Perancangan Kontroler Game Mobile Menggunakan Gyroscope Dengan Algoritma Pid Dan Kalman Filtering Berbasis Arduino Nano Dan Unity

i

PERANCANGAN KONTROLER GAME MOBILE MENGGUNAKAN
GYROSCOPE DENGAN ALGORITMA PID DAN KALMAN
FILTERING BERBASIS ARDUINO NANO DAN UNITY

BOBBY PUTRA JOHAN
121401142

PROGRAM STUDI S1 ILMU KOMPUTER
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

Universitas Sumatera Utara

ii

PERANCANGAN KONTROLER GAME MOBILE MENGGUNAKAN
GYROSCOPE DENGAN ALGORITMA PID DAN KALMAN

FILTERING BERBASIS ARDUINO NANO DAN UNITY

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh ijazah
Sarjana Ilmu Komputer

BOBBY PUTRA JOHAN
121401142

PROGRAM STUDI S1 ILMU KOMPUTER
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

Universitas Sumatera Utara

viii


PERSETUJUAN

Judul

: PERANCANGAN KONTROLER GAME MOBILE
GYROSCOPE

MENGGUNAKAN

DENGAN

ALGORITMA PID DAN KALMAN FILTERING
BERBASIS ARDUINO NANO DAN UNITY
Kategori

: SKRIPSI

Nama

: BOBBY PUTRA JOHAN


Nomor Induk Mahasiswa

: 121401142

Program Studi

: S1 ILMU KOMPUTER

Fakultas

: ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Diluluskan di
Medan, 21 Juli 2017
Komisi Pembimbing
Pembimbing 2

:


Drs. Dahlan Sitompul, M.Eng
19740127 200212 2 001

Pembimbing 1

Dr. Poltak Sihombing, M.Kom
19620317 1999103 1 001

Diketahui/Disetujui oleh
Program Studi S1 Ilmu Komputer
Ketua,

Dr. Poltak Sihombing, M. Kom
NIP.196203171991031001

Universitas Sumatera Utara

ix


PERNYATAAN

PERANCANGAN KONTROLER GAME MOBILE MENGGUNAKAN
GYROSCOPE DENGAN ALGORITMA PID DAN KALMAN
FILTERING BERBASIS ARDUINO NANO DAN UNITY

SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, 21 Juli 2017

Bobby Putra Johan
121401142

Universitas Sumatera Utara

x


PENGHARGAAN

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, yang dengan rahmat dan karunia-Nya
penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini, sebagai syarat untuk memperoleh
gelar Sarjana Komputer, pada Program Studi S1 Ilmu Komputer Fakultas Ilmu
Komputer dan Teknologi Informasi Universitas Sumatera Utara.
Pada pengerjaan skripsi dengan judul Perancangan Kontroler Game Mobile
menggunakan Gyroscope dengan Algoritma Pid dan Kalman Filtering Berbasis
Arduino Nano dan Unity, penulis menyadari bahwa banyak pihak yang turut membantu,
baik dari pihak keluarga, sahabat dan orang-orang terkasih yang memotivasi dalam
pengerjaannya. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Runtung Sitepu, SH, M. Hum selaku Rektor Universitas
Sumatera Utara.
2. Prof. Dr. Opim Salim Sitompul, M.Sc selaku Dekan Fakultas Ilmu Komputer
dan Teknologi Informasi Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr. Poltak Sihombing, M.Kom selaku Ketua Program Studi Ilmu
Komputer Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Herriyance ST, M.Kom selaku sekretaris Program Studi Ilmu Komputer
Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Dr. Poltak Sihombing, M.Kom selaku dosen pembimbing satu yang telah

memberikan arahan selama proses pengerjaan skripsi.
6. Bapak Drs. Dahlan Sitompul, M.Eng selaku dosen pembimbing dua yang telah
memberikan arahan, saran, dan bimbingan selama proses pengerjaan skripsi ini.
7. Bapak Dr. Syahril Efendi, S.Si., M.IT dan Ibu Amalia, S.T., M.T selaku dosen
penguji satu dan dosen penguji dua yang telah banyak sekali memberikan
nasihat, saran, dan arahan selama masa perkuliahan sampai tugas akhir ini
diselesaikan.

