SISTEM CERDAS PELACAK ANAK LUAR RUANG
Aripin Iskandar
1; Ronny Haryanto
2; Wendi
3; Lukas S. Tanutama
4 4 Jurusan Sistem Komputer; Fakultas Ilmu Komputer; BINUS UniversityJalan K.H. Syahdan No. 9, Palmerah, Jakarta Barat 11480 lukast12@binus.edu
ABSTRACT
The development of navigation technology provides a probability to know its geographic location of a place to the target or object. This research objective is to develop a system that can provide geographic information in the form of distance and direction of the object location, in this case a child, using GPS technology and SMS communication technology. Both technologies convey the information location of the child to the parents. The system can be used to help searching process compared to old methods. This research used literature study method of learning about the theory associated with system design, laboratory research by conducting various experiments; both hardware and software used, and field testing to the system. The Result of the tests is the system can provide distance and direction of the child to the parents, making it easier to search for the child. The conclusion that can be obtained from this research is the system can be used to perform a search outside the room.
Keywords: Navigation technology, GPS, SMS
ABSTRAK
Perkembangan teknologi navigasi memberikan kemungkinan untuk dapat mengetahui lokasi geografik dari tempat yang ingin dituju atau objek yang ingin dicari dan posisi sesaat. Tujuan penelitian adalah untuk mengembangkan sistem yang dapat memberikan informasi geografik berupa jarak dan arah lokasi obyek dalam hal ini seorang anak dengan menggunakan teknologi GPS serta teknologi komunikasi SMS. Kedua teknologi ini menyampaikan informasi lokasi anak kepada orang tua. Sistem ini dapat memudahkan dan dapat digunakan untuk pencarian dibandingkan dengan cara tradisional. Penelitian ini menggunakan metode studi kepustakaan berupa pembelajaran mengenai teori yang berhubungan dengan perancangan sistem, penelitian laboratorium dengan melakukan berbagai percobaan baik hardware maupun software yang digunakan, dan pengujian lapangan terhadap alat. Hasil dari pengujian yang dilakukan adalah sistem bisa memberikan jarak dan arah anak terhadap orang tua sehingga memudahkan dalam melakukan pencarian terhadap anak. Kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah sistem dapat digunakan untuk melakukan pencarian di luar ruangan.
PENDAHULUAN
Perkembangan dunia teknologi ditujukan semakin mempermudah dan memberikan kenyamanan dalam hidup manusia. Salah satu aspek kenyamanan adalah perasaan aman dari hal-hal yang tidak diinginkan, misalnya orang tua yang ingin mencari anaknya yang lepas dari pengawasan atau diculik. Solusi yang dikembangkan adalah menggunakan GPS (Global Positioning System) yang memungkinkan manusia dapat mengetahui posisinya dan lokasi tempat yang ingin dituju atau objek yang ingin dicari.
Tujuan dari sistem ini adalah mengembangkan suatu sistem yang dapat memberikan informasi navigasi berupa jarak dan arah modul anak (objek yang dipantau) terhadap orang tua (pemantau) dengan menggunakan teknologi GPS, GPS untuk memperoleh data lokasi dan teknologi SMS untuk komunikasi antar modul. Manfaat dari sistem ini adalah untuk memberikan kemudahan dalam melakukan penulusuran apabila anak lepas dari pantauan orang tua. Dengan demikian dapat melakukan pemantauan oleh orang tua terhadap anak karena dapat mengetahui posisi dalam jarak dan arah anak bila diinginkan.
PEMBAHASAN
Rumus Haversine
Rumus Haversine adalah persamaan yang penting dalam bidang navigasi, formula ini dapat memberikan jarak lingkaran besar antara dua titik pada sebuah bentuk bola dari garis lintang dan garis bujur. Rumus tersebut biasa ditulis dalam bentuk fungsi haversine, atau haversin(θ) = sin2(θ/2). Rumus ini hanyalah suatu pendekatan apabila diterapkan pada bumi, karena bumi
bukanlah bola sempurna. Terdapat sedikit koreksi, biasanya sebesar 0,1% (dengan asumsi mean geometrik R = 6.367,45 km yang digunakan), karena ini bumi sedikit berbentuk lonjong dan tidak benar-benar berbentuk bola. Rumus tersebut dapat diaplikasikan bila mengasumsikan bahwa bumi berbentuk bulat sempurna dengan jari-jari R (6.367,45 km) dan mengetahui lokasi dari 2 titik di koordinat bola (lintang dan bujur) yang masing-masing adalah lon1, lat1 dan lon2, lat2 (lon dari longitude dan lat dari latitude).
