PERANCANGAN PENGONTROL ROBOT BERKAMERA
VIA JARINGAN INTERNET (TCP/ IP)
ARDIANTO PUGUH S P – NRP 2209105058
Email : putrapuguh@yahoo.co.id Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia
Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Elektro Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Abstrak :
Penggunaan jaringan internet sebagai media penyaluran sinyal kontrol dan monitoring telah berkembang pesat, diantaranya untuk pengaturan peralatan di rumah, kontrol robot, dan mesin produksi di industri. Dalam buku proyek akhir ini akan dipaparkan tentang monitoring suatu ruangan menggunakan robot yang berbasis camera, yaitu dengan memberikan umpan balik berupa gambar video dan client dapat mengontrol pergerakan motor DC untuk menggerakkan robot dan mengontrol pergerakan motor stepper untuk menggerakkan webcam. Pengenalan objek dilakukan mengunakan camera. Data gambar yang diterima dari camera diolah di server robot kemudian dari data tersebut dihasilkan data keputusan untuk pergerakan robot. Data tersebut dikirim oleh server robot mengunakan komunikasi wireless LAN ke driver motor sehingga robot atau camera dapat bergerak. Dan data gambar yang diterima oleh camera juga dikirim mengunakan wireless LAN ke komputer clien/user.
Pada sistem ini terdiri dari Client dan Server. Perangkat lunak yang akan digunakan terdiri dari : HTML,PHP (Personal Home Page), Bahasa Delphi dan CGI (Common Gateway Interface), BASCOM AVR. Perangkat keras yang akan digunakan terdiri dari : modul driver motor DC, motor DC, mikrokontroller AVR,wireless LAN dan webcam
Kata kunci : Robot Berkamera, komunikasi Internet (TCP/IP), wireless LAN
I. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi informasi begitu pesat. Dunia sudah terasa mengglobal, jarak bukan lagi merupakan suatu hambatan untuk melakukan aktivitas. Kemajuan teknologi telah menyebabkan adanya keterkaitan antara teknologi yang satu dengan teknologi yang lain, misalnya teknologi informasi dengan teknologi kontrol menjadi suatu sistem kontrol dengan menggunakan teknologi informasi. Selama ini sistem kendali telah dapat membuat kerja suatu piranti menjadi fleksibel yaitu dengan cara malakukan pengendalian terhadap piranti dengan berbagai sistem kerja dan gerak yang kompleks. Agar sistem pengendalian ini lebih
fleksibel maka pengendalian terhadap piranti ini menggunakan alat bantu jaringan Internet. Internet merupakan jaringan yang luas yang dapat diakses oleh siapa saja dan dimana saja serta dapat dipakai untuk komunikasi data. Popularitas Internet mulai berkembang pesat setelah standar baru diperkenalkan kepada masyarakat yaitu HTTP (Hypertext Transfer Protocol) dan HTML (Hypertext Markup Language) sehingga pengaksesan Internet melalui protocol TCP/IP menjadi lebih mudah dari sebelumnya. Dengan standar baru tesebut maka informasi di Internet dapat disajikan secara visual dalam bentuk teks, gambar dan suara sehingga menjadi lebih menarik. Dengan bantuan teknologi Internet ini, pengendalian piranti menjadi lebih fleksibel.
Tugas Akhir ini merancang suatu sistem pengendalian robot berkamera melalui jaringan Internet (TCP/IP). Permasalahan awal yang ingin dipecahkan adalah bagaimana mendesain pengontrol robot berkamera agar dapat dikontrol secara jarak jauh dalam hal ini dapat dikontrol dari komputer user menggunakan teknologi internet (Jaringan TCP/IP). Dimana Robot yang dikontrol memakai interface berupa wireless LAN.
II. DASAR TEORI 2.1 TCP/IP
TCP/IP adalah sekumpulan protokol yang didesain untuk melakukan fungsi-fungsi komunikasi data pada suatu jaringan, TCP kepanjangan dari transmission control protocol dan IP kepanjangan dari internet protocol.
