BAB III
PERANCANGAN ALAT
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan dan realisasi dari perangkat keras, serta perangkat lunak dari alat slider timelapse.
3.1.Sistem Perangkat Keras
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai cara kerja sistem dan perangkat keras pada slider timelapse.
3.1.1. Cara Kerja Sistem
Sistem ini merupakan sebuah slider timelapse yang digunakan untuk membantu fotografer dalam mengembangkan teknik pengambilan fotografi timelapse, di mana slider timelapse ini mempunyai 2 mode utama yaitu mode otomatis dan mode manual. Slider timelapse ini juga dikontrol menggunakan smartphone android yang
dikoneksikan menggunakan Bluetooth sehingga mempunyai user interface yang lebih menarik dan mudah digunakan.
Mode otomatis adalah mode di mana user (fotografer) dapat mengambil fotografi timelapsedengan beberapa pilihan: “sunset”, “sunrise”, “panorama”. Dengan beberapa pilihan tersebut user akan diberikan pedoman untuk mengatur kameranya untuk
pengambilan timelapse dan hasil pengaturan dari slider.
Mode manual adalah mode di mana user (fotografer) dapat menentukan sendiri waktu yang diinginkan untuk mengambil fotografi timelapse.Rentang maksimal waktu yang dapat dimasukkan adalah 120 menit dan rentang minimal waktu yang dapat dimasukkan adalah 1 menit. Format waktu yang di tampilkan slider adalah J:MM:DD.
Selain dua mode utama di atas terdapat juga mode gerakan pada slider timelapse ini yaitu mode translasi, mode rotasi, dan mode translasi rotasi.
360°. Mode translasi rotasi adalah gabungan dari kedua mode gerakan di atas, di mana dudukan kamera (mounting) akan bergerak secara translasi sembari kamera juga bergerak secara rotasi sehingga kamera akan berfokus pada angle objek, Gerakan ini akan digambarkan sebagai berikut:
Gambar 3.1. Gambaran Gerakan Translasi Rotasi
Gerakan translasi rotasi ini mewajibkan user (fotografer) untuk meletakkan objek berada di tengah slider dengan perkiraan jarak sebesar 35cm, 60cm, 100cm, dan
Berikut adalah diagram blok perancangan sistem secara keseluruhan.
Gambar 3.2. Blok Diagram Sistem 3.1.2. Bagian Perangkat keras
Pada bagian perangkat keras ini akan dijelaskan mengenai keseluruhan perangkat keras yang digunakan untuk pembuatan slider timelapse.
3.1.2.1. Rel Slider
Rel slider berfungsi sebagai bagian mekanik yang utama, selain sebagai rel untuk pergeseran dudukan kamera secara translasi, rel slider juga digunakan untuk menopang motor stepper, mikrokontroller dan juga baterai LiPo.
Rel slider ini menggunakan rangka yang terbuat dari aluminium sepanjang 1 meter. Pulley dan motor stepper sebagai penggerak terpasang di bagian ujung slider.
Motor Stepper Translasi
Arah gerakan Translasi
Gambar 3.3. Rel Slider Tampak Atas
Gambar 3.4. Rel Slider Tampak Depan 3.1.2.2. Pulley
Pulley berfungsi sebagai peredam RPM dari motor stepper untuk penggerak rotasi, agar gerakan dari kamera tidak terhenti ketika masukan waktu mencapai angka 120 menit.
Pada pulley ini digunakan pulley bertingkat dengan besarnya rasio adalah 1:20, sehingga dapat meredam motor stepper sebesar 20 RPM. Selain sebagai peredam RPM, pulley ini juga berguna sebagai dudukan kamera (mounting). Berikut adalah
perhitungan dari pulley yang digunakan:
Dudukan pulley ini memiliki dimensi 20 × 20 × 7 cm. Menggunakan pulley bertingkat sebagai rasio peredam RPM.
Pada mode rotasi kamera berputar 360°, dengan waktu masukan maksimal 120 menit. Dengan waktu tersebut apabila motor stepper tidak diredam, maka akan membutuhkan total delay 2,25 detik. Delay ini didapat dari masukan waktu dibagi dengan jumlah pulsa untuk 1 putaran penuh 360°.
7200
3200 � = 2,25 detik
(3.1.) Sehingga agar didapatkan delay yang tidak terlalu besar RPM pada motor diredam sebesar 24 kali.
7200
3200 �×24 = 0.093 detik
(3.2.) Gambaran perangkaian dan ukuran pulley adalah sebagai berikut:
Gambar 3.5. Rasio Pulley Keterangan : Pulley A : 2cm.
