TUGAS AKHIR
Pengontrol Motor Stepper Menggunakan Potensiometer Berbasis IC TTL
Disusun Oleh : Fathur Rachman 01402-013
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2009
LEMBAR PENGESAHAN Pengontrol Motor Stepper Menggunakan Potensiometer Berbasis IC TTL Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Kelulusan Pendidikan Strata Satu (S1) Program Studi Teknik Elektro Disusun Oleh : FATHUR RACHMAN NIM : 01402-013
Disetujui Oleh :
Dosen Pembimbing
Ir. Yudhi Gunardi, MT
Mengetahui Ketua Program Studi / Koordinator Tugas Akhir Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri
Ir. Yudhi Gunardi, MT
ii
ABSTRAK Sistem kontrol dari suatu alat penggerak diperlukan untuk mewakili pergerakan yang di inginkan. Dengan sistem kontrol, penggerak dapat dikontrol posisinya agar sesuai dengan yang di inginkan. Pada penelitian ini dikembangkan sebuah alat pengontrol pergerakan motor stepper yang dapat di kontrol secara kontinu. Metoda yang digunakan menggunakan Potensiometer. Dengan Potensiometer dapat diperoleh variasi besaran tegangan dan akan diubah menjadi bilangan biner. Metoda ini digunakan untuk mengindikasikan setiap perpindahan posisi pergerakan motor stepper.
iii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala karena hanya atas izin dan ridho-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini. Tugas akhir ini diberi judul “Pengontrol Motor Stepper Menggunakan Potensiometer Berbasis IC TTL“. Tema ini diambil karena penulis merasa tertarik untuk mempelajari sistem kontrol pada motor stepper, dengan potensiometer sebagai pengontrolnya yang belum banyak dipakai sebelumnya. Dengan metoda ini dapat ditentukan langkah-langakh dari motor stpeer. Pada Kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya kepada : 1.
Kedua orang tua penulis, Nirwan Ronaz dan Siti Zulaecha yang dengan tanpa
lelah dan selalu bersemangat memberikan dukungan moril serta materi 2.
Bpk. Ir. Yudhi Gunardi, MT selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro dan
selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dan saran sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. 3.
Kakak dan adik – adik tersayang yang telah memberikan perhatiannya.
4.
Teman-teman angkatan 2002, M.A Ghofar, Eddy Gatot A, Iwan Indrawanto,
Herry Banjarnahor. dan semua angkatan yang telah menjadi bagian selama di perkuliahan. 5.
Novi Trisnawati yang telah banyak memberi dukungan dan dorongan.
6.
Semua staff dan karyawan universitas MERCU BUANA yang telah
membantu dalam pengurusan tugas akhir ini. Dan juga semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak langsung dalam penyusunan tugas akhir ini. Semoga amal baik Bapak, Ibu, Saudara dan rekan-rekan mendapatkan ridho dan balasan dari Allah SWT.
iv
Dalam penulisan tugas akhir ini penulis merasa masih banyak kekurangan, karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun guna penyempurnaan tugas akhir ini. Semoga penulisan tugas akhir ini berguna bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya.
Jakarta, September 2009
Fathur Rachman NIM : 01402 - 013
v
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................
ii
ABSTRAK ................................................................................................
iii
KATA PENGANTAR ............................................................................
iv
DAFTAR ISI ............................................................................................
vi
DAFTAR GAMBAR .............................................................................
viii
DAFTAR TABEL ..................................................................................
x
BAB I
PENDAHULUAN .............................................................
1
1.1
Latar Belakang .............................................................
1
1.2
Tujuan .............................................................................
1
1.4
Batasan Masalah ..........................................................
2
1.5
Metode Penulisan .........................................................
2
1.6
Sistematika Penulisan Laporan ....................................
3
DASAR TEORI .................................................................
5
2.1
Motor Stepper ..............................................................
5
2.2
Komponen Dasar Elektronika ......................................
10
2.2.1
Resistor...............................................................
10
2.2.2
Potensiometer ....................................................
13
2.2.3
Kondensator Elektrolit (ELCO) .........................
14
2.3
Penguat Operasional (Op-Amp) ....................................
16
3.4
Komparator (IC LM324) ..............................................
24
3.5
Darlington Driver (ULN 2803) ....................................
25
BAB II
vi
BAB III
BAB IV
BAB V
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT .....
26
3.1
Perancangan Sistem .......................................................
26
3.2
Pengkondisi posisi ..........................................................
27
3.3
Motor stepper .................................................................
28
3.4
Komparator .....................................................................
28
3.5
Pengkodisi sinyal ............................................................
29
3.6
Encoder ..........................................................................
30
ANALISIS DAN PENGUJIAN ALAT .........................
31
4.1
Pengujian Rangkaian Pengkondisi Posisi .........................
31
4.2
Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal ........................
34
4.3
Pengujian Rangkaian Encoder ..........................................
35
4.4
Pengujian Sistem Keseluruhan..........................................
36
PENUTUP
..........................................................................
37
5.1
Kesimpulan ..................................................................
37
5.2
Saran
..........................................................................
37
DAFTAR PUSTAKA
..........................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR)
...............................................
6
Gambar 2.2. Ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe Permanent magnet (PM) ............................................................
7
Gambar 2.3. Penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid ................
8
Gambar 2.4.
Motor stepper dengan lilitan unipolar.......................................
8
Gambar 2.5.
Motor stepper dengan lilitan bipolar.........................................
9
Gambar 2.6.
Potensiometer............................................................................
13
Gambar 2.7. Penguat Diferensial ...................................................................
16
Gambar 2.8.
Diagram blok Op-Amp .............................................................
17
Gambar 2.9.
Diagram schematic simbol Op-Amp.........................................
17
Gambar 2.10. Penguat Inverter ........................................................................
21
Gambar 2.11. Penguat non-inverter .................................................................
22
Gambar 2.12. IC LM324..................................................................................
24
Gambar 2.13. Op-Amp dalam rangkaian IC....................................................
24
Gambar 2.14. Rangkain Comparator ...............................................................
