APLIKASI SENSOR KOMPAS DAN SENSOR JARAK PADA KACAMATA BAGI KAUM TUNA NETRA BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52 SKRIPSI

(1)

i

APLIKASI SENSOR KOMPAS DAN SENSOR JARAK PADA KACAMATA BAGI KAUM TUNA NETRA BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52

SKRIPSI

(Elektronika, Instrumentasi dan Komputer)

I Gede Surya Adi Pranata

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA

(2)

ii

[SKRIPSI]

Sebagai Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Bidang Fisika pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Udayana

I Gede Surya Adi Pranata 1108205006

Pembimbing I Pembimbing II

(Dr. A.A. Ngurah Gunawan, M.T.,) (Nyoman Wendri, S.Si., M.Si) NIP. : 19620925 199203 1 00 3 NIP. : 19651231 199802 2 00 1

Mengetahui;

Jurusan Fisika FMIPA UNUD Ketua

(Ir. S. Poniman, M.Si) NIP. : 19560606 198703 1 00 1

(3)

iii

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

Judul : Aplikasi Sensor Kompas dan Sensor Jarak pada Kacamata bagi Kaum Tuna Netra Berbasis Mikrokontroler AT89S52 Nama Penyusun : I Gede Surya Adi Pranata

NIM

Bidang Minat : :

1108205006

Elektronika, Instrumentasi dan Komputasi

Disetujui oleh :

Pembimbing I Pembimbing II

(Dr. A.A. Ngurah Gunawan, M.T.,) (Nyoman Wendri, S.Si., M.Si) NIP. : 19620925 199203 1 00 3 NIP. : 19651231 199802 2 00 1

Mengetahui;

(4)

iv

LEMBAR PERSETUJUAN TUGAS AKHIR

Disusun Oleh : Nama Penyusun : I Gede Surya Adi Pranata

NIM : 1108205006

Bidang Minat : Elektronika, Instrumentasi dan Komputer

Telah diuji pada hari Jumat, Tanggal 18 September 2015 dan dinyatakan telah memenuhi syarat untuk diterima

Susunan Tim Penguji

1. Pembimbing I : Dr. A.A. Ngurah Gunawan, M.T. ( ... ) 2. Pembimbing II : Nyoman Wendri, S.Si., M.Si ( ... ) 3. Penguji I : I.G.A Widagda, S.Si., M.Kom. ( ... ) 4. Penguji II : I Ketut Sukarasa, S.Si., M.Si ( ... ) 5. Penguji III : Ir. S Poniman, M.Si ( ... )

Mengetahui;

(5)

v

FAKTA INTEGRITAS

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar keserjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka

Bukit Jimbaran, September 2015 Pembuat Fakta Integritas

I Gede Surya Adi Pranata NIM. 1108205006

(6)

vi

I Gede Surya Adi Pranata

ABSTRAK

Telah berhasil dibuat alat bantu mobilitas bagi tuna netra dengan mengaplikasikan sensor jarak HC-SR04 dan sensor kompas CMPS11 pada kacamata berbasis mikrokontroler AT89S52. Akuisi data dari HC-SR04 dapat memanfaatkan Timer0 mikrokontroler AT89S52 untuk menghitung lebar pulsa PWM yang dihasilkan, sedangkan akuisisi data dari CMPS11 dapat memanfaatkan komunikasi data serial UART mikrokontroler AT89S52 dengan Timer1 sebagai baud-rate generator dan protokol buatan dengan mengatur register SCON. Nilai terbaik untuk TH0 dan TL0 mikrokontroler AT89S52 dengan frekuensi kristal 11,0592 MHz dalam pengukuran pulsa PWM yang dihasilkan oleh HC-SR04 secara berturut-turut adalah 203 dan 208. Dari 3 jenis objek uji sebagai halangan, kestabilan pengukuran jarak yang paling baik hingga yang paling buruk secara berturut-turut terjadi pada kaca, tembok yang sudah dicat dan diplester, dan batang pohon mahoni. Pengukuran sudut arah mata angin memiliki tingkat kesalahan rata-rata sebesar 0,43%. Dari 15 orang tuna netra terdapat 12 orang yang mampu menempuh perjalanan lebih cepat dengan menggunakan alat bantu mobilitas yang dibuat dalam penelitian ini dibandingan dengan hanya menggunakan tongkat, sehingga tingkat keberhasilkan alat dalam membantu mobilitas tuna netra adalah 80%.

