perancangan sistem instrumentasi jaket a
DESAIN SISTEM INSTRUMENTASI
JAKET AIRBAG BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535 DENGAN
ACCELEROMETER DAN GYROSCOPE
Disusun oleh Kelompok 2 :
Guntur Dwi Cahya
125090800111012
Annisa Nilamsari
Siti Miranti P
Hutomo Pebrianditya
Muhammad Ihsanuddin
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2015
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pada zaman transportasi modern ini banyak terjadi kecelakaan lalu lintas yang
mengakibatkan banyak kerugian termasuk kematian. Maka semakin banyaknya kecelakaan
yang terjadi, banyak juga yang menciptakan alat-alat canggih untuk keamanan saat
berkendara dan meminimalisir efek yang mungkin terjadi saat kecelakaan. Pada mobil yang
canggih dan modern terdapat alat safety yaitu airbag yang mengamankan pengendara saat
terjadi kecelakaan. Hal ini yang memunculkan ide pembuatan airbag jacket untuk pengendara
sepeda motor. Airbag pada mobil di inovasikan menjadi jaket sehingga mudah di gunakan
untuk pengendara motor.
Airbag mobil mempunyai komponen yang besar dan mempunyai system yang
berfungsi sebagai penanggulangan setelah terjadi kecelakaan. Pada saat mobil menabrak
maka, airbag akan mengembang. System ini juga salah satu alasan yang di gunakan dalam
pembuatan ide jacket airbag. Jika airbag pada mobil menggunakan system hanya untuk
penanggulangan saat terjadi kecelakaan maka system ini akan di kembangkan yaitu sebagai
pengaman sebelum terjadi kecelakaan.
Selain itu sensor yang di gunakan pada airbag mobil sangat berbeda dengan sensor
yang ada pada jacket airbag ini. Pada jacket airbag ini menggunakan fungsi gyroscope dan
accelerometer. Jadi pada desain ini fungsi gyroscope digunakan untuk menentukan
kemiringan dan accelerometer di gunakan untuk menentukan percepatan. Sehingga dengan
kemiringan dan kecepatan tertentu jacket ini akan akan mengembang dan mengamankan
sebelum terjadinya tabrakan.
Desain pada system ini berbasis mikrokotroler ATMEGA8535 penggunaan
mikrokontroler ini sebenarnya mempunyai prinsip kerja yang sama dengan mikrokontroler
yang lain hanya saja pada mikrokontroler ATMEGA8535 mempunyai system yang lebih
ringkas karena hanya mempunyai memori flash sebesar 8 (delapan) bite yang di gunakan
untuk mengatur airbag supaya mengembang sesuai perintah yang telah di set.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas maka penulis menetapkan rumusan masalah yaitu:
a. Bagaimana sistem kerja sensor accelerometer dan gyroscope?
b. Bagaimana kinerja sistem jaket airbag berbasis ATMEGA8535 dengan sensor IMU?
1.2
Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini akan digunakan beberapa batasan masalah untuk mempermudah
proses penelitian yakni:
a. Pintu bergerak dua arah berlawanan secara horisontal.
b. Sensor PIR yang digunakan sebagai pendeteksi panjang gelombang infra red pada tubuh
manusia.
c. Bahasa pemrograman yang digunakan untuk memprogram mikrokontroler adalah bahasa
C.
d. Tidak dibahas mengenai pengaruh deteksi gerak hewan.
1.3
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
a. Membuat sistem instrumentasi pintu otomatis dua arah menggunakan sensor PIR
KC7783R.
b. Mengetahui kinerja sistem untuk menggerakan pintu secara otomatis.
1.4
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
a. Dapat dimanfaatkan sebagai referensi untuk pengembangan dalam aplikasi sistem buka
tutup otomatis pada pintu yang sebenarnya.
b. Dapat dimanfaatkan sebagai referensi khususnya dalam bidang keilmuan instrumentasi.
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Mikrokontroler ATmega8535
Mikrokontroler ATmega8535 adalah pusat kendali dari suatu sistem elektronika seperti
halnya mikroprosesor sebagai otak komputer. Adapun nilai plus bagi mikrokontroler ini
adalah terdapatnya memori dan port I/O dalam suatu kemasan IC yang kompak, fitur yang
lengkap seperti ADC internal, EEPROM internal, port I/O, komunikasi serial. Juga harga
yang terjangkau memungkinkan mikrokontroler digunakan pada berbagai sistem elektronis,
seperti pada robot, automasi industri, sistem alarm, peralatan telekomunikasi, hingga sistem
keamanan (Wardhana, 2006).
Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas
dalam kode 16 bit dan sebagian besar instruksi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan
instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Hal ini terjadi karena kedua jenis
mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced
Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex Instruction
Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga
ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, dan AT86RFxx (Wardhana, 2006). Bentuk fisik
mikrokontroler ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Bentuk Fisik Mikrokontroler ATmega8535 (Meriwardana, 2010).
2.1.1 Arsitektur AVR ATmega8535
Mikrokontroler ATmega8535 memiliki arsitektur sebagai berikut:
a. Saluran IO sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D.
b. ADC 10 bit sebanyak 8 Channel.
c. Tiga buah timer / counter.
d. 32 register.
e. Watchdog Timer dengan oscilator internal.
f. SRAM sebanyak 512 byte.
g. Memori Flash sebesar 8 kb.
h. Sumber Interrupt internal dan eksternal.
i. Port SPI (Serial Pheriperal Interface).
j. EEPROM on board sebanyak 512 byte.
k. Komparator analog.
l. Port USART untuk komunikasi serial.
2.1.2 Fitur AVR ATmega8535
Mikrokontroler ATmega8535 memiliki fitur sebagai berikut:
a.
Sistem processor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
b.
Ukuran memory flash 8KB, SRAM sebesar 512 byte, EEPROM sebesar 512 byte.
c.
ADC internal dengan resolusi 10 bit sebanyak 8 channel.
d.
Port komunikasi serial USART dengan kecepatan maksimal 2.5 Mbps.
e.
Mode Sleep untuk penghematan penggunaan daya listrik.
2.1.3
Konfigurasi pin ATmega 8535
Mikrokontroler ATmega8535 mempunyai jumlah pin sebanyak 40 buah, dimana
dengan susunan 32 pin dipergunakan untuk keperluan port I/O yang dapat menjadi pin
input/output sesuai konfigurasi. Pada pin 32 tersebut terbagi atas 4 bagian (port), masingmasingnya terdiri atas 8 pin. Pin-pin lainnya digunakan untuk keperluan rangakaian osilator,
supply tegangan, reset serta tegangan referensi untuk ADC. Susunan pin-pin pada
mikrokontroler ATmega8535 diperlihatkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Konfigurasi Pin ATmega8535 (Meriwardana, 2010).
Secara fungsional, konfigurasi pin ATmega8535 sebagai berikut:
a.
VCC merupakan Pin yang berfungsi sebagai pin masukan catudaya.
b.
GND merupakan Pin Ground .
c.
Port A (PA0...PA7).
Port A berfungsi sebagai input analog pada A/D Konverter. Port A juga berfungsi sebagai
suatu Port I/O 8-bit dua arah, jika A/D Konverter tidak digunakan. Pin-pin port dapat
menyediakan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit). Port A
output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan
kemampuan sumber. Ketika pin PA0 ke PA7 digunakan sebagai input dan secara
eksternal ditarik rendah, pin-pin akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal
pull-up diaktifkan. Pin port A adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif
sekalipun waktu habis.
d.
Port B (PB0...PB7).
Port B adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih
untuk beberapa bit). Port B output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris
dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port B yang
secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pin Port
B adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif sekalipun waktu habis.
e.
Port C (PC0...PC7).
Port C adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih
untuk beberapa bit). Port C output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris
dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port C yang
secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pin port
C adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif sekalipun waktu habis.
f.
Port D (PD0...PD1).
Port D adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih
untuk beberapa bit). Port D output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris
dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port D yang
secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pin port
D adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif sekalipun waktu habis.
g.
RESET (Reset Input)
Merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler. Sebuah reset terjadi jika
pin ini diberi logika rendah melebihi periode minimum yang diperlukan.
h.
XTAL1 (Input Oscillator).
Masukan ke inverting oscillator amplifier dan masukan ke rangkaian clock internal.
i.
XTAL2 (Output Oscillator).
Keluaran dari inverting oscillator amplifier.
j.
AVCC
Merupakan pin penyedia tegangan untuk port A dan A/D converter catu daya dari port A
dan ADC.
k.
AREF
Merupakan pin referensi analog untuk A/D converter.
2.1.4 Peta memori ATmega8535
ATmega8535 memiliki dua jenis memori yaitu memori data dan memori program
ditambah dengan satu fitur tambahan yaitu EEPROM memory untuk penyimpanan.
Memori Data ATmega8535.
ATmega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang
terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian yaitu : 32 buah register umum, 64 buah
register I.O, dan 512 byte SRAM internal. Register untuk keperluan umum menempati space
data pada alamat terbawah yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu register khusus untuk
menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu
mulai dari $20 sampai $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan
untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register,
timer/counter, fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap
dapat dilihat pada tabel dibawah. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512
byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F (Meriwardana, 2010). Memori data
ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Peta Memori Data ATmega8535 (Meriwardana, 2010).
Memori Program ATmega8535.
Memori program yang terletak pada Flash Perom tersusun dalam word atau 2 byte
karena setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32bit. AVR ATmega8535 memiliki 4KByte
x 16 Bit Flash Perom dengan alamat mulai dari $000 sampai $FFF. AVR tersebut memiliki 12
bit Program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi Flash. Peta memori program
ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Peta Memori Program ATmega8535 (Meriwardana, 2010).
EEPROM Data Memory.
ATmega8535 memiliki EEPROM sebesar 512 byte untuk penyimpanan data. Lokasinya
terpisah dengan sistem addres register, data register dan kontrol register yang dibuat khusus
untuk EEPROM.
2.1.5 Sistem minimum mikrokontroler ATmega8535
Sistem minimum mikrokontroler adalah rangkaian elektronik minimum yang
diperlukan untuk beroperasinya IC mikrokontroler. Rangkaian ini kemudian bisa
dihubungkan dengan rangkaian lain untuk menjalankan fungsi tertentu. Rangkaian sistem
minimum mikrokontroler ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Sistem Minimum Mikrokontroler ATmega8535 (Alihasyim, 2011).
Untuk membuat rangkaian minimum ATmega8535 diperlukan beberapa komponen
yaitu:
• IC mikrokontroler ATmega8535
• 1 XTAL 4 MHz atau 8 MHz atau 11.0592 MHz (XTAL1)
• 3 kapasitor kertas yaitu dua 22 pF (C2 dan C3) serta 100 nF (C4)
• 1 kapasitor elektrolit 4.7 µF (C12) 2 resistor yaitu 100 Ω (R1) dan10 KΩ (R3).
