v
UNIVERSITAS BINA NUSANTARA
Jurusan Sistem Komputer Program Studi Sistem Digital Program Studi Robotika dan Otomasi
Program Studi Sistem Komunikasi Semester Ganjil Tahun 2006 / 2007
PERANCANGAN SISTEM NAVIGASI PADA MOBILE ROBOT
MENGGUNAKAN MODUL KAMERA CMOS DAN KOMUNIKASI WiFi
Abstrak
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan teknologi mobile robot yang dapat mengenali arah anak panah dimana baik proses pengendalian terhadap mobile robot maupun proses pengenalan terhadap arah anak panah tersebut dilakukan oleh AVR ATMEGA128. Pengembangan lain dilakukan dalam hal pengiriman image hasil capture kamera ke PC menggunakan komunikasi WiFi. Metodologi penelitian yang digunakan adalah metodologi eksperimen. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah sistem mobile robot yang embedded dalam hal pengendalian maupun pengenalan gambar arah anak panah, juga mobile robot dengan PC dapat berkomunikasi dengan baik secara nirkabel. Kesimpulan dari penelitian ini adalah tingkat keberhasilan terhadap keseluruhan sistem untuk arah anak panah kiri sebesar 40 % dan untuk arah anak panah kanan sebesar 70 %. Waktu rata-rata proses pengenalan gambar adalah sekitar 2 detik. Waktu rata-rata capture gambar oleh kamera adalah 1.44 detik dengan kecepatan proses capture gambar rata-rata adalah 36.69 fps.
Kata kunci : mobile robot, embedded system, pengenalan gambar, komunikasi WiFi.
Endra 0700716791
Gita Maria Agripina 0700708202
vi PRAKATA
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat-Nya yang melimpah, kami bisa menyelesaikan penelitian ini dengan baik. Penelitian ini kami adakan dengan tujuan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan jenjang studi strata 1 serta meraih gelar kesarjanaan kami, yakni Sarjana Komputer, pada jurusan Sistem Komputer, Universitas Bina Nusantara.
Adapun berjalannya penelitian ini tidak luput dari dukungan berbagai pihak. Ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kami haturkan kepada :
1. Orang tua dan segenap keluarga kami yang tak henti-hentinya mendukung kami baik dalam bentuk semangat, doa, dan materil. 2. Bapak Wiedjaja, S.Kom., M.Kom., selaku dosen pembimbing kami
dan Kepala Jurusan Sistem Komputer yang selalu membantu kami dalam mencari solusi yang baik setiap kali kami menemukan masalah dalam hal penelitian yang kami kerjakan.
3. Bapak Prof. Dr. Gerardus Polla, M.App.Sc., selaku Rektor Universitas Bina Nusantara.
4. Bapak Endra, S.Kom., MT, selaku Kepala Computer Engineering Laboratory yang selalu membantu kami baik dalam bentuk semangat maupun tambahan ilmu.
vii
6. Segenap dosen Universitas Bina Nusantara yang telah membimbing kami selama ini.
7. Dallas Semiconductor yang telah menyediakan beberapa komponen sebagai bahan penelitian yang sangat berguna bagi kami.
8. Rekan-rekan yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu, yang selalu membantu kami dalam berbagai bentuk bantuan sehingga kami dapat menyelesaikan penelitian ini.
Kami menyadari bahwa penelitian ini hanyalah langkah awal yang masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, kami sangat menghargai akan kritik dan saran dari pembaca demi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi pada umumnya dan pengembangan dari penelitian ini pada khususnya.
Akhir kata, besar harapan kami agar penelitian ini dapat bermanfaat bagi pembaca serta dapat memberikan sedikit kontribusi untuk dunia ilmu pengetahuan dan teknologi.
