T1__BAB II Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Algoritma Pencarian Titik Api (Pointing) Mengunakan Kamera pada Robot Pemadam Api T1 BAB II
BA B II
DA SA R T E OR I
Pada bab ini akan dibahas beberapa teori yang mendukung skripsi. Teori-teori
yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini terdiri dari kajian pustaka, konsep dasar
sistem yang mendukung algoritma robot, sensor yang digunakan untuk pendeteksian api
(kamera pixy dan UV-Tron), A rduino sebagai mikrokontroler yang digunakan, serta
bentuk api dan lapangan pertandingan pada K RPA I.
2.1.
K ajian Pustaka
2.1.1. Penggunaan K amera CCTV Sebagai Sensor Pendeteksi A pi Pada Robot
Pemadam A pi (Setyawan, D.E dan Prihastono, 2012) [2]
Pada jurnal ini penulis membahas mengenai penggunaan kamera CCTV
sebagai sensor pendeteksi api menggantikan UV Tron dan TPA 81. Penggunaan
kamera CCTV dinilai lebih baik karena selain lebih murah dan cepat jika di
banding UV Tron dan TPA 81, kamera CCTV ini bisa membaca titik api dari jarak
cukup jauh, stabil dan tahan terhadap perubahan suhu. A gar kamera dapat
digunakan sebagai sensor pendeteksi api maka dilakukan modifikasi dengan
menutup led inframerah agar tidak mengganggu output. Selain itu kamera ditutup
dengan dua filter, pertama plastik berwarna coklat dan kedua plastik berwarna
hitam yang diberi lubang kecil agar mampu membedakan benda yang memantul
cahaya dengan benda yang memancarkan cahaya.
Pembacaan dari
kamera CCT V
kemudian dibaca menggunakan
mikrokontroler dengan fungsi A DC. K amera CCTV dapat membaca adanya api
dari jarak 10cm sampai dengan 430cm. Data A DC yang didapat juga sangat
responsif terhadap perubahan data tersebut, berubah dengan respon kurang dari
4
satu detik.
2.1.2. F ire F lame Detection Algorithm Using a Color Camera (Yamagishi,
Hideaki dan Y amaguchi, J un’ichi, 1999) [3]
Pada jurnal ini penulis membahas mengenai suatu metode pendeteksian api
dengan cara mengeliminasi cahaya, angin serta jarak dengan mengambil
informasi warna-warna yang ada di sekitar api menggunakan kamera CCD
(Charge-Coupled Device).
Cara kerja metode ini dengan mengubah data RGB yang ada di kamera
dispesifikasikan menjadi data HSV. L alu data tadi dihitung dengan transformasi
koordinat polar. Metode ini menghasilkan bahwa angin dan jarak serta besar
kecilnya cahaya api tidak akan berpengaruh dengan pendeteksian, sehingga pasti
akan mendeteksi api.
2.1.3. A lgoritma Planning pada Robot Pemadam A pi Beroda untuk K embali ke
Posisi Awal dengan Penghitung J umlah Ruangan yang Ditelusuri
(Satyamarda, F.W, 2016) [4]
Dalam skripsi ini penulis ada membahas algoritma pemadaman api pada
robot beroda saat menggunakan TPA 81 dan flame sensor sebagai sensor utama
pada saat pointing pemadaman. 3 buah TPA 81 di letakan di tengah-tengah dan
berderet secara horizontal dan di sisi kiri serta kanan terdapat masing-masing dua
buah flame sensor. Posisi serta peletakan TPA 81 dengan flame sensor dapat
dilihat pada Gambar 2.1.
F lame sensor memiliki jarak baca yang lebih panjang dari TPA 81,
sehingga dapat digunakan untuk mencari titik api saat di depan pintu. Bila A pi
berada di sisi kiri, maka akan terbaca oleh flame sensor A dan B, flame sensor C
dan D akan bernilai 1 bila api berada di sisi kanan. Sedangkan untuk mengetahui
apakah robot sudah dekat api atau tidak adalah menggunakan TPA 8.