Blok Diagram Sistem
Gambar 1 Blok diagram sistem
Kedua sistem tersebut (pada Gambar 1) menggunakan catu daya dari baterai. Sistem master dan client menggunakan mikropengendali sebagai bagian yang mengatur keseluruhan kerja sistem. Pada sistem client, beban kerja mikropengendali adalah pengecekan SMS dari sistem master dan jika ada request dari master maka sistem client mengambil data posisi dari modul GPS dan mengirimkan data posisinya (dari modul GPS) melalui SMS dengan menggunakan modul komunikasi. Beban kerja sistem master pertama kali adalah menyimpan nomor sistem client, sistem master, dan durasi pengiriman, master akan melakukan pengambilan data posisi client dari modul komunikasi dan mengambil data posisinya sendiri dari modul GPS. Dengan informasi posisi sistem master dan sistem client dilakukan kalkulasi untuk memperoleh nilai jarak dan sudut antara master terhadap client dan ditampilkan pada LCD grafik. Keypad berfungsi sebagai media input dari user untuk sistem master. Modul kompas digunakan untuk menentukan arah yang tepat untuk bergerak. MMC sebagai media penyimpanan yang akan digunakan untuk melacak perjalanan sistem client.
Perancangan Sistem
Diagram Alir Program Utama Sistem Master
Gambar 2 Diagram alir program utama sistem master
Algoritma yang digunakan untuk modul master dimulai dengan proses inisialisasi LCD grafik, GPS, keypad, dan kompas. Setelah inisialisasi, program akan mencetak logo dan menampilkan tulisan pengenalan. Setelah itu program akan melakukan inisialisasi untuk modul GSM dan melakukan pengecekan status dari MMC. Setelah melakukan proses-proses inisialisasi, program akan masuk ke bagian pengulangan terus menerus selama masih diaktifkan. Program pertama kali akan melakukan pengecekan input dari keypad. Kemudian program akan mengecek status apakah modul master terhubung dengan modul client dan menampilkan statusnya ke LCD. Kemudian program akan mengecek apakah ada SMS masuk. Jika ada SMS masuk maka program akan melakukan pembacaan SMS dan kemudian menghapusnya. Selanjutnya data SMS dari modul client berupa data GPS modul client tersebut akan diolah lagi dengan mengelompokkan data tersebut berdasarkan data garis lintang dan garis bujurnya dan kemudian disimpan ke dalam variabel-variabelnya masing-masing. Setelah itu, bila status MMC siap untuk menyimpan data, maka data tersebut akan disimpan ke dalam MMC. Jika modul master tidak mendapatkan SMS, maka program akan mengecek apakah ada panggilan masuk untuk nomor modul master. Jika ada panggilan masuk maka program akan menolak panggilan tersebut. Setelah itu program akan mengecek apakah ada data GPS yang masuk, bila ada maka dilakukan pengecekkan apakah data GPS itu valid. Jika data GPS tersebut valid maka akan dilakukan pengolahan data GPS. Setelah didapat data GPS modul master dan modul client, maka program akan melakukan kalkulasi jarak dengan persamaan haversine. Setelah itu dilakukan kalkulasi sudut. Sudut kalkulasi menggunakan arah utara bumi sebagai patokannya. Kemudian akan diketahui sudut antara kedua modul tersebut. Selanjutnya dilakukan pengambilan data kompas untuk mengetahui saat ini modul master sedang menghadap kemana. Data kompas tersebut kemudian dicetak ke LCD. Dari data kompas yang didapat akan dikalkulasi lagi untuk mengetahui berapa besar derajat pengguna modul master harus berpindah sampai dengan posisi modul client ada di hadapannya. Kemudian pencetakkan sudut selisih hasil kalkulasi dan jarak antara kedua modul. Sebagai penunjuk arah posisi modul client terhadap modul master, dilakukan pencetakkan anak panah dari data selisih sudut antar dua modul dengan arah yang menunjuk kepada posisi modul client.