24
Gambar 2.15. IC ULN2803 .............................................................................
25
Gambar 2.16. Transistor Darlington ................................................................
25
Gambar 3.1 Digram blok pengontrol lengan robot........................................
26
Gambar 3.2
Pengkondisi posisi.....................................................................
27
Gambar 3.3. Pergerakan Motor Stepper .........................................................
28
Gambar 3.4. Rangkaian komparator ...............................................................
28
viii
Gambar 3.5 Rangkaian pengkondisi sinyal ...................................................
29
Gambar 4.1 Potensiometer tercatu tegangan 5 VDC .....................................
31
Gambar 4.2
Op-Amp dalam rangkaian IC.....................................................
31
Gambar 4.3 Pengujian pergerakan posisi.......................................................
32
Gambar 4.4. (a) Bentuk pulsa keluaran dari encoder.......................................
35
. (b) Penerapan output encoder pada motor stepper......................
35
ix
DAFTAR TABEL Tabel 1. Nilai Warna Gelang Resistor ..............................................................
11
Tabel 2. Parameter Op-Amp .............................................................................
18
Tabel 3. Encoder Motor Stepper.......................................................................
30
Tabel 4. Mode langkah penuh pada Motor Stepper..........................................
32
Tabel 5. Hasil pengujian rangkaian pengkondisi posisi....................................
33
Tabel 6. Hasil pengujian IC 74HC86 (Ex-or)...................................................
34
Tabel 7. Hasil pengujian rangkaian Pengkondisi Sinyal ..................................
34
Tabel 8. Hasil pengujian Rangkaian Encoder Motor Stepper...........................
35
Tabel 9. Hasil pengujian Sistem Keseluruhan ..................................................
36
x
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi semakin pesat dan mempengaruhi berbagai aspek kehidupan manusia. Pengolahan data dan informasi tidak dapat begitu saja dilepaskan dengan kehidupan sehari-hari. Ilmu pengetahuan, pendidikan, ekonomi, sosial, budaya dan bidang-bidang lainnya memerlukan sistem pengolahan data dan informasi secara cepat dan tepat agar masing-masing bidang tersebut dapat berjalan dengan baik dan lancar. Dan, tidak hanya itu saja melainkan dibutuhkan juga suatu sistem agar dapat mengontrol suatu fungsi yang dingini tersebut. Untuk itulah penulis mencoba membuat pengontrol sistem penggerak manual simulasi pergerakan lengan yang dapat mewakili pergerakan lengan yaitu penggerak motor stepper yang dapat diaplikasikan bermacam fungsi dengan pengontrol terpasang pada lengan. Dengan dasar perancangan sistem elektronika beserta perangkat pendukungnya, diharapkan sistem dapat berjalan sesuai dan efektif sehingga hasil kerja yang dihasilkan juga maksimal.
1.2
Tujuan Rancang bangun ini bertujuan untuk membangun sistem pengontrol pada suatu bentuk lengan robot yang dapat mewakili fungsi dari fungsi lengan yang kita miliki. Salah satu kendala yang umumnya terpikir adalah objek yang akan di kerjakan. Hal ini bisa disebabkan oleh berbagai macam hal. Misal, terlalu beresikonya pekerjaan yang akan di kerjakan, dan berbagai macam hal lainnya. Dan diharapkan dapat bermanfaat dalam hal kebaikan. •
Sistem yang di gunakan adalah IC TTL dan di dukung dengan semua komponen aktif dan komponen pasif elektronika.
1
1.3
Batasan Masalah Agar penulisan dan tujuan Tugas Akhir ini tercapai dengan baik, maka diberikan beberapa batasan masalah, antara lain : • Penggerak menggunakan Motor Stepper • Sistem menggunakan IC TTL standard • Jumlah Motor Stepper 2 buah dan Motor DC
1.4
Metode Penulisan Di dalam penyusunan tugas akhir ini, pada awalnya dilakukan pengamatan dari beberapa referensi baik dari buku, internet maupun dari majalah elektronik untuk mencari topik yang cocok. Setelah itu dicoba untuk diolah dan dianalisis. Setelah dianalisis, topik tersebut direlisasikan berupa suatu alat yang kemudian dievaluasi, termasuk didalamnya melakukan pengujian untuk mengetahui alat tersebut apakah bekerja dengan baik. Berdasarkan beberapa literature yang dimodifikasi rangkaian yang dibuat kemudian diuji kemampuannya serta dianalisis hasilnya. Menganalisa objek yang ditinjau dan dijadikan sebagai data sehingga dapat memberikan gambaran yang cukup jelas mengenai objek yang ditinjau. Untuk mendapatkan data penulisan yang diperlukan, upaya yang dilakukan oleh penulis adalah dengan cara : 1. Metode Observasi langsung Æ Dilakukan dengan cara mengadakan peninjauan secara langsung baik dengan melakukan ujicoba analisa maupun pengukuran.
2
2. Metode Observasi tak langsung Æ Mewawancarai Dosen, Teman, ataupun pihak lain yang berhubungan dengan objek yang di teliti. 3. Studi literature Æ Pengumpulan data yang berhubungan dengan masalah yang akan di bahas, berdasarkan buku, dokumen dan catatan perkuliahan. 1.5
Sistematika Penulisan Untuk mempermudah serta mengetahui materi yang akan dibahas, maka pada penulisan tugas akhir ini akan diuraikan dalam lima bab yang garis besarnya sebagi berikut :
BAB I
PENDAHULUAN Bab ini membahas tentang latar belakang penulisan tugas akhir, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II TEORI DASAR Pada bab ini membahas tentang teori dasar dari komponenkomponen yang digunakan pada stethoscope elektronik, antara lain : •
Motor Stepper
•
Komponen Dasar Elektronika
•
Penguat Operasional
•
Rangkaian IC TTL
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT Pada bab ini menjelaskan pembuatan alat pada sistem sistem pengontrol Motor stepper.
3
BAB IV ANALISIS DAN PENGUJIAN ALAT Bab ini membahas pengujian alat dan analisa yang dilakukan pada alat yang telah dibuat. BAB V KESIMPULAN Pada bab ini berisi kesimpulan dari bab – bab sebelumnya yang diperoleh dari pembuatan dan pengujian alat, serta sistem kerja alat.