• 1 tombol reset pushbutton (PB1).
Selain itu tentunya diperlukan power suply yang bisa memberikan tegangan 5V DC.
Rangkaian sistem minimum ini sudah siap untuk menerima sinyal analog (fasilitas ADC) di
port A (Arifin, 2011).
2.2 Sensor Accelerometer MMA7260Q
Accelerometer
adalah
alat
yang
digunakan
untuk mengukur
percepatan,
mendeteksi dan mengukur getaran (vibrasi), dan mengukur percepatan akibat gravitasi
(inklinasi). Accelerometer dapat digunakan untuk mengukur getaran pada mobil, mesin,
bangunan, dan instalasi pengamanan. Accelerometer juga
dapat diaplikasikan pada
pengukuran aktivitas gempa bumi dan peralatan-peralatan elektronik, seperti permainan
3 dimensi, mouse komputer, dan telepon. Untuk aplikasi yang lebih lanjut, sensor ini
banyak digunakan untuk keperluan navigasi.
Percepatan merupakan suatu keadaan berubahnya kecepatan terhadap waktu.
Bertambahnya
(acceleration).
suatu
kecepatan dalam suatu rentang waktu disebut percepatan
Namun jika kecepatan semakin berkurang daripada kecepatan sebelumnya,
disebut
perlambatan (deceleration). Percepatan juga bergantung pada arah/orientasi karena
merupakan penurunan kecepatan yang merupakan besaran vektor. Berubahnya arah
pergerakan suatu benda akan menimbulkan percepatan pula. Untuk memperoleh data jarak
dari sensor accelerometer, diperlukan proses integral ganda terhadap keluaran sensor.
Proses penghitungan ini dipengaruhi oleh waktu cuplik data, sehingga jeda waktu cuplik data
(dt) harus selalu konstan dan dibuat sekecil mungkin . Secara
sederhana,
integral
merupakan luas daerah di bawah suatu sinyal selama rentang waktu tertentu. Untuk
lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 1.
Persamaan pengintegralan pada persamaan (2) masih memiliki error yang cukup
besar. Untuk lebih mengoptimalkan hasil pengintegralan maka dapat digunakan metode
Runge-Kutta dengan pendekatan trapezoidal seperti pada persamaan (4).
Dari persamaan (4) dapat diketahui bahwa hasil integral saat ini (x k) dipengaruhi
oleh
hasil
integral sebelumnya
(xk-1),
masukan
saat
ini
(f(x k,tk)),
dan masukan
sebelumnya, serta waktu cuplik antar data masukan (h). Percepatan yang diperoleh dari
hasil pengukuran accelerometer pada kenyataannya bukanlah data percepatan benda
murni, melainkan juga terdapat derau.
Nilai a merupakan percepatan benda sesungguhnya, nilai r adalah random noise,
dan d adalah drift noise.Pada penelitian ini digunakan sensor accelerometer MMA7260Q
dengan tiga sumbu pengukuran, yaitu terhadap sumbu x, sumbu y, dan sumbu z. Sensor
accelerometer ini digunakan untuk mengukur percepatan benda dalam satuan gravitasi
(g). Sensor ini dapat mengukur percepatan dari 1,5 g sampai 6 g. Sensor accelerometer
MMA7260Q dengan rangkaian pendukung yang terintegrasi dapat dilihat pada Gambar
2.
Pada sensor accelerometer MMA7260Q ini memiliki fasilitas g-select yang
memungkinkan sensor bekerja pada tingkat sensitivitas yang berbeda-beda. Penguatan
internal pada sensor akan berubah sesuai dengan tingkat sensitivitas yang dipilih, yaitu
1,5 g, 2 g, 4 g, atau 6 g. Pemilihan tingkat sensitivitas ini dilakukan dengan memberikan
input logika pada pin g-select1 dan g-select2. Diskripsi pemilihan tingkat sensitivitas pada
sensor accelerometer MMA7260Q dapat diamati pada Tabel 1.
Sensor
accelerometer
MMA7260Q
dapat
digunakan untuk
mengukur
baik
percepatan positif maupun percepatan negatif. Ketika sensor dalam keadaan diam,
keluaran sensor pada sumbu x akan menghasilkan tegangan offset yang besarnya
setengah
dari
tegangan
masukan
sensor
(Vdd). Tegangan
offset
accelerometer
dipengaruhi oleh orientasi
sensor dan percepatan statis tiap sumbu akibat gaya gravitasi bumi. Untuk percepatan
positif maka sinyal keluaran akan meningkat di atas tegangan offset, sedangkan untuk
percepatan negatif sinyal keluaran akan semakin menurun di bawah tegangan offset.
Sensor accelerometer beroperasi pada tegangan 2,2 – 3,6 volt dengan tegangan tipikal
3,3volt
(Vdd).
Keluaran
sensor
accelerometer
berupa
tegangan
analog
merepresentasikan data percepatan dalam satuan gravitasi (g). Sensor
yang
accelerometer
MMA7260Q memiliki tingkat sensitivitas yang dapat dipilih yaitu 1,5g/ 2g/ 4g/6g.
Tingkat sensitivitas dapat dipilih dengan melakukan pengesetan pada pin g-select1 dan
g-select2. Koneksi masukan dan keluaran pin-pin pada accelerometer MMA7260Q dapat
dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Konfigurasi pin-pin accelerometer MMA7260Q
Selain fasilitas g-select, sensor accelerometer MMA7260Q juga memiliki pengondisi
sinyal internal berupa filter LPF orde 1 dan pengompensasi suhu yang memungkinkan
sensor masih dapat bekerja sampai lebih dari 100ºC. Sensor ini juga memiliki sleep
mode sehingga sensor hanya akan mengonsumsi arus yang sangat kecil, yaitu 3μA. Ketika
sensor dalam keadaan diam, keluaran sensor pada sumbu x akan menghasilkan tegangan
offset yang
besarnya
setengah
dari tegangan
masukan
sensor
(Vdd).
Tegangan
offsetaccelerometer dipengaruhi oleh orientasi sensor dan percepatan statis tiap sumbu
akibat gaya gravitasi bumi. Untuk percepatan positif maka sinyal keluaran akan
meningkat di atas tegangan offset, sedangkan untuk percepatan negatif sinyal keluaran
akan semakin menurun di bawah tegangan offset. Dengan mode g-range 1,5 g, maka
tegangan keluaran maksimal sensor dapat dihitung dengan persamaan (6).
(6)
Pada intinya, accelerometer MMA7260Q ini bekerja menggunakan prinsip konversi
kapasitansi (C) ke tegangan. Alat ini terdiri dari dua permukaan sel mesin mikro yang
bersifat kapasitif atau disebut juga g-cell. Struktur mekanik g-cell terbuat dari bahan
semikonduktor (polysilicon)
dan
dapat
dimodelkan
sebagai sepasang
sinar
yang
terpancarkan pada suatu benda yang bergerak diantara dua sumber sinar tetap. Benda
tersebut akan bergerak katika ada percepatan. Karena sinar terpancarkan pada benda yang
bergerak tadi, maka jarak antara benda dengan sumber sinar tetap pada 1 sisi akan
bertambah sejumlah berkurangnya jarak pada sisi yang lain. Hal ini
menyebabkan
berubahnya nilai masing-masing kapasitor yang dapat dirumuskan pada persamaan (7).
(7)
A adalah luas bidang yang dipancari sinar, ε merupakan konstanta dielektrik, dan D
adalah jarak antara sinar tetap dengan benda yang bergerak. Gambaran sederhana model
transduser g-cell dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Model sederhana tranducer g-cell
2.3
Sensor Gyroscope LISY300
Sensor gyroscope yang saya gunakan ini adalah sebuah modul yang terdiri
dari sensor Gyroscope LISY300AL dan ADC serial ADC101S021 yang dikeluarkan
oleh PARALLAX Inc. Pada modul ini pun telah dilengkapi dengan regulator tegangan
3.3 V sebagai supply nya. Modul Sensor Gyroscope LISY300AL dapat mendeteksi
kecepatan sudut (angular rate) satu axis, yaitu sumbu Z (yaw). Dan mampu membaca
sampai ± 300°/s full scale.
Pada dasarnya output dari sensor Gyroscope LISY300AL adalah berupa tegangan
analog, tetapi oleh PARALLAX Inc, output dari sensor Gyroscope tersebut dibaca
menggunakan ADC serial. Sehingga untuk mengakses modul ini kita harus
menggunakan protokol kumunikasi SPI (Serial
Peripheral Interface). Berikut adalah timing
diagram
cara
Gyroscope
mengakses
LISY300AL
Modul
Sensor
(ADC
serial
ADC101S021).
Protokol Komunikasi
Pada dasarnya untuk dapat mengakses Modul Sensor Gyroscope LISY300AL
ini, sebenarnya kita hanya harus tau cara mengakses ADC serial ADC101S021,
dikarenakan Sensor Gyroscope itu sendiri dibaca oleh ADC serial ADC101S021. Dari
gambar diatas terlihat bahwa terdapat 3 jalur untuk mengakses ADC serial
ADC101S021 yaitu CS, SCLK dan SDATA.
CS digunakan untuk meng-enable ADC serial ADC101S021 agar dapat
diakses, harus beri logika LOW.
SCLK digunakan sebagai serial clock, dimana semua aplikasi yang
berkomunikasi secara serial membutuhkan clock untuk mengaksesnya, maksimal
kecepatan clock untuk mengakses ADC serial ADC101S021 adalah 4MHz.
Sedangkan SDATA adalah jalur data serial yang berasal dari ADC serial
ADC101S021. Data yang berasal dari ADC serial ADC101S021 mempunyai 15 bit
data. Yaitu 3 bit 0 (LOW) awal, 10 bit data ADC dan 2 bit 0 (LOW) akhir. Dimana 10
bit data ADC dimulai dari MSB dan diakhiri oleh LSB.
Sensitivitas
Dan sensor Gyroscope LISY300AL, mempunyai sensitivitas 3.3 mV/°/s.
Dimana ADC serial ADC101S021 mempunyai pembacaan data 10 bit (0-1023 atau
sebanyak 1024 step) dengan perkiraan 3.22 mV/step. Sehingga setiap perubahan setiap
step adalah perubahan 1 derajat.
Zero Rate Level
Sebenarnya sensor Gyroscope LISY300AL sudah terkalibrasi dari pabriknya.
Yaitu dengan supply tegangan 3.3 V akan menghasilkan zero rate level 1.65 V
(tegangan offset atau Voffset). Nilai zero rate level ini terjadi ketika Gyroscope tidak
melakukan kecepatan sudut (angular rate), atau sensor Gyroscope dalam keadaan diam.
