Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Local Positioning System Menggunakan Sensor Ultrasonik
LOCAL POSITIONING SYSTEM MENGGUNAKAN
SENSOR ULTRASONIK
Oleh:
Abraham Yoela Yuwono
NIM : 612006015
Skripsi
Untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh
Ijasah Sarjana Teknik Elektro
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
SALATIGA
LOCAL POSITIONING SYSTEM MENGGUNAKAN
SENSOR ULTRASONIK
Oleh:
Abraham Yoela Yuwono
NIM : 612006015
Skripsi ini telah diterima dan disahkan
Sebagai salah satu persyaratan guna mencapai
SARJANA TEKNIK ELEKTRO
dalam
Konsentrasi Teknik Elektronika
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
SALATIGA
Disahkan oleh :
Pembimbing I
Darmawan Utomo, M.Eng
Tgl : …………………
Pembimbing II
Ir. F. Dalu Setiaji , M.T
Tgl : …………………
INTISARI
Skripsi ini merealisasikan alat yang dapat menetukan posisi suatu benda dalam
koordinat x,y,z di dalam ruang 3 dimensi dengan ukuran tertentu.
Sistem ini terdiri dari beberapa modul yang terintegrasi. Modul pengirim sinyal
yang diletakkan di empat titik sudut ruangan akan mengirim sinyal dengan urutan
tertentu dikontrol oleh modul pengolah data. Sinyal diterima oleh modul kedua melalui
modul penerima sinyal dan diteruskan ke modul sinkronisasi untuk diolah menjadi
umpan balik dan dikirim menggunakan modul RF. Modul pengolah data akan menerima
umpan balik dan akan melakukan proses penghitungan sehingga didapat posisi dalam
koordinat x,y,z.
Alat yang dirancang ini mampu memroses data untuk menentukan posisi dari
empat maupun tiga titik acuan tanpa halangan dengan ralat terbesar kurang dari 5%.
Dengan empat titik acuan didapat besarnya ralat rata-rata untuk posisi x, y, dan z sekitar
1% sedangkan bila menggunakan tiga titik acuan ralat rata-rata yang didapat untuk
posisi x dan y sekitar 1% sedangkan untuk posisi z mendekati 2%. Alat ini dapat
melakukan proses kalibrasi untuk jarak 1 meter. Waktu pemrosesan data yang
dibutuhkan alat ini selama 0,79 detik untuk satu kali pemrosesan data.
i
KATA PENGANTAR
Penyelesaian skripsi ini, baik dalam penulisan dan pembuatan merupakan salah
satu anugerah Bapa. Penulis memanjatkan syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus
Kristus atas segala berkat yang terlimpah selama melalui langkah demi langkah dalam
menyelesaikan pendidikan Sarjana ini.
Skripsi yang jauh dari kata “sempurna” ini, penulis persembahkan juga sebagai
rasa terima kasih penulis kepada orang-orang yang terkasih : Papa, Mama, Adik dan
keluarga besar Yuwono; Bapak Darmawan Utomo, M.Eng., sebagai pembimbing I,
Bapak Ir. F. Dalu Setiaji M.T.,
sebagai pembimbing II, dan Bapak Ir. Handoko,
M.Eng., selaku Dekan Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro UKSW yang telah
banyak membantu dalam penyelesaian skripsi ini; Kiki Apriliani Santoso serta temanteman MK dan pelayanan di Semarang-Salatiga untuk support yang luar biasa.
Penulis memohon maaf tidak dapat mencantumkan seluruh nama yang telah
memberi doa dan dukungan dalam penyelesaian tugas ini. Penulis hanya dapat
berterima kasih atas segala pengorbanan dana, waktu, dan tenaga yang telah diberikan.
Akhir kata, doa dan harapan penulis bagi semuanya: Tuhan Yesus memberkati
kita semua.
“Many things that seem impossible now will be real tomorrow. Just believe everything
is possible.”
