Pemantau Suhu Dan Kelembanan Ruang Tanaman Berbasis Aplikasi Augmented Reality

79

Pemantau Suhu Dan Kelembanan Ruang Tanaman Berbasis

Aplikasi Augmented Reality

Akuwan Saleh

＊a)

,Maulana Akbar

a)

,Rahardita Widytra S

b)

Abstrak:Augmented Reality menjadi populer karena selain menarik, juga dapat ditampilkan secara real time menggunakan marker untuk menampilkan bentuk animasi secara 3D. Augmented Reality(AR) adalah teknologi yang mengimplementasikan gambar virtual dari grafis komputer menjadi tampilan pada dunia nyata. Oleh karena itu, pada makalah ini dibuat sistem AR untuk pemantau ruang tanamanberukuran 2x3cm menggunakanmetode marker based tracking. Data yang dipantau adalah suhu dan kelembaban ruangan yang berasal dari sensor HSM-20G.Sensor ini terkoneksi dengan mikrokontroler yang selanjutnya data tersebut dikirim ke komputer secara wireless menggunakan modul bluetooth. Penggunaan aplikasi processing untuk membuat animasi 3D berupa balok sebagai indikator nilai suhu dan kelembaban.Identifikasi marker menggunakan kamera pada sistem ARdigunakan untuk membangkitkan animasi 3D.Berdasarkan pengujian sistem pemantau ruang tanaman menggunakan teknologi AR ini berhasil menampilkan nilai suhu dan kelembaban ruang beserta animasi 3D berupa balok sebagai indikator. Didapatkan pula akurasi data suhu pada range 93,4% sampai 100% .

Kata-kata kunci : Augmented Reality, Processing,Markerbased tracking.

1. Pendahuluan

Digital Image Processing, telah dikembangkan dan di aplikasikan dengan mengesankan selama beberapa dekade ini. Perkembangan dan aplikasi image ini telah memimpin teknologi di beberapa bidang seperti komunikasi digital dan internet, penyiaran (broadcasting), alat kedokteran, sistem multimedia, biologi, ilmu pengetahuan material, robot, dan manufaktur, sistem intelligent sensing, remote sensing, seni grafik dan proses print. Pertumbuhan yang pesat ini direfleksikan dengan diterbitkannya paper di jurnal ilmiah internasional dan dengan diluncurkannya buku tentang pemrosesan Image Digital.

Pada makalah ini telah dilakukanpembuatan animasi 3D tampilan data pada pengukuran suhu panas dan kelembaban menggunakan marker yang akan di baca oleh kamera pada PC. Hal ini dimaksudkan untuk menampilakan secara bentuk nyata animasi 3D.tampilan data pada pengukuran suhu panas dan kelembaban yang akan diolah oleh camera pada PC . Secara garis besar prosesnya adalah dengan pembacaan citra pada marker yang secara automatis akan ditangkap oleh kamera lalu akan mendeteksi marker tersebut. Kemudian bila marker di kenali maka akan di tampilkan data animasi secara 3D pada layar monitor PC, Tujuan pada makalah ini adalah untuk membuat sebuah animasi pada pengukuran suhu dan kelembaban yang akan ditampilkan pada layar PC dengan simbol marker yang dibaca oleh kamera pada PC sehingga seolah-olah terdapat sebuah animasi 3D yang terwujud di dunia nyata,

Permasalahan yang akan ditangani adalah bagaimana menentukan teknik dan sistemnya mengidentifikasi marker dengan baik disaat data sensor suhu panas dan kelembaban

sudah terkirim dan mengolah marker dengan menggunakan applikasi Software Processing hingga dapat menampilkan bentuk 3D animasi dengan warna berbeda untuk 2 data sensor yang terkirim.

2. Metode

Pemantauan temperatur/suhu dan kelembaban ruang tanaman ini sangat penting dalam pemeliharaan tanaman karena ada beberapa faktor yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman diantaranya sinar matahari, kelembaban dan temperatur/suhu serta pemeliharaan seperti: pemupukan, penyiraman, pengendalian hama dan penyakit[7]. Suhu merupakan faktor lingkungan yang berpengaruh terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman.Respon tanaman terhadap suhu berbeda tergantung : jenis tanaman, varietas, tahap pertumbuhan tanaman, macam organ/jaringan.

Prosespemantauan dimulai dari penentuan dua macam sensor yaitu sensor suhu panas dan sensor kelembaban,sensor-sensor akan diposisikan didalam ruangan tanaman dengan ukuran 2x3 meter, sensor akan mendeteksi kondisi suhu dan kelembabandi dalam ruangan tersebut dan dikirimkan ke modul rangkaian mikrokontroler.