Atau dengan kata lain jika dibaca menggunakan ADC 10 bit, dengan range input ADC
0-3.3 V, maka didapat nilai ADC sebesar 512 untuk zero rate level (tidak terjadi
percepatan sudut atau dalam keadaan diam). Jika sumbu Z bergerak searah jarum jam,
maka nilai ADC akan berkurang (dibawah nilai zero rate levelnya), Jika bergerak
berlawanan arah jarum jam maka nilai ADC akan bertambah (diatas zero rate
levelnya).
Tetapi menurut datasheet Gyroscope LISY300AL:
“Zero-rate level describes the actual output signal if there is no angular rate present.
For a 3.3 V powered sensor the absolute zero-rate output is ideally 1.65 V. Zero-rate
level of precise MEMS sensors is, to some extent, a result of stress to the sensor and
therefore zero-rate level can slightly change after mounting the sensor onto a printed
circuit board or after exposing it to extensive mechanical stress. This value changes
very little over temperature and also very little over time.”
Kalibrasi
Karena alasan diatas, maka terjadi penyimpangan untuk nilai zero rate
levelnya, yaitu maksimal sekitar 512±24. Oleh karena itu harus dilakukan cara untuk
dapat menentukan nilai zero rate level melalui kalibrasi.
Pada dasarnya nilai zero rate level sudah bisa kita tentukan sendiri, yaitu saat
tidak terjadi kecepatan sudut (angular rate) atau gyroscope dalam keadaan diam.
Sebagai contoh ketika saya baca keluaran Modul Sensor Gyroscope LISY300AL
muncul nilai 511, 509, 504, 513 (berubah-ubah). Dari data tersebut bisa saja saya
mengambil kesimpulan jika nilai zero rate levelnya adalah 507 (nilai tengahnya).
Sensor gyroscope bersifar dinamis, dimana sensor gyroscope mempunyai nilai
saat terjadi kecepatan sudut (angular rate). Sedangkan saat diam (tidak terjadi angular
rate) maka nilainya adalah sama dengan zero rate level. Lalu nilainya yang berubahubah dikarenakan gyroscope mempunyai efek drift saat kondisi diam (nilainya tidak
cenderung kembali ke nilai zero rate level). Hal ini adalah kebalikan dari sensor
accelerometer, dimana sensor accelerometer bersifat statis. Oleh karena itu mengapa
pada banyak aplikasi selalu menggabungkan dua buah sensor tersebut (gyroscope dan
accelerometer).
Berikut ini adalah cara melakukan kalibrasinya. Cara ini saya dapat dari
program demo yang diberikan oleh PARALLAX Inc.
center (saya gunakan untuk mengganti istilah zero rate level)
data_gyro (hasil pembacaan ADC dari gyroscope melalui komunikasi SPI)
center(n)=(center(n-1)+data_gyro(n))/ banyaknya n
Dimana:
n = sampling
center(n-1) = 0 (bernilai nol pada awalnya)
Semakin banyak n (sampling) maka semakin baik untuk mendapatkan nilai zero rate
levelnya. Kalibrasi ini dilakukan hanya 1 kali pada awal program saja.
Mengakses Adc Serial Adc101s021 Atau Spi
Untuk mengakses ADC serial ini menggunakan protokol komunikasi SPI dan
saya
menggunakan
bahasa
C
dengan
compiler
CodeVision
AVR
untuk
memprogramnya. Pada dasarnya compiler CodeVision AVR telah mempunyai library
bawaan untuk mengakses SPI, tapi sayangnya library tersebut hanya untuk mengakses
8 bit data saja (aplikasi ini datanya 15 bit). Oleh karena itu saya membuat sebuah
fungsi sendiri untuk mengaksesnya.
2.4
Filter Digital
Filter digital adalah semua filter elektronik yang bekerja dengan menerapkan
operasi matematika digital atau algoritma pada suatu pemrosesan sinyal. Salah
satu batasan utama pada filter digital adalah dalam hal keterbatasan kecepatan
pemrosesan/waktu
komputasi
yang
sangat tergantung
dengan
kemampuan
mikrokontroler atau komputer yang digunakan.
2.4.1 Filter Eksponensial
Filter eksponensial merupakan filter
linier
rekursif sederhana. Filter
eksponensial secara umum digunakan dalam analisis kawasan waktu. Persamaan filter
eksponensial orde 2 dapat dilihat pada Persamaan (8).
(8)
Secara umum parameter a dapat ditentukan dengan persamaan (9).
(9)
Di sini fc adalah frekuensi cut off dan fs adalah frekuensi sampling.
2.4.2 Filter Kalman
Filter Kalman merupakan salah satu solusi optimal dalam memfilter data dari
sinyal pada suatu proses yang linier. Filter Kalman digunakan pada proses yang dapat
dinyatakan dalam bentuk persamaan state linier seperti pada persamaan (10).
(10)
Persamaan 10 dapat diobservasi dengan model pengukuran yang memetakan state x
ke keluaran y seperti dituliskan pada persamaan (11)
(11)
Noise proses (w) dan noise pengukuran (v) merupakan noise yang saling bebas.
Nilai estimasi state
^x k
pada filter Kalman ditentukan dari estimasi posteriori
serta selisih antara pengukuran sebenarnya yk dan estimasi pengukuran
pada persamaan (12).
^x ḱ
^
H x ḱ seperti
(12)
Selisih nilai antara pengukuran sebenarnya yk dan estimasi pengukuran disebut
sebagai residual atau pengukuran innovation. Jika nilai residual adalah nol, maka hal
itu
menunjukkan bahwa hasil estimasi sama dengan hasil pengukuran. Nilai Kk adalah faktor
gain pada filter Kalman.Pada filter Kalman dipilih nilai Kk sehingga estimasi posteriori
adalah optimal atau mempunyai error yang minimum. Nilai Pk minimum diperoleh jika
nilai
Kk
dapat menyediakan
estimasi
yang
mempunyai
covariance minimum.
Penyelesaian untuk mendapatkan Pk minimum ditunjukkan pada persamaan (13)
(13)
Nilai
estimasi
priori
diberikan
pada
persamaan
(14) yang diperoleh dengan
menghilangkan noise wk.
(14)
Nilai covariance dari error diberikan pada persamaan (15).
(15)
2.5
Inflator dan Airbag
Airbag adalah fitur keamanan yang bisa dipasang di mobil, yang berfungsi untuk
melindungi kita jika terjadi kecelakaan. Penggunaan airbag dapat membantu melindungi
daerah kepala, leher, dan dada. Airbag biasa dipasang oleh pembuat kendaraan untuk
keselamatan pengemudi dan penumpang. Biasanya airbag keluar dari setir/kemudi dan
dashboard mobil. Ketika kepala anda mengenai airbag, airbag tersebut mulai mengempis
secara perlahan, sehingga memungkinkan anda untuk keluar dari mobil tersebut. Namun,
pada perancangan sistem ini kami menggunkan airbag pada pengendara sepeda motor, yaitu
dengan meletakkannya dalam jaket guna melindungi tubuh pengendara sepeda motor. Letak
airbag nya diantara lain adalah dibagian lengan, punggung, abdomen, dan leher. Seluruh
peletakkanya berdasarkan perhitungan bagian – bagian yang rawan cedera saat terjadi
kecelakaan.
Dahulu
banyak model
yang
seperti
dipakai
tipe
compressed air
dan
Pyrotechnic,
namun
sekarang yang banyak dipakai adalah Pyrotechnic Inflator karena
sudah terbukti baik, kuat dan mudah pemasangannya. Dilihat dari
struktur bagian dalamnya, ketika arus mengalir di dalam Initiator
kelima, dengan kata lain pada saat arus tertentu disuplai dari ACU,
maka Initiator pertama akan membuat ledakan kecil, kemudian
menyalakan Auto Ignition Charge kedua . Panas penyepian akan
mengaktifkan Gas Generator keenam,untuk mengasilkan gas secara cepat. Pada saat tersebut
terjadinya panas sangat cepat, sehingga mengeluarkan debu. Karena itulah, panas dari gas ini
lebih rendah dan debunya dibuang lewat melalui Filter keempat. Gas ini lah yang mengisi
kantongudara agar mengelembung. Komposisi utama gas ini adalah He.N2,CO2,Ar.
Pemberian arus ke sirkuit untuk inflator akan diberikan dengan urutan pengembangan
kantong udara sebagai berikut (tergantung dari keputusan pengembangan yang telah putuskan
sebelumya).
Waktu yang dibutuhkan untuk meletuskan dalam jangka waktu yang sangat
singkat,sehingga pada saat kantong udara mengelembung karena disisi oleh gas pada saat
tersebut sampai mengeluarkan bunyi yang cukup keras (suara letusan). Biasanya lebih dari
100dB. Ketika kantong udara untuk pengemudi dan penumpang meletus pada saatyang
bersamaan, suara yang ditimbulkan dari letusan kedua kantong udara tersebut dapat
menggangu alat pendengaran manusia.
.
2.6
Bahasa Pemrograman C
Bahasa C diciptakan oleh Dennis Ritchie tahun 1972 di Bell Laboratories. Bahasa C
merupakan salah satu bahasa yang cukup populer dan handal untuk pemrograman
mikrokontroler. Dalam melakukan pemrograman mikrokontroler diperlukan suatu software
pemrograman, salah satunya yang mendukung bahasa C adalah Code Vision AVR (CVAVR).
CVAVR hanya dapat digunakan pada mikrokontroler keluarga AVR. CVAVR selain dapat
digunakan sebagai software pemograman juga dapat digunakan sebagai software downloader.
Software downloader akan men-download fileberekstensi “hex” ke mikrokontroler
(Averroes, 2009).
Adapun beberapa kelebihan bahasa C yakni:
Bahasa C tersedia hampir di semua jenis komputer.
Kode bahasa C sifatnya adalah portable dan fleksibel untuk semua jenis komputer.
Bahasa C hanya menyediakan sedikit kata-kata kunci, hanya terdapat 32 kata kunci.
Proses executable program bahasa C lebih cepat.
Dukungan pustaka yang banyak.
Bahasa C adalah bahasa yang terstruktur.
Bahasa C termasuk bahasa tingkat menengah.
Penempatan ini hanya menegaskan bahwa bahasa C bukan bahasa pemrograman yang
berorientasi pada mesin yang merupakan ciri bahasa tingkat rendah, melainkan berorientasi
pada obyek tetapi dapat dinterprestasikan oleh mesin dengan cepat secepat bahasa mesin.