Salatiga, Oktober 2011
Penulis,
Abraham Yoela Yuwono
ii
DAFTAR ISI
Halaman
INTISARI .............................................................................................................
i
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ii
DAFTAR ISI......................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ v
DAFTAR TABEL................................................................................................. vii
BAB I PENDAHULUAN.................................................................................... 1
1.1. Tujuan.................................................................................................... 1
1.2. Latar Belakang permasalahan ............................................................ 1
1.3. Spesifikasi Alat ...................................................................................... 7
1.4. Sistematika Penulisan........................................................................... 8
BAB II DASAR TEORI ..................................................................................... 10
2.1. Dasar Teori ............................................................................................ 10
2.1.1.
Mikrokontroler ATmega32 ...................................................... 10
2.1.2.
Sensor Ultrasonik ..................................................................... 14
2.1.3.
TRF-2.4G.................................................................................. 16
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ................................................ 18
3.1. Gambaran Umum Sistem .................................................................... 18
3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras .................................... 18
3.2.1.
Modul pengolah data ................................................................ 18
3.2.2.
Modul sinkronisasi ................................................................... 21
3.2.3.
Modul pengirim sinyal ............................................................. 21
iii
3.2.4.
Modul penerima sinyal ............................................................. 23
3.2.5.
Modul penampil........................................................................ 25
3.2.6.
Modul RF.................................................................................. 26
3.3. Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak ................................... 28
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS ............................................. 31
4.1. Pengujian Mikrokontroler ................................................................... 31
4.2. Pengujian Modul Pengirim Sinyal ...................................................... 33
4.3. Pengujian Modul Penerima Sinyal ..................................................... 37
4.4. Pengujian I ............................................................................................ 40
4.5. Pengujian II ........................................................................................... 42
4.6. Pengujian III ......................................................................................... 43
4.7. Pengujian IV ......................................................................................... 45
4.8. Pengujian V ........................................................................................... 46
BAB V PENUTUP .............................................................................................. 47
5.1. Kesimpulan............................................................................................ 47
5.2. Saran Pengembangan ........................................................................... 47
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 48
iv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1. Penentuan posisi pada GPS berdasarkan irisan radius satelit. ......... 1
Gambar 1.2. Radius dari suatu transmitter/receiver. ............................................ 2
Gambar 1.3. Irisan dari radius dua transmitter/receiver....................................... 3
Gambar 1.4. Contoh peletakan transmitter dan receiver. ..................................... 3
Gambar 1.5. Penentuan posisi suatu benda terhadap 4 titik acuan. ...................... 5
Gambar 1.6. Penentuan posisi suatu benda terhadap 3 titik acuan. ...................... 5
Gambar 2.1. Diagram blok mikrokontroler ATmega32. ...................................... 11
Gambar 2.2. Susunan pin mikrokontroler ATmega32. ......................................... 12
Gambar 2.3. Sensor ultrasonik.............................................................................. 16
Gambar 2.4.a. Modul TRF-2.4G........................................................................... 16
Gambar 2.4.b. Modul TRF-2.4G. ......................................................................... 17
Gambar 3.1. Diagram blok sistem secara keseluruhan. ........................................ 18
