Pengembangan Sistem Penghitung Langkah Kaki Hemat Daya Berbasis Wemos D1 Mini

(1)

Fakultas Ilmu Komputer

2211

Pengembangan Sistem Penghitung Langkah Kaki Hemat Daya

Berbasis Wemos D1

Mini

Mhd. Idham Khalif1_{, Dahnial Syauqy}2_{, Rizal Maulana}3

Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya Email: 1_{midham.khalif@gmail.com,}2_{dahnial87@ub.ac.id,}3_{rizal_lana@ub.ac.id}

Abstrak

Penghitung langkah kaki atau pedometer adalah sebuah alat yang sangat dibutuhkan bagi seseorang yang sering atau hobi melakukan olahraga berjalan kaki. Dengan adanya alat penghitung langkah kaki ini pengguna dapat mengetahui kemampuan dan seberapa banyak melangkahkan kaki pada saat berjalan kaki. Sistem penghitung langkah kaki ini mampu menghitung langkah kaki pengguna saat melangkahkan kaki, ditambah lagi sistem ini mampu melakukan penghematan daya berdasarkan kondisi pengguna. Dalam sistem penghitung langkah kaki ini, sistem mengenali pola langkah kaki menggunakan metode penghitung langkah kaki yang dimana percepatan langkah kaki pengguna itu dideteksi oleh sensor accelerometer, selanjutnya data sensor akan diolah menggunakan wemos d1 mini

yang merupakan mikrokontroller dan sekaligus modul komunikasi berupa wi-fi yang akan menghubungkan antara sistem dengan smartphone yang akan menampilakan hasil penghitungan langkah kaki oleh sistem. Pada saat pengguna tidak melangkahkan kaki sistem akan melakukan penghematan daya dan akan kembali normal sampai pengguna melangkah lagi. Pada sistem ini mampu menghitungan langkah dengan akurasi mencapai 100% dan mampu menghemat daya sebesar 75,02%

Kata kunci : Pedometer, penghitung langkah kaki, MPU – 6050 pedometer.

Abstract

Foot calculate or pedometer is a tool to needed for a person frequent or hobby gym walking. As is foot steps calculate tool, user can be know ability and how many a person can do the steps.This system foot steps calculate able for calculate foot steps when walking, and then system can be power saving based on condition user. In this system foot steps calculate, be equipped with accelerometer sensor capable detection acceleration resulting from user foot steps, and then sensot datas will be processed using wemos d1 mini and also is wifi modul, will be to connected system with smartphone. If user not stepped, system can be power saving and can be normal, if user stepped again. This system able to calculate foot steps with accuracy achieve 100% and able to saving power amount 65,35%.

Keywords : Pedometer, foot steps calculate, MPU – 6050 pedometer.

1. PENDAHULUAN

Kesehatan adalah salah satu hal yang paling penting bagi setiap individu, dikerenakan kesehatan itu adalah suatu faktor yang paling berpengaruh untuk setiap aktifitas para individu itu. Di Negara maju seperti Belanda, biaya perawatan kesehatan meningkat hingga 2,5%, di Kanada 6%, dan di Amerika Serikat(AS) mencapai 8%, sebagai akibat warga masyarakat kurang melakukan aktivitas jasmani (Wahyu, 2014). Sangat banyak sekali cara manusia untuk mencapai kesehatan itu, salah satunya adalah dengan melakukan olahraga. Salah satu olahraga

yang ringan tapi besar manfaatnya adalah dengan berjalan kaki.

Mayo Clinic dari Jepang menyarankan penggunaan alat pengukur langkah kaki untuk menentukan target jangka pendek, seperti mendapat tambahan 1.000 langkah dalam satu minggu. Kemudian, perlahan-lahan mulai membentuk target jangka panjang untuk 10.000 langkah per hari (Kompas.com, 2014).

(2)

mengukur kemampuannya, seberapa banyak individu itu dapat melangkah dalam satu kali periode melakukan aktifitas olahraga berjalan kaki.

Pada dasarnya penggunaan koneksi Wi – Fi mampu mengirimkan data secara wireless atau tanpa kabel ke sebuah sistem. Wi – Fi juga mampu meningkat kan mobilitas pada sebuah sistem, dikarenakan pada saat sekarang penggunaan teknologi wireless sangat marak digunakan seperti pada smartphone, jadinya untuk komunikasi sebuah sistem dengan

smartphone sangat mudah dilakukan.

