KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Pemandu Tuna Netra Menggunakan Sensor Ultrasonik Berbasis Mikrokontroler”. Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan dalam rangka menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) pada Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana. Dalam penyusunan skripsi ini, penulis mendapatkan petunjuk, bantuan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehubungan dengan hal tersebut pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Wayan Gede Ariastina, S.T., M.Eng.Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Ir. Cok Gede Indra Partha, M.Erg.,MT. selaku Dosen Pembimbing I 4. Bapak Yoga Divayana, Ph.D. selaku Dosen Pembimbing II dan sekaligus sebagai Pembimbing Akademik yang telah memberikan bimbingan, perhatian serta dorongan selama menempuh kuliah di Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana. 5. Bapak Pratolo Rahardjo, ST., MT., Bapak Yoga Divayana,Ph.D dan Bapak I Gusti Agung Pt Raka Agung, ST., MT. sebagai dosen konsentrasi Elektronika Terapan pada khususnya serta dosen – dosen di lingkungan Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana yang telah memberi pengajaran terbaik kepada penulis. 6. Bapak, Ibu, Kakak dan seluruh keluarga besar penulis, yang selalu memberikan dukungan moril, motivasi, dan materil selama menempuh pendidikan di Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas Udayana. 7. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang telah diberikan sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. vi
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala bentuk ide pengembangan, kritik, dan saran yang bersifat membangun dari pihak dosen penguji dan berbagai pihak lainnya sangat penulis harapkan, demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat dalam pengembangan ilmu sains dan teknologi, serta menambah pengetahuan luas semua pihak.
Denpasar, Oktober 2016
Penulis
vii
ABSTRAK Manusia merupakan ciptaan yang sempurna, akan tetapi ada sebagian manusia yang diciptakan dengan kondisi fisik yang terbatas seperti penyandang tuna netra atau manusia yang mengalami musibah sehingga menyebabkan mata tidak berfungsi dengan baik. Penggunaan tongkat penyandang tuna netra dapat digantikan dengan alat pemandu menggunakan sensor ultrasonik berbasis mikrokontroler sehingga penyandang tuna netra lebih leluasa dalam bergerak. Sensor ultrasonik bekerja dengan memanfaatkan gelombang ultrasonik sebagai pemancar dan menghitung jarak dengan perbedaan selisih waktu dari gelombang pancar sampai gelombang pantul diterima. Sensor ultrasonik HCSR04 dimanfaatkan untuk mengukur jarak benda yang berada disekitarnya dengan bantuan mikrokontroler arduino UNO sebagai modul pengolah data. Arduino UNO mengolah data masukan dari sensor ultrasonik dan memberikan keluaran berupa motor getar. Alat pemandu tuna netra menggunakan sabuk sebagai desain utama. Sensor diletakkan pada sisi kiri dan kanan sabuk untuk mendeteksi benda di samping, sedangkan untuk mendeteksi benda di depan penyandang tuna netra sensor diletakkan di depan sabuk. Motor getar diletakkan pada samping sensor untuk memberikan getaran ketika sensor ultrasonik aktif. Alat pemandu tuna netra dapat mendeteksi benda di sekitarnya dengan menerapkan desain pada sabuk. Alat pemandu tuna netra mempunyai spesifikasi dalam mendeteksi jarak di kiri sabuk 30 cm, di depan sabuk 150 cm, di kanan sabuk 30 cm dan di bawah sabuk 120 cm – 125 cm. Kata kunci: sensor ultrasonik, arduino UNO, motor getar dan jarak
viii
ABSTRACT Humans are the perfect creation, but there are less fortunate to be born with eye-disability. The use of stick can be replaced by an ultrasonic sensor using the tool guide microcontroller based so that the blind more flexibility in moving. Ultrasonic sensor works by using ultrasonic waves as a transmitter and calculate the distance to the difference time of the wave beam to a reflected wave is received. HC-SR04 ultrasonic sensor is used to measure the distance of objects with the aid of a microcontroller arduino UNO as a data processor module. Arduino UNO process data input from ultrasonic sensors and provides output using vibrating motors. Tool guide for blind people use the belt as the main design. Sensors placed on either side of the belt to detect objects on the side, while to detect objects in front of the blind sensors placed on the front of the belt. Vibrating motors placed at the side of the sensor to provide vibration when the sensor is active. Tool guide for blind people can detect objects around by implementing the design on the belt. Tool guide for blind have specialized in detecting things 30 cm on the left belt, 150 cm in front of the belt, 30 cm on the right belt and 150 cm below the belt. Keywords: ultrasonic sensors, arduino UNO, vibrating motors and distance
ix
DAFTAR ISI Halaman
JUDUL .......................................................................................................................
ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ..........................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................................
v
KATA PENGANTAR ...............................................................................................
vi
ABSTRAK ................................................................................................................. ` viii ABSTRACT ...............................................................................................................
ix
DAFTAR ISI ..............................................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. xiii DAFTAR TABEL ...................................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ....................................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ...............................................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................................
2
1.4 Manfaat Penelitian ..............................................................................................
2
1.5 Batasan Masalah .................................................................................................
2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Muktahir ..............................................................................................
4
2.2 Tinjauan Pustaka .................................................................................................
5
2.2.1 Indera Penglihatan .....................................................................................
5
2.2.2 Pengertian Sensor ......................................................................................
5
2.2.2.1 Gelombang Ultrasonik ...................................................................
6
2.2.2.2 Sensor Ultrasonik ..........................................................................
7
2.2.3 Arduino ...................................................................................................... 10 2.2.3.1 Arduino UNO ................................................................................ 11 2.2.3.2 Komponen Arduino UNO ............................................................. 12 2.2.3.3 Komunikasi Arduino UNO ............................................................ 14 x
2.2.3.4 Mikrokontroler ATMega 328 ........................................................ 14 2.2.4 Pemrograman software Arduino UNO ...................................................... 15 2.2.5 Motor ......................................................................................................... 21 2.2.5.1 Motor Getar DC ............................................................................. 21 2.2.6 LED (Light Emitting Diode)...................................................................... 22 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian .............................................................................. 24 3.2 Sumber Data ....................................................................................................... 24 3.2.1 Metode Pengumpulan Data ....................................................................... 24 3.3 Bahan Penelitian ................................................................................................. 24 3.4 Peralatan Kerja .................................................................................................... 25 3.5 Langkah Penelitian ............................................................................................. 25 3.6 Perancangan Sistem ............................................................................................ 26 3.6.1 Perancangan Perangkat Keras .................................................................... 27 3.6.1.1 Perancangan Rangkaian Power Supply ......................................... 28 3.6.1.2 Perancangan Rangkaian Input ....................................................... 28 3.6.1.3 Perancangan Rangkaian Output .................................................... 29 3.6.1.4 Perancangan Rangkaian Pengolah Data ........................................ 30 3.6.2 Perancangan Perangkat Lunak ................................................................ 31 3.6.2.1 Android IDE 1.0.1 ......................................................................... 32 3.6.2.2 Flowchart ...................................................................................... 33 3.7 Pengujian Peralatan ............................................................................................. 35 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Realisasi Hasil Perancangan Alat ....................................................................... 36 4.1.1 Hasil Pembuatan Perangkat Keras............................................................. 36 4.1.2 Hasil Pembuatan Perangkat Lunak ............................................................ 37 4.2 Pengujian dan Pembahasan Hasil Perancangan Pemandu Tuna Netra Menggunakan Sensor Ultrasonik Berbasis Mikrokontroler ............................... 38 4.2.1 Pengujian dan Pembahasan Perangkat Keras ............................................ 38 4.2.1.1 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian Catu Daya ....................... 38
xi
4.2.1.2 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian Input ................................ 40 4.2.1.3 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian Output ............................. 46 4.2.1.4 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian Pengolah Data ................. 51 4.2.2 Pengujian dan Pembahasan Perangkat Lunak ......................................... 53 4.2.3 Pengujian dan Pembahasan Keseluruhan Alat ........................................ 57 BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan ............................................................................................................. 67 5.2 Saran ................................................................................................................... 67 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Besaran fisik sensor dan transducer ...................................................
6
Gambar 2.2
Sensor Ultrasonik HCSR-04 ..............................................................
8
Gambar 2.3
Timing Diagram HCSR-04 ................................................................
9
Gambar 2.4
Sistem Kerja HCSR-04 ......................................................................
