17
BAB III PROSES PERANCANGAN
3.1
Tinjauan Umum Perancangan prototype elevator atau lift tiga lantai ini mengacu pada
lift-lift yang telah ada secara umum dengan tujuan agar hasil perancangan bisa
menyerupai lift yang sebenarnya. Namun demikian ada beberapa fungsi yang tidak diterapkan karena keterbatasan dalam segala hal mengenai sistem ini. Fungsi –fungsi yang tidak diterapkan pada perancangan ini antara lain sistem pengereman atau perlambatan pada pengendalian kecepatan motor penggerak, dan juga tampilan atau indikator lantai sebagai penanda. Secara garis besar sistem prototype elevator atau lift ini terdiri dari tiga bagian utama, yaitu :
Bagian masukan
Bagian pengendali / controller
Bagian keluaran Bagian masukan bertugas memberikan segala informasi mengenai
kondisi yang sedang terjadi pada lift kepada controller. Controller akan mengolah semua informasi dari bagian masukan kemudian akan menentukan langkahlangkah apa saja yang seharusnya dilakukan. Langkah-langkah yang dilakukan kemudian dikirim ke bagian keluaran, kemudian komponen-komponen pada bagian keluaran akan bekerja sesuai perintah yaitu menggerakkan motor
17
18
penggerak. Sedangkan rangkaian catu daya bertugas mengatur supply tegangan yang diperlukan oleh sistem . 3.2
Diagram Blok
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, bahwa controller dalam hal ini ATMEGA 328P berfungsi sebagai otak dari keseluruhan sistem yang mengatur kenerja keseluruhan sistem berdasarkan informasi yang didapat dari komponenkomponen masukan. Dalam hal ini informasi didapat dari tombol-tombol yang terpasang di bagian luar lift pada setiap lantai dan di bagian dalam lift. Tomboltombol ini berfungsi untuk memberi perintah ke controller kelantai berapa lift harus bergerak. Diagram blok pada rangkaian prototype lift ini dapat dilihat pada gambar 3.1 INPUT
CONTROLLER
OUTPUT
ATMEGA 328P
MOTOR PINTU
TOMBOL
SENSOR
MOTOR PENGGERAK LIMIT SWITCH
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Prototype elevator atau lift ini disimulasikan seperti lift pada umumnya. Untuk itu tahapan pengoperasian alat ini adalah, pengguna yang berada di luar lift dapat menekan tombol yang tepat berada disamping pintu lift, dengan begitu lift akan bergerak ke lantai dimana pengguna berada. Setelah pintu lift terbuka pengguna dapat langsung masuk ke dalam lift, lalu pengguna lift dapat menekan tombol yang berada di dalam lift sesuai dengan lantai yang akan pengguna tuju. Tombol yang berada di dalam lift antara lain tombol lantai 1, tombol lantai 2, tombol lantai 3, tombol buka pintu dan tombol tutup pintu. Tombol-tombol lantai ini mengaktifkan sensor-sensor yang terpasang di setiap lantai (yang terpasang di hoistway), yang berfungsi untuk menghentikan lift sesuai dengan lantai yang dituju. Berdasarkan kondisi-kondisi tombol tersebut
19