Walaupun komunikasi Wi – Fi memiliki banyak keuntungan yang didapat seperti, mampu berkomunkasai secara wireless atau tanpa kabel, teknologi komunikasi wireless yang ekonomis. Namun disisi lain penggunaan Wi – Fi cukup banyak memakan daya listrik, konsumsi power yang cukup tinggi jika dibandingkan dengan beberapa standar lainnya, membuat masa pakai baterai berkurang dan panas (Hary, 2015).

Pada sistem yang akan dibuat ini mampu

menghitung langkah kaki seseorang

penggunanya. Dimana sistem tersebut mampu menghemat dayapada saat kondisi penggunanya tidak melangkah atau berdiam diri. Setelah sensor berhasil membaca jumlah langkah kaki pengguna itu, hasil penghitungan langkah tersebut dikirim dan ditampilkan melalui

smartphone berbasis android, secara wireless

menggunakan fasilitas wi-fi.

2. LANDASAN TEORI

2.1 Accelerometer

Accelerometer sebuah sensor yang digunakan untuk mengukur percepatan terhadap suatu objek. Prinsip kerja yang digunakan adalah percepatan (akselerasi). Pada dasarnya sensor

accelerometer terdiri atas 3-axis yaitu sumbu X, Y, dan Z. Berikut adalah bentuk sumbu X, Y dan Z dari accelerometer.

Gambar 1 Sumbu acceleroemeter

Pada Gambar 1 memperlihatkan sumbu X, Y, dan Z dari accelerometer, sedangkan tanda panah adalah contoh akselerasi yang terjadi pada sumbu Y terhadap sumbu X yang natinya nilai akselerasi dapat diketahui menggunkan sensor

accelerometer.

Pada Tabel 1 berikut beberapa contoh kegunaan dari sensor accelerometer:

Tabel 1 Kegunaan accelerometer

Aktivitas Kegunaan

Aktivitas manusia Berjalan, berlari, melompat, atau menari

Perkerjaan mesin Pemantauan keadaan mesin

Perkerjaan konstruksi Pembongkaran, penggalian atau pengeboran

Bencana alam Pada saat gempa bumi

Monitoring keadaan jembatan

Pergesaeran yang terjadi

2.2 Modem sleep

Modem sleep adalah metode low power

yang disediakan oleh ESP – 8266, yang dimana memungkin pengembang menghemat daya sistem yang dikembangkanya. Pada modem sleep ESP – 8266 akan menutup modul Wi-Fi

atau membuat Wi-Fi mati yang dapat menghemat daya. Dan akan Wi-Fi akan menyala kembali sesuai kondisi yang diinginkan oleh pengembang. Modem sleep digunakan untuk aplikasi yang dimana sistem membutuhkan real-time CPU control. Berikut pada Tabel 2 spesifikasi modem sleep.

Tabel 2 Spesifikasi modem sleep

Item Modem sleep

Sumber : ESP8266 Low Power Solution

2.3 Penghitungan Langkah Kaki

(3)

Gambar 2 Pemasangan alat pada pengguna

Dapat dilihat pada Gambar 2 alat penghitungan langkah kaki telah dipasang pada pengguna pada kaki kanan yang ditandai dengan bagian a. Pada sistem akan diberi threshold yang dimana didapat dari percobaan dan analisis yang dilakukan sebelumnya yang mengacu pada nilai sensor accelerometer pada langkah kaki. Setelah nilai threshold diketahui maka threshold tersebut menjadi acuan untuk mengetahui langkah kaki, apabila pada saat alat penghitung langkah kaki dipsang ke kaki pengguna dan nilai sensor

accelerometer melebihi threshold maka sistem akan menghitung sebagai langkah kaki dan apabila nila sensor accelerometer kurang dari

threshold maka sistem akan mengenali bahwa pengguna tidak melangkah.