Pulley A terletak pada poros motor stepper, dan pulley D terletak pada poros Dari perhitungan di dapatkan redaman yang dihasilkan rasio pulley sebesar 24 : 1. Namun setelah pemasangan pada dudukan kamera ternyata redaman yang dihasilkan rasio pulley hanya sebesar 20 : 1. Perubahan nilai redaman ini dikarenakan adanya kesulitan pada pemasangan timing belt, yang mengakibatkan tension timing belt renggang. Selain permasalahan pada timing belt, pergerakan pulley juga sedikit bergoyang (tidak stabil) pada porosnya sehingga timing belt dapat meleset keluar dari jalur.
Motor Stepper Rotasi
Gambar 3.7. Pulley Bertingkat
Gambar 3.8. Dudukan Kamera Tampak Samping
3.1.2.3. Perhitungan Gerak Translasi Rotasi
Pada gerakan translasi rotasi ini digunakan perhitungan custom delay yang sama dengan sub-bab (3.2.1.). Perbedaannya ada pada jumlah jarak perputaran pada motor stepper rotasi. Seperti yang dijelaskan pada sub-bab (3.1.1.) dan gambar (Gambar 3.1.) motor stepper rotasi memiliki sudut gerak total yang dipengaruhi oleh perkiraan masukan jarak dari pengguna. Berikut adalah penjelasan perhitungan dari sudut gerak total motor stepper rotasi.
Gambar 3.10. Perhitungan Sudut Gerak Kamera
Keterangan : x = posisi kamera y = posisi objek
a = setengah dari panjang slider yang dilalui kamera = 42 cm b = jarak slider dengan objek
α = sudut awal kamera β = sudut gerak kamera
Untuk mencari sudut awal kamera digunakan persamaan:
tanα= b a
α= tan−1b a
Dimisalkan masukan perkiraan jarak objek (b) = 35 cm, maka:
α= tan−135
42= 44,2°
Untuk mencari jumlah pulsa untuk sudut gerak total kamera digunakan persamaan:
Dimisalkan masukan perkiraan jarak objek (b) = 35 cm, maka:
= 180°−90°−44,2°= 45,8°
� =45,8°
360° × 64000 = 8142 �
(3.5.) Jumlah pulsa untuk sudut gerak total kamera = 2 × �
maka:
� 2 = 2 × 8142 �= 16284 �
Tabel 3.1. Perhitungan Jumlah Pulsa untuk Sudut Gerak Total Kamera
b (cm) (°) (°) � � 2
35 44,2 45,8 8142 16284
60 61,1 28,9 5137 10274
100 74,6 15,4 2737 6474
>100 80 10 1778 3556
3.1.3. Bagian Kontrol
Pada bagian kontrol ini akan dijelaskan mengenai konfigurasi dan keterangan pada mikrokontroler Arduino UNO, driver A4988, Bluetooth HC-05 dan motor stepper.
Berikut adalah gambar wiring dari bagian kontrol secara keseluruhan :
3.1.3.1. Mikrokontroler
Konfigurasi PIN Arduino UNO pada mekanis slider:
Tabel 3.2. Konfigurasi PIN Arduino UNO
PIN(out) PIN(in) Keterangan
0(RX) Pin TX pada modul Bluetooth HC-05 Komunikasi serial 1(TX) Pin RX pada modul Bluetooth HC-05 Komunikasi serial
D2 Pin Step pada driver A4988 translasi Sinyal HIGH dan LOW periodik (data) D3 Pin Direction pada driver A4988 translasi HIGH / LOW
D4 LED indikator run HIGH / LOW
D5 Pin Step pada driver A4988 rotasi Sinyal HIGH dan LOW periodik (data) D6 Pin Direction pada driver A4988 rotasi HIGH / LOW
Vin V+ baterai LiPo Tegangan baterai 12V
5V Pin VDD pada driver A4988 Tegangan keluar 5V 3,3V Pin VCC pada Bluetooth HC-05 dan
LED indikator power Tegangan keluar 3,3V GND GND pada driver A4988, Bluetooth
HC-05 dan LED indikator GND
3.1.3.2. Driver A4988
Driver A4988 ini berfungsi untuk mengendalikan kecepatan, arah dan step resolutions pada motor stepper, baik untuk motor stepper translasi dan juga rotasi. Sesuai dengan penjelasan dari sub-bab 2.2., step resolutions yang dipilih adalah Sixteenth-Step, sehingga PIN pada MS1, MS2 dan MS3 adalah HIGH.
