tidak memerlukan aktu pemrosesan ang terlalu lama agar dapat

meng%asilkan data ang optimal. *ilter eksponensial dan &ilter +alman merupakan pili%an ang sering

digunakan untuk proses digital &iltering terutama pada kondisi dimana noise !ukup dominan. *ilter

+alman tela% #anak diaplikasikan untuk prediksi %asil per%itungan koordinat orientasi gerak dinamik

dari sensor IMU' demikian pula dengan &ilter eksponensial' se#a# selain tidak memerlukan proses

ang rumit ,uga le#i% optimal #ila di#andingkan dengan &ilter digital ang lain' karena dalam &ilter

eksponensial %ana dengan mengu#a% parameter eksponensial dapat digunakan untuk &iltering dalam

#er#agai respon.

I.- u,uan

u,uan dari penelitian ini adala% meran!ang dan mem#uat sistem instrumentasi a!!elerometer

se#agai sala% satu komponen IMU untuk mendeteksi posisi/,arak dengan menggunakan

mikrokontroler Amega 0- ang kemudian akan diisualisasikan se!ara 0D dengan menggunakan

isual " 2.

I.0 Pem#atasan Masala%

Dalam penelitian ini penulis mem#atasi permasala%an se#agai #erikut 3

1. $ensor a!!elerometer ang digunakan memiliki 0 dera,at ke#e#asan.

-. Pem#uatan sistem instrumentasi untuk menerapkan sensor a!!elerometer se#agai pendeteksi ,arak/posisi.


2/12

0. Dalam pengu,ian sistem pendeteksi ,arak ini %ana digunakan untuk ara% sum#u negati&.

4. Pada pengu,ian dilakukan 0 sum#u se!ara #ersamaan.

5. 6ange per!epatan ang digunakan se#esar 1'5 g sampai 7 g.

7. $istem isualisasi 0D ang digunakan adala% komputer dengan #antuan #a%asa pemrograman

8isual " 2.

9. Mikrokontroler ang digunakan adala% Amega 0-dengan pemrograman "ode 8ision A86

menggunakan #a%asa ".

. AD" ang digunakan adala% AD" internal #it mikrokontroler Amega 0-.

II. DA$A6 E:6I

-.1 A!!elerometer MMA9-7;<

A!!elerometer adala% alat ang digunakan untuk mengukur per!epatan' mendeteksi dan

mengukur getaran (i#rasi)' dan mengukur per!epatan aki#at graitasi (inklinasi). A!!elerometer

dapat digunakan untuk mengukurgetaran pada mo#il' mesin' #angunan' dan instalasi pengamanan.

A!!elerometer ,uga dapat diaplikasikan pada pengukuran aktiitas gempa #umi dan peralatan=

peralatan elektronik' seperti permainan 0 dimensi' mouse komputer' dan telepon. Untuk aplikasi

ang le#i% lan,ut' sensor ini #anak digunakan untuk keperluan naigasi.Per!epatan merupakan suatukeadaan #eru#a%na ke!epatan ter%adap aktu. Bertam#a%na suatu ke!epatan dalam suatu rentang

aktu dise#ut per!epatan (a!!eleration). Namun ,ika ke!epatan semakin #erkurang daripada

ke!epatan se#elumna' dise#ut perlam#atan (de!eleration). Per!epatan ,uga #ergantung pada

ara%/orientasi karena merupakan penurunan ke!epatan ang merupakan #esaran ektor. Beru#a%na

ara% pergerakan suatu #enda akan menim#ulkan per!epatan pula. Untuk memperole% data ,arak dari

sensor a!!elerometer' diperlukan proses integral ganda ter%adap keluaran sensor.

Proses peng%itungan ini dipengaru%i ole% aktu !uplik data' se%ingga ,eda aktu !uplik data

(dt) %arus selalu konstan dan di#uat seke!il mungkin $e!ara seder%ana' integral merupakan luas

daera% di #aa% suatu sinal selama rentang aktu tertentu. Untuk le#i% ,elasna dapat dili%at pada

>am#ar 1.