3. METODOLOGI

3.1 Flowchart sistem

Pada Gambar 3 dapat dilihat adalah

flowchart dari sistem yang dimana pada

flowchart tersebut langkah kaki merupakan input yang nantinya akan dideteksi oleh sistem. Apabila sistem mendeteksi adanya langkah kaki maka akan menghitungnya dan menmpilkan hasi perhitungan langkah kaki, tapi apabila sistem tidak mendeteksi adanya langkah kaki maka sistem akan masuk ke dalam mode hemat daya dan akan kembali normal jika sistem mendeteksi langkah kaki.

Gambar 3 Flowchart sistem

3.2 Kebutuhan komponen

3.2.1 MPU – 6050

MPU – 6050 adalah sebuah sensor IMU (Inertial Measurement Unit) yaitu sebuah modul yang dimana dapat mendeteksi pergerakan benda berdasarkan sumbu X, Y, dan Z. Pada MPU – 6050 terdiri dari 6-DOF yaitu 3-axis

(4)

Gambar 4 MPU – 6050 Sumber : arduino.cc (2014)

3.2.2 Wemos D1 mini

Wemos D1 mini adalah sebuah modul WiFi berbasis ESP-8266. Pada Wemos D1 mini telah

chip on board chip on board yang dimana tidak memerlukan lagi mikrokontroler untuk pemrosesan data. Wemos D1 mini juga memiliki pin digital dan pin analog yang dimana dapat terhubung dengan sensor ataupun actuator. Pada gambar berikut adalah tampilan bentuk dari wemos D1 mini. Dimana wemos D1 mini ini dapat diprogram menggunakan IDE Arduino.

Gambar 5 Wemos D1 mini Sumber: wemos.cc

3.2.3 Baterai lipo 3.7v

Baterai berfungsi sebagai sumber daya dari sistem, yang dimana agar sistem dapat berjalan sesuai dengan fungsinya. Baterai yang digunakan adalah baterai lipo. Batrai yang digunakan 3.7v dikarenakan sistem memerlukan daya sebanyak 3.3v dan maksimal 3.6v. Batrai lipo yang digunakan memiliki kapasitas sebesar 600mAh.

Gambar 6 Batrai lipo 3.7v

3.2.4 LED(Light Emitting Diode)

LED atau light emitting diode adalah suatu semikonduktor yang dapat memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Pada LED terdapat dua buah kaki yaitu kutub positif dan kutub negatif, yang

dimana nyala LED dapat dikontrol

menggunakan mikrokontroller. LED biasanya juga digunakan untuk indicator pada sebuah sistem seperti indicator sistem menyala, sistem mati dan sebagainya.

Gambar 7 LED (Light Emitting Diode) Sumber : raspberrypi.org

4 PERANCANGAN SISTEM

4.1 Perancangan perangkat keras

Berikut pada Gambar 8 adalah blok diagram dari sistem yang akan dibangun sebagai berikut:

Gambar 8 Blok diagram sistem yang akan dibangun

Pada Gambar 8 menampilkan bahwa

MPU-6050 merupakan sensor accelerometer

terhubung dengan wemos D1 mini yang dimana pengolah data sekaligus menjadi fasilitas wi-fi

yang digunakan untuk pengiriman data dari sistem ke smartphone, dan hasil data perhitungan akan ditampilkan pada smartphone.

(5)

Gambar 9 Koneksi pin yang digunakan pada sistem

Dapat dilihat pada Gambar 9 terdapat komponen utama dari sistem adalah wemos d1

mini yang dimana keseluruhan komponen terkoneksi pada pin wemos D1 mini. Pada MPU-6050 terkoneksi pada pin D1 dan D2 yang dimana pin D1 dan D2 merupakan pin SCL dan SCK pada wemos dikeranakan komunikasi yang digunakan secara I2C. Pada sistem juga terdapat baterai lipo yang terkoneksi pada pin 3.3v dan

ground berfungsi sebagai sumber daya pada sistem. Terdapat juga sebuah LED yang terkoneksi pada pin D6 dan ground yang berfungsi sebagai indikator adanya pergerakan langkah kaki.

4.2 Perancangan aplikasi

Pada perancangan perancangan aplikasi ini akan dijelaskan tentang bagaimana bentuk rancangan perangkat lunak dari sistem pada

smartphone, pada Gambar 10 adalah gambar rancangan dari perangkat aplikasi sistem pada smartphone.