Gambar 3.2. Rangkaian modul pengolah data. ..................................................... 19
Gambar 3.3. Reset ................................................................................................. 20
Gambar 3.4. Rangkaian modul pengirim sinyal. .................................................. 22
Gambar 3.5. Konfigurasi pin dan typical operating circuit MAX232 ................. 23
Gambar 3.6. Rangkaian modul penerima sinyal. .................................................. 23
Gambar 3.7. Modul penampil menggunakan LCD 16×2. .................................... 25
Gambar 3.8. Modul RF. ........................................................................................ 26
Gambar 3.9. Diagram alir pengiriman data TRF-2.4G. ........................................ 27
Gambar 3.10. Diagram alir penerimaan data TRF-2.4G. ..................................... 28
Gambar 3.11. Diagram alir untuk modul pengolah data....................................... 29
v
Gambar 3.12. Diagram alir untuk modul sinkronisasi. ......................................... 30
Gambar 4.1. Gelombang kotak 40 kHz pada Port A bit 0 dan bit 1..................... 31
Gambar 4.2. Gelombang kotak 40 kHz dari function generator .......................... 32
Gambar 4.3. Hasil penggabungan keluaran dari Port A bit 0 dan bit 1................ 32
Gambar 4.4. Gelombang kotak function generator dan mikrokontroler .............. 33
Gambar 4.5. Pin T1IN dan T2IN saat tidak diberi masukan ................................ 34
Gambar 4.6. Hasil keluaran pada saat tidak ada masukan .................................... 34
Gambar 4.7. Hasil keluaran saat mendapat masukan gelombang kotak 40 kHz .. 35
Gambar 4.8. Hasil penggabungan keluaran dari T1OUT dan T2OUT ................. 35
Gambar 4.9. Hasil keluaran function generator dan modul pengirim sinyal ....... 36
Gambar 4.10. Sinyal yang diterima receiver ultrasonik ....................................... 36
Gambar 4.11. Sinyal penerimaan saat modul pengirim sinyal menjauh .............. 37
Gambar 4.12. Hasil penguatan saat tidak menerima sinyal .................................. 38
Gambar 4.13. Hasil keluaran saat tidak menerima sinyal ..................................... 38
Gambar 4.14. Hasil penguatan saat menerima sinyal ........................................... 39
Gambar 4.15. Hasil keluaran saat menerima sinyal.............................................. 39
Gambar 4.16. Pengujian I ..................................................................................... 40
Gambar 4.17. Pengujian II .................................................................................... 42
Gambar 4.18. Pengujian III................................................................................... 44
vi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Spesifikasi sensor ultrasonik................................................................ 15
Tabel 2.2. Fungsi pin TRF-2.4G. .......................................................................... 17
Tabel 2.3. Mode uama TRF-2.4G. ........................................................................ 17
Tabel 4.1. Tabel hasil pembacaan. ........................................................................ 41
Tabel 4.2. Tabel Pengujian I ................................................................................. 41
Tabel 4.3. Tabel Pengujian II................................................................................ 43
Tabel 4.4. Tabel Pengujian III .............................................................................. 44
vii
SENSOR ULTRASONIK
Oleh:
Abraham Yoela Yuwono
NIM : 612006015
Skripsi
Untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh
Ijasah Sarjana Teknik Elektro
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
SALATIGA
LOCAL POSITIONING SYSTEM MENGGUNAKAN
SENSOR ULTRASONIK
Oleh:
Abraham Yoela Yuwono
NIM : 612006015
Skripsi ini telah diterima dan disahkan
Sebagai salah satu persyaratan guna mencapai
SARJANA TEKNIK ELEKTRO
dalam
Konsentrasi Teknik Elektronika
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
SALATIGA
Disahkan oleh :
Pembimbing I
Darmawan Utomo, M.Eng
Tgl : …………………
Pembimbing II
Ir. F. Dalu Setiaji , M.T
Tgl : …………………
INTISARI
Skripsi ini merealisasikan alat yang dapat menetukan posisi suatu benda dalam
koordinat x,y,z di dalam ruang 3 dimensi dengan ukuran tertentu.
Sistem ini terdiri dari beberapa modul yang terintegrasi. Modul pengirim sinyal
yang diletakkan di empat titik sudut ruangan akan mengirim sinyal dengan urutan
tertentu dikontrol oleh modul pengolah data. Sinyal diterima oleh modul kedua melalui
modul penerima sinyal dan diteruskan ke modul sinkronisasi untuk diolah menjadi
umpan balik dan dikirim menggunakan modul RF. Modul pengolah data akan menerima
umpan balik dan akan melakukan proses penghitungan sehingga didapat posisi dalam
koordinat x,y,z.
Alat yang dirancang ini mampu memroses data untuk menentukan posisi dari
empat maupun tiga titik acuan tanpa halangan dengan ralat terbesar kurang dari 5%.
