i
Universitas Kristen Maranatha
Realisasi Perangkat Color Object Tracking Menggunakan Raspberry Pi
Disusun Oleh:
Iona Aulia Risnadi (0922049)
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia
Email : ionarisnadi@gmail.com
ABSTRAK
Penglihatan pada komputer menjadi ide Tugas Akhir dalam merealisasikan perangkat color object tracking menggunakan Raspberry Pi yang dapat mengembangkan teknologi yang berguna bagi masa depan dan juga menjadikan suatu perangkat mempunyai penglihatan untuk mendeteksi suatu objek.
Pada Tugas Akhir ini dirancang dan direalisasikan dengan menggunakan raspberry pi sebagai pengendali utama yang berfungsi sebagai pengontrol perangkat color object tracking, yaitu : menggunakan library OpenCV untuk dapat mengolah
gambar yang ditangkap oleh kamera webcam sehingga dapat menjejak objek berwarna, menggunakan motor servo agar kamera terus dapat menjejak objek jika berpindah posisi dan menggunakan motor DC agar perangkat dapat mengikuti objek berwarna tersebut berpindah.
Dari hasil perancangan kendali perangkat color object tracking yang direalisasi, perangkat berhasil diaplikasikan dengan baik untuk mengikuti objek berwarna jika berada pada kondisi lingkungan dengan intensitas cahaya lebih dari 90 lux dan kecepatan objek tidak lebih dari 7 – 8 cm/detik.
ii
Universitas Kristen Maranatha
Realization of Color Object Tracking Device Using Raspberry Pi
Compiled By:
Iona Aulia Risnadi (0922049)
Major of Electrical Engineering, Faculty of Technique, Maranatha Christian University Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia
Email : ionarisnadi@gmail.com
ABSTRACT
Computer vision is the main idea of this Final Project in realizing color tracking object device using Raspberry Pi that can develop useful technologies for future and also make a device to have a vision for detecting an object.
This Final Project designed and realized using raspberry pi the main controller for control the color object tracking device. This device has 3 main features, which are : 1. using OpenCV library to be able to process the image captured by the camera, 2. Using servo motors so that the camera can continue to tracked on the object if switching positions and 3. Uses a DC motor device to be able to follow the colored objects move.
From the results of the control design color object tracking is realized, the device successfully applied well to follow the colored object if it is on the environmental conditions with a light intensity of more than 90 lux and object speed is not more than 7-8 cm / sec.
iv
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR... vii
BAB I PENDAHULUAN I.1 LATAR BELAKANG MASALAH ... 1
I.2 IDENTIFIKASI MASALAH ... 1
I.3 PERUMUSAN MASALAH ... 2
I.4 TUJUAN... 2
I.5 BATASAN MASALAH ... 2
I.6 SISTEMATIKA PENULISAN ... 3
BAB II LANDASAN TEORI II.1 RASPBERRY PI ... 5
II.2 MODUL WEBCAM LOGITECH C170 ... 9
II.3 MODUL DT-IO LEVEL CONVERTER... 10
II.4 MODUL L298 DUAL H-BRIDGE MOTOR DRIVER ... 12
II.5 PRINSIP KERJA H-BRIDGE ... 13
II.6 PRINSIP KERJA DETEKSI WARNA ... 14
II.7 BAHASA PEMOGRAMAN PYTHON ... 16
II.8 LIBRARY WIRINGPI2 ... 21
II.9 SERVOBLASTER ... 26
II.10 OPENCV ... 28
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI III.1 PERANCANGAN SISTEM ... 33
III.1.1 PERANCANGAN PERANGKAT COLOR OBJECT TRACKING ... 34
v
