## TEKNO Jurnal Teknologi, Elektro, dan Kejuruan
http://journal2.um.ac.id/index.php/tekno | ISSN 1693-8739

## Sistem stabilisator kamera menggunakan sensor gyroscope dan kontroler PID
Mokh. Sholihul Hadi 1 , Pradipta Adi Nugroho 2 , Ryan Harris Abdillah 3 , Tiara Windrias Putri 4 , M. Samsul Huda 5
1. Universitas Negeri Malang, Indonesia | mokh.sholihul.ft@um.ac.id
2. Universitas Negeri Malang, Indonesia | pradiptaadi@gmail.com
3. Universitas Negeri Malang, Indonesia | rhblaze00@gmail.com
4. Universitas Negeri Malang, Indonesia | tiara.deluffy@gmail.com
5. Universitas Negeri Malang, Indonesia | hudasam2304@gmail.com

## Abstrak
Gyroscope  adalah  suatu  perangkat  yang  dapat  mengukur  dan  mempertahankan  orientasi berdasarkan prinsip momentum sudut. Pada penelitian ini, dibuat sebuah stabilisator kamera dengan menggunakan sensor gyroscope. Sensor gyroscope memiliki daerah kerja 3 axis sebagai pendeteksi pergerakan  dan  kemiringan  dari  kamera.  Aktuator  yang  digunakan  sebanyak  dua  buah  yaitu  motor servo  yang  bertugas  untuk  merespon  input  dari  sensor  gyroscope.  Sebagai  unit  mikrokontroler  / MCU, digunakan Arduino UNO yang memiliki ukuran kecil dan memiliki port I/O yang cukup, dengan tujuan  meningkatkan  mobilitas  dan  efisiensi  pada  alat  yang  dibuat.  Untuk  meningkatkan  tingkat respon  aktuator  terhadap  input  sensor  dan  memperhalus  pergerakan  aktuator,  maka  digunakan metode  PID.  Hasil  pengujian  sistem  menunjukkan  sistem  stabilisator  kamera  dapat  bekerja  dengan baik. grafik pengujian posisi motor pada masing-masing sumbu menunjukkan angka error yang kecil, dengan angka simpangan rata-rata sebesar 2,1 derajat.

## Kata Kunci
sensor gyroscope, arduino, PID

## TEKNO Jurnal Teknologi, Elektro, dan Kejuruan
http://journal2.um.ac.id/index.php/tekno | ISSN 1693-8739
TEKNO Vol. 29 Issue 1, p75-85 | Jurusan Teknik Elektro, Universitas Negeri Malang, Indonesia | Maret 2019 M.S. Hadi, P. A. Nugroho, R. H. Abdillah, T. W. Putri,M. S. Huda | Sistem Stabilisator Kamera Menggunakan Sensor  …

