Aplikasi Kamera Pengawas untuk Deteksi dan Tracking Objek

Aplikasi Kamera Pengawas untuk Deteksi dan Tracking Objek
Gembong Edhi Setyawan1) Meivi Kartikasari2) Mukhlis Amien3)
STIKI, Malang, email:
1)
[email protected], 2)[email protected], 3)[email protected]
ABSTRAK
Salah satu aplikasi dalam bidang teknologi informasi dan telekomunikasi adalah membangun suatu sistem
pengawas yang berbasis kamera. Dalam penelitian ini akan membahas perancangan kamera yang dapat
mengikuti objek bergerak terutama untuk mendeteksi objek bergerak dan menentukan kontroler sebagai
pengendali untuk menggerakkan kamera agar kamera dapat melakukan tracking terhadap objek. Aplikasi ini
mengembangkan pergerakan kamera agar dapat bergerak secara otomatis baik secara vertikal maupun
horisontal pada saat menangkap sebuah objek yang bergerak. Pada sistem ini digunakan komputer untuk
mengolah citra dari objek, untuk mendeteksi objek bergerak, menentukan titik pusat objek dan menentukan titik
pusat lensa kamera sebagai sensor posisi. Selanjutnya informasi pengolahan citra digunakan sebagai data untuk
menggerakkan kamera. Selain komputer dibutuhkan rangkaian mikrokontroler AT89S51, Rangkaian DAC,
Pengkondisi Sinyal, Driver Motor, Motor Servo dan Web Kamera. Untuk mengendalikan posisi kamera
digunakan kontroler PID digital dengan metode penalaan Zieger Nichols. Hasil terbaik yang didapat untuk
kontrolernya adalah kontroler proporsional dengan nilai parameter Kp=3,5.
Kata Kunci: pengolahan citra digital, mikrokontroler, PID, zieger-nichols, image processing
1. PENDAHULUAN
Perkembangan
teknologi
informasi
dan
telekomunikasi saat ini sangatlah pesat baik pada
bidang perangkat keras maupun perangkat lunak.
Kebutuhan akan informasi yang bersifat cepat dan
akurat dewasa ini sangatlah diperlukan. Salah satu
alasan merancang kontroler kamera yang dapat
mengikuti objek bergerak secara otomatis adalah
karena dapat diterapkan untuk pengawasan ataupun
keamanan guna diaplikasikan dalam lingkungan
perusahaan, perkantoran atau perumahan sebagai
pemantauan
aktifitas
karyawan,
mesin-mesin
produksi, keamanan dan lain-lain. Dengan adanya
aplikasi ini diharapkan pihak-pihak yang bertanggung
jawab dapat memantau suatu lokasi secara terus
menerus hanya dengan menggunakan komputer.
Pemanfaatan kamera sebagai pengawas telah
banyak diimplementasikan diantaranya oleh Azikin
(2005), yang merancang pengawas kamera dalam
jaringan komputer dimana kamera dapat digerakkan
dan sebagai penggeraknya adalah motor stepper.
Pergerakkan kamera ini masih secara manual karena
menunggu input melalui komputer oleh seorang
operator. Alves (2004) juga telah merancang kamera
pengawas yang memiliki pergerakkan kamera yang
lebih kompleks dengan menggunakan robot tangan
sehingga dapat bergerak secara vertikal dan horisontal
dan penggerak kameranya menggunakan motor servo.
Akan tetapi pergerakan kamera juga masih
membutuhkan input dari operator.
Pergerakan kamera yang masih membutuhkan
input dari operator (Alves, 2004; Azikin, 2005) tentu
saja bukanlah sebuah kamera pengawas yang bagus
karena operator harus selalu menunggu didepan
komputer untuk mengamati apa yang ditangkap oleh
kamera. Untuk itu dalam penelitian ini akan dibuat
kamera pengawas yang dapat mengikuti pergerakan
objek secara otomatis sehingga untuk menggerakkan
kamera sudah tidak tergantung lagi pada operator
komputer. Sebagai penggerak dalam penelitian ini
akan menggunakan motor servo sesuai dengan apa
yang dilakukan oleh Alves (2004), karena penggunaan
motor stepper (Azikin, 2005) ketepatan dan kecepatan
kamera mengikuti objek masih sangat diragukan.
