PENGATURAN KECEPATAN MOTOR MENGGUNAKAN METODE FUZZY PADA ROLL BANNER A.A.Ngr. Angga Candra Wardana1) Aldilah Abubakar2) 1) Program Studi S-1 Sistem Komputer, STIKOM Surabaya, email:
[email protected] 2) Program Studi S-1 Sistem Komputer, STIKOM Surabaya, email: aallddi_cipoe @yahoo.co.id
Abstract: Dc motors are widely used in industry as a driver mechanic, because it has the ease of control, ie by setting anchor motor current which is proportional to acceleration or torque. Dc motors are usually operated for a constant speed, but when the load changes, it changes speed. Because it must be a constant speed by reducing the amount of error that occurs in accordance with the desired system. To get the best performance for the stability of the system response in accordance with the desired, then the fuzzy controller used to regulate the speed of dc motor.
Key words: DC motors, torque, fuzzy. Seiring dengan perkembangan zaman, dalam menyampaikan suatu media informasi secara luas di suatu tempat, dan banner salah satu media informasi yang di ke mas dalam bentuk gambar yang terpampang beserta informasi di dalamnya, atau banner dapat diartikan sebagai media untuk mempromosikan produk dalam bentuk gambar. Banner yang ada saat ini, berupa informasi bergambar satu halaman dan memliki 3 kaki sebagai pemopangnya, perkembangan banner berikutnya menjadi dua halaman depan dan belakang berputar menggunakan motor dc dan searah jarum jam, perkembangan demi perkembangan banner telah mempermudah sarana informasi dengan sentuhan teknologi saat ini, adapun yang menggunakan motor dengan model gulungan berlanjut (continue) itupun tidak bisa menyimpan banyak halaman di dalamnya dan terkadang kurangnya kekuatan tarikan motor karena berat baner tersebut adapun kendala pada kestabil dalam menggulungnya. Dilihat dari halaman yang ada, bisa dialakukan dengan penambahan halaman sampai lima halaman atau lebih, dan perkembangan teknologi pengaturan motor sangat di butuhkan untuk stabilisasi pada sebuah motor saat menggulung halamanhalaman banner tersebut. Salah satunya adalah pengontrolan fuzzy pada motor dengan pengondisian banyak dan beratnya gulungan suatu banner.
PERUMUSAN MASALAH Berdasarkan latar belakang masalah yang telah disebutkan, maka perumusan masalah yang dapat diangkat dalam tugas akhir ini, antara lain: 1. Bagaimana cara menempatan halaman pada roll banner lebih dari 2 halaman . 2. Bagaimana menerapkan metode Fuzzy untuk motor penggulung pada roll banner, agar banner dapat berpindah halaman dengan rapih. 3. Bagaimana merancang sistem pemilihan dan menampilkan halaman. TUJUAN Dalam perancangan dan Dalam perancangan dan pembuatan alat ini, terdapat beberapa pembatasan masalah, antara lain: 1. Penempatan halaman pada roll banner lebih dari 2 halaman, dan pada mekanik diberikan maksimal 5 halaman. 2. Penerapan metode Fuzzy untuk motor penggulung pada roll banner. 3. Pemilihan halaman dengan inputan keypad dan penampilan pada LCD. METODE Fuzzy Logic Kontroller logika fuzzy dikategorikan dalam kontrol cerdas (intelligent control). Unit logika fuzzy memiliki kemampuan menyelesaikan masalah perilaku sistem yang komplek, yang tidak dimiliki oleh kontroller
1
konvensional. Berbeda dengan sistem kontrol biasa, dimana harga yang dihasilkan diolah dan didefinisikan secara pasti, atau dengan istilah lain hanya mengenal logika 0 dan 1 atau bekerja pada daerah ON dan OFF, sehingga didapatkan perubahan yang kasar. Pada sistem logika fuzzy, nilai yang berada antara 0 dan 1 dapat didefinisikan, sehingga kontroller dapat bekerja seperti sistem syaraf manusia yang bisa merasakan lingkungan eksternalnya , kemudahan-kemudahan yang tidak dimiliki oleh sistem kontrol konvensional. Logika Fuzzy yang kami gunakan untuk pengaturan kecepatan agar kecepatan putar motor DC tetap stabil sesuai dengan set point pada saat menentukan kecepatan. yaitu : Metode Sugeno Penalaran dengan metode SUGENO hampir sama dengan penalaran MAMDANI, hanya saja output (konsekuen) sistem tidak berupa himpunan fuzzy, melainkan berupa konstanta atau persamaan linear. Metode ini diperkenalkan oleh Takagi-Sugeno Kang pada tahun 1985. Model Fuzzy Sugeno Orde-Nol Secara umum bentuk model fuzzy SUGENO Orde-Nol adalah: IF (x1 is A1) • (x2 is A2) • (x3 is A3) • ...... • (xN is AN) THEN z=k dengan Ai adalah himpunan fuzzy ke-i sebagai anteseden, dan k adalah suatu konstanta (tegas) sebagai konsekuen.
