KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadapan

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.