5
T PA 81
/
A
20 cm
Cl
ame S ensor
.
5
15 cm
Gambar 2.1. Peletakan T PA 81 dan F lame Sensor
2.2.
K amera Pixy
K amera yang digunakan pada skripsi ini adalah kamera CMUcam5. K amera
Cmucam5 yang disebut juga pixy merupakan image sensor yang memiliki prosesor
sendiri sehingga bisa memproses gambar yang dilihat sehingga data yang dikirim sudah
berupa data atau informasi yang dibutuhkan. Proses pengiriman data dari pixy dapat
dilakukan dengan menggunakan komunikasi UA RT Serial, SPI, I2C, digital dan analog
output. Pixy mampu mengingat 7 warna berbeda sekaligus yang disimpan dalam
signature. Selain itu sensor ini juga dapat mendeteksi ratusan benda dalam waktu
bersamaan dengan kecepatan 50fps. Pixy didukung dengan aplikasi open source yang
bisa digunakan Mac, Windows dan Linux yang disebut PixyMon [5].
Gambar 2.2. K amera C MUcam5 Pixy [6]
6
Gambar 2.3. Tampilan aplikasi PixyMon
Berikut spesifikasi kamera CMUcam5 [5]:
1.
Prosessor : NX P LPC4330, 204MHz, dual core
2.
Sensor : Omnivision OV 975, 1/4", 1280x800
3.
J angkauan lensa : 75 derajat horizontal, 47 derajat vertikal
4.
Tipe lensa : M12
5.
K onsumsi daya : 140mA
6.
Daya masukan : masukan USB (5V ) atau masukan tidak teregulasi (6V
sampai 10V )
7.
RA M : 264K B
8.
Flash : 1MB
9.
Data keluaran : UA RT serial, SPI, I2C, USB, digital, A nalog
10. Dimensi : 5.3cm x 5cm x 3.5cm
11. Berat : 27gram
2.3.
A rduino Mega2560
A rduino Mega2560 adalah papan mikrokontroler berbasiskan ATmega2560.
7
A rduino Mega2560 memiliki 54 pin digital input/output, di mana 15 pin dapat
digunakan sebagai output PWM, 16 pin sebagai input analog, dan 4 pin sebagai UA RT
(port serial hardware), 16 MHz kristal osilator, koneksi USB, jack power, header ICSP,
dan tombol reset [7].
Dalam tugas akhir ini, A rduino Mega2560 digunakan sebagai kontroler utama
robot. Dipilih A rduino sebagai pengontrol, karena A rduino sudah memiliki library pixy
sendiri sehingga memudahkan dalam pengerjaan tugas akhir ini.
Berikut spesifikasi lengkap dari A rduino Mega2560 [7]:
1.
Beroperasi pada tegangan : 5V
2.
Tegangan Input (recommended) : 7V-12V
3.
Tegangan Input (limits) : 6V-20V
4.
Digital I/O Pins : 54 (15 provide PWM output)
5.
Analog Input Pins : 16
6.
DC Current per I/O Pin : 40mA
7.
DC Current for 3.V Pin : 50mA
8.
F lash Memory : 256K B of which 8K B used by bootloader
9.
SRA M : 8K B
10.
EEPROM : 4K B
11.
Frekuensi Clock : 16MHz
Gambar 2.4. A rduino Mega2560 [8]
8
2.4.
Sensor Ultraviolet (UV-Tron)
J enis sensor yang digunakan pada robot untuk mendeteksi ada tidaknya api dalam
ruangan adalah UV-Tron. Sensor ini dapat mendeteksi sinar ultraviolet yang
dipancarkan oleh api. Pendeteksian api yang dapat dibaca kurang lebih lima meter tanpa
ada halangan. K ekurangan dari sensor ini tidak dapat mengetahui letak titik api
sehingga perlu ada algoritma khusus untuk pencarian titik apinya.
Gambar 2.5. Sensor UV-Tron [9]
A rah pendeteksian titik api oleh UV-tron memiliki keterbatasan. Pada datasheet
digambarkan batasan jarak pembacaan sensor seperti pada Gambar 2.5 di [9].