Jauh [J] =
sedang [S] =
Dekat [D] =
0, 47 - x , 47-39
x ≤ 39 39 < x ≤ 47
0, x - 39 , 47-39 54 - x , 54 - 47
x ≤ 39 atau x ≤ 54 39 ≤ x < 47 47 < x ≤ 54
0, x - 47 , 54 - 47
x ≥ 54 47 ≤ x < 54
Zj : 200 Zs : 100 Zd : 15
Ztotal =
Zj x Fj + Zs x Fs + Zd x Fd
Fj + Fs + Fd Perancangan Arsitektur Sistem Perancangan arsitektur sistem dalam hal ini adalah maket untuk komponen-komponen elektronika, dimana terbuat dari Aluminium yang dirancang
Gambar 3.30 Fungsi keanggotaan pada himpunan fuzzy pada sensor jarak untuk mendapatkan hasil keluaran dari sensor jarak yang berupa nilai untuk pwm motor bisa dilihat berikut ini, penulis memakai model fuzzy orde nol yang dimana nilai dari Z adalah suatu konstanta (tegas) sebagai konsekuen. Fuzzifikasi
Gambar. Permodelan metode Fuzzy Secara garis besar dari keseluruhan sistem pada alat ini sesuai dengan blok diagram pada Gambar 1.
2
Keypad
Port B & D
Port A
LM7805 1
VI
VO
3
100uF/16V
1N4001
2
Sensor jarak GP2D120
Motor DC
GND
Sistem Mikrokontroller
Driver Motor Ems 1A DUAL H-Bridge
sebesar 5 volt DC. Rangkaian regulator terlihat pada Gambar 2. berikut:
Port A.0
Input Port C
LCD
Output 220uF/25V
Adaptor DC 12V
Minimum Sy stem DC 5V
ATMega 8535 Port B & D
LM7805 VI
VO
Gambar 2. Rangkaian regulator Microcontroller ATMega8535 Pada perancangan ini, mikrokontroler berfungsi sebagai pusat pengendali dari sistem secara keseluruhan. Mikrokontroler mempunyai tugas menerima inputan dari sensor SHT-11 dan memberikan output ke dot matrix, dan mengirimkan data serial ke PC. Mikrokontroler ATMega8535 memiliki 32 buah I/O, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D. Adapun minimum system dari ATMega8535 dapat dilihat pada Gambar 3. berikut: 5V C6
L1
5V C3
10uH 30
0.1uF U4
100u
10
9 14 15 16 17 18 19 20 21
C1 30 pF
12 Y1
13
4.000000 Mhz 30 pF C2
AREF PA.0/ADC0 PA.1/ADC1 PA.2/ADC2 PA.3/ADC3 PA.4/ADC4 PA.5/ADC5 PA.6/ADC6 PA.7/ADC7
RESET PD.0/RXD PD.1/TXD PD.2/INT0 PD.3/INT1 PD.4/OC1B PD.5/OC1A PD.6/ICP1 PD.7/OC2 XTAL2 XTAL1
ATMega8535/L
11
VCC
PB.0/T0/XCK PB.1/T1 PB.2/INT2/AIN0 PB.3/OC0/AIN1 PB.4/SS PB.5/MOSI PB.6/MISO PB.7/SCK
AVCC
1 2 3 4 5 6 7 8
SCLK_Dot SDA_Dot
PC.7/TOSC2 PC.6/TOSC1 PC.5 PC.4 PC.3 PC.2 PC.1/SDA PC.0/SCL GND AGND
Perancangan Perangkat Keras Regulator Catu daya merupakan pendukung utama bekerjanya suatu sistem. Catu daya yang biasa digunakan untuk menyuplai tegangan sebesar 5 Volt adalah catu daya DC yang memiliki keluaran +5 volt. Catu daya ini digunakan untuk mensuplay tegangan sebesar 5 volt. IC 7805 (IC regulator) digunakan untuk menstabilkan tegangan searah. Kapasitor digunakan untuk mengurangi tegangan kejut saat pertama kali saklar catu daya dihidupkan. Sehingga keluaran IC regulator 7805 stabil
1N4001
2