Gambar 1.Ruang Tanaman

Data akan disimpan lalu dikirimkan ke-PC sebagai ＊ _{Korespondensi: akuwan@pens.ac.id}

database melalui modul bluetooth.setelah data tersimpan, persiapan id marker yang telah dibuat untuk identifikasi data sensor suhu panas dan kelembapan sebagaiprojectaugmented reality.

Selanjutnya persiapan kamera untuk menangkap Id marker yg telah dibuat,marker yang tertangkap oleh kamera diproses sebagai pengolahan gambar id marker serta penentuan data sensor pada marker,dengan menggunakan software Processing pada pc untuk pengolahan gambar tersebut, setelah diolah gambar tersebut di visualisasikan dengan animasi 3D dengan 2 bentuk figure Balok 2 warna yang berbeda jika merah adalah bentuk data hasil sensor suhu panas ,jika biru adalah bentuk data sensor kelembaban. Ilustrasi rancangan sistem pemantau ruang tanaman dengan sensor suhu dan kelembaban diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2. Rancangan Sistem

2.1 Pembuatam Hardware Sistem

 Rangkaian Sensor Suhu dan Kelembaban HSM-20G

Rangkaian sensor suhu dan kelembaban (HSM 20G) yang digunakan untuk pengukuran temperature ruang dan kelembaban pada gambar di bawah ini.

Gambar 3. Rangkaian Sensor HSM-20G

Salah satu parameter keadaan ruangan (ataupun udara luar) untuk dipahami adalah apa yang disebut Kelembaban Relatif. Sering disebut Relatif Humidity(RH), Kelembaban Nisbi, di banyak dokumen, literatur, disingkat dengan sebutan RH.memakai satuan persen.

 Rangkaian Sensor, Bluetooth dan Mikrokontroler

Rangkaian sistem yang terdiri dari sensor suhu dan kelembaban (HSM 20G), modul bluetooth dan Mikrokontroler diperlihatkan pada gambar 4.

Gambar 4. Rangkaian Sensor, Bluetooth dan Mikrokontroler

 Pengaturan Device Bluetooth HC-05 dan Bluetooth

Dongle

Setelah melakukan pengaturan pada com serial antara device blutooth HC-05 dan bluetooth external pada PC. Perlu mengaktifkan applikasi libary arduino yang sudah tersedia dan program untuk mengirimkan data sensor suhu dan kelembaban yang akan ditampilkan diapplikasi processing dengan menggunakan source code berikut ini.

SoftwareSerial mySerial(9,8); //Rx,Tx

Pada bagian source code di atas menjelasakan bahwa pemilihan COM sebagai alur jalan perangkat bluetooth HC-05 sebagai transmitter dan receiver diproses pengiriman data. Karena pada modul rangkaian alat sensor suhu dan kelembaban sudahdirencanakan pengiririm (tx) dan penerima (rx) terdapat pada jalur 8 dan 9 di PCB.

2.2 Sistem Pengiriman Data Sensor

Pada Proses penerapannyasensor mengrimkan data-data yang telah ditangkapnya berupa suhu panas dan kelembaban pada mikrokontroler malalui port konektor yang mana akan disimpan lalu dikirimkan ke PC menggunkan RF transmitter menuju RF receiver (modul bloetooth) dan disimpan dalam database yang dibuat untuk identifikasi id marker.

Gambar 5. Sistem pengiriman data sensor

Agar data sensor bisa muncul pada serial monitor applikasi arduino pada PC dibutuhkan beberapa formula sebagai berikut

temp =(𝑡𝑒𝑚𝑝 𝑥 60)₁₀₂₃ ………..(1)

Agar data temperatur bisa stabil harus dikalikan 60 yang didapatkan nilai dari standar maximal yang ditentukan didalam modul standar tabel sensor HSM-20G lalu dibagi dengan nilai pada data digital didalam intgrasi mikrokontrler arduino.

Data sensor kelembaban juga harus distabilkan agar data terlihat jelas maka rumus diatas membutuhkan pembagian dengan data bit senilai653.

temp =(𝐻𝑢𝑚𝑖𝑑 𝑥 90)₆₅₃ ………..(2)

hasil = temp x 100 + humidity ...………..(3)

Hasil persamaan diatas sebagai data tranlasi pemunculan 2 data sensor pada serial monitor applikasi processing agar data bisa muncul bersamaan serta data sensor bisa lebih stabil.

2.3 Sistem Kerja Augmented Reality

Konsep sistem kerja AR dengan berbagai software adalah sama, yaitu marker(penanda) terdeteksi oleh webcam, selanjutnya komputer akan mengkomputasi marker tersebut dan ditampilkan hasil objek 2 dimensi ataupun 3 dimensi pada layar monitor {1], [2]. Cara komputer membaca/mendeteksi sebuah marker adalah dengan melakukan penghitungan citra pada marker tersebut yang sering disebut dengan image processing.