9
Gambar 2.5
Arduino UNO ..................................................................................... 11
Gambar 2.6
Komponen Arduino UNO .................................................................. 12
Gambar 2.7
Arsitektur ATMega 328 ..................................................................... 15
Gambar 2.8
Tampilan Arduino IDE 1.6.9 .............................................................. 16
Gambar 2.9
Jenis Motor DC .................................................................................. 21
Gambar 2.10 Motor Getar 304-108 4 mm coreless .................................................. 22 Gambar 2.11 Simbol LED ........................................................................................ 23 Gambar 2.12 Rangkaian LED pada Arduino ........................................................... 23 Gambar 3.1
Langkah Penelitian ............................................................................. 26
Gambar 3.2
Perancangan Sistem ............................................................................ 27
Gambar 3.3
Blok Diagram Perangkat Keras .......................................................... 28
Gambar 3.4
Rangkaian Power Supply.................................................................... 28
Gambar 3.5
Rangkaian Input ................................................................................. 29
Gambar 3.6
Rangkaian Output ............................................................................... 30
Gambar 3.7
Rangkaian Pengolah Data .................................................................. 31
Gambar 3.8
Tampilan Awal Arduino IDE 1.0.1 .................................................... 32
Gambar 3.9
Flowchart Perancangan Perangkat Lunak .......................................... 33
Gambar 4.1
Tampak Depan Hasil pembuatan perangkat keras ............................. 36
Gambar 4.2
Tampak Belakang Hasil pembuatan perangkat keras......................... 36
Gambar 4.3
Hasil pembuatan perangkat lunak ...................................................... 37
Gambar 4.4
Pengujian rangkaian catu daya ........................................................... 38
Gambar 4.5
Penggunaan multi fungsi digital meter ............................................... 39
Gambar 4.6
Pengukuran konsumsi daya pada saat siaga ....................................... 39
Gambar 4.7
Pengukuran konsumsi daya pada saat maksimal ................................ 40
Gambar 4.8
Blok diagram pengujian rangkaian input ........................................... 41
xiii
Gambar 4.9
Pengujian rangkaian input .................................................................. 41
Gambar 4.10 Pengukuran jarak 40 cm ..................................................................... 42 Gambar 4.11 Pengukuran jarak 40 cm pada serial monitor arduino ........................ 43 Gambar 4.12 Pengukuran jarak 80 cm ..................................................................... 43 Gambar 4.13 Pengukuran jarak 80 cm pada serial monitor arduino ........................ 44 Gambar 4.14 Pengukuran jarak 160 cm ................................................................... 44 Gambar 4.15 Pengukuran jarak 160 cm pada serial monitor arduino ...................... 44 Gambar 4.16 Pengukuran jarak 200 cm ................................................................... 45 Gambar 4.17 Pengukuran jarak 200 cm pada serial monitor arduino ...................... 45 Gambar 4.18 Diagram blok pengujian rangkaian output ......................................... 46 Gambar 4.19 Pengujian rangkaian output LOW ...................................................... 47 Gambar 4.20 Hasil Pengujian rangkaian output HIGH............................................ 47 Gambar 4.21 Blok diagram pengukuran arus dan tegangan .................................... 48 Gambar 4.22 Hasil Pengujian tegangan pin digital .................................................. 49 Gambar 4.23 Hasil Pengujian arus pin digital.......................................................... 49 Gambar 4.24 Rangkaian driver motor untuk motor getar ........................................ 50 Gambar 4.25 Pengujian rangkaian pengolah data .................................................... 51 Gambar 4.26 Pengujian tegangan keluaran pada arduino ........................................ 51 Gambar 4.27 Pengujian pin 2 arduino saat LOW (kiri) dan HIGH (kanan) ............ 52 Gambar 4.28 Perhitungan jarak S4 pada bidang datar ............................................. 57 Gambar 4.29 Plot ruangan Laboratorium Teknik elektro lantai 1 ........................... 58 Gambar 4.30 Plot ruangan Laboratorium Teknik elektro lantai 2 ........................... 58 Gambar 4.31 Gabungan perangkat lunak dan perangkat keras pada alat pemandu tuna netra ............................................................................................ 59 Gambar 4.32 Pengujian Alat untuk bagian kiri ........................................................ 60 Gambar 4.33 Pengujian alat bagian Kanan .............................................................. 61 Gambar 4.34 Pengujian alat bagian depan ............................................................... 62 Gambar 4.35 Pengujian alat bagian bawah yang lebih tinggi dari bidang datar ...... 63 Gambar 4.36 Pengujian alat bagian bawah yang lebih rendah dari bidang datar .... 64 Gambar 4.37 Pengujian alat bagian bawah di bidang datar ..................................... 65 Gambar 4.38 Pengujian alat kiri dan kanan pengguna ............................................. 66