Gambar 2.6. Batas Pembacaan UV-tron [9]
2.5.
A pi pada K R PA I
A pi pada K RPA I berbentuk lilin dengan tinggi 15cm – 20cm dari lantai (Gambar
2.7.a). Diameter lilin 2cm – 3cm. K etinggian lilin akan berubah sepanjang pertandingan
berlangsung. Robot harus bisa mendeteksi nyala api lilin di setiap ketinggian dan besar
nyala api. K emungkinan letak posisi lilin seperti pada di Gambar 2.7.b. L ilin tidak akan
diletakkan persis dipintu ruangan [10].
9
a.Bentuk dan ukuran lilin
b. K andidat posisi lilin
Gambar 2.7. Bentuk, ukuran dan posisi lilin pada K R PA I [10]
2.6.
Bentuk dan Ukuran L apangan Pertandingan K R PA I
L apangan pertandingan K RPA I 2016 mengacu pada kontes robot Trinity College
F ire-F ighting Home Robot 2016 (TCFFHR 2016) yang diselenggarakan oleh Trinity
College, USA . Pada lapangan pertandingan lantai berwarna hitam dan dinding berwarna
putih. Beberapa bagian lantai akan dilapisi karpet berwarna abu-abu, yang seperti pada
Gambar 2.8.a. Pada Gambar 2.8.b merupakan bentuk dan ukuran lapangan pertandingan
[10].
a.Peletakan karpet
b. Ukuran L apangan K R PA I
Gambar 2.8. L apangan K R PA I [10]
10
Terdapat empat buah room yang digunakan dalam pertandingan [10]. Room 4
memiliki 2 buah variasi bentuk, di mana letak pintu dapat diputar sebesar 180◦dan room
1 memiliki pintu yang dapat dirubah letaknya. K emungkinan lapangan yang terjadi
dapat dilihat pada Gambar 2.9 [10].
a
b
c
d
Gambar 2.9. Gambar kemungkinan bentuk peta [10]
11
DA SA R T E OR I
Pada bab ini akan dibahas beberapa teori yang mendukung skripsi. Teori-teori
yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini terdiri dari kajian pustaka, konsep dasar
sistem yang mendukung algoritma robot, sensor yang digunakan untuk pendeteksian api
(kamera pixy dan UV-Tron), A rduino sebagai mikrokontroler yang digunakan, serta
bentuk api dan lapangan pertandingan pada K RPA I.
2.1.
K ajian Pustaka
2.1.1. Penggunaan K amera CCTV Sebagai Sensor Pendeteksi A pi Pada Robot
Pemadam A pi (Setyawan, D.E dan Prihastono, 2012) [2]
Pada jurnal ini penulis membahas mengenai penggunaan kamera CCTV
sebagai sensor pendeteksi api menggantikan UV Tron dan TPA 81. Penggunaan
kamera CCTV dinilai lebih baik karena selain lebih murah dan cepat jika di
banding UV Tron dan TPA 81, kamera CCTV ini bisa membaca titik api dari jarak
cukup jauh, stabil dan tahan terhadap perubahan suhu. A gar kamera dapat
digunakan sebagai sensor pendeteksi api maka dilakukan modifikasi dengan
menutup led inframerah agar tidak mengganggu output. Selain itu kamera ditutup
dengan dua filter, pertama plastik berwarna coklat dan kedua plastik berwarna
hitam yang diberi lubang kecil agar mampu membedakan benda yang memantul
cahaya dengan benda yang memancarkan cahaya.
Pembacaan dari
kamera CCT V
kemudian dibaca menggunakan
mikrokontroler dengan fungsi A DC. K amera CCTV dapat membaca adanya api
dari jarak 10cm sampai dengan 430cm. Data A DC yang didapat juga sangat
responsif terhadap perubahan data tersebut, berubah dengan respon kurang dari
4
satu detik.