## 1. Pendahuluan
Semakin  berkembangnya  zaman  dan  teknologi  membuat  kebutuhan  manusia  semakin bertambah.  Di  zaman  dengan  perkembangan  teknologi  yang  sangat  cepat  ini,  membuat manusia  ingin  mengabadikan  setiap  momen  dalam  hidupnya.  Kamera  sekarang  ini  tidak sulit  untuk  dicari,  bahkan  setiap  orang  mempunyai  kamera  masing-masing  yang  terpasan pada smartphone mereka. Di masa ini, kamera sering digunakan untuk selfie atau memotret atau  mengabadikan  video  tentang  diri  sendiri  ketika  dalam  momen  tertentu  atau  sedang melakukan kegiatan tertentu. Ketika digunakan untuk merekam atau mempotret, jika kamera ingin  stabil  maka  digunakan  tripod.  Akan  tetapi  tripod  dapat  menstabilkan  posisi  kamera hanya  dalam  posisi  diam  atau fixed  position saja  dan  tidak  dapat  digunakan  dalam  posisi bergerak.  Kontroler  PID  dapat  dimanfaatkan  untuk  menjaga  kestabilan  sistem  [1-2}, demikian juga untuk dapat digunakan untuk menjaga kestabilan posisi kamera,  Oleh karena itu,  maka  dibuat  alat  penstabil  kamera  dengan  kontroler  PID  untuk  menstabilkan  posisi kamera  dalam  pengambilan  gambar  dengan  bentuk selfie  stick.  Selfie  stick yang dibuat dilengkapi  dengan  gimbal  yang  dipasang  dengan  motor  servo  sebagai  aktuatornya  dan sensor  gyroscope  sebagai  pendeteksi  pergerakan  dan  kemiringan  posisi  dengan  gravitasi sebagai  acuannya  [3-5].  Gimbal  pada  dasarnya  mempunyai  rotasi  pada  sumbu roll,  pitch, dan yaw. Akan  tetapi,  gimbal  yang  kami  buat  hanya  mempunyai  rotasi  pada  sumbu pitch dan yaw saja  karena  pada  sumbu roll digunakan  untuk  meletakkan  kamera  tidak  diberi aktuator  dengan  tujuan  untuk  mengatur  posisi  arah  kamera.  Sensor  gyroscope  memiliki daerah kerja 3 axis yaitu pada sumbu X, Y ,dan Z. Sensor gyroscope bekerja dengan cara, ketika  gyroscope  bergerak  maka  akan  menghasilkan  tegangan  output  analog  yang kemudian dikirim ke bagian MCU untuk dikonversi kedalam bentuk digital sebagai nilai PWM yang digunakan untuk menggerakkan motor servo. Ketika gyroscope berputar searah jarum jam terhadap sumbu Z maka tegangan output berkurang (-Z), dan ketika gyroscope berputar berlawanan arah jarum jam maka tegangan output bertambah (+Z). Sensor yang digunakan adalah MPU6050.

## 2. Metode
Perancangan    perangkat  keras  meliputi  perancangan  sistem  mikrokontroler  dan perancangan  gimbal  yang  terdiri  dari  sensor  gyro  dan  motor  servo.  Diagram  blok perancangan perangkat keras dapat dilihat pada gambar 1. Bagian-bagian dari diagram blok sistem adalah sebagai berikut (Sholihul, 2017):
1.  Sensor  gyro  MPU6050  digunakan  untuk  mendapatkan  informasi  sudut  gimbal  dan sensor keseimbangan.
2.  Mikrokontroler Arduino UNO digunakan untuk memproses hasil pengukuran sensor gyro dengan kendali PID dan memberikan sinyal input kepada motor servo.
3. Smartphone digunakan sebagai kamera yang dapat menampilkan hasil foto atau video dari objek yang diambil gambarya.
4.  Motor servo pitch merupakan aktuator untuk menggerakkan gimbal pada sudut pitch.
5.  Motor servo yaw merupakan aktuator untuk menggerakkan gimbal pada sudut yaw.
6.  Baterai merupakan catu daya untuk menyalakan sistem.

## TEKNO Jurnal Teknologi, Elektro, dan Kejuruan
http://journal2.um.ac.id/index.php/tekno | ISSN 1693-8739
TEKNO Vol. 29 Issue 1, p75-85 | Jurusan Teknik Elektro, Universitas Negeri Malang, Indonesia | Maret 2019 M.S. Hadi, P. A. Nugroho, R. H. Abdillah, T. W. Putri,M. S. Huda | Sistem Stabilisator Kamera Menggunakan Sensor  …
Gambar 1. Diagram Blok Perancangan perangkat keras.

## Modul sensor gyro MPU6050
Sebagai pendeteksi kemiringan digunakan sensor gyro MPU6050. Sensor MPU merupakan sensor yang mampu mendeteksisudut dan percepatan atau biasa disebut gyrometer. Seperti penggunaan sensor jenis lain, sebelum digunakan sensor MPU6050 perlu dikalibrasi terlebih dahulu.  Kinerja  gyrometer  ini  sangat  dipengaruhi  oleh  suhu.  Tegangan  yang  dibutuhkan untuk dapat bekerja adalah antara 2,375 hingga 3,46 volt.
Gambar 2. orientasi sensor MPU6050

## Perancangan Gimbal
Gimbal  digunakan  untuk  menggerakkan  kamera.  Gimbal  memiliki  dua  motor  servo  yang terletak pada dua titik rotasi rangka (Hadi, 2017).  Hal tersebut yang memungkinkan gimball dapat berotasi pada sumbu pitch dan yaw . Motor servo yang digunakan pada gimbal adalah jenis mikro servo, karena ringan dan mampu menopang beban hingga 1 kg.