Gambar 6. Sistem Kerja AugmentedReality

Proses pendeteksian marker pada software processing dilakukan dengan beberapa langkah,yaitu : a. Marker akan di-capture oleh webcam.

b. Gambar hasil capture akan di-thresholding.

c. Gambar hasil tresholding akan diproses lebih lanjut untuk dicari bagian – bagian yang terhubung. d. Gambar yang sudah diproses dengan pencarian

bagian terhubung dilakukan pendeteksian kontur. e. Gambar hasil pendeteksian kontur akan dicari sisi

dan tepinya melalui deteksi tepi.

f. Proses pendeteksian tepi menghasilkan objek sisipersegi dari marker.

Flowchart kerja Augmented Realitymenghasilkan obyek berupa 2 dimensi ataupun 3 dimensi.

Gambar 7. FlowchartKerja AugmentedReality

2.4 Pembuatan Animasi 3D

Animasi 3D berupa balok warna merah untuk menganimasikan nila suhu dan warna biru untuk kelembaban ditampilkan menggunakanSoftware Processing dengan nilai suhu dan kelembaban yang dikirim oleh mikrokontroler arduino.

(a)Software Processing (b)Balok h=y(c)Balok h=t*y.

Gambar 8.Animasi 3D

Pembuatan animasi obyek 3D berupa balok menggunakan sintak sebagai berikut[3], [5]:

box(size) box(w, h, d) dimana :

d = Kedalaman (dimensi Z).

Jika nilai h diubah-ubah, maka tinggi dari balok akan berubah naik turun. Dalam aplikasi yang dibuat nilai h atau y dari balok dikalikan dengan nilai suhu yang dikirim oleh arduino sehingga pembuatan baloknya sebagai berikut:

box(100,t*10,30); dimana variabel t berisi nilai data yang berasal dari sensor suhu. Sedangkan pemberian warna obyek sintaknya adalah: fill(r,g,b); dimana r=red, g=green dan b=blue. range nilainya dari 0 sampai 255.

Pembuatan balok kedua warna biru dibuat dengan cara yang sama, hanya saja sumber nilai yang akan dikalikan dengan tinggi balok atau h berasal dari sensor kelembaban.

3. Pengujian dan Analisa

Pada bagian pengujian terdiri dariempat bagian yaitu pembacaan data sensor oleh mikrokontroler, pengujian data sensor suhu dan kelembaban pada software processing,pengujian deteksi marker dan animasi 3D pada software processing dan pengujian diwaktu yang berbeda.Sebelum pengambilan data pada sensor khusunya data suhu/teperatur,terlebih dahulu dilakukan pengujian akurasidengan cara membandingkan data dari sensor HSM-20G denganthermometer standar seperti pada gambar berikut ini.

(a). Thermometer(b) HSM-20G

Gambar 9. Alat Ukur Suhu/Temperatur

%Error = 100% 𝑥 |_{𝑠𝑢ℎ𝑢 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟}Selisih angka| ………..(4)

Dengan perhitungan formula di atas bisa diketahui hasil presentasi error data HSM-20G yang dibandingkan dengan thermometer contoh data pada tabel 1 yang diambil yaitu data no 5.

%Error = 100% 𝑥 |_{30| = 6.6} 2

Data error terbesarnya dalam kalibrasi adalah 6,6%. Sedangkan untuk data no 7 adalah data error terkecil dengan nilai 0%.

Tabel 1. Data Suhu Sensor HSM-20G dan Thermometer

No HSM-20G Thermometer

1 28oC 29oC

3.1 Pembacaan Data Sensor Suhu dan Kelembaban pada Mikrokontroler

Data sensor suhu dan kelembaban dibaca oleh mikrokontroler arduino.Data tersebut ditampilkan pada serial monitor dan hasilnya seperti tabel2.

Tabel 2.Data Suhu Panas dan Kelembaban diRuangan Tampilan Serial Monitor Suhu Kelembaban

28.27oC

Daripengujian pengambilan data paling sederhana, bahwa data diambil ditempat dan kondisi bersifat random atau acak dan diambil didalam ruang.

3.2 Pengujian Data Sensor Suhu dan Kelembaban pada Software Processing

Padasoftware processingterdapat perintah program untuk menerima dan membaca data yang dikirim oleh bagian pengirim maka data sensor suhu dan kelembaban bisa ditampilkan dalam bentuk nilai angka dan animasinya.

Animasi 3D berupa balok warna merah untuk suhu dan warna biru untuk kelembaban ditampilkan pada windows dengan ukuran tertentu akan muncul jika kamera mendeteksi marker bertuliskan “Hiro”.

