BAB III PERENCANAAN DAN PERANCANGAN
3.1 Perencanaan Dalam Robot Pengirim terdapat sistem elektronis dan sistem mekanis di dalamnnya, dalam hal ini sistem mekanis di kendalikan oleh sistem elektronis seperti motor penggerak. Perangkat mekanis ini mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik yang dalam perangkat mekanis terdapat sensor. Sensor ini berfungsi sebagai pembaca informasi dari pergerakan mekanis yang kemudian mengirimkan sinyal elektronis ke dalam sistem elektronika robot dan diolah oleh sistem robot sehingga menghasilkan output berupa perintah pengendalian perangkat mekanis dalam operasi kerja. Robot yang akan penulis buat (Robot Pengirim), diharapkan mempunyai kemampuan mengirim pesan suara melalui media komunikasi bluetooth bagi Robot Penerima untuk menampilkan isi pesan suara melalui speaker dan antara Robot Pengirim dengan Robot Penerima terdapat interaksi robot. a. Fungsi Interaksi Jalan dan Komunikasi Robot Fungsi interaksi jalan diperlukan agar adanya cerita komunikasi antara robot seperti adanya cerita dalam hal ini penyampai pesan, sehingga robot dapat menyampaikan pesan kepada Robot Penerima. Robot direncanakan agar dapat berjalan lurus, berputar 180o, dan diam. Untuk itu digunakan sensor Ultrasonik (HC-SR04) sebagai sensor pembaca jarak sekaligus memberikan input kepada Arduino UNO, kemudian diproses dan hasil output akan di umpankan kepada kontroler motor (2A Motor Shield for Arduino (DFRobot L298P Shield V1.2)). Sensor Ultrasonik bertugas mendeteksi jarak antara Robot Pengirim dan Robot Penerima, serta jarak kembali Robot. Sensor ini akan mengirimkan sinyal kedalam sistem Arduino ketika mendeteksi adanya Robot Penerima sehingga sistem akan mengubah kendali motor. Selain itu diperlukan pengaturan jarak antar Robot dan jarak Robot kembali yang bertujuan agar pergerakan robot sesuai rencana dan tidak menimbulkan bug pada sistem Arduino.
29
30
Menampilkan Pesan Suara
A
X
Y
B
Rekam Pesan Suara
A
A
Z
B
B
C
Gambar 3.1 Rencana Interaksi Jalan dan Komunikasi Robot
Keterangan : A : Robot Pengirim B : Robot Penerima c : Transfer Pesan Suara x : Robot A berputar 180o y : Robot B berputar 180o z : jarak bertemu antara Robot A dan Robot B
Dari gambar diatas, Robot (A) akan merekam suara terlebih dulu dengan interval waktu merakam 10 detik, kemudian diletakan di meja dengan kontur datar dan akan berjalan lurus ke depan serta menggunakan sensor jarak (HC-SR04) untuk mendeteksi Robot (B). Jarak antar Robot (A) dan Robot (B) yaitu kurang dari 15 CM, jadi apabila antar robot jarak kurang dari 15 CM kedua robot akan berhenti, kemudian Robot(A) akan mengirim pesan suara melalui media komunikasi bluetooth CZ-HC-05 dengan interval waktu 10 detik. Setelah data berhasil dikirim kedua robot akan berputar balik 180o dan berjalan lurus kedepan ke posisi awal robot, lalu Robot (B) akan menampilkan isi pesan suara melalui speaker.
31
b. Fungsi Pengiriman Pesan Suara melalui Bluetooh Dalam pengiriman pesan suara diperlukan perangkat modul yaitu Bluetooth CZ-HC-05 yang bertugas sebagai media komunikasi untuk pengiriman pesan suara dari Robot Pengirim kepada Robot Penerima agar Robot Penerima dapat menampilkan pesan suara melalui speaker. Adapun langkah-langkah yang harus dilakukan untuk pengiriman pesan suara : a.
Finding Bluetooth Saat Power Robot dihidupkan, maka bluetooth Robot Pengirim (Discover) akan mencari bluetooth Robot Penerima (Discoverable) serta melakukan autentikasi.
b.
