Tugas Akhir
PENGONTROLAN MESIN PENCEKAM PADA MESIN PILIN BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 16 DENGAN SISTEM PID
Disusun Oleh : PONCO BAMBANG JOKO SETIYONO NIM: D 400 040 064
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2012
LEMBAR PERSETUJUAN
Tugas Akhir dengan judul “ Pengontrolan Mesin Pencekam Pada Mesin Pilin Berbasis Mikrokontroler Atmega 16 Dengan Sistem PID ” ini diajukan oleh: Nama : Ponco Bambang Joko Setiyono NIM
: D400040064
Guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Sarjana jenjang pendidikan Strata Satu (S-1) pada jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Telah diperiksa dan disetujui pada: Hari
: ..............................
Tanggal
: ..............................
Menyetujui: Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Fatah Yasin , ST, MT.
Bambang Waluyo F, ST,MT
LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir dengan Judul “ Pengontrolan Mesin Pencekam Pada Mesin Pilin Berbasis Mikrokontroler Atmega 16 Dengan Sistem PID “ ini telah dipertahankan dan dipertanggung jawabkan di depan Dewan Penguji Tugas Akhir. Telah diperiksa dan disetujui pada : Hari
: ...............................
Tanggal
: ............................... Dosen Penguji:
1. Fatah Yasin , ST, MT.
(............................................)
2. Bambang Waluyo F, ST, MT
(............................................)
3. Muhammad Kusban, ST, MT
(............................................)
4. Dedy Ari Prasetya,ST
(............................................) Mengetahui:
Dekan
Ketua
Fakultas Teknik
Jurusan Teknik Elektro
Ir. Agus Riyanto, MT
Ir. Jatmiko, MT
KATA PENGANTAR
Perkembangan kecanggihan teknologi banyak dihasilkan dari panggabungan dua disiplin ilmu, mesin mekanik dan elektronika yang dikenal dengan nama mekatronika atau mechatronics. Mechatronics adalah kombinasi yang sinergi dari teknik mesin ("mecha" singkatan dari mechanisms, yang dimaksud adalah machines berarti ‘move’ atau 'gerak'), teknik elektro ("tronics" for electronics), dan teknik komputer. Tujuan dari ilmu ini adalah mempelajari sistem otomasi dari sudut pandang ilmu teknik dan sistem kontrol hybrid (gabungan dari disiplin ilmu itu) (http://en.wikipedia.org/wiki/Mechatronic). Kebutuhan sistem kontrol digital sangatlah berperan penting dalam dunia perindustrian. Hal ini dapat dilihat dari banyaknya pemilik industri-industri yang beralih dari mesin-mesin manual atau tradisional menuju
mesin-mesin yang
menggunakan sistem kontrol digital. Semakin baik suatu sistem kontrol digital pada suatu mesin, maka akan semakin baik pula nilai, mutu dan kualitas dari hasil produk tersebut. Sistem kontrol digital dalam dunia elektronika bermacam-macam jenisnya, diantaranya: sistem kontrol Proposional, sistem kontrol integrative, sistem kontrol derivatif, sistem kontrol dengan fuzzy logic dan sitem kontrol PID(gabungan proposional integrative dan derivatif)dll.
