Realisasi Balon Terbang Autonomous Berbasis Pengontrol Mikro.

(1)

i Universitas Kristen Maranatha REALISASI BALON TERBANG AUTONOMOUS BERBASIS

PENGONTROL MIKRO Disusun Oleh:

Nama : Agus Sumanjaya NRP : 0522102

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia,

email : sumanjaya08@yahoo.com ABSTRAK

Dalam perkembangannya teknologi menjadi solusi dari hampir semua permasalahan yang ada. Sekarang ini teknologi otomatisasi banyak digunakan, salah satu dari penerapan teknologi otomatisasi ini adalah balon terbang autonomous. Balon terbang autonomous ini dapat digunakan sebagai media iklan dalam ruangan tertutup tanpa harus dikendalikan oleh seseorang.

Dalam Tugas Akhir ini telah direalisasikan balon terbang autonomous yang dapat bertahan pada ketinggian 150cm. Balon terbang digerakkan oleh tiga buah motor dc yang dilengkapi dengan baling-baling. Pada badan balon terbang gondola terdapat sensor jarak PING, sensor kamera CMUCam2+ dan pengontrol mikro ATmega16.

Algoritma yang digunakan yaitu balon terbang akan bergerak naik atau turun apabila balon terbang mendeteksi ketinggian melalui sensor jarak PING. Bila ketinggian di bawah 150cm balon terbang akan naik dan bila ketinggian di atas 150cm balon terbang akan turun. Balon terbang akan mendeteksi titik koordinat mx dan my melalui sensor kamera CMUCam2+untuk bisa bergerak maju, mundur, kanan, dan kiri. Semua pergerakan balon terbang ini menggunakan tiga buah motor dc yang arahnya diatur oleh pengontrol mikro Atmega16.

Dari hasil pengujian sensor jarak PING, balon terbang berhasil mempertahankan posisi pada ketinggian 150cm. Namun ketika dipasang sensor kamera CMUCam2+, balon terbang tidak dapat terbang karena beban yang dibawa terlalu berat. Sehingga realisasi balon terbang autonomous tidak bisa dilakukan. Percobaan hanya dilakukan pada beberapa titik ketinggian, untuk melihat keberhasilan dari putaran motor dc yang digunakan oleh balon terbang. Terdapat kegagalan untuk putaran motor dc pada gerak kanan dan gerak kiri yang disebabkan oleh jarak yang cukup jauh antara sensor kamera CMUCam2+ terhadap objek referensi.

(2)

ii Universitas Kristen Maranatha REALIZATION OF THE AUTONOMOUS FLYING BALOON

BASED ON THE MICROCONTROLLER

Composed by: Name : Agus Sumanjaya

NRP : 0522102

Electrical Engineering, Maranatha Christian University, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia,

email : sumanjaya08@yahoo.com ABSTRACT

The technology development has become a solution for most of the problems. Nowaday automation technology is being use widely, one of the applications of this technology is a autonomous flying baloon. This autonomous flying baloon can be used as a means of advertising in a closed room without having to be controlled by a person.

The Final Project has attempted to realize autonomous flying baloon that can fly steady at 150cm. The flying baloon is powered by three dc motors that are equipped with a propeller. There are an distances PING sensor, CMUCam2+ sensor and microcontroller ATmega16.

The algorithm of the flying baloon is will fly upward and downward based on the detection of the PING sensor. If the altitude is less than 150cm, flying baloon will fly higher and if the altitude is more than 150cm, flying baloon will fly lower. The flying baloon will detect the mx and my coordinates through the CMUCam2 + sensor to be able to move forward, backward, right, and left. The whole movement of the flying baloon is powered by 3 dc motors in which controlled by micro controller ATmega 16.

Based from the PING sensor test result, flying baloon successfully maintain the position on 150cm. But when CMUCam2+ is added, flying baloon cannot fly because flying baloon's weight is too heavy to defeat gravity. As the result, the realization of autonomous flying baloon cannot be conducted. The test has been conducted only on several altitude point, to see the success of flying baloon's dc motor rotation. There is a failure for the dc motor rotation on the right and left direction caused by long distances between CMUCam2 + sensor to the reference object.

