TUGAS AKHIR - Digilib ITS - Institut Teknologi Sepuluh Nopember

IMPLEMENTASI TRANSDUSER ULTRASONIK UNTUK PENGEMBANGAN KONTROLER SONY PLAYSTATION YANG DITERAPKAN PADA GAME TEKKEN

TUGAS AKHIR Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Bidang Studi Elektronika Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Menyetujui : Dosen Pembimbing 1

Dosen Pembimbing 2

Ir. Harris Pirngadi, MT, ID. NIP. 131 843 903

Rachmad Setiawan, ST, MT. NIP. 132 134 651

SURABAYA AGUSTUS, 2009

ABSTRAK Bermain video game dapat membuat anak menjadi pasif dan malas. Oleh karena itu, Joystick atau kontroler video game telah banyak dikembangkan dengan penambahan suatu sensor agar pemain ikut bergerak aktif dalam bermain suatu game. Pada tugas akhir ini telah dibuat suatu alat simulator game Tekken dari pengembangan kontroler Sony Playstation dengan memanfaatkan dua buah sensor ultrasonik dan limit switch. Sensor ultrasonik digunakan sebagai deteksi berjalan maju, berjalan mundur, lompat dan jongkok dengan menggunakan metode time-of-flight yang memanfaatkan waktu tempuh (  t) gelombang ultrasonik dari transmitter sampai diterima receiver.  t akan semakin kecil ketika pemain bergerak mendekat dengan dinding pemantul gelombang ultrasonik. Perubahan  t ini akan diproses oleh mikrokontroler dan digunakan untuk mengendalikan kontroler Sony Playstation agar karakter yang dimainkan bergerak sesuai dengan gerakkan pemain. Sensor limit switch yang diletakkan pada setiap pergelangan tangan dan kaki digunakan sebagai deteksi gerakan memukul dan menendang. Hasil pengujian menunjukkan jarak ukur menggunakan sensor ultrasonik dari jarak 3cm sampai 2m memiliki tingkat error cukup kecil yaitu 1.762% sehingga sensor ultrasonik ini layak digunakan sebagai sensor pergerakkan pemain. Kata Kunci : kontroler Sony Playstation, transduser ultrasonik, time-offlight, limit switch.

i

-------Halaman ini sengaja dikosongkan-------

ii

ABSTRACT Playing video games can make children become passive and lazy. Thus, the joystick or video game’s controller has been developed with a sensor so the players participate actively engaged in playing a game. In this final project has been made a tool of Tekken Game Simulator as the development of Sony Playstation controller which is using two ultrasonic sensors and limit switch. Ultrasonic sensor is used for detecting walk forward, walk backwards, jump and squat using time-offlight method which is utilizing time (  t) of ultrasonic waves received from the transmitter. (  t) Will become smaller when the player moving closer to ultrasonic wave reflector wall. The change of (  t) will be processed by microcontroller and used to control the Sony Playstation controller so the character in the game move likes the player. Limit switch sensors placed on each wrist and foot are used for detecting a beat and kick. Test results showed the distance measurement using ultrasonic sensor from 3cm to 2m have small error rate that is 1.762% so this ultrasonic sensor is feasible for player’s motion sensor. Keyword : controller Sony Playstation, transducer ultrasonic, time-of-flight, limit switch.

iii

-------Halaman ini sengaja dikosongkan-------

iv

KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah–Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul: IMPLEMENTASI TRANSDUSER ULTRASONIK UNTUK PENGEMBANGAN KONTROLER SONY PLAYSTATION YANG DITERAPKAN PADA GAME TEKKEN Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana pada Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Selama penyelesaian tugas akhir ini, penulis telah banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu tidak lupa saya sampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir sehingga dapat terselesaikan dengan baik, khususnya pada: 1. Bapak Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri ITS Surabaya, 2. Bapak Dr. Tri Arief Sardjono, S.T., M.T. selaku Koordianator Bidang Studi Elektronika program S1, 3. Bapak Ir. Harris Pirngadi, M.T., I.D. selaku dosen Pembimbing 1 Tugas Akhir, 4. Bapak Rachmad Setiawan, ST, MT. selaku dosen Pembimbing 2 Tugas Akhir, 5. Kedua orang tua dan keluarga penulis, 6. Pihak lain yang telah membantu demi terselesaikannya laporan Tugas Akhir ini. Saya menyadari bahwa buku ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kami mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun. Harapan saya adalah semoga apa yang telah saya tulis dapat bermanfaat bagi para pembaca buku ini. Amin.

