## Home Automation Berbasis Gesture Control Menggunakan Motion Processing Unit
Hartono 1 , Kiki Prawiroredjo 2 1,2, Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Trisakti, Jakarta 1 hartonoesc@gmail.com, 2 kiki.prawiroredjo@trisakti.ac.id

## Abstrak
Home  automation  dengan  pengenalan  isyarat  gerakan  tangan  dapat  memberi kemudahan kepada pemilik rumah untuk mengontrol  peralatan elektronik rumahnya terutama  kepada  para  penyandang  disabilitas  yang  memiliki  keterbatasan  untuk berjalan.  Pada  penelitian  sebelumnya,  perangkat  pembaca  isyarat  berupa  sarung tangan  yang  dilengkapi  sensor  akselerometer  dan  giroskop.  Perangkat  tersebut kurang  fleksibel  saat  digunakan  untuk  melakukan  aktivitas  lain  secara  bersamaan sehingga dibutuhkan perangkat yang lebih wearable. Pada penelitian diajukan sebuah home automation system dengan pengenalan isyarat gerakan tangan menggunakan Motion  Processing  Unit  (MPU).  Perangkat  dibuat  dalam  bentuk  jam  tangan  digital sehingga lebih praktis saat digunakan. Sensor MPU akan mendeteksi isyarat gerakan tangan dimana setiap isyarat gerakan diproses oleh Arduino Nano dan didefinisikan sebagai  suatu  perintah  yang  akan  dikirim  ke  perangkat  penerima  melalui  modul frekuensi  radio.  Berdasarkan  hasil  pengujian,  perangkat  yang  dibuat  dapat mengontrol    peralatan  elektronik  rumah  dengan  isyarat  gerakan  tangan  sesuai spesifikasi  yang  diinginkan  dengan  nilai  error  sebesar  2,5%.  Jarak  maksimum perangkat pemancar yang masih dapat direspon oleh penerima adalah 10 meter tanpa penghalang.

## Kata kunci: home automation, hand gesture, MPU, Arduino Nano

## Abstract
Home  automation  using  recognized  hand  gesture  has  the benefit  to  control  the  household electronic  appliances  for  handicapped  patients  and  people  with  disabilities  who  have problems with locomotion. In previous research, a glove equipped with an accelerometer and a  gyroscope  sensors  were  used  as  the  sensing  device.  People  wearing  this  glove  have problems  to  do  other  activities  simultaneously  so  a  more  wearable  device  is  needed.  This proposed research developed a home automation system based on hand gesture recognition using Motion Processing Unit (MPU). The proposed device is made in the form of a wearable digital watch. The MPU sensor will identify a hand gesture particular image and send it to the Arduino Nano microcontroller.  The command identified by the microcontroller will be sent  to  the  receiver  over  a  radio  frequency  module.  Based  on  test  results,  this  device  can control  home  appliances  using  hand  gestures  signal  as  desired  in  specifications  with  2.5% error value. The maximum reachable distance without obstacles is 10 meters.
Keywords: home automation, hand gesture, MPU, Arduino Nano

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 20 No. 2 Oktober 2021 Hal 125 - 142

## 1. Pendahuluan
Home  automation  adalah  suatu  sistem  otomasi  terintegrasi  yang  dapat  mengontrol peralatan elektronik rumah seperti lampu, kipas angin, TV, pintu gerbang, dan perangkat elektronik lainnya [1]. Sistem ini dapat memberikan kemudahan kepada pemilik rumah untuk mengontrol  peralatan rumahnya tanpa harus berjalan mendekat ke saklar. Terlebih kepada para penyandang disabilitas yang memiliki keterbatasan untuk berjalan [2]. Seiring dengan  perkembangan  teknologi,  beberapa  perangkat  elektronik  dapat  dikontrol menggunakan remote dengan teknologi inframerah. Namun hal ini masih kurang efektif karena setiap perangkat memiliki remote tersendiri dan harus diarahkan ke perangkat yang akan  dikontrol  [3].  Perangkat  elektronik  lain  yang  dapat  mengendalikan  peralatan elektronik  rumah  antara  lain  menggunakan  aplikasi  atau  kamera  pada  smartphone maupun menggunakan sarung tangan. Dalam prakteknya perangkat yang menggunakan smartphone maupun sarung tangan sering merepotkan pengguna karena harus membawa- bawa  smartphone  atau  menggunakan  sarung  tangan  yang  membuat  pengguna  kurang leluasa bila ingin melakukan kegiatan lainnya.
Dari latar belakang masalah tersebut muncul suatu gagasan untuk mengembangkan penelitian  home  automation  dengan  sensor  MEMS  akselerometer  dan  MEMS  giroskop dalam bentuk perangkat yang lebih wearable. Sensor diletakkan pada pergelangan tangan kanan dalam bentuk jam tangan digital. Ketika tangan memberikan gerakan isyarat, sensor akan membaca nilai akselerometer dan giroskop pada sumbu x, y, dan z sehingga setiap gerakan  akan  menghasilkan  respon  sinyal/pola  yang  berbeda-beda.  Pola  tersebut kemudian  diproses  dan  didefinisikan  oleh  Arduino  Nano  sebagai  perintah  yang  akan dikirim melalui modul Frekuensi Radio untuk mengendalikan  peralatan elektronik rumah secara nirkabel [4]. Keuntungan dari sistem ini adalah tangan kanan tetap dapat digunakan untuk melakukan kegiatan lainnya.  Keuntungan lainnya adalah karena pola yang dibuat bisa banyak  sehingga memungkinkan untuk mengontrol  beberapa peralatan elektronik rumah  sebagai  pengganti  beberapa  remote  control.  Karena  proses  pengenalan  isyarat gerakan  tangan  cukup  singkat  maka  delay  waktu  untuk  mengendalikan  peralatan elektronik  cukup  kecil.  Sistem  ini  tidak  tergantung  dari  ada  tidaknya  jaringan  internet karena  menggunakan  komunikasi  dengan  frekuensi  radio.  Kelemahan  dari  sistem  ini adalah  pola  gerakan  tangan  yang  sudah  ditentukan  pada  perancangan  ini  harus dibiasakan atau dilatih oleh pengguna supaya dapat mengendalikan  peralatan elektronik rumah dengan benar. Ukuran fisik dari alat ini masih termasuk besar sebagai digital watch. Jumlah perangkat yang dapat dikontrol adalah tiga perangkat elektronik dengan variasi kecepatan  pada  kipas  angin  dan  variasi  intensitas  cahaya  pada  lampu.  Jumlah  pola gerakan tangan yang dibuat delapan gerakan.