MOTTO
،ِﻣَ ﻦْ ﻧ َﻔ ﱠﺲَ ﻋَﻦْ ﻣُﺆْ ﻣِﻦٍ ﻛُﺮْ ﺑ َﺔ ً ﻣِﻦْ ﻛُﺮَ بِ اﻟﺪﱡﻧْ ﯿ َﺎ ﻧ َﻔ ﱠﺲَ ﷲ ُ ﻋَﻨْ ﮫُ ﻛُﺮْ ﺑ َﺔ ً ﻣِﻦْ ﻛُﺮَ بِ ﯾ َﻮْ مِ اﻟْﻘ ِﯿ َﺎﻣَ ﺔ ،ِوَ ﻣَ ﻦْ ﯾ َﺴﱠﺮَ ﻋَﻠ َﻰ ﻣُ ﻌْﺴِ ٍﺮ ﯾ َﺴﱠﺮَ ﷲ ُ ﻋَﻠ َﯿْﮫِ ﻓ ِﻲ اﻟﺪﱡﻧْ ﯿ َﺎ وَ اﻵﺧِ ﺮَ ة “Barangsiapa yang melepaskan satu kesusahan orang mikmin didunia, maka Allah akan melepaskan darinya satu kesusahan pada hari kiamat. Dan barangsiapa yang memudahkan orang yang dalam kesulitan, niscaya Allah akan memberikan kemudahan baginya di dunia dan di akhirat.” (HR.Muslim:6299) Jangan pernah katakan tidak bisa sebelum mencoba, sesungguhnya Allah berfirman:“ ﺳ َﻌﮭَﺎ ْ ُﻻ ﯾ ُﻜَﻠ ﱢﻒُ ٱﻟﻠ ﱠـﮫ ُ ﻧ َﻔْ ﺴًﺎ إ ﱠِﻻ و..... َ .... Allah
tidak
akan
membebani
seseorang
melainkan
sesuai
dengan
kesanggupannya.” (QS.Al-Baqarah:286) Bila kita mengalami kesulitan, Allah Subhanahu wata’ala berfirman:“
ٱﻟﺬﻛْﺮ ِ إ ِن ﻛُﻨﺘ ُﻢْ َﻻ ﺗَﻌْﻠ َﻤُﻮن ﻓ َﺴْـٔ َﻠ ٓ ُ۟ﻮا أ َھْﻞَ ﱢ.... .... Maka bertanyalah kepada orang yang mempunyai pengetahuan jika kamu tidak mengetahui.” (QS.An-Nahl: 43)
َ◌
وَ ﻣَﻦ ﯾ َﺘ ِﱠﻖ ٱﻟﻠ ﱠـﮫ ﯾ َﺠْ ﻌَﻞ ﻟ ﱠ ۥﮫ ُ ﻣَﺨْ ﺮَ ﺟً ﺎ
........
“Barangsiapa yang bertaqwa kepada Allah, niscaya Dia akan membukakan jalan keluar baginya.” (QS.At-Talaq:2)
ﻣِنْ ﺣُ ﺳْ ِن إ ِﺳْ ﻼ َِم اﻟْ ﻣَرْ ءِ ﺗَرْ ُﻛ ُﮫ ﻣَﺎ ﻻ َ ﯾَﻌْ ﻧِ ْﯾ ِﮫ “Diantara tanda kebaikan islam seseorang adalah dia meninggalkan apa-apa yang tidak berguna baginya.” (HR.At-Tirmidzi:2318)
PERSEMBAHAN
Segala puji bagi Allah, kami memuji-Nya, kami memohon pertolongan dari-Nya dan memohon Ampun kepada-Nya dan kami berlindung kepada Allah dari keburukan diri-diri kami dan dari kejelekkan amal-amal ibadah kami. Barangsiapa yang Allah berikan petunjuk padanya, maka tidak ada seorangpun yang dapat menyesatkanya. Dan barang siapa yang Allah sesatkan, maka tidak ada seorang pun yang dapat memberiknnya petunjuk. Aku bersaksi bahwa tidak ada sesembahan yang berhak disembah kecuali Allah. Dan aku bersaksi bahwa Muhammad shalallahu ‘alaihi wasalam adalah hamba dan rasulullah. Tugas Akhir berjudul “PENGONTROLAN MESIN PENCEKAM PADA MESIN PILIN BERBASIS MICROCONTROLLER ATMEGA16 DENGAN SISTEM PID ”Alhamdulillah dapat terselesaikan atas dukungan dan partisipasi dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan yang berbahagia ini, penulis dengan ketulusan dan keikhlasan hati Ingin mengucapkan puji syukur kepada Allah azza wa jalla serta ucapan trima kasih kepada seluruh hamba Allah yang telah berpartisipasi dalam mensukseskan tugas akhir ini terkhusus kepada: 1. Bapak dan Ibu tercinta. Ananda ingin mengucapkan Jazzakumullah khoir atas semua yang telah Bapak dan Ibu berikan kepada Bambang. Semoga dengan lulusnya kuliah ini, dapat membahagiakan Bapak dan Ibu serta keluarga yang ada dirumah. Bapak....,Ibu....,Bambang mohon Do’a dan Restu Bapak dan Ibu dalam setiap keadaan. Dan Bambang berharap
semoga kita senantiasa mendapatkan hidayah , rahmat dan barokah dari Allah serta menjadikan kita hamba-hamba-Nya yang bertaqwa. Amiin...... 2. IstriQ Tercinta Ummu Abdillah Aisyah Winda......masya Allah. Jazakillah khoir atas semua yang telah adek berikan baik waktu, pikiran dan lain-lain yang tidak dapat terucap dengan kata....insya Allah Ana mahabba Anti. Do’akan semoga mas dapat menjadi suami yang terbaik buat adik di dunia dan diakherat....Amiin. 3. Bapak Ir. Djatmiko M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. Trimakasih pak atas kesabaran dan dukungannya. 4. Bapak Fatah Yasin S.T,M.T, selaku dosen pembimbing utama, penulis haturkan jazzakallah khoir atas bimbingan dan arahannya. 5. Bapak Bambang Waluyo S.T, M.T, selaku
dosen pembimbing
pendamping, saya ucapkan jazakallah khoir atas bimbingan dan arahannya 6. Seluruh Bapak dan ibu Dosen yang telah telah berjuang menyampaikan ilmunya kepada penulis dan temen-teman disetiap keadaan. semoga Allah membalas semua budi baik bapak dan ibu sekalian. 7. Bapak Jarot Setyawan S.T,
jazzakallah khoir atas ilmu dan nasehat
ilmiahnya. Penulis mohon Do’a dari bapak, semoga penulis menjadi manusia yang bermanfaat dan dapat menciptakan sesuatu yang bermanfaat. amiin. 8. Temen-temen elektro angkatan 2004. Semoga kita menjadi orang-orang sukses dan bermanfaat di lingkungan disekitar kita. Kepada Mas Galih (jazakumullah khoir), mas Agus...Agus....(matur nuwun), mas Sudron