Universitas Kristen Maranatha III.2 PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK ... 40 III.2.1 KALIBRASI PARAMETER WARNA OBJEK ... 41 III.2.2 DIAGRAM ALIR PERANGKAT LUNAK ... 46
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS
IV.1 PENGUJIAN JARAK TERDEKAT DAN TERJAUH ANTARA PERANGKAT DAN OBJEK BERWARNA ... 54 IV.2 PENGUJIAN KECEPATAN MAKSIMUM OBJEK BERWARNA ... 55 IV.3 PENGUJIAN BESAR JARAK SAAT PERANGKAT BERGERAK MAJU,
MUNDUR, BELOK KANAN DAN BELOK KIRI ... 56 IV.4 PENGUJIAN PENGARUH INTENSITAS CAHAYA TERHADAP
KESTABILAN PERANGKAT ... 58 IV.5 PENGUJIAN COLOR OBJECT TRACKING ... 59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 KESIMPULAN ... 66 V.2 SARAN…. ... 66
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A PROGRAM PYTHON PADA PENGONTROL RASPBERRY PI
LAMPIRAN B FOTO-FOTO PERANGKAT
LAMPIRAN C DATA MODUL WEBCAM, DT-IO LEVEL CONVERTER,
vi
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Spesifikasi Raspberry Pi Model A, Raspberry Pi Model B dan Raspberry
Model B+ ... 7
Tabel 2.2 Urutan Pin-pin GPIO pada Raspberry Pi ... 9
Tabel 2.3 Urutan Pin Input/Output pada WiringPi2 ... 22
Tabel 3.1 Pergerakan Perangkat Berdasarkan Keluaran Pengontrol ... 40
Tabel 3.2 Kalibrasi Warna pada Objek Berwarna Kuning ... 44
Tabel 3.3 Kalibrasi Warna pada Objek Berwarna Merah ... 44
Tabel 3.4 Kalibrasi Warna pada Objek Berwarna Biru ... 45
Tabel 3.5 Rentang Nilai HSV pada Setiap Objek Berwarna ... 45
Tabel 4.1 Jarak Minimum dan Maksimum antara Objek dan Perangkat ... 54
Tabel 4.2 Pengujian Kecepatan Maksimum Objek ... 55
Tabel 4.3 Pengujian Besar Jarak yang Diperlukan untuk Perangkat Bergerak Maju, Bergerak Mundur, Berbelok ke Kanan atau Berbelok ke Kiri pada Objek Berwarna Merah ... 56
Tabel 4.4 Pengujian Besar Jarak yang Diperlukan untuk Perangkat Bergerak Maju, Bergerak Mundur, Berbelok ke Kanan atau Berbelok ke Kiri pada Objek Berwarna Kuning ... 57
Tabel 4.5 Pengujian Besar Jarak yang Diperlukan untuk Perangkat Bergerak Maju, Bergerak Mundur, Berbelok ke Kanan atau Berbelok ke Kiri pada Objek Berwarna Biru ... 58
Tabel 4.6 Pengaruh Intesitas Cahaya Terhadap Kestabilan Perangkat ... 59
Tabel 4.7 Pengujian Respon Perangkat untuk Objek Berwarna Kuning ... 61
Tabel 4.8 Pengujian Respon Perangkat untuk Objek Berwarna Merah ... 63
vii
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Raspberry Pi Model A ... 6
Gambar 2.2 Raspberry Pi Model B ... 6
Gambar 2.3 Webcam Logitech C170 ... 10
Gambar 2.4 DT-IO Level Converter ... 11
Gambar 2.5 Alokasi Pin J1 dan Pin J2 pada DT-I/O Level Converter ... 11
Gambar 2.6 Modul L298 Dual H-Bridge Motor Driver ... 12
Gambar 2.7 Konstruksi H-Bridge ... 13
Gambar 2.8 Arah Arus pada Rangkaian H-Bridge ... 13
Gambar 2.9 Representasi Warna dalam Suatu Gambar dalam 3 Matriks ... 14
Gambar 2.10 Blok Diagram Proses Interpreters ... 17
Gambar 2.11 Blok Diagram Proses Compilers ... 17
Gambar 2.12 Membuat Aplikasi Hello World dengan Interactive Mode ... 18
Gambar 2.13 Cara Mengakses IDLE Python ... 18
Gambar 2.14 Pembuatan Program di IDLE ... 19
Gambar 2.15 Membuat File coba.py dengan Menggunakan Editor Nano ... 20
Gambar 2.16 Membuat Program Python di Editor Nano ... 20
Gambar 2.17 Hasil Eksekusi dari coba.py ... 21
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Perangkat Color Object Tracking ... 33
Gambar 3.2 Desain Perangkat Color Object Tracking ... 35
Gambar 3.3 Desain Rangkaian Perangkat Pengendali ... 36
Gambar 3.4 Skematik Rangkaian Raspberry Pi ... 37