Universitas Sumatera Utara

xi

8. Seluruh staff Tata Usaha; baik Tata Usaha Fakultas Ilmu Komputer dan
Teknologi Informasi maupun Tata Usaha Jurusan S1 Ilmu Komputer yang sudah
banyak membantu saya selama proses pembuatan tugas akhir ini.
9. Ayahanda Johan Hermanto dan Ibunda Murnawati SE yang selalu memberikan
kasih sayang dan dukungan kepada penulis
10. Dan semua pihak yang berperan dan membantu saya dalam proses pengerjaan
sampai penyelesaian tugas akhir ini dan tidak bisa saya sebutkan namanya satu
per satu.


Medan, 21 Juli 2017
Penulis,

Bobby Putra Johan

Universitas Sumatera Utara

xii

ABSTRAK

Game sudah menjadi bagian yang ada di dalam keseharian kita. Dahulu, game hanya
dijadikan sarana hiburan, namun saat ini game telah menjadi luas fungsinya, misalnya
dijadikan sarana pembelajaran, lahan bisnis, dan dipertandingkan sebagai salah satu
cabang olahraga oleh para profesional. Saat ini, Mobile game sudah dibuat di berbagai
macam platform. Keuntungan memainkan mobile game adalah portabilitas. Arduino
merupakan salah satu kontroler yang dapat diprogram untuk membaca maupun
memberikan sinyal kepada perangkat lain sesuai dengan kebutuhan. Arduino Nano
adalah salah satu papan pengembangan mikrokontroler yang berukuran kecil, lengkap

dan mendukung penggunaan breadboard. Dengan penggunaan Arduino dan sensor
gyroscope sebagai pengendali arah pada game, serta unity sebagai game engine, akan
menimbulkan pembahasan untuk penggunaan kontrol PID sebagai penentu
sinkronisasi pembacaan sensor terhadap aksi yang terjadi pada sebuah permainan dan
dengan tambahan menggunakan Algoritma Kalman Filtering sebagai filtering noise
dan getaran yang terjadi akibat perubahan pembacaan sensor yang sangat sensitif yang
data yang di dapat melalui gyroscope sensor dirasa mampu untuk meningkatkan
performa pada kontroler game yang akan dirancang . Sistem ini dibuat menggunakan
Algoritma PID, namun algoritma tersebut tidak dapat bekerja secara maksimal
bahkan, apabila memakai Algoritma PID, kecepatan pemprosesan data akan menjadi
lambat. Sistem ini juga dibuat menggunakan Algoritma Kalman Filtering, dengan
menggunakan Algoritma Kalman Filtering hasil data yang di dapat dari gyroscope
stabil.

Kata kunci : Robotika, Algoritma Kalman Filtering, Algoritma PID, Gyroscope,
Arduino Nano, Unity

Universitas Sumatera Utara

xiii


GAME MOBILE CONTROLLER DESIGN USING GYROSCOPE
USING PID ALGORITHM AND KALMAN FILTERING
ALGORITHM BASED ON ARDUINO NANO AND UNITY

ABSTRACT

Game has been a part of our daily basis. Game was used to be used an entertainment
aspect, however the functions of game are developed, for the example educational
media, business purposes, and being contested as sports by professionals. Currently,
game mobile is made in various platforms. The benefit of playing game mobile is its
portability. Arduino is a controller which can be programmed to read or give signals
to another hardware based on the necessity. Arduino Nano is the example of
microcontroller developing board with a smaller size, more complete, and supporting
breadboard's utilizing. By utilizing Arduino and gyroscope censor as directional
controller in game, with unity as the game engine, will cause a study of utilizing PID
control as synchronization determinator of censor reading with an action in a game
and by adding Kalman-Filtering Algorithm as filtering noise and vibration that is
happened caused by censor reading transformation that is very sensitive, is thought
has the ability to increase in-designed game controller performance. This system is

made by using PID Algorithm, however PID Algorithm cannot be worked maximally,
even by using PID Algorithm, data processing speed will be delayed. This system is
also using Kalman Filtering Algorithm, by using Kalman Filtering Algorithm, data
result that is obtained from gyroscope is stable

Keywords : Robotic, Kalman Filtering Algorithm, PID Algorithm, Gyroscope,
Arduino Nano, Unity.