TCP terdiri beberapa layer atau lapisan yang memiliki fungsi tertentu dalam komunikasi data. Setiap fungsi dari layer selain dapat bekerjasama dengan layer pada tingkat lebih rendah atau lebih tinggi, juga bisa berkomunikasi dengan layer sejenis pada remote host (peering). Data yang mengalir antar layer atau antar host dienkapsulasi dan diberi header agar tiap layer bisa memprosesnya. Sebuah host tidak tahu alamat IP gateway di network lain, tetapi data mengalir ke host tujuan di network lain melalui gateway networknya setelah diberi penentuan ruting alamat IP.
Model TCP/IP dari jaringan digambarkan dalam lima lapisan berikut seperti pada Gambar 2.1 dibawah ini.
LAPISAN NAMA 5 Aplikasi 4 Transport 3 Internet 2 Data Link 1 Fisik
Gambar 2.1 Layer TCP/IP
Protokol TCP menurut RFC 793
Merupakan suatu protokol yang menyediakan komunikasi logika antara proses aplikasi yang berjalan pada host yang berbeda
Protokol TCP menyediakan layanan transport connection oriented dan reliable:
� Adanya pengecekan error menggunakan mekanisme acknoledgment dan retransmission � Dijaga urutan message (Flow Control)
� Segmentasi data stream dari lapisan aplikasi � Komunikasi duplex (2 arah)
� Congestion Control
Protokol IP berdasarkan RFC 791 Fungsi penting IP:
� Menentukan jalur yang ditempuh antara pengirim dan penerima.
� Switching : memindahkan paket dari input router ke output router yang sesuai
� Call Setup : beberapa arsitektur jaringan membutuhkan setup koneksi dahulu.
IPV4 menggunakan panjang alamat sebesar 32bit sedangkan untuk pengalamatan IPv4 (tahun 1994) dibagi menjadi 5 kelas
Rule Min & Max Decimal
Range
Class A 00000000=0 1 - 126
first bit always 0 01111111=127
Class B 10000000=128 128 - 191
first two bit always 10 10111111=191
Class C 11000000=192 192 - 223
first three bit always 110 11011111=223
Class D 11100000=224 224 - 239
firstfour bit always 1110 11101111=239
Class E For Research
Gambar 2.2 Pengalamatan IPV4 2.2 Web Browser
Web Browser mempunyai tugas untuk menterjemahkan informasi yang diterima dari server Web dan menampilkan pada layar komputer pengguna. Umumnya Browser Web menerima data dalam bentuk HTML.
Aplikasi Web merupakan gabungan dari halaman Web statis dan dinamis. Server Web mengirim halaman Web statis seperti adanya tanpa melakukan perubahan sedikitpun pada isinya. Sebaliknya, pada halaman Web dinamis, server Web melakukan perubahan terlebih dahulu sesuai dengan permintaan pengunjung dahulu sebelum mengirimkannya ke broswer.
Server Web mengenali halaman Web dari ekstensi file halaman tersebut. Tidak seperti halaman statis yang mempunyai ekstensi file .html atau .htm, suatu halaman Web dinamis yang berbasis server memiliki suatu ekstensi khusus, seperti .asp, .php, .cgi, dan lain-lain. Ekstensi file ini berbeda-beda bergantung pada teknologi server aplikasi yang digunakan.
Gambar 2.3 Cara Kerja Aplikasi Web 2.3 PHP
PHP adalah bahasa pemrograman (scripting) yang menyatu dengan HTML dan berada pada server. Artinya sintaks dan perintah-perintah yang diberikan sepenuhnya dijalankan di server namun disertakan pada halaman web biasa. Tujuan dari bahasa pemrograman PHP adalah untuk membuat aplikasi-aplikasi yang dijalankan di atas teknologi web, dalam hal ini seluruh proses dijalankan seluruhnya pada server yang kemudian hasil proses tersebut dikirimkan dan ditampilkan pada web browser.
