1
PERANCANGAN SISTEM MONITORING PADA ROV MENGUNAKAN
RASPBERRY PI UNTUK EKSPLORASI BAWAH LAUT
Shafrullahˡ, Rozeff Pramana².
Email: [email protected]ˡ.
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Maritim Raja Ali Haji
ABSTRAK
ROV(Remotely operated vehicle) merupakan perangkat yang mampu melakukan
pergerakan dan eksplorasi dibawah laut yang dikendalikan dengan sistem
pengkontrol. ROV(Remotely operated vehicle) biasanya dilengkapi dengan
kamera dan perangkat ukur. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang sistem
monitoring dan gripper pada ROV(Remotely operated vehicle) untuk pengamatan
dan eksplorasi bawah laut. Sistem ini dilengkapi perangkat monitoring yaitu
kamera dan sensor suhu DS18B20 sedangkan perangkat untuk eksplorasi
dilengkapi dengan gripper yang digerakkan oleh pengkontrol. Kamera dan sensor
suhu DS18B20 diproses oleh Raspberry Pi dan dihubungkan ke-laptop
mengunakan kabel LAN sedangkan informasi suhu akan ditampilkan di LCD,
kemudian hasil dari pencitraan kamera akan ditampilkan dilayar laptop dengan
men-streaming lewat browser pada laptop.
Kata kunci : Sistem monitoring pada ROV, sensor suhu DS18B20, gripper,
Raspberry Pi, Kamera ROV.
PENDAHULUAN
Berdasarkan informasi yang didapat dari Province Infographic tahun 2010,
Provinsi Kepulauan Riau terletak antara 0°29'LS dan 04°40'LU dan 103°22' -
109°4'BT. Provinsi Kepulauan Riau merupakan salah satu provinsi kepulauan di
Indonesia. Provinsi ini dikelilingi oleh pulau laut dan klaster. Batas-batas provinsi
ini adalah Vietnam dan Kamboja (Utara), Sumatera Selatan Provinsi dan Provinsi
Jambi (Selatan), Singapura, Malaysia dan Provinsi Riau (Barat), Malaysia dan
Kalimantan Barat Provinsi (Timur).
Total wilayah Provinsi Kepulauan Riau adalah 251.810,71 km², tetapi
sebagai provinsi kepulauan, memiliki perairan seluas 241.215,30 km² (95,79%)
dan sisanya adalah daratan yang tertutup seluas 10.595,41 km². Dengan luas laut
Indonesia tentu banyak potensi yang terdapat di laut tetapi pembangunan yang
terjadi sekarang lebih banyak di darat dari pada di laut sehingga potensi-potensi
bawah laut yang ada tidak di manfaatkan dengan maksimal.
2
Sistem montoring pada Remotely Operated Vehicle (ROV) adalah instrumen
berupa wahana selam berukuran mini yang digunakan untuk memonitoring
keadaan dibawah laut. Sistem monitoring pada ROV mengunakan Raspberry Pi
untuk memproses pencitraan pada kamera. Sistem monitoring pada ROV
digunakan untuk eksplorasi objek bawah laut seperti pemotretan bawah air,
operasi militer dan perbaikan jalur pipa bawah laut.
Angkatan Laut Amerika mendanai pembuatan ROV pertama kali pada tahun
1960. ROV dibuat memiliki kemampuan operasi penyelamatan laut dalam dan
perbaikan objek dasar laut dari permukaan (Radio Control Submarine, 2006).
Bedasarkan latar belakang diatas, pada penelitian ini akan dikembangkan
sistem monitoring bawah laut mengunakan kamera pada ROV, Raspberry Pi 3
model B dan Arduino UNO sebagai mikrokontroler yang di lengkapi dengan
lengan robot (gripper) dan sensor suhu untuk mengetahui suhu didalam air.
BAHAN DAN METODE
Perancangan Sistem
Perancangan sistem monitoring pada ROV mengunakan Raspberry Pi untuk
eksplorasi bawah laut ini terdiri dari 3 bagian utama, yaitu input yang terdiri dari
sensor suhu DS18B20 untuk mengetahui suhu dibawah laut, kamera sebagai
perangkat untuk mengambil gambar/video dibawah laut dan potensiometer
digunakan untuk mengerakkan gripper. Bagian proses yang terdiri dari Arduino
dan Raspberry Pi yang berfungsi untuk mengolah data hasil dari bagian input, dan
bagian output yang terdiri dari laptop untuk menampilkan hasil dari kamera, LCD
untuk menampilkan suhu yang terdapat dibawah laut dan gripper untuk
mengambil objek dibawah laut. Perancangan sistem monitoring pada ROV
menggunakan Raspberry Pi untuk eksplorasi bawah laut dapat digambarkan
dalam diagram blog seperti pada gambar 1.