Gambar 10 Rancangan aplikasi Android

Berikut ini pada Tabel 4 akan dijabarkan fitur – fitur dari rancangan aplikasi Android pada sistem.

Tabel 4 Fungsi fitur aplikasi Android sistem

Fitur Fungsi

Text Box Berfungsi sebagai tempat memasukan alamat IP

Tombol connect & disconnect

Tombol yang berfungsi untuk mengkoneksikan smartphone keperangkat yang dimana tombol ini juga berfungsi melakukan disconnect juga.

Text Alamat IP Berfungsi menampilkan alamat IP yang telah dimasukan pada Text box

Angka Perhitungan Langkah Kaki

Berfungsi menampilkan hasil perhitungan langkah kaki yang dilakukan oleh sistem

Tombol Mulai dan Stop

Berfungsi sebagai tombol untuk memulai

penghitungan langkah kaki dan juga melakukan stop penghitungan langkah kaki

Mode Hemat Daya Berfungsi sebagai indikato apakah sistem sedang berada dalam masuk kondisi hemat daya atau tidak

4.3 Implementasi perangkat keras

(6)

Gambar 11(a) implementasi perangkat keras tanpa box, 11(b) implementasi perangkat keras

dengan box dan siap dipakai

Pada Gambar 11 adalah bentuk

implementasi dari sistem berupa perangkat keras yang dimana berfungsi sebagai alat yang menghitung langkah kaki pengguna. Gambar 5.10a adalah bentuk perangkat keras yang dimana tanpa menggunakan kotak dan dapat terlihat beberap komponen seperti sensor MPU-6050, wemos D1 mini, baterai lipo, dan beberapa komponen lain yang dibutuhkan. Sedangkan pada Gambar 5.10b adalah bentuk perangkat keras yang telah menggunakan box dan pengait agar dapat dipasang dan digunakan pada kaki.

4.4 Implementasi perangkat aplikasi

Pada bagian ini akan menampilkan dan menjelaskan bentuk implementasi dari perangkat lunak yaitu aplikasi smartphone

berbasis Android yang mengacu pada perancangan sebelumnya.

Gambar 12(a)Welcome Screen, 12(b) Tampilan untuk memasukan alamat IP, 12(c) Tampilan setelah alamat IP dimasukan dan menekan

tombol connect, 12(d) Tampilan setelah tombol mulai ditekan dan saat terjadi mode hemat daya

Pada Gambar 12 adalah bentuk

perancangan dari perangkat lunak dari sistem berupa aplikasi smartphone berbasis Android. Gambar 12a adalah tampilan welcome screen

dari sistem. Gambar 12b adalah tampilan dimana pengguna diminta memasukan alamat IP dari perangkat keras yang nantinya berfungsi alamat komunikasi antara perangkat smartphone dan perangkat keras. 12c adalah tampilan saat pengguna telah memasukan alamat IP dan aplikasi siap untuk dimulai dengan menahan dan menekan tombol “MULAI”. Gambar 12d adalah tampialn saat aplikasi dan perangkat keras telah memulai penghitungan langkah kaki dan apa bila sistem measuki mode hemat daya maka akan muncul pemberitahuan “Mode Hemat Daya” dan apabila tombol “RESET” ditekan maka perhitungan akan kembali dimulai dari 0 lagi dan apabila tombol “STOP” ditekan maka sistem akan memberhentikan penghitungan dan tombol “MULAI” akan muncul kembali.

5 PENGUJIAN DAN ANALISA

(7)

sebagai berikut.

5.1 Pengujian dan analisis fungsional

5.1.1 Pengujian dan analisis akurasi langkah kaki

5.1.1.1 Tujuan

Pada pengujian akurasi langkah ini memiliki tujuan mengetahui sejauh mana akurasi dari sistem untuk menghitung langkah kaki yang digunakan oleh pengguna.

5.1.1.2 Prosedur pengujian

Berikut ini adalah prosedur yang digunakan untuk menguji sistem, sebagai berikut.

1. Menyalakan dan menghubungkan koneksi wifi pada sistem dan smartphone dan mengatur alamat IP

2. Memasangkan sistem penghitung langkah kaki kepada pengguna yang berbeda, pada kaki kanan, seperti pada Gambar 13 berikut.