Tabel 3. Data Suhu Panas dan Kelembaban pada Software Processing

Tampilan pada

Software Processing Suhu Kelembaban

Marker yang digunakan padapengujian ini adalah

marker bertuliskan “Hiro” seperti gambar berikut.

Gambar 10. Jenis Marker Hiro

Marker didesain dengan 2 bentuk, yang pertama ukuran kecil 8 x 8 cm dan ukuran besar 19 x 19.2 cm. Hasil pengujian diperlihatkan pada tabel di bawah ini.

Tabel4.Pengambilan Jarak Marker

Marker Jarak (Cm) Keterangan

55 25

Kecil -- ok Terbaca pada 25 cm Besar ok ok Terbaca jarak 25-55 Cm

Aplikasi pembacaan marker pada sistem keseluruhan dapat menampilkan obyek animasi 3D, seperti pada tabel 5.

Tabel5.Tampilan Data Suhu, Kelembaban dan Animasi 3D pada SofwarePprocessing

Data Suhu dan Kelembaban

Animasi 3D (visualisasi 2 Balok)

Marker Hiro sebagai pemicu atau pembangkit AR (augmented reality) yang di arahkan pada kamera dan membankitkan obyek balok 3D. Balok warna merah sebagai indikator nilai suhu ruang dan balok warna biru indikator nilai kelembaban.

3.4 Pengujian Integrasi Sistem di Waktu yang Berbeda

Setelah integrasi sistem diuji dan berjalan dengan baik, selanjutnya dilakukan pengujian diwaktu yang berbeda yaitu di pagi dan malam hari.Hasil pengujiannya seperti ditunjukkan pada tabel 6 dan 7.

Tabel6.Data Pembacaan Suhu dan Kelembaban di Pagi Hari

No Suhu Kelembaban

1 28o_{C 30.0}

2 28o_{C 30.0}

3 28o_{C 31.0}

4 28o_{C 31.0}

5 28o_{C 30.0}

6 27oC 30.0

7 27o_{C 30.0}

Tabel7.Data Pembacaan Suhu dan Kelembaban di Malam Hari

No Suhu Kelembaban

1 27o_{C 26.0}

2 28o_{C 26.0}

3 28o_{C 30.0}

4 28o_{C 26.0}

5 27o_{C 30.0}

6 28o_{C 26.0}

7 28o_{C 30.0}

Dari data yang dihasilkan pada waktu pagi dan malam hari tidak jauh berbeda yaitu berkisar antara 27 sampai 28 derajat celcius untuk nilai suhu, sedangkan nilai kelembaban dimalam hari lebih rendah berkisar antar 26 sampai 30% RH.

4. Kesimpulan

Berdasarkan data yang diperoleh dari pengujian dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Pembacaan marker besar ukuran 19x19,2 cm berhasil dikenali dengan baik pada jarak 25–55 cm.

2. Akurasi data suhu pada sistem pada range 93,4% hingga 100% dengan error 0 hingga 6,6%.

3. Nilai kelembaban dimalam hari lebih rendah dengan selisih sekitar 4% RH dibanding waktu pagi.

4. Nilai suhu pada ruangan tanaman ukuran 2x3cm terpantau hingga ± 41oC digambarkan dengan tinggi balok warna merah

5. Nilai kelembaban pada ruangan tanaman ukuran 2x3cm terpantau hingga ± 41% RH digambarkan dengan tinggi balok warna biru

Daftar Pustaka

[1] Rekimoto J., “Matrix : A Real-Time Object Identification

and Registration Method for Augmented Reality”, Proceedings of the third Asia Pacific on computer–human interactions, Kangawa Japan, p. 63–98, 1998.

[2] Kato, H., Billinghurst, M., dan Poupyrev, I, ”ARToolKit

Applications”, Human Interface Technology Laboratory,

University of Washington., 2000.

[3] Daniel Shiffman, “Learning Processing, A Beginner’s

Guide to Programming Images, Animation, and

Interaction“, Elsevier Inc., 2008

[4] Joshua Noble, “Programming Interactivity: A Designer’s

Guide to Processing, Arduino, and openFrameworks”, O’Reilly Media, Inc., July 2009.

[5] Casey Reas and Ben Fry, “Getting Started with

Processing”, O’Reilly Media, Inc., June 2010.

[6] Fabian Winkler, “Arduino/Processing Communication

Workshop”, Fall, 2013.

[7] I G.Tirta, “Pengaruh Suhu Dan Kelembaban Terhadap Laju PertumbuhanPaphiopedillum Javanicum (Reinw.ex Lindl)

Pfitzer”, WIDYATECH Jurnal Sains dan Teknologi Vol. 11