T1 612008039 BAB III

BAB III

PERANCANGAN ALAT

Bab ini akan menjelaskan tentang perancangan, gambaran sistem serta realisasi

perangkat keras maupun perangkat lunak yang digunakan pada tongkat tunanetra.

3.1.

Gambaran Alat

Alat yang akan direalisasikan dalam skripsi ini adalah tongkat tunanetra yang

dapat mendeteksi adanya penghalang, lubang dan disertai dengan navigasi yang dapat

membantu orang tunanetra untuk mencapai tujuannya. Blok diagram keseluruhan sistem

dari alat ini dapat dilihat pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Blok Diagram Tongkat Tunanetra

Dari blok diagram dapat dilihat mikrokontroler sebagai pengendali utama yang

mana berfungsi sebagai pengolah data mentah dari modul GPS, sensor akselerometer,

sensor ultrasonik dan LCD. Modul dan sensor tersebut mendapatkan sumber tegangan 5V

dari mikrokontroler sedangkan modul suara mendapatkan sumber tenaga 3,3V dari

3.2.

Pembuatan Mekanik Tongkat Tunanetra

Mekanik tongkat tunanetra ini memiliki beberapa bagian yaitu untuk pengguna

(tunanetra),

user interface

untuk operator ( orang normal yang membantu menyimpan

tujuan ), mekanik untuk pendeteksi penghalang dan lubang.

Adapun realisasi pembuatan

tongkat tunanetra ini ditunjukkan oleh Gambar 3.2

–

3.5

Gambar 3.2. Tombol Pengguna

Gambar 3.4. Pendeteksi Penghalang Dan Lubang

Gambar 3.5. Mekanik Tongkat Keseluruhan

3.3.

Modul Elektronik Tongkat Tunanetra

Pada perancangan tongkat tunanetra ini terdiri dari beberapa modul elektronik

yaitu sensor ultrasonik SRF05, sensor akselerometer ADXL345, GPS dengan Itead

3.3.1. Sensor Jarak SRF05

Pada skripsi ini menggunakan 2 sensor jarak SRF05 yaitu sebagai pendeteksi

penghalang dan lubang. Pemasangan SRF05 pada tongkat tunanetra ini dapat dilihat pada

Gambar 3.4. Untuk pendeteksi penghalang diletakkan 20cm dari bawah tongkat dan

untuk pendeteksi lubang diletakkan di akrilik yang terhubung dengan tongkat sejauh

30cm dari bawah dan 30cm ke depan tongkat.

3.3.1.1. Pendeteksi Penghalang

Pendeteksi penghalang dibatasi dengan jarak maksimal pengukuran jarak sejauh

200 cm, dan untuk mengukur adanya penghalang dibatasi jarak sejauh 150 cm. Jika

penghalang berada di jarak < 150 cm maka akan terdeteksi sebagai penghalang, dan

apabila penghalang berada > 150 cm maka tidak ada penghalang yang terdeteksi. Jika

penghalang berada > 200 cm maka sensor akan membaca 0 cm dan tidak ada penghalang

yang terdeteksi. Pada sensor jarak untuk pendeteksi lubang juga diberi jarak sejauh

>10cm dari permukaan tanah, maka sensor tersebut akan berfungsi sebagai pendeteksi

penghalang juga. Untuk keterangan selanjutnya dijelaskan pada ilustrasi Gambar 3.6.

3.3.1.2. Pendeteksi Lubang

Untuk pendeteksi lubang dibatasi dengan jarak maksimal pengukuran jarak

sejauh 200 cm, dan untuk mengukur adanya lubang dibatasi jarak sejauh 40 cm. Jika ada

lubang dengan kedalaman < 40 cm maka tidak terdeteksi adanya lubang, dan apabila ada

lubang di kedalaman > 40 cm maka akan terdeteksi adanya lubang. Untuk keterangan

selanjutnya dijelaskan pada ilustrasi Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Ilustrasi Pendeteksi Lubang

3.3.2. Sensor Akselerometer ADXL345

Pada skripsi ini terdapat sensor akselerometer ADXL345 yang berfungsi untuk

mengukur sudut kemiringan tongkat. Hal ini dikarenakan tongkat yang dipegang

tunanetra akan diayun kedepan ataupun kebelakang. Dari ayunan tersebut akan

membentuk sudut yang membuat tongkat menjadi miring dan akan mengganggu kerja

dari sensor ultrasonik. Salah satu cara untuk mendapatkan data kemiringan sudut adalah

dengan mengolah data percepatan gravitasi pada ketiga sumbu sekaligus. Gambar 3.8.