## Perancangan Perangkat Lunak
Perangkat  lunak  pada  sistem  digunakan  untuk  proses  kontrol  dengan  membuat  program yang  akan  ditanamkan  pada  mikrokontroler  Arduino  UNO  (Hadi,  2017).  Perancangan

## TEKNO Jurnal Teknologi, Elektro, dan Kejuruan
http://journal2.um.ac.id/index.php/tekno | ISSN 1693-8739
TEKNO Vol. 29 Issue 1, p75-85 | Jurusan Teknik Elektro, Universitas Negeri Malang, Indonesia | Maret 2019 M.S. Hadi, P. A. Nugroho, R. H. Abdillah, T. W. Putri,M. S. Huda | Sistem Stabilisator Kamera Menggunakan Sensor  …
program digunakan compiler Arduino. Arduino merupakan compiler berbahasa C yang dapat memudahkan pengguna dalam membuat program.

## Pengukuran Sudut Kemiringan
Nilai  sudut  kemiringan  diperoleh  dengan  cara  mengukur  percepatan  gravitasi  dari  setiap sumbunya  (Dwi,  2018).  Nilai  percepatan  gravitasi  yang  terbaca  disesuaikan  dengan  besar percepatan  gravitasi  bumi  (1g).  Sedangkan  sudut  kemiringan  dihitung  berdasarkan  pada rumus Direct Control Matrix .
Rumus  perhitungan  normalisasi  pembacaan  gravitasi  di  tiap  sumbu  dapat  dilihat  pada persamaan 1.
|𝑨| = √𝒂 𝒙 𝟐 + 𝒂 𝒚 𝟐 + 𝒂 𝒛 𝟐 ............................. ………………………………………………………(1)
𝑨 𝒙 = 𝒂 𝒙 |𝑨|
𝑨 𝒚 = 𝒂 𝒚 |𝑨|
𝑨 𝒛 = 𝒂 𝒛 |𝑨|
dimana, |𝑨| = Resultan percepatan gravitasi 𝑎 𝑥,𝑦,𝑧 = Percepatan gravitasi axis X, Y, Z terukur
𝐴 𝑥,𝑦,𝑧 = Percepatan gravitasi axis X,Y, Z          ternormalisasi
Setelah pembacaan  nilai  percepatan  gravitasi  tiap  sumbu  dinormalisasi,  perhitungan sudut kemiringan dilakukan dengan memanfaatkan Direct Cosine Matrix sebagai berikut.
[
𝑋 𝑏 𝐼 𝑌 𝑏 𝐼
𝑍 𝑏 𝐼 ] = 𝑅 𝛾 𝑅 𝜌 𝑅 𝛹 [ 𝑋 𝑏 𝑌 𝑏
𝑍 𝑏 ] = [ 𝑐𝑜𝑠𝜌𝑐𝑜𝑠𝛹 𝑐𝑜𝑠𝜌𝑠𝑖𝑛𝛹
−𝑠𝑖𝑛𝜌 𝑐𝑜𝑠𝛹𝑠𝑖𝑛𝜌𝑠𝑖𝑛𝛾 − 𝑐𝑜𝑠𝛾𝑠𝑖𝑛𝛹 𝑐𝑜𝑠𝛾𝑐𝑜𝑠𝛹 + 𝑠𝑖𝑛𝜌𝑠𝑖𝑛𝛾𝑠𝑖𝑛𝛹 𝑐𝑜𝑠𝜌𝑠𝑖𝑛𝛾
𝑐𝑜𝑠𝛹𝑠𝑖𝑛𝜌𝑐𝑜𝑠𝛾 + 𝑠𝑖𝑛𝛾𝑠𝑖𝑛𝛹 −𝑠𝑖𝑛𝛾𝑐𝑜𝑠𝛹 + 𝑠𝑖𝑛𝜌𝑐𝑜𝑠𝛾𝑠𝑖𝑛𝛹 𝑐𝑜𝑠𝜌𝑐𝑜𝑠𝛾 ] [ 𝑋 𝑏 𝑌 𝑏 𝑍 𝑏 ] (2)
Pada  posisi  awal  sensor  didapatkan  nilai  pembacaan  awal accelerometer adalah 𝑋 𝑏 = 𝑌 𝑏 = 0, 𝑍 𝑏 = +1𝑔.
Sehingga persamaan diatas akan menjadi persamaan 3.