(3)

v Universitas Kristen Maranatha I.1 Latar Belakang ... 1

I.2 Identifikasi Masalah ... 1

I.3 Perumusan Masalah ... 1

I.4 Tujuan... 1

I.5 Pembatasan Masalah ... 2

I.6 Spesifikasi Alat ... 2

I.7 Sistematika Penulisan... 2

BAB II LANDASAN TEORI II.1 Balon Udara ... 4

II.1.1 Sejarah Balon Udara ... 4

II.1.2 Bagian-bagian Balon Udara ... 5

II.2 Zeppelin... 6

II.2.1 Gaya yang bekerja pada Zeppelin... 7

II.2.1.1 Gaya Angkat... 7

II.2.1.2 Gas Angkat ... 8

II.2.2 Kesetimbangan Gaya pada Zeppelin... 9

II.2.2.1 Takeoff... 9

(4)

vi Universitas Kristen Maranatha

II.2.2.3 Flight forward... 9

II.3 Sensor Jarak PING ... 9

II.4 Pengontrol Mikro ATmega16... 11

II.4.1 Fitur ATmega16... 12

II.4.2 Konfigurasi Pin ATmega16... 12

II.4.3 Diagram Blok ATmega16 ... 15

II.4.4 General Purpose Register ATmega16 ... 16

II.4.5 Port Input/OutputATmega16... 16

II.5 Sensor Kamera CMUCam2+... 17

II.5.1 Perintah Dasar pada Sensor Kamera CMUCam2+... 20

II.5.2 Tipe Data Sensor Kamera CMUCam2+ ... 22

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI III.1 Perancangan Sistem Balon Terbang... 23

III.2 Perancangan dan Realisasi Balon Terbang... 24

III.3 Perancangan dan Realisasi Sistem Pengontrol ... 28

III.3.1 Sensor Kamera CMUCam2+ ... 28

III.3.1.1 Pemilihan Baud Rate... 29

III.3.1.2 Setting Sensor Kamera CMUCam2+ ... 30

III.3.2 Sensor Jarak PING ... 30

III.3.3 Pengontrol Mikro ATmega16 ... 32

III.3.1.1 Algoritma Pemograman pada ATmega16... 34

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA IV.1 Sensor Kamera CMUCam2+... 37

IV.2 Sensor Jarak PING ... 39

IV.3 Pengujian Pergerakan Motor DC pada Balon Terbang... 41

IV.4 Pengujian Pergerakan Balon Terbang ... 41

IV.5 Pengujian Pergerakan Balon Terbang saat Diberi Gangguan ... 46

BAB V SIMPULAN DAN SARAN V.1 Simpulan.. ... 52

V.2 Saran... 53

(5)

vii Universitas Kristen Maranatha LAMPIRAN – A Foto Balon Terbang

(6)

viii Universitas Kristen Maranatha DAFTAR TABEL

Halaman

1. Tabel 2.1 Fungsi Khusus Port B ... 13

2. Tabel 2.2 Fungsi Khusus Port C ... 14

3. Tabel 2.3 Fungsi Khusus Port D ... 14

4. Tabel 2.4 Konfigurasi Port ATmega16 ... 16

5. Tabel 3.1 Konfigurasi Baud Rate... 29

6. Tabel 4.1 Perbandingan antara Jarak dengan Pixeldan Confidencepada Sensor Kamera CMUCam2+ ... 38

7. Tabel 4.2 Data Uji Coba Penggunaan Sensor Jarak PING pada Balon Terbang ... 40

8. Tabel 4.3 Sistem Pergerakan Balon Terbang ... 41

9. Tabel 4.4 Keberhasilan Pergerakan Motor DC pada Balon Terbang ... 41

10. Tabel 4.5 Percobaan I... 42

11. Tabel 4.6 Percobaan II ... 43

12. Tabel 4.7 Percobaan III ... 44

13. Tabel 4.8 Percobaan IV ... 47

14. Tabel 4.9 Percobaan V ... 48

(7)

