PEMBUATAN SISTEM WEARABLE PEDOMETER DENGAN DISPLAY PADA SISTEM ANDROID - ITS Repository

  HALAMAN JUDUL TUGAS AKHIR

• – TE 145561

  

PEMBUATAN SISTEM WEARABLE PEDOMETER DENGAN

DISPLAY PADA SISTEM ANDROID

  M Imam Syafi’i Nur S NRP 2213030009 Rahmatul Fitriani NRP 2213030030 Dosen Pembimbing Suwito, ST,. MT PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

  HALAMAN JUDUL FINAL PROJECT

• – TE 145561

  

MAKING A WEARABLE PEDOMETER SYSTEM WITH ANDROID

DISPLAY SISTEM

  M Imam Syafi’i Nur S NRP 2213030009 Rahmatul Fitriani NRP 2213030030 Advisor Suwito, ST,. MT ELECTRICAL ENGINEERING D3 STUDY PROGRAM Faculty of Industrial Technology Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

  

PERNYATAAN KEASLIAN

PERNYATAAN KEASLIAN

TUGAS AKHIR

  Dengan ini kami menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan Tugas Akhir saya dengan judul “Pembuatan Sistem

  Wearable Pedometer dengan Display pada Sistem Android

  ” adalah benar-benar hasil karya intelektual mandiri, diselesaikan tanpa menggunakan bahan-bahan yang tidak diijinkan dan bukan merupakan karya pihak lain yang kami akui sebagai karya sendiri.

  Semua referensi yang dikutip maupun dirujuk telah ditulis secara lengkap pada daftar pustaka. Apabila ternyata pernyataan ini tidak benar, kami bersedia menerima sanksi sesuai peraturan yang berlaku.

  Surabaya, 01 Juni 2016 Mahasiswa I Mahasiswa II

  M Imam Syafi’i Nur S Rahmatul Fitriani NRP 2213030009 NRP 2213030030

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

  

HALAMAN PENGESAHAN

PEMBUATAN SISTEM WEARABLE

PEDOMETER DENGAN DISPLAY PADA SISTEM

ANDROID

TUGAS AKHIR

  Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya

  Pada Program Studi D3 Teknik Elektro

  Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember

  Menyetujui: Dosen Pembimbing

  Suwito, ST,. MT NIP. 19810105 200501 1 004

  

SURABAYA

JUNI, 2016

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

  

PEMBUATAN SISTEM WEARABLE PEDOMETER DENGAN

DISPLAY PADA SISTEM ANDROID

Nama Mahasiswa 1 : M Imam Syafi’i Nur S Nama Mahasiswa 2 : Rahmatul Fitriani Pembimbing : Suwito, ST,. MT.

  

ABSTRAK

  Osteoporosis terjadi karena kekurangan penyerapan kalsium 50% setiap harinya, salah satu solusi pencegahannya dengan cara berjalan kaki sesuai dengan standart kesehatan tiap hari sehingga dapat meningkatkan penyerapan kalsium. Untuk mengetahui jumlah langkah kaki seseorang setiap harinya dapat menggunakan alat penghitung langkah kaki atau pedometer. Beberapa pedometer terkadang salah dalam mencatat pergerakan seseorang misalnya ketika seseorang membungkuk, mengikat tali sepatu atau goncangan lain.

  Oleh karena itu dalam Tugas Akhir ini kami telah membuat suatu alat yang berfungsi untuk mendeteksi dan menghitung langkah kaki seseorang dengan metode penghitungan gerak kaki dan perpindahan tubuh seseorang. Alat ini menggunakan sensor FSR (Force

  

Sensitive Resistance ) untuk mendeteksi pergerakan dari telapak kaki dan

Accelerometer untuk mendeteksi pergerakan dan perpindahan seseorang

  ketika berjalan. Output dari kedua sensor tersebut berupa data analog, sehingga dibutuhkan ADC (Analog to Digital Converter) untuk mengkonversikan data yang didapat tersebut ke dalam data digital dengan menggunakan Mikrokontroller ATMega328. Ketika sensor FSR dan Accelerometer membaca pergerakan atau memberikan nilai ADC tertentu, maka Mikrokontroller ATMega328 akan mengkonversi dan akan dihitung hingga nilai maksimal. Hasil counter tersebut kemudian dikirimkan ke Smartphone melalui Bluetooth HC-05.

  Pada aplikasi Android tersebut dapat menampilkan jumlah langkah kaki seseorang. Hasil pengujian dari alat ini didapatkan bahwa nilai error dari sistem wearable pedometer ini sebesar 2,75%. Ketika sistem wearable pedometer diuji pada 5 pengguna dengan ukuran kaki yang berbeda-beda maka error yang didapatkan adalah 11,15%.

  Kata kunci :

  Sensor FSR, Accelerometer, Bluetooth HC-05,

  

Mikrokontroller ATMega 328, Android

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

  

MAKING A WEARABLE PEDOMETER SYSTEM WITH

ANDROID DISPLAY SISTEM

Name : M Imam Syafi’i Nur S Name : Rahmatul Fitriani Advisor : Suwito, ST,. MT.