4
BAB II DASAR TEORI 2.1.
Motor Stepper Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan
mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan
motor
stepper
diperlukan
pengendali
motor
stepper
yang
membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya antara lain adalah : •
Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.
•
Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak
•
Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi
•
Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)
•
Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC
•
Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung ke porosnya
•
Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.
5
Pada dasarnya terdapat 3 tipe motor stepper yaitu: 1. Motor stepper tipe Variable reluctance (VR) Motor stepper jenis ini telah lama ada dan merupakan jenis motor yang secara struktural paling mudah untuk dipahami. Motor ini terdiri atas sebuah rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator. Ketika lilitan stator diberi energi dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi termagnetasi. Perputaran terjadi ketika gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR):
Gambar 2.1. Penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR) 2. Motor stepper tipe Permanent Magnet (PM) Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng bundar (tin can) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang diselangseling dengan kutub yang berlawanan (perhatikan gambar 2.9). Dengan adanya magnet permanen, maka intensitas fluks magnet dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat menghasilkan torsi yang lebih besar. Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi langkah (step) yang rendah
6
yaitu antara 7,50 hingga 150 per langkah atau 48 hingga 24 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe permanent magnet:
Gambar 2.2. Ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe permanent magnet (PM) 3. Motor stepper tipe Hybrid (HB) Motor stepper tipe hibrid memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari kedua tipe motor stepper sebelumnya. Motor stepper tipe hibrid memiliki gigi-gigi seperti pada motor tipe VR dan juga memiliki magnet permanen yang tersusun secara aksial pada batang porosnya seperti motor tipe PM. Motor tipe ini paling banyak digunkan dalam berbagai aplikasi karena kinerja lebih baik. Motor tipe hibrid dapat menghasilkan resolusi langkah yang tinggi yaitu antara 3,60 hingga 0,90 per langkah atau 100-400 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid:
7
Gambar 2.3. Penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper dapat dibagi menjadi jenis unipolar dan bipolar. Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch / transistor setiap lilitannya. Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup dengan menerapkan pulsa digital yang hanya terdiri atas tegangan positif dan nol (ground) pada salah satu terminal lilitan (wound) motor sementara terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan (VM) pada bagian tengah (center tap) dari lilitan (perhatikan gambar 2.11).
Gambar 2.4. Motor stepper dengan lilitan unipolar
8
Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan sebaliknya (perhatikan gambar 2.12). Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang agak lebih kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper bipolar memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam hal torsi yang lebih besar untuk ukuran yang sama.
Gambar 2.5. Motor stepper dengan lilitan bipolar
9
2.2
Komponen Dasar Elektronika 2.2.1
Resistor Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa
bahan seperti tembaga, perak, emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan-bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai insulator. Bagaimana prinsip konduksi, dijelaskan pada artikel tentang semikonduktor. Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon . Dari hukum Ohms diketahui, resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega). Tipe resistor yang umum adalah berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan Ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association) seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut. Waktu penulis masuk pendaftaran kuliah elektro, ada satu test yang harus dipenuhi yaitu diharuskan tidak buta warna. Belakangan baru diketahui bahwa mahasiswa elektro wajib untuk bisa membaca warna gelang resistor (barangkali).
10
Tabel - 1 : Nilai Warna Gelang Resitor Warna
Nilai
faktor Toleransi pengali
Hitam
0
1
Coklat
1
10
1%
Merah
2
100
2%
Jingga
3
1.000
Kuning
4
10.000
Hijau
5
100.000
Biru
6
106
Violet
7
107
Abu-abu
8
108
Putih
9
109
Emas
-
0.1
5%
Perak
-
0.01
10%
Tanpa warna
-
-
20%
Resistansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah gelang toleransi berwarna coklat, merah, emas atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini berada pada badan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan warna gelang yang pertama agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resistor tersebut. Kalau anda telah bisa menentukan mana gelang yang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya. Jumlah gelang yang melingkar pada resistor umumnya sesuai dengan besar toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki 3 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki 4 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang terakhir adalah faktor pengalinya. 11
Misalnya resistor dengan gelang kuning, violet, merah dan emas. Gelang berwarna emas adalah gelang toleransi. Dengan demikian urutan warna gelang resitor ini adalah, gelang pertama berwarna kuning, gelang kedua berwana violet dan gelang ke tiga berwarna merah. Gelang ke empat tentu saja yang berwarna emas dan ini adalah gelang toleransi. Dari tabel-1 diketahui jika gelang toleransi berwarna emas, berarti resitor ini memiliki toleransi 5%. Nilai resistansisnya dihitung sesuai dengan urutan warnanya. Pertama yang dilakukan adalah menentukan nilai satuan dari resistor ini. Karena resitor ini resistor 5% (yang biasanya memiliki tiga gelang selain gelang toleransi), maka nilai satuannya ditentukan oleh gelang pertama dan gelang kedua. Masih dari tabel-1 diketahui gelang kuning nilainya = 4 dan gelang violet nilainya = 7. Jadi gelang pertama dan kedua atau kuning dan violet berurutan, nilai satuannya adalah 47. Gelang ketiga adalah faktor pengali, dan jika warna gelangnya merah berarti faktor pengalinya adalah 100. Sehingga dengan ini diketahui nilai resistansi resistor tersebut adalah nilai satuan x faktor pengali atau 47 x 100 = 4.7K Ohm dan toleransinya adalah 5%. Spesifikasi lain yang perlu diperhatikan dalam memilih resitor pada suatu rancangan selain besar resistansi adalah besar watt-nya. Karena resistor bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya berupa panas sebesar W=I2R watt. Semakin besar ukuran fisik suatu resistor bisa menunjukkan semakin besar kemampuan disipasi daya resistor tersebut. Ohm (lambang: Ω) adalah satuan SI impedansi listrik, atau dalam kasus arus searah, hambatan listrik. Nama satuan ini berasal dari ilmuwan Georg Ohm. Satu ohm (yang diukur oleh alat ohmmeter) adalah hambatan listrik pembawa arus yang menghasilkan perbedaan tegangan satu volt ketika arus satu ampere melewatinya.