ix Universitas Kristen Maranatha DAFTAR GAMBAR

Halaman

1. Gambar 2.1 Bagian-Bagian Balon Udara ... 5

2. Gambar 2.2 Balon Udara Zeppelin ... 6

3. Gambar 2.3 Bagian Utama Zeppelin... 7

4. Gambar 2.4 Gambar Ilustrasi Cara Kerja Sensor Jarak PING... 10

5. Gambar 2.5 Diagram Waktu Sensor Jarak PING ... 10

6. Gambar 2.6 Gambar Posisi Objek Terhadap Sensor Jarak PING... 11

7. Gambar 2.7 Konfigurasi Pin ATmega16... 13

8. Gambar 2.8 Diagram Blok ATmega16 ... 15

9. Gambar 2.9 General Purpose Register ATmega16 ... 16

10. Gambar 2.10 Sensor Kamera CMUCam2+... 17

11. Gambar 2.11 Diagram Blok Sensor Kamera CMUCam2+ ... 18

12. Gambar 2.12 Sensor Kamera CMUCam2+Colour Tracking... 19

13. Gambar 2.13 Perintah \r ... 20

14. Gambar 2.14 Perintah Reset... 20

15. Gambar 2.15 Format Perintah RM... 21

16. Gambar 2.16 Perintah Servo... 21

17. Gambar 2.17 Perintah TC... 22

18. Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Balon Terbang ... 23

19. Gambar 3.2 Diagram Blok Gerak Naik, Turun, Kanan, Kiri, Maju, dan Mundur pada Balon Terbang….……….…. 24

20. Gambar 3.3 Balon Terbang Tampak dari Depan ... 25

21. Gambar 3.4 Balon Terbang Tampak dari Bawah ... 25

22. Gambar 3.5 Persamaan Matematis dari Balon Udara ... 26

23. Gambar 3.6 Penempatan Sensor Kamera CMUCam2+ dan Sensor Jarak PING pada Bagian Bawah Gondola…………... 27

24. Gambar 3.7 Sensor Kamera CMUCam2+ Board Layout... 28

25. Gambar 3.8 Konfigurasi Jumper Baud Rate... 29

(8)

x Universitas Kristen Maranatha 27. Gambar 3.10 Alokasi Pin Sensor Jarak PING ... 31 28. Gambar 3.11 Diagram Alir Program Penggunaan Sensor Jarak PING.... 31 29. Gambar 3.12 Skematik Pengontrol Mikro ATmega16 ... 33 30. Gambar 3.13 Diagram Alir Program pada Pengontrol Mikro ATmega16

………. 34 31. Gambar 3.14 Diagram Alir Subrutin Main... 35 32. Gambar 3.15 Diagram Alir Subrutin Keluar Data Serial ... 36 33. Gambar 4.1 Tampilan Objek Referensi pada Sensor Kamera

CMUCam2+ ... 37 34. Gambar 4.2 Tampilan Track Colour Objek Referensi pada Sensor

Kamera CMUCam2+...……… 37 35. Gambar 4.3 Sensor Kamera CMUCam2+ dan ATmega16 ... 38 36. Gambar 4.4 Grafik Hasil Uji Coba Sensor Kamera CMUCam2+... 39 37. Gambar 4.5 Grafik Hasil Percobaan Sensor Jarak PING pada Balon

(9)

LAMPIRAN A

(10)

A-1

(11)

A-2

(12)

LAMPIRAN B

(13)

B-1

/****************************************************** This program was produced by the

CodeWizardAVR V1.25.3 Standard Automatic Program Generator

#include <mega16.h> #include <stdio.h> #include <delay.h>

unsigned int a,b,c,x,s,t,i,e,f,g,h; unsigned char dat[20],text[32]; eeprom unsigned int d;

