skripsi handheld gymbal kamera menggunakan sensor gyroscope

LEMBAR JUDUL

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT KAMERA

STABILIZER DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR

GYROSCOPE

TUGAS AKHIR

Disusun Oleh :

FAHRIZAL FEBRIFTA UMARILA

NIM. 08530107

JURUSAN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2015

v

ABSTRAKSI

Dalam dunia otomotif khususnya dunia balap, sering kita jumpai gambar

dari rekaman kamera yang terpasang pada kendaraan pembalap sepertinya tidak

terpengaruh terhadap gerakan belokan atau kemiringan kendaraan. Bila kita

cermati, hasil rekaman gambar dari kendaraan pembalap akan selalu sejajar

dengan bumi. Selain itu bisa kita lihat juga penggunaannya pada proses

perekaman film, di mana kamera dipasangkan dengan mekanik tertentu sehingga

bisa mempermudah kinerja. Penulis mencermati harga pasar dari alat ini relatif

lebih mahal karena kurangnya pasar lokal yang menjual alat ini untuk keperluan

para Hobi, Film, Fotografi, otomotif dan bidang lainnya untuk mengabadikan

momen yang telah mereka rekam. Atas dasar itu penulis akan membuat alat yang

secara fungsi sama akan tetapi dengan biaya yang relatif lebih murah.

Kata Kunci : Stabilisasi Kamera, MPU6050, Kalman Filter, Gyroscope

vi

ABSTRACT

In the automotive world, especially the world of racing, we often see

images from camera recordings attached to the vehicle driver does not seem to be

affected to turn or tilt movement of the vehicle. When we look, the tape image of

the vehicle driver will always be aligned with the earth. In addition we can also

see its use in the movie recording process, in which the camera is paired with a

particular mechanic that can facilitate the performance. The authors examine the

market price of the tool is relatively more expensive because of the lack of a local

market that sells this tool for the purposes of the Hobby, Film, Photography,

automotive and other fields to capture the moment they had recorded. On that

basis, the writer will make a tool that same function but with a relatively cheaper

cost.

Key Word : Camera Stabilizer, MPU6050, Kalman Filter, Gyroscope

vii

LEMBAR PERSEMBAHAN

Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan

ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Istriku, yang selalu mendukung dengan penuh kesabaran, juga kedua

anakku dodo dan fafa, yang selalu memberikan cerita lucunya setiap hari

sebagai penyemangat ku.

2. Kedua orang tuaku yang selalu mengalirkan doanya tanpa henti, tanpa

lelah untuk anak mereka. Juga kepada Dua adikku, Mirsha dan Egi yang

selalu mendukung kakaknya ini.

3. Dekan Fakultas Teknik dan Keluarga (FT) Bapak Ir. Sudarman, MT,

beserta jajaran dekanat.

4. Ketua Jurusan Teknik Elektro Ibu Nur Alif Mardiyah, Ir, MT dan

Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Bapak Machmud Effendi, ST, M.Eng

beserta seluruh stafnya.

5. Bapak Machmud Effendi, ST, M.Eng dan Bapak Dr. Ir. Ermanu Azizul

Hakim, MT yang telah meluangkan waktunya guna membimbing penulis

dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

6. Bapak M. Chasrun Hasani, ST, MT dan Bapak Ilham Pakaya, ST yang

telah memberikan masukannya guna penyempurnaan tugas akhir ini.

7. Seluruh Civitas Akademika Universitas Muhammadiyah Malang yang

telah membekali ilmu dan membantu kepada penulis.

8. Keluarga Besar WS-ROBOTIKA FT UMM, yang sudah banyak sekali

membantu, tiada kata kiasan yang bisa di ucapkan untuk

mengumpamakannya.

9. Juga kepada seluruh pihak yang telah banyak membantu penulis

menyelesaikan tugas akhir ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Semoga Allah Swt memberikan limpahan dan rahmat serta hidayah-Nya

atas segala kebaikan juga ilmu yang bermanfaat dan semoga kita selalu dalam

lindungan serta tuntunan-Nya.

viii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kita panjatkan ke hadirat Allah SWT atas

segala nikmat, kekuatan, taufik serta hidayah-Nya. Sholawat serta salam semoga

tercurah kepada Rasulullah SAW, keluarga sahabat dan para pengikut setianya,

Amin. Atas kehendak Allah sajalah, penulis dapat menyelesaikan proyek akhir

yang berjudul :

“PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT KAMERA

STABILIZER MENGGUNAKAN SENSOR GYROSCOPE”

Pembuatan Proyek Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh

gelar Sarjana Teknik (ST) di Universitas Muhammadiyah Malang. Selain itu

penulis berharap agar proyek akhir ini dapat menambah literatur dan dapat

memberikan manfaat bagi semuanya.

Akhir kata semoga buku ini dapat bermanfaat di masa sekarang dan masa

mendatang. Sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, maka penulis

mohon maaf apabila ada kekeliruan baik yang sengaja maupun yang tidak

sengaja.

Malang, Agustus 2015

Penulis

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ................................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN.................................................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iii

LEMBAR PERNYATAAN................................................................................... iv

ABSTRAKSI .......................................................................................................... v

ABSTRACT........................................................................................................... vi

LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................................... vii

KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii

DAFTAR ISI.......................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii

DAFTAR TABEL................................................................................................ xiii

DAFTAR GRAFIK.............................................................................................. xiv

BAB II..................................................................................................................... 5

2 LANDASAN TEORI.................................................................................. 5

2.1 PENGERTIAN HANDHELD STABILISASI KAMERA ................. 5

2.2 PIRANTI MASUKAN........................................................................ 5

2.2.1 Sensor Gyroscope MPU6050.......................................................... 5

2.3 PIRANTI KELUARAN ...................................................................... 6

x

2.3.1 Motor Servo .................................................................................... 6

2.4 PEMROSESAN .................................................................................. 7

2.4.1 ATMega328 .................................................................................... 7

2.4.1.1 Serial UART............................................................................. 9

2.4.1.1.1 Synchronus Serial Transmisi........................................... 10

2.4.1.2 I2C .......................................................................................... 10

2.4.1.3 PWM ...................................................................................... 12

2.4.1.3.1 Prinsip Dasar PWM......................................................... 12

2.4.1.4 Mendapatkan Sinyal PWM .................................................... 13

2.4.2 Kalman Filter ................................................................................ 14

2.4.3 Arduino Nano................................................................................ 17

BAB III ................................................................................................................. 20

3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM.................................. 20

3.1 Perancangan Perangkat Keras ........................................................... 21

3.1.1 MPU-6050..................................................................................... 21

3.1.2 Mikrokontroller ATmega328 ........................................................ 23

3.1.3 Modul Servo MG996R.................................................................. 24

3.1.4 Modul Power Supply .................................................................... 26

3.2 Perancangan Perangkat Lunak .......................................................... 27

3.3 Perancangan Mekanik ....................................................................... 29

3.3.1.1 Purwarupa Alat....................................................................... 29

3.3.1.2 Desain Akhir Alat................................................................... 30

BAB IV ................................................................................................................. 32

4 PENGUJIAN DAN ANALISA................................................................. 32

4.1 Pengujian Motor Servo Tanpa Beban ............................................... 32

4.1.1 Tujuan ........................................................................................... 32

4.1.2 Peralatan........................................................................................ 32

4.1.3 Blok Diagram................................................................................ 33

4.1.4 Persiapan ....................................................................................... 33

4.1.5 Hasil dan Analisis ........................................................................ 34

4.2 Pengujian Motor Servo Dengan Beban............................................. 36

xi

4.2.1 Tujuan ........................................................................................... 36

4.2.2 Peralatan........................................................................................ 36

4.2.3 Blok Diagram................................................................................ 37

4.2.4 Persiapan ....................................................................................... 37


4.3 Pengujian Sensor Gyro...................................................................... 40

4.3.1 Tujuan ........................................................................................... 40

4.3.2 Peralatan........................................................................................ 40

4.3.3 Blok Diagram................................................................................ 41

4.3.4 Persiapan ....................................................................................... 41


4.4 Pengujian Kalman Filter ................................................................... 44

4.4.1 Tujuan ........................................................................................... 44

4.4.2 Peralatan........................................................................................ 44

4.4.3 Blok Diagram................................................................................ 45

4.4.4 Persiapan ....................................................................................... 45

4.4.5 Hasil dan Analisis ......................................................................... 46

BAB V................................................................................................................... 51

5 KESIMPULAN DAN SARAN................................................................. 51

5.1 KESIMPULAN................................................................................. 51

5.2 SARAN ............................................................................................. 51

DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................................a