  

ABSTRACT

Osteoporosis occurs due to lack of calcium absorption of 50%

per day, one of the solutions to prevent people walking in accordance

with the health standard every day so that it can increase the absorption

of calcium. To determine the number of footsteps every day someone can

use a foot step counter or pedometer. Some pedometers sometimes

incorrectly in recording the movement of a person, for example when

someone bent over, tying shoelaces or other shocks.

  Therefore, in this final project we have to make a device that

serves to detect and quantify a person's footsteps from the methods used

footwork and movement of one's body. This tool uses a sensor FSR

(Force Sensitive Resistance) to detect the movement of your feet and

accelerometer to detect movement and transfer of a person when

walking. The output of the two sensors in the form of data analog, so it

takes the ADC (Analog to Digital Converter) to convert the data

obtained into digital data by using microcontroller ATMega328. When

the FSR and Accelerometer sensor reads the movement or ADC

provides certain value, then the microcontroller ATMega328 will

convert and will be counted up to the maximum value. The result of the

counter is then sent to the Smartphone via Bluetooth HC-05.

  In the Android application will display the number of steps by a

person's leg. The test results from this tool shows that the value of the

error of this wearable pedometer system amounted to 0% and when The

test results from this tool shows that the value of the error of this

pedometer wearable system amounted 2,75% compared with other

pedometer. When the wearable pedometer system being tested to 5

people with different leg size, the test result shows that the value of the

error of this wearable pedometer system amounted to 11,15%.

  

Keywords : FSR sensor, Accelerometer, Bluetooth HC-05, ATMega

Microcontroller 328, Android

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang selalu memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Shalawat serta salam semoga selalu dilimpahkan kepada Rasulullah Muhammad SAW, keluarga, sahabat, dan umat muslim yang senantiasa meneladani beliau.

  Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan guna menyelesaikan pendidikan Diploma 3 pada Program Studi D3 Teknik Elektro , Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya dengan judul:

  

PEMBUATAN SISTEM WEARABLE PEDOMETER DENGAN

DISPLAY PADA SISTEM ANDROID

  Dalam Tugas Akhir ini dibuat sistem pedometer yang Wearable dengan menggunakan ATMega 328 sebagai otak dari alat ini, untuk menampilkan data yang telah diperoleh dari ATMega 328 akan ditampilkan dengan Display pada sistem Android.

  Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu dan Bapak penulis yang memberikan berbagai bentuk doa serta dukungan tulus tiada henti, Bapak Suwito, S.T., MT. atas segala bimbingan ilmu, moral, dan spiritual dari awal hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini, Penulis juga mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam proses penyelesaian Tugas Akhir ini.

  Penulis menyadari dan memohon maaf atas segala kekurangan pada Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dalam pengembangan keilmuan di kemudian hari.

  Surabaya, 01 Juni 2016 Penulis

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

  DAFTAR ISI

  HALAMAN

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

DAFTAR GAMBAR

  

  

Gambar 3.10 Letak Pin ATMega .......................................................... 27Gambar 3.11 Bentuk Fisik Modul Bluetooth HC 05 ............................ 28Gambar 3.12 Letak Pin Bluetooth HC 05 ............................................. 28

  

  

  

Gambar 3.14 Bentuk Fisik Sensor FSR ................................................ 30

  

  

  

  

  

  

Gambar 3.17 Letak Pin Accelerometer ................................................. 32

  

  

  

  

Gambar 3.8 Skematik Dari Sistem Pedometer ................................... 26

  HALAMAN

Gambar 2.9 Proses Pengkodean Pada ADC ....................................... 18Gambar 2.1 Pengintegralan Sederhana Terhadap Suatu Sinyal ............ 7Gambar 2.2 Spring Mass ...................................................................... 8Gambar 2.3 Pengukuran Percepatan Pada Spring Mass System .......... 8Gambar 2.4 Accelerometer Kapasitif ................................................. 10Gambar 2.5 Konstruksi Kapasitor ...................................................... 10Gambar 2.6 Blok Rangkaian Pengukur Perubahan Kapasitansi ......... 12Gambar 2.7 Proses Pencuplikan Pada ADC ....................................... 17Gambar 2.8 Proses Peng-kuatisasi-an Pada ADC ............................... 18Gambar 2.10 Tampilan Awal Dari MIT APP Inventor ........................ 19Gambar 3.7 Diagram Blok Dari Perancangan Alat Pedometer ........... 25Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Wearable Pedometer ................... 21Gambar 3.2 Desain Alat Pada Sepatu ................................................. 23Gambar 3.3 Bagian Alas Sepatu Untuk Tempat Baterai Li-Po .......... 23Gambar 3.4 Bagian Alas Sepatu Untuk Peletakkan Sensor FSR ........ 24Gambar 3.5 Bagian Luar Sepatu Untuk Tempat Minimum Sistem,

  

Gambar 3.6 Bagian Luar Sepatu Untuk Tempat Minimum Sistem,

  

Gambar 3.19 Struktur Baterai Li-Po ..................................................... 34Gambar 3.20 Wiring Baterai Dengan Minimum System ATMega 328