Inilah salah satu kelebihan bahasa C yaitu memiliki kemudahan dalam menyusun
programnya semudah bahasa tingkat tinggi namun dalam mengesekusi program secepat
bahasa tingkat rendah.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Alat dan Bahan Penelitian
Alat dan bahan yang akan digunakan dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Alat dan Bahan Penelitian
NO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3.2
ALAT DAN KOMPONEN
Mikrokontroller ATMEGA8535
Sensor Gyroscope
Sensor Accelerometer
Inflator
Airbag
Timah
Papan PCB
Header
Resistor
Kapasitor
JUMLAH
1
1
1
1
5
1
1
1
5
5
HARGA
Diagram Blok Rangkaian
Konfigurasi sistem pengontrol jaket airbag yang akan dirancang diperlihatkan pada
Gambar 3.2.
Kemiringan dan
Percepatan
Sensor Accelerometer
MMA7260QT
Mikrokontroler ATmega8535
Sensor Gyroscope
LISY300
Airbag
Inflator
Gambar 3.2 Diagram Blok Rangkaian.
•
Pada blok diagram diatas adalah merupakan diagram blok dari langkah – langkah
mulai dari sensing berupa kemiringan yang diatas atau lebih dari 60⁰C dan percepatan
diatas 1g. Sensor accelerometer akan membaca besarnya percepatan atau perubahan
kecepatan mendadak, hal ini dilakukan untuk mendeteksi atau pencegahan saat akan
terjadi kecelakaan, karena pada umumnya kecelakaan itu dapat dideteksi dari
percepatan yang besar atau perubahan kecepatan yang besar pula. Pada accelerometer
ini menggunakan sumbu gerak sebagai parameter yang diukur, yaitu pada sumbu x,
sumbu y, sumbu z. Sensor ini mempunyai tiga buah keluaran yang berupa tegangan
analog yang dihubungkan langsung ke ADC mikrokontroler. Dengan tegangan
referensi ADC pada mikrokontroler adalah 5V.
•
Tegangan keluaran sumbu X, Y dan Z masing-masing dihubungkan ke PA.0, PA.1 dan
PA.2.
•
Pin SLEEP pada modul accelerometer dihubungkan ke pin VDD (bernilai 3,3V) yang
berfungsi untuk menonaktifkan mode sleep.
•
Pin SEL1 dan SEL2 tidak dihubungkan, yang berarti secara default kedua pin ini
berlogika low, sehingga sensor accelerometer memiliki sensitivitas 800mV/g dengan
jangkauan 1,5g.
Kelebihan sensor accelerometer:
• Dapat mengukur gerakan linier & gravitasi secara bersamaan.
• Harga lebih murah dibandingkan Gyroscope.
• Accelerometer dapat memberikan pengukuran sudut tegak lurus yang akurat ketika
sistem sedang diam (statis)
Kekurangan accelerometer:
• tidak mengukur gerak rotasi manusia.
• Pada accelerometer dipengaruhi oleh gravitasi.
• Tidak dapat mengukur orientasi secara langsung
• Gerakan lebih patah-patah/ tidak halus seperti pada gyroscope.
Seperti yang sudah dikatakan diatas bahwa
sensor accelerometer MMA7260QT, mendeteksi 3
sumbu x, y, dan z. Kemudian nilai percepatannya
adalah 1,5g, 2g , 4g dan 6g. Dan sensor ini sudah
tersedia dalam
IC yang memiliki 16 pin.
Sedangkan pin yang kami gunakan hanya pin 1,2,3,4,12,13,14, dan 15. Pin 1 dan 2 digunakan
untuk memilih besarnya nilai gravitasi
maksimum
yang
akan
digunakan.
Dengan konfigurasi jika pin 1 dan pin 2
diberi logika 0, maka nilai percepatan
maksimum 1,5g. Pin 1 diberi logika 1
dan pin 2 diberi logika 0, maka
percepatan gravitasinya 2g. Pin 1 diberi
logika 0 dan pin 2 diberi logika 1 maka
akan
menggunakan
nilai
gravitasi
maksimum 4g. Jika kedua pinnya
diberi
logika
1
maka
akan
menggunakan gravitasi maksimum 6g. Lalu pin12 untuk mengatur sleep mode saat tidak
digunakan. Pin 3 digunakan untuk power atau sumber tegangan dan pin 4 digunakan sebagai
ground nya. Pin 13 untuk keluaran terhadap sumbu z, pin 14 untuk
keluaran terhadap sumbu y dan pin 15 untuk keluaran terhadap
sumbu x. Dan sisa pin yang lainnya tidak digunakan.
Nilai
sensitivitasnya pun bervariasi, tergantung dari nilai range gravitasi
yang digunakan. Semakin besar nilai range gravitasinya nilai
sensitivitasnya semakin rendah. Ini terlihat saat menggunakan 1,5g
nilai sensitivitasnya 800mV/g, yang berarti nilai tegangan sebesar 800mV berubah setiap 1
gravitasi. Lalu dengan range gravitasi yang ppaling besar yaitu 6g, akan menghasilkan nilai
sensitivitas 200mV/g yang berarti memiliki nilai sebesar 200mV setiap perubahan 1 g.
Kemudian sensor gyroscope Hanya membutuhkan 3 wire untuk dapat
melakukan komunikasi dengan mikrokontroler, terdiri dari pin /CS, SCLK dan DOUT.
•
Untuk dapat mengakses modul sensor ini pin /CS harus diberi logika low.
•
Pin SCLK berfungsi sebagai serial clock, dengan kecepatan maksimal 4MHz.
•
Sedangkan pin DOUT merupakan jalur keluaran data dari modul sensor ini
Kelebihan sensor gyro:
•
Dapat mendeteksi gerakan dari segala arah.
•
Hasil gambar yg di hasilkan dari gerakan lebih halus/ tidak patah-patah seperti pada
accelerometer.
•
Tidak di pengaruhi oleh gravitasi.
•
Rentang skala penuh - kecepatan sudut maksimum.
•
Mengukur gerakan rotasi manusia.
•
Digunakan untuk mengukur baik, atau mempertahankan orientasi perangkat.
Kekurangan sensor gyro:
•
Harganya yang mahal.
•
Hanya dapat digunakan jika ada accelerator.
•
Chip agak besar
Kemudian kedua sensor tersebut dihubungkan dengan mikrokontroler, keluaran sensor
tersebut sebagai input di mikrokontroler. Lalu aktuator yang digunakan adalah inflator,
digunakan untuk memompa airbag. Untuk lebih jelasnya, gambar di bawah ini adalah
ilustrasinya.
3.3. Skematik Rangkaian
Gambar rangkaian diatas ini dibuat menggunakan software eagle, dimana disitu
terdapat mikrokontroler ATMEGA8535, sensor accelerometer MMA7269QT, sensor
gyroscope LISY300, lalu lcd sebagai display. Untuk modul sensor accelerometer
dihubungkan pada port A 0, port A 1, port A2, yang mana merupakan ADC, karena nilai
keluaran yang diolahh adalah digital, maka melewati port ini. Sedangkan sensor gyroscope
ini dihubungkan ke port B kareena sensor gyroscope ini menggunakan protocol SPI, yaitu
port B 4 sebagai chip selsct yang mengatur apakah sebagai pengirim atau penerima. Port B 5
sebagai data output dari sensor yang masuk ke MOSI dan port B 7 sebagai pengatur clock
nya.
Kemudian untuk kalibrasi menghubungkan tombol kalibrasinya dengan port D 0 dan
port D 1 yang merupakan Rx dan Tx nya. Lalu jika ingin di berikan display, bisa
dihubungkan dengan port C. Dan untuk inflatornya hanya membutuhkan 2 pin saja yang
digunakan. Yang satu dihubungkan dengan ground dan yang satunya lagi dengan port A
sebagai pemberi tegangan pada inflator. Untuk gambar ilustrasi nya seperti dibawah ini.
Alur Kerja Sistem
Alur kerja sistem pintu otomatis dapat dilihat pada Gambar 3.3.
START
ON/OFF
Baca Accelerometer
Baca Gyroscope
ADA
PERUBAHAN?
AKTIFKAN INFLATOR
AIRBAG
Gambar 3.3 Flowchart
Keterangan Flowchart:
a. dimulai dari percepatan mendadak dan kemiringan ekstrim yang telah ditentukan
sebelumnya.
b. lalu, accelerometer dan gyroscope mendeteksi adanya percepatan mendadak yang
diatas 1g kemudian kemiringan diatas 60⁰C
c. jika ada perubahan yang terdeteksi ,maka akan memberikan logika 1 pada
keluarannya yang diteruskan kebagian keluaran, yaitu, inflator yang akan
mengeluarkan nitrogen sehingga airbag terpompa.
d. ketika tidak ada perubahan, maka aktuator (inflator) tidak akan bekerja, sehingga
dikembalikan lagi keproses pembacaan sensor untuk mmendeteksi ulang.
BAB IV
PENUTUP
4.1. Kesimpulan
Sensor yang dipakai adalah sensor accelerometer dan gyroscope, yang ini merupakan
snsor yang peka terhadap perubahan kecepatan atau percepatan dan kemiringan. Aktuator
yang digunakan adalah inflator yang biasa digunakan sebagai aktuator pemompa udara ke
airbag. Alat ini lebih menekankan pada pencegahan karena didasarkan pada parameter tadi,
sedangkan sistem airbag pada mobil lebih kepada penanggulangan karena airbag akan
mengembang setelah terjadi kecelakaan, sedangkan pada alat ini tidak. Kemudian jika
meninjau pada jaket airbag yang telah ada sebelumnya di Indonesia yang masih manual, jelas
ini lebih ungguk karena bersifat elektrik yang tidak butuh kait pada sepeda motor.
4.2. Saran
Sensor accelerometer MMA7260Q memiliki tingkat sensitivitas yang sangat tinggi,
sehingga segala hal yang memungkinkan terjadinya error pada sinyal keluaran perlu
diminimalisasi, seperti kestabilan tegangan masukan dan koneksi antar komponen.
DAFTAR PUSTAKA
Alihasyim. 2011. Komponen Sistem Minimum Mikrokontroler ATmega8535. http://alihasyim.
blogspot. com. Diakses 03 Mei 2014.
Alma’i, Vidi Rahman, Aplikasi Sensor Accelerometer pada Pendeteksi Posisi, Penelitian
Teknik Elektro Universitas Diponegoro, Semarang, 2009.
Wahyudi, Adhi Susanto, Sasongko Pramono Hadi, Wahyu Widada, Simulasi Filter
Kalman untuk Estimasi Posisi dengan Meggunakan Sensor Accelerometer,
Jurnal Techno Science, UDINUS ,Semarang, 2009
Wardhana, Lingga. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535 Simulasi,
Hardware, dan Aplikasi. Yogyakarta: Andi Offset.
Zuhal. 2004. Prinsip Dasar Elektroteknik. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama.
----------, Atmega8535 Data Sheet, http://www.atmel.com, Juli 2009.