LAMPIRAN............................................................................................................ b

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bentuk Fisik Sensor Gyroscope MPU-6050 ....................................... 6Gambar 2.2 Servo Towardpro MG996R................................................................. 7Gambar 2.3 Kaki pin pada ATMega328P............................................................... 8Gambar 2.4 Kondisi Sinyal Start dan Stop ........................................................... 11Gambar 2.5 Sinyal ACK dan NACK .................................................................... 11Gambar 2.6 Transfer Bit pada i2c Bus .................................................................. 12Gambar 2.7 Sinyal PWM ...................................................................................... 12Gambar 2.8 Ilustrasi Cara Membangkitkan PWM................................................ 14Gambar 2.9 Bentuk Sinyal Dari PWM ................................................................. 14Gambar 2.10 Perputaran Algoritma Kalman Filter............................................... 15Gambar 2.11 Proses lengkap Kalman Filter ......................................................... 17Gambar 2.12 Bentuk Fisik Arduino Nano v3.0 .................................................... 17Gambar 3.1 Diagram Blok Minimum Sistem ....................................................... 20Gambar 3.2 Bentuk Fisik IMU mpu6050 ............................................................. 21Gambar 3.3 Orientasi Modul MPU-6050 ............................................................. 21Gambar 3.4 Skematik Modul MPU-6050 ............................................................. 22Gambar 3.5 Skematik ATMega328 ...................................................................... 23Gambar 3.6 Lebar Pulsa (Duty Cycle) Servo........................................................ 25Gambar 3.7 Bentuk Fisik Servo Towardpro MG996R ......................................... 25Gambar 3.8 Skema Pengawatan Servo ................................................................. 26Gambar 3.9 Skematik Regulator Stepdown (Penurun Tegangan) ........................ 26Gambar 3.10 Bentuk Fisik Regulator Stepdown (Penurun Tegangan)................. 27Gambar 3.11 Flowchart Algoritma sistem Stabilizer Kamera .............................. 27Gambar 3.12 Perancangan mekanik awal ............................................................. 29Gambar 3.13 Tampak Depan Alat Stabilisasi Kamera ......................................... 30Gambar 3.14 Tampak Atas Alat Stabilisasi Kamera ............................................ 31Gambar 4.1 Blok Diagram Pengujian Motor Servo Tanpa Beban........................ 33Gambar 4.2 Hasil Pengujian Osiloskop TANPA BEBAN untuk Nilai Serial = 0. 35Gambar 4.3 Blok Diagram Pengujian Motor Servo Dengan Beban ..................... 37Gambar 4.4 Hasil Pengujian Osiloskop DENGAN BEBAN untuk Nilai Serial =100......................................................................................................................... 40Gambar 4.5 Blok Diagram Pengujian Sensor Gyro MPU6050 (GY521)............. 41Gambar 4.6 Blok Diagram Pengujian Filter Digital Kalman................................ 45

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Pengujian Motor Servo Tanpa Beban........................................... 34Tabel 4.2 Data Pengujian Motor Servo Dengan Beban ........................................ 39Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Sensor MPU6050 ............................................... 42Tabel 4.4 Hasil percobaan Filter Digital Kalman ................................................. 49

xiv

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Hasil Pengujian Motor Servo Tanpa Beban ........................................ 35Grafik 4.2 Hasil Pengujian Motor Servo dengan Beban 520g.............................. 39Grafik 4.3 Perbandingan Sudut Busur dengan Pembacaan Sensor MPU6050 ..... 43Grafik 4.4 Perbandingan Pembacaan MPU6050 dengan Selisih Sudut................ 43Grafik 4.5 Hasil Pengujian Filter Kalman untuk Sudut Roll ................................ 52Grafik 4.6 Hasil Pengujian Filter Kalman untuk Sudut Pitch............................... 52

1

BAB I

1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam dunia otomotif khususnya dunia balap, sering kita jumpai gambar

dari rekaman kamera yang terpasang pada kendaraan pembalap sepertinya tidak

terpengaruh terhadap gerakan belokan atau kemiringan kendaraan. Bila kita

cermati, hasil rekaman gambar dari kendaraan pembalap akan selalu sejajar

dengan bumi. Selain itu bisa kita lihat juga penggunaannya pada proses

perekaman film, di mana kamera dipasangkan dengan mekanik tertentu sehingga

bisa mempermudah kinerja.

Penulis mencermati harga pasar dari alat ini relatif lebih mahal karena

kurangnya pasar lokal yang menjual alat ini untuk keperluan para Hobi, Film,

Fotografi, otomotif dan bidang lainnya untuk mengabadikan momen yang telah

mereka rekam. Atas dasar itu penulis akan membuat alat yang secara fungsi sama

akan tetapi dengan biaya yang relatif lebih murah.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun permasalahan yang dihadapi dalam perancangan serta pembuatan

alat ini adalah :

1. Bagaimana mendesain sebuah sistem penopang kamera dengan kuat tetapi

masih bisa bergerak dengan 1 derajat kebebasan .

2. Bagaimana membuat algoritma program dengan masukan sebuah sensor

gyro untuk menstabilkan kamera agar tetap sejajar dengan bumi.

3. Bagaimana menggunakan filter digital agar keluaran dari sensor gyro bisa

lebih halus.

4. Bagaimana menguji stabilisasi kamera dengan giro agar diketahui uji

kerjanya?

1.3 Tujuan

Tujuan dari proyek tugas akhir ini adalah untuk membuat alat yang dapat

menstabilkan kamera terhadap bumi yang terpasang pada kendaraan bergerak :

2

1. Membuat sistem penopang kamera dengan kuat tetapi masih bisa bergerak

dengan 1 derajat kebebasan.

2. Membuat algoritma program dengan masukan sebuah sensor gyro untuk

menstabilkan kamera agar tetap sejajar dengan bumi.

3. Menggunakan filter digital agar keluaran dari sensor gyro bisa lebih halus.

1.4 Batasan Masalah

Tugas akhir ini memiliki beberapa batasan masalah yang muncul setelah

dilakukannya beberapa uji coba yang terkait dalam pembuatan tugas akhir

tersebut, yaitu :

1. Sistem ini menggunakan kontroller berbasis ATMega 328.

2. Menggunakan kamera prosumer/poket sebagai beban motor servo dengan

berat maksimal 500 gram.

3. Sudut maksimum untuk gerakan motor servo adalah 180 derajat.

4. Filter digital yang digunakan adalah Kalman Filter.

1.5 Metodologi

Metodologi yang digunakan dalam penyusunan proposal ini adalah :

a) Pengumpulan data

Dalam mencari studi literatur, penulis menggunakan

beberapa sumber informasi dari buku maupun media elektronik

seperti internet. Dari data yang telah di himpun, penulis dapat

menentukan langkah – langkah selanjutnya dalam penentuan dan

perancangan.

b) Disain Sistem Peralatan

Dalam tahap ini, penulis merancang sistem kerja alat

pengimbang kamera dengan menggunakan sensor gyro.

3

c) Pembuatan Peralatan meliputi beberapa hal, yaitu :

1. Merancang Mekanik

Dalam merancang sebuah mekanik pada tugas akhir ini, digunakan

bahan dasar besi / alumunium sebagai rangka dasar dari dudukan

kamera yang terhubung langsung dengan motor servo.

2. Membuat Skema Hardware

Dalam pembuatan skema sambungan jalur memperhatikan diagram

sistem kerja kontrol yang digunakan pada pengimbang kamera.

3. Perancangan Algoritma dan Program

Algoritma dibuat sedemikian rupa sehingga dapat bekerja dengan

mudah, cepat dan efisien.

d) Pengujian Peralatan

Pada bagian ini peralatan akan disimulasikan pada keadaan

sebenarnya di tempat yang seharusnya, agar bisa terlihat

bagaimana kinerja sesungguhnya dari rancangan ini.

e) Analisa dan Hasil Pengujian

Dalam melakukan pengujian nantinya ada beberapa parameter

yang mana parameter – parameter tersebut dikumpulkan menjadi

satu di mana data akan di analisa sehingga dapat dijadikan bahan

evaluasi selanjutnya.

f) Pembuatan Laporan

Dalam pembuatan laporan ini akan terdapat latar belakang,

dasar teori, pengujian alat, data hasil percobaan serta kesimpulan

dari hasil keseluruhan tugas akhir.

4

1.6 Sistematika Pembahasan

Sistematika penulisan tugas akhir ini terdiri dari 5 (lima) bab, di mana

masing-masing bab mempunyai kaitan satu sama lain, yaitu:

BAB I : Pendahuluan,memberikan latar belakang tentang permasalahan,

perumusan masalah, tujuan, batasan masalah, metodologi

penulisan dan uraian singkat dari setiap bab yang dibahas dalam

tugas akhir ini.

BAB II : Dasar Teori, yaitu berisi tentang teori penunjang yang digunakan

untuk perencanaan dan pembuatan robot.

BAB III : Perencanaan dan Pembuatan alat, berisi tentang perencanaan dan

pembuatan sistem secara keseluruhan.

BAB IV : Pengujian Alat, berisi tentang hasil pengujian dari sistem yang

sudah dibuat, kemudian dibandingkan dengan perencanaan awal

serta teori – teori penunjang yang menjadi landasan dari tugas

akhir ini.

BAB V : Penutup, berisi kesimpulan dan saran serta rencana pengembangan

tugas akhir, jika dimungkinkan untuk masa yang akan datang.

5

BAB II

2 LANDASAN TEORI

2.1 PENGERTIAN HANDHELD STABILISASI KAMERA

Kamera, merupakan sebuah peralatan yang digunakan untuk merekam momen tertentu.

Tidak terbatas pada dunia fotografi saja, tetapi saat ini sudah merambah ke dalam dunia

Otomotif, Militer, Aeromodeling dan masih banyak lagi. Untuk mendukung kamera dapat

digunakan pada kondisi dan lingkungan yang berbeda tersebut, diperlukan sebuah komponen

tambahan untuk menopang kamera dapat digunakan dan berfungsi seperti biasanya.

Untuk menggunakan kamera ini pada kendaraan bergerak tentunya dibutuhkan sebuah

peralatan khusus, di mana peralatan ini dapat menunjang dari fungsi utama dari kamera

tersebut. Oleh karena itu dalam alat ini dipasangi sebuah sensor gyroscope yang mana

berfungsi untuk mengetahui posisi x dan y dari kamera tersebut, di mana keluaran dari

gyroscope nantinya diproses oleh mikrokontroler untuk menggerakkan Servo pada posisi

yang di inginkan.

2.2 PIRANTI MASUKAN

2.2.1 Sensor Gyroscope MPU6050

Modul MPU-6050 adalah sebuah modul berinti MPU-6050 yang merupakan 6

axis Motion Processing Unit dengan penambahan regulator tegangan dan beberapa

komponen pelengkap lainnya yang membuat modul ini siap dipakai dengan tegangan

supply sebesar 3-5 VDC. Modul ini memiliki interface I2C yang dapat disambungkan

langsung ke MCU yang memiliki fasilitas I2C.

Sensor MPU-6050 berisi sebuah Microelectromechanical systems (MEMS)

Accelerometer dan sebuah MEMS Gyro yang saling terintegrasi. Sensor ini sangat

akurat dengan fasilitas hardware internal 16 bit ADC untuk setiap kanalnya. Sensor

ini akan menangkap nilai kanal axis X, Y dan Z bersamaan dalam satu waktu.