12
Kemampuan
resistor
untuk
menghambat
disebut
juga
resistensi atau hambatan listrik. Besarnya diekspresikan dalam satuan Ohm. Suatu resistor dikatakan memiliki hambatan 1 Ohm apabila resistor tersebut menjembatani beda tegangan sebesar 1 Volt dan arus listrik yang timbul akibat tegangan tersebut adalah sebesar 1 ampere. Hubungan antara hambatan, tegangan, dan arus, dapat disimpulkan melalui hukum berikut ini, yang terkenal sebagai hukum Ohm:
2.2.2
Potensiometer Komponen ini pada dasarnya terdiri atas suatu lintasan dari sejenis
bahan resistif yang di geseri jari kontak. Bahan resistif tersebut nilainya dapat berubah-ubah dengan jalan menggeser atau memutar toggle pada alat tersebut. Sehingga nilai resistor dapat kita tetapkan sesuai dengan kebutuhan. Potensiometer Pin out : Kaki 1 = Input Kaki 2 = Output Kaki 3 = Ground
Gambar 2.6. Potensiometer Ada berbagai jenis resistor yang dibuat, dari lilitan tunggal jenis geser terbuka atau tertutup, sampai lilitan banyak. Komponen ini bisa ditujukan hanya sebagai resistansi yang mempersyaratkan dapat di-preset dan karena itu hanya disetel beberapa kali saja selama umur operasionalnya, atau sebagai pengendali yang diperlukan untuk diubah-ubah secara terusmenerus di sepanjang lintasannya. Yang tersebut terakhir ini harus kokoh,
13
mantap dan mampu diputari beribu-ribu kali sebelum menjadi rusak. Pada umumnya persyaratan bagi suatu potensiometer termasuk dalam salah satu dari kategori di bawah ini :
2.2.3
•
Preset atau trimmer
•
Pengendalian serbaguna
•
Pengendalian ketelitian
Kondensator Elektrolit (ELCO) Kondensator (Capasitor) adalah suatu alat yang dapat menyimpan
energi
di
dalam
medan
listrik,
dengan
cara
mengumpulkan
ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatanmuatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujungujung kakinya. Kondensator Kondensator atau sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad. Ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Kondensator kini juga dikenal sebagai "kapasitor", namun kata "kondensator" masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa
14
Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya. •
Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.
Lambang kondensator (mempunyai kutub positif dan negatif) pada skema elektronika. •
Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju yang sering disebut kapasitor (capacitor).
Lambang kapasitor (tidak mempunyai kutub) pada skema elektronika. Namun kebiasaan dan kondisi serta artikulasi bahasa setiap negara tergantung pada masyarakat yang lebih sering menyebutkannya. Kini kebiasaan orang tersebut hanya menyebutkan salah satu nama yang paling dominan digunakan atau lebih sering didengar. Pada masa kini, kondensator sering disebut kapasitor (capacitor) ataupun sebaliknya yang pada ilmu elektronika disingkat dengan huruf (C). Satuan dalam kondensator disebut Farad. Satu Farad = 9 x 1011 cm² yang artinya luas permukaan kepingan tersebut menjadi 1 Farad sama dengan 106 mikroFarad (µF), jadi 1 µF = 9 x 105 cm².
15
Satuan-satuan sentimeter persegi (cm²) jarang sekali digunakan karena kurang praktis, satuan yang banyak digunakan adalah: •
1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad)
•
1 µF = 1.000.000 pF (piko Farad)
•
1 µF = 1.000 nF (nano Farad)
•
1 nF = 1.000 pF (piko Farad)
•
1 pF = 1.000 µµF (mikro-mikro Farad)
Berdasarkan kegunaannya kondensator kita bagi dalam: 1. Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah) 2. Kondensator elektrolit (Electrolite Condenser = Elco) 3. Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah) 2.3
Penguat Operasional (Operasional Amplifier) Op-amp dinamakan juga dengan penguat diferensial (differential amplifier).
Sesuai dengan istilah ini, op-amp adalah komponen IC yang memiliki 2 input tegangan dan 1 output tegangan, dimana tegangan output-nya adalah proporsional terhadap perbedaan tegangan antara kedua inputnya itu. Penguat diferensial seperti yang ditunjukkan pada gambar-1 merupakan rangkaian dasar dari sebuah op-amp.
Gambar 2.7. Penguat Diferensial
16
Pada rangkaian yang demikian, persamaan pada titik Vout adalah Vout = A(v1-v2) dengan A adalah nilai penguatan dari penguat diferensial ini. Titik input v1 dikatakan sebagai input non-iverting, sebab tegangan vout satu phase dengan v1. Sedangkan sebaliknya titik v2 dikatakan input inverting sebab berlawanan phasa dengan tengangan vout.
Diagram Op-amp Op-amp di dalamnya terdiri dari beberapa bagian, yang pertama adalah penguat diferensial, lalu ada tahap penguatan (gain), selanjutnya ada rangkaian penggeser level (level shifter) dan kemudian penguat akhir yang biasanya dibuat dengan penguat push-pull kelas B. Gambar-2(a) berikut menunjukkan diagram dari op-amp yang terdiri dari beberapa bagian tersebut.
Gambar 2.8. Diagram blok Op-Amp
Gambar 2.9. Diagram schematic simbol Op-Amp
17
Simbol op-amp adalah seperti pada gambar-2(b) dengan 2 input, noninverting (+) dan input inverting (-). Umumnya op-amp bekerja dengan dual supply (+Vcc dan –Vee) namun banyak juga op-amp dibuat dengan single supply (Vcc – ground). Simbol rangkaian di dalam op-amp pada gambar-2(b) adalah parameter umum dari sebuah op-amp. Rin adalah resitansi input yang nilai idealnya infinit (tak terhingga). Rout adalah resistansi output dan besar resistansi idealnya 0 (nol). Sedangkan AOL adalah nilai penguatan open loop dan nilai idealnya tak terhingga.