Gambar 2.4 Cara kerja PHP 2.4 Konsep Client-Server
Konsep client/web browser browsing ke server hingga dapat mengakses robot berkamera memerlukan beberapa komponen yaitu komputer client sebagai web browser, kemudian web server yang berada pada sisi robot. Dari web server ini suatu dokumen dari proses
Broswer Kode HTML Tanggapan HTTP Permintaan HTTP Suatu PHP Web Server Skrip PHP Mesin PHP
request HTML oleh komputer client dieksekusi dengan program PHP dan dengan bantuan modul Delphi, kemudian diubah lagi menjadi suatu perintah yang dapat dikenali oleh pemrograman mikrokontroller hingga akhirnya robot dapat dikontrol. Hubungan antar komponen dapat dilihat pada Gambar 2.5 dibawah ini.
Gambar 2.5 Hubungan antar komponen sistem Client-Server
2.5 Wireless LAN
WLAN yang berarti komunikasi data dalam sebuah jaringan komputer yang tidak memanfaatkan kabel sebagai media transmisi.
Mode WLAN yang dipakai dalam Tugas Akhir ini adalah dengan 2 mode yaitu:
a. Ad-Hoc
Topologi ad-hoc dikenal sebagai jaringan peer-to-peer. Dimana setiap perangkat wireless langsung terhubung dengan perangkat wireless lain. Seperti pada Gambar 2.6 dibawah ini.
Gambar 2.6 Topologi Ad-Hoc
Pada modus ad-hoc ini, kita dapat membuat jaringan multipoint-to-multipoint dimana tidak ada satu master node atau AP. Dalam modus ad-hoc tidak ada hirarki hubungan master-client. Node dapat berkomunikasi langsung selama mereka berada dalam jangkauan.
b. Akses Point
Pada topologi akses point atau infrastruktur, tiap PC mengirim dan menerima data dari sebuah acces point. Saat acces point menerima data, ia akan mengirimkan kembali sinyal radio tersebut (dengan jangkauan yang lebih jauh) ke PC yang berada di area tersebut, dan mentransfer data.Topologi akses point dapat dilihat pada gambar 2.8 dibawah ini.
Gambar 2.8 Topologi Infrastrukur 2.5.1 Standart IEEE Wireless 802.11
IEEE 802.11 merupakan standarisasi yang digunakan untuk pemanfaatan teknologi tanpa kabel untuk jaringan lokal atau Wireless LAN (Wi-Fi). Adapun daftar Standar Wireless LAN dapat dilihat pada tabel 2.1
Tabel 2.1 Standar wireless LAN IEEE 802.11
T eorit is Akt ual Indoor Out door
802.11a 5 54 20 15 30 802.11b 2.4 11 4-6 20-30 90 802.11g 2.4 54 15- 19 45 90 802.11n 2.4/5 600 450 70 250 Kecepat an (Mbps) T ipe Wifi Frekuensi (Ghz) Jarak (m)
III PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perencaan Sistem
Sistem pada Tugas Akhir ini merupakan sebuah pengontrolan piranti melalui Internet dimana piranti yang dikontrol merupakan suatu robot sederhana. Pergerakan robot inilah yang nantinya dapat dikendalikan oleh client. Sistem robot ini juga dilengkapi dengan sebuah kamera dimana kamera tersebut berfungsi sebagai penampil keadaan lingkungan disekitar robot dan juga sebagai feedback dari hasil input perintah pergerakan robot yang telah dipilih oleh user. Berikut ini dapat dilihat pada Gambar 3.1 merupakan diagram perancangan robot berkamera via internet (TCP/IP).
Gambar 3.1 Blok Diagram perancangan robot berkamera via internet(TCP/IP)
Sedangkan pada bagian jaringan komputer, digunakan suatu model interaksi client/server yang berbasis web. Dimana TCP/IP merupakan protokol yang digunakan pada sistem ini. Sistem pengontrolan robot Piranti IO Client/web browser Web server Dokumen HTML PHP Modul Delphi Program pengendali
berkamera melalui jaringan internet ditunjukkan Gambar 3.1. dan diagram alir pada gambar 3.2 sebagai berikut.