3/12

>am#ar 1 Proses integral ter%adap suatu sinal.

Persamaan pengintegralan pada persamaan (-) masi% memiliki error ang !ukup #esar.

Untuk le#i% mengoptimalkan %asil pengintegralan maka dapat digunakan metode 6unge=+utta

dengan pendekatan trape?oidal seperti pada persamaan (4).

Dari persamaan (4) dapat diketa%ui #a%a %asil integral saat ini dipengaru%i ole% %asil integral

$e#elumna masukan saat ini dan masukan se#elumna' serta aktu !uplik

antar data masukan (%).

Per!epatan ang diperole% dari %asil pengukuran a!!elerometer pada kenataanna #ukanla% data

per!epatan #enda murni' melainkan ,uga terdapat derau.

Nilai a merupakan per!epatan #enda sesunggu%na' nilai r adala% random noise' dan d adala% dri&t

noise. Pada penelitian ini digunakan sensor a!!elerometer MMA9-7;< dengan tiga sum#u

pengukuran' aitu ter%adap sum#u @' sum#u ' dan sum#u ?. $ensor a!!elerometer ini digunakan

untuk mengukur per!epatan #enda dalam satuan graitasi (g). $ensor ini dapat mengukur per!epatan


4/12

dari 1'5 g sampai 7 g. $ensor a!!elerometer MMA9-7;< dengan rangkaian pendukung ang

terintegrasi dapat dili%at pada >am#ar -.

>am#ar - Break out a!!elerometer MMA9-7;


5/12

adala% dalam %al keter#atasan ke!epatan pemrosesan/aktu komputasi ang sangat tergantung

dengan kemampuan mikrokontroler atau komputer ang digunakan.

-.-.1 *ilter Eksponensial

*ilter eksponensial merupakan &ilter linier rekursi& seder%ana. *ilter eksponensial se!ara umum

digunakan dalam analisis kaasan aktu. Persamaan &ilter eksponensial orde - dapat dili%at pada

Persamaan (7).

-.-.- *ilter +alman

*ilter +alman merupakan sala% satu solusi optimal dalam mem&ilter data dari sinal pada suatu

proses ang linier. *ilter +alman digunakan pada proses ang dapat dinatakan dalam #entuk

persamaan state linier seperti pada pada persamaan ().

Persamaan dapat dio#serasi dengan model pengukuran ang memetakan state @ ke keluaran

seperti dituliskan pada persamaan ()

$elisi% nilai antara pengukuran se#enarna k dan estimasi pengukuran dise#ut se#agai residual atau

pengukuran innoation. ika nilai residual adala% nol' maka %al itu menun,ukkan #a%a %asil

estimasi sama dengan %asil pengukuran. Nilai +k adala% &aktor gain pada &ilter +alman.

Pada &ilter +alman dipili% nilai +k se%ingga estimasi posteriori adala% optimal atau mempunai

error ang minimum. Nilai Pk minimum diperole% ,ika nilai +k dapat menediakan estimasi ang

mempunai !oarian!e minimum. Penelesaian untuk mendapatkan Pk minimum ditun,ukkan pada

persamaan (11).

Nilai estimasi priori di#erikan pada persamaan (1-) ang diperole% dengan meng%ilangkan noise k.

Pen,elasan dari diagram #lok sistem pada >am#ar 0 dapat di,elaskan se#agai #erikut 3


6/12

1. $ensor a!!elerometer MMA9-7;< digunakan untuk mengeta%ui #esarna per!epatan suatu

#enda ang kemudian akan dikirim ke mikrokontroller.

-. Mikrokontroler Amega 0- digunakan untuk menerima data dari sensor' mengu#a%na men,adi

data digital' memproses data se!ara digital' dan melakukan komunikasi serial antara mikrokontroler dengan komputer.

0. +omputer digunakan untuk menampilkan data posisi dan tampilan #erupa gam#ar 0 dimensi

dengan menggunakan isual "2.