  

  

Gambar 4.11 Tampilan Aplikasi Ketika Langkah Seseorang LebihGambar 4.10 Tampilan Aplikasi Dengan Batas Langkah 5 ................. 61Gambar 4.9 Tampilan Aplikasi Ketika Tidak Terkoneksi .................. 60Gambar 4.8 Tampilan Aplikasi Ketika Sudah Terkoneksi ................. 60Gambar 4.7 Uji Coba Sistem Pada Sepatu Sport ................................ 52Gambar 4.6 Uji Coba Sistem Pada Sepatu Biasa ............................... 51Gambar 4.5 Uji Coba Sistem Pada Ankle Support ............................. 51Gambar 4.4 Posisi Pembacaan Sensor Dari Accelerometer ............... 48Gambar 4.3 Koordinat Dari 3 Axis Accelerometer ............................ 47Gambar 4.2 Grafik Hasil Pembacaan ADC Dari Sensor FSR ............ 47Gambar 4.1 Rangkaian Sensor FSR ................................................... 45

  

  

Gambar 3.34 Block Diagram Sistem Pedometer .................................. 43

  

Gambar 3.27 Program Sensor FSR ...................................................... 38Gambar 3.21 Rangkaian AMS 1117 5v Dan 3,3 v ............................... 35Gambar 3.22 Flowchart Dari Sistem Pedometer .................................. 36Gambar 3.23 Program Inisialisasi Awal ............................................... 37Gambar 3.24 Program Pada Void Setup ............................................... 37Gambar 3.25 Program Receiver Pada Bagian Void Loop ..................... 37Gambar 3.26 Program Transmitter Pada Bagian Void Loop ................ 38Gambar 3.28 Program Deklarasi Awal Accelerometer ........................ 39

  

Gambar 3.29 Program Kalibrasi Accelerometer ................................... 39Gambar 3.30 Program Accelerometer .................................................. 40Gambar 3.31 Program Aplikasi Android .............................................. 41Gambar 3.32 Block Diagram Untuk Connect Dan Disconnect

  

Gambar 3.33 Block Diagram Untuk Memulai Penghitungan LangkahGambar 4.12 Tampilan Aplikasi Ketika Disconnect ............................ 62

  

DAFTAR TABEL

  HALAMAN

Tabel 3.1 Spesifikasi Sensor Accelerometer ...................................... 31Tabel 4.1 Hasil Pembacaan ADC Dengan Sensor FSR ...................... 46Tabel 4.2 Data Yang Didapat Dari Accelerometer ............................. 48Tabel 4.3 Data Uji Coba Sensor Accelerometer Pada Punggung

  

Tabel 4.4 Pengujian Jarak Bluetooth HC-05 Tanpa Halangan ........... 50Tabel 4.5 Pengujian Jarak Bluetooth HC-05 Dengan Halangan ......... 50Tabel 4.6 Hasil Data Dari Pembacaan Sistem Wearable Pedometer .. 52Tabel 4.7 Hasil Presentase Error Dari Sistem Wearable Pedometer . 53Tabel 4.8 Hasil Penghitung Langkah Kaki Seseorang Dengan

  

  

Tabel 4.9 Hasil Presentase Error Dari Smartwatch Pedometer .......... 54Tabel 4.10 Hasil Penghitung Langkah Kaki Seseorang Dengan

  

Tabel 4.11 Hasil Presentase Error Dari Pedometer Merek Cina .......... 56Tabel 4.12 Hasil Perbandingan Data Dari Pembacaan Alat

  

Tabel 4.13 Hasil Perbandingan Error Dari Pembacaan Alat

  

Tabel 4.14 Hasil Pengujian Sistem Wearable Pedometer Saat Berlari 59

• Halaman ini sengaja dikosongkan-----

1 BAB I PENDAHULUAN PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Masyarakat kurang menyadari penyebab utama dari Osteoprorosis yaitu pola hidup yang kurang sehat dan jarang berolahraga. Sedikitnya dua dari lima orang di Indonesia berisiko terkena osteoporosis terutama kaum wanita akibat kekurangan 50 persen kalsium yang berperan penting dalam menjaga kesehatan tulang.

  "Osteoporosis terjadi karena sebagian besar perempuan Indonesia kekurangan kalsium 50% setiap harinya. Ini riset yang dilakukan

  

Seameo Tropmed Regional Center for Community Nutrition, Universitas

Indonesia dan University of Otago, Selandia Baru

  " ungkap Vienno Monintja, Marketing Director PT. Fonterra Brands Indonesia. [1] (sumber:httpcom/kesehatan/2011/11/28/pemenuhan - kalsium-perempuan-indonesia-hanya-50-persen).