----------, MMA7260Q Data Sheet, http://www.freescale.com, Juni 2005
----------, LISY300 Data Sheet, http://www.freescale.com, Juni 2005
JAKET AIRBAG BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535 DENGAN
ACCELEROMETER DAN GYROSCOPE
Disusun oleh Kelompok 2 :
Guntur Dwi Cahya
125090800111012
Annisa Nilamsari
Siti Miranti P
Hutomo Pebrianditya
Muhammad Ihsanuddin
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2015
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pada zaman transportasi modern ini banyak terjadi kecelakaan lalu lintas yang
mengakibatkan banyak kerugian termasuk kematian. Maka semakin banyaknya kecelakaan
yang terjadi, banyak juga yang menciptakan alat-alat canggih untuk keamanan saat
berkendara dan meminimalisir efek yang mungkin terjadi saat kecelakaan. Pada mobil yang
canggih dan modern terdapat alat safety yaitu airbag yang mengamankan pengendara saat
terjadi kecelakaan. Hal ini yang memunculkan ide pembuatan airbag jacket untuk pengendara
sepeda motor. Airbag pada mobil di inovasikan menjadi jaket sehingga mudah di gunakan
untuk pengendara motor.
Airbag mobil mempunyai komponen yang besar dan mempunyai system yang
berfungsi sebagai penanggulangan setelah terjadi kecelakaan. Pada saat mobil menabrak
maka, airbag akan mengembang. System ini juga salah satu alasan yang di gunakan dalam
pembuatan ide jacket airbag. Jika airbag pada mobil menggunakan system hanya untuk
penanggulangan saat terjadi kecelakaan maka system ini akan di kembangkan yaitu sebagai
pengaman sebelum terjadi kecelakaan.
Selain itu sensor yang di gunakan pada airbag mobil sangat berbeda dengan sensor
yang ada pada jacket airbag ini. Pada jacket airbag ini menggunakan fungsi gyroscope dan
accelerometer. Jadi pada desain ini fungsi gyroscope digunakan untuk menentukan
kemiringan dan accelerometer di gunakan untuk menentukan percepatan. Sehingga dengan
kemiringan dan kecepatan tertentu jacket ini akan akan mengembang dan mengamankan
sebelum terjadinya tabrakan.
Desain pada system ini berbasis mikrokotroler ATMEGA8535 penggunaan
mikrokontroler ini sebenarnya mempunyai prinsip kerja yang sama dengan mikrokontroler
yang lain hanya saja pada mikrokontroler ATMEGA8535 mempunyai system yang lebih
ringkas karena hanya mempunyai memori flash sebesar 8 (delapan) bite yang di gunakan
untuk mengatur airbag supaya mengembang sesuai perintah yang telah di set.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas maka penulis menetapkan rumusan masalah yaitu:
a. Bagaimana sistem kerja sensor accelerometer dan gyroscope?
b. Bagaimana kinerja sistem jaket airbag berbasis ATMEGA8535 dengan sensor IMU?
1.2
Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini akan digunakan beberapa batasan masalah untuk mempermudah
proses penelitian yakni:
a. Pintu bergerak dua arah berlawanan secara horisontal.
b. Sensor PIR yang digunakan sebagai pendeteksi panjang gelombang infra red pada tubuh
manusia.
c. Bahasa pemrograman yang digunakan untuk memprogram mikrokontroler adalah bahasa
C.
d. Tidak dibahas mengenai pengaruh deteksi gerak hewan.
1.3
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
a. Membuat sistem instrumentasi pintu otomatis dua arah menggunakan sensor PIR
KC7783R.
b. Mengetahui kinerja sistem untuk menggerakan pintu secara otomatis.
1.4
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
a. Dapat dimanfaatkan sebagai referensi untuk pengembangan dalam aplikasi sistem buka
tutup otomatis pada pintu yang sebenarnya.
b. Dapat dimanfaatkan sebagai referensi khususnya dalam bidang keilmuan instrumentasi.
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Mikrokontroler ATmega8535
Mikrokontroler ATmega8535 adalah pusat kendali dari suatu sistem elektronika seperti
halnya mikroprosesor sebagai otak komputer. Adapun nilai plus bagi mikrokontroler ini
adalah terdapatnya memori dan port I/O dalam suatu kemasan IC yang kompak, fitur yang
lengkap seperti ADC internal, EEPROM internal, port I/O, komunikasi serial. Juga harga
yang terjangkau memungkinkan mikrokontroler digunakan pada berbagai sistem elektronis,
seperti pada robot, automasi industri, sistem alarm, peralatan telekomunikasi, hingga sistem
keamanan (Wardhana, 2006).
Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas
dalam kode 16 bit dan sebagian besar instruksi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan
instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Hal ini terjadi karena kedua jenis
mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced
Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex Instruction
Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga
ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, dan AT86RFxx (Wardhana, 2006). Bentuk fisik
mikrokontroler ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Bentuk Fisik Mikrokontroler ATmega8535 (Meriwardana, 2010).
2.1.1 Arsitektur AVR ATmega8535
Mikrokontroler ATmega8535 memiliki arsitektur sebagai berikut:
a. Saluran IO sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D.
b. ADC 10 bit sebanyak 8 Channel.
c. Tiga buah timer / counter.
d. 32 register.
e. Watchdog Timer dengan oscilator internal.
f. SRAM sebanyak 512 byte.
g. Memori Flash sebesar 8 kb.
h. Sumber Interrupt internal dan eksternal.
i. Port SPI (Serial Pheriperal Interface).
j. EEPROM on board sebanyak 512 byte.
k. Komparator analog.
l. Port USART untuk komunikasi serial.
2.1.2 Fitur AVR ATmega8535
Mikrokontroler ATmega8535 memiliki fitur sebagai berikut:
a.
Sistem processor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
b.
Ukuran memory flash 8KB, SRAM sebesar 512 byte, EEPROM sebesar 512 byte.
c.
ADC internal dengan resolusi 10 bit sebanyak 8 channel.
d.
Port komunikasi serial USART dengan kecepatan maksimal 2.5 Mbps.
e.
Mode Sleep untuk penghematan penggunaan daya listrik.
2.1.3
Konfigurasi pin ATmega 8535
Mikrokontroler ATmega8535 mempunyai jumlah pin sebanyak 40 buah, dimana
dengan susunan 32 pin dipergunakan untuk keperluan port I/O yang dapat menjadi pin
input/output sesuai konfigurasi. Pada pin 32 tersebut terbagi atas 4 bagian (port), masingmasingnya terdiri atas 8 pin. Pin-pin lainnya digunakan untuk keperluan rangakaian osilator,
supply tegangan, reset serta tegangan referensi untuk ADC. Susunan pin-pin pada
mikrokontroler ATmega8535 diperlihatkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Konfigurasi Pin ATmega8535 (Meriwardana, 2010).
Secara fungsional, konfigurasi pin ATmega8535 sebagai berikut:
a.
VCC merupakan Pin yang berfungsi sebagai pin masukan catudaya.
b.
GND merupakan Pin Ground .
c.
Port A (PA0...PA7).
Port A berfungsi sebagai input analog pada A/D Konverter. Port A juga berfungsi sebagai
suatu Port I/O 8-bit dua arah, jika A/D Konverter tidak digunakan. Pin-pin port dapat
menyediakan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit). Port A
output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan
kemampuan sumber. Ketika pin PA0 ke PA7 digunakan sebagai input dan secara
eksternal ditarik rendah, pin-pin akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal
pull-up diaktifkan. Pin port A adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif
sekalipun waktu habis.
d.
Port B (PB0...PB7).
Port B adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih
untuk beberapa bit). Port B output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris
dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port B yang
secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pin Port
B adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif sekalipun waktu habis.
e.
Port C (PC0...PC7).
Port C adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih
untuk beberapa bit). Port C output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris
dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port C yang
secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pin port
C adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif sekalipun waktu habis.
f.
Port D (PD0...PD1).
Port D adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih
untuk beberapa bit). Port D output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris
dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port D yang
secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pin port
D adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif sekalipun waktu habis.
g.
RESET (Reset Input)
Merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler. Sebuah reset terjadi jika
pin ini diberi logika rendah melebihi periode minimum yang diperlukan.
h.
XTAL1 (Input Oscillator).
Masukan ke inverting oscillator amplifier dan masukan ke rangkaian clock internal.
i.
XTAL2 (Output Oscillator).
Keluaran dari inverting oscillator amplifier.
j.
AVCC
Merupakan pin penyedia tegangan untuk port A dan A/D converter catu daya dari port A
dan ADC.
k.
AREF
Merupakan pin referensi analog untuk A/D converter.
2.1.4 Peta memori ATmega8535
ATmega8535 memiliki dua jenis memori yaitu memori data dan memori program
ditambah dengan satu fitur tambahan yaitu EEPROM memory untuk penyimpanan.
Memori Data ATmega8535.
ATmega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang
terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian yaitu : 32 buah register umum, 64 buah
register I.O, dan 512 byte SRAM internal. Register untuk keperluan umum menempati space
data pada alamat terbawah yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu register khusus untuk
menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu
mulai dari $20 sampai $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan
untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register,
timer/counter, fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap
dapat dilihat pada tabel dibawah. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512
byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F (Meriwardana, 2010). Memori data
ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Peta Memori Data ATmega8535 (Meriwardana, 2010).
Memori Program ATmega8535.
Memori program yang terletak pada Flash Perom tersusun dalam word atau 2 byte
karena setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32bit. AVR ATmega8535 memiliki 4KByte
x 16 Bit Flash Perom dengan alamat mulai dari $000 sampai $FFF. AVR tersebut memiliki 12
bit Program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi Flash. Peta memori program
ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Peta Memori Program ATmega8535 (Meriwardana, 2010).
EEPROM Data Memory.
ATmega8535 memiliki EEPROM sebesar 512 byte untuk penyimpanan data. Lokasinya
terpisah dengan sistem addres register, data register dan kontrol register yang dibuat khusus
untuk EEPROM.
2.1.5 Sistem minimum mikrokontroler ATmega8535
Sistem minimum mikrokontroler adalah rangkaian elektronik minimum yang
diperlukan untuk beroperasinya IC mikrokontroler. Rangkaian ini kemudian bisa
dihubungkan dengan rangkaian lain untuk menjalankan fungsi tertentu. Rangkaian sistem
minimum mikrokontroler ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Sistem Minimum Mikrokontroler ATmega8535 (Alihasyim, 2011).
Untuk membuat rangkaian minimum ATmega8535 diperlukan beberapa komponen
yaitu:
• IC mikrokontroler ATmega8535
• 1 XTAL 4 MHz atau 8 MHz atau 11.0592 MHz (XTAL1)
• 3 kapasitor kertas yaitu dua 22 pF (C2 dan C3) serta 100 nF (C4)
• 1 kapasitor elektrolit 4.7 µF (C12) 2 resistor yaitu 100 Ω (R1) dan10 KΩ (R3).