Kata kunci : HC-SR04, CMPS11, PWM, UART, Timer, AT89S52

ABSTRACT

A supporting tool for blind people mobility using range sensor of HC-SR04 and compass sensor of CMPS11 that applied to eyeglass based on AT89S52 has been successfully designed. Data acquisition from HC-SR04 can be done with Timer0 of AT89S52 microcontroller to measure width of generated PWM pulse, whereas data acquisition from CMPS11 can be done with AT89S52 microcontroller serial data communication of UART with Timer1 as baud-rate generator and customized protocol by SCON register customization. The best value for TH0 and TL0 of AT89S52 microcontroller with crystal frequency of 11.0592 MHz on PWM pulse measurement generated by HC-SR04 is 203 and 208 respectively. Among those 3 kinds of tested objects as obstacles, the most stable of range measurement until the worst occurred on glass obstacle, painted and coated wall, and trunk of mahogany tree. Average error value of cardinal direction measurement is 0,43%. From 15 blind people there is 12 people can travel more faster with mobility supporting tool that was made in this research as compared to only using a cane, so successfulness of this tool to help blind people mobility is 80%

(7)

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmatNyalah saya dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir yang berjudul APLIKASI SENSOR KOMPAS DAN SENSOR JARAK PADA KACAMATA BAGI KAUM TUNA NETRA BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52 guna memenuhi syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains bidang fisika.

Dalam kesempatan ini saya mengucapkan terimakasih yang sedalam-dalamnya kepada Yth :

1. Bapak Dr. A.A. Ngurah Gunawan, M.T., selaku dosen pembimbing 1 dan Ibu Nyoman Wendri, S.Si., M.Si selaku dosen pembimbing 2 yang telah membantu dalam penyusunan proposal tugas akhir ini.

2. Bapak Ir.S. Poniman, selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA Universitas Udayana. 3. Seluruh keluarga saya yang telah memberi bantuan berupa moril dan materi.

4. Teman-teman mahasiswa di jurusan Fisika FMIPA Universitas Udayana yang telah memberi bantuan berupa dukungan, informasi dan saran dalam penulisan proposal tugas akhir ini.

Saya menyadari bahwa penyusunan proposal ini jauh dari sempurna. Oleh karena itu saya mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun, khususnya dari dosen pembimbing dan penguji, guna menjadi acuan dalam menyempurnakan proposal ini.

Bukit Jimbaran, September 2015 Penyusun

(8)

viii DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PERNYATAAN ... ii

LEMBAR PENGESAHAN ... iii

LEMBAR PERSETUJUAN ... iv

FAKTA INTEGRITAS ... v

ABSTRAK ... vi

KATA PEGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR LAMPIRAN ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 4 1.3 Batasan Masalah ... 4 1.4 Tujuan Penelitian ... 5 1.5 Manfaat Penelitian ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 HC-SR04 Ultrasonic Range Finder ... 6

2.2 CMPS11 Tilt Compensated Magnetic Compass ... 8

2.3 Chip-Corder Information Storage Device 1400 (ISD1400) ... 10

2.4 Mikrokontroler AT89S52 ... 15

2.5 Interupsi ... 17

2.6 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) ... 19

2.7 Liquid Crystal Display M1632 (LCD M1632) ... 21

2.8 Low Voltage Audio Power Amplifier LM386 ... 23

2.9 IC LM2596 ... 24

2.10 Bahasa Assembly ... 25

(9)