## 2. Kajian Pustaka
Beberapa  penelitian  mengenai  home  automation  telah  dilakukan  diantaranya  home automation secara nirkabel menggunakan aplikasi Android  [5] . Penelitian tersebut dapat mengendalikan    berbagai  peralatan  elektronik  rumah  dengan  satu  aplikasi,  namun pengguna harus selalu membawa ponsel dan harus membuka aplikasi Android, mencari dan menekan tombol yang akan digunakan untuk menyalakan atau mematikan peralatan elektronik.  Penelitian  lainnya  adalah  home  automation  dengan  isyarat  gerakan  tangan menggunakan  teknik  image  processing  [6] . Pada  penelitian  tersebut  pengguna  harus menghadapkan tangan ke arah kamera saat memberikan gerakan isyarat dan juga adanya noise  akibat  kondisi  pencahayaan  dan  warna  latar.  Apabila  pengguna  kurang  tepat

## Home Automation Berbasis Gesture Control Menggunakan Motion Processing Unit
Hartono, Kiki Prawiroredjo
mengarahkan tangan dengan benar ke kamera maka tidak dapat mengendalikan peralatan listrik  yang  dikehendaki  sehingga  harus  diulang.  Penelitian  lain  yang  menggunakan isyarat gerakan tangan yaitu home automation dengan sensor gerak Motion Processing Unit (MPU) berbasis Micro Electro Mechanical System (MEMS) akselerometer dan giroskop yang diletakkan  pada  sarung  tangan.  MPU  membaca  hand  gesture  dan  memberikan  respon sinyal tertentu. Sistem tersebut sudah cukup baik namun dimensi yang cukup besar dan peletakan sensor pada sarung tangan kurang fleksibel  saat digunakan untuk melakukan aktivitas lain secara  bersamaan.  Pada sistem  tersebut juga  belum disertakan fitur untuk mengatur intensitas cahaya lampu dan kecepatan  [7]. Pada [8] dirancang sebuah sistem home  automation  yang  dapat  mengendalikan  peralatan  elektronik  dengan  menggunakan suatu isyarat bentuk  tangan yang diambil melalui sebuah kamera smartphone. Pola bentuk tangan  kemudian  dikirimkan  ke  program  CODE  pada  cloud  server  untuk  mengenali bentuknya  dan  kemudian  mentriger  suatu  peralatan  elektronik.  Proses  mengendalikan peralatan elektronik pada sistem ini terlihat cukup panjang karena melalui beberapa tahap sehingga  delay  menjadi  masalah.  Penelitian  [9]  mengendalikan  peralatan  elektronik dengan menggunakan isyarat bentuk tangan yang dipasangkan sarung tangan. Empat jari tangan  kiri  kecuali  ibu  jari  pada  sarung  tangan  dipasangkan  sensor  flex  yang  dapat berubah  nilai  resistansinya  sesuai  dengan  gerakan  jari  tangan  yang  ditekuk.  Data  dari sensor flex diolah pada mikrokontroler Arduino dan dikirimkan ke Raspberry Pi untuk mengendalikan  peralatan  elektronik.  Kelebihan  sistem  ini  adalah  menggunakan  sensor yang lebih mudah dan dilengkapi aplikasi smartphone untuk melihat status peralatan yang dikontrol oleh pengguna maupun oleh penjaga orang tua yang menggunakannya. Selain itu  disediakan  basis  data  yang  menyimpan  data  keadaan  peralatan  yang  dikontrol. Kekurangan  dari  sistem  ini  adalah  proses  mengendalikan  peralatan  cukup  panjang sehingga  delay  juga  menjadi  masalah  dalam  mengoperasikan  peralatan  elektronik. Penggunaan  sarung  tangan  juga  membuat  pengguna  tidak  leluasa  menggunakan tangannya untuk melakukan kegiatan lain.