Gambar 3.8. Berbagai Posisi Kemiringan Sudut Dari Sensor Akselerometer

Kemiringan sudut ,

�,

dan

dapat dihitung dengan mengolah data percepatan

gravitasi pada ketiga sumbu dengan menggunakan rumus sebagai berikut [12]:

θ = tan

−

(

A

,O

√A

_,O

+ A

_,O

)

.

� = tan

−

(

A

,O

√A

_,O

+ A

_,O

)

.

Φ = tan

−

(

√A

_,O

+ A

_,O

A

,O

)

.

Di mana:



A

X, Out

: percepatan gravitasi pada sumbu X.



A

Y, Out

: percepatan gravitasi pada sumbu Y.



A

Z, Out

: percepatan gravitasi pada sumbu Z.

Pada skripsi ini akan digunakan kemiringan sudut

saja sebagai acuan

kemiringan sudut dari tongkat tunanetra ini. Karena posisi sumbu x akselerometer diatur

sesuai perubahan sudut dari tongkat tunanetra tersebut.

Sebelum dapat digunakan untuk mengukur kemiringan sudut, terlebih dahulu diuji

apakah sensitivitas akselerometer digital sama untuk setiap sumbu

x, y,

dan

z

. Hal ini

penting karena untuk mendapatkan data kemiringan sudut yang akurat dengan

menggunakan rumus sebelumnya, sensitivitas sensor pada setiap sumbu harus sama atau

tidak memiliki selisih yang jauh. Setelah dilakukan pengujian ternyata ditemukan bahwa

sensitifitas setiap sumbu tidak sama. Jika tidak sama, maka diperlukan kalibrasi untuk

menyamakan data setiap sumbu. Berikut adalah persamaan kalibrasinya:

=

(�

,� �

− �

,��

)

.

���

= �

,� �

−

�

.

�

,� �

=

(�

,�

−

���

)

�

.

=

(�

,� �

− �

,��

)

.

���

= �

,� �

−

�

.

�

,� �

=

(�

,�

−

���

)

�

.

=

(�

,� �

− �

,��

)

.

���

= �

,� �

−

�

.

�

,� �

=

(�

,�

−

���

)

Dengan:



�

: sensitivitas sumbu X akselerometer.



�

Off

:

offset

sumbu X akselerometer.



A

,Max

: percepatan gravitasi maksimum pada sumbu X positif (LSB).



�

,��

: percepatan gravitasi minimum pada sumbu X negatif (LSB).



�

,�

: percepatan gravitasi pada sumbu X (LSB).



�

,� �

: percepatan gravitasi sumbu X terkalibrasi (dalam g).



�

: Sensitifitas sumbu Y akselerometer.



�

Off

:

Offset

sumbu Y akselerometer.



A

,Max

: percepatan gravitasi maksimum pada sumbu Y positif (LSB).



�

,��

: percepatan gravitasi minimum pada sumbu Y negatif (LSB).



�

,�

: percepatan gravitasi pada sumbu Y (LSB).



�

,� �

: percepatan gravitasi sumbu Y terkalibrasi (dalam g).



�

: sensitifitas sumbu Z akselerometer.



�

Off

:

offset

sumbu Z akselerometer.



A

,Max

: percepatan gravitasi maksimum pada sumbu Z positif (LSB).



�

,��

: percepatan gravitasi minimum pada sumbu Z negatif (LSB).



�

,�

: percepatan gravitasi pada sumbu Z (LSB).



�

,� �

: percepatan gravitasi sumbu Z terkalibrasi (dalam g).