  Peningkatan penyerapan kalsium dapat dilakukan salah satunya dengan berjalan kaki secara rutin, terutama bagi penderita osteoporosis. Namun kebanyakan penderita tidak tertarik dan menganggap remeh berjalan kaki yang sesuai standart. Salah satu manfaat jalan kaki untuk menyehatkan tulang dalam hal penyerapan kalsium. Tak cukup ekstra kalsium dan vitamin D saja untuk mencegah atau memperlambat proses osteoporosis. Tubuh juga membutuhkan gerak badan dan memerlukan waktu paling kurang 15 menit terpapar matahari pagi agar terbebas dari ancaman osteoporosis.(M.Nelson dkk, 1991). Mereka yang melakukan gerak badan sejak muda, dan cukup mengonsumsi kalsium, sampai usia 70 tahun diperkirakan masih bisa terbebas dari ancaman pengeroposan tulang. Dengan berjalan kaki 10.000 langkah sebagai salah satu terobosan menuju Indonesia Sehat adalah salah satu upaya untuk mengurangi resiko osteoporosis. (National Institute of Health (NIH), 2000). Karena penderita tidak dapat menghitung jumlah langkah kaki mereka secara akurat, akibatnya pun mereka merasa malas untuk berjalan kaki.

  Oleh karena itu pada Tugas Akhir ini kami membuat suatu alat yang memanfaatkan teknologi Android untuk mendeteksi dan menghitung langkah kaki seseorang dengan metode penghitungan gerak dari telapak kaki dan perpindahan tubuh dengan menggunakan sensor tekanan dan Accelerometer. Output dari kedua sensor ini berupa data

  analog

  yang kemudian dikonversikan ke data digital dengan menggunakan Mikrokontroller AT Mega 328 sebagai otak dari alat ini. Selain sebagai ADC Mikrokontroller, AT Mega 328 ini juga sebagai

  

counter atau penghitung jumlah langkah kaki sehingga dibuat minimum

system dan program yang sesuai. Pergerakan dari telapak kaki dan

  perpindahan tubuh seseorang yang dideteksi oleh Accelerometer akan dihitung sampai nilai tertentu sehingga data yang akan dikirim pada smrtphone melalui modul Bluetooth HC 05 adalah hasil counter dari kedua sensor tersebut dan akan ditampilkan pada Smartphone yang berbasis Android. Pada aplikasi Android tersebut akan menampilkan jumlah langkah kaki seseorang dan indikator kesehatan langkah kaki tiap harinya. Pada aplikasi ini pengguna dapat menentukan batasan jumlah langkah kaki mereka pada setiap harinya. Dari perancangan alat tersebut diharapkan dapat membantu masyarakat umum atau para penderita Osteoporosis untuk meningkatkan antusiasme seseorang untuk berjalan kaki dan mengetahui langkah kaki mereka agar sesuai dengan standart kesehatan dengan menggunakan alat yang praktis dan aplikatif.

  1.2 Permasalahan

  Pada saat ini, alat penghitung langkah kaki atau pedometer yang pembacaannya tidak akurat dikarenakan penempatan pedometer yang kurang tepat, sehingga pedometer tidak dapat menghitung langkah kaki seseorang yang sebenarnya. Selain itu, data yang telah terbaca oleh pedometer belum diolah atau diklasifikasikan pada indikator kesehatan untuk standart langkah kaki pada tiap harinya.

  1.3 Batasan Masalah

  Pembuatan pedometer yang diletakkan pada telapak kaki dengan menggunakan sensor yang lowcost serta Wearable dengan nilai pembacaan langkah kaki yang lebih akurat.

  1.4 Tujuan

  Pembuatan pedometer sistem Wearable dengan Display pada sistem Android ini bertujuan untuk membuat pedometer secara praktis dan memiliki nilai keakurasian yang lebih akurat, mempermudah masyarakat dan para penderita osteoporosis dalam menghitung langkah kaki mereka tiap harinya.

  1.5 Metodologi Penelitian

  Penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahapan metodologi, yaitu, studi literatur, perancangan sistem, simulasi hasil desain, implementasi dan analisis data, dan yang terakhir adalah penyusunan laporan berupa buku Tugas Akhir.

  Pada tahap studi literatur akan dipelajari mengenai identifikasi sensor FSR, Identifikasi Accelerometer, identifikasi ATMega 328,

  

Bluetooth HC-05 dan sistem Android. Pada tahap perancangan system

  akan dibahas mengenai pembuatan perangkat elektonik, pembuatan

  

Software , dan pembuatan perangkat mekanik. Pada tahap simulasi hasil

  desain akan disimulasikan cara kerja dari sistem pedometer dengan menggunakan sensor FSR dan Accelerometer pada aplikasi Android. Yang terakhir adalah implementasi dan analisis data, setelah dilakukan simulasi, data percobaan yang telah diperoleh selanjutnya akan dianalisis. Dari hasil analisis, akan ditarik kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan. Tahap akhir penelitian adalah penyusunan laporan penelitian.

  1.6 Sistematika Laporan

  Pembahasan Tugas Akhir ini akan dibagi menjadi lima Bab dengan sistematika sebagai berikut:

  Bab I Pendahuluan Bab ini meliputi latar belakang, permasalahan, tujuan

  penelitian, metodologi penelitian, sistematika laporan, dan relevansi.

