Rancang Bangun Robot Pemindah P Barang B Berdasarkaan Garis Hitam Menggunak M kan Sensorr Warna R RGB Berb basis Mikrrokontroleer ATMega116
LAPOR RAN TUGA AS AKHIR
Ditulis Untu uk Memenu uhi Syarat Menyelesaik M kan Pendidiikan Prograam Diplomaa 3
Oleh :
JHON J PAU UL PASARIIBU
JO OPLAS SIRE EGAR
NIM. 10 005041020
N NIM. 1005041021
RIISWAN SID DIK NIIM. 100504 1040
GRAM STUDI TEKNIK K ELEKTR RONIKA PROG JURUSAN N TEKNIK ELEKTRO O POLITEK KNIK NEGE ERI MEDAN N MEDAN 2013
ABSTRAK
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di dunia sekarang ini berjalan dengan sangat cepat, khususnya dibidang robotik. Aplikasi robotik terdapat hampir di semua bidang kehidupan manusia sehingga dapat membantu mempermudah aktifitas manusia. Kesehatan dan kekuatan manusia tentunya terbatas terutama dalam hal mengangkat
dan
memindahkan
barang. Teknologi
robot
dapat
mengatasi
permasalahan tersebut. Untuk itu, dibuat sistem robot cerdas yang mampu memindahkan barang dari satu tempat ke tempat lain sesuai dengan warna yang diangkat secara otomatis.
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis menyelesaikan Tugas Akhir, serta menyelesaikan penulisan laporan ini. Laporan Tugas Akhir yang berjudul “Rancang Bangun Robot Pemindah Barang Berdasarkan Garis Hitam Menggunakan Sensor Warna RGB Berbasis Mikrokontroler ATMega16”, disusun untuk memenuhi syarat kelulusan Akademik dan untuk menyelesaikan pendidikan Program Diploma 3 Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, Penulis banyak menghadapi masalah dan kesulitan, namun berkat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak maka Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Oleh karena itu, Penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.
M. Syahruddin, S.T., M.T., sebagai Direktur Politeknik Negeri Medan.
2.
Ir. Rina Anugrahwati, M.T., sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan.
3.
Berman P. Panjaitan, S.T., M.T., sebagai Ketua Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan.
4.
Ahmad Hidayat , S.T., M.T., sebagai Dosen Pembimbing Penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini.
5.
Seluruh Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan.
6.
Penghargaan rasa terima kasih yang tak terhingga Penulis persembahkan kepada ayahanda dan ibunda tercinta, berkat doa dan pengorbanan yang tak ternilai yang telah mereka curahkan dan telah memberi dukungan baik moril
viii
maupun materil kepada Penulis dalam menyelesaikan studi di Politeknik Negeri Medan. 7.
Seluruh teman-teman Program Studi Teknik Elektronika dan teman-teman seperjuangan angkatan 2010 Politeknik Negeri Medan. Penulis juga menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir masih banyak
kekurangan yang perlu untuk disempurnakan, oleh karena itu Penulis mengharapkan saran dan kritik dari pembaca yang bersifat membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya dan berguna untuk masa yang akan datang.
Medan, Agustus 2013 Hormat kami,
(Penulis)
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN ..……………………………………………………... i LEMBAR PENGESAHAN ………………………………………………………... ii ABSTRAK …………………………………………………………………………. iii KATA PENGANTAR …………………………………………………………….. iv DAFTAR ISI ……………………………………………………………………..... vi DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………………… x DAFTAR TABEL ………………………………………………………………… xii DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………………….. xiii
BAB 1. PENDAHULUAN …………………………………………………………. 1 1.1 Latar Belakang Masalah ……………………………………………….. 1 1.2 Tujuan ………………………………………………………………….. 2 1.3 Manfaat ………………………………………………………………… 2 1.4 Batasan Masalah ……………………………………………………….. 3 1.5 Metodologi Penulisan ………………………………………………….. 3 1.6 Sistematika Penulisan ………………………………………………….. 4
x