$ensor a!!elerometer #eroperasi pada tegangan -'- C 0'7 olt dengan tegangan tipikal 0'0 olt (8dd).

+eluaran sensor a!!elerometer #erupa tegangan analog ang merepresentasikan data per!epatan

dalam satuan graitasi (g). $ensor a!!elerometer MMA9-7;< memiliki tingkat sensitiitas ang

dapat dipili% aitu 1'5 g/ - g/ 4 g/ 7 g. ingkat sensitiitas dapat dipili% dengan melakukan

pengesetan pada pin g=sele!t1 dan g=sele!t-. +oneksi masukan dan keluaran pin=pin pada

a!!elerometer

MMA9-7;< dapat dili%at pada >am#ar 4.

>am#ar 4 +on&igurasi pin=pin a!!elerometer MMA9-7;<

0.- Peran!angan Perangkat Lunak

Mikrokontroler Atmega0- digunakan untuk mem#a!a sinal analog dari sensor a!!elerometer'

kemudian mengu#a%na men,adi data digital #it dan mengola%na dengan algoritma ang tela%

ditentukan kemudian mengirimkan %asil ak%ir data ke komputer. $e!ara umum diagram alir

pemrograman pada sistem pendeteksi ,arak dapat dili%at pada >am#ar 5.


7/12

>am#ar 5 Diagram alir pemrograman utama sistem pendeteksi ,arak.

0.-.1 Peran!angan *ilter Digital

A. *ilter Eksponensial

*ilter eksponensial ang digunakan adala% &ilter eksponensial orde -. Pengu,ian dilakukan dengan

menentukan nilai parameter &aktor pengali (a)' kemudian mengamati sinal keluaran ang optimal.

Parameter a dapat di!ari dengan persamaan (9). $etela% dilakukan peng%itungan didapatkan nilai

parameter a pada sum#u @ dan adala% ;'0 dan a pada sum#u ? adala% ;'-. B. *ilter +alman *ilter

+alman ang diaplikasikan pada mikrokontroler Amega 0- tidak %ana meng%ilangkan random

noise tetapi &ilter ini ,uga meng%itung nilai posisi dengan mengintegralkan se#anak - kali sinal

masukan &ilter. ampilan respon keluaran sensor a!!elerometer serta tampilan nilai #esaran posisi

dari ketiga sum#u sensor diterapkan pada komputer menggunakan #antuan perangkat lunak

Mi!roso&t 8isual $tudio -;;.

Berdasarkan %u#ungan antara proses' pengukuran' dan &ilter +alman' maka dapat di#uat

diagram alir program seperti pada >am#ar 7.

>am#ar 7 Diagram alir program &ilter +alman


8/12

0.-.- Penentuan *aktor +ali#rasi

*aktor kali#rasi merupakan suatu konstanta ang digunakan untuk mengkali#rasi antara %asil integral

ganda dari per!epatan dengan ,arak se#enarna. Pada penelitian ini' akan di!ari &aktor kali#rasi %asil

integral dari &ilter digital ang digunakan. Pada ak%irna' pengu,ian #ertu,uan untuk menentukan &ilter digital ang paling sesuai se%ingga meng%asilkan data ,arak ang paling mendekati ,arak se#enarna

atau dengan kata lain tingkat kesala%anna ke!il.

A. *aktor kali#rasi sistem dengan &ilter eksponensial

B. a#el - *aktor kali#rasi sum#u @ negati& dengan &ilter eksponensial.

B. *aktor kali#rasi sistem dengan &ilter +alman

a#el 0 *aktor kali#rasi sum#u @ negati& dengan &ilter kalman.

Dari a#el 0 diperole% &aktor kali#rasi rata=rata pada

sum#u @ se#esar 7'-9-1417' dengan !ara ang sama seperti penentuan &aktor kali#rasi pada

sum#u @' maka diperole% &aktor kali#rasi pada sum#u se#esar 7'-9-1417 dan sum#u ? se#esar

9'0;1555..