maka controller akan membacanya, lalu memerintahkan motor utama bekerja. Motor yang dirancang untuk menggerakan lift (melalui kinerja mekanik) mampu menggerakkan lift naik ataupun turun sesuai dengan kondisi tombol. Setelah lift melayani pengguna ke lantai yang dituju, maka controller memerintahkan motor utama untuk mati melalui status sensor lantai yang telah aktif karena berada di lantai yang dituju, sehingga lift dapat berhenti dengan kondisi level. Kemudian controller memerintahkan motor penggerk pintu untuk membuka pintu secara otomatis dengan kecepatan yang telah diatur. Saat pintu membuka penuh (full open) pintu yang membuka akan berhenti secara otomatis melalui limit switch full open yang telah terpasang. Selanjutnya controller akan menghitung sebelum pintu menutup kembali secara otomatis, dalam hal ini pintu dapat menutup kembali lebih cepat jika kita menggunakan tombol tutup pintu yang berada di dalam lift, begitu juga dengan tombol buka pintu, dapat digunakan untuk menahan pintu untuk membuka lebih lama, ataupun membuka kembali pintu yang sedang perlahan menutup. Sehingga dapat menyesuaikan sesuai dengan kondisi pengguna. Setelah pintu sudah kembali menutup penuh (full close), lift pun selanjutnya dapat digunakan kembali untuk melayani pengguna lainnya dengan cara kerja yang sama. Untuk mewujudkan kinerja system seperti yang telah dibahas diatas, system ini di buat seperti skema pada gambar 3.2 RP3
RP2
RESPACK-7
RESPACK-7
microcontrolandos.blogspot.com
LT 3 LT2 DALAM_LT2
LT1 DALAM_LT1
RESET
BUKA
BUKA
A0 A1 A2 A3 A4 A5
SEN_LT1 SEN_LT2 SEN_LT3 LUAR_LT1 LUAR_LT2 LUAR_LT3
PC0/ADC0 PC1/ADC1 PC2/ADC2 PC3/ADC3 PC4/ADC4/SDA PC5/ADC5/SCL
SW OPEN SENSOR LT 3 SW_PINTU_OPEN SEN_LT3
AREF PB5/SCK PB4/MISO
~PB3/MOSI/OC2A ~ PB2/SS/OC1B ~ PB1/OC1A PB0/ICP1/CLKO
DIGITAL (~PWM)
TUTUP
ANALOG IN
TUTUP
2 3 4 5 6 7 8
1
TOMBOL DALAM
DALAM_LT3
1121 ATMEGA328P-PU
2 3 4 5 6 7 8
1
DUINO1
PD7/AIN1
~ PD6/AIN0 PD5/T1 ~ PD4/T0/XCK ~ PD3/INT1 PD2/INT0 TX PD1/TXD RX PD0/RXD
13 12 11 10 9 8
SENSOR LT2
DALAM_LT3 DALAM_LT2 DALAM_LT1
SW_PINTU_CLOSESEN_LT2
SW CLOSE SENSOR LT1
SW_PINTU_OPEN SW_PINTU_CLOSE
7 6 5 4 3 2 1 0
SEN_LT1
PINTU PINTU_PWM KATROL_PWM KATROL TUTUP BUKA U1(VS)
<--- BUKA | TUTUP --->
ARDUINO UNO R3 16 IN1
RP1 RESPACK-7
U2:A 1
4 3
6
7400
KATROL_PWM IN3 IN4
7400
LT3 LUAR_LT3
IN1 IN2 EN1
VSS
VS OUT1 OUT2
U1 3 6
PINTU
IN2
5
2 3 4 5 6 7 8
2
2 7 1
9 10 15
EN2 IN3 IN4
GND
OUT3 GND OUT4
11 14
KATROL
IN3
TOMBOL LUAR
1
PINTU
IN1 IN2 PINTU_PWM
U2:B
8
L293D
LT2 LUAR_LT2
U2:C LT1
KATROL
<--- NAIK | TURUN ---->
U2:D
10
LUAR_LT1
13 8
9
11 12
7400
IN4
7400
Gambar 3.2 Skema Rangkaian Sistem
20
Pada skema rangkaian dapat dilihat bagaimana penyambungan berbagai komponen baik komponen masukan maupun keluaran dengan controller Arduino ATMEGA 328P. Tombol luar lift yang terdiri dari 3 tombol (tombol lantai 1, 2 dan 3) menggunakan pin digital pada Arduino, tombol dalam lift yang terdiri dari 5 tombol (tombol buka pintu dan tutup pintu, dan tombol lantai 1, 2, 3) dimana memanfaatkan pin digital dan analog (menggunakan analog karena ketersediaan pin Arduino yang terbatas), dan juga sensor reed switch yang menggunakan pin analog. Kemudian 2 buah motor DC, yang terdiri dari motor penggerak (katrol) dan motor pintu (buka/ tutup pintu) yang menggunakan PWM yang telah diatur melalui Driver Motor/ Motor Shield L298. 3.3
Perangkat Keras (Hardware) Pada bagian yang telah dijelaskan cara kerja sistem umum yaitu,
bagaimana sistem merespon permintaan pengguna dan mengerjakan langkah-langkah sesuai urutan prioritas. Pada bagian kali ini akan dibahas cara kerja rangkaian dengan lebih rinci pada tiap-tiap bagian pada rangkaian.
3.3.1
Perancangan Sistem Mekanik
Perancangan mekanik terbagi menjadi dua bagian yaitu bagian kerangka lift dan sangkar lift.