6

Berikut adalah spesifikasi dari Modul ini :

Berbasis Chip MPU-6050

Supply tegangan berkisar 3-5V

Gyroscope Range + 250 500 1000 2000 ° / s

Acceleration Range: ± 2 ± 4 ± 8 ± 16 g

Communication standar I2C

Chip built-in 16 bit AD converter, 16 bits data output

Jarak antar pin header 2.54 mm

Dimensi modul 20.3mm x 15.6mm

Gambar 2.1 Bentuk Fisik Sensor Gyroscope MPU-6050

(Sumber: SparkFun)

2.3 PIRANTI KELUARAN

2.3.1 Motor Servo

Motor Servo adalah sebuah motor dengan sistem umpan balik tertutup di mana

posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di

dalam motor Servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear,

potensiometer serta rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan

batas sudut dari putaran Servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor Servo diatur

berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor.

7

Gambar 2.2 Servo Towardpro MG996R

(Sumber: Datasheet Servo Towardpro MG996R)

Karena motor DC Servo merupakan alat untuk mengubah energi listrik

menjadi energi mekanik, maka magnet permanen pada motor DC Servo akan

mengubah energi listrik ke dalam energi mekanik melalui interaksi dari dua medan

magnet. Salah satu medan dihasilkan oleh magnet permanen dan lainnya dihasilkan

oleh arus yang mengalir dalam kumparan motor. Resultan dari dua medan magnet

tersebut menghasilkan torsi yang membangkitkan putaran motor tersebut. Saat motor

berputar, arus pada kumparan motor menghasilkan torsi yang nilainya konstan.

Secara umum terdapat 2 jenis motor Servo. Yaitu motor Servo standar dan

Continous. Servo motor tipe standar hanya mampu berputar 180 derajat, sedangkan

Servo motor continuous dapat berputar lebih besar yaitu 360 derajat. Pada badan

Servo tertulis tipe Servo yang bersangkutan, sehingga tidak membingungkan para

user saat akan menggunakan.

2.4 PEMROSESAN

2.4.1 ATMega328

AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis

arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi

dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose,

timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial

UART, programmable Watchdog Timer, mode Power saving, mempunyai PWM

internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang

mengizinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan

hubungan serial SPI (Serial Periferal Interface). Atmega32 adalah mikrokontroler

CMOS 8-bit daya rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan.

8

Gambar 2.3 Kaki pin pada ATMega328P

(Sumber: Datasheet IC ATMega328)

Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, Atmega32 mempunyai

throughput mendekati 1 MIPS per Mhz membuat desainer sistem untuk mengoptimasi

konsumsi daya versus kecepatan proses. Beberapa keistimewaan dari AVR Atmega32

antara lain :

1. Advanced RISC Architecture

a. 131 Powerful Instructions, Most Single Clock CycleExecution

b. 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation

c. Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz

d. On-chip 2-cycle Multiplier

2. Nonvolatile Program and Data Memories

a. 32K Bytes of In-System Self-Programmable Flash

b. Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits

c. 1024K Bytes In- System EEPROM

d. 2K Bytes Internal SRAM

e. Up to 64K Bytes Optional External Memory Space

f. Programming Lock for Software Security

3. Peripheral Features

a. Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes

b. One 16-bit Timer/Counters with Separate Prescalers, Compare Modes,

and Capture Modes

c. Real Time Counter with Separate Oscillator

d. Four PWM Channels

e. Dual Programmable Serial USARTs

9

f. Master/Slave SPI Serial Interface

g. Programmable Watchdog Timer with Separate On-chip Oscillator

h. On-chip Analog Comparator

4. Special Microcontroller Features

a. Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection

b. Internal Calibrated RC Oscillator

c. External and Internal Interrupt Sources

d. Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-

down, Standby and Extended Standby

5. I/O and Package

a. 32 Programmable I/O Lines

b. 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF

6. Operating Voltages

a. 2.7 - 5.5V for Atmega32L

b. 4.5 - 5.5V for Atmega32

Pin-pin pada ATmega32 dengan kemasan 44-pin TQFP / MLF (dual in-line

package) ditunjukkan oleh Gambar 2.3. Guna memaksimalkan performa dan paralel,

AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk

program dan data).

2.4.1.1 Serial UART

Universal Asynchronus Receiver/Transmitter (UART) kontroller adalah

kunci dari komunikasi serial pada sebuah komputer. UART mengambil byte data dan

mentransmisikan bit individu secara berurutan. Pada tempat yang dituju, UART kedua

akan merakit kembali bit yang telah diterima secara lengkap.

Transmisi serial umumnya digunakan dengan modem serta komunikasi non-

jaringan antara komputer, terminal dan perangkat lainnya. Terdapat dua bentuk utama

dari transmisi serial, yaitu synchronus dan asynchronus yang digunakan pada

umumnya, semuanya tergantung dari mode yang didukung oleh perangkat keras yang

akan digunakan.

10

2.4.1.1.1 Synchronus Serial Transmisi

Transmisi Synchronus Serial mengharuskan pengirim dan penerima

berbagi Clock satu sama lain, atau pengirim memberikan sinyal waktu lain

sehingga penerima tahu kapan untuk membaca bit berikutnya dari data. Dalam

kebanyakan bentuk komunikasi Synchronus Serial, jika tidak ada data yang

tersedia pada suat saat tertentu untuk mengirimkan, karakter yang bernilai

harus segera di kirimkan sehingga data akan selalu ada. Komunikasi

Sychronus biasanya lebih efisien karena hanya bit data yang ditransmisikan

antara pengirim dan penerima dan komunikasi ini memerlukan lebih banyak

dana apabila kabel dan sirkuit tambahan diperlukan untuk berbagi sinyal clock

antara pengirim dan penerima.

Sebuah bentuk transmisi Synchronus digunakan dengan printer dan

perangkat disk fisik, data dikirim pada satu set kabel sementara clock dikirim

pada kabel yang berbeda. Printer serta perangkat disk fisik pada umumnya

bukanlah perangkat serial, karena sebagian perangkat antarmuka standar tetap

mengirim seluruh data untuk tiap clock atau sinyal waktu dengan

menggunakan kawat terpisah untuk setiap bit kata yang dalam industri PC,

umumnya dikenal dengan perangkat Paralel.

2.4.1.2 I2C

Sebuah standar komunikasi serial dua arah menggunakan dua saluran yang di

desain khusus untuk mengirim maupun menerima data. Sistem Inter-Integrated

Circuit (i2c) terdiri dari dua saluran, yaitu SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data)

yang membawa informasi data antara i2c dengan pengontrolnya. Piranti yang

dihubungkan dengan sistem i2c bus dapat dioperasikan sebagai Master dan Slave,

master adalah peranti yang memulai transfer data pada i2c bus dengan membentuk

sinyal start, mengakhiri transfer data dengan membentuk sinyal stop dan

membangkitkan sinyal clock.

Sinyal start merupakan sinyal untuk memulai semua perintah, didefinisikan

sebagai perubahan tegangan SDA dari “1” menjadi “0” pada saat SCL “1”. Sinyal

stop merupakan sinyal untuk mengakhiri semua perintah, didefinisikan sebagai

perubahan tegangan SDA dari “0” menjadi “1” pada saat SCL “1”. Kondisi sinyal

Start dan sinyal Stop seperti tampak pada Gambar 2.4.

11

Gambar 2.4 Kondisi Sinyal Start dan Stop


Sinyal dasar yang lain dalam i2c Bus adalah sinyal acknowledge yang disimbolkan

dengan ACK setelah transfer data oleh Master berhasil diterima Slave, slave akan

menjawabnya dengan mengirim sinyal acknowledge, yaitu dengan membuat SDA

menjadi “0” selama siklus clock ke 9. Ini menunjukkan bahwa Slave telah menerima

8 bit dari Master. Kondisi sinyal acknowledge seperti tampak pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Sinyal ACK dan NACK


Dalam melakukan transfer data pada i2c Bus, harus mengikuti tata cara yang

ditetapkan yaitu :

a. Transfer data hanya dapat dilakukan ketika Bus tidak dalam keadaan sibuk.

b. Selama proses transfer data, keadaan data pada SDA harus stabil selama SCL

dalam keadaan tinggi. Keadaan perubahan “1” atau “0” pada SDA hanya dapat

dilakukan selama SCL dalam keadaan rendah. Jika terjadi perubahan keadaan

SDA pada saat SCL dalam keadaan tinggi, maka perubahan itu dianggap sebagai

sinyal Start atau Sinyal Stop.

12

Gambar 2.6 Transfer Bit pada i2c Bus


2.4.1.3 PWM

Pulse-Width Modulation (PWM) merupakan sebuah teknik yang digunakan

mengodekan pesan menjadi sinyal berdenyut. Meskipun teknik modulasi ini dapat

digunakan untuk mengodekan informasi untuk transmisi, penggunaan utama adalah

untuk memungkinkan kontrol daya yang diberikan ke perangkat listrik, terutama

untuk beban inersia seperti motor.

Teknik ini merupakan salah satu teknik cerdas yang digunakan dalam sistem

kendali saat ini. Pengaturan lebar modulasi dipergunakan di berbagai bidang yang

sangat luas, salah satu di antaranya adalah Kendali Kecepatan, Kendali Sistem

Tenaga, Pengukuran atau Instrumentasi dan Telekomunikasi.

2.4.1.3.1 Prinsip Dasar PWM

Modulasi lebar Pulsa (PWM) di dapatkan dengan bantuan sebuah

gelombang kotak yang mana siklus kerja (Duty Cycle) gelombang dapat

diubah-ubah untuk mendapatkan sebuah tegangan keluaran yang bervariasi

yang merupakan nilai rata-rata dari gelombang tersebut.