Dengan empat titik acuan didapat besarnya ralat rata-rata untuk posisi x, y, dan z sekitar
1% sedangkan bila menggunakan tiga titik acuan ralat rata-rata yang didapat untuk
posisi x dan y sekitar 1% sedangkan untuk posisi z mendekati 2%. Alat ini dapat
melakukan proses kalibrasi untuk jarak 1 meter. Waktu pemrosesan data yang
dibutuhkan alat ini selama 0,79 detik untuk satu kali pemrosesan data.
i
KATA PENGANTAR
Penyelesaian skripsi ini, baik dalam penulisan dan pembuatan merupakan salah
satu anugerah Bapa. Penulis memanjatkan syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus
Kristus atas segala berkat yang terlimpah selama melalui langkah demi langkah dalam
menyelesaikan pendidikan Sarjana ini.
Skripsi yang jauh dari kata “sempurna” ini, penulis persembahkan juga sebagai
rasa terima kasih penulis kepada orang-orang yang terkasih : Papa, Mama, Adik dan
keluarga besar Yuwono; Bapak Darmawan Utomo, M.Eng., sebagai pembimbing I,
Bapak Ir. F. Dalu Setiaji M.T.,
sebagai pembimbing II, dan Bapak Ir. Handoko,
M.Eng., selaku Dekan Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro UKSW yang telah
banyak membantu dalam penyelesaian skripsi ini; Kiki Apriliani Santoso serta temanteman MK dan pelayanan di Semarang-Salatiga untuk support yang luar biasa.
Penulis memohon maaf tidak dapat mencantumkan seluruh nama yang telah
memberi doa dan dukungan dalam penyelesaian tugas ini. Penulis hanya dapat
berterima kasih atas segala pengorbanan dana, waktu, dan tenaga yang telah diberikan.
Akhir kata, doa dan harapan penulis bagi semuanya: Tuhan Yesus memberkati
kita semua.
“Many things that seem impossible now will be real tomorrow. Just believe everything
is possible.”
Salatiga, Oktober 2011
Penulis,
Abraham Yoela Yuwono
ii
DAFTAR ISI
Halaman
INTISARI .............................................................................................................
i
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ii
DAFTAR ISI......................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ v
DAFTAR TABEL................................................................................................. vii
BAB I PENDAHULUAN.................................................................................... 1
1.1. Tujuan.................................................................................................... 1
1.2. Latar Belakang permasalahan ............................................................ 1
1.3. Spesifikasi Alat ...................................................................................... 7
1.4. Sistematika Penulisan........................................................................... 8
BAB II DASAR TEORI ..................................................................................... 10
2.1. Dasar Teori ............................................................................................ 10
2.1.1.
Mikrokontroler ATmega32 ...................................................... 10
2.1.2.
Sensor Ultrasonik ..................................................................... 14
2.1.3.
TRF-2.4G.................................................................................. 16
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ................................................ 18
3.1. Gambaran Umum Sistem .................................................................... 18
3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras .................................... 18
3.2.1.
Modul pengolah data ................................................................ 18
3.2.2.
Modul sinkronisasi ................................................................... 21
3.2.3.
Modul pengirim sinyal ............................................................. 21
iii
3.2.4.
Modul penerima sinyal ............................................................. 23
3.2.5.
Modul penampil........................................................................ 25
3.2.6.