Untuk mekanik penggerak kamera dalam penelitian
ini juga diharapkan seperti Alves (2004) yang dapat
bergerak secara vertikal dan horisontal karena dengan
bergerak secara vertikal dan horisontal luas daerah
yang dapat ditangkap oleh kamera dapat lebih luas.
Agar kamera dapat mengikuti objek yang
bergerak akan diterapkan sistem kendali posisi dengan
menggunakan sistem loop tertutup.
Penggunaan
sistem loop tertutup sangat berfungsi untuk menjaga
kestabilan dan ketepatan posisi kamera dalam
menangkap objek yang sedang bergerak, karena hasil
awal dari suatu sistem akan diumpan balikkan untuk
dibandingkan dengan inputnya.
Pembandingan
dengan input ini bertujuan untuk mengetahui masih
adanya suatu kesalahan posisi atau tidak dengan hasil
yang diinginkan, jika masih ada kesalahan maka
besarnya kesalahan ini akan dikirimkan ke sinyal
kendali untuk diperbaiki, keadaan ini akan terus
diulang sampe posisinya sesuai dengan yang
diinginkan atau kesalahannya adalah nol (Pitowarno,
2006).
Kontroler yang digunakan adalah menggunakan
sistem kendali digital PID (Proporsional Integral
Differential). Pemilihan sistem kendali digital PID ini
bukanlah tanpa alasan, sudah banyak para ahli yang
mencoba memperkenalkan alternatif lain sebagai
pengganti unit-unit P, I dan D, tetapi tetap saja
terbukti bahwa ketiga unsur itu masih tetap yang
terbaik dan mampu menjawab tantangan sistem
pengendalian (Gunterus, 1994). Penggunaan sistem
kendali digital PID dalam aplikasinya akan dapat
diprogram sesuai kebutuhan apakah sebagai
pengendali P, PI atau PID, sehingga software dari
aplikasi ini mempunyai kelebihan karena bisa
diterapkan kedalam sistem kendali posisi yang lain
yang mungkin menggunakan spesifikasi produk
motor yang berbeda atau menggunakan jenis kamera
yang berbeda yang mengakibatkan beban dari sistem
berbeda pula.
Sistem kendali digital artinya bahwa sistem
kendali ini akan dikerjakan oleh perangkat digital,
misalkan saja adalah komputer, sehingga sinyal-sinyal
didalam pengendali juga dikerjakan didalam bahasa
komputer. Penggunaan bahasa komputer untuk sistem
kendali digital tentu saja mempunyai manfaat akan
lebih menghemat hardware yang diperlukan dalam
mengendalikan
posisi
kamera.
Didalam
mengendalikan sesuatu, selalu diinginkan bahwa
keluaran/output
haruslah
sama
dengan
referensi/inputnya, akan tetapi dalam dunia nyata
keadaan ideal seperti ini tidak pernah tercapai
sepenuhnya.
Walaupun demikian, orang akan
berusaha mencari cara agar sedekat mungkin
mencapai keadaan ideal.
Upaya utama yang
dilakukan orang adalah dengan menyetel sistem atau
melakukan penalaan pada sistem.
Didalam sistem kendali loop tertutup, telah
dijelaskan bahwa dibutuhkan sinyal umpan balik
untuk dibandingkan dengan inputnya. Agar sinyal
umpan balik ini dapat dibandingkan dengan inputnya
maka besaran sinyal umpan balik harus sama dengan
inputnya. Untuk menyamakan besaran ini dibutuhkan
suatu sensor. Karena ouput dari sistem adalah posisi,
maka akan dibutuhkan sensor posisi. Dalam penelitian
ini sebagai sensor posisi digunakan pengolahan citra
untuk mencari titik tengah dari suatu objek.
dikirimkan
ke
komputer
untuk diolah
menggunakan sistem pengolahan citra digital.