• 1 tombol reset pushbutton (PB1).
Selain itu tentunya diperlukan power suply yang bisa memberikan tegangan 5V DC.
Rangkaian sistem minimum ini sudah siap untuk menerima sinyal analog (fasilitas ADC) di
port A (Arifin, 2011).
2.2 Sensor Accelerometer MMA7260Q
Accelerometer
adalah
alat
yang
digunakan
untuk mengukur
percepatan,
mendeteksi dan mengukur getaran (vibrasi), dan mengukur percepatan akibat gravitasi
(inklinasi). Accelerometer dapat digunakan untuk mengukur getaran pada mobil, mesin,
bangunan, dan instalasi pengamanan. Accelerometer juga
dapat diaplikasikan pada
pengukuran aktivitas gempa bumi dan peralatan-peralatan elektronik, seperti permainan
3 dimensi, mouse komputer, dan telepon. Untuk aplikasi yang lebih lanjut, sensor ini
banyak digunakan untuk keperluan navigasi.
Percepatan merupakan suatu keadaan berubahnya kecepatan terhadap waktu.
Bertambahnya
(acceleration).
suatu
kecepatan dalam suatu rentang waktu disebut percepatan
Namun jika kecepatan semakin berkurang daripada kecepatan sebelumnya,
disebut
perlambatan (deceleration). Percepatan juga bergantung pada arah/orientasi karena
merupakan penurunan kecepatan yang merupakan besaran vektor. Berubahnya arah
pergerakan suatu benda akan menimbulkan percepatan pula. Untuk memperoleh data jarak
dari sensor accelerometer, diperlukan proses integral ganda terhadap keluaran sensor.
Proses penghitungan ini dipengaruhi oleh waktu cuplik data, sehingga jeda waktu cuplik data
(dt) harus selalu konstan dan dibuat sekecil mungkin . Secara
sederhana,
integral
merupakan luas daerah di bawah suatu sinyal selama rentang waktu tertentu. Untuk
lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 1.
Persamaan pengintegralan pada persamaan (2) masih memiliki error yang cukup
besar. Untuk lebih mengoptimalkan hasil pengintegralan maka dapat digunakan metode
Runge-Kutta dengan pendekatan trapezoidal seperti pada persamaan (4).
Dari persamaan (4) dapat diketahui bahwa hasil integral saat ini (x k) dipengaruhi
oleh
hasil
integral sebelumnya
(xk-1),
masukan
saat
ini
(f(x k,tk)),
dan masukan
sebelumnya, serta waktu cuplik antar data masukan (h). Percepatan yang diperoleh dari
hasil pengukuran accelerometer pada kenyataannya bukanlah data percepatan benda
murni, melainkan juga terdapat derau.
Nilai a merupakan percepatan benda sesungguhnya, nilai r adalah random noise,
dan d adalah drift noise.Pada penelitian ini digunakan sensor accelerometer MMA7260Q
dengan tiga sumbu pengukuran, yaitu terhadap sumbu x, sumbu y, dan sumbu z. Sensor
accelerometer ini digunakan untuk mengukur percepatan benda dalam satuan gravitasi
(g). Sensor ini dapat mengukur percepatan dari 1,5 g sampai 6 g. Sensor accelerometer
MMA7260Q dengan rangkaian pendukung yang terintegrasi dapat dilihat pada Gambar
2.
Pada sensor accelerometer MMA7260Q ini memiliki fasilitas g-select yang
memungkinkan sensor bekerja pada tingkat sensitivitas yang berbeda-beda. Penguatan
internal pada sensor akan berubah sesuai dengan tingkat sensitivitas yang dipilih, yaitu
1,5 g, 2 g, 4 g, atau 6 g. Pemilihan tingkat sensitivitas ini dilakukan dengan memberikan
input logika pada pin g-select1 dan g-select2. Diskripsi pemilihan tingkat sensitivitas pada
sensor accelerometer MMA7260Q dapat diamati pada Tabel 1.
Sensor
accelerometer
MMA7260Q
dapat
digunakan untuk
mengukur
baik
percepatan positif maupun percepatan negatif. Ketika sensor dalam keadaan diam,
keluaran sensor pada sumbu x akan menghasilkan tegangan offset yang besarnya
setengah
dari
tegangan
masukan
sensor
(Vdd). Tegangan
offset
accelerometer
dipengaruhi oleh orientasi
sensor dan percepatan statis tiap sumbu akibat gaya gravitasi bumi. Untuk percepatan
positif maka sinyal keluaran akan meningkat di atas tegangan offset, sedangkan untuk
percepatan negatif sinyal keluaran akan semakin menurun di bawah tegangan offset.
Sensor accelerometer beroperasi pada tegangan 2,2 – 3,6 volt dengan tegangan tipikal
3,3volt
(Vdd).
Keluaran
sensor
accelerometer
berupa
tegangan
analog
merepresentasikan data percepatan dalam satuan gravitasi (g). Sensor
yang
accelerometer
MMA7260Q memiliki tingkat sensitivitas yang dapat dipilih yaitu 1,5g/ 2g/ 4g/6g.
Tingkat sensitivitas dapat dipilih dengan melakukan pengesetan pada pin g-select1 dan
g-select2. Koneksi masukan dan keluaran pin-pin pada accelerometer MMA7260Q dapat
dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Konfigurasi pin-pin accelerometer MMA7260Q
Selain fasilitas g-select, sensor accelerometer MMA7260Q juga memiliki pengondisi
sinyal internal berupa filter LPF orde 1 dan pengompensasi suhu yang memungkinkan
sensor masih dapat bekerja sampai lebih dari 100ºC. Sensor ini juga memiliki sleep
mode sehingga sensor hanya akan mengonsumsi arus yang sangat kecil, yaitu 3μA. Ketika
sensor dalam keadaan diam, keluaran sensor pada sumbu x akan menghasilkan tegangan
offset yang
besarnya
setengah
dari tegangan
masukan
sensor
(Vdd).
Tegangan
offsetaccelerometer dipengaruhi oleh orientasi sensor dan percepatan statis tiap sumbu
akibat gaya gravitasi bumi. Untuk percepatan positif maka sinyal keluaran akan
meningkat di atas tegangan offset, sedangkan untuk percepatan negatif sinyal keluaran
akan semakin menurun di bawah tegangan offset. Dengan mode g-range 1,5 g, maka
tegangan keluaran maksimal sensor dapat dihitung dengan persamaan (6).
(6)
Pada intinya, accelerometer MMA7260Q ini bekerja menggunakan prinsip konversi
kapasitansi (C) ke tegangan. Alat ini terdiri dari dua permukaan sel mesin mikro yang
bersifat kapasitif atau disebut juga g-cell. Struktur mekanik g-cell terbuat dari bahan
semikonduktor (polysilicon)
dan
dapat
dimodelkan
sebagai sepasang
sinar
yang
terpancarkan pada suatu benda yang bergerak diantara dua sumber sinar tetap. Benda
tersebut akan bergerak katika ada percepatan. Karena sinar terpancarkan pada benda yang
bergerak tadi, maka jarak antara benda dengan sumber sinar tetap pada 1 sisi akan
bertambah sejumlah berkurangnya jarak pada sisi yang lain. Hal ini
menyebabkan
berubahnya nilai masing-masing kapasitor yang dapat dirumuskan pada persamaan (7).
(7)
A adalah luas bidang yang dipancari sinar, ε merupakan konstanta dielektrik, dan D
adalah jarak antara sinar tetap dengan benda yang bergerak. Gambaran sederhana model
transduser g-cell dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Model sederhana tranducer g-cell
2.3
Sensor Gyroscope LISY300
Sensor gyroscope yang saya gunakan ini adalah sebuah modul yang terdiri
dari sensor Gyroscope LISY300AL dan ADC serial ADC101S021 yang dikeluarkan
oleh PARALLAX Inc. Pada modul ini pun telah dilengkapi dengan regulator tegangan
3.3 V sebagai supply nya. Modul Sensor Gyroscope LISY300AL dapat mendeteksi
kecepatan sudut (angular rate) satu axis, yaitu sumbu Z (yaw). Dan mampu membaca
sampai ± 300°/s full scale.
Pada dasarnya output dari sensor Gyroscope LISY300AL adalah berupa tegangan
analog, tetapi oleh PARALLAX Inc, output dari sensor Gyroscope tersebut dibaca
menggunakan ADC serial. Sehingga untuk mengakses modul ini kita harus
menggunakan protokol kumunikasi SPI (Serial
Peripheral Interface). Berikut adalah timing
diagram
cara
Gyroscope
mengakses
LISY300AL
Modul
Sensor
(ADC
serial
ADC101S021).
Protokol Komunikasi
Pada dasarnya untuk dapat mengakses Modul Sensor Gyroscope LISY300AL
ini, sebenarnya kita hanya harus tau cara mengakses ADC serial ADC101S021,
dikarenakan Sensor Gyroscope itu sendiri dibaca oleh ADC serial ADC101S021. Dari
gambar diatas terlihat bahwa terdapat 3 jalur untuk mengakses ADC serial
ADC101S021 yaitu CS, SCLK dan SDATA.
CS digunakan untuk meng-enable ADC serial ADC101S021 agar dapat
diakses, harus beri logika LOW.
SCLK digunakan sebagai serial clock, dimana semua aplikasi yang
berkomunikasi secara serial membutuhkan clock untuk mengaksesnya, maksimal
kecepatan clock untuk mengakses ADC serial ADC101S021 adalah 4MHz.
Sedangkan SDATA adalah jalur data serial yang berasal dari ADC serial
ADC101S021. Data yang berasal dari ADC serial ADC101S021 mempunyai 15 bit
data. Yaitu 3 bit 0 (LOW) awal, 10 bit data ADC dan 2 bit 0 (LOW) akhir. Dimana 10
bit data ADC dimulai dari MSB dan diakhiri oleh LSB.
Sensitivitas
Dan sensor Gyroscope LISY300AL, mempunyai sensitivitas 3.3 mV/°/s.
Dimana ADC serial ADC101S021 mempunyai pembacaan data 10 bit (0-1023 atau
sebanyak 1024 step) dengan perkiraan 3.22 mV/step. Sehingga setiap perubahan setiap
step adalah perubahan 1 derajat.
Zero Rate Level
Sebenarnya sensor Gyroscope LISY300AL sudah terkalibrasi dari pabriknya.
Yaitu dengan supply tegangan 3.3 V akan menghasilkan zero rate level 1.65 V
(tegangan offset atau Voffset). Nilai zero rate level ini terjadi ketika Gyroscope tidak
melakukan kecepatan sudut (angular rate), atau sensor Gyroscope dalam keadaan diam.
