i Universitas Kristen Maranatha PENJEJAKAN SET POINT DENGAN MENGENDALIKAN RADIO
CONTROL HELIKOPTER (RC HELI) MENGGUNAKAN VISION
SENSOR CMUCam2+
Disusun Oleh: Nama : Ivan Winarta NRP : 0522009
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia,
email : ivanwinarta@hotmail.com ABSTRAK
Dengan perkembangan teknologi saat ini, hampir segala sesuatu mulai bekerja secara otomatis, demikian juga dengan sistem transportasi yang ada saat ini. Dengan bantuan sistem GPS yang ada saat ini, sistem autopilot pada transportasi dapat mencapai tujuan dengan lebih tepat.
Pada Tugas Akhir ini, sebagai model/pengganti dari alat transportasi adalah Remote Control helicopter (RC heli) dengan merek E-Sky tipe Lama V4. Sebagai pengganti GPS, digunakan vision sensor CMUCAM2+ sebagai pendeteksi posisi RC heli. Untuk mengendalikan gerakan RC heli digunakan ATmega16, yang dihubungkan dengan DAC0808 (untuk mengubah bit keluaran ATmega16 menjadi tegangan), yang dipasangkan pada Remote Control RC heli. Sistem kendali yang digunakan adalah sistem kendali on-off.
Berdasarkan hasil percobaan dalam Tugas Akhir ini, hasil tracking oleh CMUCam2+ memiliki error rata – rata terkecil di pusat daerah kerja dengan error posisi x sebesar 5,010966% dan error posisi y sebesar 44,97954%, sedangkan target terburuk berada di titik VII (bawah kiri) dengan error posisi x sebesar 227,7637% dan error posisi y sebesar 67,19262%, sehingga informasi posisi RC heli dari CMUCam2+ tidak tepat. Pengendalian gerakan RC heli tidak berhasil disebabkan oleh model RC heli yang sulit dikendalikan arah geraknya.
ii Universitas Kristen Maranatha SET POINT TRACKING BY CONTROLLING RADIO CONTROL
HELICOPTER USING VISION SENSOR CMUCam2+ Disusun Oleh:
Nama : Ivan Winarta NRP : 0522009
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia,
email : ivanwinarta@hotmail.com ABSTRAK
With the current development in technology, almost everything works automatically as well as the transportation system nowadays. With the help of GPS, the transportation’s autopilot can reach the desired destination with better precision.
In this Final Project, the transportation’s substitute is a Remote Control Helicopter (RC heli) with the E-Sky brand version Lama V4. As the substitute of the GPS, vision sensor CMUCAM2+ was used as the detector of the RC heli’s position. To control the RC heli’s movement, ATmega16 which was combined with the DAC0808 (for changing the biner output from the ATmega16 to voltage) and connected to the Remote Control of the RC heli were used. The control system used in this Final Project was on-off control system.
Based on the experiments done in this Final Project, the tracking result of CMUCam2+ have the smallest error on the center of the work area with the error 5,010966% for position x and error 44,97954% for position y, the biggest error is at the position VII (below left) of the work area with the error 227,7637% for position x and error 67,19262% for position y, thus the information of RC heli’s position from CMUCam2+ is inaccurate. The RC heli controlling is mostly failure because of the RC heli’s unstability which was used as the substitute.
v Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... x
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ... 1
BAB II LANDASAN TEORI II.1 Helikopter ... 4
II.1.1 Bagian Utama Helikopter... 4
II.1.2 Prinsip Kerja Helikopter ... 5
II.2 Vision Sensor CMUCam2+ ... 10
II.2.1 Perintah Dasar pada CMUCam2+ ... 13
II.2.2 Tipe Data CMUCam2+ ... 15
II.3 Pengendali Mikro ... 16
II.3.1 Pengenalan ATMEL AVR RISC ... 16
II.3.2 Pengendali Mikro ATmega16 ... 17
vi Universitas Kristen Maranatha
II.3.2.2 Konfigurasi Pin ATmega16 ... 19
II.3.2.3 Blok ATmega16 ... 21
II.3.2.4 General Purpose Register ATmega16 ... 23
II.3.2.5 Peta Memori ATmega16 ... 23
II.3.2.6 PWM (Pulse Width Modulation) ATMega16 ... 25
II.3.2.7 Pin Input/Output ATmega16 ... 27
II.3.2.8 I2C (Inter-Integrated Circuit ) ATMega16... 27
II.3.2.9 USART (The Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver and Transmitter) ATmega16 ... 28
II.4 Sistem Kendali ... 30
II.4.1 Pengendali On – Off (Two Position Controller) ... 32
II.4.2 Tracking Control System ... 32
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI III.1 Perancangan Sistem Kendali Penjejakan Radio Control Helikopter (RC Heli) Menggunakan Vision sensor CMUCam2+……… 34
III.1.1 Diagram Blok Sistem Kendali Penjejakan RC Heli Menggunakan Vision sensor CMUCam2+…………..…….. 34
III.1.2 Ilustrasi Sistem………...………..……….. 35
III.1.3 Ide yang Telah Digunakan ………..……….. 36
III.2 Pengaturan Vision sensor CMUCam2+ untuk Menjejak RC Heli ... 36
II.2.1 Pemilihan Baud Rate ... 37
II.2.2 Komunikasi Serial CMUCam2+ dengan Komputer ... 38
II.2.3 Penentuan RGB Maksimum dan Minimum Titik yang Akan di-track Melalui CMUCam2+ GUI ... 39
III.3 Microsoft Visual Basic 6.0 ... 41
III.3.1 Desain Program Aplikasi Microsoft Visual Basic 6.0.…….… 42
III.3.2 Algoritma Penentuan Gerakan RC Heli Menggunakan Microsoft Visual Basic 6 ... 45
III.4 Realisasi Rangkaian Pengendali RC Heli Menggunakan ATMega16 .. 47
vii Universitas Kristen Maranatha III.4.2 Algoritma Pemrograman Pengendali Mikro ATMega16…… 49 BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA
IV.1 Pengujian Vision Sensor CMUCam2+ ... . 53 IV.2 Pengujian Gerakan RC Heli ... . 64 IV.3 Pengujian Tracking Control RC Heli Menggunakan Vision Sensor
CMUCam2+ ... . 65 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan ... . 70 V.2 Saran ... . 71 DAFTAR PUSTAKA ... . 72
LAMPIRAN – A Foto Radio Control Helikopter
LAMPIRAN – B Program pada Microsoft Visual Basic 6 dan Pengendali Mikro ATMega16
viii Universitas Kristen Maranatha
10. Tabel 4.2 Analisis Perbandingan Pixel Terdeteksi pada Posisi I dengan Pixel Sebenarnya ………....…..………..… 55
11. Tabel 4.3 Analisis Perbandingan Pixel Terdeteksi pada Posisi II dengan Pixel Sebenarnya ………....…..………..… 56
12. Tabel 4.4 Analisis Perbandingan Pixel Terdeteksi pada Posisi III dengan Pixel Sebenarnya ..………….………....…..………..… 57
13. Tabel 4.5 Analisis Perbandingan Pixel Terdeteksi pada Posisi IV dengan Pixel Sebenarnya ..……….………....…..………..… 58
14. Tabel 4.6 Analisis Perbandingan Pixel Terdeteksi pada Posisi V dengan Pixel Sebenarnya ………....…..………..… 60
15. Tabel 4.7 Analisis Perbandingan Pixel Terdeteksi pada Posisi VI dengan Pixel Sebenarnya ..……….………....…..………..… 61
16. Tabel 4.8 Analisis Perbandingan Pixel Terdeteksi pada Posisi VII dengan Pixel Sebenarnya ……….…..…..…..… 62
17. Tabel 4.9 Analisis Perbandingan Pixel Terdeteksi pada Posisi VIII dengan Pixel Sebenarnya ………....……...… 63