Gambar 2.7 Sinyal PWM

13

Keterangan :

= waktu tegangan keluaran berada pada posisi tinggi (High / 1)

= waktu tegangan keluaran berada pada posisi rendah (Low / 1)

= waktu satu siklus atau penjumlahan antara dengan ,biasa dikenal dengan dengan istilah “Periode Satu Gelombang”.= +Siklus kerja (Duty Cycle) sebuah gelombang didefinisikan sebagai :

= ( ) = Tegangan keluaran dapat bervariasi dengan duty cycle dan dapat dirumuskan

sebagai berikut : = Sehingga :

= Dari rumus di atas dapat ditarik sebuah kesimpulan bahwa tegangan keluaran

dapat diubah – ubah secara langsung dengan mengubah nilai .

2.4.1.4 Mendapatkan Sinyal PWM

Untuk mendapatkan sinyal PWM dari input berupa sinyal analog, dapat

dilakukan dengan membentuk gelombang gigi gergaji atau sinyal segitiga yang

diteruskan ke komparator bersama sinyal aslinya. Namun pada saat ini hampir semua

mikrokontroler tersedia fasilitas pembangkit PWM.

14

Gambar 2.8 Ilustrasi Cara Membangkitkan PWM


Jika digambarkan dalam bentuk sinyal, maka terlihat seperti di bawah ini :

Gambar 2.9 Bentuk Sinyal Dari PWM


Di mana sinyal input analog (Berwarna Hijau) di modulasi dengan sinyal gigi gergaji

(berwarna biru), sehingga didapatkan sinyal PWM seperti gambar berwarna merah.

Sehingga, bila kita ingin mengatur atau mengontrol sebuah motor, dimmer LED dan

lainnya, jawaban yang paling tepat adalah dengan menggunakan PWM.

2.4.2 Kalman Filter

Merupakan sebuah recursive filter efisien yang mengestimasi State pada linear

Dynamics sistem dari rentetan pengukuran noise. Disebut recursive sebab untuk menghitung

State estimasi saat ini, hanya membutuhkan data State estimasi satu waktu yang sebelumnya

dan data pengukuran saat ini. Teknik filter ini dinamakan berdasarkan penemunya, Rudolf E.

15

Kalman. Kalman filter sangat berguna terutama dalam navigasi dan lingkungan dengan

Gaussian Noise.

Pada teori kendali, Kalman filter merupakan sebuah algoritma atau kumpulan

persamaan matematika yang menghasilkan sebuah perhitungan yang efisien untuk

mengestimasi State dari proses, dengan tujuan meminimalkan noise atau variansi referensi

lain. Filter ini sangat bagus dalam beberapa aspek mendukung estimasi State sebelumnya,

saat ini dan berikutnya. Bahkan hal ini tetap dapat dilakukan meskipun model sistem yang

sebenarnya tidak diketahui.

Pada sistem navigasi, tipe Kalman filter yang digunakan yaitu tipe diskrit. Kalman

filter akan mengestimasi proses dengan menggunakan bentuk pengendali feedback di mana

filter mengestimasi State proses pada beberapa waktu dan kemudian mendapatkan umpan

balik (feedback) dalam bentuk pengukuran (noise). Oleh karena itu, persamaan Kalman filter

dibagi menjadi dua kelompok, persamaan Time update dan persamaan measurement update.

Time update dapat disebut juga sebagai proses predict, yaitu menggunakan estimasi

State dari satu waktu sebelumnya untuk mendapatkan sebuah estimasi State pada saat ini.

Sedangkan measurement update disebut juga sebagai proses correct, yaitu informasi

pengukuran pada saat ini digunakan untuk memperbaiki prediksi, dengan harapan akan

didapatkan State estimasi yang lebih akurat. Sehingga dalam aplikasinya, algoritma Kalman

filter akan menggunakan proses berulang dari predict dan correct.

Gambar 2.10 Perputaran Algoritma Kalman Filter

(Sumber: Kalman Filter for Beginner)

16

Berikut ini adalah persamaan predict dan correct dalam Kalman Filter :

Time Update (Predict)

Predicted State = +Predicted error covariance = +Measurement Update (Correct)

Innovation = −Innovation merupakan perbedaan antara matrix observation (Zk) dengan nilai predicted

sensor . Matrix observation (Zk) diukur dengan sebuah sensor. Kemudian tugas pertama

dalam measurement update adalah menghitung kalman gain dengan rumus (2.8). Perlu

diketahui bahwa persamaan ini hanya berlaku untuk satu observer, jika lebih dari satu

observer maka persamaan lain harus digunakan.

Optimal Kalman Gain = ( + )Kemudian akan didapatkan estimasi optimal dari state yang baru dengan menggunakan

innovation.

Updated State Estimate = + ( )Updated error covariance = ( − )Pada persamaan di atas terdapat variabel Q yang merupakan proses noise covariance

dan R yang merupakan measurement noise covariance. Dalam implementasi sebenarnya dari

filter ini, R dan Q biasanya diukur terlebih dahulu untuk operasi filter. Penentuan parameter

ini sangat tergantung dari model sistem yang digunakan. Perlu digarisbawahi bahwa R dan Q

sebaiknya adalah nilai yang konstan, sebab pada kondisi demikian estimation error

covariance Pk dan kalman gain akan stabil lebih cepat dan akan tetap konsisten.

Selain itu ketika memulai proses kalman filter diperlukan initial condition dari Pk-1

dan xk-1 atau bisa disebut juga P0 dan x0. Penentuan initial condition ini juga berdasarkan

sistem yang digunakan. x0 biasanya didapatkan dengan memperkirakan state sistem pada

keadaan awal, sedangkan P0 sebaiknya bernilai tidak sama dengan nol, sebab apabila = 0akan menyebabkan filter menginisialisasi dan selalu percaya bahwa = . Selain itu

17

penentuan tidak begitu penting sebab filter akan menyesuaikan dengan sendirinya. Secara

umum, proses kalman filter terdiri dari proses predict dan correct yang dilakukan berulang

terus-menerus.

Gambar 2.11 Proses lengkap Kalman Filter

(Sumber: Buku Kalman Filter, Jilid 3)

2.4.3 Arduino Nano

Produk dari Arduino ini, memiliki ukuran yang kecil namun lengkap. Sangat cocok

dengan ukuran breadboard yang kecil, sehingga dapat digunakan untuk melakukan ujicoba

purwarupa sebuah sistem yang menggunakan Chip atau IC yang sama dengan basisnya.

Untuk versi 3.0 sendiri berbasis ATMega328 sedangkan untuk versi 2.0 adalah ATMega168.

Gambar 2.12 Bentuk Fisik Arduino Nano v3.0

Board ini memiliki fungsi yang hampir sama dengan Arduino Duemilanove, tetapi

dalam bentuk paket yang berbeda. Hanya memiliki satu Power DC input dan menggunakan

18

Mini-B USB untuk memprogramnya sekaligus sebagai catu daya. Spesifikasi teknik yang

dimiliki oleh Nano adalah sebagai berikut :

Weight: 55 g. Dimension: 40.7 x 19.7 x 42.9 mm approx. Stall torque: 9.4 kgf·cm (4.8 V ), 11 kgf·cm (6 V). Operating speed: 0.17 s/60º (4.8 V), 0.14 s/60º (6 V). Operating voltage: 4.8 V and 7.2 V. Running Current 500 mA – 900 mA (6V). Stall Current 2.5 A (6V). Dead band width: 5 µs. Stable and shock proof double ball bearing design. Temperature range: 0 ºC - 55 ºC.

ATMega168 memiliki 16 KB memory flash untuk menyimpan kode, sedangkan 2 KB

digunakan untuk bootloader. Sedangkan ATMega328 lebih besar, 32 KB untuk menyimpan

kode tetapi memiliki ukuran yang sama sebesar 2 KB untuk bootloader. Masing-masing dari

14 pin digital pada Nano bisa digunakan sebagai Input dan Output (I/O), baik menggunakan

fungsi pinMode (), digitalWrite () serta digitalRead (). Beroperasi pada tegangan 5 volt, di

mana setiap pin mampu memberi atau menerima tegangan maksimum 40 mA dan memiliki

resistor pull-up di dalamnya dengan kondisi terputus secara default antara 20 – 50 KΩ. Selain

itu, beberapa pin juga memiliki fungsi khusus :

- Serial : 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mentransfer (TX)

TTL data serial. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari FTDI USB-to-TTL serial

chip.

- External Intterupts : 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interupsi

pada nilai yang rendah, naik atau apapun perubahan nilai.

- PWM : 3, 5, 6, 9, 10 dan 11. Terdapat 8-bit PWM output dengan fungsi

analogWrite().

- SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI,

meskipun disediakan oleh hardware, tapi saat ini tidak termasuk dalam bahasa

Arduino.

- LED: 13, terdapat LED yang terintegrasi dan terhubung pada pin digital 13. Ketika

pin bernilai Tinggi (1) mala LED menyala, sedangkan kebalikannya maka LED mati.

19

Arduino Nano memiliki 8 input analog yang masing-masing menyediakan 10 bit resolusi.

Secara default mereka mengukur dari ground sebesar 5 volt. Analog pin 6 dan 7 tidak dapat

digunakan sebagai pin digital. Terdapat beberapa pin khusus di dalamnya, yaitu :

- I2C : A4 (SDA) dan A5 (SCL). Dukungan I2C (TWI) komunikasi menggunakan

library wire.

- AREF : Tegangan referensi untuk input analog. Digunakan dengan fungsi

analogReference ().

- Reset : mengatur Board pada posisi LOW untuk mengulang mikrokontroler. Terdapat

tombol khusus pada Board.

20

BAB III

3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM

Pada bab ini akan dijelaskan langkah-langkah pembuatan sistem beserta

pembahasannya. Pembuatan sistem ini meliputi pembuatan hardware dan

software, dilanjutkan dengan pengujiannya. Berikut ini akan dijelaskan secara

lebih detail dengan diagram blok meliputi minimum sistem dan periperal yang

dipakai.