AT89S51



DAC
Gamb
ar
K
a
m
e
r
a
alat
Hasil dari software sistem pengolahan citra
digital ini yang pertama adalah akan mendeteksi
jika ada objek yang ditangkap oleh kamera. Hasil
dari software ini akan berperan sebagai input
untuk menentukan posisi kamera. Selanjutnya
motor akan menyesuaikan agar kamera tepat
pada posisi fokus objek. Lalu jika objek tersebut
bergerak, software pengolahan citra digital akan
menganalisa pergerakan objek tersebut untuk
menentukan posisi dari objek. Kemudian untuk
mengatur pergerakkan motor secara otomatis
perlu adanya suatu kontroler, disini digunakan
desain sistem kontroler PID. Algoritma kontroler
ini dilakukan oleh software komputer secara
digital dan diharapkan bahwa posisi motor untuk
menggerakkan kamera tepat pada posisi titik
tengah dari objek yang bergerak.
Berdasarkan diagram blok dan cara kerja
perangkat, maka yang harus dirancang
diantaranya adalah rangkaian mikrokontroler
AT89S51, kabel RS232 to TTL, rangkaian DAC
dan pengkondisi sinyal, rangkaian driver motor
dan perancangan software yang meliputi
kontroler PID digital dengan metode penalaan
zieger-nichols, interface antara mikrokontroler
dan kamera dan pengolahan citra digital untuk
deteksi objek.
VCC
31
19
2. SISTEM MODEL
kamera akan menangkap sinyal gambar dilokasi
dimana sudut pandang kamera dapat menjangkau
suatu objek, selanjutnya sinyal gambar ini akan
M
Software Kontroler PID
Software Komunikasi dengan AT89S51
Software Pengolahan Citra Digital (Deteksi
benda bergerak, Posisi fokus benda dan
posisi kamera)
Gambar
1. Diagram
blok perencanaan

Software
Interface dengan
Pengguna (GUI)
18
Penelitian ini bertujuan agar kamera dapat
mengikuti objek yang bergerak dan yang terutama
adalah menentukan jenis kontroler apa yang cocok
digunakan dalam aplikasi. Diagram blok perangkat
dapat ditunjukkan pada gambar 1.
Berdasarkan diagram blok perangkat, sistem kerja
dari aplikasi ini adalah sebagai berikut: Pertama kali
Driver
33pF
33pF
9
12
13
VCC
14
15
10uF/16V
EA/VP
X1
X2
RESET
INT0/P3.2
INT1/P3.3
T0/P3.4
T1/P3.5
8.2K
1
2
3
4
5
6
7
8
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P2.0/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
P2.3/A11
P2.4/A12
P2.5/A13
P2.6/A14
P2.7/A15
P3.6/RD
P3.7/WR
PSEN
ALE/P
P3.0/TxD
P3.1/RxD
39
38
37
36
35
34
33
32
21
KE DRIVER
MOTOR DC
22
23
24
25
26
27
`
28
17
16
29
30
11
10
AT89S51
Data ke DAC R-2R
Gambar 2. Rangkaian mikrokontroler AT89S51
12
P3.1/TxD
11
9
X
10
X
4
22uF
5
6
R1OUT
T1IN
14
T1OUT
R2OUT
8
R2IN
T2IN
T2OUT
C2+
C1+
C2-
C1-
V-
X
7
X
1
Konektor DB9
22uF
3
2
V+
MAX232
22uF
1
X
X 6
2
X 7
3
X 8
x 4
X 9
5
13
R1IN
GND
P3.0/RxD
VCC
VCC
22uF
Gambar 3. Antar muka Port serial komputer dengan
AT89S51 (Nalwan, 2003)
Gambar 5. Driver motor
Rangkaian Mikrokontroler AT89S51
Karena tegangan output ini dibutuhkan untuk
menggerakkan motor dengan kebutuhan tegangan
maksimal sebesar 12 volt maka output tegangan dari 0
– 5 Volt tadi dihubungkan dengan rangkaian
pengkondisi sinyal penguat tidak membalik, agar
output tegangan dapat berayun dari 0 – 12 volt sesuai
kebutuhan yang akan digunakan untuk menggerakkan
motor. Perlu diketahui bahwa ouput maksimal dari
OP-AMP tergantung dari tegangan supplynya, dan
besarnya output maksimal 1,5 Volt dibawah tegangan
supply positifnya. Disini digunakan tegangan supply
12 volt berarti output maksimal sekitar 10,5 volt.