Navigasi Robot Kendali Server Kirim Request User
Tampilan kendali
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Kendali Robot
Web server Web Browser User membuka Modul delphi Script HTML Mikro kontroller Navigasi Robot Request
Balasan akses Permintaan akses
pemilihan eksekusi Kendali mengirim Perm intaan kend ali Tam pila n kenda li
Gambar 3.2 Diagram Alir Sistem Kendali Robot Berkamera
Pengendalian jarak jauh melalui Internet akan tergantung sepenuhnya kepada permintaan user/client. User mengakses Website sistem pengendalian robot berkamera ini melalui Web Browser dengan cara memanggil IP Address dari robot yang telah terkoneksi dengan wireless. Dengan tampilan Web tersebut user/client akan dihadapkan kepada pilihan untuk mengontrol pergerakan robot. Memilih salah satu pilihan perintah yang ada pada halaman Web tersebut mengakibatkan script HTML yang ada pada server meresponnya. Server dari robot kemudian akan mengeksekusi perintah sesuai dengan isi program yang diterimanya.
Setelah sistem pengendali robot menerima sinyal perintah, maka server juga akan mengirim tampilan berupa keadaan visual dari kamera robot ke komputer client untuk selanjutnya ditampilkan di Browser Web user/client yang bertindak sebagai end-user dari sistem kendali robot ini. Sehingga user/client juga dapat melihat keadaan visual di sekitar robot secara real-time.
3.2 Perancangan Hardware
Beberapa sistem yang dipakai dalam perencanaan Robot ini antara lain sebagai berikut :
Power Supply Mikro kontroller Driver motor stir Driver motor gerak Servo Camera Motor
gerak Motor Stir
Transmitter Receiver
Gambar 3.3 Blok diagram Rangkaaian Robot 3.3 Perancangan Software
Setelah dilakukan perancangan alat maka langkah selanjutnya adalah membuat modul program. Dalam proses perancangan program ini diawali dengan menentukan perintah-perintah dasar yang mendasari program tersebut. Beberapa diantaranya adalah membuat administrator jaringan berupa fungsi login administrator, kemudian membuat file create_db.php sebagai deklarasi untuk penentuan IP address robot. Serta program utama(main page) dari web browser. Serta program mikrokontroller untuk menggerakkan navigasi robot.
a. Main page
Bagian ini merupakan bagian utama dimana pada bagian ini terdapat hasil tampilan dari kamera robot dan terdapat menu kontrol yang digunakan untuk mengontrol pergerakan robot. Segala pengaturan dan kontrol gerakan robot berada pada bagian ini.
4. PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM 4.1 Pengujian 1 User
Pengujian 1 user ini menggunakan mode Ad-Hoc. Pengujian ini terbagi menjadi 2 kelompok pengujian. Pengujian yang pertama adalah pada saat user dan robot terhubung dalam keadaan LOS(Line Of sight) dan pada saat keadaan Obstacle berupa dinding.
a. Pengujian pada saat LOS
Hasil pengujian pengukuran Throughput dengan mode Ad-hoc dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 4.1 Pengujian 1 User keadaan LOS
User (A) Robot (B)
1 192.168.2.2 192.168.2.10 183409,97 2542012,34 2 192.168.2.2 192.168.2.10 171096,71 2463569,47 3 192.168.2.2 192.168.2.10 170824,69 2605785,00 4 192.168.2.2 192.168.2.10 192718,51 3281148,80 5 192.168.2.2 192.168.2.10 239948,84 2981979,02 6 192.168.2.2 192.168.2.10 224912,52 2825102,41 7 192.168.2.2 192.168.2.10 171063,69 2164770,01 8 192.168.2.2 192.168.2.10 221107,26 2768022,31 9 192.168.2.2 192.168.2.10 229599,56 2877989,09 10 192.168.2.2 192.168.2.10 238008,26 2996272,63 204269,00 2750665,11 Rata-rata
No Address Throughput A>B
(bps)
Throughput B>A
(bps)
Selanjutnya adalah pengujian dengan perbandingan jarak dalam keadaan LOS dan Obstacle.