## 3. Metode Penelitian
Sistem pengendali peralatan elektronik rumah berbasis gesture control ini terdiri dari perangkat pemancar dan perangkat penerima. Perangkat pemancar dibuat dalam bentuk jam tangan digital yang dilengkapi sensor Motion Processing Unit (MPU) yang merupakan sensor  akurasi  tinggi  dengan  fitur  perangkat  keras  internal  16  bit  ADC  untuk  setiap kanalnya  [10].  Gerakan  tersebut  didefinisikan  sebagai  suatu  perintah  yang  akan dikirimkan ke perangkat penerima melalui modul Radio Frekuensi nRF24L01. Modul ini merupakan modul komunikasi jarak jauh yang menggunakan frekuensi pita gelombang radio 2.4-2.5 GHz ISM (Industrial Scientific and Medical) [11]. Jenis komunikasi pada sistem ini yaitu komunikasi satu arah di mana perangkat pemancar akan mengirimkan data jika ada isyarat gerakan yang dideteksi oleh sensor. Pada sistem yang dibuat, gerakan tangan akan mengatur nyala mati dari sebuah lampu, perputaran dan nyala mati kipas angin dan membuka menutup pintu gerbang.

## 3.1.   Blok Diagram dan Skema Rangkaian Sistem
Gambar 1 memperlihatkan diagram blok pemancar dari sistem beserta komponen penyusunnya.

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 20 No. 2 Oktober 2021 Hal 125 - 142

## Gambar 1. Diagram blok perangkat pemancar
Bagian  input  pada  rangkaian  pemancar  adalah  sebuah  sensor  MPU-6050  (Motion Processing Unit) yang akan mendeteksi isyarat gerakan tangan. Pemilihan sensor ini karena mempunyai  kemampuan  anti  interferensi  sehingga  mengurangi  interaksi  antara akselerometer dan giroskop, dan penggunaan dayanya rendah [12]. Fungsi dari RTC DS- 3231  (Real  Time  Clock)  adalah  sebagai  penyimpan  informasi  waktu  [13] . Arduino  Nano sebagai  prosesor  memiliki  ukuran  yang  kecil  sehingga  dapat  diaplikasikan  untuk pembuatan  perangkat  yang  wearable  [14].  Mikrokontroler  tersebut akan  menampilkan waktu pada OLED display pada jam tangan, mengolah sinyal dari sensor, dan mengirim data ke perangkat penerima melalui modul RF.
Gambar 2. Skema rangkaian perangkat pemancar
Pada  Gambar  2  diperlihatkan  skema  rangkaian  perangkat  pemancar.  Sensor  MPU- 6050,  modul  RTC  DS-3231,  dan  OLED  menggunakan  antarmuka  Inter  Integrated  Circuit (I2C)  untuk  dapat  berkomunikasi  dengan  Arduino.  Ketiganya  menggunakan  pin  yang sama yaitu pin VCC, GND ,SCL, dan SDA. Dengan membuat tiga alamat yang berbeda, Arduino dapat berkomunikasi dengan tiga perangkat dalam waktu yang bersamaan tanpa adanya interferensi data antar perangkat.

## Home Automation Berbasis Gesture Control Menggunakan Motion Processing Unit
Hartono, Kiki Prawiroredjo
Gambar  3  diperlihatkan  diagram  blok  perangkat  penerima.  Bagian  input  pada perangkat  penerima  adalah  sebuah  modul  RF  yang  akan  menerima  data  string  dari perangkat  pemancar.  Arduino  Nano  berfungsi  menerjemahkan  sinyal  yang  diterima untuk mengaktifkan output sesuai  rancangan. Bagian output terdiri dari satu buah dimmer dan dua buah driver. Dimmer akan mengendalikan  lampu untuk menyala terang, redup, atau mati. Driver 1 berfungsi untuk mengatur putaran kecepatan kipas angin, sedangkan driver  2  berfungsi  untuk  mengatur  motor  stepper  untuk  membuka  atau  menutup  pintu gerbang. Lampu, motor stepper pada pintu gerbang, dan kipas menggunakan catu daya 12 V. Pada Gambar 4 diperlihatkan skema rangkaian perangkat penerima.

## Gambar 4. Skema rangkaian perangkat penerima
Pada perangkat penerima terdapat modul NRF24L01 yang berfungsi untuk menerima data  dalam  bentuk  data  string  dari  perangkat  pemancar  secara  nirkabel.  Data  akan diproses oleh Arduino Nano untuk menghasilkan sinyal ke aktuator sesuai dengan data yang diterima. Pada bagian output perangkat penerima terdapat satu buah modul IRF520 yang  berfungsi  sebagai  dimmer  yang  mengatur  intensitas  cahaya  lampu  LED.  Modul IRF520 kedua sebagai driver 1 berfungsi untuk mengatur putaran kecepatan kipas angin. Modul  driver  2  ULN2003  berfungsi  untuk  mengatur  putaran  motor  stepper  yang  akan membuka atau menutup pintu.

## 3.2.   Pola Gerakan Tangan
Gerakan tangan yang dirancang dibuat dalam bentuk pola 1 sampai dengan pola 8. Gerakan isyarat dengan masing-masing fungsinya dapat dilihat pada Tabel 1. Pola 1, 2 dan 3  digunakan  untuk  mengendalikan  lampu.  Pola  1    adalah  gerakan  untuk  menyalakan lampu dengan terang sedangkan Pola 2 untuk menyalakan lampu dengan redup. Fungsi Pola 3 adalah untuk mematikan lampu. Pola 4 dan 5 untuk membuka dan menutup pintu gerbang.  Pola  6,  7  dan  8  digunakan  untuk  mengendalikan  kipas  angin.  Pola  6  untuk menyalakan  kipas  angin  dengan  kecepatan  putaran  rendah  sedangkan  Pola  7  untuk menyalakan  kipas  angin  dengan  kecepatan  putaran  tinggi.  Pola  8  digunakan  untuk mematikan kipas angin.