Connecting & Pairing Bluetooth Setalah proses pencarian ditemukan, bluetooth Robot Pengirim akan membangun koneksi (piconet) dengan bluetooth Robot Penerima secara otomatis, dimana Robot Pengirim menginisiasi koneksi sebagai Master dan Robot Penerima menerima inisiasi sebagai Slave.
c.
Sending Pesan Suara Robot Pengirim akan melakukan pengiriman pesan suara kepada Robot Penerima setelah Robot Pengirim selesai beroperasi mendeteksi menggunakan sensor jarak.
3.2 Perancangan Dengan perencanaan diatas untuk kebutuhan fungsi Robot Pengirim, dibuat suatu perancangan menggunakan diagram flowchart yang berfungsi untuk interaksi dan komunikasi robot yang terintegrasi dengan fungsi pengiriman pesan suara melalui bluetooth. Berdasarkan perencanaan terdapat komponen utama yang digunakan yaitu sebuah Modul Arduino UNO R3, sebuah 2A Motor Shield for Arduino (DFRobot L298P Shield V1.2), DT-Robot Mini Metal Gear Motor Set, sebuah sensor ultrasonic HC-SR04, sebuah Modul bluetooth CZ-HC-05, sebuah Micro SD Card Adapter, dan sebuah sensor Suara. Hardware robot dirancang sesuai diagram blok yang terdapat pada Gambar 3.2.
32
Sensor Suara LM393
Micro SD Card Adapter
ARDUINO UNO R3
2A Motor Shield
ATmega328
Sensor Jarak HC-SR04 Bluetooth CZ-HC-05
DT-Robot Motor Gear
Gambar 3.2 Diagram Blok Perancangan Robot Pengirim
Mulai
Inisialisasi WAVE Format Sensor Suara SDCard
Proses pengecekan gelombang suara
Input Suara
T
Sesuai dengan frekuensi Y
Konversi ADC (Analog to Digital Converter)
Samples < 100000
T
Y Samples ditulis ke SDCard “record.wav”
Selesai
Gambar 3.3 Diagram Flowchart Logika Sensor Suara dan Micro SD Card Dari gambar diatas dapat dijelaskan bahwa suara yang di input harus sesuai dengan gelombang suara dengan adanya indikator LED pada sensor. Setelah itu gelombang suara yang berbentuk analog akan dikonversi menjadi bentuk digital yang kemudian akan terdapat samples dan disimpan ke dalam Micro SD.
33
Mulai
Inisialisai : HC-SR04 Motor PWM
Konversi HC-SR04 cm = microsecondsToCentimeters(durasi)
Berjalan Lurus (Motor (True,True))
T cm <= 15
Y
Berhenti (Motor (False,False))
Berputar 180o searah jarum jam (Motor (True,False))
Berjalan Lurus (Motor (True,True))
cm <= 15
T
Y
Berhenti (Motor (False,False))
Selesai
Gambar 3.4 Diagram Flowchart Logika Motor dan Sensor Ultrasonik (HC-SR04) Dari gambar diatas dapat djelaskan bahwa motor dan sensor jarak memiliki kaitan yaitu untuk mendeteksi jarak dan pergerakan motor. Sensor akan mengukur jarak benda didepan dengan melakukan konversi dari mikrodetik ke centimeter karena TRIG akan mengirimkan gelombang yang akan ditangkap oleh ECHO dalam mikrodetik, yaitu cm. Pada motor memiliki nilai (True = 1, False = 0), artinya bahwa motor apabila bernilai True akan bergerak atau berputar sebaliknya apabila bernilai False motor akan diam.
34
Mulai
Inisialisasi : SDCard Bluetooth
Mencari Bluetooth
T
Jika Bluetooth tersedia ?
Y
Disambungkan
Membaca File dari SDCard
Jika File tersedia ?
T
Y
File Dikirim
Selesai
Gambar 3.5 Diagram Flowchart Logika Bluetooth CZ-HC-05 dan Micro SD Card Dari gambar diatas dapat dijelaskan bluetooth pada kedua Robot harus dikonfigurasi dengan MODE CMD untuk dapat digunakan. Setelah dikonfigurasi Robot Pengirim akan mencari bluetooth Robot Penerima setelah didapat akan disambungkan atau dipairing (bluetooth akan membangun koneksi (Piconet) dengan bluetooth Robot Penerima secara otomatis, dimana pengirim menginisiasi sebagai master dan penerima sebagai slave). Kemudian Robot telah saling terhubung Robot Pengirim akan memindai file yang ada dalam Micro SD Card untuk mengecek ketersediaan file pesan suara, apabila file suara tersedia Robot Pengirim akan mengirim ke Robot Penerima.