3
Gambar 1. Flow Chart Kerja Sistem
Perancangan Hardware
Perancangan instalasi hardware sistem monitoring pada ROV mengunakan
Raspberry Pi untuk eksplorasi bawah dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Instalasi sistem hardwere
Instalasi tersebut akan menjadi landasan dalam perancangan sistem
monitoring pada ROV untuk pengamatan dan eksplorasi bawah laut. Instalasi
tersebut menggunakan gambar asli dari hardware sehingga tampak seperti
Kamera
Raspberry pi
Laptop
Potensiometer Arduino Gripper
Sensor Suhu LCD
POWER SUPPLY
Kamera
Sensor suhu
Potensiometer
Raspberry PI
Arduino Uno
Power supply
Laptop
LCD
Gripper
4
perangkat sebenarnya. Mengoperasikan sistem tersebut membutuhkan power
supply.
Perancangan Perangkat Kamera
Kamera yang digunakan pada penelitian ini adalah kamera webcam 13 MP.
Kamera dihubungkan pada perangkat Raspberry pi melalui port USB dan
dioperasikan dengan tegangan listrik 5 VDC yang didapat dari port USB tersebut.
Kamera yang digunakan memiliki jenis video VGA (Video Graphics Array)
dengan resolusi gambar 640x480 pixel. Gambar 3 merupakan gambar Kamera
dengan port USB.
Gambar 3. Rangkaian Perangkat Kamera
Perancangan Perangkat Gripper
Gripper pada penelitian ini digerakkan menggunakan 2 buah motor servo
90° yang dikontrol mengunakan potensiometer, motor servo pertama digunakan
untuk mengontrol pencapit dan motor servo kedua digunakan untuk mengerakkan
keatas dan kebawah. Motor Servo tersebut memiliki 3 port yaitu port VDC yang
dihubungkan pada power supply 5 VDC dan GND dihubungkan pada power
supply ground sedangkan port data pada motor servo dihubungkan ke-port digital
2 dan 3 arduino. Daya gripper didapat dari teganggan DC 5V yang di konversikan
melaui converter. Gambar 4 dan 5 merupakan gambar rangkaian gripper pencapit
dan atas bawah.
Keterangan :
: Data : GND : VIN
Gambar 4. Rangkaian Gripper Pencapit
USB
5
Keterangan :
: Data : GND : VIN
Gambar 5. Rangkaian Gripper Pengerak Atas dan Bawah
Perancangan Perangkat Sensor Suhu
Sensor suhu yang digunakan adalah sensor suhu DS18B20 dengan
kemampuan tahan air (waterproof). Ouput data pada sensor suhu ini merupakan
data digital. Sensor suhu DS18B20 memiliki silicon serial number untuk
pembacaan suhu dari berbagai tempat. Sensor suhu DS18B20 dapat membaca
suhu hingga 125°C. Sensor suhu memiliki 3 port GPIO yang dihubungkan ke
Raspberry pi, yaitu VCC, GND dan data. Daya yang diterima sensor suhu didapat
dari power supply 12VDC yang di konversikan ke 5VDC. Hasil dari pembacaan
sensor akan ditampilkan pada layar LCD. Gambar 6 dibawah ini adalah rangkaian
pada perangkat sensor suhu DS18B20.
Keterangan :
: Data (GPIO4) : GND : VIN
Gambar 6. Rangkaian perangkat sensor suhu
Pvc
servo
6
Perancangan Perangkat LCD
Perangkat yang digunakan sebagai penampil suhu dibawah laut pada
penelitian ini adalah LCD 16x2. LCD dihubungkan melalui port GPIO Raspberry
Pi. Tegangan pada LCD didapat dari power supply 12VDC yang di konversikan
ke 5VDC melalui converter. Informasi suhu dibawah laut yang didapat dari
pembacaan sensor suhu DS18B20 akan diproses oleh Raspberry pi lalu data suhu
yang terdapat dibawah laut akan ditampilkan pada layar LCD. Gambar 7 dibawah
ini adalah rangkaian pada perangkat LCD.
Gambar 7. Rangkaian perangkat LCD
Perancangan Perangkat Jaringan
Sistem kamera monitoring akan dirancang menggunakan jaringan LAN
(Local Area Network) yaitu jaringan menggunakan kabel penghubung antara
sistem dan server dalam satu jaringan yang sama. Sistem dihubungkan dengan
jaringan LAN yang dikoneksikan oleh port LAN adapter pada Raspberry pi
dengan laptop. Port adapter tersebut berfungsi sebagai penghubung antara
jaringan WLAN dengan Raspberry pi yang berfungsi sebagai komunikasi antara
sistem dengan server. Port LAN pada laptop dan Raspberry pi dikoneksikan
mengunakan kepala RJ45.