Jika digunakan R sebesar 10 KΩ, maka dengan
rumus
Rf 

Vo  1 
(1)
.Vi
R 

Jadi diketemukan Rf sebesar 11 KΩ agar
menghasilkan tegangan 12 V. disini digunakan Rf
sebesar 100 KΩ sehingga hasil keluaran tegangan
dapat diatur sesuai dengan keperluan.
Rangkaian DAC R-2R Ladder secara lengkap
dengan rangkaian pengkondisi sinyal ditunjukkan
pada gambar 4.
Pada aplikasi ini digunakan mikrokontroler
AT89S51 dimana rangkaian mikrokontroler ini akan
berfungsi untuk komunikasi data antara komputer
dengan DAC melalui port serial RS232. Rangkaian
mikrokontroler ditunjukkan pada gambar 2.
Kabel RS232 to TTL
Komunikasi dengan port serial komputer
dilakukan menggunakan standar RS232. Oleh karena
itu dibutuhkan sebuah antar muka RS232 sebagai
perantara antara port serial Mikrokontroler AT89S51
dan port serial komputer.
Data serial dikirimkan oleh komputer melalui port
serialnya dalam bentuk RS232 dan diubah menjadi
level TTL oleh antar muka RS232 selanjutnya data
dapat diterima oleh port serial AT89S51. Rangkaian
kabel RS232 to TTL ditunjukkan pada gambar 3.
Rangkaian DAC R-2R Ladder dan Pengkondisi
Sinyal
Rangkaian DAC R-2R ladder mengkonversikan 8
bit data digital menjadi tegangan analog. Apabila
semua bit data berlogika 1 (FFH) maka tidak ada arus
Io yang mengalir sehingga tegangan output (Vo) = 5 V
dan jika semua bit data = 0 (0H) maka mengalir arus
Io dan tegangan output = 10 V. Pada bagian ini ada
suatu level DC 5 Volt yang harus dihilangkan agar
output DAC berayun antara 0 sampai 5 V. Untuk
menghilangkan level DC 5 volt ini ini menggunakan
rangkaian pengkondisi sinyal penguat membalik
seperti pada rangkaian dimana nantinya akan
menghasilkan output DAC 0 – 5 Volt saja.
`
+5V
R16
10K
R1
20K
R20
10K
-12V
R9
20K
R10
20K
R11
20K
R12
20K
R13
20K
R15
20K
R14
20K
11
2
R17
10K
1
+
R18
10K
3
R1
10K
R2
10K
R3
10K
R4
10K
R5
10K
R6
10K
R7
10K
4
R8
10K
11
+12V
6
+5V
+
7
5
Vcc
+5V
4
11
`
14
9
8
7
10
6
5
4
3
2
1
HEADER 10
`
2
`
1
`
11
10
+
-
8
4
HEADER 2
`
12
+
-
`
13
4
9
2
`
1
`
HEADER 2
Rf
100K
Driver Motor DC
Dalam aplikasi ini motor DC digunakan untuk
menggerakkan kamera, yang dapat bergerak searah
jarum jam atau sebaliknya. Karena tegangan yang
keluar dari DAC dan rangkaian pengkondisi sinyal
adalah positif, maka diperlukan sebuah rangkaian
yang dapat mengubah arah putaran motor. Untuk
mengubah arah putaran motor yang diperlukan adalah
rangkaian yang dapat mengubah arah arus yang
mengalir melalui motor tersebut. Pada prinsipnya
untuk mengubah putaran motor adalah dengan
mengubah polaritas tegangan motor.
Pengubahan polaritas tegangan dapat dilakukan
dengan menggunakan transistor seperti rangkaian
yang ditunjukkan pada gambar 5.