Gambar 3.5 Hubungan antara modul IO Level Converter dengan perangkat Raspberry Pi, motor servo dan modul H-Bridge motor DC ... 38
Gambar 3.6 Hubungan antara Modul H-Bridge motor Driver dengan Skematik Rangkaian perangkat Pengendali ... 39
Gambar 3.7 GUI Trackbar pada Raspberry Pi ... 41
Gambar 3.8 Objek Berwarna yang Dijejak ... 42
viii
Universitas Kristen Maranatha
Gambar 3.10 GUI Objek Kuning pada Raspberry Pi ... 43
Gambar 3.11 GUI Objek Biru pada Raspberry Pi ... 43
Gambar 3.12 Diagram Alir Utama pada Perangkat Pengontrol ... 46
Gambar 3.13 Diagram Alir pada Subrutin Color Tracking ... 48
Gambar 3.14 Diagram Alir pada Subrutin Kontrol Servo ... 50
Gambar 3.15 Diagram Alir pada Subrutin Kontrol Motor ... 52
Gambar 4.1 Jalur untuk Pengujian Color Tracking pada Objek Berwarna Kuning ... 60
Gambar 4.3 Jalur untuk Pengujian Color Tracking pada Objek Berwarna Merah ... 62
1 Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah
Ilmu pengetahuan kian lama kian berkembang, dengan perkembangan ilmu pengetahuan menjadikan banyak terciptanya teknologi-teknologi baru yang dapat membantu kehidupan manusia menjadi lebih baik. Penglihatan adalah indera yang paling penting yang dimiliki oleh manusia, karena itu dengan mengembangkan penglihatan pada suatu komputer adalah kunci untuk membuat suatu teknologi baru yang dapat membantu dalam kehidupan manusia. Color object tracking adalah salah satu teknologi terbaru dalam pengolahan citra yang mampu untuk mendeteksi dan mengikuti suatu objek yang telah terdeteksi. Color object tracking mempunyai banyak kegunaan dalam kehidupan ini dan juga dapat membantu untuk pengembangan ilmu pengetahuan.
Saat ini banyak alat elektronik yang membutuhkan bantuan manusia untuk membantu dalam mengenali suatu objek tertentu. Dengan color object tracking ini, manusia tidak lagi diperlukan untuk dapat mengenali suatu objek berdasarkan warna, tetapi perangkat itu sendiri dapat mengenali objek-objek berwarna tertentu yang ingin diidentifikasi. Tentunya teknologi ini dapat membantu manusia dalam kehidupan sehari-hari.
Pada penelitian ini dibahas mengenai realisasi perangkat color object tracking menggunakan raspberry pi. Perancangan alat dalam tugas akhir ini dapat membantu untuk membuat perangkat yang dapat menjejak suatu objek berwarna dan mengikuti ke mana objek tersebut bergerak.
I.2 Identifikasi Masalah
2 BAB I PENDAHULUAN
Universitas Kristen Maranatha
I.3 Perumusan Masalah
Perumusan masalah dalam tugas akhir ini adalah :
1. Bagaimana cara mengimplementasikan kamera yang dapat mengikuti objek berwarna?
2. Bagaimana cara mengatur gerakan servo agar kamera dapat mengikuti jika objek berpindah posisi?
3. Bagaimana cara mengatur motor agar perangkat dapat mengikuti terus ke mana objek tersebut berpindah?
I.4 Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dalam tugas akhir ini adalah :
1. Dapat merealisasikan perangkat color object tracking menggunakan Raspberry Pi.
2. Mengetahui hasil dari uji coba perangkat color object tracking.
I.5 Batasan Masalah
Pembatasan masalah pada tugas akhir ini meliputi :
1. Objek yang diteliti berupa objek berwarna merah, biru, kuning.
2. Dimensi objek yang diteliti memiliki tinggi maksimal 6 cm dan panjang maksimal 6 cm.
3. Warna objek yang dijejak berbeda dengan warna latar. 4. Kamera dapat bergerak secara vertical dan horizontal. 5. Perangkat memiliki 3 roda.