  Bab II Teori Dasar Bab ini menjelaskan tentang tinjauan pustaka, konsep

  sensor force sensitive resistance, Accelerometer,

  Bluetooth HC-05 dan Minimum System AT-Mega 328

  Bab III Perancangan Sistem Bab ini membahas tentang Pembuatan perangkat Elektronika serta identifikasi dari setiap komponen

  yang akan digunakan, perancangan Software dan pembuatan perangkat mekanik serta hasil desain dari alat yang akan dibuat.

Bab IV Implementasi dan Analisis Sistem Bab ini memuat hasil simulasi dan implementasi serta analisis dari hasil tersebut. Bab V Penutup Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan yang telah diperoleh.

1.7 Relevansi

  Diharapkan dengan Tugas Akhir ini dapat memberikan sumbangsih pemikiran, dengan dibuatnya alat ini maka alat olahraga dapat diaplikasikan pada Android serta dapat mempermudah masyarakat

  

dalam menghitung langkah kaki mereka setiap harinya dengan alat yang

praktis dan aplikatif serta diharapkan pula dapat membantu rehabilitasi

  para penderita osteoporosis.

2 BAB II TEORI DASAR TEORI DASAR

2.1 Tinjauan Pustaka

  Ada beberapa metode yang pernah diusulkan untuk mengetahui penghitungan langkah kaki seseorang yang sebenarnya. Di antaranya menggunakan Metode Magnitude dan Variance Threshold. Alat ini menggunakan sensor Accelerometer 3axis Hitachi H48C, yang merupakan komponen utama dalam alat ini. Sinyal keluaran sensor yang berupa percepatan sumbu x,y dan z akan diolah menggunakan metode magnitude dan variance threshold agar dapat mendeteksi suatu langkah. Alat ini menggunakan ATMega 16 sebagai otak dari alat ini, keypad 4x16 sebagai masukan ke mikrokontroler, LCD 16x2 sebagai penampil dan buzzer sebagai indikator pendeteksi langkah. Hasil dari Alat penghitung langkah kaki ini dapat mendeteksi langkah kaki secara akurat, dengan pengujian 100 langkah didapatkan Error sama dengan 40%. Masalah yang dialami dari metode ini adalah pedometer terkadang keliru dalam mencatat pergerakan seseorang. Pergerakan lain seperti membungkuk untuk mengikat tali sepatu dan guncangan di jalan saat mengendarai kendaraan juga terhitung oleh pedometer, walaupun untuk alat yang lebih canggih “langkah palsu” tersebut cenderung lebih sedikit terhitung [2] uploads /2012 /05/ L2F309025_MTA .pdf) Pada [3] Advanced

  

pedometer for Smartphone-based activity tracking digunakan metode

  menggunakan jaringan saraf untuk mendeteksi dan mencegah jenis kecurangan dalam penghitungan, hasil yang didapat dari metode ini adalah Smartphone alat pengukur langkah berupa Software. Sehingga kurang bisa membedakan antara seseorang berjalan atau melakukan pergerakan lain. Masalah yang dialami dengan metode ini adalah Pedometer saat ini mudah tertipu dengan penghitungan langkah seperti gemetar perangkat. . Pada paper yang berjudul A Gyroscope Based Accurate Pedometer Algorithm didapatkan hasil Akurasi yang di dapatkan di atas 90% dengan menggunakan metode penghitungan dari sensor Gyroscope, masalah yang dialami dari metode ini adalah belum akurat nya teknik penghitungan langkah kaki yang ada, khususnya saat berjalan dengan kecepatan yang rendah dengan lingkungan yang tidak menentu.

  Pada Tugas Akhir ini akan dilakukan pembuatan sistem

  Wearable

  pedometer dengan Display pada sistem Android. Teori dasar yang digunakan seperti pada [2] dan aplikasi Android yang telah dirancang sesuai dengan kebutuhan. Hasil yang diharapkan dari penggabungan metode ini adalah memperoleh hasil penghitungan yang mampu menghitung langkah kaki seseorang yang sebenarnya dan pergerakan selain langkah kaki. Selain itu, alat pedometer ini merupakan alat yang lowcost dengan menerapkan sesnsor FSR dan Accelerometer pada media sepatu, diharapkan juga dapat membantu masyarakat dan penderita osteoporosis dalam menghitung langkah kaki mereka setiap harinya.

2.2 Teori Dasar

  2.2.1 Sensor FSR (Force Sensitive Resistance) Force Resistive Resistor atau disebut sebagai FSR ini merupakan

  sebuah sensor tekanan yang akan memiliki resistansi yang berubah-ubah sesuai dengan besarnya pressure atau tekanan yang diberikan pada area sensornya. Ketika tidak ada tekanan, sensor terlihat seperti resistor yang tak terbatas (rangkaian terbuka). Sensor FSR terbuat dari 2 lapisan dipisahkan oleh spacer. Perangkat ini dibuat dengan bahan elastis dalam empat lapisan, yang terdiri dari Sebuah lapisan isolasi plastik elektrik, Daerah yang aktif yang terdiri dari pola konduktor yang terhubung ke lead pada ekor untuk dikenakan dengan tegangan listrik, Sebuah spacer plastik, serta ventilasi udara melalui ekor. Sebuah substrat fleksibel dilapisi dengan lapisan konduktif polimer tebal. FSR pada dasarnya resistor yang mengubah nilai resistif (dalam ohm Ω) tergantung pada berapa banyak ditekan. Sensor ini memiliki haraga pasaran yang cukup murah, dan mudah digunakan, tetapi sensor ini memiliki nilai akurasi yang cukup rendah dengan nilai akurasi kurang lebih 10%.