2.1.2. F ire F lame Detection Algorithm Using a Color Camera (Yamagishi,
Hideaki dan Y amaguchi, J un’ichi, 1999) [3]
Pada jurnal ini penulis membahas mengenai suatu metode pendeteksian api
dengan cara mengeliminasi cahaya, angin serta jarak dengan mengambil
informasi warna-warna yang ada di sekitar api menggunakan kamera CCD
(Charge-Coupled Device).
Cara kerja metode ini dengan mengubah data RGB yang ada di kamera
dispesifikasikan menjadi data HSV. L alu data tadi dihitung dengan transformasi
koordinat polar. Metode ini menghasilkan bahwa angin dan jarak serta besar
kecilnya cahaya api tidak akan berpengaruh dengan pendeteksian, sehingga pasti
akan mendeteksi api.
2.1.3. A lgoritma Planning pada Robot Pemadam A pi Beroda untuk K embali ke
Posisi Awal dengan Penghitung J umlah Ruangan yang Ditelusuri
(Satyamarda, F.W, 2016) [4]
Dalam skripsi ini penulis ada membahas algoritma pemadaman api pada
robot beroda saat menggunakan TPA 81 dan flame sensor sebagai sensor utama
pada saat pointing pemadaman. 3 buah TPA 81 di letakan di tengah-tengah dan
berderet secara horizontal dan di sisi kiri serta kanan terdapat masing-masing dua
buah flame sensor. Posisi serta peletakan TPA 81 dengan flame sensor dapat
dilihat pada Gambar 2.1.
F lame sensor memiliki jarak baca yang lebih panjang dari TPA 81,
sehingga dapat digunakan untuk mencari titik api saat di depan pintu. Bila A pi
berada di sisi kiri, maka akan terbaca oleh flame sensor A dan B, flame sensor C
dan D akan bernilai 1 bila api berada di sisi kanan. Sedangkan untuk mengetahui
apakah robot sudah dekat api atau tidak adalah menggunakan TPA 8.
5
T PA 81
/
A
20 cm
Cl
ame S ensor
.
5
15 cm
Gambar 2.1. Peletakan T PA 81 dan F lame Sensor
2.2.
K amera Pixy
K amera yang digunakan pada skripsi ini adalah kamera CMUcam5. K amera
Cmucam5 yang disebut juga pixy merupakan image sensor yang memiliki prosesor
sendiri sehingga bisa memproses gambar yang dilihat sehingga data yang dikirim sudah
berupa data atau informasi yang dibutuhkan. Proses pengiriman data dari pixy dapat
dilakukan dengan menggunakan komunikasi UA RT Serial, SPI, I2C, digital dan analog
output. Pixy mampu mengingat 7 warna berbeda sekaligus yang disimpan dalam
signature. Selain itu sensor ini juga dapat mendeteksi ratusan benda dalam waktu
bersamaan dengan kecepatan 50fps. Pixy didukung dengan aplikasi open source yang
bisa digunakan Mac, Windows dan Linux yang disebut PixyMon [5].
Gambar 2.2. K amera C MUcam5 Pixy [6]
6
Gambar 2.3. Tampilan aplikasi PixyMon
Berikut spesifikasi kamera CMUcam5 [5]:
1.
Prosessor : NX P LPC4330, 204MHz, dual core
2.
Sensor : Omnivision OV 975, 1/4", 1280x800
3.
J angkauan lensa : 75 derajat horizontal, 47 derajat vertikal
4.
Tipe lensa : M12
5.
K onsumsi daya : 140mA
6.
Daya masukan : masukan USB (5V ) atau masukan tidak teregulasi (6V
sampai 10V )
7.
RA M : 264K B
8.
Flash : 1MB
9.
Data keluaran : UA RT serial, SPI, I2C, USB, digital, A nalog
10. Dimensi : 5.3cm x 5cm x 3.5cm
11. Berat : 27gram
2.3.
A rduino Mega2560
A rduino Mega2560 adalah papan mikrokontroler berbasiskan ATmega2560.