Universitas Sumatera Utara

xiv

DAFTAR ISI

Hal.
Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar

ii
iii
iv
vi
vii
ix
xi
xii

BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Metodologi Penelitian
1.7 Sistematika Penulisan

1
2
2
3
3
3
4

BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1 Robotika
2.2 Mikrokontroler
2.3 Arduino
2.3.1 Arduino Nano
2.3.2 Pin Masukan Dan Keluaran Arduino
2.4 Game Engine
2.4.1 Unity
2.5 Gyroscope
2.6 Bluetooth
2.7 Kalman Filtering
2.8 PID
2.9 Penelitian Yang Relevan

5
7
7
8
9
10
11
11
13
14
17
20

BAB 3 ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM
3.1 Analisis Sistem
3.1.1 Analisis Kebutuhan Sistem
3.1.1.1 Analisis Kebutuhan Fungsional Sistem

21
21
21

Universitas Sumatera Utara

xv

3.1.2.2 Analisis non-fungsional Sistem
3.1.2 Analisis Pemodelan Sistem
3.2 Perancangan Sistem
3.2.1 Use Case Diagram
3.2.2 Activity Diagram
3.2.3 Sequence Diagram
3.3 Perancangan Sistem
3.3.1 Flowchart Kalman Filter
3.3.2 Flowchart PID
3.4 General Arsitektur
3.5 Perancangan Antarmuka Sistem
3.5.1 Antar muka Pairing Device

21
22
22
22
24
25
25
26
27
27
28
28

BAB 4 IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN
4.1 Implementasi
4.1.1 Halaman Antar Muka
4.1.1.1 Tampilan Halaman Pairing Device
4.1.1.1 Tampilan Halaman Game
4.1.2 Perangkat Keras
4.2 Pengujian Sistem
4.2.1 Pengujian Bluetooth
\
4.2.2 Pengujian Algoritma Kalman Filter
4.2.3 Pengujian Algoritma PID

30
31
31
33
33
34
34
35
36

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran

37
38

DaftarPustaka

39

Universitas Sumatera Utara

xvi

DAFTAR TABEL

Hal.
Tabel 3.1. Definisi Aktor
Tabel 3.2. Definisi Use Case
Tabel 3.3. Skenario Use Case Pairing Device
Tabel 3.4. Rincian Perangkat Keras
Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Jarak Bluetooth
Tabel 4.2. Data GyroScope Menggunakan Kalman dan Tanpa Kalman

24
24
24
29
35
36

Universitas Sumatera Utara

xvii

DAFTAR GAMBAR

Hal.
Gambar 2.1 (a).
Gambar 2. 1(b).
Gambar 2.2.
Gambar 2.3.
Gambar 2.4.
Gambar 2.5.
Gambar 2.6.
Gambar 2.7.
Gambar 28..
Gambar 2.9.
Gambar 2.1
Gambar 3.1.
Gambar 3.2.
Gambar 3.3.
Gambar 3.4.
Gambar 3.5
Gambar 3.6
Gambar 3.7.
Gambar 3.8.
Gambar 4.1.
Gambar 4.2.
Gambar 4.3.
Gambar 4.4.
Gambar 4.5.
Gambar 4.6.
Gambar 4.7.
Gambar 4.8
Gambar 4.9.
Gambar 4.10.

Arduino Nano Tampak Depan
Arduino Nano Tampak Belakang
Aristektur Game Engine (reodavan, R, 2014)
Cy-521(Gyroscope)
Sensor Bluetooth (Andrianto, H, 2016)
Persamaan Kalman Filter (Rudiyanto, 2006)
Skema Algoritma Kalman Filtering ( Rudiyanto, 2006)
Persamaan Algoritma Kalman Filtering ( Rudiyanto, 2006)
PID Kontroller (Royyan, 2015)
Diagram Blok PID (Royyan, 2015)
Persamaan Rumus PID (Royyan, 2015)
Use Case Sistem
Activity Diagram Untuk Proses Pairing Device
Sequence Diagram Proses Pairing Device
Flowchart Kalman Filter
Flowchart PID
General Arsitektur
Rancangan Layout Pairing Device
Perancangan Perangkat Keras
Diagram Ishikawa
Tampilan Halaman Pairing Device
Kode Program Pemasangan Bluetooth dan Pemindahan
Halaman
Tampilan Halaman Game
Kode Program Game Untuk Pengerakan Animasi
Konstruksi Utama Tampak Depan
Konstruksi Utama Tampak Belakang
Grafik Kalman filter dan tanpa kalman filter
Perhitungan PID Pada Sudut X
Perhitungan PID Pada Sudut Y

8
9
11
12
14
15
15
16
17
17
19
25
26
27
26
27
27
28
29
30
31
32
32
33
34
34
35
36
36

Universitas Sumatera Utara

xviii

DAFTAR LAMPIRAN

Hal.
Lampiran 1
Lampiran 2

Listing Program
Curriculum Vitae

A-1
B-1

Universitas Sumatera Utara