R21
10K
R22
10K
Gambar 4. Rangkaian DAC dan pengkondisi sinyal
`
`
Kontroler PID Digital
Algoritma PID bermaksud untuk melakukan
penjumlahan
dari
proses-proses
penguatan,
pengintegralan dan penurunan nilai error dan
mengeluarkan hasil perhitungan sebagai sinyal
kontrol. Algoritma pengolahan data pengendali PID
memiliki bentuk persamaan transformasi Z sebagai
berikut:
G(Z )  Kp 
Ki.T / 2.(Z  1) K D

(1  Z 1 )
Z 1
T
(2)
Untuk merealisasikan Persamaan (2) dalam perangkat
lunak (sofware), terlebih dulu persamaan itu diubah
kedalam persamaan pecahan polinomial z. Kemudian
dari persamaan z didapatkan persamaan beda yang
ditunjukkan pada persamaan (3).
m(k )  a1.m(k  1)  b0 .e(k )  b1.e(k  1)  b2 .e(k  2) (3)
dengan : k=0, 1, 2, 3,.....
m(k) = keluaran PID saat ini
m(k-1) = keluaran PID sebelum saat ini
e(k)
= error masukan saat ini
e(k-1) = error masukan sebelum saat ini
Penalaan Kontroler PID
Penalaan kontroler PID digunakan untuk
menentukan parameter pengendali yang mana dalam
aplikasi ini menggunakan metode Zieger Nichols
(zieger, 1942). Nilai konstanta pengendali sistem
ditentukan dengan menggunakan metode osilasi. Pada
metode osilasi, pertama ditentukan nilai konstanta
pengendali proporsional. Setelah nilai konstanta
pengendali proporsional diketahui, ditentukan nilai
konstanta pengendali integral dan diferensial.
Langkah-langkah penentuan konstanta pengendali
PID adalah sebagai berikut (Gunterus, 2004):
1. Menghubungkan semua perangkat keras.
2. Membuat software yang dapat menampilkan
data dari ADC secara grafik. Grafik ini
merupakan grafik tegangan terhadap waktu.
3. Memberikan nilai konstanta proporsional dan
menyetel Ti = ∞ dan Td=0. Nilai konstanta
proporsional diubah secara bertahap hingga
tanggapan sistem (tampilan grafis pada
software) berosilasi secara kontinyu.
Mengamati dan mencatat nilai ultimate gain Ku
dan ultimate period Tu.
Deteksi Objek Bergerak
Prinsip dasar deteksi gerakan (motion detection)
adalah dengan membandingkan antara dua buah citra
f(x,y,t1) dan f(x,y,t2) sehingga dihasilkan citra baru
r(x,y) yang memiliku nilai 0 (putih) atau 1 (hitam)
dengan kriteria sebagai berikut (Gonzales, 2002)
1
jika f ( x, y, t1 )  f ( x, y, t2 )  T
r ( x, y ) 
(4)
0 untuk nilai lainnya
Dengan T adalah nilai threshold yang besarnya
tergantung dengan kepekaan terhadap perubahan yang
diinginkan.
Citra dari pembanding ini akan
mengandung objek yang bergerak.
Objek akan
ditandai dengan warna hitam, dan latar belakangnya
akan ditandai dengan warna putih.
Deteksi Titik Tengah Objek
Berdasarkan persamaan (4) bahwa objek yang
bergerak ditandai dengan warna hitam.
Untuk
menentukan titik tengah objek dilakukan dengan cara
memberi kotak pada objek yang berwarna hitam
tersebut kemudian dicari titik tengah dari kotak
tersebut dan dianggap itu adalah titik tengah objek.
Menentukan Fokus Kamera
Dalam aplikasi fokus kamera ini berfungsi untuk
menentukan posisi kamera yang akan dipakai sebagai
sinyal umpan balik dimana dibutuhkan untuk
pengolahan PID digital. Resolusi ini dibutuhkan
untuk menentukan besarnya data gambar(citra) yang
akan diolah oleh komputer.
Semakin besar
resolusinya akan semakin besar data yang diolah atau
diidentifikasi oleh kontroler sehingga program akan
bekerja lebih lama. Selain berpengaruh terhadap
lamanya proses, semakin besar resolusi akan
mengakibatkan perpindahan posisi kamera / motor
akan semakin lembut karena data posisi yang diolah
semakin besar/banyak. Besarnya fokus kamera adalah
setengah dari besarnya resolusi.
Mekanik Penggerak Kamera
Gerakan yang diperlukan untuk aplikasi ini adalah
relatif pelan dan lembut. Jika kamera dihubungkan
dengan poros motor langsung akan menghasilkan
perpindahan kamera yang cepat dan tidak lembut. Hal
ini tentu tidak sesuai dengan tujuan dari aplikasi ini.