ix

2.12 Kerangka Konsep ... 27

BAB III METODOLOGI ... 29

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 29

3.2 Alat dan Bahan ... 29

3.2.1 Alat ... 29

3.2.2 Bahan ... 30

3.3 Skema Perancangan Alat ... 30

3.4 Diagram Blok Perancangan Alat ... 31

3.4.1 Diagram blok alat penguji sebagai pendukung kalibrasi sensor jarak HC-SR04 dan sensor kompas CMPS1 ... 31

3.4.2 Diagram blok alat penterjemah input sensor kompas dan sensor jarak menjadi output informasi berupa suara ... 33

3.5 Rangkaian Alat ... 34

3.5.1 Rangkaian regulator tegangan ... 34

3.5.2 Rangkaian penguji sebagai pendukung kalibrasi sensor jarak .. 35

3.5.3 Rangkaian penguji sebagai pendukung kalibrasi sensor kompas CMPS11 ... 36

3.5.4 Rangkaian perekam suara dengan chip-corder ISD1420 ... 36

3.5.5 Rangkaian penguat daya audio denga LM386 ... 37

3.5.6 Rangkaian penguat daya audio dengan 2N2222 ... 38

3.5.7 Rangkaian penterjemah input sensor kompas dan sensor jarak menjadi output informasi berupa suara ... 38

3.6 Diagram alir (Flow Chart) Program ... 39

3.6.1 Flow Chart program pengujian sebagai pendukung kalibrasi sensor jarak HC-SR04 ... 39

3.6.2 Flow Chart program pengujian sebagai pendukung kalibrasi sensor kompas CMPS11 ... 41

3.6.3 Flow Chart program penterjemah input sensor kompas dan sensor jarak menjadi output informasi berupa suara ... 43

3.7 Metoda Pelaksanaan Pengujian dan Kalibrasi Sensor ... 47

3.7.1 Metoda pelaksanaan pengujian dan kalibrasi sensor jarak HC-SR04 ... 47

(10)

x

3.7.2 Metoda pelaksanaan pengujian dan kalibrasi sensor kompas

CMPS11 ... 48

3.8 Pengaplikasian Alat ... 49

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 50

4.1 Hasil ... 50

4.1.1 Uji sensor jarak HC-SR04 ... 51

4.1.2 Uji sensor kompas CMPS11 ... 60

4.1.3 Uji alat pada tuna netra ... 62

4.2 Pembahasan ... 64

4.2.1 Perangkat keras ... 64

4.2.2 Perangkat lunak ... 65

4.2.3 Uji sensor jarak HC-SR04 ... 71

4.2.4 Uji sensor kompas CMPS11 ... 74

4.2.5 Uji alat pada tuna netra ... 74

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 75

5.1 Kesimpulan ... 75

5.1 Saran ... 75 DAFTAR PUSTAKA

(11)

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perintah dan Data yang Diperoleh Dalam Komunikasi Serial

CMPS11 ... 9

Tabel 2.2 Deskripsi Masing-masing Pin Chip Corder ISD 1400 ... 11

Tabel 2.3 Data Timing Diagram Proses Perekaman dan Pemutaran Suara Menggunakan ISD 1420 ... 15

Tabel 2.4 Fungsi Alternatif Port 1 AT89S52 ... 16

Tabel 2.5 Fungsi Alternatif Port 3 AT89S52 ... 17

Tabel 2.6 Isi SFR IE AT89S52 ... 18

Tabel 2.7 Fungsi Masing-masing Pin LCD M1632 ... 22

Tabel 2.8 Data Timing Diagram LCD M1632 ... 23

Tabel 2.9 Beberapa Contoh Hubungan Kesesuaian Bahasa Mensin Terhadap Bahasa Assembly ... 26

Tabel 3.1 Rencana Rentang Waktu Pelaksanaan Penelitian ... 29

Tabel 3.2 Pentabelan Data Jarak Terhadap Ouput Suara yang Dihasilkan ... 43

Tabel 4.1 Data hasil percobaan alat uji pada tuna netra ... 63

Tabel 4.2 Pengkategorian delay suara beep berdasarkan rentang jarak ... 69

(12)

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konfigurasi Pin dan Tampilan Sensor Ultrasonik HC-SR04 ... 6

Gambar 2.2 Prinsip Kerja HC-SR04 ... 6

Gambar 2.3 Timing Diagram Pengoperasian Sensor Ultrasonik HC-SR04 ... 7

Gambar 2.4 Tampilan Fisik sensor kompas CMPS11 ... 8

Gambar 2.5 Keterangan Masing-masing Pin Sensor Kompas CMPS11 ... 8

Gambar 2.6 Diagram Blok Chip-corder ISD 1400 ... 11

Gambar 2.7 Konfigurasi pin ISD 1400 ... 11

Gambar 2.8 Timing Diagram Proses Perekaman Suara dengan ISD1400. ... 14

Gambar 2.9 Timing Diagram Proses Pemutaran Suara dengan ISD1400 ... 14

Gambar 2.10 Konfigurasi Pinout Mikrokontroler AT89S52 ... 15

Gambar 2.11 Timing Diagram UART Mode 1 pada AT89S52 ... 20

Gambar 2.12 Timing Diagram UART Mode 2 dan 3 pada AT89S52 ... 20

Gambar 2.13 Tampilan LCD M1632 ... 21

Gambar 2.14 Konfigurasi Pin LCD M1632 ... 21

Gambar 2.15 Timing Diagram Penulisan Data atau Instruksi ke Modul LCD M1632 ... 22