Atau dengan kata lain jika dibaca menggunakan ADC 10 bit, dengan range input ADC
0-3.3 V, maka didapat nilai ADC sebesar 512 untuk zero rate level (tidak terjadi
percepatan sudut atau dalam keadaan diam). Jika sumbu Z bergerak searah jarum jam,
maka nilai ADC akan berkurang (dibawah nilai zero rate levelnya), Jika bergerak
berlawanan arah jarum jam maka nilai ADC akan bertambah (diatas zero rate
levelnya).
Tetapi menurut datasheet Gyroscope LISY300AL:
“Zero-rate level describes the actual output signal if there is no angular rate present.
For a 3.3 V powered sensor the absolute zero-rate output is ideally 1.65 V. Zero-rate
level of precise MEMS sensors is, to some extent, a result of stress to the sensor and
therefore zero-rate level can slightly change after mounting the sensor onto a printed
circuit board or after exposing it to extensive mechanical stress. This value changes
very little over temperature and also very little over time.”
Kalibrasi
Karena alasan diatas, maka terjadi penyimpangan untuk nilai zero rate
levelnya, yaitu maksimal sekitar 512±24. Oleh karena itu harus dilakukan cara untuk
dapat menentukan nilai zero rate level melalui kalibrasi.
Pada dasarnya nilai zero rate level sudah bisa kita tentukan sendiri, yaitu saat
tidak terjadi kecepatan sudut (angular rate) atau gyroscope dalam keadaan diam.
Sebagai contoh ketika saya baca keluaran Modul Sensor Gyroscope LISY300AL
muncul nilai 511, 509, 504, 513 (berubah-ubah). Dari data tersebut bisa saja saya
mengambil kesimpulan jika nilai zero rate levelnya adalah 507 (nilai tengahnya).
Sensor gyroscope bersifar dinamis, dimana sensor gyroscope mempunyai nilai
saat terjadi kecepatan sudut (angular rate). Sedangkan saat diam (tidak terjadi angular
rate) maka nilainya adalah sama dengan zero rate level. Lalu nilainya yang berubahubah dikarenakan gyroscope mempunyai efek drift saat kondisi diam (nilainya tidak
cenderung kembali ke nilai zero rate level). Hal ini adalah kebalikan dari sensor
accelerometer, dimana sensor accelerometer bersifat statis. Oleh karena itu mengapa
pada banyak aplikasi selalu menggabungkan dua buah sensor tersebut (gyroscope dan
accelerometer).
Berikut ini adalah cara melakukan kalibrasinya. Cara ini saya dapat dari
program demo yang diberikan oleh PARALLAX Inc.
center (saya gunakan untuk mengganti istilah zero rate level)
data_gyro (hasil pembacaan ADC dari gyroscope melalui komunikasi SPI)
center(n)=(center(n-1)+data_gyro(n))/ banyaknya n
Dimana:
n = sampling
center(n-1) = 0 (bernilai nol pada awalnya)
Semakin banyak n (sampling) maka semakin baik untuk mendapatkan nilai zero rate
levelnya. Kalibrasi ini dilakukan hanya 1 kali pada awal program saja.
Mengakses Adc Serial Adc101s021 Atau Spi
Untuk mengakses ADC serial ini menggunakan protokol komunikasi SPI dan
saya
menggunakan
bahasa
C
dengan
compiler
CodeVision
AVR
untuk
memprogramnya. Pada dasarnya compiler CodeVision AVR telah mempunyai library
bawaan untuk mengakses SPI, tapi sayangnya library tersebut hanya untuk mengakses
8 bit data saja (aplikasi ini datanya 15 bit). Oleh karena itu saya membuat sebuah
fungsi sendiri untuk mengaksesnya.
2.4
Filter Digital
Filter digital adalah semua filter elektronik yang bekerja dengan menerapkan
operasi matematika digital atau algoritma pada suatu pemrosesan sinyal. Salah
satu batasan utama pada filter digital adalah dalam hal keterbatasan kecepatan
pemrosesan/waktu
komputasi
yang
sangat tergantung
dengan
kemampuan
mikrokontroler atau komputer yang digunakan.
2.4.1 Filter Eksponensial
Filter eksponensial merupakan filter
linier
rekursif sederhana. Filter
eksponensial secara umum digunakan dalam analisis kawasan waktu. Persamaan filter
eksponensial orde 2 dapat dilihat pada Persamaan (8).
(8)
Secara umum parameter a dapat ditentukan dengan persamaan (9).
(9)
Di sini fc adalah frekuensi cut off dan fs adalah frekuensi sampling.
2.4.2 Filter Kalman
Filter Kalman merupakan salah satu solusi optimal dalam memfilter data dari
sinyal pada suatu proses yang linier. Filter Kalman digunakan pada proses yang dapat
dinyatakan dalam bentuk persamaan state linier seperti pada persamaan (10).
(10)
Persamaan 10 dapat diobservasi dengan model pengukuran yang memetakan state x
ke keluaran y seperti dituliskan pada persamaan (11)
(11)
Noise proses (w) dan noise pengukuran (v) merupakan noise yang saling bebas.
Nilai estimasi state
^x k
pada filter Kalman ditentukan dari estimasi posteriori
serta selisih antara pengukuran sebenarnya yk dan estimasi pengukuran
pada persamaan (12).
^x ḱ
^
H x ḱ seperti
(12)
Selisih nilai antara pengukuran sebenarnya yk dan estimasi pengukuran disebut
sebagai residual atau pengukuran innovation. Jika nilai residual adalah nol, maka hal
itu
menunjukkan bahwa hasil estimasi sama dengan hasil pengukuran. Nilai Kk adalah faktor
gain pada filter Kalman.Pada filter Kalman dipilih nilai Kk sehingga estimasi posteriori
adalah optimal atau mempunyai error yang minimum. Nilai Pk minimum diperoleh jika
nilai
Kk
dapat menyediakan
estimasi
yang
mempunyai
covariance minimum.
Penyelesaian untuk mendapatkan Pk minimum ditunjukkan pada persamaan (13)
(13)
Nilai
estimasi
priori
diberikan
pada
persamaan
(14) yang diperoleh dengan
menghilangkan noise wk.
(14)
Nilai covariance dari error diberikan pada persamaan (15).
(15)
2.5
Inflator dan Airbag
Airbag adalah fitur keamanan yang bisa dipasang di mobil, yang berfungsi untuk
melindungi kita jika terjadi kecelakaan. Penggunaan airbag dapat membantu melindungi
daerah kepala, leher, dan dada. Airbag biasa dipasang oleh pembuat kendaraan untuk
keselamatan pengemudi dan penumpang. Biasanya airbag keluar dari setir/kemudi dan
dashboard mobil. Ketika kepala anda mengenai airbag, airbag tersebut mulai mengempis
secara perlahan, sehingga memungkinkan anda untuk keluar dari mobil tersebut. Namun,
pada perancangan sistem ini kami menggunkan airbag pada pengendara sepeda motor, yaitu
dengan meletakkannya dalam jaket guna melindungi tubuh pengendara sepeda motor. Letak
airbag nya diantara lain adalah dibagian lengan, punggung, abdomen, dan leher. Seluruh
peletakkanya berdasarkan perhitungan bagian – bagian yang rawan cedera saat terjadi
kecelakaan.
Dahulu
banyak model
yang
seperti
dipakai
tipe
compressed air
dan
Pyrotechnic,
namun
sekarang yang banyak dipakai adalah Pyrotechnic Inflator karena
sudah terbukti baik, kuat dan mudah pemasangannya. Dilihat dari
struktur bagian dalamnya, ketika arus mengalir di dalam Initiator
kelima, dengan kata lain pada saat arus tertentu disuplai dari ACU,
maka Initiator pertama akan membuat ledakan kecil, kemudian
menyalakan Auto Ignition Charge kedua . Panas penyepian akan
mengaktifkan Gas Generator keenam,untuk mengasilkan gas secara cepat. Pada saat tersebut
terjadinya panas sangat cepat, sehingga mengeluarkan debu. Karena itulah, panas dari gas ini
lebih rendah dan debunya dibuang lewat melalui Filter keempat. Gas ini lah yang mengisi
kantongudara agar mengelembung. Komposisi utama gas ini adalah He.N2,CO2,Ar.
Pemberian arus ke sirkuit untuk inflator akan diberikan dengan urutan pengembangan
kantong udara sebagai berikut (tergantung dari keputusan pengembangan yang telah putuskan
sebelumya).
Waktu yang dibutuhkan untuk meletuskan dalam jangka waktu yang sangat
singkat,sehingga pada saat kantong udara mengelembung karena disisi oleh gas pada saat
tersebut sampai mengeluarkan bunyi yang cukup keras (suara letusan). Biasanya lebih dari
100dB. Ketika kantong udara untuk pengemudi dan penumpang meletus pada saatyang
bersamaan, suara yang ditimbulkan dari letusan kedua kantong udara tersebut dapat
menggangu alat pendengaran manusia.
.
2.6
Bahasa Pemrograman C
Bahasa C diciptakan oleh Dennis Ritchie tahun 1972 di Bell Laboratories. Bahasa C
merupakan salah satu bahasa yang cukup populer dan handal untuk pemrograman
mikrokontroler. Dalam melakukan pemrograman mikrokontroler diperlukan suatu software
pemrograman, salah satunya yang mendukung bahasa C adalah Code Vision AVR (CVAVR).
CVAVR hanya dapat digunakan pada mikrokontroler keluarga AVR. CVAVR selain dapat
digunakan sebagai software pemograman juga dapat digunakan sebagai software downloader.
Software downloader akan men-download fileberekstensi “hex” ke mikrokontroler
(Averroes, 2009).
Adapun beberapa kelebihan bahasa C yakni:
Bahasa C tersedia hampir di semua jenis komputer.
Kode bahasa C sifatnya adalah portable dan fleksibel untuk semua jenis komputer.
Bahasa C hanya menyediakan sedikit kata-kata kunci, hanya terdapat 32 kata kunci.
Proses executable program bahasa C lebih cepat.
Dukungan pustaka yang banyak.
Bahasa C adalah bahasa yang terstruktur.
Bahasa C termasuk bahasa tingkat menengah.
Penempatan ini hanya menegaskan bahwa bahasa C bukan bahasa pemrograman yang
berorientasi pada mesin yang merupakan ciri bahasa tingkat rendah, melainkan berorientasi
pada obyek tetapi dapat dinterprestasikan oleh mesin dengan cepat secepat bahasa mesin.