35
Mulai
A
B
Tekan “Tombol Power”, untuk menghidupkan seluruh komponen sistem
Robot Pengirim bergerak ke depan
Mengirim Pesan Suara ke Robot Penerima
User merekam Pesan Suara NO
NO Sensor Ultrasonik mendeteksi Robot Penerima
Berhasil
YES Mencari Bluetooth Robot Penerima
YES
Berhenti bergerak
Bluetooth dalam jangkauan
Robot berputar 180o searah jarum jam
NO B
Robot Pengirim Bergerak Kedepan
YES Menyambungkan Bluetooth Sensor Ultrasonik mendeteksi adanya penghalang
Berhasil
YES
NO
NO
YES
Kembali keposisi awal, berhenti bergerak
A
Selesai
Gambar 3.6 Diagram Flowchart Logika Robot Pengirim Dari logika Gambar 3.6, dapat dijelaskan urutan langkah sistem. pertama kali sistem dihidupkan maka akan membuat keseluruhan sistem pada Arduino, seperti Sensor Ultrasonik, Sensor Suara, Modul bluetooth, Motor Shield dan Micro SD Card Adapter, akan menyala. Sensor Suara berfungsi untuk merekam pesan suara dari user yang berbentuk tegangan analog kemudian sistem akan merubah tegangan tersebut menjadi tegangan digital. Setelah merakam pesan suara data tersebut akan disimpan ke dalam Micro SD Card Adapter. Motor Shield berfungsi untuk mengerakkan kedua roda pada sisi kanan dan sisi kiri secara bersamaan dan satu arah sehingga Robot Pengirim bergerak maju kedepan dan
36
lurus, saat Sensor Ultrasonik mendeteksi adanya Robot Penerima didepan, maka sensor ultrasonik mengirimkan sinyal kepada sistem, kemudian sinyal tersebut diolah sesuai dengan kode program yang ditulis di Arduino 1.0.6 maka robot akan berhenti dengan interval waktu 10 detik apabila tidak mendeteksi adanya Robot Penerima, maka Robot Pengirim akan kembali bergerak maju dan lurus. Ketika Robot Pengirim mendeteksi adanya Robot Penerima maka robot akan berhenti dan Modul bluetooth akan berfungsi untuk mengirim pesan suara yang telah direkam dengan interval waktu tadi 10 detik. Setelah berhasil dikirim ke Robot Penerima, Robot Pengirim akan kembali dengan berputar 180o dan akan bergerak maju dan lurus. Robot akan berhenti apabila ada penghalang didepannya.
3.2.1
Rancangan Kerangka Dasar Robot
Kerangka dibuat menggunakan mika akrilik dengan tebal 2mm dan dipotong menggunakan gergaji besi serta amplas untuk merapikan hasil gergaji, setelah itu akrilik dibentuk dan diberi skotlet untuk menutupi mika akrilik. Ukuran akrilik bawah dengan panjang 15cm dan lebar 10cm dan akrilik atas dengan panjang 11,5 cm dan lebar 7,5 cm. Dibawah ini akan dijelaskan kerangka dari Robot Pengirim : a. Bagian atas Robot Pengirim
Lubang Baut Penyangga
Tombol Power
BLUETOOTH CZ-HC-05
Roda Kiri
Roda Kanan
Sensor Ultrasonik
2A Motor Shield (DFRobot L298P Shield V1.2) ARDUINO UNO
Micro SD CARD Adapter
Gambar 3.7 Bagian atas Robot Pengirim
Arduino Uno
37
b. Bagian samping Robot Pengirim Sensor Suara
Akrilik
Baut Tiang Penyangga 2A Motor Shield Arduino Uno
Roda Kanan
Penyangga Baterai
Roda Penyeimbang
Baterai
Gambar 3.8 Bagian samping Robot Pengirim