Gambar 3.1 Diagram Blok Minimum Sistem

(Sumber: Perancangan)

Pada Gambar 3.1 merupakan blok diagram yang digunakan dalam

perancangan serta pembuatan tugas akhir ini. Komunikasi antara sensor gyro dan

mikrokontroller menggunakan metode serial I2C interface. Mikrokontroller

berfungi dalam pengambilan data dari sensor dan mengolahnya sehingga

didapatkan data mengenai posisi kemiringan. Data dari sensor kemudian

direpresentasikan oleh servo yang dikontrol langsung oleh mikrokontroller.

21

3.1 Perancangan Perangkat Keras

Rangkaian perangkat keras yang digunakan dalam membangun sistem ini

dapat dilihat dari Gambar 3.1. Rangkaian perangkat keras disusun dengan

menggunakan perangkat sebagai berikut:

1. Modul MPU-6050 sebagai sensor gyro dan accelerometer

2. Mikrokontroller Atmega328 dan minimum sistemnya.

3. Modul MG996R sebagai motor servo

4. Modul power supply

3.1.1 MPU-6050

Merupakan sensor IMU yang terdiri dari 3-axis accelerometer(untuk mengukur percepatan linear sumbu x, y dan z) dan 3-axisgyroscope (untuk mengukur kecepatan putar terhadap sumbu x, y dan z).Di mana sensor ini memiliki orientasi yang bisa dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.2 Bentuk Fisik IMU mpu6050

(Sumber: Datasheet MPU-6050)

Gambar 3.3 Orientasi Modul MPU-6050


22

Gambar 3.4 Skematik Modul MPU-6050


Dari skematik pada modul MPU-6050 yang terdapat pada Gambar

3.4, diketahui bahwa modul ini menggunakan catu daya sebesar +5VDC

dari luar rangkaian, kemudian dikonversi menjadi tegangan +3.3VDC oleh

IC LD1117LS33 sebagai catu daya IC MPU6050. untuk berkomunikasi

dengan modul ini harus menggunakan I2C serial protokol atau dengan

menyambungkan pin SDA (Serial Data) dan SCL (Serial Clock) pada pin

mikrokontroller. Modul ini akan bertindak sebagai devais slave dalam I2C

interface atau dengan kata lain yang menerima perintah dari devais master.

Sensor IMU ini mempunyai alamat 0x68 yang digunakan oleh

master/kontroller guna mengakses sensor IMU. Pada kondisi default

modul ini selalu dalam kondisi sleep, guna “membangunkan” modul IMU,

maka master/kontroller harus mengirimkan data ke modul IMU dengan

nilai ‘0’ ke register 0x6B. Contoh listing program startup untuk

menginisialisasi Modul IMU agar siap digunakan:

Kode Sumber 3.1 Contoh listing program startup Modul Sensor IMU

Setelah modul ini dalam kondisi terbangun atau “wake up” maka

master bisa mengakses data kemiringan serta data percepatan dalam 3

Wire.begin();Wire.beginTransmission(0x68);Wire.write(0x6B); // Register power ManagementWire.write(0); // “Membangunkan” Modul IMU MPU6050Wire.endTransmission(true);

23

dimensi (sumbu X,Y dan Z) dengan alamat yang berbeda di setiap

sumbunya. Contoh listing program master meminta data kepada modul

IMU:

Kode Sumber 3.2 Contoh Listing program Master meminta data ke Modul IMU

Pada modul IMU ini sudah terdapat resistor Pull-up 4k7 pada pin

SDA dan SCL, maka pada rangkaian yang terhubung dengan modul ini

nantinya cukup langsung menghubungkannya sesuai standar serial I2C

yaitu pin SDA, SCL dan Ground.

3.1.2 Mikrokontroller ATmega328

Gambar 3.5 Skematik ATMega328

(Sumber: Datasheet ATMega328P)

Spesifikasi dan kemampuan dari ATmega328 telah dibahas pada

sub bab sebelumnya. Pemilihan Atmega328 ini karena harga yang relatif

Wire.beginTransmission(0x68);Wire.write(0x3B); // Register 0x3B(ACCEL_XOUT_H)Wire.endTransmission(false);Wire.requestFrom(MPU,14,true); // request a total of 14 registersAcX=Wire.read()<<8|Wire.read 0x3B (ACCEL_XOUT_H) & 0x3C (ACCEL_XOUT_L)AcY=Wire.read()<<8|Wire.read 0x3D (ACCEL_YOUT_H) & 0x3E (ACCEL_YOUT_L)AcZ=Wire.read()<<8|Wire.read 0x3F (ACCEL_ZOUT_H) & 0x40 (ACCEL_ZOUT_L)Tmp=Wire.read()<<8|Wire.read 0x41 (TEMP_OUT_H) & 0x42 (TEMP_OUT_L)GyX=Wire.read()<<8|Wire.read 0x43 (GYRO_XOUT_H) & 0x44 (GYRO_XOUT_L)GyY=Wire.read()<<8|Wire.read 0x45 (GYRO_YOUT_H) & 0x46 (GYRO_YOUT_L)GyZ=Wire.read()<<8|Wire.read 0x47 (GYRO_ZOUT_H) & 0x48 (GYRO_ZOUT_L)

24

murah, mudah didapatkan di pasaran juga sudah memiliki pin khusus

untuk digunakan sebagai komunikasi serial, menggunakan I2C interface

agar dapat berkomunikasi dengan sensor Gyroscope.

Minimum sistem ini menggunakan catu daya +5VDC untuk

kebutuhan dari mikrokontroller ATmega328 dan IC Max232. Rangkaian

minimum sistem ini menggunakan kristal osilator sebesar 16 MHz. Juga

dilengkapi rangkaian untuk berkomunikasi dengan komputer

menggunakan serial RS-232 guna keperluan pemantauan data dari modul

MPU6050 maupun keperluan debuging. Komunikasi serial dari

mikrokontroller melalui pin RX-TX yang dimiliki oleh ATmega328 masih

menggunakan level TTL.

Karena komunikasi dengan komputer menggunakan serial RS232,

sehingga TTL dari kontroller harus di rubah pada Level RS232

menggunakan ICMAX232. Setelah masuk pada rangkaian serial TTL to

serial RS-232, maka kontroller siap berkomunikasi dengan komputer. Pada

ATMega328 juga terdapat pinout timer atau pin OCR yang dapat

mengeluarkan pulsa dengan panjang dan lebar pulsa sesuai dengan yang di

inginkan (untuk mengontrol servo) menggunakan perangkat lunak.

3.1.3 Modul Servo MG996R

Merupakan motor DC dengan kontrol loop tertutup yang telah

terintegrasi. Motor servo dapat bergerak searah jarum jam atau Clockwise

(CW) dan berlawanan arah jarum jam atau Counter Clockwise (CCW)

hanya dengan mengontrol lebar pulsa (duty cycle) dalam periode pulsa

yang tetap sebesar 20ms (50Hz). Motor servo ini dapat diberi catu daya

minimal +4.8VDC sampai +7.2VDC tergantung dari kebutuhan torsi dan

kecepatan putar yang diinginkan. Catu daya yang digunakan dalam

perancangan alat ini menggunakan +5VDC, jadi masih masuk dalam

kisaran tegangan servo yang termuat pada datasheet servo. Prinsip dari

lebar pulsa untuk mengontrol pergerakan servo dapat dilihat pada Gambar

3.6.

25

Gambar 3.6 Lebar Pulsa (Duty Cycle) Servo


Pada Gambar 3.6 telah terlihat arah gerak motor servo ketika diberi

sinyal dengan lebar pulsa 1ms dengan periode 20ms, motor servo bergerak

ke arah CCW dengan sudut maksimal yaitu 0 derajat. Namun ketika diberi

sinyal dengan lebar pulsa 1,5ms dengan periode 20ms, motor servo akan

bergerak ke arah tengah. Begitu juga ketika diberi sinyal PWM dengan

lebar pulsa 2ms dengan periode tetap 20ms, maka servo akan bergerak ke

arah CW dengan sudut maksimal 180 derajat.

Rangkaian elektronik untuk mengontrol pergerakan servo dapat

dihubungkan langsung ke pin PWM kontroller. Servo dan kontroller juga

dapat diberi rangkaian buffer sekaligus pengaman yaitu dengan

menggunakan optoisolator dengan rangkaian seperti Gambar 3.8. Agar

bila terjadi kerusakan atau hubungan pendek di area motor servo, maka

sisi kontroller akan lebih aman karena rangkaian kontrol telah dipisah oleh

optoisolator TLP521.

Gambar 3.7 Bentuk Fisik Servo Towardpro MG996R


26

Gambar 3.8 Skema Pengawatan Servo


3.1.4 Modul Power Supply

Dalam perancangan ini sumber utama adalah dari battery +12VDC

yang di stepdown menjadi +5VDC dengan menggunakan IC regulator

LM2596. IC ini dapat meneruskan arus dari sumber maksimal 3 Ampere

dengan frekuensi switching 150kHz. Skematik yang digunakan dalam

perancangan ini mengacu pada datasheet LM2596 seperti yang

ditunjukkan pada gambar 3.8.

Gambar 3.9 Skematik Regulator Stepdown (Penurun Tegangan)

(Sumber: Datasheet IC LM2596)

27

Gambar 3.10 Bentuk Fisik Regulator Stepdown (Penurun Tegangan)

(Sumber: Website SFE-electronics)

3.2 Perancangan Perangkat Lunak

Gambar 3.11 Flowchart Algoritma sistem Stabilizer Kamera


28

Pada Gambar 3.11 telah terlihat bahwa algoritma program perangkat lunak

pada perancangan ini selalu mengirim sinyal alamat kepada device slave, jika

device slave tidak memberi umpan balik ke master maka master tidak dapat

melanjutkan proses selanjutnya karena tidak ada input. Jika slave memberi

balasan ke master, maka master selanjutnya akan meminta data kemiringan pada

sumbu X dan sumbu Y. Kemudian data kemiringan yang didapat master akan

difilter oleh Filter Digital Kalman, agar data yang mengandung noise yang

dihasilkan dapat diredam. Data yang telah selesai difilter kemudian akan di rubah

ke bentuk sinyal PWM untuk diumpankan ke motor Servo. Dengan begitu maka

gambar yang ditangkap kamera akan menjadi lebih halus, bila dibandingkan tidak

menggunakan kalman filter.