Gambar 13 Pemasangan sistem penghitungan langkah kaki

3. Pengguna melangkah dan menghitung langkah kaki secara manual

4. Membandingkan hasil pengitung langkah kaki manual dan penghitungan langkah kaki sistem, berikut pada Gambar 14 adalah bentuk hasil penghitungan dari sisitem

Gambar 14 Bentuk hasil penghitungan sistem

5.1.1.3 Hasil pengujian

Berikut pada Tabel 5 adalah hasil pengujian akurasi yand dimana pengguna memiliki kondisi yang berbeda seperti jenis kelamin, tinggi badan, berat badan, sebagai berikut.

Tabel 5 Hasil pengujian akurasi

N

Persentase akurasi 100%

(8)

langkah kaki. Hasil dari pengujian presentase akurasi adalah 100% yang dimana pada pengujian terdapat beberapa kondisi pengguna yang berbeda seperti jenis kelamin, tinggi badan dan berat badan. Hasil pengitungan manual oleh pengguna sama dengan hasi; penghitungan oleh sistem.

5.1.2 Pengujian Dan Analisis Konsumsi Daya

5.1.2.1 Tujuan pengujian

Pada pengujian daya ini bertujuan untuk mengetahui seberapa banyak konsumsi daya yang digunakan oleh sistem dan seberapa persen sistem tersebut hemat daya, berdasarkan berbagai kondisi.

1. Menyalakan dan menghubungkan koneksi wifi pada sistem dan smartphone

2. Melakukan pengaturan alamat IP

3. Mengukur daya yang dikonsumsi pada kondisi idle tanpa menggunakan mode hemat daya dan dengan menggunakan

mode hemat daya menggunakan

multimeter, yang dapat dilihat pada skematik berikut

Gambar 15 Skematik pengukuran arus sistem

4. Menekan tombol mulai pada aplikasi

smartphone

5. Tidak melangkah kaki dan melakukan pengukuran konsumsi daya menggunakan multimeter

6. Menghitung persentase penghematan daya, menggunakan rumus sebagai berikut

Pada Tabel 6 adalah hasil pengujian

sebagai berikut.

Tabel 6 Hasil pengujian konsumsi daya

Percob keadaan idle tanpa menggunakan mode hemat daya rata – rata konsumsi daya adalah 87.1 mA dengan nilai maksimum 99.1 mA dan nilai minimum 80.2 mA.

Pada keadaan idle menggunakan mode hemat daya konsumsi daya rata – rata 21.75 mA dengan nilai maksimum 28.5 dan nilai minimum 59.1 mA. Selisih antara kedaan idle tanpa menggunakan mode hemat daya dan keadaan idle menggunakan mode hemat daya memiliki rata – rata 78.2 mA.

Pada kedaan pengiriman data sistem memiliki rata – rata konsumsi daya 95.1 mA dengan nilai maksimum 110.1 mA dan nilai minimum 85.1 mA

Pada tabel 6 dapat dilihat sistem dapat

mengehemat daya sebanyak 65.35%

berdasarkan hasil rata – rata pengujian keadaan idle tanpa dan menggunakan mode hemat daya.

(9)

5.2.1 Pengujian dan analisis jarak pengiriman data

Pada pengujian ini bertujuan untuk mengetauhi seberapa jauh jarak yang digunakan pada saat data terkirim dan tidak terkirim.

1. Menyalakan dan menghubungkan sistem dengan smartphone melalui koneksi WiFi 2. Menekan tombol mulai pada aplikasi

smartphone Android dan melangkah 3. Memberi jarak antara smartphone Android

dengan sistem, yang dimana jarak tersebut akan bertambah dengan kondisi sistem mengirimkan data penghitungan secara terus menerus

Berikut pada Tabel 7 adalah hasil pengujian jarak antara smartphone dengan sistem, sebagai berikut

Tabel 7 Hasil pengujian jarak pengiriman

No Jarak antara sistem dengan Smartphone

6 30 m tanpa halangan Tidak terkirim

7 1 m dengan halangan Terkirim

8 10 m dengan halangan Terkirim

9 20 m dengan halangan Terkirim, Sinyal lemah

10 30 m dengan halangan Tidak terkirim

Pada Tabel 7 dapat dilihat hasil pengujian jarak antara sistem dengan smartphone. Pada Tabel 7 jarak maksimal yang dibutuhkan adalah 20 m tanpa ada halangan, sedangkan jika ada halangan pada maka jarak maksimal adalah 10 m norma, namun pada jarak 20 m sinyal akan lemah, namun data akan tetap terkirim.