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 20 No. 2 Oktober 2021 Hal 125 - 142
Tabel 1. Isyarat gerakan tangan Pola Gerakan Ilustrasi Fungsi 1. Mengayunkan tangan ke atas (5 sampai 10 cm) Menyalakan lampu, redup
2. Mengayunkan tangan ke atas (> 10 cm) Menyalakan lampu, terang
3. Mengayunkan tangan ke bawah (5 sampai 10 cm) Mematikan lampu
4. Mengayunkan tangan ke kiri (5 sampai 10 cm) Membuka gerbang
5. Mengayunkan tangan ke kanan (5 sampai 10 cm) Menutup gerbang 6. Memutar tangan searah jarum jam (45 derajat) Menyalakan kipas, Kecepatan putaran rendah
7. Memutar tangan searah jarum jam (90 derajat) Menyalakan kipas, Kecepatan putaran tinggi 8. Memutar tangan berlawanan jarum jam (90 derajat) Mematikan kipas
Pola  gerakan  tangan  ini  dapat  ditambahkan  apabila  ada  lebih  banyak  perangkat elektronik  yang  dikontrol  dengan  menambahkan  satu  algoritma  untuk  tiap  gerakan. Perangkat yang  dikontrol dapat diganti dengan perangkat lain asalkan  drivernya cocok untuk perangkat elektronik penerimanya. Bila pola gerakan tangan ini sudah diprogram maka pengguna tidak dapat mengubah pola tersebut dan harus mengikuti pola tersebut dengan cara melatih gerakan yang sudah diprogramkan.

## 3.3.   Diagram Alir Perangkat Pemancar dan Penerima
Diagram  alir  perangkat  pemancar  diperlihatkan  pada  Gambar  5.  Dari  diagram  alir dapat dilihat mula-mula Arduino akan membaca informasi waktu dari modul RTC dan menampilkannya  pada  OLED  display  dalam  format  waktu  24  jam.  Kemudian  Arduino membaca  sinyal  analog  dari  sensor  MPU-6050  dan  melakukan  proses  smoothing  (filter frekuensi rendah)  dengan menggunakan algoritma yang ada pada I2Cdev library sehingga sinyal dengan frekuensi tinggi tidak dilewatkan. Setelah melalui proses smoothing, sinyal diubah  ke  dalam  bentuk  sinyal  kotak  dengan  membandingkan  nilai  sinyal  terhadap threshold yang sudah ditentukan di dalam algoritma Arduino. Sinyal kotak yang dihasilkan
Tampak samping Tampak atas Tampak samping Tampak samping Tampak atas

## Home Automation Berbasis Gesture Control Menggunakan Motion Processing Unit
Hartono, Kiki Prawiroredjo
kemudian  dibandingkan  dengan  8  pola  sinyal  yang  merepresentasikan  isyarat  gerakan tangan.  Jika  sinyal  kotak  yang  dihasilkan  sama  dengan  pola  1,  maka  Arduino  akan mengirim string yang bernilai 1 ke perangkat penerima melalui modul RF. Jika sinyal kotak yang dihasilkan sama dengan pola 2, maka Arduino akan mengirim string yang bernilai 2, dan seterusnya sampai dengan pola 8  [15]. Jika sinyal kotak yang dihasilkan tidak sama dengan kedelapan pola maka tidak ada data string yang dikirim.
Gambar 5. Diagram alir perangkat pemancar
Berdasarkan  Gambar  6,  pada  diagram  alir  perangkat  penerima  dapat  dilihat  bahwa mula-mula  Arduino  Nano  membaca  string  yang  diterima  dari  perangkat  pemancar melalui modul RF. Jika string bernilai 1, maka Arduino akan menyalakan lampu dengan intensitas  redup.  Jika  string  bernilai  2,  maka  Arduino  akan  menyalakan  lampu  dengan intensitas terang. Jika string bernilai 3, maka Arduino akan memerintahkan lampu untuk mati. Jika string bernilai 4, Arduino akan memerintahkan gerbang untuk membuka. Jika string  bernilai  5,  maka  gerbang  akan  tertutup.  Jika  string  bernilai  6,  maka  kipas  akan menyala dengan putaran lambat. Jika string bernilai 7, maka kipas akan menyala dengan putaran  cepat.  Jika  string  bernilai  8,  Arduino  akan  memerintahkan  driver  2  untuk mematikan  kipas.  Jika  tidak  ada  string  yang  diterima  atau  string  yang  bernilai  selain  1 sampai dengan 8, maka Arduino tidak  akan memberi perintah apapun ke pin outputnya.
Ya MULAI Baca nilai analog sensor Smoothing SELESAI Konversi ke sinyal kotak A Identifikasi pola Pola 1 String = 1 Tidak Ya Pola 3 String = 3 Tidak B A Pola 4 String = 4 Tidak Ya Pola 5 String = 5 Tidak B Ya Pola 6 String = 6 Tidak Ya Pola 8 String = 8 Tidak Ya Kirim String Tampilkan Waktu
Tidak Ya Pola 7 String = 7 Tidak Ya Pola 2 String = 2
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 20 No. 2 Oktober 2021 Hal 125 - 142