Saat ini banyak terdapat tipe-tipe op-amp dengan karakterisktik yang spesifik. Op-amp standard type 741 dalam kemasan IC DIP 8 pin sudah dibuat sejak tahun 1960-an. Untuk tipe yang sama, tiap pabrikan mengeluarkan seri IC dengan insial atau nama yang berbeda. Misalnya dikenal MC1741 dari motorola, LM741 buatan National Semiconductor, SN741 dari Texas Instrument dan lain sebagainya. Tergantung dari teknologi pembuatan dan desain IC-nya, karakteristik satu op-amp dapat berbeda dengan op-amp lain. Tabel-1 menunjukkan beberapa parameter op-amp yang penting beserta nilai idealnya dan juga contoh real dari parameter LM714. Tabel-2 : Parameter Op-amp
Tabel 2 : parameter op-amp yang penting Penguatan Open-loop Op-amp idealnya memiliki penguatan open-loop (AOL) yang tak terhingga. Namun pada prakteknya op-amp semisal LM741 memiliki penguatan yang terhingga kira-kira 100.000 kali. Sebenarnya dengan penguatan yang sebesar ini, sistem penguatan op-amp menjadi tidak stabil.
18
Input diferensial yang amat kecil saja sudah dapat membuat outputnya menjadi saturasi. Pada bab berikutnya akan dibahas bagaimana umpan balik bisa membuat sistem penguatan op-amp menjadi stabil.
Unity-gain frequency Op-amp ideal mestinya bisa bekerja pada frekuensi berapa saja mulai dari sinyal dc sampai frekuensi giga Herzt. Parameter unity-gain frequency menjadi penting jika op-amp digunakan untuk aplikasi dengan frekuensi tertentu. Parameter AOL biasanya adalah penguatan op-amp pada sinyal DC. Response penguatan op-amp menurun seiring dengan menaiknya frekuenci sinyal input. Op-amp LM741 misalnya memiliki unity-gain frequency sebesar 1 MHz. Ini berarti penguatan op-amp akan menjadi 1 kali pada frekuensi 1 MHz. Jika perlu merancang aplikasi pada frekeunsi tinggi, maka pilihlah opamp yang memiliki unity-gain frequency lebih tinggi.
Slew rate Di dalam op-amp kadang ditambahkan beberapa kapasitor untuk kompensasi dan mereduksi noise. Namun kapasitor ini menimbulkan kerugian yang menyebabkan response op-amp terhadap sinyal input menjadi lambat. Op-amp ideal memiliki parameter slew-rate yang tak terhingga. Sehingga jika input berupa sinyal kotak, maka outputnya juga kotak. Tetapi karena ketidak idealan op-amp, maka sinyal output dapat berbentuk ekponensial. Sebagai contoh praktis, op-amp LM741 memiliki slew-rate sebesar 0.5V/us. Ini berarti perubahan output op-amp LM741 tidak bisa lebih cepat dari 0.5 volt dalam waktu 1 us.
Parameter CMRR Ada satu parameter yang dinamakan CMRR (Commom Mode Rejection Ratio). Parameter ini cukup penting untuk menunjukkan kinerja opamp tersebut. Op-amp dasarnya adalah penguat diferensial dan mestinya tegangan input yang dikuatkan hanyalah selisih tegangan antara input v1 (non-inverting) dengan input v2 (inverting). Karena ketidak-idealan op-amp, maka tegangan persamaan dari kedua input ini ikut juga dikuatkan. Parameter
19
CMRR diartikan sebagai kemampuan op-amp untuk menekan penguatan tegangan ini (common mode) sekecil-kecilnya. CMRR didefenisikan dengan rumus CMRR = ADM/ACM yang dinyatakan dengan satuan dB. Contohnya opamp dengan CMRR = 90 dB, ini artinya penguatan ADM (differential mode) adalah kira-kira 30.000 kali dibandingkan penguatan ACM (commom mode). Kalau CMRR-nya 30 dB, maka artinya perbandingannya kira-kira hanya 30 kali. Kalau diaplikasikan secara real, misalkan tegangan input v1 = 5.05 volt dan tegangan v2 = 5 volt, maka dalam hal ini tegangan diferensialnya (differential mode) = 0.05 volt dan tegangan persamaan-nya (common mode) adalah 5 volt. Pembaca dapat mengerti dengan CMRR yang makin besar maka op-amp diharapkan akan dapat menekan penguatan sinyal yang tidak diinginkan (common mode) sekecil-kecilnya. Jika kedua pin input dihubung singkat dan diberi tegangan, maka output op-amp mestinya nol. Dengan kata lain, op-amp dengan CMRR yang semakin besar akan semakin baik.
Op-amp ideal Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp seperti yang telah dimaklumi ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp ideal memiliki open loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti misalnya op-amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~ 105. Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Disinilah peran rangkaian negative feedback (umpanbalik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite). Impedasi input op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap masukannya adalah 0. Sebagai perbandingan praktis, op-amp LM741 memiliki impedansi input Zin = 106 Ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar sehingga arus input op-amp LM741 mestinya sangat kecil.
20
Ada dua aturan penting dalam melakukan analisa rangkaian op-amp berdasarkan karakteristik op-amp ideal. Aturan ini dalam beberapa literatur dinamakan golden rule, yaitu : Aturan 1 : Perbedaan tegangan antara input v+ dan v- adalah nol (v+ - v- = 0 atau v+ = v- ) Aturan 2 : Arus pada input Op-amp adalah nol (i+ = i- = 0) Inilah dua aturan penting op-amp ideal yang digunakan untuk menganalisa rangkaian op-amp.
Inverting amplifier Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 1, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Seperti tersirat pada namanya, pembaca tentu sudah menduga bahwa fase keluaran dari penguat inverting ini akan selalu berbalikan dengan inputnya. Pada rangkaian ini, umpanbalik negatif di bangun melalui resistor R2.