Kabel LAN
Gambar 8. Perancangan perangkat Jaringan
7
Flowchart Penelitian
Flowchart penelitian adalah langkah-langkah yang akan dilakukan untuk
menjalankan penelitian. Flowchart tersebut akan menjadi acuan pengerjaan
penelitian sebagai landasan proses kerja. Pada penelitian ini flowchart penelitian
dipaparkan pada gambar 9.
Tidak
YA
Gambar 9. Flowchart Penelitian
Mulai
Studi Literatur
Rumusan Masalah
Perancangan Sistem
Pengujian Sistem
Sistem
Bekerja
Selesai
8
HASIL
Pengujian Kamera
Penelitian ini menggunakan kamera jenis webcam dengan resolusi gambar
640x480 pixel. Webcam ini juga menggunakan port USB sebagai komunikasi data
dengan komputer atau Raspberry Pi. Console kamera mengunakan console
kamera CCTV yang dimodifikasi seperti terlihat pada gambar 10.
Console
Kamera
Gambar 10. Kamera
Gambar 11. Proses pengambilan foto
Berdasarkan penelitian yang sudah dilakukan bahwa saat kamera sedang
menjalankan program Motion atau program streaming, kamera tidak dapat
menjalankan program pengambilan foto atau Fswebcam, karena kamera sedang
menjalankan perintah lain. Mengatasi hal tersebut, program Motion harus
dihentikan terlebih dahulu agar program Fswebcam dapat dijalankan. Program
9
untuk menghentikan motion, mengambil foto dan menjalankan motion kembali
adalah sebagai berikut.
sudo service motion stop
Program motion akan bekerja secara berurutan setelah program tersebut
dijalankan pada terminal. Gambar 12, 13 dan 14 merupakan tampilan foto yang
sudah berhasil diambil oleh kamera. Proses f
Gambar 12. Hasil Pengambilan Foto
Gambar 13. Hasil Pengambilan Foto Diair
Gambar 14. Hasil Pengambilan Foto Objek
Gripper
Ikan Kayu
Kaleng Gelas Plastik
Botol Batu
10
Pengujian tersebut telah membuktikan bahwa kamera dapat menjalankan
program streaming dan pengambilan foto menggunakan Raspberry pi.
Pengujian Sensor Suhu
Pengujian sensor suhu DS18B20 dilakukan dengan membandingkan
pengukuran suhu menggunakan termometer dan menggunakan sensor DS18B20
melalui bantuan Raspberry pi yang telah diprogram. Hasil pembacaan sensor suhu
ditampilkan pada LCD. Pengujian sensor suhu dilakukan dua kali pengujian yaitu
pengujian biasa dan pengujian saat didalam air.
Gambar 15. Pengujian sensor suhu DS18B20
Setelah dilakukan pengujian sensor suhu, diperoleh hasil pengujian sensor
suhu dengan termometer. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 1. Hasil pengujian sensor suhu dan termometer didarat
NO Jam Pengujian Sensor suhu DS18B20 Termometer
1 13.00 29,2° C 29° C
2 13.05 29.5° C 30° C
3 13.10 29.5° C 30° C
4 13.15 29.7° C 30° C
5 13.20 30.1° C 31° C
6 13.25 30.6° C 31° C
7 13.30 30.6° C 31° C
8 13.35 30.3° C 31° C
9 13.40 30° C 30° C
10 13.45 29.8° C 30° C
11
Gambar 16. Grafik Pengujian sensor suhu DS18B20 dan Termometer
Gambar 16 adalah hasil pengukuran sensor suhu DS18B20 dengan
termometer. Garis warna biru adalah hasil pengukuran pada termometer dan garis
warna merah adalah hasil pengukuran pada sensor suhu. Angka pada garis
horizontal adalah waktu saat pengujian dan angka pada garis vertikal adalah
ukuran suhu.
Tabel 2. Hasil pengujian sensor suhu DS18B20 diair
NO Kedalaman Sensor suhu DS18B20
1 1 Meter 31,0° C
Pengujian sensor suhu didalam air dilakukan dikedalaman 1 meter, lokasi
pengujian sensor suhu di Tanjung Siambang. Pengambilan data sensor suhu
dilakukan dengan memasukan ROV kedalam air dengan kedalaman 1 meter
selanjutnya menghidupkan sensor suhu dengan menjalankan perintah pada
Raspberry Pi.