Alias Harun Ar-rosyid (thank’s to all/ danke schon) dan Mr Huru hara alias Bobo (jo gojekan thok...!!!ayo ndang garap) semoga Allah membalas budi baik Antum sekalian...... 9. Temen-temen dan pengurus Mentoring Fakultas Teknik, FKIA-Surakarta, Robotic Reaserch UMS, Tapak Suci Unit 03 UMS, Aikido Assalam, serta temen-temen dan pengurus Mapala Dinamik Fakultas Teknik UMS, saya ucapkan jazzakallah khoir atas semuanya, Semoga semua kegiatan kita dapat berjalan lancar dan mendapatkan baarokah dari Allah Azza wa jalla. 10. Saudaraku Sigit Karnianto pengasuh Pondok Al-Khoo-hol, semoga Allah tetap menjadikan antum sahabat ana di dunia dan di akhirat. Dan semoga Allah
menjadikan
kita
hamba-hamba-Nya
yang
bertaqwa
serta
memasukkan kita kedalam surga Al-Firdaus tanpa hisab.amiin.... Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan sangat membantu untuk perbaikan dan penyempurnaan. Demikianlah kata pengantar dari penulis.semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.akhiru salam Wasalammu’alaikum warahmatullahi wabarokaatuh. Surakarta,
Desember 2011 Hormat saya,
Ponco Bambang J.S
DAFTAR ISI
Lembar judul.................................................................................................. Lembar Persetujuan........................................................................................ Lembar Pengesahan........................................................................................ Kata Pengantar..............................................................................................i Motto............................................................................................................ii Persembahan...............................................................................................iii Kontribusi....................................................................................................vi Daftar Isi................................................................................................... vii Daftar Tabel................................................................................................xi Daftar Gambar..........................................................................................xiii BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah........................................................................1 1.2.Perumusan Masalah...............................................................................2 1.3.Tujuan Penelitian...................................................................................2 1.4.Batasan Masalah....................................................................................2 1.5.Manfaat Penelitian.................................................................................3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Telaah Penelitian...................................................................................4 2.2.Landasan Teori......................................................................................9
2.2.1. Sistem Kendali....................................................................9 2.2.2. Kendali PID.......................................................................11 2.2.2.1. Kendali Proposional..............................................13 2.2.2.2. Kendali Integral.....................................................14 2.2.2.3.Kendali Derivative.................................................15 2.2.3. Metode Perancangan PID...................................................17 2.2.4. Perancangan Sistem Elektronika........................................19 2.2.4.1. Mikrokontroler Atmega 16...................................19 2.2.4.2.Penampil LCD........................................................23 2.2.4.3.Rangkaian keypad 4X4..........................................27 2.2.4.4.Penggerak Mesin Pencekam..................................27 2.2.4.5.Rangkaian Sensor...................................................29 2.2.4.6.Rangkaian Driver motor.........................................31
BAB III. METODE PENELITIAN 3.1.Waktu dan Tempat.....................................................................................32 3.2.Peralatan Utama dan Pendukung...............................................................32 3.3.Alur Penelitian...........................................................................................33 3.4.Perancangan Sistem...................................................................................37 3.4.1.Algoritma.........................................................................................38 3.4.2. Perancangan Sistem Rangkaian Elektronika...................................39 3.4.2.1.