## TEKNO Jurnal Teknologi, Elektro, dan Kejuruan
http://journal2.um.ac.id/index.php/tekno | ISSN 1693-8739
TEKNO Vol. 29 Issue 1, p75-85 | Jurusan Teknik Elektro, Universitas Negeri Malang, Indonesia | Maret 2019 M.S. Hadi, P. A. Nugroho, R. H. Abdillah, T. W. Putri,M. S. Huda | Sistem Stabilisator Kamera Menggunakan Sensor  …
[ 𝐴 𝑥1 𝐴 𝑦1 𝐴 𝑧1 ] = [ 𝑐𝑜𝑠𝜌𝑐𝑜𝑠𝛹 𝑐𝑜𝑠𝜌𝑠𝑖𝑛𝛹 −𝑠𝑖𝑛𝜌 𝑐𝑜𝑠𝛹𝑠𝑖𝑛𝜌𝑠𝑖𝑛𝛾 − 𝑐𝑜𝑠𝛾𝑠𝑖𝑛𝛹 𝑐𝑜𝑠𝛾𝑐𝑜𝑠𝛹 + 𝑠𝑖𝑛𝜌𝑠𝑖𝑛𝛾𝑠𝑖𝑛𝛹 𝑐𝑜𝑠𝜌𝑠𝑖𝑛𝛾 𝑐𝑜𝑠𝛹𝑠𝑖𝑛𝜌𝑐𝑜𝑠𝛾 + 𝑠𝑖𝑛𝛾𝑠𝑖𝑛𝛹 −𝑠𝑖𝑛𝛾𝑐𝑜𝑠𝛹 + 𝑠𝑖𝑛𝜌𝑐𝑜𝑠𝛾𝑠𝑖𝑛𝛹 𝑐𝑜𝑠𝜌𝑐𝑜𝑠𝛾 ] [ 0 0 1 ] (3)
Dengan demikian, sudut pitch dan roll dapat dihitung sebagaai berikut:
𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ = 𝜌 = arcsin⁡(−𝐴𝑥1) ......................... ………………………………………………………(4) 𝑅𝑜𝑙𝑙 = 𝛾 = arcsin⁡(𝐴𝑦1/𝑐𝑜𝑠) ...................... ………………………………………………………(5)
Keterangan:
𝑃𝑖𝑡𝑐ℎ = 𝜌 = Sudut angguk (sudut antara axis X relatif terhadap badan alat)
𝑅𝑜𝑙𝑙⁡⁡ = 𝛾 = Sudut gulung (sudut antara axis Y relatif terhadap badan alat)

## Program Mengakses Sensor Gyro MPU6050
Sensor  MPU6050  memiliki  chip  DMP,  chip  ini  digunakan  untuk  berkomunikasi  dengan mikrokontroler. Protokol komunikasi yang digunakan DMP adalah protokol  komunikasi 12C. Port  yang  digunakan  dalam  komunikasi  diantaranya  adalah  port  SCL  dan  port  SDA.  Chip DMP  akan  memproses  informasi  dari  sensor  dengan  ADC  16bit,  kemudian  informasi tersebut dikirim. Untuk mendapatkan informasi sudut dari accelerometer (Andri, 2018).