Gambar 2.10. Penguat Inverter Input non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground, atau v+ = 0. Dengan mengingat dan menimbang aturan 1 (lihat aturan 1), maka akan dipenuhi v- = v+ = 0. Karena nilainya = 0 namun tidak terhubung langsung ke ground, input op-amp v- pada rangkaian ini dinamakan virtual ground. Dengan fakta ini, dapat dihitung tegangan jepit pada R1 adalah vin – v- = vin dan tegangan jepit pada reistor R2 adalah vout – v- = vout. Kemudian dengan menggunakan aturan 2, di ketahui bahwa :
21
iin + iout = i- = 0, karena menurut aturan 2, arus masukan op-amp adalah 0. iin + iout = vin/R1 + vout/R2 = 0 Selanjutnya vout/R2 = - vin/R1 .... atau vout/vin = - R2/R1 Jika penguatan G didefenisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka dapat ditulis …(1) Impedansi rangkaian inverting didefenisikan sebagai impedansi input dari sinyal masukan terhadap ground. Karena input inverting (-) pada rangkaian ini diketahui adalah 0 (virtual ground) maka impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Zin = R1.
Non-Invertingamplifier Prinsip utama rangkaian penguat non-inverting adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 2 berikut ini. Seperti namanya, penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya. Untuk menganalisa rangkaian penguat op-amp non inverting, caranya sama seperti menganalisa rangkaian inverting.
Gambar 2.11. Penguat non-inverter
22
Dengan menggunakan aturan 1 dan aturan 2, kita uraikan dulu beberapa fakta yang ada, antara lain : vin = v+ v+ = v- = vin ..... lihat aturan 1. Dari sini ketahui tegangan jepit pada R2 adalah vout – v- = vout – vin, atau iout = (vout-vin)/R2. Lalu tegangan jepit pada R1 adalah v- = vin, yang berarti arus iR1 = vin/R1. Hukum kirchkof pada titik input inverting merupakan fakta yang mengatakan bahwa : iout + i(-) = iR1 Aturan 2 mengatakan bahwa i(-) = 0 dan jika disubsitusi ke rumus yang sebelumnya, maka diperoleh iout = iR1 dan Jika ditulis dengan tegangan jepit masing-masing maka diperoleh (vout – vin)/R2 = vin/R1 yang kemudian dapat disederhanakan menjadi : vout = vin (1 + R2/R1) Jika penguatan G adalah perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka didapat penguatan op-amp non-inverting : … (2) Impendasi untuk rangkaian Op-amp non inverting adalah impedansi dari input non-inverting op-amp tersebut. Dari datasheet, LM741 diketahui memiliki impedansi input Zin = 108 to 1012 Ohm.
23
2.4
Comparator LM324 IC LM324 disini digunakan sebagai komparator. Yaitu membandingkan
antara tegangan input dari sensor dengan tegangan input dari variable resistor. Pulsa outputnya adalah high sehingga tidak diperlikan adanya pull-up pada rangkaian output.
Gambar 2.12. IC LM324
Gambar 2.13. Op-Amp dalam rangkaian IC Komparator pada rangaian ini menggunakan IC LM 324 yang didalamnya berisi rangkaian Op Amp digunakan untuk membandingkan input dari sensor. Dimana input akan dibandingkan dari Op Amp IC LM 324 yang output berpulsa high. Sehingga tidak perlu adanya pull up pada outputnya. IC ini dapat bekerja pad range 3 volt sampai 30 volt dan dapat bekerja dengan normal mulai tegangan 6 volt. Berikut contoh dari komparator :
Gambar 2.14. Rangkaian komparator
►
Jika tidak ada arus yang mengalir dari rangkaian sensor ke rangkaian ini maka tegangan masukan untuk rangkaian ini adalah 0 Volt, akibatnya pada IC 1 tegangan di terminal (+) > (-), maka LED-A on, sedangkan pada IC 2 sebaliknya LED-B off.
►
Jika ada arus yang mengalir dari rangkaian sensor ke rangkaian ini maka tegangan masukan untuk rangkaian ini mendekati Vcc, akibatnya pada IC 2 tegangan di terminal (+) < (-), maka LED-B on, sedangkan pada IC 1 sebaliknya maka LED-A off. 24
2.4
Darlington Driver ULN2803
Gambar 2.15. IC ULN2803 Motor stepper umumnya memerlukan arus listrik yang relatif besar yaitu antara 1 hingga 2 A. Untuk itu keluaran dari pengendali motor stepper perlu dikuatkan sehingga dapat mengalirkan arus yang besar. Penguat tersebut dapat dianggap sebagai solid state switch karena hanya menghasilkan sinyal tinggi dan rendah (1 dan 0).