29

3.3 Perancangan Mekanik

3.3.1.1 Purwarupa Alat

Dalam perancangan mekanik diperlukan pengukuran yang tepat,

terutama dalam menggabungkan beberapa komponen tambahan yang

diperlukan untuk membangun alat sesuai dengan sistem yang di inginkan.

Dalam melakukan perancangan ini, penulis dibantu dengan Software

tambahan untuk pemodelan gambar 3D, yaitu Autodesk Inventor

Professional 2014. Sehingga dalam perancangan dapat diketahui bentuk

fisik secara virtual dan di aplikasikan kepada bentuk mekanik yang

sesungguhnya.

Gambar 3.12 Perancangan mekanik awal

(Sumber : Perancangan)

30

3.3.1.2 Desain Akhir Alat

Dalam perancangan awal yang sudah terlebih dahulu digambarkan

dalam bentuk 3 Dimensi, ternyata mengalami kendala. Terutama dalam

penyediaan bahan serta penunjangnya seperti gear dan lainnya. Sehingga

penulis melakukan modifikasi yang sangat besar, sehingga dapat

menghasilkan rancangan yang sama dari segi fungsi dan fleksibilitas.

Gambar 3.13 Tampak Depan Alat Stabilisasi Kamera


31

Gambar 3.14 Tampak Atas Alat Stabilisasi Kamera

(Sumber : Perancangan)

32

BAB IV

4 PENGUJIAN DAN ANALISA

Pada bab ini akan dibahas tentang pengujian berdasarkan perencanaan dari

sistem yang dibuat. Pengujian ini dilaksanakan untuk mengetahui kehandalan dari

sistem dan untuk mengetahui apakah sudah sesuai dengan perencanaan atau

belum. Pengujian dilakukan secara terpisah terlebih dahulu, kemudian setelah ini

menggunakan sistem yang sudah terintegrasi secara keseluruhan.

Pengujian yang dilakukan meliputi :

1. Pengujian Motor Servo tanpa beban

2. Pengujian Motor Servo dengan beban

3. Pengujian Sensor MPU6050

4. Pengujian Filter Digital Kalman

4.1 Pengujian Motor Servo Tanpa Beban

4.1.1 Tujuan

Pengujian dilakukan untuk mengetahui lebar pulsa yang digunakan

oleh motor servo untuk pergerakan pada setiap sudutnya. Di mana secara

teori, nilai pulsa yang dihasilkan akan berbeda untuk setiap sudutnya.

Sehingga dapat dilihat berapa nilai duty cycle, pulse-width dan periode

yang dihasilkan untuk range sudut yang telah ditetapkan terlebih dahulu.

4.1.2 Peralatan

Untuk melakukan pengujian tersebut diperlukan perlengkapan berupa:

1. Arduino Nano

2. Motor Servo

3. Catu daya

4. Laptop

5. Parallax USB Oscilloscope

6. Busur Derajat

33

4.1.3 Blok Diagram

Gambar 4.1 Blok Diagram Pengujian Motor Servo Tanpa Beban

4.1.4 Persiapan

1. Merangkai alat sesuai dengan Gambar 4.1.

2. Membuat Source Code pada Arduino IDE, dengan memasukan nilai

set poin secara manual, dari 0 sampai dengan 180.

3. Mengupload source code yang telah dibuat ke Arduino Nano.

4. Menyalakan catu daya.

5. Mengukur sudut pergerakan servo menggunakan busur derajat.

6. Mengamati Data (Duty Cycle, Pulse-width dan Periode) yang muncul

pada Aplikasi Parallax USB Oscilloscope.

7. Mencatat hasil pengujian dan di masukan ke dalam Tabel 4.1.

34

4.1.5 Hasil dan Analisis

Pada aplikasi PLX-DAQ data serial asyncronous dengan baudrate 9600

bps akan dikirim ke Arduino Nano. Nilai serial dari 0 – 180 yang dikirimkan

merupakan representasi dari sudut 0-180. Kemudian Source Code

menerjemahkan nilai-nilai tersebut agar mengeluarkan pulsa digital dengan

periode ± 20 ms dan duty cycle bervariatif tergantung nilai masukan serial.

Kemudian pulsa-pulsa ini diterjemahkan oleh servo itu sendiri untuk melakukan

pergerakan.

Tabel 4.1 Data Pengujian Motor Servo Tanpa Beban

DUTYCYCLE (%)

+ PULSEWIDTH

- PULSEWIDTH

PERIODE(ms)

1 0 2 0,50 19,50 20,00 -6 1,002 10 3 0,70 19,40 20,10 4 1,503 20 3 0,70 19,30 20,00 14 0,434 30 4 0,90 19,20 20,10 22 0,365 40 4 1,00 19,10 20,10 34 0,186 50 5 1,10 19,00 20,10 44 0,147 60 5 1,20 18,90 20,10 53 0,138 70 6 1,30 18,70 20,00 69 0,019 80 6 1,40 18,70 20,10 79 0,0110 90 7 1,50 18,60 20,10 92 0,0211 100 7 1,50 18,50 20,00 103 0,0312 110 8 1,70 18,40 20,10 115 0,0413 120 8 1,80 18,30 20,10 126 0,0514 130 9 1,90 18,20 20,10 137 0,0515 140 9 2,00 18,10 20,10 149 0,0616 150 10 2,10 17,90 20,00 158 0,0517 160 10 2,20 17,90 20,10 169 0,0518 170 11 2,30 17,80 20,10 179 0,0519 180 12 2,40 17,60 20,00 196 0,08

NODATA

SERIAL

PULSE-WIDTH MODULATIONSUDUTBUSURAKTUAL

()

ERRORSUDUT

(%)

Dari data hasil pengujian pada Tabel 4.1, dapat kita lihat saat set poin dari0 – 180 nilai duty cycle dan pulse-width (+/-) selalu berubah tetapi untukPeriodenya kurang lebih sama dengan nilai minimal 20,00 ms dan nilai maksimal20,10 ms. Data ini sesuai datasheet pada Servo MG996R, yang menyatakan

35

bahwa Periode PWM yang digunakan adalah 20 ms dengan Frequency 50 Hzserta tegangan kerja minimal 4.7 Volt.

Grafik 4.1 Hasil Pengujian Motor Servo Tanpa Beban

Gambar 4.2 Hasil Pengujian Osiloskop TANPA BEBAN untuk Nilai Serial = 0

23 3

4 45 5

6 67 7

8 89 9

10 1011

12

0

5

10

15

20

250 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

120

130

140

150

160

170

180

Nila

i

Set Poin

DUTY CYCLE (%)

PERIODE (ms)

+ PULSE WIDTH

- PULSE WIDTH

36

Pada Grafik 4.1 kita juga bisa melihat bahwa kecepatan putaran motor servo

dengan referensi nilai Duty Cycle saat diberikan nilai set poin yang berubah-ubah

nilainya semakin naik. Sehingga bisa di simpulkan bahwa setiap derajat

perubahan membutuhkan nilai pulse-width + dan – yang berbeda, tetapi tetap

dalam range periode yang sama, yaitu 20 ms.

Bila diperhatikan untuk nilai set poin sudut (Nilai Serial) yang diberikan

secara manual dengan hasil pengukuran sudut aktual menggunakan busur derajat.

Memiliki selisih yang besar, hal ini dikarenakan faktor human error, baik dari sisi

pembacaan maupun peletakan dari busur derajat itu sendiri.

4.2 Pengujian Motor Servo Dengan Beban

4.2.1 Tujuan

Pengujian kali ini hampir sama dengan pengujian pada poin 4.1

tetapi dalam pengujian kali ini motor servo akan diberikan beban. Guna

melihat, apakah terdapat perbedaan hasil pengujian jika dibandingkan

pengujian sebelumnya pada poin 4.1.

4.2.2 Peralatan


1. Arduino Nano

2. Motor Servo

3. Catu daya

4. Laptop

5. Busur Derajat


7. Kamera Prosumer Fujifilm S4800 dengan berat 520 g

37

4.2.3 Blok Diagram

Gambar 4.3 Blok Diagram Pengujian Motor Servo Dengan Beban

4.2.4 Persiapan

1. Merangkai alat sesuai dengan Gambar 4.3

2. Membuat Source Code pada Arduino IDE, dengan memasukan nilai

set poin secara manual, dari 0 sampai dengan 180.

3. Mengunggah source code yang telah dibuat ke Arduino Nano.


5. Mengukur sudut pergerakan servo menggunakan busur derajat.

6. Menganalisa Data (Duty Cycle, Pulse-width dan Periode) yang muncul

pada Aplikasi Parallax USB Oscilloscope.

7. Mencatat hasil pengujian dan di masukan ke dalam Tabel.


Pada aplikasi PLX-DAQ data serial asyncronous dengan baudrate

yang diatur adalah 9600 bps akan dikirim ke Arduino Nano. Nilai serial

dari 0 – 180 yang dikirimkan merupakan representasi dari sudut 0-180.

Kemudian Source Code menerjemahkan nilai-nilai tersebut agar

mengeluarkan pulsa digital dengan periode ± 20 ms dan duty cycle

bervariatif tergantung nilai masukan serial. Kemudian pulsa-pulsa ini

38

diterjemahkan oleh servo itu sendiri untuk melakukan pergerakan. Tetapi

berbeda dengan pengujian poin 4.1 pada halaman 34, pengujian ini

menggunakan sebuah beban yang dipasangkan pada motor servo.