BAB 2. DASAR TEORI …………………………………………………………… 6 2.1 Mikrokontroler ATmega16 ……………………………………………. 6 2.1.1 Blok Diagram Mikrokontroler ATmega16 …………………….. 8 2.1.1.1 Arithmatic Logic Unit (ALU)…………………………... 9 2.1.1.2 Memori ………………………………………………... 9 2.1.1.3 Program Counter (PC) ……………………………...... 11 2.1.1.4 General Purpose Working Register (GPR) ………….. 11 2.1.1.5 Static Random Access Memory (SRAM) ……………... 11 2.1.1.6 Internal Pheriperal …………………………………... 11 2.1.1.7 ADC Internal ………………………………………… 12 2.1.1.8 Timer/Counter ………………………………………... 12 2.1.1.9 Serial Pheriperal Interface (SPI) …………………….. 12 2.1.1.10 USART ……………………………………………….. 12 2.1.2 Pin-pin pada Mikrokontroler ATmega16 ……………………... 13 2.1.3 Sistem Interupsi ……………………………………………….. 16 2.1.3.1 Global Enabled Interupt ……………………………... 17 2.1.3.2 Vektor Interupsi …………………………………….... 18 2.1.3.3 Prioritas Interupsi …………………………………….. 19 2.1.3.4 Interupsi Eksternal …………………………………… 19 2.1.4 Input/Output …………………………………………………... 19 2.2 Kristal ………………………………………………………………... 20 2.3 Power Supply DC (Direct Current) ………………………………….. 22 2.3.1 Rangkaian Regulator ………………………………………….. 22 2.3.2 Baterai Lithium-ion Polymer …………………………………. 24 2.4 Motor ………………………………………………………………… 25 2.4.1 Motor Servo …………………………………………………… 25 2.4.2 Motor DC ……………………………………………………... 27 2.5 Driver Motor …………………………………………………………. 30
xi
2.5.1 Driver Motor L293D ………………………………………….. 30 2.5.1.1 Fungsi Pin Driver Motor DC IC L293D …………….. 30 2.5.1.2 Feature Driver Motor DC IC L293D ………………… 31 2.6 Penjepit ………………………………………………………………. 32 2.7 LCD (Liquid Crystal Display) ……………………………………….. 32 2.8 Sensor Photodioda …………………………………………………… 34 2.9 LED (Light Emitting Dioda) ………………………………………… 36 BAB 3. PERANCANGAN SISTEM ………..……………………………………. 38 3.1 Spesifikasi Sistem ……………………………………………………. 38 3.2 Blok Diagram ………………………………………………………… 39 3.3 Fungsi Masing-Masing Blok ………………………………………… 39 3.4 Perancangan dan Pembuatan Sensor Garis Hitam Robot ……………. 41 3.5 Perancangan dan Pembuatan Sensor Deteksi Barang ………………... 42 3.6 Perancangan dan Pembuatan Mainboard Mikrokontroler …………… 44 3.6.1 Perancangan dan Pembuatan Layout PCB …………………… 44 3.6.2 Perancangan dan Pembuatan PCB ……………………………. 45 3.6.3 Perancangan dan Pembuatan Tata Letak Komponen …………. 46 3.7 Perancangan dan Pembuatan Sistem Mekanis Robot ………………... 46 3.7.1 Perancangan dan Pembuatan Body Robot ……………………. 46 3.7.2 Perancangan dan Pembuatan Roda Robot ……………………. 47 3.7.3 Perancangan dan Pembuatan Penjepit Barang ………………... 48 3.8 Perancangan dan Pembuatan Track Robot untuk Bernavigasi ………. 49 3.9 Perancangan dan Pembuatan Program Robot ……………………….. 50 3.9.1 Software Pendukung Pembuatan Program …………………… 50 3.9.2 USB ISP Downloader ………………………………………… 51 3.9.3 Perancangan dan Pembuatan Algoritma Program …………….. 51 3.9.3.1 Flowchart Program …………………………………... 51
xii
BAB 4. PENGUJIAN DAN ANALISA DATA …………………………………. 54 4.1 Pengujian dan Analisa Output Baterai ………………………………. 54 4.2 Pengujian dan Analisa Output Power Supply ……………………….. 56 4.2.1 Pengujian dan Analisa Output Power Supply 5 V Terhadap Konsumsi Arus ………………………………………………... 56 4.3 Pengujian dan Analisa Output Mikrokontroler ATmega16 …………. 57 4.4 Pengujian dan Analisa Data Sensor Garis Robot Hitam Robot ……... 59 4.5 Pengujian dan Analisa Data Sensor Deteksi Warna Barang ………… 60 4.6 Pengujian Integrasi …………………………………………………... 68 4.6.1 Pengujian Gerak Robot ……………………………………….. 68 4.6.2 Pengujian Jalan Robot ………………………………………… 69 4.7 Pengujian dan Analisa Program ……………………………………… 75 4.7.1 Pengujian dan Analisa Instruksi Program …………………….. 75 4.7.2 Data Listing Program Keseluruhan …………………………… 91 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN ………………………………………… 108 5.1 Kesimpulan …………………………………………………………. 108 5.2 Saran ………………………………………………………………... 109 DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………………. 110 LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