3.3.3. Sistem Navigasi dengan Itead Arduino GPS NEO-6 Antenna Include

Pada skripsi ini menggunakan sistem navigasi sebagai petunjuk untuk

mengarahkan tunanetra sampai tujuan. Untuk navigasi, tongkat ini menggunakan modul

GPS arduino NEO-6 antenna include. Modul GPS ini memiliki keakuratan yang cukup

baik yaitu 2,5

–

3 meter.

Pada sistem navigasi ini membutuhkan bantuan orang lain ( orang normal )

sebagai operator untuk menyimpan tujuan-tujuan yang ingin di tuju oleh tunanetra.

Untuk membuat tujuan, operator harus menyimpan beberapa

check point

.

Check point

sendiri didapat dengan menyimpan yang didapat dari GPS. Adapun syarat-syarat yang



Jarak untuk menyimpan antar

Check point

harus lebih dari 3 meter.



Di setiap belokan/tikungan harus diberi

Check point

.



Untuk 1 tujuan tidak dapat menyimpan lebih dari 5 titik/Check point.



Antar Check point harus lurus, agar tunanetra tidak keluar jalur.

Pada navigasi terdapat arah untuk mengarahkan tunanetra apabila salah jalan dan

sistem navigasi ini juga dapat memberikan jarak antara tunanetra dengan tujuan yang

akan dituju.

3.3.3.1. Navigasi Arah

Untuk mendapatkan arah pada navigasi digunakan logika pengurangan lintang

dan pengurangan bujur.

∆

Lintang = lintang

Check point

–

lintang sekarang

∆

Bujur = bujur

Check point

–

bujur sekarang

Dari hasil pengurangan lintang akan didapat Check point selanjutnya ada di utara apabila

∆

lintang bernilai positif dan selatan apabila

∆

lintang bernilai negatif. Begitu juga dengan

pengurangan bujur akan didapat Check point selanjutnya ada di timur apabila

∆

bujur

bernilai positif dan barat apabila

∆

bujur bernilai negatif. Karena dalam 1 koordinat terdiri

dari lintang dan bujur maka sebagai berikut:

∆

Lintang ( + ) dan

∆

Bujur ( + ) arahnya adalah Timur Laut.

∆

Lintang ( + ) dan

∆

Bujur ( - ) arahnya adalah Barat Laut.

∆

Lintang ( - ) dan

∆

Bujur ( + ) arahnya adalah Tenggara.

∆

Lintang ( - ) dan

∆

Bujur ( - ) arahnya adalah Barat Daya.

3.3.3.2. Navigasi Jarak

Untuk mendapatkan jarak antara tunanetra dengan tujuan dapat dianalogikan

sebagai jarak dua titik pada bola, di mana bumi dianalogikan seperti sebuah bola

berbentuk benar-benar bulat.

Persamaan umum untuk mencari jarak dua titik pada bola disebut persamaan

=

�

√ �

∅ − ∅

+

∅

∅ �

� − �

(3.13)

Di mana :

d : jarak perpindahan ( meter )

ϕ , ϕ

: lintang

titik 1 dan lintang titik 2

λ

, λ

: bujur

titik 1 dan bujur

titik 2

r : jari-

jari bumi (≈ 6.335,439

km )

Persamaan ini didapatkan dari pendekatan bahwa bumi bener-benar bulat padahal

pada kenyataannya bumi berbentuk elips lingkar bumi pada garis katulistiwa bernilai

(≈6.335,439 km) berbeda pada lingkar kutub bernilai (≈ 6.399,594 km) jadi rumus

haversine dan hukum cosinus tidak bisa dijamin benar untuk lebih dari 0,5%.

3.3.4. Tombol

Limit Switch, Push Button

Dan Saklar Geser

Pada skripsi ini terdapat 2 bagian tombol dan saklar yang akan digunakan yaitu

untuk pengguna ( tunanetra ) dan operator.

Tombol yang digunakan oleh pengguna adalah 3 tombol push button yang

berfungsi untuk memilih tujuan yang diinginkan ( tombol

next

), tombol pilih ( tombol

select

) untuk masuk ke tujuan yang dipilih, dan tombol jarak untuk memberitahukan

jarak antara tunanetra dan tujuan. Juga terdapat 1 saklar geser yang berfungsi untuk

pengguna ingin menggunakan GPS atau sebaliknya ( dapat dilihat pada gambar 3.2 ).