Tabel 4.2 Data pengujian Throughput & Packet loss dengan jarak 5-100 meter
Jarak (meter) Throughput A>B (bps ) Throughput B>A (bps )
Packet loss A>B
(%)
Packet loss B>A
(%) 5 192718,51 3281148,80 0,0000816 0,0000801 10 238008,26 2996272,63 0,0000754 0,0000773 15 224912,52 2825102,41 0,0000532 0,0000522 20 221107,26 2768022,31 0,0000338 0,0000337 25 208950,69 2400209,43 0,0000596 0,0000603 30 201599,4 2303581,43 0,0000155 0,0000148 35 203751,06 2207017,96 0,0000143 0,0000133 40 171063,69 2164770,01 0,0000201 0,0000181 45 181682,59 2162277,52 0,0000002 0,0000016 50 182726,41 2105718,02 0,0000544 0,0000538 55 182456,75 2075775,84 0,0000612 0,0000588 60 192099,56 2047655,99 0,0000596 0,0000603 65 187551,94 1904492,48 0,0000731 0,0000719 70 178760,11 1854002,08 0,0000833 0,0000812 75 55574,9 497905,91 0,0000768 0,0000769 80 153611,06 1750600,87 0,0000617 0,0000632 85 137494,01 1348798,63 -0,0000527 -0,0000489 90 82283,86 884787,46 0,0000287 0,0000268 95 15549,87 11108,09 -0,3380873 -0,3380517 100 16075,21 9118,71 0,0000015 0,0000513
Dari tabel 4.2 diketahui bahwa dari jarak 5meter menuju ke 100meter nilai Throughput B ke A yang didapatkan oleh user semakin kecil yaitu dari 3281148.80bps terus menurun menjadi 9118.71bps.Pada saat jarak 75meter koneksi sempat hilang namun dapat direfresh dan robot dapat kembali dikontrol.
Grafik dari tabel diatas adalah sebagai berikut:
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Throughput dengan jarak
b. Pengujian pada saat Obstacle
Data hasil pengamatan dapat dilihat pada Tabel dibawah ini.
Tabel 4.3 Data pengujian Throughput keadaan Obstacle dengan jarak 5-30 meter.
5 190559,24 3077342,65 0,000043 0,000043
10 153503,02 2487935,97 0,000014 0,000012
15 124914,27 1984346,62 0,000026 0,000030
20 35937,00 524481,88 -0,000006 0,000005
25 30680,56 387761,22 -0,000005 -0,000007
30 koneksi terputus koneksi terputus -
-107118,82 1692373,67 0,000014 0,000017 Packet Loss A>B (%) Packet Loss B>A (%) Jarak (Meter) Rata-rata Throughput A>B (bps) Throughput B>A (bps)
Dari data diatas diperoleh bahwa nilai throughput yang diperoleh semakin kecil, yaitu dari 3077342,65 (jarak 5meter) hingga menjadi 387761,22bps (jarak 25meter). Pada jarak 20meter robot sudah mulai sulit dikontrol dan pada jarak 30meter koneksi antara robot dan user terputus.
4.2 Pengujian 2 User
Data hasil pengujian menggunakan 2user dapat dilihat pada Tabel 4.4 di bawah ini.
Tabel 4.4 Data Pengujian Throuhput dengan 2 user 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 3500000 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 Jarak(m) T h rou gh pu t (bps ) Throughput vs Jarak
User (A) Robot (B) 1 192.168.2.2 192.168.2.10 79936,24 1308945,72 2 192.168.2.2 192.168.2.10 66688,50 989424,49 3 192.168.2.2 192.168.2.10 86698,45 1199002,02 4 192.168.2.2 192.168.2.10 83213,49 1349470,80 5 192.168.2.2 192.168.2.10 125089,78 1967400,89 6 192.168.2.2 192.168.2.10 77393,43 1207611,53 7 192.168.2.2 192.168.2.10 107341,58 1656411,30 8 192.168.2.2 192.168.2.10 96708,91 1573383,72 9 192.168.2.2 192.168.2.10 58765,1 930162,66 10 192.168.2.2 192.168.2.10 113757,72 1805214,53 89559,32 1398702,77 No Address Throughput A>B (bps) Throughput B>A (bps) Rata-rata
Dari data didapatkan nilai rata-rata Throughput adalah sebesar 1398702.77bps. Bila dibandingkan dengan 1 user maka terlihat bahwa besarnya nilai throughput adalah setengah kali dari percobaan 1 user.