Gambar 1. Blok diagram sistem keseluruhan Dalam sistem ini sensor jarak berfungsi sebagai masukan, dimana sensor ini akan mendeteksi jarak yang kemudian akan memberikan signal analog kemikrokontroller mode pwm(pulse width modulation) yanga ada dimikrokontroller, yang selanjutnya akan dikirim ke driver motor untuk menentukan kecepatan yang akan diberikan sinyal ke motor dc. Sistem ini terdapat LCD display dengan ukuran 2x16 sebanyak 1 buah yang akan digunakan untuk menampilkan pilihan mode otomatis atau mode manual dan juga untuk menampilkan tiap halaman banner. Sistem ini juga terdapat sensor photo dioda sebanyak 4 buah untuk mengetahui halaman banner yang diinginkan menggunakan pembacaan biner, dan juga untuk menentukan arah putaran motor dc. Untuk data input dari user akan menggunakan tombol keypad 4x4 yang akan digunakan untuk menentukan mode otomatis atau mode manual, dimana mode manual disini digunakan untuk menentukan halaman yang diinginkan oleh user. Data dari sensor photo dioda kemudian akan masuk ke mikrokontroller untuk diolah dan selanjutnya akan dikirim sebagai informasi pada LCD display dan juga pada driver motor untuk kemudian menjalankan motor dc sesuai dengan keinginan user melalui keypad.
3
GND
1
32 40 39 38 37 36 35 34 33 29 28 27 26 25 24 23 22
Input/Output (SDA) Output (SCLK)
Baris 8 Baris 7 Baris 6 Baris 5 Baris 4 Baris 3 Baris 2 Baris 1
31
Sensor Photo Dioda
Gambar 3. Minimum System ATMega8535.
Sensor GP2D120 Sensor GP2D120 digunakan untuk membaca jarak. Sensor ini menggunakan prinsip pantulan sinar infra merah. GP2D120 merupakan sensor jarak berbasis infrared,
3
yang akan membaca jarak secara terus menerus dan memberikan output berupa tegangan analog. Sensor ini terdiri atas sebuah LED infra merah yang menghasilkan cahaya infra merah termodulasi yang dipancarkan ke objek yang hendak diukur jaraknya dan sebuah array CCD yang berfungsi sebagai detektor infra merah yang akan menerima pantulan cahaya infra merah dari objek yang diukur. Beberapa karakteristik dari sensor jarak GP2D120 adalah: a. Power supply 4,5 - 5,5 Volt. b. Pembacaan jarak hampir tidak begitu dipengaruhi oleh warna objek yang diukur c. Dapat mendeteksi objek dengan jarak berkisar antara 4 cm – 30 cm d. Tidak membutuhkan rangkain kontrol eksternal e. Tidak begitu dipengaruhi oleh kondisi pencahayaan ruangan Paket sensor GP2D120 ditunjukkan pada gambar 3.10. Sensor GP2D120 memiliki tiga buah pin yaitu untuk Vcc, Ground dan Vo (tegangan output) No image
Gambar 3.10. Sensor jarak (GP2D120) Blok diagram dari GP2D120 berisi pemancar dan penerima yang memiliki rangkaian pemproses, pengemudi, dan rangkaian osilasi serta rangkaian output analog seperti gambar berikut.