Gambar 2.16 Diagram Skematik IC Penguat Daya Audio LM386 ... 23

Gambar 2.17 Konfigurasi Pin IC Penguat Daya Audio LM386 ... 24

Gambar 2.18 Konfigurasi Pin LM2596 ... 25

Gambar 2.19 Rangkaian penguat daya dengan transistor NPN ... 27

Gambar 2.20 Kerangka Konsep Aplikasi Sensor Kompas dan Sensor Jarak pada Kaca Mata bagi Kaum Tuna Netra Berbasis Mikrokontroller AT89S52 ... 28

Gambar 3.1 Skema Perancangan Alat ... 31

Gambar 3.2 Diagram Blok Alat Penguji Sebagai Pendukung Kalibrasi Sensor Kompas dan Sensor Jarak ... 31

Gambar 3.3 Diagram Blok Alat Penterjemah Input Sensor Kompas CMPS11 dan Sensor Jarak HC-SR04 Menjadi Output Informasi Berupa Suara ... 33

(13)

xiii

Gambar 3.5 Rangkaian Penguji Sebagai Pendukung Kalibrasi Sensor Jarak

HC-SR04 ... 35

Gambar 3.6 Rangkaian Penguji Sebagai Pendukung Kalibrasi Sensor Kompas CMPS11 ... 36

Gambar 3.7 Rangaian Perekam Suara dengan Chip-corder ISD1420 ... 37

Gambar 3.8 Rangkaian Penguat Audio dengan LM386 ... 37

Gambar 3.9 Rangkaian Penguat Audio dengan 2N2222 ... 38

Gambar 3.10 Rangkaian Penterjemah Input Sensor Kompas dan Sensor Jarak Menjadi Output Informasi Berupa Suara ... 38

Gambar 3.11 Flow Chart Program Rangkaian Penguji Sebagai Pendukung Kalibrasi Sensor Jarak HC-SR04 ... 41

Gambar 3.12 Flow Chart Program Rangkaian Penguji Sebagai Pendukung Kalibrasi Sensor Kompas CMPS11 ... 42

Gambar 3.13 Pembagian Nilai 8 Bit Untuk 8 Suara Arah Mata Angin ... 44

Gambar 3.14 Flow Chart Program Penterjemah Input Sensor Kompas dan Sensor Jarak Menjadi Output Informasi Berupa Suara ... 47

Gambar 4.1 Alat uji sensor jarak HC-SR04 ... 50

Gambar 4.2 Alat uji sensor kompas CMPS11 ... 50

Gambar 4.3 Alat bantu mobilitas tuna netra mengaplikasikan sensor jarak HC-SR04 dan sensor kompas CMPS11 pada kacamata tuna netra berbasis mikrokontroler AT89S52 ... 51

Gambar 4.4 Grafik hubungan pengukuran jarak oleh alat terhadap pengukuran jarak menggunakan mistar sebagai standar pada halangan kaca dengan TH0 = 202 dan TL0 = 207 ... 53

Gambar 4.5 Grafik hubungan simpangan rata-rata jarak yang terukur oleh alat (𝒔̅̅̅ − 𝒔) terhadap jarak sebenarnya (s) pada halangan kaca _𝑨 dengan TH0 = 202 dan TL0 = 207 ... 54

Gambar 4.6 Grafik hubungan pengukuran jarak oleh alat terhadap pengukuran jarak menggunakan mistar sebagai standar pada halangan kaca dengan TH0 = 203 dan TL0 = 208 ... 55 Gambar 4.7 Grafik hubungan simpangan rata-rata jarak yang terukur oleh