Untuk itu diperlukan cara transmisi daya motor agar
sesuai dengan kebutuhan. Salah satu metodenya
adalah menggunakan sistem gear. Sistem transmisi
gear yang digunakan adalah hubungan gear-belt.
Desain mekanik dari aplikasi ini lebih bersifat
trial and error dalam menentukan besarnya gear yang
dibuat. Trial and error ini memperhatikan beberapa
hal, yaitu:
1. Pergerakan yang dihasilkan harus selembut
mungkin.
2. Kecepatan respon untuk menggerakkan
kamera sesuai dengan yang diharapkan tidak
terlalu lambat dan tidak terlalu cepat. (Jika
terlalu lambat akan kehilangan objek yang
ditangkap, Jika terlalu cepat akan merusak
gambar yang ditangkapnya)
3. Pergerakan kamera tidak merusak gambar
yang ditangkapnya.
Dari hasil trial and error diperoleh desain
mekanik untuk masing-masing motor (vertikan dan
horisontal) ditunjukkan pada gambar 5.
MOTOR
Diameter gear kecil = 1,8 cm
Diameter gear besar = 5 cm
Gambar 5. Mekanik untuk masing-masing motor (vertikal
dan horisontal)
Perangkat Lunak (Software)
Komputer dilengkapi dengan perangkat lunak agar
data masukan setiap periode pencuplikan dapat dibaca
dan dibandingkan dengan harga yang diinginkan. Data
eror itu dihitung dengan berdasarkan algortima
pengendali. Hasil perhitungan itu kemudian dikirim ke
mikrokontroler melalui RS232 untuk dilanjutkan ke
rangkaian DAC. Diagram alir algoritma perangkat
lunak ditunjukkan oleh gambar 6.
MULAI
INISIALISASI
T, Kp, Ki,
Kd
Set Point
Penentuan posisi
kamera
Algoritma PID
Proses
DAC
Menyiapkan Perangkat
Membaca parameter sistem
Menentukan Referensi
Menentukan Posisi
Kamera sebagai sinyal
umpan balik
Pengolahan Data
Proses mengeluar data ke
DAC untuk Plant
Perubahan
Setpoint ?
SELESAI
Gambar 6. Flowchart perangkat lunak
Saat software dijalankan, yang pertama dilakukan
adalah melakukan inisialisasi.
Yang dimaksud
inisialisasi disini adalah software dapat menangkap
sinyal gambar dari kamera selanjutnya dengan
software pengolahan citra dapat mendeteksi adanya
gerakan objek dan menentukan titik fokus dari objek.
Selanjutnya setelah melakukan inisialisasi parameterparameter Kp, Kd dan Ki ditentukan dimana nilai-nilai
parameter ini akan digunakan untuk alogoritma PID.
Kemudian menetukan set point, yang menjadi set
point disini adalah titik focus dari objek tersebut yang
sudah ditentukan lewat software pengolah citra tadi.
Posisi titik fokus ini nantinya akan diterjemahkan
ke level tegangan dan nilai ini akan dikirimkan ke
DAC lewat mikrokontroler AT89S51 untuk
menggerakan motor. Akibat dari berputarnya motor
fokus kamerapun akan ikut berubah terhadap fokus
objek.
Dengan analisa menggunakan software
pengolah citra perubahan fokus kamera akan dijadikan
sinyal umpan balik untuk dibandingkan dengan set
point. Selisih dari hasil perbandingan ini yang
dinamakan error.
Software Komunikasi Dengan AT89S51 Pada
Komputer
Aplikasi ini membutuhkan komunikasi data antara
komputer dengan AT89S51 melalui port serial RS232.
Data yang dikirimkan dari komputer ke AT89S51
berasal dari algoritma PID, selanjutnya dari
mikrokontroler data ini dikirimkan ke DAC untuk
menggerakkan motor. Sedangkan data yang diterima
oleh komputer merupakan sinyal umpan balik yang
berasal dari sensor kamera dengan software
pengolahan citra digital untuk menentukan fokus
kamera.
Software Pada Mikrokontroler AT89S51
Software pada mikrokontroler merupakan
interface untuk mengirimkan data dari komputer ke
DAC (Digital Analog to Converter).