Diagram Alir Program Utama Sistem Client
Program utama untuk modul client dimulai dengan pengaktifan modul GSM dan inisialisasi awal untuk modul GSM dan GPS. Setelah itu program akan memerintahkan modul GSM untuk masuk ke sleep mode dengan tujuan untuk menghemat daya agar baterai tidak cepat habis. Setelah inisialisasi awal, program akan masuk ke bagian perulangan terus menerus. Dimulai dari pengecekan apakah ada SMS yang masuk Jika ada SMS yang masuk maka program akan memerintahkan modul GSM untuk keluar dari sleep mode. Kemudian dilakukan pembacaan SMS tersebut, simpan data SMS ke variabel, dan hapus SMS tersebut. Terdapat dua kemungkinan data yang dikirim oleh modul master yakni apakah berupa permintaan (request) untuk data posisi modul client ataukah permintaan berhenti untuk mengirimkan data posisi. Selanjutnya nilai-nilai variabel dikembalikan ke semula agar dapat dilakukan pengecekan selanjutnya. Sebaliknya jika tidak ada SMS yang masuk, maka akan dilakukan pengecekan apakah ada panggilan telepon yang masuk. Jika ada maka program memerintahkan modul komunikasi untuk menolak panggilan tersebut. Jika tidak ada panggilan masuk maka program akan mengecek apakah ada data GPS yang masuk. Jika ada data GPS yang masuk maka program akan mengecek apakah data tersebut valid dan waktu tunda sudah dipenuhi. Waktu tunda ini berfungsi untuk memberikan jeda waktu pengiriman SMS data GPS kepada modul master. Jika kondisi tersebut terpenuhi maka data GPS yang sudah diperoleh dan diolah tersebut akan disampaikan ke modul komunikasi untuk dikirimkan via SMS. Kemudian program akan mengecek apakah sistem sedang tidak melayani request dari master dan saat itu modul sedang tidak dalam kondisi sleep mode. Jika kondisi tidak terpenuhi (modul client sedang melayani request dari modul client) maka program akan kembali melakukan perulangan pengecekan status input dari modul GSM. Sebaliknya jika kondisi tersebut terpenuhi maka program akan memerintahkan modul GSM untuk masuk ke dalam sleep mode.
Gambar 3 Diagram alir program utama sistem client
Implementasi dan Evaluasi
Spesifikasi Sistem Modul Master
Spesifikasi sistem modul master yaitu (1) sumber tegangan yang menggunakan baterai Lithium-Polymer 7,4 volt; (2) konsumsi arus terdiri dari inisialisasi awal = 210 mA, GSM dan GPS sudah mendapatkan sinyal = 150 mA, ketika mengirim dan menerima sms = 190 mA, ketahanan baterai menggunakan Lithium Polymer – 2000mAh 7.4 volt (dalam kondisi stand by + 10 jam dan dalam kondisi operasional + 8 jam); (3) mikropengendali ATMega162 (frekuensi kristal 11.0592 MHz); (4) layar LCD grafik Nokia 3310 84 X 48 pixel; (5) media penyimpanan MMC 2 GB (FAT-16); (6) jaringan GSM; (7) menggunakan protokol AT Command; (8) waktu inisialiasi awal ± 3 menit untuk pertama kali penghidupan, penghidupan berikutnya kurang dari 1 menit; (9) eror GPS sekitar 5 meter; (10) menggunakan format data GPS NMEA; (11) kemampuan modul, yaitu kalkulasi jarak dan sudut modul client terhadap modul master, mengetahui data posisi dari GPS, dan menerima data posisi modul client melalui SMS.
Spesifikasi Sistem Modul Client
Spesifikasi sistem modul client yaitu (1) sumber tegangan menggunakan baterai Lithium-Polymer 3.7 volt; (2) konsumsi arus, yang terdiri dari inisialisasi awal = 150 mA, masuk mode sleep = 113 mA, keluar mode sleep = 125 mA, GSM dan GPS sudah mendapat sinyal dan masuk mode sleep = 96 mA, ketika mengirimkan dan menerima sms = 160 mA, ketahanan baterai
menggunakan Lithium Polymer – 2000mAh 3.7 volt (dalam kondisi stand by + 15 jam dan dalam kondisi operasional + 9 jam); (3) prosessor ATMega162 (frekuensi kristal 11.0592 MHz); (4) jaringan GSM; (5) menggunakan protokol AT Command; (6) waktu inisialiasi awal ± 3 menit untuk pertama kali penghidupan, penghidupan berikutnya kurang dari 1 menit; (7) eror GPS sekitar 5 meter; (8) menggunakan format data GPS NMEA; (9) kemampuan modul yaitu mengetahui data posisi dari GPS dan mengirim data posisi ke modul master melalui SMS.