Rangkaian power supply....................................................39
3.4.2.2.
Sistem Minimum AVR ATMEGA16..................................41
3.4.2.3.
LCD 16x2 sebagai penampil karakter...............................43
3.4.2.4.
Keypad sebagai inputan awal pengendali..........................44
3.4.2.5.
Rangkaian Sensor Photodioda...........................................45
3.4.2.6.
Rangkaian Driver Motor Wiper.........................................46
3.4.2.7.
Rangkaian keseluruhan......................................................47
3.4.2.8.
Daftar nama-nama komponen............................................48
BAB IV. ANALISIS PERHITUNGAN 4.1.Pengujian perangkat keras (Rangkaian elektronika)..................................48 4.1.1. Rangkaian power supply................................................................53 4.1.2. Rangkaian Sistem Minimum AVR ATMEGA16 ...........................53 4.1.3. Rangkaian penampil LCD ............................................................54 4.1.4. Rangkaian Keypad.........................................................................54 4.1.5. Rangkaian Sensor Photodioda.......................................................54 4.1.6. Rangkaian Driver Motor Wiper.....................................................55 4.2.Pengujian perangkat lunak (software)........................................................55 4.2.1. Pengujian program PID..................................................................55 4.2.2. Pengujian penyimpanan program pada media EEPROM..............65
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan...............................................................................................67 5.2. Saran..........................................................................................................67
Daftar Pustaka.......................................................................................................69 Lampiran
Daftar Tabel
Tabel 2.1. Respon PID Terhadap Perubahan Nilai Penguatan..................17 Tabel 2.2. Tabel Penentuan Parameter PID dengan Metode Osilasi.........19 Tabel 2.3 kode tabel DDRAM..................................................................24 Tabel 2.4. contoh data CGRAM................................................................25 Tabel 2.5. Spesifikasi dari LCD M1632 antara lain.................................26 Tabel 2.6. Spesifikasi nilai maksimum L298............................................31 Tabel 3.1. Konfigurasi PIN......................................................................43 Tabel 3.2. Daftar nama-nama komponen dari rangkaian power supply....46 Tabel 3.3. Daftar nama komponen dari rangkaian Mikrokontroller..........47 Tabel 3.4. Daftar nama komponen dari rangkaian Penampil LCD...........47 Tabel 3.5. Daftar nama komponen dari rangkaian Keypad 4X3...............48 Tabel 3.6. Daftar nama komponen dari rangkaian sensor Photodioda......48 Tabel 3.7. Daftar nama komponen dari rangkaian Driver L298...............48 Tabel 4.1. Pengujian terhadap kaki-kaki Atmega .....................................53 Tabel 4.2. Pasil pengujian tehadap rangkaian keypad 4 X 3......................54 Tabel 4.3. Pengujian program PID dengan pemberian nilai sensor 11......59 Tabel 4.4. Pengujian program PID dengan pemberian nilai sensor 9........60 Tabel 4.5. Pengujian program PID dengan pemberian nilai sensor 7........61 Tabel 4.6. Pengujian program PID dengan pemberian nilai sensor 5........62 Tabel 4.7. Pengujian program PID dengan pemberian nilai sensor 3........63
Daftar Gambar
Gambar 2.1.Mesin Pencekam......................................................................4 Gambar 2.2. komponen-komponen pada poros...........................................5 Gambar 2.3. arah gaya pencekaman.............................................................7 Gambar 2.4. Analogi gaya pendorong rahang.............................................8 Gambar 2.5. Blok Diagram Sistem Kendali Open Loop.............................9 Gambar 2.6. Blok Diagram Sistem Kendali Close Loop...........................10 Gambar 2.7. Blok Diagram Kendali PID..................................................12 Gambar 2.8. Blok Diagram Kendali Proportional....................................14 Gambar 2.9. Blok Diagram Kendali Integral............................................15 Gambar 2.10. Blok Diagram Kendali Derivative......................................16 Gambar 2.11. Kurva Respon Osilasi dengan Nilai Tetap..........................18 Gambar 2.12. Konfigurasi Pin ATmega16.................................................20 Gambar 2.13. Peta Meori AVR ATmega16...............................................24 Gambar.2.14. Pin Out M1632 LCD Hitachi..............................................26 Gambar 