//eeprom unsigned char

dat2[50],dat3[50],dat4[50],dat5[50],dat6[50],dat7[50],dat8[50],dat9[50],tinggi[50]; unsigned char

dat2[50],dat3[50],dat4[50],dat5[50],dat6[50],dat7[50],dat8[50],dat9[50],tinggi[50]; // Alphanumeric LCD Module functions

#asm

(14)

B-2

// This flag is set on USART Receiver buffer overflow bit rx_buffer_overflow;

// USART Receiver interrupt service routine interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void) {

char status,data; status=UCSRA; data=UDR;

if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0) {

rx_buffer[rx_wr_index]=data;

if (++rx_wr_index == RX_BUFFER_SIZE) rx_wr_index=0; if (++rx_counter == RX_BUFFER_SIZE)

(15)

B-3 if(x>10) s=0;

} }

#ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_

// Get a character from the USART Receiver buffer #define _ALTERNATE_GETCHAR_

if (++rx_rd_index == RX_BUFFER_SIZE) rx_rd_index=0; #asm("cli")

(16)

B-4

// Declare your local variables here

// Input/Output Ports initialization // Port A 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 PORTA=0x40;

DDRA=0x00;

// 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=0xFF;

// Port C 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 PORTC=0x00;

DDRC=0x00;

// Port D initialization

// Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=In Func0=In // State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 State1=T State0=T

PORTD=0x00; DDRD=0xFC;

// Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC0 output: Disconnected TCCR0=0x00;

(17)

B-5 // 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

// Input Capture on Falling Edge // Timer 1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0x00; // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 2 Stopped // Mode: Normal top=FFh

(18)

B-6 // USART Transmitter: On

// USART Mode: Asynchronous // USART Baud rate: 115200 UCSRA=0x00;

// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80;

printf("RS\r"); // Reset the camera

delay_ms(100); // must delay …can delay less than 100ms printf("\r");

delay_ms(100); printf("cr 18 36\r"); delay_ms(100);

printf("PM 0\r"); // turn poll mode on delay_ms(100);

printf("RM 1\r"); // turn on raw data mode for packets received from camera delay_ms(100);

printf("SW 1 1 80 143\r"); // not necessary this is default window delay_ms(100);

(19)

(20)

B-8

sprintf(text,"%d %d maju",dat[2],dat[3]); lcd_puts(text);

(21)

B-9

sprintf(text,"%d %d mundur",dat[2],dat[3]); lcd_puts(text);

(22)

B-10

(23)

LAMPIRAN C

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

C-9

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

Pada bab ini dibahas mengenai latar belakang, identifikasi masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, spesifikasi alat dan sistematika penulisan laporan Tugas Akhir.

1.1 Latar Belakang

Dalam perkembangannya teknologi menjadi solusi dari hampir semua permasalahan yang ada, hal ini disebabkan karena teknologi yang semakin canggih dirangkai untuk memudahkan pekerjaan manusia. Seiring berjalannya waktu, teknologi semakin berkembang, dalam bidang komunikasi, transportasi, dan juga dalam bidang kedokteran.

Pada awalnya balon udara digunakan sebagai alat transportasi. Sesuai dengan perkembangan zaman balon udara bisa diaplikasikan untuk balon terbang pengintai, untuk media iklan atau promosi, untuk mencatat suhu pada ketinggian tertentu, dan masih banyak aplikasi yang lain. Selama ini balon udara membutuhkan bantuan seseorang untuk bisa terbang tinggi di ruang terbuka maupun ruang tertutup.

I. 2 Identifikasi Masalah

Identifikasi masalah pada Tugas Akhir ini adalah kebutuhan akan balon udara sebagai balon terbangautonomous_.

I.3 Perumusan Masalah

Perumusan masalah yang dibahas dalam Tugas Akhir ini adalah bagaimana merealisasikan balon udara sebagai balon terbangautonomous_?