Surabaya, Agustus 2009 Penulis

v

-------Halaman ini sengaja dikosongkan-------

vi

DAFTAR ISI ABSTRAK........................................................................................i ABSTRACT ................................................................................... iii KATA PENGANTAR ..................................................................... v DAFTAR ISI .................................................................................vii DAFTAR GAMBAR ......................................................................ix DAFTAR TABEL ..........................................................................xi BAB I PENDAHULUAN.................................................................1 1.1. Latar Belakang .................................................................1 1.2. Tujuan ..............................................................................1 1.3. Permasalahan ....................................................................2 1.4. Batasan Masalah............................................................... 2 1.5. Metodologi Pembahasan ...................................................2 1.6. Sistematika Pembahasan ...................................................3 1.7. Relevansi ..........................................................................4 BAB II TEORI PENUNJANG..........................................................5 2.1 Teori Gelombang Ultrasonik ............................................5 2.1.1 Sifat-sifat Gelombang Ultrasonik ..................................5 2.1.2 Frekuensi Resonansi ................................................... 10 2.1.3 Karakteristik Transduser Piezo Ceramic ..................... 11 2.1.4 Mengukur jarak dengan ultrasonik .............................. 15 2.2 Kontroler Sony Playstation ............................................. 16 2.3 Gerakkan Dasar Bertarung pada Game Tekken ............... 17 2.4 Operational Amplifier ..................................................... 20 2.4.1 Parameter-Parameter Op-Amp .................................... 20 2.4.1.1 Differential Voltage Gain .................................. 21 2.4.1.2 Common Mode Voltage Gain ............................. 21 2.4.1.3 Common-Mode Rejection Ratio ......................... 22 2.4.1.4 Unity-Gain Frequency ....................................... 23 2.4.1.5 Slew Rate .......................................................... 23 2.4.1.6 Impedansi input dan Impedansi output ..................... 24 2.4.2 Penguat Non-Inverting ................................................ 25 2.4.3 Penguat Inverting ....................................................... 26 2.5 Mikrokontroler AVR ATmega8 ...................................... 27 2.5.1 Pemrograman Mikrokontroler ATmega8 ..................... 27 2.5.1.1 Fungsi ............................................................... 28 2.5.1.2 Tipe Data .......................................................... 28 vii

2.5.1.3 Operator ............................................................ 29 2.5.1.4 Kondisi ............................................................. 30 2.5.1.5 Perulangan atau Looping ................................... 31 2.5.2 Arsitektur AVR ATmega8 .......................................... 32 2.5.3 Konfigurasi PIN ATmega8 ......................................... 33 2.5.4 Timer / Counter .......................................................... 34 2.5.4.1 Timer 1 ............................................................. 35 BAB III PERANCANGAN ALAT ................................................. 37 3.1. Konfigurasi Sistem ......................................................... 37 3.2. Perancangan Perangkat Keras ......................................... 40 3.2.1. Sensor Ultrasonik ....................................................... 40 3.2.1.1. Transmitter Ultrasonik ...................................... 40 3.2.1.2. Receiver Ultrasonik........................................... 42 3.2.1.3. Dinding Pemantul Gelombang Ultrasonik .......... 43 3.2.2. Rangkain Sensor Limit Switch .................................... 45 3.2.3. Sistem Minimum Mikrokontroler ............................... 46 3.2.4. Rangkaian Kontroler Sony Playstation ........................ 47 3.2.5. Rangkain Tombol Manual .......................................... 48 3.3. Perancangan Perangkat Lunak ......................................... 49 BAB IV PENGUJIAN ALAT......................................................... 53 4.1 Pengujian Sensor Ultrasonik ........................................... 53 4.1.1 Pengujian Transduser Ultrasonik ................................ 53 4.1.2 Pengujian Pembangkit Sinyal Burst 40 KHz ............... 55 4.1.3 Pengujian Rangkaian Converter Level Tegangan ........ 55 4.1.4 Pengujian Rangkaian Receiver Ultrasonik ................... 56 4.2 Pengujian Jarak Ukur Sensor Ultrasonik .......................... 58 4.3 Pengujian Rangkaian Kontroler Sony Playstation ............ 59 4.4 Pengujian Keseluruhan Sistem ........................................ 60 BAB V PENUTUP......................................................................... 63 5.1 Kesimpulan .................................................................... 63 5.2 Saran .............................................................................. 63 DAFTAR PUSTAKA .................................................................... 65 RIWAYAT HIDUP PENULIS ...................................................... 65

viii

DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Gambar 2. 2 Gambar 2. 3 Gambar 2. 4 Gambar 2. 5 Gambar 2. 6 Gambar 2. 7 Gambar 2. 8 Gambar 2. 9 Gambar 2. 10 Gambar 2. 11 Gambar 2. 12 Gambar 2. 13 Gambar 2. 14 Gambar 2. 15 Gambar 2. 16 Gambar 2. 17 Gambar 2. 18 Gambar 2. 19 Gambar 2. 20 Gambar 2. 21 Gambar 2. 22 Gambar 2. 23 Gambar 2. 24 Gambar 2. 25 Gambar 2. 26 Gambar 2. 27 Gambar 2. 28 Gambar 3. 1 Gambar 3. 2 Gambar 3. 3 Gambar 3. 4