Gambar 2.16. Transistor Darlington Darlington adalah suatu metoda penyambungan yang dipakai dalam transistor dua-kutub guna memberikan suatu pasangan transistor komposit dengan penguatan arus yang tinggi dan impedansi masukan yang tinggi (Gambar 2.11). Kedua transistor disambingkan sebagai dua pengikut emitor, tetapi penyambungan ini juga berguna dalam moda tunggal emitor. Banyak pabrik yang mengemas rangkaian ini sebagai komponen tunggal tersendiri dengan tiga kabel dan dioda perlindungan dari kolektor ke emitor dan mungkin juga sebuah dioda masukan untuk membantu pematian. Penguatan arus keseluruhan dari kedua transistor bisa lebih tinggi dai 1000 kali lipat, yang berarti bahwa arus masukan 1 mA dapat menyambungkan A di kolektor keluaran. 25
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1
Perancangan Sistem Pengontrol lengan robot ini dirancang dengan metode perbandingan yang dihasilkan dari pembacaan tegangan melalui potensiometer dengan resitor-resitor yang terhubung seri sebagai pembandingnya. Yang kemudian ditentukan hasil perbandingan tersebut dengan IC LM324 sebagai pembanding. Dimana, output yang di dapat dari Ic LM324 tersebut hanya ada dua keadaan, yaitu 0 atau 1. Sehingga, untuk setiap perubahan besaran tegangan yang dihasilkan oleh potensiometer dapat ditentukan nilainya. Yang mana dalam hal ini perputaran pada potensiometer di analogikan sebagai perputaran motor stepper. Lalu, untuk proses pengolahan berikutnya dilakukan dengan menggunakan IC 74HC86. Diagram blok untuk keseluruhan rangkaian sistem tersebut ditunjukkan pada gambar berikut ini : POTENSIOMETER LM 324
Pengkondisi sinyal (Exor)
Encoder
ULN 2803
RESISTOR
Pengkondisi
MOTOR STEPPER
Gambar 3.1 Digram blok pengontrol Motor Stepper
26
3.2
Pengkondisi Posisi (potensiometer) Motor Stepper
Gear Motor
Gambar 3.2 Pengkondisi posisi Potensiometer berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang berupa perputaran pada tuasnya menjadi besaran elektris tegangan. Tuas pada potensiometer ini di tempelkan pada gear motor stepper agar bisa didapat berapa besaran tegangan untuk setiap langkah dari motor stepper tersebut. Dengan adanya 4 buah saklar manual yang ditujukan untuk menentukan pergerakan motor stepper, maka inputan untuk pergerakan motor stepper dapat diatur dengan sedemikian rupa. Untuk setiap satu langkah, diberi inputan sesuai moda_nya yaitu moda langkah penuh. Setiap satu kali diberikan inputan biner moda langkah penuh pada motor stepper, maka akan memberikan efek pada tuas potensiometer. Kemudian, dicatat berapa besarannya, dan seterusnya. Setelah didapat berapa besaran tegangan setiap satu langkah, maka data tersebut di jadikan acuan untuk membuat rangkaian Analog Digital Converter. Dimana, pada rangkaian ini, setiap besaran tegangan yang telah dicatat dijadikan bilangan biner melalui serangkaian Op-Amp sehingga didapat hasil yang dapat mewakili pergerakan setiap langkah motor stepper dalam bentuk bilangan biner.
27
3.3
Motor Stepper Motor stepper yang digunakan pada contoh ini bertipe hibrid unipolar,
memiliki empat fasa dan panjang langkah sebesar 7,50 per langkah. Karena, di inginkan pergerakan motor stepper agar dapat sesuai dengan pergerakan lengan, dimana pergerakan lengan berada pada jangkauan kira-kira 900. Maka, supaya motor stepper dapat bergerak sampai 900 di butuhkan 12 langkah.
900
Gambar 3.3. Pergerakan Motor Stepper 3.4
LM 324 (komparator)
Gambar 3.4. Rangkaian komparator Karena, pergerakan yang di inginkan pada motor stepper adalah 900 dengan banyak langkah sebanyak 12 langkah. Maka, dibuatlah pengeksekusi langkah dengan menggunakan IC LM324 sebagai comparator.
28
Pada Gambar 3.3 terdapat beberapa Op-Amp sebagai pembanding setiap besaran tegangan tiap resistor yang terhubung ke masing-masing Op-Amp dengan besaran tegangan yang dihasilkan oleh potensiometer. Besaran tegangan dari potensiometer di jadikan input posistif pada tiap-tiap Op-Amp. Sedangkan input negatif pada Op-Amp di berikan tegangan resistor. Dimana, resistor tersebut memiliki beda tegangan pada tiap-tiap titiknya. Jadi, setiap perbedaan perubahan tegangan antara tegangan potensiometer dengan untaian resistor (yang terhubung seri), maka keluaran akan mendekati nol semua atau satu semua. 3.5
Pengkondisi Sinyal (IC 74HC86 / Gerbang Exor) Dalam blok pengkondisi sinyal terdiri dari blok–blok rangkaian, yang
bertujuan membuat keluaran dari Op-Amp menjadi sinyal dengan hanya satu biner HIGH dan yang lainnya LOW.
Gambar 3.5 Rangkaian pengkondisi sinyal Gambar rangkaian diatas merupakan rangkaian pengkondisi sinyal keluaran dari kedua Op-Amp yang saling berdekatan sebelum dan setelahnya, yang mana dalam hal ini perbedaan besaran tegangan selisihnya sangat berdekatan. Rangkaian ini menghasilkan faktor utama yang digunakan untuk mengeksekusi pergerakan bagi motor stepper.
29
3.6
Encoder (penyandi) Encoder berfungsi mengubah informasi digit dari suatu bentuk sandi menjadi bentuk sandi yang lain. Jadi, melalui rangkaian ini, output dari pengkondisi sinyal di ubah menjadi sandi biner yang bersesuaian dengan biner untuk motor Stepper. Tabel 3. Encoder motor stepper Output Pengkondisi Sinyal
Biner untuk Motor Stepper
Output 1
Output 5
Output 9
0
0
1
1
Output 2
Output 6
Output 10
1
0
0
1
Output 3
Output 7
Output 11
1
1
0
0
Output 4
Output 8
Output 12
0
1
1
0
30
BAB IV ANALISIS DAN PENGUJIAN ALAT
4.1
Pengujian Rangkaian Pengkondisi Posisi (potensiometer) Pengujian rangkaian pengkondisi posisi di lakukan pada ProtoBoard dimana, pengkondisi posisi (potensiometer) di uji dengan cara memberikan catu tegangan 5 VDC.
Gambar 4.1 Potensiometer tercatu tegangan 5 VDC Dan, tegangan keluaran dari potensiometer tersebut di jadikan input untuk IC LM324. Dimana, pada IC LM324 terdapat Op-Amp yang berfungsi sebagai Comparator. Yaitu membandingkan antara tegangan input dari untaian resistor yang terhubung seri dengan tegangan input dari variable resistor
Gambar 4.2 Op-Amp dalam rangkaian IC
31
Karena, di inginkan pergerakan potensiometer dapat bersesuaian dengan perputaran motor stepper. Maka, pada engkol potensiometer di pasang bersejajaran dengan gear pada motor stepper. Kemudian, pada motor stepper di beri masukan mode langkah penuh (full step). Tabel 4.1. Mode Langkah penuh pada Motor Stepper Step P4 P3 P2 P1 1
0
0
1
1
2
1
0
0
1
3
1
1
0
0
4
0
1
1
0
Input untuk motor stepper di berikan dengan menggunakan saklar dua keadaan. Dimana keadaan satu terhubung VCC dan keadaan dua terhubung GND. Jadi, pada saat motor stepper bergerak maka engkol pada potensiometer ikut bergerak.