## Gambar 6. Diagram alir perangkat penerima

## 3.4. Pola Isyarat Gerakan Tangan
Tabel 2 memperlihatkan rancangan pengenalan pola isyarat gerakan tangan dari sinyal yang  dihasilkan  oleh  sensor  MPU  di  mana  sumbu  vertikal  merupakan  nilai  amplitudo sinyal, sedangkan sumbu horizontal menunjukkan waktu dalam satuan milidetik. Garis tegas  berwarna  menunjukkan  nilai  amplitudo  sinyal  dari  akselerometer  dan  giroskop. Garis  hitam  putus-putus  menunjukkan  nilai  amplitude  threshold  yang  akan mengidentifikasi  sinyal  menjadi  suatu  perintah.  Pengenalan  pola  dilakukan  dengan mengidentifikasi dua sinyal akselerometer dan satu sinyal giroskop. Sinyal akselerometer menunjukkan  orientasi/posisi  sensor  yang  juga  menunjukkan  posisi  tangan,  sedangkan sinyal giroskop menunjukkan pergerakan tangan yang ditandai dengan  adanya puncak dan lembah gelombang.
Ya MULAI Baca string String 1 Lampu nyala redup Tidak
Ya String 2 Lampu nyala terang Tidak String 4 Gerbang membuka Tidak Ya String 5 Gerbang menutup Tidak Ya String 6 Tidak Ya String 8 Kipas mati Tidak Ya SELESAI A B A B Kipas nyala, putaran lambat String 7 Tidak Ya Kipas nyala, putaran cepat Ya String 3 Lampu mati Tidak

## Home Automation Berbasis Gesture Control Menggunakan Motion Processing Unit Hartono, Kiki Prawiroredjo

## Tabel 2. Pola sinyal MPU terhadap isyarat gerakan tangan
No Isyarat Respon Sensor Akselerometer Giroskop
1.
Mengayunkan tangan ke atas (5 sampai 10 cm) 19000 ≤ ax ≤ 21000
-21000 ≤ az ≤ -19000 gx ≥ 23500
t ≤ 300
2. Mengayunkan tangan ke atas (> 10 cm) 19000 ≤ ax ≤ 21000 -21000 ≤ az ≤ -19000 gx ≥ 27000
t ≤ 300
3.
Mengayunkan tangan ke bawah (5 sampai 10 cm) 19000 ≤ ax ≤ 21000
-21000 ≤ az ≤ -19000
gx ≤ 15000 t ≤ 300
4. Mengayunkan tangan ke kiri
(5 sampai 10 cm) 4000 ≤ ax ≤ 6000 -33000 ≤ az ≤ -31000 gx ≤ 15000 t ≤ 300
5. Mengayunkan tangan ke kanan
(5 sampai 10 cm) 4000 ≤ ax ≤ 6000
-33000 ≤ az ≤ -31000
gx ≥ 25000 t ≤ 300
ax
ay az gx gy gz t ax ay az gx gy gz t ax ay az gx gy gz t ax ay az gx gy gz t ax ay az gx gy gz t

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 20 No. 2 Oktober 2021 Hal 125 - 142

## Tabel 2. Pola sinyal MPU terhadap isyarat gerakan tangan (lanjutan)
No Isyarat Respon Sensor Akselerometer Giroskop
6.
Memutar tangan searah jarum jam (45 derajat) 18000 ≤ ax ≤ 21000 -21000 ≤ az ≤ -19000
9000 ≤ gy ≤ 14000
t ≤ 300
7.
Memutar tangan searah jarum jam (90 derajat) 16000 ≤ ax ≤ 21000 -22000 ≤ az ≤ -19000
gy > 14000
t ≤ 300 8.
Memutar tangan berlawanan jarum jam (90 derajat) 19000 ≤ ax ≤ 24000 -23000 ≤ az ≤ -19000 gy ≤ -13000 t ≤ 300

## 3.5. Teknik Identifikasi Pola
Berikut adalah proses identifikasi pola sinyal yang dihasilkan sensor MPU-6050 saat diberikan input suatu gerakan isyarat. Nilai analog sensor pada Gambar 7 hanya sebagai ilustrasi. Setiap gerakan isyarat memiliki algoritma identifikasi yang berbeda-beda.
Nilai Analog Sensor MPU-6050 Nilai Digital
Akselerometer :
Giroskop :
Gambar 7. Konversi nilai analog ke digital
ax ay az gx gy gz t ax ay az gx gy gz t ax ay az gx gy gz t

## Home Automation Berbasis Gesture Control Menggunakan Motion Processing Unit
Hartono, Kiki Prawiroredjo
Setiap gerakan harus memenuhi tiga kondisi sebagai berikut :
Kondisi 1 adalah kondisi level  amplitudo dari akselerometer pada  sumbu  x dan  z yang dibandingkan dengan amplitudo threshold a 1 , a 2 , a 3 dan a 4 .
Kondisir 2 adalah kondisi level amplitudo dari giroskop pada sumbu x atau sumbu y yang dibandingkan dengan amplitudo threshold g 1 .
Kondisi 3 adalah kondisi waktu pada giroskop untuk sinyal pada sumbu x atau sumbu y yang melewati batas threshold t g . Algoritma untuk ketiga kondisi adalah sebagai berikut:
Kondisi 1:
a 2 ≤ a x ≤ a 1 dan  a 4 ≤ a z ≤ a 3 Kondisi 2: g x ≤ g 1 Kondisi 3: t 1 ≤ t g Di mana nilai a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , g 1 , dan t g adalah nilai threshold yang diatur di dalam algoritma Arduino.  Tiap  pola  gerakan  mempunyai  nilai  threshold  yang  berbeda.  Jika  kondisi  1 terpenuhi, maka nilai digital akselerometer bernilai 1 (logika high). Jika kondisi 2 terpenuhi, maka  nilai digital giroskop bernilai 1. Sehingga, jika  kondisi 1, kondisi 2, dan kondisi 3 terpenuhi dalam waktu yang bersamaan maka Arduino akan memutuskan perintah yang akan dikirim ke perangkat penerima.