Perancangan Kerangka Lift Pembuatan kerangka lift ini dibangun menggunakan acrylic sebagai
dinding-dinding lift. Akrelik yang dipakai sebagai dinding lift mempunyai ketebalan 4mm. Lift yang dibangun adalah lift tiga lantai yang mana ketinggian kerangka lift adalah 60cm x 20cm. Masing-masing lantai memiliki ketinggian sekitar 20cm. Pada kerangka lift ini terpasang dua buah rail sebagai pegangan sangkar lift nantinya. Pada kerangka lift terdapat beberapa buah tombol dan sensor reed switch. Fungsi masing-masing tombol adalah tombol tujuan, tombol panggil (call) dan tombol buka tutup pintu lift. Sedangkan fungsi sensor sendiri sebagai pemutus motor penggerak agar lift dapat berhenti secara otomatis (level dengan lantai) Gambar perancangan kerangka lift dapat dilihat pada gambar 3.3
21
Gambar 3.3 Kerangka Lift Perancangan Sangkar Lift Pada bagian sangkar lift dibangun juga menggunakan bahan acrylic. Ukuran sangkar lift adalah 8cm x 10cm x 12cm. Pada sangkar lift terdapat sebuah motor DC yang digunakan sebagai buka dan tutup pintu lift serta terdapat pula dua buah limit switch yang terletek pada bagian kiri dan kanan sangkar lift yang mana berfungsi sebagai pembatas buka dan tutup pintu secara penuh (full open dan dull close). Agar pintu lift dapat bergerak kekiri dan kekanan dibutuhkan karet tape yang terpasang pada pulley (roller) motor DC dan pulley pada ujung atas pergerakan pintu. Jadi pada saat motor DC berputar arah clock wise (CW) maka pintu kan bergerak menutup pintu pada sangkar lift, begitu juga pada saat motor DC bergerak kearah counter clock wise (CCW) maka pintu terbuka dan akan
22
berhenti jika bersentuhan dengan limit switch. Gambar perancangan sangkar lift dapat dilihat pada gambar 3.4
Gambar 3.4 Sangkar Lift
3.3.2
Rangkaian Catu Daya Rangkaian ini berfungsi untuk mensuplai tegangan keseluruhan
rangkaian yang ada. Rangkaian catu daya yang dibuat memiliki keluaran 12 volt. Keluaran 12 volt tersebut digunakan untuk mensuplai tegangan ke mikrokontroler arduino dan motor dc. Rangkaian catu daya ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini :
Gambar 3.5 Rangkaian Catu Daya Trafo CT merupakan trafo step down yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt DC. Kemudian 12 volt akan disearahkan dengan menggunakan dioda, selanjutnya 12 volt akan diratakan oleh kapasitor 1000μF dan kapasitor 22000μF. Regulator tegangan 12 volt (L2812C) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 12 volt walaupun terjadi perubahan tegangan masukkannya. Dan juga terdapat sebuah LED sebagai indikator saat catu daya bekerja.
23
3.3.3
Rangkaian Tombol dan Limit Switch Rancangan prototype elevator atau lift 3 lantai ini menggunakan 8 buah
tombol dan 2 buah limit switch. Untul tombol terbagi menjadi dua bagian, yaitu 3 buah tombol sebagai tombol luar lift yang terpasang di tiap-tiap lantai (untuk memanggil lift) dan 5 buah tombol sebagai tombol dalam lift yang terpasang di dalam lift (terdiri dari 3 buah tombol untuk melayani ke tiap-tiap lantai, dan 2 buah tombol
sebagai perintah untuk membuka dan menutup pintu lift saat lift berada pada posisi level terhadap lantai). Delapan buah tombol dan 2 buah limit switch ini terhubung ke controller melalui pin digital yang telah tersedia pada arduino. Terpasang pada pin digital karena keluaran atau kerja tombol ini adalah antara on dan off atau 1 dan 0. Berikut adalah gambar rangkaian dari tombol-tombol lift.
RP4 RESPACK-7
RP3
TOMBOL LUAR
2 3 4 5 6 7 8
1
2 3 4 5 6 7 8
1
RESPACK-7
TOMBOL DALAM
LT3
LT 3 LUAR_LT3
DALAM_LT3
LUAR_LT2
DALAM_LT2
LUAR_LT1
DALAM_LT1
LT2
LT1
LT2 LT1
BUKA
BUKA TUTUP
TUTUP
Gambar 3.6 Rangkaian Push Button 3.3.4
Rangkaian Sensor Reed Switch Rangkaian sensor reed switch sama halnya dengan rangkaian tombol dan
juga limit switch, yang membedakan adalah cara kerjanya. Sensor reed switch bekerja melalui medan magnet, dimana medan magnet mengoperasikan kontak yang ada pada reed switch. Pada prototype lift ini sensor reed switch berfungsi untuk mendeteksi lift berada pada level lantai, sehingga pada saat sensor reed switch ini bekerja maka
24
sensor ini akan memerintahkan mikrokontroller untuk memberhentikan motor penggerak sehingga lift pun berhenti secara level (sesuai dengan lantai). Sensor reed switch pada alat ini menggunakan 3 buah yang dipasang di tiap-tiap lantai, sedangkan magnet itu sendiri diletakkan diatas sangkar lift.