  2.2.2 Accelerometer

  Percepatan merupakan suatu keadaan berubahnya kecepatan terhadap waktu. Bertambahnya suatu kecepatan dalam suatu rentang waktu disebut juga percepatan (acceleration). Jika kecepatan semakin berkurang daripada kecepatan sebelumnya, disebut deceleration. 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.

   .......................................................

  (2.1)

  s = (∫( ∫(a))dt)dt

  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 seperti pada Gambar 2.1.

  Accelerometer

  adalah sebuah perangkat yang berfungsi untuk mendeteksi dan mengukur percepatan. Keluaran yang dihasilkan biasanya berupa besaran listrik yang proposional terhadap perubahan dari percepatan yang diukur. Percepatan dapat didefinisikan sebagai rata-rata perubahan kecepatan dari suatu benda atau objek. Kecepatan dari suatu objek hanya akan berubah jika ada suatu gaya yang bekerja terhadap objek tersebut. Jika tidak ada gaya yang bekerja maka kecepatannya akan konstan dan percepatannya sama dengan nol. Gaya yang menyebabkan adanya percepatan yaitu gaya statik seperti gaya gravitasi dan gaya dinamik seperti gaya dari luar. Besarnya percepatan (a) dapat dihitung dengan Persamaan (2.2) dan (2.3) dibawah ini.

  F  ma ........................................................................ (2.2) F a  .......................................................................... (2.3) m

  Gambar 2.1

  Pengintegralan Sederhana Terhadap Suatu Sinyal Di mana F adalah gaya yang bekerja pada objek yang bermassa m. Satuan SI untuk percepatan adalah m/ . Satuan lainnya yang sering digunakan adalah g-force (g) dan 1 g sama dengan 9.80665 m/ .Accelerometer tidak hanya dapat mengukur percepatan tetapi dapat juga mengukur beberapa gaya seperti getaran, rotasi dan kemiringan/sudut yang menyebabkan adanya percepatan.

  Prinsip kerja dari sensor ini secara umum dalam mengukur percepatan dapat dijelaskan menggunakan spring mass system yang berdasarkan hukum Newton yaitu hubungan antara gaya dan percepatan (F = ma) dan hukum Hooke yaitu hubungan antara gaya dan aksi dari pegas (

  F = k.Δx). Spring mass system bisa dilihat pada Gambar 2.2. Sistem ini

  digunakan untuk mengukur adanya percepatan pada massa yang dihubungkan ke base dengan sebuah pegas. Pada sistem juga dilengkapi sebuah sensor (variable resistor) untuk mengetahui adanya pergerakan atau pergesesan pada massa. Ketika sebuah gaya dari luar yang menyebabkan pergeseran pada massa maka panjang dari pegas juga a kan mengalami perubahan sebesar ∆x, seperti pada Gambar 2.3.

  Gambar 2.2 Spring Mass

  Gambar 2.3

  Pengukuran Percepatan Pada Spring Mass System Besar nya pergeseran ∆x proposional terhadap nilai dari x0 (variable resistor). Berdasarkan hukum Newton dan Hooke, maka percepatan dapat dihitung dengan persamaan (2.4) dan (2.5),

  

k.Δx = ma ........................................................................ (2.4)

k a   x ........................................................................ (2.5) m

  Dimana :

  k = konstanta pegas (N ) Δx = perubahan panjang pegas (m) m = massa (kg) a = percepatan m

  Ada banyak jenis accelerometer yang ada di pasaran dan cara yang pembuatannya berbeda-beda. Beberapa accelerometer menggunakan piezoelektrik yang terdiri dari struktur kristal mikroskopis. Kristal yang terdapat pada accelerometer jenis ini mengeluarkan tegangan yang selanjutnya dikonversi menjadi percepatan. Cara lainnya yaitu menggunakan prinsip kapasitor dimana perubahan kapasitansinya proposional terhadap percepatan. Antarmuka kapasitif mememiliki fitur yang menarik untuk dimanfaatkan.

  Dalam teknologi MEMS paling tidak atau minimal ada pemrosesan tambahan agar kapasitor dapat beroperasi baik sebagai sensor maupun aktuator. Prinsip kerja dari MEMS accelerometer kapasitif ditunjukkan pada Gambar 2.4.

  Accelerometer berbasis kapasitif mempunyai sensitifitas yang

  baik karena mekanismenya tidak terpengaruh oleh suhu. Prinsip kerja kapasitor ditunjukkan pada Gambar 2.5 dan Persamaan (2.6),(2.7) .