## 4. Hasil dan Pembahasan
Hasil rancangan perangkat pemancar ditunjukkan pada Gambar 6. Dimensi  board secara keseluruhan yaitu 5 cm × 7,5 cm × 2 cm. Perangkat ini dilengkapi dengan gelang perekat sehingga dapat digunakan pada pergelangan tangan.

## Gambar 6. Bentuk fisik perangkat pemancar
Perangkat penerima dibuat dalam bentuk miniatur dengan dimensi keseluruhan 30 cm × 20 cm × 9 cm seperti yang ditampilkan pada Gambar 7.

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 20 No. 2 Oktober 2021 Hal 125 - 142

## Gambar 7. Bentuk fisik perangkat penerima

## 4.1. Pengujian Sinyal Sensor
Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  karakteristik  sensor  dengan  mengetahui respon  sinyal  yang  dihasilkan  oleh  sensor  MPU-6050  ketika  mengalami  gerakan  atau perubahan  orientasi  pada  masing-masing  sumbunya.  Pada  pengujian  ini  sensor  MPU digerakkan sesuai arah sumbu x, y, dan z pada akselerometer dan giroskop seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Arah sumbu sensor MPU [16]
Dari Gambar 8, dapat diamati bahwa sumbu akselerometer ditandai dengan simbol ax, ay, dan az di mana gerakannya adalah gerakan translasi. Sumbu giroskop ditandai dengan simbol  gx, gy, dan  gz di mana gerakannya merupakan gerakan rotasi. Gerakan  translasi diberikan  sebesar  5  cm  sampai  10  cm,  sedangkan  gerakan  rotasi  diberikan  sebesar  45 o sampai 60 o . Setiap gerakan menghasilkan respon sinyal yang dapat diamati pada aplikasi grafik  realtime  berbasis  javascript  menggunakan  komunikasi  serial  Arduino.  Data  hasil pengujian sinyal sensor disajikan pada Tabel 3.
+ az + ay + ax + gz + gy + gx

## Home Automation Berbasis Gesture Control Menggunakan Motion Processing Unit Hartono, Kiki Prawiroredjo
Tabel 3. Hasil pengujian sensor MPU No Arah Gerakan Respon Sinyal Keterangan
1. Linier ke arah +ax Terdapat puncak dan lembah gelombang pada sinyal ax. 2. Linier ke arah +ay Terdapat puncak dan lembah gelombang pada sinyal ay. 3. Linier ke arah +az Terdapat puncak dan lembah gelombang pada sinyal az. 4. Rotasi ke arah +gx Terdapat puncak gelombang pada sinyal gx. 5. Rotasi ke arah +gy Terdapat puncak gelombang pada sinyal gy. 6. Rotasi ke arah +gz Terdapat puncak gelombang pada sinyal gz.
ax ay az gx gy gz gx gy gz gx gy gz ax ay az ax ay az

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 20 No. 2 Oktober 2021 Hal 125 - 142
Berdasarkan  Tabel  3  dapat  dilihat  bahwa  sensor  MPU  menghasilkan  respon  sinyal sesuai dengan arah gerakan yang diberikan. Ketika diberi gerakan translasi ke arah +ax, +ay, dan +az muncul puncak dan lembah gelombang pada masing-masing sumbu namun dengan  amplitudo  yang  kecil.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  sensor  akselerometer  pada MPU memiliki sensitifitas yang cukup rendah. Ketika diberi gerakan rotasi pada arah +gx, +gy, dan +gz muncul puncak gelombang pada masing-masing sumbu dengan amplitudo yang  tinggi.  Dari  hasil  pengujian  sensor  MPU  diketahui  bahwa  giroskop  menghasilkan respon  dengan  sensitifitas  sensor  yang  lebih  baik  dibandingkan  dengan  sensitifitas akselerometer.

## 4.2. Pengujian Modul Frekuensi Radio
Pengujian  modul  Radio  Frekuensi  (RF)  dilakukan  untuk  mengetahui  seberapa  jauh kemampuan komunikasi antara dua modul nRF24L01 dalam kondisi tanpa penghalang. Pengujian dilakukan dengan membuat dua buah rangkaian seperti pada Gambar 9.

## Gambar 9. Rangkaian pengujian modul RF
Rangkaian  di  sebelah  kiri  Gambar  9  adalah  rangkaian  pemancar  yang  terdiri  dari Arduino Nano, push button, dan modul RF pemancar, sedangkan gambar di sebelah kanan menunjukkan rangkaian penerima yang terdiri dari Arduino Nano, buzzer, dan modul RF. Jika push button pada rangkaian pemancar ditekan, buzzer pada rangkaian penerima akan berbunyi sebagai indikasi bahwa rangkaian pemancar dan rangkaian penerima terhubung melalui  modul  RF.  Jika  push  button  ditekan  tetapi  buzzer  tidak  berbunyi,  berarti  kedua rangkaian    tidak  terhubung  atau  koneksi  hilang.  Pengujian  ini  dilakukan  dengan mengubah-ubah jarak antara kedua rangkaian sehingga diketahui apakah pada tiap-tiap jarak pengujian rangkaian pemancar dan penerima masih terhubung. Data hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Hasil Pengujian Modul RF No. Jarak (m) Kondisi Buzzer 1 2 Bunyi 2 4 Bunyi 3 6 Bunyi 4 8 Bunyi 5 10 Bunyi 6 11 Tidak bunyi
Berdasarkan data hasil pengujian dapat diketahui bahwa pada jarak sampai dengan 10  meter  tanpa  penghalang,  modul  RF  masih  dapat  terhubung  dan  berkomunikasi

## Home Automation Berbasis Gesture Control Menggunakan Motion Processing Unit
Hartono, Kiki Prawiroredjo
ditandai dengan bunyi buzzer yang menunjukkan bahwa pengiriman data dari rangkaian pemancar  ke rangkaian penerima telah berhasil.