I. 4 Tujuan

(39)

Bab I Pendahuluan ₂

Universitas Kristen Maranatha

I. 5 Pembatasan Masalah

Pembatasan masalah diperlukan agar masalah yang diamati tidak terlalu luas dan penelitian menjadi lebih fokus. Pembatasan masalah pada pengerjaan Tugas Akhir ini adalah :

1. Balon terbang akan terbang pada ketinggian 150cm.

2. Balon terbang hanya dirancang untuk terbang dalam ruang tertutup.

3. Balon terbang diberi gangguan dengan menggeser objek referensi secara perlahan.

I. 6 Spesifikasi Alat

Spesifikasi alat adalah sebagai berikut :

1. Balon udara dengan ukuran panjang 126cm dengan gondola yang dilengkapi tiga motor dc sebagai penggerak.

2. Arah gerak balon terbang adalah atas, bawah, belok kanan, belok kiri, maju, dan mundur.

3. Objek referensi berupa kain berwarna merah berdimensi (60x60)cm.

I. 7 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam Tugas Akhir ini dibagi secara garis besar dalam lima bab, yang meliputi :

 BAB I PENDAHULUAN

Berisi latar belakang, identifikasi masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, spesifikasi alat, dan sistematika penulisan.

 BAB II TEORI PENUNJANG

Bab ini akan membahas mengenai teori-teori penunjang yang diperlukan dalam merancang dan merealisasikan balon terbang autonomous _{berbasis pengontrol} mikro.

 BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI

(40)

Bab I Pendahuluan ₃

 BAB IV ANALISIS DAN DATA PENGAMATAN

Pada bab ini akan dibahas hasil pencarian warna oleh sensor kamera CMUCam2+, pengujian ketinggian dengan sensor jarak PING, pengujian balon terbang dan analisisnya.

 BAB V SIMPULAN DAN SARAN

(41)

52 Universitas Kristen Maranatha BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

Pada 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. Balon terbang berhasil bertahan pada ketinggian 150cm menggunakan sensor jarak PING, namun ketika dipasang sensor kamera CMUCam2+ balon terbang tidak dapat terbang karena beban yang dibawa terlalu berat. 2. Percobaan untuk memperlihatkan putaran motor-motor dc terdapat

kegagalan untuk putaran motor dc untuk gerak kanan dan kiri, disebabkan oleh jarak yang cukup jauh antara sensor kamera CMUCam2+ dengan objek referensi. Jarak yang jauh menyebabkan nilai pixel dan nilai confidencemenjadi kecil. Dengan begitu sensor kamera CMUCam2+ tidak dapat bekerja dengan baik dalam mendeteksi koordinat titik tengah mxdan mypada objek referensi yang terjejak.

(42)

Bab V Kesimpulan dan Saran

53

V.2 Saran

Saran-saran yang dapat diberikan untuk perbaikan dan pengembangan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Realisasi balon terbang berikutnya harus lebih memperhatikan total berat beban yang akan dibawa(total berat gondola, baterai dan sensor-sensor), sehingga realisasi balon terbangautonomousbisa dilakukan.

(43)

Universitas Kristen Maranatha 54

DAFTAR PUSTAKA

1. Andrianto, H., Buku Panduan : Pelatihan Mikrokontroler AVR ATmega16,

2008.

2. Janakiraman, P.A. 1995. Robotics and Image Processing. New Delhi : Tata

McGraw-Hill Publishimg Company Limited.

3. Rancangan Bangun Wahana Kapal Udara dalam Ruangan. Referensi Tugas

Akhir Saudara Trisnadi Praditia.

7. Balon Udara Moderen

http://www.yohanessurya.com/download/penulis/Teknologi_03.pdf.23Februar

10. Sejarah Balon Udara dan Prinsip Kerjanya.

http://archive.kaskus.us/thread/3715561.14Oktober.2010.13.00

11.Airships: The Hindenburg and other Zeppelins.

http://www.airships.net/hindenburg.28Oktober.2010.10.00

12. PING.