Gambar 4.3 Pengujian pergerakan posisi Pengujian dilakukan sampai posisi motor stepper berubah dari posisi awalnya sebesar 90 derajat perubahan. Maka, dari setiap pergerakan satu langkah pada motor stepper, akan memberikan efek perubahan pada engkol potensiometer dan didapatlah tegangan. Kemudian, tegangan keluaran dari potensiometer tersebut akan menjadi masukan pada Op-Amp untuk di bandingkan dengan tegangan pada
32
titik-titik untaian resistor yang terhubung seri. Maka, dari pengujian didapatkan data sebagai berikut : Tabel 4.2. Hasil pengujian rangkaian pengkondisi posisi Step
Output Op_Amp dalam bentuk biner
Titik (n) resistor antara 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Rn dan (Rn – 1) 1
n1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
n2
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3
n3
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
4
n4
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
5
n5
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
6
n6
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
7
n7
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
8
n8
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
9
n9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
10
n10
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
11
n11
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
12
n12
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
Dari hasil pengujian, didapat keluaran pada Op-Amp bertambah satu bit setiap satu langkah dari motor stepper. Maka rangkaian ini telah berfungsi dengan baik.
33
4.1.2
Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal (Ex-or) Pengujian rangkaian pengkondisi sinyal dilakukan dengan cara
memberikan inputan Hig dan Low pada masukan gerbang Ex_or. Tabel 4.3. Hasil pengujian rangkaian pengkondisi sinyal Input A B 0 0
Output (Y) 0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Dari data tabel didapat bahwa untuk inputan yang berbeda akan memberikan keluaran satu. Maka rangkaian telah dapat bekerja dengan baik.
34
4.1.3
Pengujian Rangkaian Encoder Pengujian rangkaian enkoder dilakukan dengan cara memberikan
inputan berkala yaitu 1000, 0100, 0010, 0001 pada masukan rangkaian encoder. Tabel 4.4. Hasil pengujian rangkaian encoder Input
Output
A
B
C
D
P1
P2
P3
P4
1
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
Dari data tabel diketahui bahwa untuk setiap inputan dapat mewakili setiap step untuk motor stepper. Maka rangkaian telah bekerja dengan baik.
Gambar 4.4 (a) Bentuk pulsa keluaran dari encoder (b) Penerapan output encoder pada motor stepper dan arah putaran yang bersesuaian
35
4.2
Pengujian Sistem Keseluruhan Pengujian sistem keseluruhan dilakukan dengan menempelkan engkol potensiometer dengan gear motor stepper kemudian membandingkan antara besaran tegangan dari potensiometer terhadap besaran tegangan resistor untuk skala perputaran motor stepper sebesar 900. Tabel 4.5 Pengujian sistem keseluruhan
Besaran tegangan pada Potensiometer 5.785 V
Besaran tegangan pada resistor 5.712 V
0.073 V
5.525 V
5.515 V
0.01 V
5.330 V
5.318 V
0.012 V
5.200 V
5.121 V
0.079 V
4.940 V
4.924 V
0.016 V
4.745 V
4.727 V
0.018 V
4.550 V
4.530 V
0.02 V
4.355 V
4.333 V
0.022 V
4.160 V
4.136 V
0.024 V
3.965 V
3.939 V
0.026 V
3.742 V
3.742 V
0V
3.575 V
3.545 V
0.03 V
∑ error
Error
0.33 V
Hasil percobaan menunjukan bahwa sistem pengontrol memiliki error rata-rata sebesar / nilai ini didapat dengan menjumlahkan semua nilai error dari setiap pengujian di bagi jumlah pengujian (12 kali). Secara rumus adalah sebagai berikut : χerror
=
=
∑ error jumlahPengujian 0.33v 0.0275 V = 12v
36
BAB V PENUTUP 5.1 KESIMPULAN Dari hasil perancangan dan pembuatan perangkat sistem pengontrol lengan dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut : 1. Pergerakan Potensiometer dapat bersesuaian dengan perputaran motor stepper. 2. Pengujian rangkaian pengkondisi dapat sesuai dengan yang di inginkan. 3. Pengujian rangkaian pengkondisi sinyal sesuai dengan pergerakan tiap satu langkah penuh dari motor stepper. 4. Pengujian rangkaian encoder sesuai dengan inputan dari pengkondisi sinyal untuk pergerakan motor stepper. 5. Pengujian sistem keseluruhan didapat χerror = 0.0275 V untuk setiap perubahan besaran tegangan pada potensiometer terhadap pergerakan motor stepper. 6. Motor stepper tidak dapat menyanggupi beban yang berat 7. Jika potensiometer di putar terlalu cepat, motor stepper tidak dapat mengimbangi perputaran potensiometer tersebut. 8. Output yang dihasilkan IC LM324 tidak stabil yaitu transisi dari biner nol ke satu maupun sebaliknya. 5.2 SARAN 1. Pada ujung lengan motor stepper yang berlawanan sebaiknya ditambahkan beban sebagai penyeimbang. Dimana, beban tersebut harus dapat menyeimbangkan dengan beban yang ada pada ujung lengan yang di gunakan. 2. Untuk mendapatkan hasil keluaran agar lebih presisi, sebaiknya di tambahkan rangkaian RC.
37
DAFTAR PUSTAKA ¾ Elektronika Komputer Digital, Malvino, Ph. D, Albert Paul, Edisi Kedua, Penerbit Erlangga, 1983 ¾ Elektronika, Ganti S. Depari, Drs, ARMICO, Bandung, 1986 ¾ Mengenal Teknik Digital, Dedy Rusmadi, SINAR BARU, Bandung, 1989 ¾ Intisari Elektronika, George loveday, Edisi Kedua, Penerbit PT. ELEX MEDIA KOMPUTINDO, 1992 ¾ http://www.alldatasheet.com/ ¾ http://www.answers.com
