PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ROBOT IUV-ROV (INTEGRATED UNDERWATER VEHICLE ) SEBAGAI ALAT BANTU SURVEI BAWAH AIR
SKRIPSI
YOGA NUGRAHA WAKAMENTA 071401051
PROGRAM STUDI S1 ILMU KOMPUTER DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
Universitas Sumatera Utara
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ROBOT IUV-ROV (INTEGRATED UNDERWATER VEHICLE ) SEBAGAI ALAT BANTU SURVEI BAWAH AIR
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan syarat mencapai gelar Sarjana Komputer
YOGA NUGRAHA WAKAMENTA 071401051
PROGRAM STUDI S1 ILMU KOMPUTER DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
Kategori Nama Nomor Induk Mahasiswa Program Studi Departemen Fakultas
: PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ROBOT IUV (INTEGRATED UNDERWATER VEHICLE) SEBAGAI ALAT BANTU SURVEI BAWAH AIR : SKRIPSI : YOGA NUGRAHA WAKAMENTA : 071401051 : SARJANA (S1) ILMU KOMPUTER : ILMU KOMPUTER : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Diluluskan di Medan, 27 Juni 2011
Komisi Pembimbing
:
Pembimbing 2
Pembimbing 1
Drs. Dahlan Sitompul, M.Eng NIP. 132 316 481
Dr. Poltak Sihombing. M.Kom NIP. 196203171991021001
Diketahui/Disetujui oleh Program Studi S1 Ilmu Komputer Ketua,
Dr. Poltak Sihombing. M.Kom NIP. 196203171991021001
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ROBOT IUV (INTEGRATED UNDERWATER VEHICLE ) SEBAGAI ALAT BANTU SURVEI BAWAH AIR
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 27 Juni 2011
Yoga Nugraha Wakamenta 071401051
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Alhamdulillahirrabbil’alamin, puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpahan karunia-Nya, kertas kajian ini berhasil diselesaikan dalam waktu yang telah ditetapkan. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Bapak Dr. Poltak Sihombing, M.Kom dan Bapak Drs. Dahlan Sitompul, M.Eng selaku pembimbing pada penyelesaian skripsi ini yang telah memberikan panduan dan penuh kepercayaan kepada penulis untuk menyempurnakan kajian ini. Panduan ringkas, padat, dan profesional telah diberikan kepada penulis agar dapat menyelesaikan tugas ini. Selanjutnya kepada para Dosen Penguji Bapak Prof. Dr. Iryanto, M.Si dan Bapak Amer Sharif S.Si, M.Kom atas saran dan kritikan yang sangat berguna bagi penulis. Ucapan terima kasih juga ditujukan kepada Ketua dan Sekretaris Departemen Ilmu Komputer, Bapak Dr. Poltak Sihombing, M.Kom dan Ibu Maya Silvi Lydia, B.Sc.,M.Sc, Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Matematikan dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, semua dosen pada Departemen Ilmu Komputer FMIPA USU, pegawai di Ilmu Komputer FMIPA USU, dan rekan-rekan kuliah. Tidak lupa juga penulis ucapkan terima kasih kepada Ayahanda Iskandar dan Ibunda Shabiha H. Hanum yang selalu memberikan kepercayaan, dukungan, doa, dan semangat tanpa henti. Terakhir, kepada Gema, Lindo, dan Malin yang memberi inspirasi, kepada Adi atas kritik-kritik pencerahannya, dan juga kepada Diyan yang selalu mendukung dan memotivasi penulis. Semoga Allah SWT memberikan limpahan karunia kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, perhatian, serta dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, karena kesempurnaan hanyalah milik Allah. Oleh karena itu penulis menerima kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun dan menyempurnakan skripsi ini. Penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi penulis sendiri pada khususnya dan pembaca pada umumnya.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Kajian ini bertujuan untuk memperoleh sebuah protipe robot IUV (Integrated Underwater Vehicle) dengan berbasis sistem ROV (Remotely Operated Vehicle) sebagai alat bantu survei bawah air. Input kontrol dari robot ini berasal dari keyboard komputer sebagai kontroler utama dan input ini diproses pada mikrokontroler. Robot ini dibangun menggunakan mikrokontroler MCS-51 yang diprogram dengan bahasa pemrograman assembly A51 (bahasa mesin mikrokontroler MCS-51) dan program GUI (graphical user interface) menggunakan Borland Delphi 7. Metode penelitian yang digunakan untuk pembangunan sistem ini adalah pengumpulan data kepustakaan seperti data perangkat keras, spesifikasi robot dan metode trial-and-error. Robot ini memiliki beberapa bagian utama yaitu perangkat kontroler menggunakan komputer, keyboard sebagai kontroler aktuator propeller, kontroler manipulator, papan sirkuit utama, dan kamera sebagai alat visualisasi. Objektif utama pembangunan sistem ini adalah merancang dan membangun robot IUV yang dapat membantu kegiatan survei bawah air.