## 4.3. Pengujian Fungsional Sistem
Pengujian  dilakukan  untuk  mengetahui  apakah  sistem  dapat  bekerja  dengan  baik sesuai  dengan  spesifikasi  yang  dirancang,  ditandai  dengan  aktifnya  aktuator  berupa lampu,  kipas,  dan  pintu  gerbang  sesuai  dengan  input  gerakan  isyarat  yang  diberikan. Pengujian dilakukan dengan memberi gerakan-gerakan isyarat pada perangkat pemancar yang  ditempatkan  pada  pergelangan  tangan  kanan  seperti  yang  dapat  dilihat  pada Gambar 10. Pengamatan dilakukan pada respon peralatan elektronik rumah yang dibuat dalam bentuk miniatur. Pengujian dilakukan sebanyak sepuluh kali untuk setiap gerakan isyarat dan hasilnya disajikan pada Tabel 5.
Gambar 10. Pengujian fungsional sistem
Berdasarkan  data  hasil  pengujian  pada  Tabel  5,  dapat  diamati  bahwa  setiap  isyarat gerakan tangan dapat memberikan perintah untuk mengendalikan  peralatan elektronik. Namun, terdapat kegagalan pada isyarat 1 pengujian 5 dan isyarat 5 pengujian 2 dimana tidak  terjadi  respon  pada  aktuator.  Hal  ini  dapat  disebabkan  ketidaktepatan  jarak pergerakan  tangan  sehingga  sinyal  sensor  tidak  menghasilkan  puncak  atau  lembah gelombang yang dibatasi threshold. Pengguna perangkat ini dituntut untuk menghafalkan dan  memperkirakan  besarnya  pergerakan  yang  mampu  memberikan  respon  pada aktuator.  Dibutuhkan  latihan  untuk  membiasakan  gerakan-gerakan  isyarat  tersebut. Berdasarkan hasil pengujian dapat dihitung nilai persentase error yang terjadi pada fungsi sistem yaitu sebesar 2,5% sesuai perhitungan di bawah ini.
Error = Jumlah percobaan gagal Jumlah seluruh percobaan x 100%
= 2 80 𝑥 100% =  2,5%

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 20 No. 2 Oktober 2021 Hal 125 - 142

## Tabel 5. Hasil pengujian fungsional sistem
No. Gerakan Isyarat Pengujian ke- Respon Aktuator Lampu Pintu Kipas 1. Mengayunkan tangan ke atas (5 sampai 10 cm) 1 Redup - - 2 Redup - - 3 Redup - - 4 Redup - - 5 - - - 6 Redup - - 7 Redup - - 8 Redup - - 9 Redup - - 10 Redup - - 2. Mengayunkan tangan ke atas (> 10 cm) 1 Terang - - 2 Terang - - 3 Terang - - 4 Terang - - 5 Terang - - 6 Terang - - 7 Terang - - 8 Terang - - 9 Terang - - 10 Terang - - 3. Mengayunkan tangan ke bawah (5 sampai 10 cm) 1 Mati - - 2 Mati - - 3 Mati - - 4 Mati - - 5 Mati - - 6 Mati - - 7 Mati - - 8 Mati - - 9 Mati - - 10 Mati - - 4. Mengayunkan tangan ke kiri (5 sampai 10 cm) 1 - Membuka - 2 - Membuka - 3 - Membuka - 4 - Membuka - 5 - Membuka - 6 - Membuka - 7 - Membuka - 8 - Membuka - 9 - Membuka - 10 - Membuka - 5. Mengayunkan tangan ke kanan (5 sampai 10 cm) 1 - Menutup - 2 - - - 3 - Menutup - 4 - Menutup - 5 - Menutup - 6 - Menutup - 7 - Menutup - 8 - Menutup - 9 - Menutup - 10 - Menutup -

## Home Automation Berbasis Gesture Control Menggunakan Motion Processing Unit Hartono, Kiki Prawiroredjo

## Tabel 5. Hasil pengujian fungsional sistem (lanjutan)
No. Gerakan Isyarat Pengujian ke- Respon Aktuator Lampu Pintu Kipas 6. Memutar tangan searah jarum jam (45 derajat) 1 - - Lambat 2 - - Lambat 3 - - Lambat 4 - - Lambat 5 - - Lambat 6 - - Lambat 7 - - Lambat 8 - - Lambat 9 - - Lambat 10 - - Lambat 7. Memutar tangan searah jarum jam (90 derajat) 1 - - Cepat 2 - - Cepat 3 - - Cepat 4 - - Cepat 5 - - Cepat 6 - - Cepat 7 - - Cepat 8 - - Cepat 9 - - Cepat 10 - - Cepat 8. Memutar tangan berlawanan jarum jam (90 derajat) 1 - - Mati 2 - - Mati 3 - - Mati 4 - - Mati 5 - - Mati 6 - - Mati 7 - - Mati 8 - - Mati 9 - - Mati 10 - - Mati