Pengujian Gripper
Pengujian gripper dilakukan untuk mengetahui seberapa berat beban yang
bisa diangkat oleh gripper. Gripper digerakkan melaui motor servo yang
mendapat teganggan 5 VDC dari converter. Sebelumnya Gripper terlebih dahulu
diprogram melalui Arduino uno sehingga motor servo dapat dikontrol oleh
potensiometer. Gambar 17 adalah perangkat kontrol untuk Gripper
Gambar 17. Perangkat kontrol gripper
28
29
30
31
32
13
:00
13
:05
13
:10
13
:15
13
:20
13
:25
13
:30
13
:35
13
:40
13
:45
Sen
sor
Su
hu
Waktu Pengujian
Grafik Pengujian Sensor Suhu
Sensor Suhu
Termometer
Kamera Pencapit
Atas Bawah
12
Beban yang bisa diangkat oleh gripper tidak terfokus pada benda yang akan
diangkat. Tabel 3 dan 4 menunjukkan hasil pengujian gripper didarat dan diair.
Tabel 3. Pengujian Gripper didarat
Pengukuran
Berat
Pengukuran
Lebar
Pengukuran
Panjaang
Keterangan
50 Gram
100 Gram
150 Gram
200 Gram
300 Gram
5 Cm
5 Cm
5 Cm
5 Cm
5 Cm
5 Cm
6 Cm
8 Cm
6 Cm
5 Cm
Mampu
Mampu
Mampu
Mampu
Tidak Mampu
Tabel 4. Pengujian Gripper diair
Objek Pengukuran Lebar Pengukuran Panjaang
Botol
Kaleng
Gelas Plastik
Batu
3 Cm
5 Cm
4 Cm
4 Cm
8 Cm
8 Cm
6 Cm
6 Cm
Pengujian gripper didalam air dilalukan di Tanjung Siambang dengan
kedalaman 1 meter.
PEMBAHASAN
Kinerja Perangkat Secara Keseluruhan
Perangkat yang telah selesai diuji secara perbagian pada setiap perangkat
yang digunakan dan juga pengujian secara keseluruhan dianalisis dan dibahas
untuk mengetahui kinerja perangkat tersebut.
Sensor suhu DS18B20 dapat bekerja dengan baik. Hasil yang didapat dari
pengujian sensor suhu di dalam air berbeda 0.6°C dari hasil pengukuran
menggunakan termometer analog. Sensor suhu bekerja apabila Raspberry Pi
dihidupkan lalu untuk melihat data sensor suhu mengunakan LCD.
Pada sistem kamera dijalankan apabila Raspberry pi dihidupkan maka
kamera akan otomatis akan hidup. Untuk menjalankan kamera menggunakan
aplikasi google chrome dengan cara streaming dan memasukkan IP address.
Sebelumnya Raspberry Pi harus dihubungkan terlebih dahulu mengunakan kabel
LAN. Kamera bisa digerakkan secara horizontal 45° dengan mengunakan bagian
pengkontrol sehingga kamera bisa bergerak keatas dan kebawah.
Pada sistem gripper digerakkan mengunakan pengkontrol beban yang bisa
diangkat oleh gripper sebesar 300 gram dengan lebar 5 cm. Daya yang diterima
oleh gripper melalui converter 5 VDC. Gripper diprogram menggunakan Arduino
uno sehingga gripper dapat digerakkan mengunakan pengkontrol.
Sebelum mendapat hasil penelitian yang telah dijelaskan sebelumnya,
penelitian ini memniliki bebarapa kendala, seperti kabel LAN tidak mau membaca
13
dengan mengunakan daya dari Raspberry Pi maka daya yang diambil diperoleh
dari converter sehingga kabel LAN dapat bekerja dengan baik. Hal serupa juga
terjadi pada sistem pengkontrol, coding antara pengerak gripper dan penggerak
kamera bertabrakkan sehingga pembacaan antara keduanya tidak bagus. Maka
program dari keduanya dipisah dengan mengunakan dua Arduino sehingga
program dapat bekerja dengan baik.
KESIMPULAN
Kesimpulan
Hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut:
1) Sistem monitoring pada ROV dapat dirancang menggunakan Raspberry
Pi, Sensor Suhu DS18B20, Kamera Webcam dan Gripper.
2) Sistem pada gripper dirancang mengunakan motor servo dan digerakkan
mengukanakan pengkontrol. Sebelumnya gripper di-coding terlebih
dahulu sehingga dapat digerakkan mengunakan pengkontrol.