c. Bagian bawah Robot Pengirim Motor Penggerak Baterai
Roda Penyeimbang
Tombol Power Penyangga Baterai
Gambar 3.9 Bagian bawah Robot Pengirim
38
Dari kerangka dasar tersebut dapat dijelaskan : Pada Gambar 3.7 akrilik bawah dengan tebal 2 mm dengan panjang 15 cm dan lebar 10 cm, pada bagian atas akrilik bawah digunakan untuk menempatkan seluruh komponen seperti Arduino Uno, Bluetooth CZ-HC-05, Micro SD Card Adapter, 2A Motor Shield. Pada bagian sisi depan robot ditempatkan Sensor Ultrasonik HC-SR04 dengan menghadap kedepan, kemudian akrilik bawah dilubangi untuk menempatkan penyangga antar akrilik dan untuk tombol power. Pada Gambar 3.8 dengan menambah 1 tingkat dengan ukuran akrilik atas dengan panjang 11,5 dan lebar 7,5 cm. untuk menyangga akrilik digunakan baut dengan panjang 4,5cm untuk memberi ruang antara akrilik atas dengan akrilik bawah, kemudian akrilik atas digunakan untuk menempatkan Sensor Suara. Pada Gambar 3.9 bagian bawah akrilik bawah digunakan untuk menempatkan baterai, yang akan digunakan untuk memberikan power kepada Sistem Robot Pengirim kemudian penyangga baterai menggunakan bekas sabuk yang tidak dipakai. Untuk jenis baterai yang digunakan adalah Sanyo Eneloop Rechargeable Nickel Metal Hydride 2500 mAH.
39
3.2.2
Rancangan Rangkaian Robot
Sensor Suara
A0 GND VCC D0
CS SCK MOSI MISO VCC GND
ATMEGA 328
A0 A1 A2 A3 A4 A5
AREF GND 13 12 11 10 9 8
ARDUINO UNO
7 6 5 4 3 2 1 0
Motor Gear
Motor
IOREF RESET 3.3 V 5V GND GND VIN
MicroSD Card Adapter
VCC TRIG ECHO GND
HC-SR04
+
+
-
-
Motor Gear
VCC GND TXD RXD KEY LED - PWRIN +
PLL PWM
M2 E2 E1 M1 M2 E2 E1 M1
A0 A1 A2 A3 A4 A5
PLL : E1-4 M1-5 E2-7 M2-6 PWM : E1-5 M1-4 E2-6 M2-7
IOREF RESET 3.3 V 5V GND GND VIN
L298P
Bluetooth CZ-HC-05
M1- M1+ M2- M2+ AREF GND L298P 13 Shield V1.2 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Gambar 3.10 Rancangan Rangkaian Robot Pengirim
40
Dari rangkaian tersebut dapat dijelaskan penggunaan PIN-PIN :
Motor Gear dengan 2A Motor Shield Pada Motor Gear disambungkan berdasarkan nilai + dan – pada 2A Motor Shield yaitu M1- , M1+, M2- dan M2+. Selanjutnya setelah tersambung antara Motor Gear dengan 2A Motor Shield untuk mengontrol secara digital digunakan PIN (4, 5, 6, 7) yang sudah distandarkan oleh Arduino Uno sebagai PIN Input-Output PWM (Pulse Width Modulation) untuk mengendalikan motor.
Sensor Suara dengan Arduino Uno Pada Sensor Suara terdapat 4 PIN (A0, GND, VCC, D0) kemudian sambungkan 3 PIN ke Arduino Uno yaitu PIN (A0-A0), (GND-GND) dan (VCC-5V). D0 tidak digunakan karena D0 merupakan PIN Digital Output sehingga Sensor Suara dapat digunakan untuk merekam pesan suara.
Micro SD Card Adapter dengan Arduino Uno Pada Micro SD Card Adapter terdapat 6 PIN (CS, SCK, MOSI, MISO, VCC, GND) yang berfungsi untuk menyimpan hasil rekam suara dan data yang akan dikirim melalui Bluetooth kemudian sambungkan 6 PIN ke Arduino Uno yaitu PIN (CS-3), (SCK-13), (MOSI-11), (MISO-12), (VCC-5V), (GND-GND).