Kata Kunci: ROV, Komunikasi Serial, MCS-51, Assembly A51, Borland Delphi 7
Universitas Sumatera Utara
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF IUV-ROV ROBOT AS UNDER WATER SURVEY TOOL
ABSTRACT
The purpose of this study is to develop the prototype IUV (Integrated Underwater Vehicle) robot by using ROV (Remotely Operated Vehicle) system as underwater survey device. Input controls of the robot is derived from the computer keyboard as the main controller and the input is processed in the microcontroller. This robot is developed using MCS-51 microcontroller with A51 assembly language (machine language for MCS-51) and GUI (graphical user interface) program using Borland Delphi 7. The research method being used to develop the system are data library collection such as the hardware datasheet, the specification of the robot and trial-anderror method. This robot includes several main parts: a controller device using a computer, a keyboard as the controller of propeller actuator, manipulator controller, the main circuit board, and the camera as a visualization tool. The main objective of development this study is to design and build IUV robot that can help underwater survey activities.
Keywords: ROV, Serial Communication, MCS-51, Assembly A51, Borland Delphi 7
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL ..................................................................................................i PERSETUJUAN ....................................................................................................... ii PERNYATAAN ....................................................................................................... iii PENGHARGAAN .....................................................................................................iv ABSTRAK ................................................................................................................. v ABSTRACT .............................................................................................................. vi DAFTAR ISI ...........................................................................................................vii DAFTAR TABEL ....................................................................................................ix DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. x BAB 1 PENDAHULUAN ......................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang Masalah ......................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah .................................................................................. 3 1.3 Batasan Masalah .................................................................................... 3 1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................... 3 1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................. 4 1.6 Metode Penelitian .................................................................................. 4 1.7 Sistematika Penulisan............................................................................. 5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................ 7 2.1 Robotika ................................................................................................ 7 2.1.1 Sejarah Robot ............................................................................... 7 2.1.2 Karakteristik Robot ...................................................................... 8 2.1.3 Tipe Robot ................................................................................... 8 2.2 ROV (Remotely Operated Vehicle) ........................................................ 9 2.3 Mikrokontroler MCS-51 ...................................................................... 11 2.4 Komunikasi Serial Asinkron RS232 pada Mikrokontroler MCS-51 ...... 16 2.5 Aktuator............................................................................................... 17 2.5.1 Motor DC ................................................................................... 18 2.5.2 Motor Servo Standar .................................................................. 19 2.6 Driver Motor DC L298 ........................................................................ 21 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM ........................................................................ 25 3.1 Komponen yang Digunakan ................................................................. 25 3.2 Perancangan Konstruksi Robot IUV ..................................................... 28 3.2.1 Desain Konstruksi Robot ............................................................ 28 3.2.1.1 Kerangka Robot ............................................................ 28 3.2.1.2 Tabung Buoyancy .......................................................... 30 3.2.1.3 Perancangan Body Utama Robot.................................... 31 3.2.2 Perancangan Aktuator ................................................................ 32 3.2.2.1 Aktuator Propeller ........................................................ 32 3.2.2.2 Aktuator Roda ............................................................... 33 3.2.2.3 Aktuator Lengan Robot ................................................. 35 3.2.2.4 Aktuator Kamera ........................................................... 37
Universitas Sumatera Utara