18. Tabel 4.10 Analisis Perbandingan Pixel Terdeteksi pada Posisi IX dengan Pixel Sebenarnya ..…….………....…..………..… 65
x Universitas Kristen Maranatha
17. Gambar 2.17 General Purpose Register ATmega16 ... 23
18. Gambar 2.18 Pemetaan Memori ATmega16 ... 24
19. Gambar 2.19 Pemetaan Memori Data ATmega16 ... 25
20. Gambar 2.20 Phase & Frequency Correct PWM ... 26
26. Gambar 3.1 Diagram Blok Penjejakan Set Point dengan Mengendalikan RC heli Menggunakan Vision Sensor CMUCam2+ ... 34
xi Universitas Kristen Maranatha
28. Gambar 3.3 CMUCam2+ Board Layout ... 36
29. Gambar 3.4 Konfigurasi Jumper Baud Rate ... 38
30. Gambar 3.5 Konfigurasi Kabel Serial CMUCam2+ dengan Komputer 39 31. Gambar 3.6 Contoh Tampilan GUI Mengambil Gambar ... 40
32. Gambar 3.7 Nilai RGB Maksimum dan Minimum ... 41
33. Gambar 3.8 Tampilan Visual Basic untuk Mengendalikan Gerakan RC Heli ... 42
34. Gambar 3.9 Diagram Alir Tracking Posisi RC heli dan Penentuan Gerakan RC heli ... 45
35. Gambar 3.10 Skematik Rangkaian Pengendali Gerakan RC heli ... 48
36. Gambar 3.11a Diagram Alir Pergerakan RC heli pada ATMega16……… 49
37. Gambar 3.11b Diagram Alir Gerakan Hover ... 50
38. Gambar 3.11c Diagram Alir Gerakan Maju ... 50
39. Gambar 3.11d Diagram Alir Gerakan Naik ... 51
40. Gambar 3.11e Diagram Alir Gerakan Naik dan Maju……… 51
41. Gambar 3.11f Diagram Alir Gerakan Turun ... 52
42. Gambar 3.11g Diagram Alir Gerakan Turun dan Maju... 52
LAMPIRAN A
A-1
A-2
A-3
A-4
A-5
LAMPIRAN B
PROGRAM PADA MICROSOFT VISUAL BASIC 6 DAN
B-1
MICROSOFT VISUAL BASIC 6
B-12 End Sub
//--- // Program pada Timer4 (Penghitung Lamanya Proses)
//--- Private Sub Timer4_Timer()
Label4.Caption = Val(Label4.Caption) + 1 End Sub
//--- // Program pada Timer5 (Pengambil Data CMUCam2+)
//--- Private Sub Timer5_Timer()
B-13
PENGONTROL MIKRO ATMEGA16 /***************************************************** This program was produced by the
CodeWizardAVR V1.25.3 Professional Automatic Program Generator
© Copyright 1998-2007 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l. http://www.hpinfotech.com
Project : Pengontrol Remote RC Heli Version : 1
Date : 9/27/2010
B-14
// USART Receiver buffer #define RX_BUFFER_SIZE 8
// This flag is set on USART Receiver buffer overflow bit rx_buffer_overflow;
B-15 rx_buffer[rx_wr_index]=data;
if (++rx_wr_index == RX_BUFFER_SIZE) rx_wr_index=0; if (++rx_counter == RX_BUFFER_SIZE)
{
// Get a character from the USART Receiver buffer #define _ALTERNATE_GETCHAR_
if (++rx_rd_index == RX_BUFFER_SIZE) rx_rd_index=0; #asm("cli")
// Standard Input/Output functions #include <stdio.h>
B-16 // Declare your global variables here
int G = 0; void main(void) {
// Declare your local variables here
// Input/Output Ports initialization // Port A initialization
// Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=Out Func0=Out
// State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 State1=0 State0=0 PORTA=0x00;
DDRA=0xFF;
// Port B initialization
// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In
// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTB=0x00;
DDRB=0x00;
// Port C initialization
// Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=Out Func0=Out
// State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 State1=0 State0=0 PORTC=0x00;
DDRC=0xFF;
// Port D initialization
B-17