5.2.2 Pengujian dan analisis waktu yang dibutuhkan untuk masuk ke mode normal

Pada pengujian ini bertujuan untuk

mengetahui waktu yang dibutuhkan sistem untuk

wake up.

1. Menyalakan sistem dan perangkat

2. Melakukan pengukuran arus dengan mulltimeter dan memulai sistem masuk ke mode hemat daya.

3. Menghitung waktu transisi dari mode hemat daya ke mode normal menggunakan

stopwatch

Berikut pada Tabel 8 adalah hasil pengujian waktu yang dibutuhkan oleh sistem untuk wake up, sebagai berikut.

Tabel 8 Hasil pengujian wakeup

No. Percobaan Waktu wakeup (ms)

1 Percobaan 1 5 pengujian waktu yang dibutuhkan untuk wake up. Untuk wake up sendiri sistem memerlukan waktu yang sangat singkat untuk kembali ke mode normal. Dapat dilihat waktu yang digunakan bersekala milisekon. Waktu paling lama yang dibutuhkan untuk wake up adalah 7 milisekon dan waktu paling cepat adalah 5 milisekon dengan rata – rata 5.7 milisekon.

6 PENUTUP

Pada sub bab ini akan dijabarkan kesimpulan dari keseluruhan dari penelitian yang dilakukan, sebagai berikut.

1. Sistem terdiri dari sensor accelerometer

(10)

yang dimana data dari sensor akan diolah lalu dikirim menggunakan modul wi – fi ke

smartphone untuk ditampilkan dan dikontrol. Sistem juga mampu menghemat penggunaan daya sebesar 75,02% dari pengujian yang telah dilakukan.

2. Sistem telah mampu membaca langkah kaki, menggunakan pola yang telah dirancang berdasarkan hasil data dari sensor

accelerometer, dengan akurasi mencapai 100% dengan kondisi pengguna yang berbeda, seperti jenis kelamin, berat badan dan tinggi badan.

3.

Sistem telah mampu menampilkan hasil penghitungan langkah kaki menggunakan komunikiasi wi – fi pada aplikasi

smartphone berbasis Android,dengan jarak maksimal sejauh 20 meter tanpa halangan dan 10 meter dengan halangan.

DAFTAR PUSTAKA

Abadi, Muslim., 2013. Rancang Bangun Alat Pengukur Langkah Kaki dengan Sensor Accelerometer dan Fasilitas Komunikasi Wireless 2,4 GHz. D3. Politeknik Negri Surabaya

Ali, Muhammad., 2011. Modul Kuliah Elektronika Daya “Pengantar Elektronika

Daya”. S1. Universitas Negri Yogyakarta

Nugroho, Hary., 2015. Analisis Bandwidth Jaringan Wifi Studi Kasus di Telkom Jakarta Pusat. Akademi Telkom Sandhy Putra Jakarta.

Arduinno Playground MPU – 6050,. 2014.

Tersedia di:

<http://playground.arduino.cc/Main/MPU-6050> [Diakses 26 April 2017]

Datasheet MPU – 60XX,. 2013. Tersedia di: <

https://www.invensense.com/wp- content/uploads/2015/02/MPU-6000-Datasheet1.pdf > [Diakses 26 April 2017]

Espressif IOT Team,. ESP8266 Low Power Solution. 2016

Raspberry Pi Learning Resources., Tersedia di: <

https://www.raspberrypi.org/learning/intro duction-to-processing/components/led/> [Diakses 5 Mei 2016]

Surbakti, S.Pd,M.Or., Sabar,. 2014. Pengaruh Latihan Jalan Kaki 30 Menit Terhadap

Penderita Hipretendi Di Rumah Sakit Umum Kabanjahe. Sumatera Utara.

Wemos D1 mini., Tersedia di: <

https://www.wemos.cc/product/d1-mini.html > [Diakses 26 April 2016]

Wu, Ling-Mei, Jia-Shing Sheu, Wei-Cian Jheng,

and Ying-Tung Hsiao., Pedometer