Tabel 4.2 memperlihatkan bahwa nilai periode yang dihasilkan

juga sama, yaitu ± 20 ms, di mana sebelumnya dikatakan bahwa nilai ini

sesuai dengan penjabaran pada datasheet motor servo. Untuk nilai Duty

Cycle serta Pulse-width sendiri tidak menunjukan adanya perbedaan yang

mencolok bila dibandingkan dengan pengujian pada poin 4.1.

Dengan berat kamera sebesar 520g Motor Servo MG996R masih

dapat beroperasi dengan baik sesuai dengan batasan yang tercantum pada

datasheet servo di mana dengan Tegangan 4.8 V mampu diberikan beban

sampai 9.4 kgf/cm. Walaupun pemasangan beban pada servo diberikan

secara langsung tidak menggunakan bantuan gear mekanik tambahan,

masih dapat beroperasi dengan baik.

Bila dicermati lebih dalam maka kita akan melihat perbandingan

nilai set poin dengan sudut aktual busur memiliki selisih yang besar,

dikarenakan adanya human error, baik karena pembacaannya maupun

pemasangan busur itu sendiri.

39

Tabel 4.2 Data Pengujian Motor Servo Dengan Beban

DUTYCYCLE (%)

+ PULSEWIDTH

- PULSEWIDTH

PERIODE(ms)

1 0 3 0,60 19,40 20,00 20,00 1,002 10 3 0,60 19,40 20,00 10,00 2,003 20 3 0,80 19,30 20,10 10,00 1,004 30 4 0,90 19,10 20,00 20,00 0,505 40 4 0,90 19,10 20,00 30,00 0,336 50 5 1,10 19,00 20,10 40,00 0,257 60 6 1,20 18,80 20,00 50,00 0,208 70 6 1,30 18,70 20,00 60,00 0,179 80 7 1,40 18,60 20,00 70,00 0,1410 90 7 1,50 18,50 20,00 80,00 0,1311 100 7 1,50 18,50 20,00 90,00 0,1112 110 8 1,70 18,30 20,00 100,00 0,1013 120 9 1,80 18,20 20,00 110,00 0,0914 130 9 1,80 18,20 20,00 120,00 0,0815 140 10 2,00 18,00 20,00 130,00 0,0816 150 10 2,10 17,90 20,00 140,00 0,0717 160 10 2,20 17,90 20,10 150,00 0,0718 170 11 2,30 17,70 20,00 160,00 0,0619 180 12 2,40 17,60 20,00 170,00 0,06

ERRORSUDUT

(%)

BERAT KAMERA = 520 g

NODATA

SERIAL

SUDUTBUSURAKTUAL

()

PULSE-WIDTH MODULATION

Grafik 4.2 Hasil Pengujian Motor Servo dengan Beban 520g

3 3 3 4 4 5 6 6 7 7 7 8 9 9 1010101112

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100

120

140

160

180

Nila

i

Set Poin

DUTY CYCLE(%)

+ PULSE WIDTH

- PULSE WIDTH

PERIODE (ms)

40

Gambar 4.4 Hasil Pengujian Osiloskop DENGAN BEBAN untuk Nilai Serial = 100

4.3 Pengujian Sensor Gyro

4.3.1 Tujuan

Pengujian dilakukan untuk mengetahui data yang dikeluarkan oleh

sensor Gyro melalui port serial I2C dengan merubah posisi sensor

berdasarkan axis X (Roll). Dengan acuan Busur Derajat 360 yang

dipasangkan pada motor servo.

4.3.2 Peralatan


1. Arduino Nano

2. Sersor Gyro MPU6050

3. Catu daya

4. Laptop

5. Parallax Data Acquisition (Berbasis Excel)


7. Busur Derajat 360

41

4.3.3 Blok Diagram

Gambar 4.5 Blok Diagram Pengujian Sensor Gyro MPU6050 (GY521)

4.3.4 Persiapan


2. Membuat listing program pada Arduino IDE

3. Mengupload program yang telah dibuat ke Arduino Nano


5. Memutar secara manual, busur derajat sesuai dengan sudut yang

diujikan berdasarkan tabel yang telah dibuat.

6. Mengamati perubahan pembacaan nilai sensor gyroscope pada

MS.Excel.

7. Memasukan nilai pada poin 6 ke dalam Tabel 4.3.


Dalam pengujian sensor MPU6050 ini diharapkan adanya

sinkronisasi dari pergerakan servo dengan pembacaan sensor MPU6050.

Di mana pembacaan sudut diharapkan sama dengan sudut aktual pada

pengukuran menggunakan busur derajat. Namun hasil dari pengujian

ternyata tidak sesuai dengan harapan. Karena pada hasil pengamatan

Pembacaan sensor MPU6050 mempunyai perbedaan atau selisih yang

cukup banyak dengan pembacaan sudut busur aktual.

42

Dengan hasil ini didapatkan bahwa nilai pembacaan sensor

MPU6050 tidak terlalu presisi atau stabil. Sehingga perlu adanya

penggunaan filter digital, agar hal tersebut dapat diminimalkan. Dengan

begitu penggunaan sensor ini akan sesuai dengan harapan yang di

inginkan.

Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Sensor MPU6050

NOAXIS X BUSUR

SUDUT ()DATA MPU6050

(Integer)ERROR SUDUT

(%)1 0 -8 1,002 10 6 0,673 20 17 0,184 30 24 0,255 40 39 0,036 50 49 0,027 60 58 0,038 70 71 0,019 80 79 0,0110 90 93 0,0311 100 106 0,0612 110 114 0,0413 120 124 0,0314 130 135 0,0415 140 147 0,0516 150 156 0,0417 160 165 0,0318 170 178 0,0419 180 186 0,03

43

Grafik 4.3 Perbandingan Sudut Busur dengan Pembacaan Sensor MPU6050

Grafik 4.4 Perbandingan Pembacaan MPU6050 dengan Selisih Sudut

-86

172439

4958

717993

106114124

135147

156165

178186

-50

0

50

100

150

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Pem

baca

an M

PU60

50

SET POIN

DATA MPU6050(Integer)

8,00

4,003,00

6,00

1,001,002,00

-1,001,00

-3,00

-6,00-4,00-4,00

-5,00-7,00

-6,00-5,00

-8,00-6,00

-10,00-8,00-6,00-4,00-2,000,002,004,006,008,00

10,00

-8 17 39 58 79 106 124 147 165 186

Selis

ih S

udut

Pembacaan MPU6050

SELISIH SUDUT

SELISIH SUDUT

44

4.4 Pengujian Kalman Filter

4.4.1 Tujuan

Dimaksudkan untuk membandingkan nilai asli yang dihasilkan

oleh sensor gyro dengan nilai sensor yang diproses oleh kalman filter (Roll

VS Kalman Roll), dengan ini dapat dilihat seberapa besar kesalahan yang

dihasilkan. Selain itu untuk melihat seberapa besar kalman filter dapat

meredam nilai gyro yang tidak stabil dari pergerakan acak yang dilakukan.

Mengingat akan banyak sekali noise atau gangguan yang muncul saat alat

ini nantinya di ujikan terutama dalam keadaan bergerak.

4.4.2 Peralatan

Untuk melakukan pengujian tersebut diperlukan perlengkapan

berupa:

1. Arduino Nano

2. Sensor Gyro MPU6050

3. Catu daya

4. Laptop

5. Parallax Data Acquisition (Berbasis Excel)

6. Busur Derajat

7. Kamera Prosumer Fujifilm S4800 dengan berat 520 g

45

4.4.3 Blok Diagram

Gambar 4.6 Blok Diagram Pengujian Filter Digital Kalman

4.4.4 Persiapan


2. Membuat Source Code dengan menambahkan Filter Digital Kalman di

dalamnya pada Arduino IDE.

3. Mengupload program yang telah dibuat ke Arduino Nano


5. Membuat gerakan dari sudut 0 – 180 derajat sesuai data yang muncul

di excel dan yang terlihat di busur derajat.

6. Menganalisa perubahan nilai berdasarkan data yang dihasilkan sensor,

baik pembacaan asli gyro dan hasil filter dari Kalman sendiri beserta

perhitungan kesalahannya.

7. Mengamati perubahan nilai Pulsa yang ada di Oscilloscope

berdasarkan sudut kemiringan yang berubah pada alat yang kita

gerakan berulang-ulang.

8. Merekam data pengujian yang telah dilakukan. Dengan video maupun

excel.

46


Berdasarkan sampel data yang telah di ambil dengan jumlah

sebanyak 100 data setiap pengujian, maka data yang di dapatkan dapat kita

lihat pada Tabel 4.4. Data ini diambil menggunakan Parallax Data

Acquisition yang berbasis MS.Excel.

Dari hasil pengujian pada tabel 4.4 kita dapati bahwa nilai Kalman

Roll cenderung lebih kecil bila dibandingkan dengan nilai Roll. Yang

mana Kalman Roll merupakan nilai sudut Roll yang telah di Filter

menggunakan Kalman, sedangkan Roll merupakan nilai asli yang

didapatkan oleh Sensor Gyroscope. Di sini kita dapat melihat, bahwa

Kalman Filter melakukan peredaman dengan mengeluarkan nilai rata-rata

menggunakan perhitungan yang telah dijabarkan sebelumnya pada BAB

II, perhitungan itu kemudian di jabarkan dalam bentuk source code yang

digabungkan dalam library. Di mana fungsinya bisa dipanggil kapan saja.

Bila kita lihat pada Grafik Hasil Pengujian Filter Kalman untuk

Sudut Roll pada halaman 49, maka kita dapat melihat lebih jelas

bagaimana gambaran prosesnya, di mana nilai kedua sudut tersebut (Roll

dan Kalman Roll) diproses kembali kemudian dikeluarkan menjadi Servo

X, di mana nilai inilah nantinya yang akan dijadikan patokan untuk

menggerakan Servo X (Roll).