3.3.4
Rangkaian Mikrokontroler ATMega 328 Rangkaian mikrokontroler berfungsi untuk mengolah sinyal yang dikirimkan
oleh instrument-instrumen yang ada pada lift. 6 buah push button (tombol lantai) mengirimkan sinyal untuk menggerakan motor penggerak untuk memanggil ataupun melayani pengguna lift (lift naik ataupun turun). 3 buah sensor reed switch untuk memerintahkan motor penggerak agar berhenti (lift berhenti level terhadap lantai). 2 buah push button (tombol buka dan tutup pintu lift) mengirimkan sinyal untuk menggerakan motor pintu untuk membuka ataupun menutup pada saat lift dalam keadaan level. 2 buah Limit Switch untuk memerintahkan motor pintu agar mati atau berhenti setelah pintu lift membuka ataupun menutup secara penuh (full open, full close). Sehingga dari instrument-instrumen tersebut saat digabungkan dengan
program yang disesuaikan dengan cara kerja nya dapat menghasilkan cara kerja lift secara otomatis.
Gambar 3.7 Diagram pin out arduino uno
25
Sebuah rangkaian Arduino Uno ditunjukan pada gambar di atas. Arduino Uno menggunakan mikrokontroler ATMega 328p dan memiliki 14 input output dan 6 input analog (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jak power, ICSOP header, dan tombol reset. Gambar rangkaian ATMega 328p ditunjukkan pada gambar 3.5 berikut ini :
Gambar 3.8 Rangkaian ATMega 328 Sumber tegangan untuk Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Eksternal (nonUSB) daya dapat berasal baik dari AC-ke adaptor-DC atau baterai. Arduino dapat beroperasi dengan pasokan tegangan eksternal 6 sampai 20 volt. Apabila diberikan tegangan kurang dari 7 volt, jika tegangan pada pin 5 volt kemungkinan akan kurang dari 5 volt dan dapat menyebabkan board arduino tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12 volt, regulator tegangan bisa panas dan merusak board arduino. Kisaran yang disarankan adalah 7 sampai 12 volt.
3.3.6
Rangkaian Driver Motor DC Untuk mengendalikan perputaran motor dc dibutuhkan sebuah driver.
Driver ini berfungsi untuk memutar motor dc searah/berlawanan arah dengan arah jarum jam. Mikrokontroler tidak dapat langsung mengendalikan putaran motor dc, karena itu dibutuhkan driver sebagai perantara antara mikrokontroler dan motor dc, sehingga perputaran dari motor dc dapat dikendalikan oleh mikrokontroler.
26
Pada tugas akhir ini rangkaian driver motor dc menggunakan modul motor shield L298. Diagram rangkaian driver motor dc L298 dengan ATMega 329 ditunjukkan pada gambar 3.8 berikut ini : ATMEGA328P 13 12 11 10 9 8 7 7 7
PD0/RXD/PCINT16 PD1/TXD/PCINT17 PD2/INT0/PCINT18 PD3/INT1/OC2B/PCINT19 PD4/T0/XCK/PCINT20 PD5/T1/OC0B/PCINT21 PD6/AIN0/OC0A/PCINT22 PD7/AIN1/PCINT23 AREF
1 ATMEGA328P AVCC 13 12 11 10 9 8 7 7 7 1
PD0/RXD/PCINT16 PD1/TXD/PCINT17 PD2/INT0/PCINT18 PD3/INT1/OC2B/PCINT19 PD4/T0/XCK/PCINT20 PD5/T1/OC0B/PCINT21 PD6/AIN0/OC0A/PCINT22 PD7/AIN1/PCINT23 AREF AVCC
PB0/ICP1/CLKO/PCINT0 PB1/OC1A/PCINT1 PB2/SS/OC1B/PCINT2 PB3/MOSI/OC2A/PCINT3 PB4/MISO/PCINT4 PB5/SCK/PCINT5 PB6/TOSC1/XTAL1/PCINT6 PB7/TOSC2/XTAL2/PCINT7 PC0/ADC0/PCINT8 PC1/ADC1/PCINT9 PC2/ADC2/PCINT10 PC3/ADC3/PCINT11 PC4/ADC4/SDA/PCINT12 PC5/ADC5/SCL/PCINT13 PC6/RESET/PCINT14
2 3 5 4 2 3 5 4