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bagian ini membahas tentang data hasil
percobaan dan pengujian alat yang telah dibuat dengan
tujuan supaya antara perancangan dan pembuatan alat
sesuai dengan teori dan praktek. Pengujian ini
meliputi pengujian perangkat keras dan perangkat
lunak kontroler dan sistem secara keseluruhan.
Pengujian perangkat keras dilakukan agar dapat
mengetahui apabila terjadi kesalahan dalam
penggunaan komponen.
Sedangkan pengujian
perangkat lunak untuk mengetahui apakah program
dapat berjalan dengan baik sesuai dengan yang
diinginkan.
Pengujian perangkat lunak meliputi
penalaan kontroler PID dan sistem secara kesuluruhan.
Rangkaian DAC R-2R Ladder
Berdasarkan hasil pengujian DAC terlihat
kesalahan data berkisar dari 0,340% sampai dengan
3% dengan rata-rata kesalahan 1.044%. Dengan ratarata kesalahan kurang dari 5% maka DAC ini bisa
dikatakan berjalan dengan baik pada aplikasi yang
direncanakan.
Rangkaian Pengkondisi Sinyal
Hasil pengujian rangkaian pengkondisi sinyal
terlihat kesalahan data berkisar dari 1.786% sampai
dengan 4.522% dengan rata-rata kesalahan 2,732%.
Dengan rata-rata kesalahan kurang dari 5% maka
rangkaian ini bisa dikatakan berjalan dengan baik pada
aplikasi yang direncanakan.
Driver Motor DC
Hasil pengujian driver motor terlihat kesalahan
data berkisar dari 0,223% sampai dengan 1.349%
dengan rata-rata kesalahan 0.753%. Dengan rata-rata
kesalahan kurang dari 5% maka driver motor ini bisa
dikatakan berjalan dengan baik pada aplikasi yang
direncanakan.
Menentukan besarnya
resolusi pengolah data
citra
Menu
Setting
parameter PID
tampilan hasil pengolahan
citra digital dari kamera
Saat proses monitoring, PID
diaktifkan atau tidak, save
motion artinya gambar
disimpan saat ada gerakan
Tempat Grafik
Respon PID
Menentukan
kepekaan deteksi
benda ata gerakan
Menjalankan
proses setting PID
Menentukan RGB
untuk deteksi benda
setting PID
Gambar 7. Tampilan software (GUI)
Software
Software Interface dengan pengguna (Graphical
User Interface / GUI) merupakan bentuk tampilan
software untuk berinteraksi dengan pengguna.
Gambar 7 adalah tampilan saat melakukan setting PID
(Setting PID aktif).
diferensial. Hasil perhitungan ini ditunjukkan oleh
Tabel 1.
Penalaan Kontroler PID
Penalaan kontroler PID ini bertujuan untuk
menentukan parameter pengendali proporsional,
integral dan differential dengan menggunakan metode
zieger-nichols.
Langkah awal adalah dengan membuat sistem
berosilasi konstan yang ditunjukkan berdasarkan hasil
percobaan seperti pada gambar 8. Dari gambar hasil
percobaan ini memberikan nilai ultimate gain Ku
sebesar 7 dan ultimate period Tu sebesar 4 s. Nilai
yang diperoleh digunakan untuk menghitung nilai
parameter pengendali proporsional, integral dan
Tabel 1. Hasil Penalaan Parameter PID dengan Metode
Osilasi
Pengatur
Kp
Ti
Td
P
3.5
-
PI
3.2
3.33
-
PID
4.2
2
0.5
Kontroler P
Pada pengujian pertama, Sistem kontrol posisi
menggunakan
pengendali
proporsional
(P).
Karakteristik pengendali P diperoleh dengan menyetel
parameter integral Ti=∞ dan parameter diferensial
Td=0. Pengamatan prilaku sistem didasarkan pada
spesifikasi waktu sistem: waktu naik, waktu tunda,
waktu puncak dan lewatan maksimum. Gambar 9
menunjukkan salah satu hasil respon sistem untuk
pengendali proporsional dengan Kp=3,5. Dari hasil
respon sistem dapat diketahui waktu tunda (td) = 0,6s,
Waktu naik (tr) = 0.9s , waktu puncak 1,8s dan
lewatan maksimum = 66,67%


Untuk kontroler proporsional Kp = 3,5
Untuk kontroler proporsional plus
integral Kp = 3,2; Ti = 3,33
 Untuk kontroler proporsional plus
integral
plus
diferensial
Kp = 4,2; Ti = 2; Td = 0.5
e. Respon sistem yang memuaskan diperlihatkan
oleh kontroler proporsional.