// State7=0 State6=0 State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTD=0x00;
DDRD=0xC0;
// Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC0 output: Disconnected TCCR0=0x00;
TCNT0=0x00; OCR0=0x00;
// Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 1 Stopped // Mode: Normal top=FFFFh // OC1A output: Discon. // OC1B output: Discon. // Noise Canceler: Off
B-18 OCR1AH=0x00;
OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00;
// Timer/Counter 2 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 2 Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC2 output: Disconnected ASSR=0x00;
TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00;
// External Interrupt(s) initialization // INT0: Off
// INT1: Off // INT2: Off MCUCR=0x00; MCUCSR=0x00;
// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x00;
// USART initialization
// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity // USART Receiver: On
B-19
// Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off
// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80;
SFIOR=0x00;
// Global enable interrupts #asm("sei")
//--- //Program Untuk Memberikan Delay 7 Detik dan Kecepatan Motor DC dan Posisi //Motor Servo yang Dimulai Setelah Batere Dipasangkan
LAMPIRAN C
1 Universitas Kristen Maranatha BAB I
PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi tentang latar belakang, identifikasi masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, spesifikasi alat, dan sistematika penulisan laporan tugas akhir.
I.1 Latar Belakang
Dengan perkembangan GPS (Global Positioning System) saat ini, maka posisi dari suatu benda di muka bumi dapat diketahui. Dengan menggunakan GPS, sistem autopilot kendaraan bisa dibuat menjadi lebih baik. Contohnya pada pesawat terbang, pada saat pesawat mengudara dan mendarat, pesawat dikendalikan secara manual, namun pada saat berada di angkasa, pesawat terbang dikendalikan secara autopilot. Saat berada dalam keadaan autopilot tersebut, perlu ditentukan jalur yang akan ditempuh. Maka dibutuhkan tracking yang tepat agar pesawat dapat mencapai tujuan yang diinginkan. Hal inilah yang mendasari ide untuk membuat tracking control untuk helikopter.
I.2 Identifikasi Masalah
Bagaimana agar RC heli dapat mencapai suatu tujuan/set point secara otomatis.
I.3 Perumusan Masalah
Mendeteksi posisi RC heli dengan vision sensor CMUCam2+ dan mengendalikannya agar bergerak di jalur (set point) yang diinginkan.
I.4 Tujuan
Bab I Pendahuluan 2
Universitas Kristen Maranatha I.5 Pembatasan Masalah
Dalam tugas akhir ini, masalah dibatasi sampai hal-hal berikut yaitu : 1. RC heli dibuat menjadi sewarna dengan daerah kerjanya (hitam).
2. Diberi 1 penanda (titik berbentuk persegi berukuran 2 cm x 2 cm) pada titik berat RC heli yang berwarna putih.
3. Percobaan dilakukan di dalam ruangan tertutup (menghindari angin/gangguan dari luar).
4. Daerah kerja RC heli berukuran 49 cm x 33 cm.
5. RC heli bekerja dimulai dan diakhiri dalam keadaan hover (mengambang di udara).
6. Sistem kendali yang digunakan adalah sistem kendali ON-OFF, dengan ON adalah RC heli bergerak ke tujuan dan OFF adalah hover pada posisi terakhir RC heli.
7. RC heli hanya bergerak ke satu sisi (sisi kiri ke sisi kanan).
8. RC heli hanya menghasilkan 6 jenis gerakan, yaitu diam di tempat (hover), naik, turun, maju, diagonal ke atas (gabungan naik dan maju), dan diagonal ke bawa (gabungan turun dan maju).