PB0/ICP1/CLKO/PCINT0 PB1/OC1A/PCINT1 PB2/SS/OC1B/PCINT2 PB3/MOSI/OC2A/PCINT3 PB4/MISO/PCINT4 PB5/SCK/PCINT5 PB6/TOSC1/XTAL1/PCINT6 PB7/TOSC2/XTAL2/PCINT7 PC0/ADC0/PCINT8 PC1/ADC1/PCINT9 PC2/ADC2/PCINT10 PC3/ADC3/PCINT11 PC4/ADC4/SDA/PCINT12 PC5/ADC5/SCL/PCINT13 PC6/RESET/PCINT14
2 3 5 4 2 3 5 4 13 12 11 10 9 8 7
12 V
16 2 9 1
13 12 11 10 9 8 7
12 V
16 2 9 1
11 12 19
IN1 IN2 EN1
5V
VSS
5V
IN1 IN2 EN1
8 VS OUT1 OUT2
3 8
MOTOR PENGGERAK
11 12 19
EN2 IN3 IN4
GND
OUT3 GND OUT4
13 18
L298
8 VS OUT1 OUT2
VSS
3 8
MOTOR PINTU LIFT MOTOR PENGGERAK
EN2 IN3 IN4
GND
OUT3 GND OUT4
13 18
L298
Gambar 3.9 Diagram rangkaian driver motor DC MOTOR PINTU LIFT
Pada rangkaian diatas, driver L298 mendapat input dari pin 4 dan pin 5 arduino. Pin – pin tersebut yang akan mengatur perubahan arah putaran motor dc sesuai dengan perintah yang diberikan. Driver L298 mendapat tegangan kerja sebesar 5 volt dc. Sedangkan untuk menggerakkan motor dc dibutuhkan power input sebesar 12 volt dc.
3.4 3.4.1
Perangkat Lunak (Software) Diagram Flow Chart
Mikrokontroler sebagai otak pengendali tidak begitu saja dapat bekerja secara otomatis mengendalikan komponen-komponen dalam rangkaian yang telah tersusun. Diperlukan perangankat lunak atau program yang berisi intruksi-intruksi dalam bahasa C yang nantinya ditanamkan pada chip mikrokontroler sebagai pengendali komponen-komponen agar dapat bekerja sebagaimana mestinya. Untuk mempermudah perancangan perangkat lunak tersebut, terlebih dahulu dibuat diagram alur (flowchart) yang harus dikerjakan oleh mikrokontroler seperti tampak gambar dibawah ini :
27
Gambar 3.10 Proses inisialisasi
28
Gambar 3.11 Proses buka dan tutup pintu lift
29
Gambar 3.12 Proses keseluruhan pengendali lift tiga lantai
30
Secara garis besar urutan perintah pada prototype elevator atau lift ini dapat dilihat pada flow chart diatas. Sistem akan melihat apakah ada panggilan atau tidak, ditandai dengan tekanan tombol pada lantai yang terletak didalam ataupun diluar lift. Jika salah satu tombol ditekan maka sistem akan mengaktifkan program sesuai dengan skenarionya, sehingga lift akan bergerak naik ataupun turun ke lantai yang dituju. Setelah lift berhenti (level) maka sistem langsung mengaktifkan program untuk proses buka atau tutup pintu lift. Pada saat pintu lift mulai terbuka sampai terbuka penuh dan mulai tertutup lagi, controller akan selalu melihat apakah tombol tutup pintu manual (tombol tutup pintu) aktif atau tidak. Jika tombol ini atif maka controller akan segera menutup kembali pintu lift. Jik tidak maka proses membuka pintu dilanjutkan sampai pintu terbuka penuh (full open). Informasi terbuka atau tertutup penuh pintu atau dimana secara langsung menghentikan pintu (door stop) didapat dari dua buah limit switch yang terdapat pada kedua tepi pintu elevator. Setelah pintu terbuka penuh dan tidak ada permintaan tutup manual maka sistem akan menunggu sekitar 5 detik sebelum menutup pintu secara otomatis. Saat pintu mulai tertutup samapai tertutup penuh controller akan melihat apakah ada permintaan buka pintu manual atau tidak. Jika tombol buka pintu lift aktif maka controller akan segera membuka pintu kembali. Namun jika sampai pintu tertutup penuh tidak ada permintaan buka manual maka sistem akan meneruskan proses yaitu naik atau turun sesuai urutan pada program utama.