Inilah salah satu kelebihan bahasa C yaitu memiliki kemudahan dalam menyusun
programnya semudah bahasa tingkat tinggi namun dalam mengesekusi program secepat
bahasa tingkat rendah.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Alat dan Bahan Penelitian
Alat dan bahan yang akan digunakan dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Alat dan Bahan Penelitian
NO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3.2
ALAT DAN KOMPONEN
Mikrokontroller ATMEGA8535
Sensor Gyroscope
Sensor Accelerometer
Inflator
Airbag
Timah
Papan PCB
Header
Resistor
Kapasitor
JUMLAH
1
1
1
1
5
1
1
1
5
5
HARGA
Diagram Blok Rangkaian
Konfigurasi sistem pengontrol jaket airbag yang akan dirancang diperlihatkan pada
Gambar 3.2.
Kemiringan dan
Percepatan
Sensor Accelerometer
MMA7260QT
Mikrokontroler ATmega8535
Sensor Gyroscope
LISY300
Airbag
Inflator
Gambar 3.2 Diagram Blok Rangkaian.
•
Pada blok diagram diatas adalah merupakan diagram blok dari langkah – langkah
mulai dari sensing berupa kemiringan yang diatas atau lebih dari 60⁰C dan percepatan
diatas 1g. Sensor accelerometer akan membaca besarnya percepatan atau perubahan
kecepatan mendadak, hal ini dilakukan untuk mendeteksi atau pencegahan saat akan
terjadi kecelakaan, karena pada umumnya kecelakaan itu dapat dideteksi dari
percepatan yang besar atau perubahan kecepatan yang besar pula. Pada accelerometer
ini menggunakan sumbu gerak sebagai parameter yang diukur, yaitu pada sumbu x,
sumbu y, sumbu z. Sensor ini mempunyai tiga buah keluaran yang berupa tegangan
analog yang dihubungkan langsung ke ADC mikrokontroler. Dengan tegangan
referensi ADC pada mikrokontroler adalah 5V.
•
Tegangan keluaran sumbu X, Y dan Z masing-masing dihubungkan ke PA.0, PA.1 dan
PA.2.
•
Pin SLEEP pada modul accelerometer dihubungkan ke pin VDD (bernilai 3,3V) yang
berfungsi untuk menonaktifkan mode sleep.
•
Pin SEL1 dan SEL2 tidak dihubungkan, yang berarti secara default kedua pin ini
berlogika low, sehingga sensor accelerometer memiliki sensitivitas 800mV/g dengan
jangkauan 1,5g.
Kelebihan sensor accelerometer:
• Dapat mengukur gerakan linier & gravitasi secara bersamaan.
• Harga lebih murah dibandingkan Gyroscope.
• Accelerometer dapat memberikan pengukuran sudut tegak lurus yang akurat ketika
sistem sedang diam (statis)
Kekurangan accelerometer:
• tidak mengukur gerak rotasi manusia.
• Pada accelerometer dipengaruhi oleh gravitasi.
• Tidak dapat mengukur orientasi secara langsung
• Gerakan lebih patah-patah/ tidak halus seperti pada gyroscope.
Seperti yang sudah dikatakan diatas bahwa
sensor accelerometer MMA7260QT, mendeteksi 3
sumbu x, y, dan z. Kemudian nilai percepatannya
adalah 1,5g, 2g , 4g dan 6g. Dan sensor ini sudah
tersedia dalam
IC yang memiliki 16 pin.
Sedangkan pin yang kami gunakan hanya pin 1,2,3,4,12,13,14, dan 15. Pin 1 dan 2 digunakan
untuk memilih besarnya nilai gravitasi
maksimum
yang
akan
digunakan.
Dengan konfigurasi jika pin 1 dan pin 2
diberi logika 0, maka nilai percepatan
maksimum 1,5g. Pin 1 diberi logika 1
dan pin 2 diberi logika 0, maka
percepatan gravitasinya 2g. Pin 1 diberi
logika 0 dan pin 2 diberi logika 1 maka
akan
menggunakan
nilai
gravitasi
maksimum 4g. Jika kedua pinnya
diberi
logika
1
maka
akan
menggunakan gravitasi maksimum 6g. Lalu pin12 untuk mengatur sleep mode saat tidak
digunakan. Pin 3 digunakan untuk power atau sumber tegangan dan pin 4 digunakan sebagai
ground nya. Pin 13 untuk keluaran terhadap sumbu z, pin 14 untuk
keluaran terhadap sumbu y dan pin 15 untuk keluaran terhadap
sumbu x. Dan sisa pin yang lainnya tidak digunakan.
Nilai
sensitivitasnya pun bervariasi, tergantung dari nilai range gravitasi
yang digunakan. Semakin besar nilai range gravitasinya nilai
sensitivitasnya semakin rendah. Ini terlihat saat menggunakan 1,5g
nilai sensitivitasnya 800mV/g, yang berarti nilai tegangan sebesar 800mV berubah setiap 1
gravitasi. Lalu dengan range gravitasi yang ppaling besar yaitu 6g, akan menghasilkan nilai
sensitivitas 200mV/g yang berarti memiliki nilai sebesar 200mV setiap perubahan 1 g.
Kemudian sensor gyroscope Hanya membutuhkan 3 wire untuk dapat
melakukan komunikasi dengan mikrokontroler, terdiri dari pin /CS, SCLK dan DOUT.
•
Untuk dapat mengakses modul sensor ini pin /CS harus diberi logika low.
•
Pin SCLK berfungsi sebagai serial clock, dengan kecepatan maksimal 4MHz.
•
Sedangkan pin DOUT merupakan jalur keluaran data dari modul sensor ini
Kelebihan sensor gyro:
•
Dapat mendeteksi gerakan dari segala arah.
•
Hasil gambar yg di hasilkan dari gerakan lebih halus/ tidak patah-patah seperti pada
accelerometer.
•
Tidak di pengaruhi oleh gravitasi.
•
Rentang skala penuh - kecepatan sudut maksimum.
•
Mengukur gerakan rotasi manusia.
•
Digunakan untuk mengukur baik, atau mempertahankan orientasi perangkat.
Kekurangan sensor gyro:
•
Harganya yang mahal.
•
Hanya dapat digunakan jika ada accelerator.
•
Chip agak besar
Kemudian kedua sensor tersebut dihubungkan dengan mikrokontroler, keluaran sensor
tersebut sebagai input di mikrokontroler. Lalu aktuator yang digunakan adalah inflator,
digunakan untuk memompa airbag. Untuk lebih jelasnya, gambar di bawah ini adalah
ilustrasinya.
3.3. Skematik Rangkaian
Gambar rangkaian diatas ini dibuat menggunakan software eagle, dimana disitu
terdapat mikrokontroler ATMEGA8535, sensor accelerometer MMA7269QT, sensor
gyroscope LISY300, lalu lcd sebagai display. Untuk modul sensor accelerometer
dihubungkan pada port A 0, port A 1, port A2, yang mana merupakan ADC, karena nilai
keluaran yang diolahh adalah digital, maka melewati port ini. Sedangkan sensor gyroscope
ini dihubungkan ke port B kareena sensor gyroscope ini menggunakan protocol SPI, yaitu
port B 4 sebagai chip selsct yang mengatur apakah sebagai pengirim atau penerima. Port B 5
sebagai data output dari sensor yang masuk ke MOSI dan port B 7 sebagai pengatur clock
nya.
Kemudian untuk kalibrasi menghubungkan tombol kalibrasinya dengan port D 0 dan
port D 1 yang merupakan Rx dan Tx nya. Lalu jika ingin di berikan display, bisa
dihubungkan dengan port C. Dan untuk inflatornya hanya membutuhkan 2 pin saja yang
digunakan. Yang satu dihubungkan dengan ground dan yang satunya lagi dengan port A
sebagai pemberi tegangan pada inflator. Untuk gambar ilustrasi nya seperti dibawah ini.
Alur Kerja Sistem
Alur kerja sistem pintu otomatis dapat dilihat pada Gambar 3.3.
START
ON/OFF
Baca Accelerometer
Baca Gyroscope
ADA
PERUBAHAN?
AKTIFKAN INFLATOR
AIRBAG
Gambar 3.3 Flowchart
Keterangan Flowchart:
a. dimulai dari percepatan mendadak dan kemiringan ekstrim yang telah ditentukan
sebelumnya.
b. lalu, accelerometer dan gyroscope mendeteksi adanya percepatan mendadak yang
diatas 1g kemudian kemiringan diatas 60⁰C
c. jika ada perubahan yang terdeteksi ,maka akan memberikan logika 1 pada
keluarannya yang diteruskan kebagian keluaran, yaitu, inflator yang akan
mengeluarkan nitrogen sehingga airbag terpompa.
d. ketika tidak ada perubahan, maka aktuator (inflator) tidak akan bekerja, sehingga
dikembalikan lagi keproses pembacaan sensor untuk mmendeteksi ulang.
BAB IV
PENUTUP
4.1. Kesimpulan
Sensor yang dipakai adalah sensor accelerometer dan gyroscope, yang ini merupakan
snsor yang peka terhadap perubahan kecepatan atau percepatan dan kemiringan. Aktuator
yang digunakan adalah inflator yang biasa digunakan sebagai aktuator pemompa udara ke
airbag. Alat ini lebih menekankan pada pencegahan karena didasarkan pada parameter tadi,
sedangkan sistem airbag pada mobil lebih kepada penanggulangan karena airbag akan
mengembang setelah terjadi kecelakaan, sedangkan pada alat ini tidak. Kemudian jika
meninjau pada jaket airbag yang telah ada sebelumnya di Indonesia yang masih manual, jelas
ini lebih ungguk karena bersifat elektrik yang tidak butuh kait pada sepeda motor.
4.2. Saran
Sensor accelerometer MMA7260Q memiliki tingkat sensitivitas yang sangat tinggi,
sehingga segala hal yang memungkinkan terjadinya error pada sinyal keluaran perlu
diminimalisasi, seperti kestabilan tegangan masukan dan koneksi antar komponen.
DAFTAR PUSTAKA
Alihasyim. 2011. Komponen Sistem Minimum Mikrokontroler ATmega8535. http://alihasyim.
blogspot. com. Diakses 03 Mei 2014.
Alma’i, Vidi Rahman, Aplikasi Sensor Accelerometer pada Pendeteksi Posisi, Penelitian
Teknik Elektro Universitas Diponegoro, Semarang, 2009.
Wahyudi, Adhi Susanto, Sasongko Pramono Hadi, Wahyu Widada, Simulasi Filter
Kalman untuk Estimasi Posisi dengan Meggunakan Sensor Accelerometer,
Jurnal Techno Science, UDINUS ,Semarang, 2009
Wardhana, Lingga. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535 Simulasi,
Hardware, dan Aplikasi. Yogyakarta: Andi Offset.
Zuhal. 2004. Prinsip Dasar Elektroteknik. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama.
----------, Atmega8535 Data Sheet, http://www.atmel.com, Juli 2009.
----------, MMA7260Q Data Sheet, http://www.freescale.com, Juni 2005
----------, LISY300 Data Sheet, http://www.freescale.com, Juni 2005