Gambar 2.4 Accelerometer Kapasitif

  _d A Gambar 2.5

  Konstruksi Kapasitor

  d A C

  2

x d

x

  ≠0, maka a≠0 sehingga perbedaan kapasitansi dapat dicari dengan Persamaan (2.10),

  2

  

2

  1

  2

  1

  A C A C C       

  1  

  .......................... (2.10) Dengan pengukuran

  ∆C maka pergeseran x dapat dicari menggunakan Persamaan kuadrat , melalui Persamaan (2.11).

  2

  2      Cd Ax Cx 

  ......................................... (2.11) Persamaan tersebut bisa disederhanakan untuk pergeseran yang sangat kecil sehingga Persamaannya menjadi,

  C A d x   

  2

  ........................ (2.9) Jika percepatan sama dengan nol (a=0), maka C1=C2 karena x1=x2. Jika x

  1

   

  C C x d A x

   ...................................................................... (2.6)

  d A C

  1 

  

 .................................................................... (2.7)

  Dimana: C = kapasitansi A = luas penampang ε

  = permitifitas bahan dielektrik Mekanisme dari MEMS accelerometer terdiri dari plat yang bisa bergerak dan plat yang tetap. Defleksi pada massa diukur perbedaan kapasitansinya. Kapasitansi antara plat yang bisa bergerak dan plat tetap (C1 dan C2) tergantung pada pergeseran dari x1 dan x2. Dimana Persamaannya dapat dilihat pada Persamaan (2.8) dan (2.9),

  A C      

  2

  1

  1

  1

  1   ........................ (2.8)

  C C x d A x

  A C      

  2

  ................................................................... (2.12) Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4, setiap sensor dipasang kapasitor. Semua kapasitor bagian atas di rangkai secara

  parallel untuk kapasitansi C1 dan semua kapasitor bagian bawah juga di rangkai secara parallel untuk kapasitansi C2. Persamaan (2.12) digunakan untuk mengukur semua kapasitor. Rangkaian yang digunakan untuk mengukur perubahan kapasitansi ditunjukkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Blok Rangkaian Pengukur Perubahan Kapasitansi

  Bagian yang tetap atau tidak bergerak pada sensor di dicatu oleh tegangan berbentuk gelombang kotak 1 MHz dengan amplitudo Vo dari oscillator. Perbedaan fase antara antara keduanya adalah 180°. Untuk mencari nilai Vx menggunakan Persamaan (2.13),

  (

  V  _x V ) C  ( V  V ) C  ....................................... (2.13) 1 x

2 Jika Persamaan diatas diturunkan, maka akan diperoleh Persamaan (2.14) yang menyatakan hubungan antara Vx dan x.

  C  C x

  2

  1  

  V _x

  V V ................................................ (2.14) C  C d

  2

1 Dimana Vx adalah tegangan keluaran yang dihasilkan sebelum dimodulasi, x adalah pergeseran dan d adalah lebar celah ketika x=0.

  Vx adalah gelombang kotak yang amplitudonya berbanding lurus terhadap percepatan pada sistem. Dengan mensubstitusikan Persamaan (2.15) ke Persamaan (2.16) maka diperoleh hubungan antara percepatan (a) dengan Vx , yaitu,

  k _s a  x

  .......................................................................... (2.15)

  m k d _s a 

  V _x ...................................................................... (2.16) m

  Dimana :

  a = percepatan ks = konstanta pegas d = jarak antara plat kapasitor m = massa Vx = output

  Spesifikasi Accelerometer

  Secara umum, sensor Accelerometer mempunyai beberapa spesifikasi dasar, yaitu: a. Analog vs. digital

  Spesifikasi yang paling penting dari accelerometer adalah jenis keluarannya. Keluaran dari accelerometer dibagi menjadi keluaran analog dan digital. Keluaran digital biasanya berupa pulse witdh modulation (PWM).

  b. Number of Axis Parameter ini merupakan spesifikasi dari banyaknya sumbu yang dapat diukur. Accelerometer bisa digunakan untuk mendeteksi percepatan untuk sumbu x, y dan z. Accelerometer ada yang tersedia dalam 1 , 2 dan 3 sumbu.

  c. Output Range Parameter ini merupakan spesifikasi dari jangkauan pengukuran percepatan yang dapat diukur oleh sensor dan biasanya dinyatakan dalam ±g. +1g menyatakan posisi diam sensor searah dengan arah vertikal bumi dan menghadap ke atas. 0g menyatakan posisi diam sensor searah dengan arah horizontal bumi.+1g menyatakan posisi diam sensor searah dengan arah vertikal bumi dan menghadap ke atas.

  d. Linearitas Selisih maksimum dari kurva antara tegangan yang dihasilkan dan gravitasi dengan garis lurus.

  e. Sensitivitas Ukuran seberapa banyak perubahan yang terjadi pada hasil output sensor berdasarkan perubahan percepatan yang dimasukan.

  Satuan dari sensitivitas adalah volts/g.