Pemantulan Gelombang.......................................................6 Sudut Pemantulan Gelombang.............................................9 Amplitudo (A) terhadap Frekuensi (f)................................10 Penampang transduser Ultrasonik......................................11 Struktrur dasar transduser Ultrasonik.................................12 Karakteristik Piezo-keramik ..............................................13 Respons Transmiter terhadap ferkuensi..............................13 Respon Tranduser Receiver terhadap frekuensi ..................14 Transmiter beam pattern....................................................14 Pantulan gelombang Ultrasonik .........................................15 Kontroler Sony Playtation2 ...............................................16 Struktur wiring kontroler Sony Plastation2 ........................16 Gerakkan berjalan maju dan tombol kontroler yang ditekan18 Gerakkan berjalan mundur dan tombol kontroler yang ditekan......................................................................18 Gerakkan lompat dan tombol kontroler yang ditekan..........18 Gerakkan jongkok dan tombol kontroler yang ditekan........19 Gerakkan pukul kanan dan tombol kontroler yang ditekan .19 Gerakkan pukul kiri dan tombol kontroler yang ditekan .....19 Gerakkan tendang kiri dan tombol kontroler yang ditekan..20 Gerakkan tendang kanan dan tombol kontroler yang ditekan......................................................................20 Op-Amp Differential Voltage Gain....................................21 Common-Mode Gain Op-Amp Ideal .................................21 Pengukuran Common-mode Gain ......................................22 Open Loop Gain terhadap frekuensi...................................23 Rangkaian ekuivalen op-amp.............................................24 Penguat Non-Inverting ......................................................25 Penguat Inverting ..............................................................26 Pin-pin ATmega8..............................................................33 Diagram Blok Sistem………………………………………37 Peletakkan Realisasi Alat ..................................................38 Diagram Blok Pengkodean Gerakkan Dasar Bertarung pada Game Tekken............................................................39 Diagram Blok Transduser Ultrasonik.................................40

ix

Gambar 3. 5 Gambar 3. 6 Gambar 3. 7 Gambar 3. 8 Gambar 3. 9 Gambar 3. 10 Gambar 3. 11 Gambar 3. 12 Gambar 3. 13 Gambar 3. 14 Gambar 3. 15 Gambar 3. 16 Gambar 3. 17 Gambar 3. 18 Gambar 3. 19 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

Sinyal Kotak dengan 8 Pulsa Burst ....................................41 Rangkaian Converter Level Tegangan dengan Max232......41 Rangkaian Receiver Ultrasonik..........................................42 Transduser Transmitter dan Receiver ultrasonik diletakkan bagian kepala ....................................................................43 Dinding Pemantul Sisi Depan Pemain................................44 Transduser Transmitter dan Receiver Ultrasonik Diletakkan Bagian Pinggang Pemain...................................................44 Rangkain Sensor Limit Switch ...........................................45 Sensor Limit Switch Diletakkan pada Pergelangan Tangan dan Kaki ...........................................................................45 Sensor Limit Switch Diletakkan Depan Paha Pemain..........46 Sistem Minimum Mikrokontroler ATmega8 ......................47 Sistem Minimum Kontroler Sony Playstation ....................48 Sistem Minimum Kontroler Sony Playstation ....................48 Flowchart Keselurahan Sistem bagian pertama ..................50 Flowchart Keselurahan bagian kedua ................................51 Flowchart Keselurahan bagian ketiga ................................52 Grafik Respon Frekuensi terhadap Amplitudo ................... 54 Beam Patern Tranduser Ultrasonik .................................... 54 Sinyal 8 Cycle burst 40 Khz dari Mikrokontroler Atmega8 ………………………………………………….. 55 Sinyal 8 Cycle burst 40 Khz setelah Converter Level Tegangan dengan max232…………………………………55 Sinyal Burst dipancarkan oleh Transmitter dan diterima oleh Receiver Ultrasonik .................................................... 56 Respon amplitudo receiver terhadap jarak dinding pemantul…………………………………………………... 56 Sinyal Reciever setelah dikuatkan Inverting Amplifier........ 57 Sinyal Burst dari Transmitter dan Sinyal Keluaran dari Rangkaian Komparator........................................................ 57 Konfigurasi pin-pin IC Kontroler Sony Playstation........... 60

x

DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Tabel 2. 2 Tabel 2. 3 Tabel 2. 4 Tabel 2. 5 Tabel 2. 6 Tabel 3. 1 Tabel 4. 1 Tabel 4. 2 Tabel 4. 3 Tabel 4. 4 Tabel 4. 5 Tabel 4. 6

Karakteristik Akustik Beberapa Macam Benda [2] ...................9 Tipe Data Dalam Bahasa C ....................................................29 Register TCCR1A..................................................................35 Compare Output Mode, non-PWM .........................................35 Compare Output Mode dan Fast PWM...................................35 Compare Output Mode, Phase Correct, Phase dan Frequency Correct PWM ........................................................................36 Fungsi Tombol Manual ..........................................................49 Data Pengujian Jarak Ukur Transduser Ultrasonik .................. 58 Data Pengujian Lebar Pulsa High untuk men-driver IC Kontroler Sony Playstation ....................................................59 Data Pengujian Gerakkan Pukul Kiri dan Pukul Kanan...........60 Data Pengujian Gerakkan Tendang Kiri dan Tendang Kanan ..61 Data Pengujian Gerakkan Lompat dan Jongkok......................61 Data Pengujian Gerakkan berjalan maju dan mundur..............62

xi