Tabel 3.3. Konfigurasi PIN Driver A4988
PIN Connected PIN Keterangan
Dir Pin 3,6 pada Arduino Menerima masukan HIGH/LOW untuk menentukan arah motor stepper
Step Pin 2,5 pada Arduino Menerima masukan sinyal HIGH dan LOW periodik untuk mengatur kecepatan motor stepper
Sleep RST Konfigurasi driver
RST Sleep Konfigurasi driver
MS1 HIGH Normally LOW, menerima masukan sinyal HIGH untuk mengatur step resolutions
MS2 HIGH Normally LOW, menerima masukan sinyal HIGH untuk mengatur step resolutions
MS3 HIGH Normally LOW, menerima masukan sinyal HIGH untuk mengatur step resolutions
ENB NC Not connected
VDD Pin 5V pada Arduino Vin driver 5v
GND GND pada Arduino GND
1B 1B motor stepper Kutub 1B motor stepper 1A 1A motor stepper Kutub 1A motor stepper 2A 2A motor stepper Kutub 2A motor stepper 2B 2B motor stepper Kutub 2B motor stepper Vmot 12V baterai Vin untuk motor stepper 12v
3.1.3.3. Modul Bluetooth HC-05
Konfigurasi PIN pada modul Bluetooth HC-05:
Tabel 3.4. Konfigurasi PIN Modul Bluetooth HC-05
PIN Connected PIN Keterangan
EN NC Not connected
VCC PIN 3,3V pada Arduino UNO VCC 3,3V
GND GND pada Arduino UNO GND
TX PIN 0 (RX) pada Arduino UNO Komunikasi serial (data) RX PIN 1 (TX) pada Arduino UNO Komunikasi serial (data)
STATE LED indikator HIGH (3,3V) / LOW
3.1.3.4. Motor Stepper NEMA-17
Berat dari dudukan kamera adalah 700 gram, dengan berat tersebut, motor stepper translasi yang digunakan adalah NEMA-17 seri 17HS4401 karena memiliki Holding Torque sebesar 40 N.cm [12]. NEMA-17 merupakan motor stepper Bi-Polar dengan 4 pin keluaran, yang terhubung disetiap kutubnya. Konfigurasi PIN pada Motor Stepper adalah sebagai berikut :
Tabel 3.5. Konfigurasi PIN Motor Stepper
PIN Connected PIN Keterangan
3.2. Sistem Perangkat Lunak
Pada bagian ini akan membahas mengenai bagaimana mikrokontroler bekerja. Selain membahas bagaimana mikrokontroler bekerja, pada bagian ini juga akan
membahas perancangan aplikasi pada android smartphone yang digunakan sebagai user interface pengguna dalam melakukan pengontrolan slider timelapse.
3.2.1. Perangkat Lunak Mikrokontroler
Perangkat lunak mikrokontroler meliputi keseluruhan sistem yang terdapat pada program Arduino UNO.
Gambar 3.12. Flowchart
Berikut adalah penjelasan dari flowchart sistem perangkat lunak mikrokontroler (Gambar 3.12):
1. Mikrokontroler bekerja ketika mendapatkan Vin dari baterai Lipo.
3. Setelah Bluetooth terhubung, mikrokontroler menunggu masukan mode utama (manual/otomatis), kemudian menetapkan variabel masukan mode utama sesuai dengan masukan.
4. Apabila masukan mode utama adalah manual maka mikrokontroler akan menunggu masukan mode gerakan slider (translasi/rotasi/translasi rotasi), kemudian menetapkan variabel masukan mode gerakan sesuai dengan masukan.
5. Apabila masukan mode utama adalah otomatis maka mikrokontroler akan menunggu masukan mode gerakan slider (translasi/rotasi/translasi rotasi), kemudian menetapkan variabel masukan mode gerakan sesuai dengan masukan.
6. Apabila masukan mode utama manual dan masukan mode gerakan sudah ditetapkan, kemudian mikrokontroler akan menunggu masukan waktu dan menetapkan variabel masukan waktu.
7. Apabila masukan mode utama otomatis dan mode gerakan sudah ditetapkan, mikrokontroler akan menunggu masukan pilihan mode pengambilan gambar (sunset/sunrise/panorama), kemudian menetapkan variabel masukan pilihan mode gambar.
10. Ketika motor stepper sudah berhenti berjalan Serial akan menampilkan waktu yang telah ditempuh oleh motor stepper.
11. Setelah motor stepper berhenti, mikrokontroler menunggu masukan reset untuk mengembalikan posisi dudukan kamera ke posisi awal.
1 full cycle = 360° 1 pulsa = 1,8° (step angle) [13].