7
A rduino Mega2560 memiliki 54 pin digital input/output, di mana 15 pin dapat
digunakan sebagai output PWM, 16 pin sebagai input analog, dan 4 pin sebagai UA RT
(port serial hardware), 16 MHz kristal osilator, koneksi USB, jack power, header ICSP,
dan tombol reset [7].
Dalam tugas akhir ini, A rduino Mega2560 digunakan sebagai kontroler utama
robot. Dipilih A rduino sebagai pengontrol, karena A rduino sudah memiliki library pixy
sendiri sehingga memudahkan dalam pengerjaan tugas akhir ini.
Berikut spesifikasi lengkap dari A rduino Mega2560 [7]:
1.
Beroperasi pada tegangan : 5V
2.
Tegangan Input (recommended) : 7V-12V
3.
Tegangan Input (limits) : 6V-20V
4.
Digital I/O Pins : 54 (15 provide PWM output)
5.
Analog Input Pins : 16
6.
DC Current per I/O Pin : 40mA
7.
DC Current for 3.V Pin : 50mA
8.
F lash Memory : 256K B of which 8K B used by bootloader
9.
SRA M : 8K B
10.
EEPROM : 4K B
11.
Frekuensi Clock : 16MHz
Gambar 2.4. A rduino Mega2560 [8]
8
2.4.
Sensor Ultraviolet (UV-Tron)
J enis sensor yang digunakan pada robot untuk mendeteksi ada tidaknya api dalam
ruangan adalah UV-Tron. Sensor ini dapat mendeteksi sinar ultraviolet yang
dipancarkan oleh api. Pendeteksian api yang dapat dibaca kurang lebih lima meter tanpa
ada halangan. K ekurangan dari sensor ini tidak dapat mengetahui letak titik api
sehingga perlu ada algoritma khusus untuk pencarian titik apinya.
Gambar 2.5. Sensor UV-Tron [9]
A rah pendeteksian titik api oleh UV-tron memiliki keterbatasan. Pada datasheet
digambarkan batasan jarak pembacaan sensor seperti pada Gambar 2.5 di [9].
Gambar 2.6. Batas Pembacaan UV-tron [9]
2.5.
A pi pada K R PA I
A pi pada K RPA I berbentuk lilin dengan tinggi 15cm – 20cm dari lantai (Gambar
2.7.a). Diameter lilin 2cm – 3cm. K etinggian lilin akan berubah sepanjang pertandingan
berlangsung. Robot harus bisa mendeteksi nyala api lilin di setiap ketinggian dan besar
nyala api. K emungkinan letak posisi lilin seperti pada di Gambar 2.7.b. L ilin tidak akan
diletakkan persis dipintu ruangan [10].
9
a.Bentuk dan ukuran lilin
b. K andidat posisi lilin
Gambar 2.7. Bentuk, ukuran dan posisi lilin pada K R PA I [10]
2.6.
Bentuk dan Ukuran L apangan Pertandingan K R PA I
L apangan pertandingan K RPA I 2016 mengacu pada kontes robot Trinity College
F ire-F ighting Home Robot 2016 (TCFFHR 2016) yang diselenggarakan oleh Trinity
College, USA . Pada lapangan pertandingan lantai berwarna hitam dan dinding berwarna
putih. Beberapa bagian lantai akan dilapisi karpet berwarna abu-abu, yang seperti pada
Gambar 2.8.a. Pada Gambar 2.8.b merupakan bentuk dan ukuran lapangan pertandingan
[10].
a.Peletakan karpet
b. Ukuran L apangan K R PA I
Gambar 2.8. L apangan K R PA I [10]
10
Terdapat empat buah room yang digunakan dalam pertandingan [10]. Room 4
memiliki 2 buah variasi bentuk, di mana letak pintu dapat diputar sebesar 180◦dan room
1 memiliki pintu yang dapat dirubah letaknya. K emungkinan lapangan yang terjadi
dapat dilihat pada Gambar 2.9 [10].
a
b
c
d
Gambar 2.9. Gambar kemungkinan bentuk peta [10]
11