Gambar 3.11. Blok Diagram GP2D120 GP2D120 mendeteksi bacaan terus menerus ketika diberi daya. Outputnya berupa tegangan analog yang sesuai dengan jarak yang diukur. Nilai tersebut diperbarui setiap 32ms outputnya digunakan secara langsung pada rangkaian analog. Pada rangkaian mekanik tugas akhir penulis, Sensor GP2D120 dipasang
diatas roda bebas. GP2D120 dipakai untuk mengukur jarak roda bebas yang kemudian sensor membaca jarak roda bebas dan kemudian akan mengirim sinyal analog ke mikrokontroller melalui port A.0. Adapun penempatan GP2D120 pada alat mekanik banner bisa dilihat pada gambar 3.12. No image
Gambar 3.12. Sensor jarak GP2D120 Rangkaian motor driver Motor Driver adalah rangkaian yang digunakan sebagai switching sehingga nantinya motor dapat berputar searah jarum jam (Clockwise ) dan berlawanan arah jarum jam (Counterclockwise ). Dan motor driver yang dipakai penulis adalah Embedded Module Series (EMS) 1 A Dual H-Bridge merupakan driver H-Bridge yang didisain untuk menghasilkan drive 1 arah maupun 2 arah dengan arus kontinyu sampai dengan 1 A pada tegangan 4,5 Volt sampai 36 Volt. Sebuah modul H-Bridge 1A dapat digunakan untuk mengatur kerja 2 buah motor DC secara dua arah. Koneksinya dapat dilihat pada (Gambar 3.13.) berikut ini:
Gambar 3.13. rangkaian motor driver (EMS) 1 A Dual H-Bridge (ems) 1A dual h-bridge dapat dilihat pada (Gambar 3.14. ) berikut :
4
dijalankan dan informasi waktu yang dikirim oleh microcontroller. Informasi tersebut ditampilkan pada sebuah LCD 16 x 2. No image Gambar. LCD
Gambar 3.14. Skema EMS 1A Dual H-Bridge Rangkaian motor driver ini digunakan sebagai pengendali arah putaran dan pengatur kecepatan motor dc, PORTB.1 dan 2 sebagai output dari mikrokontroler dan PORTB.3 sebagai keluaran pwm untuk mengendalikan motor dc bawah, sedangkan untuk motor dc atas menggunakan output PORTD.5 dan 6, untuk pwmnya outputnya menggunakan PORTD.7. Motor DC Motor DC digunakan sebagai penggerak roll banner agar dapat memutar keatas atau kebawah. Motor yang digunakan membutuhkan tegangan DC 12 Volt dan arus 1 A. Untuk menjalankan motor DC memerlukan perantara antara mikrokontroller melalui motor driver seperti yang telah dijelaskan di atas sehingga dapat memenuhi kebutuhan tegangan dan arus motor. Pada gambar 3.16 menunjukan penempatan motor DC pada alat.
No image
Tombol push button Salah satu jenis perangkat antar muka yang umum dijumpai pada sistem embedded (atau sistem microcontroller) adalah Keypad matrik 4x4 atau 3x4. Walaupun penggunaannya sangat intensive, tetapi kenyataannya sangat jarang perangkat lunak pengembang yang menyediakan fungsi standar untuk pengaksesan keypad tersebut (sejauh pengetahuan penulis). Walaupun nampaknya sepele, tetapi fungsi pengaksesan keypad ini justru menjadi faktor kunci kenyamanan pengguna sistem embedded yang kita rancang. Fungsi pengaksesan keypad disusun oleh penulis dengan bahasa C (compiler: CodeVisionAVR) untuk microcontroller AVR. Layout dan interkoneksi serta kode fungsi dapat di lihat di gambar 2.21 berikut ini.
Gambar 2.23. Contoh layout keypad 4x4 dan interkoneksi pada microcontroller PENGUJIAN SISTEM
Gambar. Motor DC
Modul Display
Modul display merupakan modul yang
berfungsi
intruksi-intruksi
untuk program
menampilkan yang
akan
Hasil percobaan dan linerisasi sensor setelah melalui fungsi ini, dengan pemrograman : unsigned char read_adc(unsigned char adc_input) { ADMUX=adc_input|ADC_VRE F_TYPE; ADCSRA|=0x40; 5
while ((ADCSRA & 0x10)==0); ADCSRA|=0x10; return ADCH; } Range Analog Voltage (cm) (Volt) 4 3 6 2 8 1,62 10 1,22 12 1 16 0.8 18 0.67 20 0.62 22 0,6 24 0,47 26 0.45 28 0,43 30 0.42
d. Sensor infrared GP2D120 dapat membaca jarak dengan jarak 4cm sampai 30 cm .