  Ada beberapa metode untuk melakukan pembacaan sudut kemiringan, yaitu:

    ......................................................... (2.19)

  Accelerometer

  Pada metode ini untuk mengetahui nilai percepatan sumbu X yang ada pada Accelerometer dapat menggunakan Persamaan (2.22), untuk mengetahui nilai percepatan sumbu Y yang ada pada

   Measuring Tilt Using Three Axis Solution

  ............................................................. (2.21) Dimana: Ay = percepatan sumbu Y dalam g (gravitasi) Az = percepatan sumbu Z dalam g (gravitasi) Θ = kemiringan (sudut) dalam radian S = sensitivitas dalam V/g 3.

  ) Az Ay  arctan( 

    ......................................................... (2.20)

  V V Az ^{offset outz}

  S

  V V Ay ^{offset outy}

  1. Measuring Tilt Using One Axis

  S

  Pada metode ini untuk mengetahui nilai dari sumbu y dan sumbu z serta kemiringan sudut dapat menggunakan Persamaan (2.19), (2.20) dan (2.21).

   Measuring Tilt Using Two Axis Solution

  Dimana: Ax = percepatan sumbu X dalam g (gravitasi) Θ = kemiringan (sudut) dalam radian S = sensitivitas dalam V/g 2.

  ) Ax arcsin(   .............................................................. (2.18)

  V V Ax ^{ offset outx}  ......................................................... (2.17)

  S

  Pada metode ini dapat menggunakan Persamaan (2.17) dan (2.18) untuk mengetahui nilai dari percepatan sumbu X dan kemiringan sudut dalam satuan radian.

  dapat menggunakan Persamaan (2.23), untuk mengetahui nilai percepatan sumbu Z yang ada pada Accelerometer

  dapat menggunakan Persamaan (2.24), dan untuk mengetahui nilai kemiringannya dapat menggunakan Persamaan (2.25), (2.26) dan (2.27).

  

  V outx V offset Ax  ......................................................... (2.22) S

  

  V outy V offset Ay  ......................................................... (2.23) S

  

  V outz V offset Az  ......................................................... (2.24) S

   

  Ax

   

  picth ...................................... (2.25)

   arctan  _{2 2} →

   

  Ay  Az

     

  Ay

   

  

roll

arctan ....................................... (2.26)

    →

    _{2 2} 

  Ax Az

   

   ^{2 2 }  Ay Ax

   

  →yaw ....................................... (2.27) 

   arctan Az

     

  Dimana: Ax = percepatan sumbu X dalam g (gravitasi) Ay = percepatan sumbu Y dalam g (gravitasi) Az = percepatan sumbu Z dalam g (gravitasi)

  , , = kemiringan (sudut) dalam radian   

  S = sensitivitas dalam V/g Pada dasarnya jika mengacu spesifikasi dari datasheet sensor seharusnya sudah dapat menghasilkan pembacaan kemiringan dalam satuan derajat yang sudah presisi. Tapi dikarenakan adanya beberapa kelemahan yang disebabkan oleh berbagai faktor seperti pengaruh suhu, mekanik dan umur (age) dari sensor sehingga menyebabkan adanya pembacaan dari sensor tidak akurat dan juga karena adanya ketidaklinearan dari sensor. Untuk menghilangkan ketidaklinearan sensor dan adanya kelemahan seperti yang diatas, maka perlu dilakukan kalibrasi (auto zero) agar pembacaan sensor lebih akurat. Ada beberapa metode untuk melakukan kalibrasi diantaranya:

  1. Manual 0g X, Y, Z Full Range Calibration

  2. Simple 0g X, Y, Z Calibration

  3. Freefall Calibration

  4. Simple 0g X, 0g Y, +1g Z Calibration Pada Tugas Akhir ini akan menggunakan metode pertama yaitu

  “Manual 0g X, Y, Z Full Range Calibration” dengan alasan metoda ini memberikan hasil yang lebih akurat meskipun dalam proses pengambilan data paling lama. Pada kalibrasi ini data ADC setiap sumbu X, Y dan Z diambil nilai 1g (earth gravitation atau one

  

gravitation dan,-1g (berlawanan dengan gravitasi bumi), rata-rata dari

  kedua nilai tersebut merupakan nilai pada saat 0g (offset) sedangkan nilai selisih ADC antara 1g dengan -1g adalah Sensitivitas (S)).

2.2.3 Bluetooth

  Bluetooth adalah spesifikasi industri untuk jaringan kawasan

  pribadi juga (Personal Arena Network/PDA) tanpa kabel, bluetooth menghubungkan dan dipakai untuk melakukan tukar menukar informasi di antara peralatan-peralatan elektronik . Bluetooth Module merupakan modul komunikasi nirkabel pada frekuensi 2.4GHz dengan pilihan koneksi bisa sebagai slave, ataupun sebagai master. Sangat mudah digunakan dengan mikrokontroler untuk membuat aplikasi wireless.

  Bluetooth berfungsi untuk media komunikasi antar perangkat

  sehingga mempermudah pengiriman atau sharing file, audio bahkan video. Bluetooth sendiri sebenarnya diciptakan untuk menggatikan media kabel sebagai media perantara sehingga lebih praktis dan efisien. Bluetooth terdiri atas beberapa perakat pendukung seperti radio

  

transceiver, baseband link Management dan Control, Baseband

(processor core, SRAM, UART, PCM USB Interface), flash dan voice

codec.