viii DAFTAR ISI
Halaman Judul Luar... i
Halaman Judul Dalam... ii
Halaman Persetujuan Hardcover... iii
Halaman Pernyataan Dewan Penguji... iv
Abstrak... v
Prakata... vi
Daftar Isi... viii
Daftar Tabel... xii
Daftar Gambar... xiv
Daftar Lampiran... xviii
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang... 1
1.2Ruang Lingkup... 3
1.3Tujuan dan Manfaat Penulisan... 4
1.4Metodologi Penelitian... 5
1.5Sistematika Penulisan... 6
BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Robotika... 8
ix
2.2.1 AVR ATMEGA128... 10
2.2.2 DS1270 SRAM... 11
2.2.3 Sensor Ultrasonik PING )))... 12
2.2.4 Pulse Width Modulation (PWM)... 14
2.3 Image Processing... 15
2.3.1 Teknik Momen... 16
2.3.2 Inter Integrated Circuit (I2C)... 18
2.3.3 Serial Perpheral Interface (SPI)... 21
2.3.4 Modul Kamera C3188a... 22
2.4 Komunikasi WiFi... 25
2.4.1 LAN (Local Area Network)... 26
2.4.2 Wireless LAN... 26
2.4.3 Metode Pengiriman Data pada Wireless LAN... 27
2.4.4 Komponen-Komponen Wireless LAN... 28
2.4.5 Wireless Network Mode... 29
2.4.6 Standard Wireless LAN... 31
2.4.7 Wireless Networking Security... 33
2.4.8 SSID (The Service Set Identification)………. 33
2.4.9 MAC Address Filtering……….. 33
2.4.10 WEP (Wireless Equivalency Privacy)……….. 34
2.5 Tinjauan………... 34
x
3.1 Perancangan Perangkat Keras………. 37
3.1.1 Blok Diagram Sistem………. 37
3.1.2 Modul Controller………... 38
3.1.3 Modul Kamera……… 39
3.1.4 Modul Sensor………. 40
3.1.5 Modul WiFi……… 41
3.1.6 Motor Servo……… 41
3.1.7 Access Point………... 42
3.1.8 Personal Computer……… 43
3.1.9 Cara Kerja Sistem………... 43
3.2 Perancangan Perangkat Lunak……… 45
3.2.1 Flowchart Sistem secara Umum……… 45
3.2.2 Proses Pengenalan Citra………. 46
3.3 Rancang Bangun Sistem………. 50
3.3.1 Desain Mobile Robot……….. 50
3.3.2 Objek……….. 51
BAB 4 IMPLEMENTASI DAN EVALUASI 4.1 Spesifikasi Sistem………... 53
4.1.1 Spesifikasi Perangkat Keras………... 53
4.1.2 Spesifikasi Perangkat Lunak……….. 54
4.2 Prosedur Operasional……….. 56
xi
4.3.1 Pengujian PWM Motor Kanan………... 59 4.3.2 Pengujian PWM Motor Kiri………... 63 4.3.3 PWM untuk Mobile Robot Berjalan Lurus………….... 67 4.3.4 Pengujian Koneksi WiFi……… 70 4.3.5 Pengujian Pengiriman Data dari Modul Controller
ke PC... 79
4.3.6 Pengujian Capture Gambar... 81 4.3.7 Pengujian Algoritma Pengenalan Gambar
Arah Anak Panah Kiri... 82
4.3.8 Pengujian Algoritma Pengenalan Gambar
Arah Anak Panah Kanan... 84
4.3.9 Pengujian Sensor Jarak... 86 4.3.10 Pengujian Keseluruhan Sistem untuk
Arah Anak Panah... 87
BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan... 93 5.2 Saran... 94
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil Uji PWM Motor Kanan...60
Tabel 4.2 Hasil Uji PWM Motor Kiri………64
Tabel 4.3 Hasil Uji Koneksi WiFi Tanpa Melalui Memory Eksternal...73
Tabel 4.4 Hasil Uji Koneksi WiFi Melalui Memory Eksternal...74
Tabel 4.5 Persentase Perbedaan Antara Pengiriman Data Tanpa Memory Eksternal dan Melalui Memory Eksternal………..76
Tabel 4.6 Hasil Uji Capture Gambar...81
Tabel 4.7 Hasil Uji Algoritma Pengenalan Gambar Arah Anak Panah Kiri dengan Jarak Antara Mobile Robot dan Gambar Sebesar 25 cm...82
Tabel 4.8 Hasil Uji Algoritma Pengenalan Gambar Arah Anak Panah Kiri dengan Jarak Antara Mobile Robot dan Gambar Sebesar 30 cm...83
Tabel 4.9 Hasil Uji Algoritma Pengenalan Gambar Arah Anak Panah Kiri dengan Jarak Antara Mobile Robot dan Gambar Sebesar 35 cm...83
xiii
Tabel 4.11 Hasil Uji Algoritma Pengenalan Gambar Arah
Anak Panah Kanan dengan Jarak Antara Mobile Robot dan