Range (cm) 4 6 8 10 12 16 18 20 22 24 26 28 30
Analog Voltage (Volt) 3 2 1,62 1,22 1 0.8 0.67 0.62 0,6 0,47 0.45 0,43 0.42
e. Motor driver dapat memberikan output PWM ke motor DC dengan inputan dari
Hasil pengujian Pengujian keseluruhan sistem dilakukan dengan melakukan pengamatan terhadap putaran ke dua motor searah jarum jam dan sebaliknya, dan mengamati naik turunnya roda bebas yang berfungsi sebagai inputan fuzzy dan di baca oleh sensor jarak infrared GP2D120 berjalan dengan mulus selama ±12 jam. a. LCD dapat menampilkan menampilkan halaman.
menu
dan
b. Keypad dapat memilih menu sebagai inputan halaman pada mode manual.
c. Sensor photodiode berjalan sesuai konsep binary, dan dapat membaca tiap - tiap halaman walaupun terkadang motor DC melebihi dari tanda halaman dikarenakan torsi motor dc yang kecil.
sensor infrared GP2D120 sebagai logika pengontrolan fuzzy nya.
Sensor GP2D120 (x) 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
Nilai PWM 200 187,5 175 162,5 150 137,5 125 112,5 100 87,93 75,69 63,54 51,38 39,23 27 15
Pengukuran Vkeluaran (Volt) 8,9 8,6 8 7,7 7,2 6,8 5,9 4,8 4,1 3,8 3,5 2.9 2 1,8 1,7 1,5
No image f. Beberapa error pada mekanik dikarenakan torsi motor dc yang kecil.
6
KESIMPULAN & SARAN
Kesimpulan Setelah melakukan penelitian ini, penulis mengambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Hasil pengujian sensor photodiode yang memiliki sensitifity tidak stabil dan di dapat berikan rangakaian komparator sebagai pembanding agar memiliki sensitifity yang akurat. 2. Hasil pengujian LCD, kebanyakan LCD pada umumnya tetapi LCD ini hanya memiliki 2 baris saja, dan cukup untuk menampilkan menu yang terbatas. 3. Keypad dengan inputan yang sederhana cukup untuk memberikan user interface yang baik. 4. Motor DC yang di gunakan cukup untuk memberikan putaran yang searah dan sebaliknya tetapi kurangnya torsi yang menyebabkan pemberentian motor di saat pelepasan power, tidak berhenti scara spontan.
Andrianto, Heri, 2008. ”Pemprograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16 Menggunakan Bahasa C (CodeVision AVR)”. Informatika. Bandung. Atmel, 2002, Datasheet: 8-bit AVR® Microcontroller ATmega8535, Atmel Corporation, San Jose. Bejo, A., 2008, C&AVR, Graha Ilmu, Yogyakarta. Budiharto, Widodo. 2004. Interfacing Komputer dan Mikrokontroler. Jakarta : Elex Media Komputindo Dennis Roody, J. Coolen. 1986. Elektronika, J.1. Jakarta : Erlangga.
Komunikasi
Sri Kusumadewi, Hari Purnomo, 2010. Aplikasi Logika Fuzzy, edisi 2 Yogyakarta, Graha Ilmu. GP2D120, diakses 15 Juni 2011 URL : (http://www.elektro unila.s5.com/the_vision/sensor.htm ) Wardana, L., 2007, Mikrokontroler ATMega8535, Andi Publisher, Yogyakarta.
AVR
Seri
Saran Sebagai pengembangan dari penelitian yang telah dilakukan, penulis memberikan saran sebagai berikut: 1. Menggunakan motor yang torsinya lebih besar untuk mengantisipasi lost nya putaran motor pada saat pelepasan power. 2. Untuk memberikan putaran yang halus pada roda bebas, diperlukan bearing.
DAFTAR PUSTAKA Datasheet ATmega8535, diakses 14 Juni 2010. URL : www.keil.com/dd/docs/datashts/atmel/at89s52_ds.pdf. Datasheet GP2D120, diakses 15 Juni 2011 URL : (Sumber : http://www.elektrounila.s5.com/the_vision/sensor.htm ) Datasheet EMS_1A_DHBridge, diakses 16 Juni 2010. URL : (Sumber:http://www.innovativeelectronics.com/innovati ve_electronics/download_ files/manual/EMS_1A_DHBridge.pdf ) Datasheet Keypad 4x4 : (Sumber : http://iwan.blog.undip.ac.id/files/2009/06/keypad.pdf )
7