Tombol yang digunakan oleh operator adalah 5 tombol

limit switch

yang

berfungsi untuk menambah tujuan ( tombol

up

), menghapus tujuan ( tombol

down

),

kembali ke menu awal ( tombol

back

), tombol untuk memilih ( tombol

select

), dan

tombol menyimpan

Check point

( tombol

save

). Juga terdapat 1 saklar geser yang

berfungsi untuk memilih tongkat ini dipergunakan untuk operator atau untuk pengguna (

3.3.5. Mikrontroler dengan Arduino Mega 2560

Pada skripsi ini menggunakan mikrokontroler untuk mengolah data dari modul

dan sensor-sensor yang ada. Mikrokontroler yang digunakan pada skripsi ini adalah

arduino mega 2560.

Arduino Mega 2560 adalah board Arduino yang merupakan

perbaikan dari board Arduino Mega sebelumnya. Arduino Mega awalnya memakai chip

ATmega1280 dan kemudian diganti dengan chip ATmega2560, oleh karena itu namanya

diganti menjadi Arduino Mega 2560.Berikut spesifikasi Arduino Mega 2560 [ 14 ]:



Microcontroller: ATmega2560



Operating Voltage: 5V



Input Voltage (recommended): 7-12V



Input Voltage (limits): 6-20V



Digital I/O Pins: 54 (of which 14 provide PWM output)



Analog Input Pins: 16



DC Current per I/O Pin: 40 mA



DC Current for 3.3V Pin: 50 mA



Flash Memory: 256 KB of which 8 KB used by bootloader



SRAM: 8 KB



EEPROM: 4 KB



Clock Speed: 16 MHz

Tabel 3.1. Konfigurasi Penggunaan Pin Arduino Mega 2560

Nama Pin

Fungsi

Pin A0

Triger SRF05 penghalang

Pin A1

Echo SRF05 penghalang

Pin 12

Triger SRF05 lubang

Pin 11

Echo SRF05 lubang

Pin 44

RS LCD 20x4

Pin 42

EN LCD 20x4

Pin 39

D7 LCD 20x4

Pin 41

D6 LCD 20x4

Pin 43

D5 LCD 20x4

Pin 45

D4 LCD 20x4

Pin 25

Tombol pilih tujuan pengguna

Pin 29

Tombol

select

pengguna

Pin 40

Tombol jarak pengguna

Pin 24

Saklar gps/tanpa gps pengguna

Pin 23

Tombol

save

operator

Pin 50

Tombol

up

operator

Pin 51

Tombol

down

operator

Pin 52

Tombol

select

operator

Pin 53

Tombol

back

operator

Pin 27

Saklar memilih pengguna/operator

Pin 20

SDA ADXL345

Pin 21

SCL ADXL345

Pin 46

P04 WTV020

Pin 47

Reset

WTV020

Pin 48

P06 WTV020

Pin 49

P05 WTV020

Gambar 3.11. Realisasi Modul elektronik

3.3.6. WTV020SD

Pada skripsi ini membutuhkan keluaran berupa suara, dan suara tersebut disimpan

dalam sebuah

memory card.

Untuk mengeluarkan suara dan menyimpannya, digunakan

modul suara WTV020SD yang telah dilengkapi dengan

micro sd

( dapat dilihat pada

gambar 2.9)

.

Suara yang disimpan dalam memori harus dalam bentuk file AD4. Adapun

langkah-langkah untuk menyimpan suara sebagai berikut:



Suara yang telah direkam dalam bentuk file m4a, dan diubah terlebih dahulu dalam

bentuk wav.

Gambar 3.12. Aplikasi Audacity



Selanjutnya file tersebut diubah lagi kedalam file AD4 menggunakan aplikasi AD4

converter.