## 3. Hasil
Pada  sistem  ini  digunakan  sensor  keseimbangan  gyroscope  MPU-6050,  serta menggunakan 2 motor servo, setelah melakukan pengujian didapatkan hasil bahwa kamera akan  berada  pada  posisi  yang  tetap  walaupun  tongsis  digerak-gerakkan.  Karena  pada program  diterapkan  rumus  untuk  motor  servo  bagian  bawah  akan  bernilai  180  dikurangi dengan  nilai  sudut  y  yang  terbaca  oleh  sensor  gyroscope,  sedangkan  untuk  motor  servo bagian  atas  diterapkan  rumus  penjumalahan  antara  nilai  Y  dan  X  dari  pembaacan  sensor kemudian dikurangi dengan nilai 180.
Gambar 3. Kalibrasi gyro sumbu X posisi tegak berdiri

## TEKNO Jurnal Teknologi, Elektro, dan Kejuruan
http://journal2.um.ac.id/index.php/tekno | ISSN 1693-8739
Dengan  rumus  yang  diterapkan  tersebut  akan  didapatkan  tongsis  yang  akan  tetap  stabil tempatnya.
Gambar 4. Kalibrasi gyro sumbu Y posisi tegak berdiri
Gambar 5. Kalbrasi gyro sumbu Z posisi tegak berdiri

## TEKNO Jurnal Teknologi, Elektro, dan Kejuruan
http://journal2.um.ac.id/index.php/tekno | ISSN 1693-8739
TEKNO Vol. 29 Issue 1, p75-85 | Jurusan Teknik Elektro, Universitas Negeri Malang, Indonesia | Maret 2019 M.S. Hadi, P. A. Nugroho, R. H. Abdillah, T. W. Putri,M. S. Huda | Sistem Stabilisator Kamera Menggunakan Sensor  …
Gambar 6 . Kalibrasi accelerometer sumbu X posisi tegak berdiri
Gambar 7. Kalibrasi accelerometer sumbu Y posisi tegak berdiri
Gambar 8. Kalibrasi accelerometer sumbu Z posisi tegak berdiri

## TEKNO Jurnal Teknologi, Elektro, dan Kejuruan
http://journal2.um.ac.id/index.php/tekno | ISSN 1693-8739
Berikut  ini  adalah  data  hasil  percobaan  yang  diperoleh.  Didapatkan  data  perbandingan sudut dari setiap sumbu.
Tabel 1. Data Perbandingan 3 sumbu dengan sudut sebenarnya No. Sudut (⁰) Sumbu X (⁰) Sumbu Y (⁰) Sumbu Z (⁰) 1 90 85 87 86,5 2 85 83 81 82 3 80 81 78 79 4 75 74 72 73 5 70 88 69 71 6 65 63 66 67 7 60 66 59 60 8 55 53 57 58 9 50 52 52 55 10 45 47 47 48 11 40 39 39 38 12 35 33 33 32 13 30 31 33 36 14 25 25 26 27 15 20 23 23 25 16 15 17 16 19 17 10 9 9 7 18 5 5 6 7 19 0 -1 -2 -5 20 -5 -5 -6 -6 21 -10 -9 -11 -12 22 -15 -14 -13 -14 23 -20 -21 -23 -25 24 -25 -24 -26 -27 25 -30 -29 -32 -33 26 -35 -35 -32 -34 27 -40 -41 -41 -43 28 -45 -45 -44 -44 29 -50 -53 -52 -54 30 -55 -56 -57 -59 31 -60 -59 -58 -55 32 -65 -62 -62 -63 33 -70 -72 -72 -73 34 -75 -76 -75 -76

## TEKNO Jurnal Teknologi, Elektro, dan Kejuruan
http://journal2.um.ac.id/index.php/tekno | ISSN 1693-8739
TEKNO Vol. 29 Issue 1, p75-85 | Jurusan Teknik Elektro, Universitas Negeri Malang, Indonesia | Maret 2019 M.S. Hadi, P. A. Nugroho, R. H. Abdillah, T. W. Putri,M. S. Huda | Sistem Stabilisator Kamera Menggunakan Sensor  …
Gambar 9. Perbandingan sumbu X dan sudut sebenarnya
Gambar 10. Perbandingan sumbu Y dan sudut sebenarnya
Gambar 11. Perbandingan sumbu Z dan sudut sebenarnya