Sensor Ultrasonik HC-SR04 dengan Arduino Uno Pada Sensor Ultrasonik HC-SR04 yang berfungsi mendeteksi jarak Robot Penerima dan jarak Robot kembali terdapat 4 PIN (VCC, TRIG, ECHO, GND) kemudian sambungkan 4 PIN ke Arduino UNO yaitu PIN (VCC-5V), (TRIG-9), (ECHO-10), (GND-GND).
Bluetooth CZ-HC-05 dengan Arduino Uno Pada Bluetooth CZ-HC-05 yang berfungsi sebagai media komunikasi antar Robot untuk mengirim pesan suara terdapat 6 PIN (VCC, GND, TXD, RXD, KEY, LED) kemudian sambungkan 4 PIN utama ke Arduino (VCC-5V), (GND-GND), (TXD-2), (RXD-8) setelah terpasang apabila ingin melakukan MODE CMD pada Bluetooth sambungkan PIN (KEY-3) dengan memimjam sementara PIN milik CS pada Micro SD Card Adapter.
41
3.3 Skenario Pengujian Tabel 4.1 Skenario Pengujian Robot Pengirim No
Hal yang diuji Merekam Pesan Suara ke Micro SD
Syarat uji Besarnya gelombang suara
Sifat Pengujian Normal Tidak Normal
1 A = 25x-125x f = 20 Hz – 20 KHz Sensitivitas = 50 dB
Kecilnya gelombang suara
Normal Tidak Normal Normal
Setelah Pwer dihidupkan (ON)
2
Koneksi bluetooh CZ-HC-05
Bluetooth Robot Penerima dalam jangkauan
Bluetooth Robot Pengirim terhubung dengan Bluetooth Robot Penerima
Tidak Normal
Normal
Tidak Normal
Normal
Tidak Normal
Hasil yang diharapkan Hasil rekam suara terdengar jelas Hasil rekam suara terdapat noise Hasil rekam suara tidak terdengar jelas Hasil rekam suara tidak ada suara Bluetooth Ready LED berkedip cepat LED mati atau LED berkedip cepat Bluetooth membangun koneksi, LED berkedip lambat LED mati atau LED berkedip cepat Bluetooth Stanby, LED berkedip lambat sebanyak 2 kali LED mati atau LED berkedip cepat atau LED berkedip lambat
42
Tabel 4.1 Skenario Pengujian Robot Pengirim (Lanjutan) No
3
4
5
6
Hal yang diuji
Syarat uji
Setelah Pesan Suara disimpan dan jarak Robot Penerima kurang Gerakan Robot dari 15 cm Pengririm setelah Setelah berputar menyimpan Pesan 180° estimasi Suara sebesar searah jarum dan jarak Robot Penerima kurang dari 15 cm Pembacaan Sensor Ultrasonik lebih dari 15 cm HC-SR 04 (Jarak benda atau penghalang di cm atau depan Robot 15 kurang Pengirim)
Robot Pengirim terhenti, saling Pengiriman Pesan berhadapan dan Suara dari Robot status bluetooth Pengirim kepada sudah terhubung Robot Penerima dengan Robot Penerima
Gerakan Pengirim mengirim Suara ke Penerima
Robot setelah Pesan Robot
Setelah Pesan Suara dikirim dan jarak kembali Robot kurang dari 15 cm Setelah berputar 180° estimasi sebesar searah jarum dan jarak kembali Robot kurang dari 15 cm
Sifat Pengujian Normal
Hasil yang diharapkan Robot berputar 180°
Tidak Normal
Robot diam
Normal
Robot berjalan maju dan berhenti
Tidak Normal
Robot diam atau berputar
Normal
Robot maju
Tidak Normal Normal Tidak Normal
Normal
Tidak Normal Normal
berjalan
Robot berhenti Robot berhenti Robot berjalan maju Pesan Suara dikirim dari Robot Pengirim ke Robot Penerima, maka Robot Penerima akan menerima dan menyimpan Pesan Suara. Robot Penerima tidak menerima dan tidak menyimpan Pesan Suara Robot berputar 180°
Tidak Normal
Robot diam
Normal
Robot berjalan maju dan berhenti
Tidak Normal
Robot diam atau berputar