Tabel 3.2. Tabel Daftar Suara

No

Suara

1

Ada penghalang

2

Ada lubang

3

Ke kiri

4

Ke kanan

5

Sudah sampai

6

Sudah sampai check point

7

Balik arah

8

Satu

9

Dua

10

Tiga

11

Empat

12

Lima

13

Enam

14

Tujuh

15

Delapan

16

Sembilan

17

Sepuluh

18

Sebelas

19

Belas

20

Puluh

21

Meter

22

Seratus

23

Tujuan

24

Balik arah

3.4.

Perangkat Lunak Tongkat Tunanetra

Cara kerja program untuk operator dan tunanetra dijelaskan pada gambar diagram

alir 3.14 , 3.15, 3.16 dan 3.17 di bawah ini:

Gambar 3.15. Diagram Alir Perancangan Lunak untuk Tunanetra

3.4.1. Penjelasan Diagram Alir untuk Operator

Gambar 3.14 merupakan diagram alir untuk operator yaitu orang yang dapat

melakukan penyimpanan jalur, menambah tujuan dan menghapus tujuan. Pada saat ON

dihidupkan maka tongkat memiliki mode berupa saklar yang berfungsi untuk mode

operator atau langsung pakai. Pada saat memilih mode operator maka akan terdapat

pilihan untuk menambah tujuan dan menghapus tujuan. Jika memilih menambah tujuan

maka operator akan melakukan prosedur pengisian jalur yang baru. Prosedur tersebut

akan menggunakan GPS yang meng-update koordinat sekarang. Operator memiliki

tombol

save

untuk menyimpan jalur. Apabila tidak menyimpan jalur maka GPS akan

terus meng-update koordinat, dan apabila ingin menyimpan jalur maka operator akan

menekan tombol

save

untuk menyimpan jalur atau koordinat sebagai

check point

. Jika

operator memilih menghapus jalur maka akan terdapat pilihan tujuan yang ada, setelah

operator memilih tujuan yang ingin dihapus. Apabila operator ingin menghapus tujuan

lagi maka akan kembali pilihan tujuan yang tersisa, jika tidak ingin menghapus tujuan

maka akan kembali ke tampilan menu.

3.4.2. Penjelasan Diagram Alir untuk Tunanetra

Gambar 3.15, 3.16 dan 3.17 merupakan diagram alir untuk tunanetra. Ketika ON

maka mode yang dipilih oleh tunanetra adalah langsung pakai. Setelah mode langsung

pakai dipilih pengguna tongkat ( tunanetra ) memiliki tombol GPS yang berarti pengguna

bisa memilih ingin menggunakan GPS atau tidak. Jika tidak menggunakan GPS maka

sensor akselerometer akan mengukur sudut tongkat sebagai acuan sensor ultrasonik

melakukan pengukuran. Apabila sudut berubah atau tidak sesuai dengan yang ditentukan

maka akan terdapat notifikasi suara posisi tongkat tidak benar. Jika sudut benar maka

sensor ultrasonik akan melakukan pengukuran untuk mengukur apakah ada penghalang

atau lubang. Jika tidak ada penghalang atau lubang maka akan kembali mendeteksi

penghalang atau lubang. Apabila ada penghalang ataupun lubang maka akan diberi

notifikasi berupa suara.

Apabila pengguna tongkat ( tunanetra ) menekan tombol GPS maka sistem tetap

akan melakukan pengukuran seperti tanpa GPS dan memiliki navigasi atau jalur yang

telah disimpan oleh operator. Pengguna dapat memilih beberapa tujuan yang telah

sudah ditujuan atau tidak. Jika sudah ditujuan maka akan ada notifikasi kalau sudah

ditujuan. Apabila tidak maka GPS akan mengecek

check point

selanjutnya. Jika belum

sampai check point yang di tuju, maka akan kembali mengecek

check point

dituju. Jika

telah sampai di check point yang dituju maka akan ada notifikasi kalau telah di check

point tersebut. Dan GPS akan mengecek apakah check point tersebut adalah tujuan

terakhir, jika tidak akan kembali mengecek

check point

yang selanjutnya, jika ya maka

akan mengeluarkan notifikasi bahwa telah sampai ditujuan. Terdapat tombol jarak

apabila pengguna ( tunanetra ) ingin mengetahui jaraknya dengan tujuan, maka akan