(14)

xiv

dengan TH0 = 203 dan TL0 = 208 ... 55 Gambar 4.8 Grafik hubungan pengukuran jarak oleh alat terhadap

pengukuran jarak menggunakan mistar sebagai standar pada halangan kaca dengan TH0 = 204 dan TL0 = 209 ... 56 Gambar 4.9 Grafik hubungan simpangan rata-rata jarak yang terukur oleh

alat (𝒔̅̅̅ − 𝒔) terhadap jarak sebenarnya (s) pada halangan kaca _𝑨 dengan TH0 = 204 dan TL0 = 209 ... 56 Gambar 4.10 Foto pengambilan data pengukuran jarak pada halangan berupa

Kaca ... 57 Gambar 4.11 Grafik hubungan pengukuran jarak oleh alat terhadap

pengukuran jarak menggunakan mistar sebagai standar pada

halangan tembok dengan TH0 = 203 dan TL0 = 208 ... 57 Gambar 4.12 Grafik hubungan simpangan rata-rata jarak yang terukur oleh

alat (𝒔̅̅̅ − 𝒔) terhadap jarak sebenarnya (s) pada halangan _𝑨

tembok dengan TH0 = 203 dan TL0 = 208 ... 58 Gambar 4.13 Foto pengambilan data pengukuran jarak pada halangan berupa

tembok ... 58 Gambar 4.14 Grafik hubungan pengukuran jarak oleh alat terhadap

pengukuran jarak menggunakan mistar sebagai standar pada

halangan tembok dengan TH0 = 203 dan TL0 = 208 ... 59 Gambar 4.15 Grafik hubungan simpangan rata-rata jarak yang terukur oleh

alat (𝒔̅̅̅ − 𝒔) terhadap jarak sebenarnya (s) pada halangan _𝑨

batang pohon mahoni dengan TH0 = 203 dan TL0 = 208 ... 59 Gambar 4.16 Foto pengambilan data pengukuran jarak pada halangn berupa

batang pohon mahoni ... 60 Gambar 4.17 Grafik hubungan sudut kompas dengan output CMPS11 ... 60 Gambar 4.18 Grafik simpangan data pengukuran rata-rata CMPS11 terhadap

nilai pembanding ... 62 Gambar 4.19 Denah lingkungan uji bagi tuna netra ... 62 Gambar 4.20 Dokumentasi pengujian alat pada tuna netra ... 63 Gambar 4.21 Grafik perbandingan waktu tempuh tuna netra untuk mencapai

(15)

xv

sebuah tongkat dan dengan menggunaan bantuan alat bantu

mobilitas ... 63 Gambar 4.22 Grafik hubungan pengukuran jarak terhadap durasi waktu delay

(16)

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 Data Pengukuran Jarak Pada Objek Kaca dengan TH0 = 202 dan TL0 = 207

LAMPIRAN 2 Data Pengukuran Jarak Pada Objek Kaca dengan TH0 = 203 dan TL0 = 208

LAMPIRAN 3 Data Pengukuran Jarak Pada Objek Kaca dengan TH0 = 204 dan TL0 = 209

LAMPIRAN 4 Data Pengukuran Jarak Pada Objek Tembok dengan TH0 = 203 dan TL0 = 208

LAMPIRAN 5 Data Pengukuran Jarak Pada Objek Pohon Mahoni dengan TH0 = 203 dan TL0 = 208

LAMPIRAN 6 Data Pengukuran Sudut Arah Mata Angin dengan CMPS11 LAMPIRAN 7 Program Kalibrasi HC-SR04 (Ultrasonic Range Finder)

LAMPIRAN 8 Program Kalibrasi CMPS11 (Tilt Compensatedcompass Module) LAMPIRAN 9 Program Rangkaian Utama Aplikasi HC-SR04 dan CMPS11 pada

Kaca Mata Sebagai Alat Bantu Mobilitas Tuna Netra dengan Output Suara

LAMPIRAN 10 ISD1420 Datasheet

LAMPIRAN 11 1N4001-1N4007 Datasheet LAMPIRAN 12 AT89S52 Datasheet

LAMPIRAN 13 HC-SR04 Manual LAMPIRAN 14 LM2596 Datasheet LAMPIRAN 15 LCD Module Datasheet LAMPIRAN 16 1N5824 Datasheet LAMPIRAN 17 PN2222A Datasheet LAMPIRAN 18 LM386 Datasheet LAMPIRAN 19 Documentation CMPS11 LAMPIRAN 20 Surat-surat