Hampir sama dengan penjelasan pada paragraf sebelumnya, bahwa

Nilai sudut Pitch akan di Filter dengan Kalman, kemudian hasilnya akan

diterjemahkan kemudian menjadi nilai untuk pergerakan sudut Motor

Servo Y (Pitch). Dalam menggunakan

47

Tabel 4.4 Hasil percobaan Filter Digital Kalman

SERVOX

SERVOY ROLL PITCH KALMAN

ROLLKALMANPITCH NMR

1 2 3 4 5 6 7141,00 8 129,08 192,06 129,07 192,64 1141,00 8 129,18 192,48 129,09 192,61 2141,00 8 128,57 192,37 129,05 192,56 3141,00 8 129,33 191,63 129,08 192,48 4141,00 8 129,11 192,15 129,11 192,49 5141,00 8 129,38 191,73 129,12 192,47 6141,00 8 129,03 193,32 129,1 192,56 7141,00 8 129,45 192,35 129,11 192,57 8141,00 8 129,42 193,86 129,14 192,68 9141,00 8 129,58 192,8 129,18 192,69 10141,00 8 129,37 192,86 129,19 192,74 11141,00 8 129,27 193,61 129,18 192,83 12141,00 8 129,13 192,86 129,17 192,87 13141,00 8 129,63 192,68 129,19 192,86 14141,00 8 129,25 193,75 129,19 192,95 15141,00 8 129,12 193,01 129,17 192,94 16141,00 8 129,01 192,62 129,15 192,94 17141,00 7 128,23 193,9 129,04 193,03 18141,00 7 129,64 193,01 129,09 193,05 19141,00 7 128,67 192,43 129,06 193,04 20141,00 7 129,6 193,06 129,11 193,08 21141,00 7 129,68 192,61 129,14 193,03 22141,00 8 128,53 192,22 129,05 192,97 23141,00 7 129,12 193,81 129,04 193,11 24141,00 7 128,7 193,4 129 193,19 25141,00 7 129,7 192,35 129,04 193,16 26142,00 7 128,54 193,33 128,97 193,18 27142,00 7 129,23 193,4 128,97 193,24 28142,00 7 128,72 194,54 128,93 193,33 29142,00 7 128,8 192,42 128,9 193,24 30142,00 7 128,54 193,62 128,87 193,31 31142,00 7 128,79 193,01 128,89 193,29 32142,00 7 128,63 193,22 128,87 193,3 33142,00 7 128,91 193,26 128,88 193,31 34142,00 7 128,61 194,34 128,85 193,38 35142,00 7 128,68 194,14 128,84 193,44 36142,00 7 128,54 193,18 128,82 193,45 37142,00 7 129,12 193,52 128,86 193,52 38142,00 7 129,47 193,14 128,93 193,53 39142,00 7 129,12 192,97 128,93 193,52 40142,00 7 128,53 195,19 128,9 193,69 41142,00 7 129,02 195,78 128,93 193,84 42142,00 7 128,9 192,96 128,95 193,75 43141,00 7 129,67 193,77 129,03 193,76 44

48

1 2 3 4 5 6 7141,00 7 128,93 193,76 129,03 193,75 45141,00 7 129,56 193,11 129,06 193,66 46141,00 7 129,47 192,77 129,09 193,61 47141,00 7 128,88 192,25 129,04 193,53 48142,00 7 128,83 192,98 128,98 193,52 49142,00 7 128,81 192,77 128,94 193,44 50142,00 7 128,92 193,17 128,95 193,43 51142,00 7 128,12 194,19 128,92 193,53 52142,00 7 129,16 193,79 128,98 193,52 53141,00 7 129,14 194,31 129,03 193,53 54141,00 7 129,36 193,72 129,08 193,43 55141,00 7 128,88 193,99 129,08 193,36 56141,00 7 128,83 192,43 129,11 193,19 57141,00 7 129,38 192,04 129,22 193,1 58141,00 7 129,61 193,2 129,32 193,11 59141,00 8 129,81 192,05 129,38 192,96 60141,00 8 129,29 192,44 129,36 192,83 61141,00 8 129,1 191,37 129,3 192,68 62141,00 8 128,99 193,09 129,27 192,78 63141,00 8 129,58 193,55 129,31 192,99 64141,00 7 129,39 194,49 129,33 193,19 65141,00 7 129,69 193,66 129,36 193,25 66141,00 7 129 194,26 129,33 193,35 67141,00 7 129,3 193,73 129,36 193,35 68141,00 7 129,05 193,52 129,38 193,35 69141,00 7 129,3 192,75 129,43 193,29 70141,00 7 130,09 192,67 129,53 193,24 71141,00 7 129,88 194,04 129,58 193,29 72141,00 7 129,31 192,84 129,59 193,2 73141,00 7 129,94 192,89 129,65 193,11 74141,00 8 129,21 191,45 129,67 192,97 75141,00 7 130,15 192,61 129,74 193 76141,00 7 129,42 193,53 129,74 193,08 77141,00 7 130,84 192,54 129,87 193,02 78141,00 8 128,86 192,48 129,17 192,64 79141,00 8 129,18 192,32 129,17 192,65 80141,00 8 128,88 192,66 129,14 192,71 81141,00 8 129,21 192,9 129,14 192,75 82141,00 8 129,34 192,99 129,12 192,7 83141,00 8 128,69 192,36 129,07 192,7 84141,00 8 129,35 192,48 129,1 192,74 85141,00 8 128,96 193,23 129,09 192,83 86141,00 8 129,03 192 129,07 192,76 87141,00 8 128,87 194,04 129,07 192,91 88141,00 8 128,82 193,16 129,08 192,93 89141,00 8 128,98 193 129,08 192,91 90141,00 8 129,03 192,91 129,07 192,89 91141,00 8 128,86 192,92 129,06 192,9 92141,00 8 129,4 192,86 129,09 192,87 93

49

1 2 3 4 5 6 7141,00 8 129,41 191,79 129,12 192,79 94141,00 8 129,81 191 129,19 192,65 95141,00 8 129,18 192,99 129,18 192,69 96141,00 8 128,97 192,67 129,11 192,65 97141,00 8 128,57 192,97 129,04 192,67 98141,00 8 129,11 192,08 129,05 192,64 99141,00 8 128,97 192,9 129,06 192,7 100

Keterangan dari Tabel 4.4:

Servo X : Nilai signal yang dikirimkan ke Servo X (Roll). Servo Y : Nilai signal yang dikirimkan ke Servo Y (Pitch). Roll : Nilai Asli Sudut Roll dari pembacaan Sensor. Pitch : Nilai Asli Sudut Pitch dari pembacaan sensor. Kalman Roll : Nilai Sudut Roll yang telah di proses kalman filter. Kalman Pitch : Nilai Sudut Pitch yang telah di proses kalman

filter.

Grafik 4.5 Hasil Pengujian Filter Kalman untuk Sudut Roll

120

125

130

135

140

145

NM

R 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98

SUD

UT

()

WAKTU

ROLL

KALMAN ROLL

SERVO X

50

Grafik 4.6 Hasil Pengujian Filter Kalman untuk Sudut Pitch

0

50

100

150

200

250

NM

R 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98

SUDU

T (

)

WAKTU

PITCH

KALMAN PITCH

SERVO Y

51

BAB V

5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Setelah melakukan pengujian terhadap sistem kerja dari alat Handheld

Stabilisasi Kamera baik hardware, software, dapat disimpulkan beberapa poin

penting yaitu:

1. komponen dasar dari sistem stabilisasi kamera ini adalah MPU6050.

Merupakan sensor yang memiliki 6 axis, terdiri dari 3 buah accelerometer

dan 3 buah gyroscope.

2. Sudut kemiringan yang akurat bisa didapatkan dengan menggunakan

kalman filter dengan inputan nilai Roll dan kalmanAngleX.

3. Kalman filter mampu meredam perubahan sudut yang terjadi akibat

goncangan yang dihasilkan dari luar sistem.

5.2 SARAN

Adapun saran-saran yang disampaikan guna menindak lanjuti penelitian

yang telah dilakukan:

1. Menggunakan sensor Gyroscope lain, yang memiliki ketelitian serta

kemampuan yang lebih tinggi.

2. Rancangan mekanik yang digunakan sebaiknya terbuat dari bahan yang

ringan namun kuat, serta diameter ukuran rangka tidak terlalu besar.

3. Servo yang digunakan sebaiknya menggunakan type Gimbal Brushless

Motor, sehingga dapat bekerja lebih baik, lebih stabil dan lebih kuat.

4. Pengukuran busur menggunakan busur digital agar lebih presisi dan tepat.

a

DAFTAR PUSTAKA

Hwang Patrick Y dan Brown Robert Grover Introduction random signals and

applied kalman filtering [Buku]. - New York : John Wiley and Son, 1997.

Penfold R A dan Santia A DASAR-DASAR ELEKTRONIKA UNTUK

PEMULA [Buku]. - Bandung : CV. PIONIR JAYA, 2006.

S Wasito Kamus Elektronika [Buku]. - Jakarta : PT Gramedia Pustaka Utama,

2008. - 978-979-655-005-0.

S Wasito Vademekum Elektronika [Buku]. - Jakarta : PT Gramedia Pustaka

Utama, 2006. - 979-403-006-6.

Syahwil Muhammad Panduan mudah simulasi dan praktik: mikrokontroler

arduino [Buku]. - Yogyakarta : Andi Publisher, 2013.

UMM LSO-ROBOTIKA FT Modul Pembelajaran Mikrokontroller [Buku]. -

Malang : LSO-ROBOTIKA FT UMM, 2013.

Widada Wahyu dan Wahyudi Aplikasi Tapis Kalman Pada Pengubahan Data

IMU menjadi Data Navigasi [Jurnal]. - [s.l.] : Seminar Nasional Teknologi

Informasi & Komunikasi Terapan, 2011. - 979-26-0255-0.

b

LAMPIRAN

skripsi handheld gymbal kamera menggunakan sensor gyroscope

Documents