2.15..Pin Out LCD M1632 Standard............................................26 Gambar 2.19 rangkaian keypad 4x4...........................................................27 Gambar 2.20. Motor DC............................................................................28 Gambar 2.21. Motor Wiper........................................................................28 Gambar 2.22. Rangkaian Photodioda........................................................30 Gambar 2.23. komponen IC L298..............................................................31 Gambar 2.24. Rangkaian driver L298 biasa.............................................32 Gambar 2.25. Rangkaian driver L298 yang diparalel ..............................32
Gambar 3.1 Diagram alur penelitian..........................................................36 Gambar 3.2. Rangkaian Perancangan sistem keseluruhan.........................38 Gambar 3.3. Rangkaian power supply keluaran +5V ½ A.......................40 Gambar 3.4. Rangkaian power supply keluaran +24V 5 A......................41 Gambar 3.5. Rangkaian Sistem Minimum AVR ATMEGA16....................42 Gambar 3.6. Rangkaian Penampil LCD.....................................................43 Gambar 3.7. Rangkaian inputan keypad.....................................................44 Gambar 3.8. Rangkaian sensor photodioda...............................................45 Gambar 3.9. Rangkaian driver motor Wiper .............................................46 Gambar 3.10. Rangkaian Keseluruhan Elektronika...................................46 Gambar 4.1. Mesin keseluruhan tampak atas.............................................49 Gambar 4.2. Mesin pencekam tampak samping........................................50 Gambar 4.3. Mesin pencekam tampak depan............................................50 Gambar 4.4. Rangkaian keseluruhan power supply tampak atas...............51 Gambar 4.5. Rangkaian keseluruhan power supply tampak samping........51 Gambar 4.6. Rangkaian keseluruhan power supply tampak depan............52 Gambar 4.7. Rangkaian keseluruhan pengendali tampak atas...................52 Gambar 4.8. source code dari program PID..............................................57 Gambar 4.9. kurva keluaran dari input sensor 11....................................59 Gambar 4.10. kurva keluaran dari input sensor 9....................................60 Gambar 4.11. kurva keluaran dari input sensor 7....................................61 Gambar 4.12. kurva keluaran dari input sensor 5....................................62 Gambar 4.13. kurva keluaran dari input sensor 3....................................63 Gambar 4.14. Potongan program dari Eeprom ........................................65 Gambar 4.15. Potongan program dari Eeprom ........................................65
Gambar 4.16. Potongan program dari Eeprom.........................................66 Gambar 4.17. Potongan program dari Eeprom.........................................66
Daftar Lampiran
Source Code ................................................................................................1 Driver l298...................................................................................................6
ABSTRAKSI
Perkembangan
kecanggihan
teknologi
banyak
dihasilkan
dari
panggabungan dua disiplin ilmu, mesin mekanik dan elektronika yang dikenal dengan nama mekatronika atau mechatronics. Mechatronics adalah kombinasi yang sinergi dari teknik mesin ("mecha" singkatan dari mechanisms, yang dimaksud adalah machines berarti ‘move’ atau 'gerak'), teknik elektro ("tronics" for electronics), dan teknik komputer. Tujuan dari ilmu ini adalah mempelajari sistem otomasi dari sudut pandang ilmu teknik dan sistem kontrol hybrid (gabungan dari disiplin ilmu itu) (http://en.wikipedia.org/wiki/Mechatronic). Kebutuhan sistem kontrol digital sangatlah berperan penting dalam dunia perindustrian. Hal ini dapat dilihat dari banyaknya pemilik industri-industri yang beralih dari mesin-mesin manual atau tradisional menuju
mesin-mesin yang
menggunakan sistem kontrol digital. Semakin baik suatu sistem kontrol digital pada suatu mesin, maka akan semakin baik pula nilai, mutu dan kualitas dari hasil produk tersebut. Sistem kontrol digital dalam dunia elektronika bermacam-macam jenisnya, diantaranya: sistem kontrol Proposional, sistem kontrol integrative, sistem kontrol derivatif, sistem kontrol dengan fuzzy logic dan sitem kontrol PID(gabungan proposional integrative dan derivatif)dll. Dalam penelitian ini penulis akan menggunakan sistem kendali PID. Dimana dengan menggunakan sistem kendali ini akan dapat lebih mengoptimalkan tingkat keakuratan dalam hal pengendalian
perintah serta menjadikan nilai error yang dihasilkan senagai nilai masukan untuk menjadikan nilai tersebut lebih akurat.