Gambar Sebesar 30 cm...85 Tabel 4.12 Hasil Uji Algoritma Pengenalan Gambar Arah
Anak Panah Kanan dengan Jarak Antara Mobile Robot dan
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 AVR ATMEGA128………...11
Gambar 2.2 DS1270 SRAM………..12
Gambar 2.3 Sensor Ultrasonik PING )))………...13
Gambar 2.4 Flowchart Pendeteksian Halangan dengan Sensor Ultrasonik PING )))...14
Gambar 2.5 Pulse Width Modulation (PWM)………...15
Gambar 2.6 Interkoneksi pada Komunikasi I2C...18
Gambar 2.7 Timing Diagram Start Condition dan Stop Condition…………...19
Gambar 2.8 Timing Diagram Pengiriman Data pada Komunikasi I2C……….21
Gambar 2.9 Interkoneksi pada Komunikasi SPI………....22
Gambar 2.10 OV7620………...23
Gambar 2.11 Timing Diagram Modul Kamera C3188a dengan Resolusi 640 x 480 pixels……….24
Gambar 2.12 Flowchart Pengambilan Gambar oleh Kamera secara Umum...25
Gambar 2.13 Contoh Wireless Ad-Hoc………...30
Gambar 2.14 Contoh Jaringan Infrastruktur...31
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem...37
Gambar 3.2 Koneksi Modul C3188a dengan Controller...39
Gambar 3.3 Sudut Pandang Kamera ke Samping Kanan – Kiri dan Atas – Bawah...40
xv
Gambar 3.5 Koneksi Modul Airdrop-A dengan Controller...…...41
Gambar 3.6 Motor Servo………...42
Gambar 3.7 Access Point Linksys WRT54G……….43
Gambar 3.8 Flowchart Keseluruhan Sistem………..45
Gambar 3.9 Pembagian Citra oleh Algoritma Momen………...47
Gambar 3.10 Flowchart Algoritma Momen………....48
Gambar 3.11 Flowchart Proses Thresholding...49
Gambar 3.12 Desain Mobile Robot Tampak Atas………...50
Gambar 3.13 Desain Mobile Robot Tampak Bawah………...50
Gambar 3.14 Objek Arah Anak Panah Kanan………...51
Gambar 3.15 Objek Arah Anak Panah Kiri……….51
Gambar 3.16 Ukuran objek secara lengkap……….52
Gambar 4.1 User Interface pada PC………..55
Gambar 4.2 Mobile robot Tampak Atas...57
Gambar 4.3 Mobile robot Tampak Depan...58
Gambar 4.4 Mobile robot Tampak Samping Kanan...58
Gambar 4.5 Mobile robot Tampak Samping Kiri...59
Gambar 4.6 Grafik Kecepatan As Motor Kanan dan Kecepatan Roda Motor Kanan terhadap Persentase PWM...61
Gambar 4.7 Arah Putaran Searah Jarum Jam untuk Motor Kanan...61
Gambar 4.8 Arah Putaran Berlawanan Arah Jarum Jam untuk Motor Kanan...62
xvi
Gambar 4.10 Grafik Kecepatan As Motor Kiri dan Kecepatan Roda Kiri
terhadap Persentase PWM...65
Gambar 4.11 Arah Putaran Searah Jarum Jam untuk Motor Kiri...65
Gambar 4.12 Arah Putaran Berlawanan Arah Jarum Jam untuk Motor kiri...66
Gambar 4.13 Diameter As Motor dan Roda Kiri……...66
Gambar 4.14 PWM Motor Kanan dan Kiri untuk Mobile Robot Bergerak Lurus ke Depan………..69
Gambar 4.15 Letak PC dan Access Point di CE Lab…………...72
Gambar 4.16 Grafik Waktu Pengiriman Data terhadap Jarak Antara PC dengan Access Point………...75
Gambar 4.17 Grafik Transfer Rate terhadap Jarak antara PC dengan Access Point…...75
Gambar 4.18 Informasi yang Diterima PC dari Proses Ping yang Berhasil…....77
Gambar 4.19 Informasi yang Diterima PC dari Proses Ping yang Gagal...78
Gambar 4.20 Pengiriman Data dari Modul Controller ke PC...80
Gambar 4.21 Perbandingan Tingkat Keberhasilan Keseluruhan Sistem untuk Arah Anak Panah Kiri………...88
Gambar 4.22 Hasil Capture Kamera yang Terbaik untuk Gambar Arah Anak Panah Kiri………...89
Gambar 4.23 Hasil Capture Kamera yang Terburuk untuk Gambar Arah Anak Panah Kiri………...89
xvii
Gambar 4.25 Hasil Capture Kamera yang Terbaik untuk Gambar
Arah Anak Panah Kanan………...91 Gambar 4.26 Hasil Capture Kamera yang Terburuk untuk Gambar
xviii