9. RC heli dikendalikan oleh remote control yang dikendalikan secara otomatis menggunakan ATmega16, yang dihubungkan ke DAC0808.
10. Apabila penanda di badan RC heli berada di luar daerah kerja (tidak terdeteksi oleh CMUCam2+), maka RC heli akan berada dalam keadaan hover.
I.6 Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Menggunakan vision sensor CMUCam2+. 2. Menggunakan ATmega16.
Bab I Pendahuluan 3
Universitas Kristen Maranatha I.7 Sistematika Penulisan
Sistematika pembahasan laporan Tugas Akhir ini disusun menjadi lima bab, yaitu sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi tentang latar belakang, identifikasi masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, spesifikasi alat, dan sistematika penulisan laporan Tugas Akhir.
BAB II LANDASAN TEORI
Pada bab ini dijelaskan mengenai teori-teori penunjang yang diperlukan dalam merancang dan merealisasikan tracking control RC heli menggunakan CMUCam2+.
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI
Pada bab ini dijelaskan tentang Perancangan penjejakan set point dengan mengendalikan Radio Control Helikopter (RC heli) menggunakan vision sensor CMUCam2+, pengaturan vision sensor CMUCam2+ untuk menjejak RC heli, perancangan dan realisasi penentuan gerakan RC heli di komputer menggunakan
Microsoft Visual Basic 6, realisasi rangkaian pengendali remote control RC heli
menggunakan ATmega16.
BAB IV ANALISA DAN DATA PENGAMATAN
Pada bab ini dijelaskan tentang proses pengambilan data pengamatan, pengujian tracking control menggunakan CMUCam2+, dan analisisnya.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
67 Universitas Kristen Maranatha BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari tugas akhir dan saran-saran yang perlu dilakukan untuk perbaikan di masa mendatang.
V.1 Kesimpulan
Dengan memperhatikan data pengamatan dan analisis pada bab sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa:
1. Motor driver L293, L298, dan LMD18200 tidak dapat memberikan
kecepatan putaran pada motor DC yang dibutuhkan untuk terbang.
2. Berdasarkan hasil percobaan CMUCam2+, hasil tracking dengan error rata – rata terkecil berada di pusat daerah kerja dengan error posisi x sebesar 5,010966% dan error posisi y sebesar 44,97954%, sedangkan target terburuk berada di di titik VII dengan error posisi x sebesar 227,7637% dan error posisi y sebesar 67,19262%. Error rata – rata dari percobaan ini untuk posisi x adalah 56,37003%, sedangkan untuk posisi y adalah 46,42112%. Error yang besar ini disebabkan oleh cahaya, warna, dan ukuran daerah kerja. 3. RC heli menghasilkan gerakan tidak seperti yang diharapkan dikarenakan
oleh ketidakstabilan RC heli dalam melakukan gerakan hover yang menyebabkan gerakan – gerakan yang lain tidak berhasil (tidak stabil). 4. Berdasarkan hasil percobaan, sistem kendali yang dibuat dalam Tugas Akhir
Bab V Kesimpulan dan Saran 71
V.2 Saran
Saran-saran yang dapat diberikan untuk perbaikan dan pengembangan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Mencari dan menggunakan motor driver yang tepat, sehingga RC heli dapat dikendalikan dengan lebih stabil dan leluasa (keluaran dari pengontrol mikro dan motor driver lebih tetap, tidak seperti remote control RC heli).
72 Universitas Kristen Maranatha DAFTAR PUSTAKA
1. Andrianto, H., Buku Panduan : Pelatihan Mikrokontroler AVR ATmega16, 2008.
2. Sigit, Riyanto. Robotika, Sensor, Dan Aktuator, Edisi ke-1, Yogyakarta:Graha Ilmu, 2007.
3. Ogata, Katsuhiko. Modern Control Engineering (4th edition). Prentice-Hall, 2002.
4. Anonymous, ATmega16 datasheet. Amerika : Atmel. 2010.