9/12

I8. PEN>UIA DAN ANALI$I$

4.1 Pengu,ian +arakteristik A!!elerometer MMA9-7;<

Pada #agian ini dilakukan pengu,ian tegangan o&&set sensor. Pengu,ian tegangan o&&set

dilakukan dengan !ara mengukur tegangan dengan menggunakan multimeter.

a#el 4 Hasil pengu,ian tegangan keluaran o&&set masing=masing sum#u.

Dari a#el 4 terli%at #a%a tegangan o&&set rata=rata sum#u @ se#esar 1'71 olt' sum#u

se#esar 1'9- olt' dan sum#u ? se#esar -'45 olt suda% mendekati tegangan o&&setideal aitu se#esar

1.75 olt' k%usus untuk sum#u ? te gangan o&&set ideal ditam#a% dengan ;' olt karena dalam

keadaan de&ault tela% mengalami per!epatan se#esar 1 g.

4.- Pengu,ian arak

Pengu,ian ,arak dilakukan dengan menerapkan &a!tor kali#rasi ang didapat dari per!o#aan

se#elumna. Hasil pengu,ian ang didapat kemudian di#andingkan dengan ,arak se#enarna se%ingga

didapat #esaran error.

4.-.1 Pengu,ian arak dengan *ilter Ekponensial

A.Pengu,ian arak masing= masing $um#u $e!ara erpisa%

a#el 5 Hasil pengu,ian ,arak sum#u @ dengan &ilter Eksponensial


10/12

Dari a#el 5 dapat diamati #a%a error rata=rata pada sum#u @ dengan menggunakan &ilter

eksponensial se#esar 1'; dengan tingkat kesala%an ,arak ;';9 !m C -'97 !m dengan !ara ang

sama seperti pada pengu,ian ,arak sum#u @' maka diperole% error rata=rata pada sum#u se#esar -'5 dengan tingkat kesala%an ,arak ;'9- !m C -'-5 !m dan sum#u ? se#esar 4'- dengan

tingkat kesala%an ,arak 1'0 !m =-'59 !m.

B. Pengu,ian arak 0 $um#u $e!ara Bersamaan

Dengan !ara ang sama seperti pada pengu,ian ,arak pada masing = masing sum#u dilakukan

pengu,ian ,arak 0 sum#u se!ara #ersamaan pada ,arak 0; !m' 45 !m' dan 7; !m se%ingga diperole%

%asil se#agai #erikut.

a#el 7 Hasil pengu,ian ,arak 0 sum#u se!ara #ersamaan

dengan &ilter eksponensial

Dari a#el 7 dapat di%itung error rata=rata pada ketiga ,arak terse#ut diatas pada sum#u @

se#esar 9'; ' sum#u se#esar 7'1 dan sum#u ? se#esar '- .

4.-.- Pengu,ian arak dengan *ilter +alman

A. Pengu,ian arak masing= masing $um#u $e!ara erpisa%

a#el 9 Hasil pengu,ian ,arak sum#u @ dengan &ilter kalman


11/12


12/12

5.- $aran

Untuk pengem#angan sistem le#i% lan,ut' maka dapat di#erikan saran=saran se#agai #erikut

1. $ensor a!!elerometer MMA9-7;< memiliki tingkat sensitiitas ang sangat tinggi' se%ingga

segala %al ang memungkinkan ter,adina error pada sinal keluara perlu diminimalisasi' seperti

kesta#ilan tegangan masukan dan koneksi antar komponen

-. Metode integral dapat dikem#angkan dengan #er#agai ariasi algoritma pengintegralan

0. 8ariasi metode &ilter digital ang lain dapat digunakan untuk mendapatkan sinal data keluaran

sensor ang le#i% #aik

4. Aplikasi a!!elerometer se#agai pendeteksi posisi dapat dikem#angkan dengan perangkat nirka#el

(ireless) dan peran!angan instrumentasi ang dapat di#aa ke mana=mana (porta#le).

pendeteksi posisi menggunakan sensor accelerometer mma7260q

Documents