## TEKNO Jurnal Teknologi, Elektro, dan Kejuruan
http://journal2.um.ac.id/index.php/tekno | ISSN 1693-8739
TEKNO Vol. 29 Issue 1, p75-85 | Jurusan Teknik Elektro, Universitas Negeri Malang, Indonesia | Maret 2019 M.S. Hadi, P. A. Nugroho, R. H. Abdillah, T. W. Putri,M. S. Huda | Sistem Stabilisator Kamera Menggunakan Sensor  …

## Pengujian Motor Servo
Tabel 2. Hasil Kalibrasi Motor Servo No 0 derajat 90 derajat 180 derajat 1 10 100 190 2 5 95 185
Dari  grafik  data  hasil  kalibrasi  dapat  dijelaskan  bahwa  kalibrasi  gyrometer  dan accelerometer  dalam  posisi  tegak  berdiri  mempunyai  kestabilan  yang  kurang  optimal  dan mempunyai noise yang dapat dilihat pada grafik.  Setiap sumbu memiliki  perbedaan dalam kestabilan  kalibrasinya.  Setelah  dilakukan  kalilbrasi  denga  tuning  PID,  Grafik  pengujian posisi  motor  pada  masing-masing  sumbu  menunjukkan  angka  error  yang  kecil,  dengan angka  simpangan  maksimum  sebesar  5  derajat,  dan  simpangan  rata-rata  sebesar  2,1 derajat.

## 4. Kesimpulan
Untuk  memperoleh  kinerja  sistem  yang  diharapkan,  kalibrasi    motor    servo    dilakukan setelah memperoleh data performa awal. Setelah motor servo dikalibrasi maka motor servo bekerja dengan baik, dengan angka error yang kecil dan dapat menstabilkan kamera.
Untuk  pengembangan  sistem  lebih  lanjut  dapat  dipasang magnetometer sebagai  umpan balik pada proses pengukuran sudut yaw , sehingga sumbu z pada gyroscope alat ini dapat diukur. Masih terdapatnya  delay respon dari motor untuk menstabilkan posisi dapat diatasi dengan  menggunakan  jenis  sensor  yang  lebih  sensitive  dan  motor  servo  yang  lebih responsive.

## DAFTAR PUSTAKA
Hadi Sholihul. Mokh., Syafiq Ubaidilah, Rizky Asillia Puspita Sari, Dwi Puri Fatmala.   2017.
Sistem  Kendali  Otomatis  Mesin  Penetas  Telur  Menggunakan  Kontroler  PID.  TEKNO Vol. 27 No 1
Hadi  Sholihul.  Mokh.,  Alfin  FIrmansyah,  Fatma  Cahyaningrum,  Ahmad  Sariful  Anwar,  Dwi Arini Mufarichah. 2018.   Sistem Penjernih Air Limbah Rumah Tangga Dengan Kendali PID Berbasis Arduino. TEKNO Vol. 28 No 1
Dwi Vamiko. Alfrian. 2018, “Sistem Stabilisator Shooting Point Kamera Pada Gimbal 3 Axis
Dengan Metode Fuzzy” . https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/44776126/3003-5586-1- SM.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1512118637&Signat ure=RUJ%2F7ipx8Us3hMwKgMdGsvb%2Fg%2Fs%3D&response-content- disposition=inline%3B%20filename%3DSistem_Stabilisator_Shooting_Point_Kamer.pdf, diakses November 2018

## TEKNO Jurnal Teknologi, Elektro, dan Kejuruan
http://journal2.um.ac.id/index.php/tekno | ISSN 1693-8739
TEKNO Vol. 29 Issue 1, p75-85 | Jurusan Teknik Elektro, Universitas Negeri Malang, Indonesia | Maret 2019 M.S. Hadi, P. A. Nugroho, R. H. Abdillah, T. W. Putri,M. S. Huda | Sistem Stabilisator Kamera Menggunakan Sensor  …
Andri  Prasetyo.  Muhamad.  2018    , “Mengontrol  Putaran  Servo  dengan  GY-521  (MPU- 6050)” , http://www.boarduino.web.id/2016/02/mengontrol-putaran-servo-dengan-gy- 521.html, diakses Desember 2018