Modul RF.................................................................................. 26
3.3. Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak ................................... 28
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS ............................................. 31
4.1. Pengujian Mikrokontroler ................................................................... 31
4.2. Pengujian Modul Pengirim Sinyal ...................................................... 33
4.3. Pengujian Modul Penerima Sinyal ..................................................... 37
4.4. Pengujian I ............................................................................................ 40
4.5. Pengujian II ........................................................................................... 42
4.6. Pengujian III ......................................................................................... 43
4.7. Pengujian IV ......................................................................................... 45
4.8. Pengujian V ........................................................................................... 46
BAB V PENUTUP .............................................................................................. 47
5.1. Kesimpulan............................................................................................ 47
5.2. Saran Pengembangan ........................................................................... 47
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 48
iv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1. Penentuan posisi pada GPS berdasarkan irisan radius satelit. ......... 1
Gambar 1.2. Radius dari suatu transmitter/receiver. ............................................ 2
Gambar 1.3. Irisan dari radius dua transmitter/receiver....................................... 3
Gambar 1.4. Contoh peletakan transmitter dan receiver. ..................................... 3
Gambar 1.5. Penentuan posisi suatu benda terhadap 4 titik acuan. ...................... 5
Gambar 1.6. Penentuan posisi suatu benda terhadap 3 titik acuan. ...................... 5
Gambar 2.1. Diagram blok mikrokontroler ATmega32. ...................................... 11
Gambar 2.2. Susunan pin mikrokontroler ATmega32. ......................................... 12
Gambar 2.3. Sensor ultrasonik.............................................................................. 16
Gambar 2.4.a. Modul TRF-2.4G........................................................................... 16
Gambar 2.4.b. Modul TRF-2.4G. ......................................................................... 17
Gambar 3.1. Diagram blok sistem secara keseluruhan. ........................................ 18
Gambar 3.2. Rangkaian modul pengolah data. ..................................................... 19
Gambar 3.3. Reset ................................................................................................. 20
Gambar 3.4. Rangkaian modul pengirim sinyal. .................................................. 22
Gambar 3.5. Konfigurasi pin dan typical operating circuit MAX232 ................. 23
Gambar 3.6. Rangkaian modul penerima sinyal. .................................................. 23
Gambar 3.7. Modul penampil menggunakan LCD 16×2. .................................... 25
Gambar 3.8. Modul RF. ........................................................................................ 26
Gambar 3.9. Diagram alir pengiriman data TRF-2.4G. ........................................ 27
Gambar 3.10. Diagram alir penerimaan data TRF-2.4G. ..................................... 28
Gambar 3.11. Diagram alir untuk modul pengolah data....................................... 29
v
Gambar 3.12. Diagram alir untuk modul sinkronisasi. ......................................... 30
Gambar 4.1. Gelombang kotak 40 kHz pada Port A bit 0 dan bit 1..................... 31
Gambar 4.2. Gelombang kotak 40 kHz dari function generator .......................... 32
Gambar 4.3. Hasil penggabungan keluaran dari Port A bit 0 dan bit 1................ 32
Gambar 4.4. Gelombang kotak function generator dan mikrokontroler .............. 33
Gambar 4.5. Pin T1IN dan T2IN saat tidak diberi masukan ................................ 34
Gambar 4.6. Hasil keluaran pada saat tidak ada masukan .................................... 34
Gambar 4.7. Hasil keluaran saat mendapat masukan gelombang kotak 40 kHz .. 35
Gambar 4.8. Hasil penggabungan keluaran dari T1OUT dan T2OUT ................. 35
Gambar 4.9. Hasil keluaran function generator dan modul pengirim sinyal ....... 36
Gambar 4.10. Sinyal yang diterima receiver ultrasonik ....................................... 36
Gambar 4.11. Sinyal penerimaan saat modul pengirim sinyal menjauh .............. 37
Gambar 4.12. Hasil penguatan saat tidak menerima sinyal .................................. 38
Gambar 4.13. Hasil keluaran saat tidak menerima sinyal ..................................... 38
Gambar 4.14. Hasil penguatan saat menerima sinyal ........................................... 39
Gambar 4.15. Hasil keluaran saat menerima sinyal.............................................. 39
Gambar 4.16. Pengujian I ..................................................................................... 40
Gambar 4.17. Pengujian II .................................................................................... 42
Gambar 4.18. Pengujian III................................................................................... 44
vi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Spesifikasi sensor ultrasonik................................................................ 15
Tabel 2.2. Fungsi pin TRF-2.4G. .......................................................................... 17
Tabel 2.3. Mode uama TRF-2.4G. ........................................................................ 17
Tabel 4.1. Tabel hasil pembacaan. ........................................................................ 41
Tabel 4.2. Tabel Pengujian I ................................................................................. 41
Tabel 4.3. Tabel Pengujian II................................................................................ 43
Tabel 4.4. Tabel Pengujian III .............................................................................. 44
vii