6. Hanya 2 roda yang digerakkan oleh motor.
7. Gerak perangkat dibatasi hanya maju, mundur, belok kanan dan belok kiri.
3 BAB I PENDAHULUAN
Universitas Kristen Maranatha
I.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan untuk Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang latar belakang masalah,identifikasi masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan laporan tugas akhir.
BAB II LANDASAN TEORI
Pada bab ini dijelaskan teori-teori penunjang yang diperlukan dalam merancang dan merealisasikan perangkat color object tracking yaitu berupa tentang teori tentang raspberry pi, modul webcam, modul I/O level converter, modul motor driver, prinsip kerja H-Bridge, prinsip kerja color object tracking dengan metode perubahan HSV (Hue, Saturation, Value), bahasa pemorograman python, library Wiring2-Python, library ServoBlaster, OpenCV.
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI
Pada bab ini dijelaskan tentang perancangan dan realisasi sistem kerja pengontrol perangkat color object tracking, serta algoritma pemrograman pengontrol mikro.
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA
4 BAB I PENDAHULUAN
Universitas Kristen Maranatha
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
66 Universitas Kristen Maranatha
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi Kesimpulan dari Tugas Akhir ini, serta saran-saran yang perlu dilakukan untuk pengembangan dan perbaikan di masa mendatang.
V.1 Kesimpulan
Dengan memperhatikan data pengamatan dan analisis yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Perangkat color object tracking berhasil menjejak pergerakan objek berwarna yang diinginkan dengan mempertahankan jarak tertentu.
2. Pada intensitas cahaya yang rendah (contoh 20 lux), perangkat tidak dapat membedakan objek yang dijejak dengan objek-objek yang lain di sekitarnya. 3. Perangkat dapat berfungsi dengan baik jika keadaan lingkungan pada saat
pengujian memiliki kondisi yang stabil (arah datangnya cahaya tidak berubah) dan cerah (intensitas cahaya > 90 lux).
V.2 Saran
Saran-saran yang diberikan untuk perbaikan dan pengembangan dari realisasi perangkat color object tracking menggunakan Raspberry Pi adalah sebagai berikut :
1. Agar perangkat dapat berfungsi dengan lebih baik dalam penentuan jarak maka perlu ditambahkan sensor ultrasonik dalam perangkat ini.
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
1. DT IO Level Converter : Innovative Electronics 2. Library OpenCV
(http://docs.opencv.org, diakses tanggal 11 September 2014) 3. Modul Motor Driver
(http://www.centralelectro.com/catalog.php?action=show_custom&id=2193 &cat=68, diakses tanggal 5 Agustrus 2014)
4. Mordvintsev, Alexander & Abid K.(2014) OpenCV-Python Tutorial Documentation
5. Prinsip Color Tracking
(http://opencv-srf.blogspot.ro/2010/09/object-detection-using-color-seperation.html, diakses tanggal 9 April 2014)
6. Prinsip Kerja H-Bridge
(https://www.scribd.com/doc/89531662/Cara-Kerja-H-Bridge, diakses tanggal 10 Oktober 2014)
7. Raspberry PI
(http://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi, diakses tanggal 8 April 2014) 8. Raspberry Pi Basic Training : Innovative Electronics
9. Richadson, Matt & Shawn Wallace.(2012) Getting Started with Raspberry Pi 10.Rumus Green
(http://en.wikipedia.org/wiki/Green_measure, diakses tanggal 10 November 2014)
11.Servo Blaster
(https://github.com/richardghirst/PiBits/tree/master/ServoBlaster, diakses tanggal 25 Juli 2014)
12.The OpenCV Reference Manual(2014)