3) Sistem monitoring pada kamera dapat dilihat dengan men-streaming
menggunakan laptop. Untuk menjalankan kamera sebelumnya harus
menjalanjan perintah pada Raspberry Pi. Raspberry Pi dihubungkan
kelaptop mengunakan kabel LAN agar bisa menjalankan Raspberry Pi
mengunakan laptop. Kamera digerakkan dengan pengkontrol dimana
kamera bisa bergerak secara 45° vertikal.
4) Sistem monitoring sensor suhu DS18B20 dirancang untuk mengetahui
suhu bawah laut. Informasi suhu dapat dilihat pada LCD dimana proses
pembacaan suhu melalui Raspberry Pi.
5) Proses pengiriman data dari Raspberry Pi ke laptop menggunakan kabel
LAN. Data yang dikirim berupa video dan informasi suhu yang
ditampilkan oleh LCD.
B. Saran
Adapun saran untuk melanjutkan penelitian ini adalah sebagai berikut.
1) Mengoptimasi sistem dengan membuat sistem kamera agar bisa bekerja
dengan resolusi yang tinggi dengan gambar yang jernih dan tidak patah-
patah.
2) Mengoptimasi perangkat gripper agar bisa mengangkat beban lebih besar
dan lebih berat.
3) Mengoptimasi pengunaan kabel untuk pengerak perangkat.
DAFTAR PUSTAKA
Abdul Zulkipli, Rozeff Pramana, Deny Nusyirwan, 2014, Perancangan perangkat
pendektesi ketingian air bak pembenih ikan nila berbasis mikrokontroler
dan web, UMRAH, Tanjungpinang.
14
Berri Prima, Rozeff Pramana, Deny Nusyirwan, 2013, Perancangan sistem
keamanan rumah mengunakan sensor PIR (Pasive Infra Red) berbasis.
UMRAH, Tanjungpinang.
Deddy Prayama, Arya Aulia, 2015, Sistem monitoring ruagan berbasis raspberry
pi dan motion, Vol. 10 No.2.
Ferdy Irawan, Andik Yulianto, 2015, Perancangan Prototype robot observasi
bawah air dan kotrol hovering mengunakan metode PID control, Vol.1
No.1.
Giant. R.F, Darjat, Sudjadi, 2015, Pancangan aplikasi pemantau dan pengendali
piranti elektronik pada ruangan berbasis web, Semarang.
Helmi Muhamad Shadiq, Sudjadi, Darjat, 2014, Perancangan kamera pemantau
nirkaber mengunakan Raspberry Pi, Vol.3 No.4.
Holanda Arief Kusuma, 2012, Rancang bangun ROV untuk ekplorasi bawah air,
skripsi, ITB, Bogor.
Ilman Fauzi Harahap, Rozeff Pramana, 2017, Sistem informasi pelayaran antar
pulau, skripsi, UMRAH, Tanjungpinang.
Kadri Hawari, Aidi Finawan, M. Kamal, 2016, Rancang bangun robot sebagai alat
bantu penjelajah bawah air, Vol.3 No.2.
Made Santoso Gitakarma, Ketut Udi Ariawan, Nyoman Arya Wigraha, 2014, Alat
bantu survey bawah air mengunakan amoba, robot berbasis ROV, Vol.3
No.2.
Muhammad Naufal, Rozeff Pramana, 2016, Camera Monitoring Untuk Sistem
Keamanan Perairan dan Pulau Terluar, skripsi, UMRAH,
Tanjungpinang.
Nando Ade Amarylli Putra, 2014, Pengembangan robot jelajah bawah air untuk
eksplorasi bawah laut, skripsi, ITB, Bogor.
Rizki Maulana F.S, Rozeff Pramana, Deny Nusyirwan, 2013, Aplikasi sistem
pengamatan bawah laut mengunakan kamera webcam. UMRAH,
Tanjungpinang.
Rozeff Pramana, Henky Irawan, 2016, Sistem kamera pengamatan bawah laut,
UMRAH, Tanjungpinang.
Rozeff Pramana, Henky Irawan, 2014, Smart indikator monitoring batas wilayah
laut secara otomatis untuk nelayan, UMRAH, Tanjungpinang
15
Rozeff Pramana, Aziz Iskandar, Deny Nusyirwan, 2014, Atmega and zig bee pro-
based mini boat control sistem, UMRAH, Tanjungpinang
Sutris Astari, Rozeff Pramana, Deny Nusyirwan, 2013, Kran wudhu berbasis
arduino Atmega328, UMRAH, Tanjungpinang
Zaenal Husin, Beta Firmansyah, Edy Lazuardi, Abdi Prasetyo, Nilam Nurhasanah,
2014, Study awal perancangan protype ROV, Vol.1 No.2.
16