2.10 Blok Diagram Mikrokontroler ATmega16 …………………………………… 8 2.11 Peta Memori ATmega16 ……………………………………………………… 9 2.12 Peta Memori Data ATmega16 ……………………………………………….. 10 2.13 Konfigurasi Pin ATmega16 ………………………………………………….. 13 2.14 Simbol Kristal ………………………………………………………………... 21 2.15 Rangkaian Ekuivalen Kristal ………………………………………………… 21 2.16 Lengkung Resonansi Kristal ………………………………………………..... 22 2.17 Rangkaian Fixed Voltage Regulator Power Supply DC ……………………... 23 2.18 Blok Rangkaian Dalam IC Regulator 78xx ………………………………….. 23 2.19 Bentuk Fisik Baterai Li-Poly ………………………………………………… 24 2.20 Contoh Motor Servo …………………………………………………………. 25 2.21 Konstruksi Motor Servo ……………………………………………………... 26 2.22 Konstruksi Motor DC ………………………………………………………... 27 2.23 Konstruksi Magnet Motor DC ……………………………………………….. 28 2.24 Penentuan Arah Gaya Pada Kawat Berarus Listrik ………………………….. 29 2.25 Konstruksi Pin Driver Motor DC IC L293D ………………………………… 30 2.26 Penjepit Barang ………………………………………………………………. 32 2.27 Bentuk Fisik LCD LMB 162A ………………………………………………. 32 2.28 Konfigurasi Pin LCD 16 Karakter x 2 Baris ………………………………… 33 2.29 Kurva Tanggapan Frekuensi Sensor Photodioda ……………………………. 35 2.30 Hubungan Keluaran Photodioda dengan Intensitas Cahaya ………………… 35 2.31 Simbol dan Bentuk Fisik LED ……………………………………………….. 36 2.32 Rangkaian Dasar Menyalakan LED …………………………………………. 37 3.1
Blok Diagram Robot ………………………………………………………… 39
3.2
Ilustrasi Sensor Pada Jalur Warna Hitam dan Putih ………………………… 41
3.3
Rangkaian Sensor Garis dengan Komparator ……………………………….. 42
3.4
Rangkaian Sensor Warna ……………………………………………………. 43 xiv
3.5
Ilustrasi Pendeteksian Barang ……………………………………………….. 44
3.6
Layout PCB …………………………………………………………………. 45
3.7
Tata Letak Komponen ………………………………………………………. 46
3.8
Desain Robot Tampak Atas …………………………………………………. 47
3.9
Arah Putar Motor ……………………………………………………………. 48
3.10 Desain Penjepit Barang ……………………………………………………… 49 3.11 Track Robot ………………………………………………………………….. 49 3.12 Tampilan Code Vision AVR ………………………………………………… 50 3.13 Hardware USB ISP Downloader ……………………………………………. 51 3.14 Flowchart Robot Pemindah Barang ………………………………………….. 53 4.1
Grafik Pengujian Output Baterai Terhadap Beban …………………………... 55
4.2
Grafik Perbandingan Antara Tegangan dan Arus Pada Power Supply 5 V …. 56
4.3
Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler ATmega16 …………………… 57
4.4
Miniatur Track Robot ………………………………………………………... 69
xv
DAFTAR TABEL
2.33 Fungsi Port A ………………………………………………………………… 14 2.34 Fungsi Port B ………………………………………………………………… 14 2.35 Fungsi Port C ………………………………………………………………… 15 2.36 Fungsi Port D ………………………………………………………………… 15 2.37 Vektor dan Flag ……………………………………………………………… 18 2.38 Spesifikasi IC Regulator LM78xx …………………………………………… 24 2.39 Tabel Kebenaran Driver Motor L293D ……………………………………… 31 3.15 Spesifikasi Robot …………………………………………………………….. 38 3.16 Arah Gerak Roda …………………………………………………………….. 47 3.17 Arah Gerak Motor DC ……………………………………………………….. 48 4.1
Hasil Pengujian Output Baterai ……………………………………………… 54
4.2
Konsumsi Arus Power Supply 5 V …………………………………………... 56
4.3
Data Hasil Pengukuran Output Mikrokontroler ATmega16 ………………… 59
4.4
Pengujian Sensor Garis di Permukaan Putih ………………………………… 59
4.5
Pengujian Sensor Garis di Permukaan Hitam ………………………………... 60
4.6
Pengujian Sensor Warna RGB ……………………………………………….. 67
4.7
Hasil Pengujian Pergerakan Robot …………………………………………... 68
4.8
Hasil Pengujian Robot Menyimpan Benda di Tujuan B (Blue) ……………... 70
4.9
Hasil Pengujian Robot Kembali Menuju Home dari B (Blue) ………………. 70
4.10 Hasil Pengujian Robot Menyimpan Benda di Tujuan G (Green) …………… 71 4.11 Hasil Pengujian Robot Kembali Menuju Home dari G (Green) …………….. 71 4.12 Hasil Pengujian Robot Menyimpan Benda di Tujuan R (Red) ………………. 72 4.13 Hasil Pengujian Robot Kembali Menuju Home dari R (Red) ………………... 73 4.14 Hasil Pengujian Robot Secara Keseluruhan …………………………………. 73
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
1. Rangkaian Skematik Keseluruhan 2. DatasheetATmega16 3. Datasheet IC L293D 4. Datasheet LCD LMB162AFC 5. Datasheet LM339 6. Datasheet Sensor Photodioda
xvii