## 5. Kesimpulan
Telah  dibuat  suatu  sistem  home  automation  dengan  isyarat  gerakan  tangan menggunakan sensor MPU yang terdiri dari perangkat pemancar dan perangkat penerima. Perangkat yang dibuat telah diuji dan dapat mengendalikan  peralatan elektronik rumah dengan  isyarat  gerakan  tangan  sesuai  spesifikasi  yang  diinginkan  dengan  nilai  error sebesar  2,5%.  Jarak  maksimum  perangkat  pemancar  yang  masih  dapat  direspon  oleh penerima  adalah  10  m  tanpa  penghalang.  Perlu  adanya  latihan  gerakan  tangan  sesuai perancangan  oleh  pengguna  perangkat  ini  sehingga  alat  ini  dapat  berfungsi  baik. Penelitian ini dapat dikembangkan lebih lanjut dengan perbaikan seperti membuat desain perangkat  keras  pemancar  dalam  suatu  single  board  yang  terintegrasi  agar  ukuran  fisik perangkat  menjadi  lebih  kecil  sehingga  lebih  nyaman  digunakan.  Sistem  ini  juga  dapat dikembangkan untuk mengontrol lebih banyak perangkat elektronik dengan menambah gerakan.  Lebih  lanjut  sistem  dapat  menggunakan  teach  mode  yaitu  mode  yang  dapat merekam  gerakan  yang  dilakukan  pengguna  yang  kemudian  dapat  dipanggil  untuk mengontrol peralatan tambahan.

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 20 No. 2 Oktober 2021 Hal 125 - 142

## Daftar Pustaka
[1]  H. Thiruvengada. et al., “System for controlling home automation system using body movements,” U.S. Patent US20130204408A1, Aug. 8, 2013.
[2]  S. Jeet, V. Dhillon, H.S. Bhatia, “Radio Frequency Home Appliance Control Based on Head Tracking and Voice Control for Disabled Person,” in International Conference on Communication Systems and Network Technologies (CSNT), 2015.
[3]  R.A. Cockrell. et al., “Home automation system and method including remote media access,” U.S. Patent US 8,230,466 B2, Jul. 24, 2012.
[4]  L.A. Roberts. et al., “Gesture activated home appliance,” U.S. Patent US 6,937,742 B2, Aug. 30, 2007.
[5]  B.  Kajal,  V.  Aayushi,  and  P.  Romil,  “Wireless  Home  automation  System  Using Android Application,” Int. J. Adv. Eng. Res. Dev., vol. 4.72, no. Special Issue SIEICON- 2017, p. 6, 2017.
[6]  H. S. Yoon. et al., “Method and apparatus for recognizing gesture in image processing system,” U.S. Patent US8014567B2, Sept. 6, 2011.
[7]  A. N. Abhijit M., J. John, and M. B. M. , ShabasBasheer, “Hand Gesture Based Home Automation,” Int. J. Adv. Res. Electr. Electron. Instrum. Eng., vol. 6, no. 3, p. 5, 2017.
[8]  D. Jain. et al, “Smart Home Automation System using Hand Gestures, IoT and Service Oriented Architecture,” Int. J. Adv. Sci. Technol., vol. 29, no. C3, pp. 6059–6067, 2020.
[9]  S. Kshirsagar. et al, “IoT Enabled Gesture-Controlled Home Automation for Disabled and  Elderly,”  in  Proceedings  of  the  Fourth  International  Conference  on  Computing
Methodologies and Communication (ICCMC 2020), pp. 821-, doi:
10.1109/ICCMC48092.2020.ICCMC-000152.
[10]  InvenSense, “MPU-6000and MPU-6050Register Map and Descriptions Revision 4.2,” MPU-6050 datasheet, Aug. 2013. [Online]. Available : https:// invensense.tdk.com/wp- content/uploads/2015/02/MPU-6000-Datasheet1.pdf
[11]  S.  Nordic,  “Single  chip  2.4  GHz  Transciever  nRF24L01,”  2006.  [Online].  Available: https://html.alldatasheet.com/html- pdf/1243924/ETC1/NRF24L01/112/1/NRF24L01.html.
[12]  T.  Xu.  et  al.,  “The  real-time  elderly  fall  posture  identifying  scheme  with  wearable sensors,”  Int.  J.  Distrib.  Sens.  Networks,  vol.  15,  no.  11,  2019,  doi: https://doi.org/10.1177/1550147719885616.
[13]  S. DALLAS, “Extremely Accurate I2C-IntegratedRTC/TCXO/Crystal,” Datasheet, 2005. [Online]. Available: https://www.alldatasheet.com/datasheet- pdf/pdf/112132/DALLAS/DS3231.html.
[14]  C. Commons Atributtion ShareAlike 3.0 Licence, “Getting Started with the Arduino Nano,” 2018. [Online]. Available: https://www. arduino.cc/en/Guide/ArduinoNano.
[15]  H. Yan. et al, “Monitoring user activity using wearable motion sensing device,” U.S. Patent US10347108B2, Jul. 9, 2019.
[16] areacom.altervista.org, “Arduino MPU6050 GY521: Giroscopio e accelerometro,” 2015. [Online]. Available: https://areacom.altervista.org/arduino-mpu6050-gy521- giroscopio-e-accelerometro/.