Parameter dan Evaluasi Percobaan-Percobaan yang Dilakukan
Menguji sistem dengan membandingkan posisi dan arah yang ditampilkan pada sistem dengan posisi dan arah yang sebenarnya. Pengujian akurasi jarak dan sudut sistem yang pertama adalah dengan membandingkan kalkulasi jarak sistem dengan jarak sebenarnya dengan modul master diam di titik acuan dan modul client bergerak sesuai dengan arah mata angin. Pengujian akurasi jarak dan sudut sistem yang kedua adalah dengan membandingkan kalkulasi jarak sistem dengan jarak sebenarnya dengan modul master diam di titik acuan, namun modul client bergerak secara acak.
Gambar 4 Grafik hasil pengujian akurasi jarak I
Gambar 5 Grafik hasil pengujian akurasi jarak II
0 2 4 6 8 10 5 5 101015152020252530303535404045455050 Simpangan Jarak (meter) Posisi Pengambilan Data (meter)
Pengujian Kalkulasi Jarak
Utara Timur Selatan Barat 0 1 2 3 4 5 6 5 5 5 5 5 101010101015151515152020202020 Simpangan Jarak (meter) Posisi Pengambilan Data (meter)Pengujian Kalkulasi Jarak
AcakGambar 6 Grafik hasil pengujian akurasi sudut I
Gambar 7 Grafik hasil pengujian akurasi sudut II
Jarak dan sudut yang diberikan oleh sistem masih berada dalam toleransi dimana untuk jarak adalah 10 meter (sesuai dengan toleransi maksimal modul GPS) dan sudut adalah 45o (sesuai
dengan perbedaan sudut antar arah panah). Sistem kemudian diuji dengan melakukan simulasi pencarian dengan kondisi client diam dan dengan kondisi client bergerak.
Gambar 8 Simulasi pencarian dengan client diam 0 10 20 30 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Simpangan Sudut (derajat) Posisi Pengambilan Data (meter)
Pengujian Kalkulasi Sudut
Utara Timur Selatan Barat 0 20 40 60 5 5 5 10 10 15 15 15 20 20 Simpangan Sudut (derjat) Posisi Pengambilan Data (meter)Pengujian Kalkulasi Sudut
AcakDari pengujian yang dilakukan posisi, client ditemukan pada pertigaan di Jalan Sandang atau sekitar adalah 219 meter dari master (kampus syahdan). Waktu yang diperlukan untuk menemukan client adalah 5 menit 34 detik.
Gambar 9 Simulasi pencarian dengan client bergerak
Dari percobaan yang dilakukan pencarian terakhir ditemukan di tengah Jalan Hj. Taisir. Waktu yang diperlukan untuk menemukan client adalah 4 menit 37 detik.
PENUTUP
Dari sistem yang telah dikembangkan, dapat diketahui bahwa waktu yang dibutuhkan untuk modul GPS mendapatkan sinyal yang dipengaruhi oleh lokasi, struktur, dan keadaan lingkungan sekitar. Periode waktu pengiriman data GPS melalui SMS secara kenyataan tidak berbeda jauh dengan periode waktu yang telah ditentukan. Gangguan terhadap sistem berupa telepon atau SMS tidak mempengaruhi keberhasilan sistem untuk mengirimkan data GPS, tetapi mempengaruhi periode waktu pengiriman data. Waktu penyimpanan data ke dalam MMC dipengaruhi oleh banyaknya data di dalam MMC tersebut. Perlu diperhatikan bahwa kemiringan modul kompas digital mempengaruhi akurasi data dari kompas digital. Dari pengujian yang dilakukan ternyata hasil kalkulasi jarak dan sudut oleh sistem berada dalam toleransi yang diberikan. Sesuai dengan tujuan pengembangan sistem yaitu sistem ini dapat digunakan untuk mencari anak di ruang luar.
DAFTAR PUSTAKA
Leigh, C.W. (1934). Plane and Spherical Trigonometry, 4th Edition. McGraw-Hill, Chicago.
Kingsley-Hughes, K. (2005). Hacking GPS. Wiley Publishing, Inc., Indiana.
Axelson, J. (2006). USB Mass Storage: Designing and Programming Devices and Embedded Hosts. Lakeview Research LLC, Madison.
Mautz, R; Ochieng, W.Y. (2007). A Robust Indoor Positioning and Auto-Localisation Algorithm. Journal of Global Positioning System, Vol 6(1), p38-p46.
R. W. Sinnott. (1984). Virtues of the Haversine. Sky and Telescope, Vol 68(2), p159. Ivis, F. (2006). Calculating Geographic Distance: Concepts and Methods.
Anonymous, Deriving the Haversine Formula, http://mathforum.org
Ed Williams, Aviation Formulary V1.44, http://williams.best.vwh.net/avform.htm Yohannes Surya, LCD Gimana sih Kerjanya, www.yohannessurya.com