Banyak pulsa untuk 1 full cycle = 360°
1,8° = 200 pulsa
Dengan driver motor stepper A4988 step angle dapat diubah menjadi 1 2 step,
16 step [14]. Step angle yang digunakan adalah 1
16 step agar pergerakan dari motor stepper dapat lebih halus. Sehingga untuk mencapai rotasi penuh
memerlukan 3200 pulsa. Dari satu rotasi penuh ini saya melakukan percobaan jarak tempuh yang dihasilkan pada rel slider.
200 pulsa (1
Dengan data ini dapat dijadikan sebagai acuan berapa banyak pulsa yang diperlukan agar dudukan kamera dapat bergerak translasi pada rel slider.
Track = 95 cm (85 cm jika dikurangi panjang dudukan kamera).
Banyaknya pulsa untuk gerakan translasi penuh pada rel slider adalah 85 cm x 800 pulsa = 68000 pulsa.
Motor stepper dapat bergerak dengan pulsa 1 periode HIGH dan LOW, duty cycle tidak berpengaruh pada step angle motor stepper, sehingga duty cycle ditetapkan 50%.
Trial waktu untuk mencari custom delay:
Tabel 3.6. Trial Waktu Delay Translasi
Lebar Pulsa (T)
Waktu untuk Gerakan Kecepatan untuk Gerakan Translasi Penuh pada Rel
Slider (s)
Translasi Penuh pada Rel Slider (cm/s)
TON = TOFF = 1 ms 138 0,615
Dari data diatas dapat disimpulkan total delay 2000 µs (2 ms) = 0,615 cm/s. Untuk mempermudah perhitungan dilakukan 1 percobaan dengan total delay 1000 µs (1ms), yang menghasilkan kecepatan tepat 2x yaitu 1,23 cm/s. Dengan ini 1,23 cm/s dapat digunakan sebagai variabel pembanding.
2
Sebagai contoh, misalkan user memberi masukan waktu 30 menit = 1800 s, maka nilai delay didapatkan sebagai berikut:
= 85 cm / 1800 s = 0,0472 cm/s
1 =
1,23 / 0,0472 /
Total delay ms untuk masukan waktu 30 menit = 26,059 (ms). Kemudian dari hasil tersebut dibulatkan menjadi 26 (ms).
Pada mode rotasi ini digunakan rasio pulley yang sudah dijelaskan pada sub-bab (3.1.2.2.) dengan hasil akhir rasio redaman sebesar 1 : 20.
20 putaran x 3200 pulsa (1 full cycle) = 64000 pulsa.
Tabel 3.7. Trial Waktu Delay Rotasi
Lebar Pulsa (T)
Waktu untuk Gerakan Kecepatan untuk Gerakan Rotasi Penuh (s) Rotasi Penuh (rad/s)
TON = TOFF = 0,5 ms 65 0,0966
ω = kecepatan sudut (rad/s)
Dari kecepatan sudut dan delay diatas, didapatkan 0,0966 sebagai variable pembanding.
ω = kecepatan sudut (rad/s)
ω = 2�
� =
2 × 3,14
60 = 0,1046 rad/s
�
1 =
0.0966 � / 0,1046 � /
Total delay yang dibutuhkan untuk masukan waktu 1 menit adalah 0,922 (ms). Kemudian dari hasil tersebut dibulatkan menjadi 1 (ms).
3.2.2. Aplikasi UserInterface pada Smartphone Android
Pembuatan aplikasi user interface pada smartphone android ini menggunakan program Cordova. Kegunaan utama dari aplikasi ini adalah sebagai user interface yang dapat mengontrol jalannya slider timelapse secara nirkabel dengan media koneksi Bluetooth.
Gambar 3.13. Flowchart Aplikasi Android
1. Aplikasi dijalankan kemudian akan ada tampilan Bluetooth pairing.
Gambar 3.14. Tampilan Bluetooth Pairing
2. Setelah pairing selesai dilakukan dan smartphone sudah terhubung dengan slider, tampilan pilihan mode utama akan muncul. Setelah mode utama dipilih smartphone akan mengirimkan masukan mode utama ke Arduino.
Gambar 3.15. Tampilan Pilihan Mode Utama
otomatis. Setelah mode gerakan dipilih smartphone akan mengirimkan masukan mode gerakan ke Arduino.
Gambar 3.16. Tampilan Pilihan Mode Pilihan Gerakan
Gambar 3.17. Tampilan Masukan Waktu Gambar 3.18. Tampilan Masukan Waktu
dan Masukan Jarak
Gambar 3.19. Tampilan Mode Pengambilan Gambar
Gambar 3.20. Tampilan Start Manual Gambar 3.21. Tampilan Start Otomatis