Posisi/Div = 4
T/Div = 1.5 s
Gambar 8. Hasil saat respon berosilasi (T/Div=1.5s)
Gambar 10. Respon sistem dengan Kp=3.2 dan Ti=2
Gambar 9. Respon sistem dengan Kp=3.5
Kontroler PI
Penalaan kedua bertujuan mengamati pengaruh
pengubahan parameter integral Ti pada pengendali PI
terhadap spesifikasi sistem. Karakteristik pengendali
PI diperoleh dengan menyetel Td=0. Gambar 10
menunjukkan hasil untuk Kp=3,2 dan Ti=3.33. Dari
hasil respon sistem dapat diketahui waktu tunda (td) =
0,6s , waktu naik (tr) = 1,5s , waktu puncak (tp) = 2,1s
dan lewatan maksimum (Mp) = 100%.
Kontroler PID
Hasil pengujian respon sistem yang menggunakan
pengendali PID ditunjukkan oleh Gambar 11 untuk
pengendali Kp=4.2, Ti=2 dan Td=0,5. Dari hasil
Respon Sistem dapat diketahui waktu tunda (td) = 0,6s
, waktu naik (tr) = 2,7s , waktu puncak (tp) = 3,6s dan
lewatan maksimum (Mp) = 100%.
Dari semua pengujian Respon sistem yang
memuaskan
diperlihatkan
oleh
pengendali
proporsional.
a. analog dengan rata-rata kesalahan sebesar
1,044 %.
b. Rangkaian pengkondisi sinyal dapat bekerja
dengan baik dengan rata-rata kesalahan
sebesar 2,732%
c. Rangkaian driver motor yang digunakan dapat
bekerja dengan baik dengan rata-rata
kesalahan sebesar 0,753%
d. Parameter pengendali PID berupa Kp, Ti, Td
ditentukan melalui metode penyetelan
Ziegler-Nichols. Nilai penguatan yang didapat
dari percobaan besarnya adalah
Gambar 11. Respon sistem dengan Kp=4,2,Ti=2 dan
Td=0,5
4. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil setelah
melakukan penelitian, perancangan, pembuatan alat,
dan pengujian alat adalah:
a. Perancangan kontroler kamera yang dapat
mengikuti objek bergerak ini menggunakan
perangkat keras rangkaian DAC R-2R
Ladder, pengkondisi sinyal, motor servo dan
mikrokontroler AT89S51 untuk antar muka
komputer melalui port serial.
b. Perangkat lunak digunakan untuk pengolahan
citra dari kamera, pengolahan kontrol digital
PID dan untuk antar muka dengan pengguna.
c. Rangkaian DAC R-2R yang digunakan
mampu mengubah data digital menjadi data
DAFTAR REFERENSI
[1] Alves, R.J., (2004), “Grasp2 – Teleoperated
Robotic Arm With Feedback Live Camera
Feed”, http://zodiak.f2o.org
[2] Azikin, A., ST, (2005), Kamera Pengawas
Berbasis Open Source,
PT. Elex Media
Komputindo, Jakarta
[3] Gonzales, C.R., Woods, E.R., (2002), Digital
Image Processing, 2nd edition, Prentice Hall
[4] Gunterus, F., (1994), Falsafah Dasar: Sistem
Pengendalian Proses, PT Elex Media
Komputindo, Jakarta.
[5] Nalwan, P.A., (2003), Teknik Antarmuka dan
Pemrograman Mikrokontroler AT89C51, PT.
Elex Media Komputindo, Jakarta
[6] Pitowarno E., (2006).
Robotika – Desain,
Kontrol dan Kecerdasan Buatan, ANDI Offset,
Yogyakarta
[7] Ziegler, J. G., dan Nichols, N. B., (1942),
“Optimal settings for automatic controllers”,
Trans. ASME, vol. 64, pp. 759–768.
[8] http://www.delta-electronic.com