xiv
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Spesifikasi Sensor Ultrasonik HCSR-04................................................. 10 Tabel 2.2 Spesifikasi Motor Getar DC 304-108 4 mm coreless ............................. 22 Tabel 3.1 Penempatan pin sesnor ke pin digital arduino UNO ............................... 29 Tabel 3.2 Penempatan pin arduino UNO ................................................................ 30 Tabel 4.1 Spesifikasi Alat pemandu tuna netra menggunakan sensor ultrasonik ... 37 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Rangkaian input sensor ultrasonik HCSR-04 ............... 46 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Rangkaian output motor getar ...................................... 48 Tabel 4.4 Hasil pengukuran arus dan tegangan untuk motor getar ......................... 50 Tabel 4.5 Hasil Pengujian pin digital pada arduino ................................................ 53
xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Manusia adalah ciptaan Tuhan yang paling sempurna dibandingkan dengan
ciptaan yang lainnya. Tetapi tidak semua manusia diciptakan dalam keadaan yang sempurna bentuk fisiknya sejak lahir atau keadaan yang diakibatkan musibah salah satunya adalah penyandang tuna netra. Didasari oleh keprihatinan akan keadaan penyandang tuna netra tersebut, penulis merancang sebuah alat yang bertujuan sebagai pemandu untuk memudahkan penyandang tuna netra dalam berjalan dan melakukan kegiatan sehari-hari. Tuna netra atau kebutaan merupakan gangguan yang dialami oleh mata sehingga tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Pada umumnya penyandang tuna netra menggunakan tongkat untuk mengetahui jarak yang ada di sekitarnya. Tongkat biasanya digunakan jika di luar ruangan untuk meraba benda/halangan yang berada di bawah dan benda bergerak seperti mobil sering tidak terdeteksi oleh tongkat. Penyandang tuna netra juga mengalami kendala untuk menentukan jarak objek yang ada di sekitarnya misalnya teman yang diajak bicara. Subandi (2009) telah membuat alat pemandu tuna netra dengan memanfaatkan gelombang ultrasonik dan mikrokontroler sehingga dapat mendeteksi jarak suatu objek . Rahmat (2010) memanfaatkan sensor jarak untuk membantu tuna netra dalam kehidupan sehari-hari. Handri (2011) memanfaatkan barang bekas untuk merancang tongkat cerdas sehingga mempermudah tuna netra untuk melakukan kegiatan sehari-hari. Kemajuan dibidang teknologi memungkinkan membuat alat dengan menggunakan gelombang ultrasonik untuk mendeteksi keberadaan suatu objek. Gelombang ultrasonik ini akan dipancarkan dan sinyal yang mengenai objek sebagian akan dipantulkan kembali. Sinyal pantul tersebut akan diterima oleh receiver yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler. Mikrokontroler ini akan memproses semua masukan dari gelombang ultrasonik dan memberikan keluaran informasi tentang keberadaan objek dari pengguna serta informasi untuk
1
2
memberikan panduan untuk penyandang tuna netra dalam bergerak. Alat ini dirancang untuk memudahkan penyandang tuna netra dalam bergerak dan beraktifitas sehari-hari, sehingga penggunaan tongkat berkurang dan penyandang tuna netra lebih leluasa bergerak. 1.2
Rumusan Masalah Berdasarkan uraian pada latar belakang, maka dapat dirumuskan beberapa
permasalahan sebagai berikut : 1.
Bagaimana merancang dan merealisasikan alat pemandu bergerak memakai sensor ultrasonik untuk penyandang tuna netra berbasis mikrokontroler ?
2.
Bagaimana unjuk kerja dari alat pemandu bergerak untuk penyandang tuna netra yang telah dibuat ?
1.3
Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1.
Dapat merancang dan merealisasikan alat pemandu bergerak memakai sensor ultrasonik untuk penyandang tuna netra.
2.
Dapat mengetahui unjuk kerja alat pemandu bergerak penyandang tuna netra yang telah dibuat.
1.4
Manfaat Penelitian Manfaat yang bisa diperoleh dari penelitian ini adalah untuk memudahkan
penyandang tuna netra bergerak dengan menggunakan alat pemandu bergerak yang menggunakan sensor ultrasonik dan mengurangi penggunaan tongkat agar penyandang tuna netra lebih leluasa dalam bergerak. 1.5
Batasan Masalah Melihat luasnya permasalahan yang ada, maka perlu memberikan batasan
masalah. Adapun batasan dari penelitian ini yaitu : 1.
Perangkat keras yang digunakan adalah mikrokontroler ARDUINO UNO.
2.
Input yang digunakan adalah sensor ultrasonik HC-SR04 sebanyak 4 buah.
3.
Output yang digunakan adalah motor vibrator sebanyak 4 buah.
4.
Jarak jangkau pendeteksi dari alat sebesar 1 cm – 200 cm.
3
5.
Pengujian dilakukan di dalam ruangan.
6.
Benda/ penghalang berupa properti yang ada di dalam ruangan seperti meja, kursi, lemari, tangga dan lainnya.
7.
Alat pemandu tuna netra digunakan hanya untuk orang dengan lingkar pinggang 60 cm.