4.3 Pengujian 3 User
Tabel 4.5 Pengujian dengan 3 user
User (A) Robot (B)
1 192.168.2.2 192.168.2.10 79118,15 1173438,96 2 192.168.2.2 192.168.2.10 80206,15 1168840,27 3 192.168.2.2 192.168.2.10 73990,1 1084490,68 4 192.168.2.2 192.168.2.10 75380,11 1173828,02 5 192.168.2.2 192.168.2.10 51229,1 774638,46 6 192.168.2.2 192.168.2.10 73116,67 1114335,69 7 192.168.2.2 192.168.2.10 65535,93 1042080,62 8 192.168.2.2 192.168.2.10 42708,92 628179,74 9 192.168.2.2 192.168.2.10 45382,16 667088,02 10 192.168.2.2 192.168.2.10 49190,4 741384,62 63585,77 956830,51
No Address Throughput A>B
(bps)
Throughput B>A
(bps)
Rata-rata
Dari data diatas didapatkan nilai Throughput rata-rata sebesar 956830,51bps. Nilai ini paling kecil bila dibandingkan dengan nilai pada saat robot diakses dengan 1user dan 2user. Sehingga jumlah user yang mengakses akan mempengaruhi nilai Throughput. Jadi bandwidth yag digunakan juga akan terbagi dengan banyaknya user yang mengakses. Untuk lebih jelasnya mengenai perbandingan Throughput dengan jumlah user dapat dilihat pada Gambar 4.2 dibawah ini
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Throughput dengan
Jumlah User
5. KESIMPULAN
Pada keadaan LOS(Line Of Sigh), user dengan robot yang terkoneksi dengan mode Ad-Hoc dapat mengontrol robot dengan radius jarak 90meter dengan minimal nilai Throughput yang diperoleh sebesar 1348798,63bps atau dapat diasumsikan minimal ±1Mbps agar robot dapat dikontrol dengan baik
Pada keadaan Obstacle atau terhalang dinding, pada mode Ad-Hoc, user dapat mengontrol Robot dengan range area ±20 meter yaitu dengan nilai Throughput yang diperoleh sebesar 524481,88bps.
Secara umum range area user dapat mengontrol robot tergantung dari spesifikasi wireless yang digunakan.
Besarnya nilai rata-rata Throughput pada saat 1user yang mengakses robot adalah 2750665,10bps. Dan pada saat 2user adalah 1398702.77bps. Serta 3user adalah 956830,51bps. Sehingga semakin banyak user yang mengakses robot maka nilai Throughput semakin kecil karena bandwidth yang dipakai akan terbagi dengan jumlah user.
Packet loss yang diperoleh rata-rata adalah 10^-5 (Sangat baik <1%) menurut TR 101 329 Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks (TIPHON);
DAFTAR PUSTAKA
[1]_____, ”Dasar Pemrograman PHP dan MySQL”,
http://www.ilmu komputer.com/
[2]_____,”Aplikasi web dengan PHP”, http://www.ilmukomputer.com/
[3]_____, ”Wireless Atasi Keterbatasan Jangkauan”, Andi Yogyakarta, 2004
[4] Abdul Kadir, ”Dasar Pemrograman WEB Dinamis menggunakan PHP”, Andi Yogyakarta, 2003
[5] Agfianto Eko Putra. 2006. Aplikasi Mikrokontroller AVR seri ATMega. UGM.Yogyakarta. [6] Askari Azikin, ”Kamera Pengawas Berbasis Open
Source”, PT Elex Media Komputindo, Jakarta, 2005
7] Onno W. Purbo, “Konferensi Video Melalui Internet”, Andi Yogyakarta, 2002
BIODATA PENULIS Ardianto Puguh SP lahir di Klaten 17 Agustus 1988. Pendidikan SDN Demakijo 1, SLTP Negeri 7 Klaten, SMU Negeri 2 Klaten, D3JIKE Universitas Gadjah Mada Yogyakarta – ITS Jurusan Teknik Elektronika. Telekomunikasi Multimedia. Hobi Komputer,Sport 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 1 2 3 Th r o u gh p u t (b p s) User