3.2.3 Perancangan Sirkuit Elektronik .................................................. 38 3.2.3.1 Rangkaian Sumber Tegangan ........................................ 38 3.2.3.2 Rangkaian Mikrokontroler ............................................ 39 3.2.3.3 Rangkaian Driver Komunikasi Serial ............................ 40 3.2.3.4 Rangkaian Driver Motor DC ......................................... 41 3.2.3.5 Rangkaian Driver Aktuator Lengan dan Kamera ........... 42 3.2.3.6 Sirkuit Utama ................................................................ 44 3.3 Perancangan Perangkat Kontrol ........................................................... 45 3.3.1 Perangkat Kontrol Utama ........................................................... 45 3.3.2 Perangkat Kontrol Analog .......................................................... 47 3.4 Perancangan Perangkat Lunak Robot ................................................... 48 3.4.1 Perancangan Program Mikrokontroler ........................................ 48 3.4.2 Perancangan Program Kendali Berbasis GUI (Graphical User Interface) .................................................................................... 51 BAB 4 IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN SISTEM ......................................... 56 4.1 Implementasi Bagian Konstruksi Robot ............................................... 56 4.1.1 Implementasi Kerangka Robot ................................................... 56 4.1.2 Implementasi Tabung Buoyancy ................................................. 58 4.1.3 Implementasi Body Robot .......................................................... 59 4.2 Implementasi Aktuator Robot .............................................................. 60 4.2.1 Implementasi Propeller .............................................................. 60 4.2.2 Implementasi Roda Penggerak (Wheel) ...................................... 61 4.2.3 Implementasi Lengan Robot ....................................................... 63 4.2.4 Implementasi Aktuator Kamera .................................................. 64 4.3 Implementasi Rangkaian Sirkuit Elektronik ......................................... 65 4.4 Implementasi Perangkat Kontroler ....................................................... 72 4.5 Implementasi Perangkat Lunak Robot .................................................. 74 4.5.1 Modul Program Mikrokontroler ................................................. 74 4.5.1.1 Rutin Program Komunikasi Serial ................................. 75 4.5.1.2 Rutin Program Antarmuka Propeller ............................. 75 4.5.2 Implementasi Program GUI ........................................................ 78 4.5.2.1 Modul Program Komunikasi Serial ............................... 79 4.5.2.2 Modul Program Kamera ................................................ 80 4.5.2.3 Modul Program Kontrol ................................................ 82 4.6 Pengujian Sistem.................................................................................. 85 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................... 87 5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 87 5.2 Saran .................................................................................................... 88 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 89 LAMPIRAN ............................................................................................................. 90
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
2.1 Koneksi Pin Port Paralel dan MCS-51 ................................................. 15 2.2 Tabel Logika Prinsip Kerja IC L298..................................................... 21 3.1 Tabel Peralatan yang Digunakan .......................................................... 25 3.2 Rincian Komponen Fisik ...................................................................... 26 3.3 Rincian Komponen Elektronik ............................................................. 27
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
2.1 (a) Memori Program .......................................................................... 12 2.1 (b) Memori Data (RAM) .................................................................... 12 2.2 Arsitektur Mikrokontroler MCS-51 .................................................... 13 2.3 Penampang dan Konfigurasi Pin Mikrokontroler MCS-51 ................. 13 2.4 Sistem minimum mikrokontroler MCS-51 ......................................... 14 2.5 Rangkaian ISP Programmer ............................................................... 15 2.6 Susunan bit Register SBUF ................................................................ 16 2.7 Susunan Bit Register SCON .............................................................. 16 2.8 Susunan bit Register TMOD .............................................................. 17 2.9 bit Register TCON ............................................................................. 17 2.10 Prinsip Gaya Lorentz .......................................................................... 18 2.11 Arah perputaran motor DC................................................................. 19 2.12 Motor servo dan konfigurasi pin ........................................................ 20 2.13 Hubungan Lebar Pulsa PWM dengan Arah Putaran Motor Servo ....... 20 2.14 Penampang IC L298 .......................................................................... 21 2.15 Penampang IC Timer 555. ................................................................. 22 2.16 Rangkaian Multivibrator Monostabil.................................................. 23 2.17 Rangkaian Multivibrator Astabil ........................................................ 24 2.18 (a) Output Multivibrator Monostabil .................................................. 24 2.18 (b) Output Multivibrator Astabil ........................................................ 24 3.1 Rancangan Kerangka Robot IUV ....................................................... 29 3.2 Gaya Buoyancy dan Gravity ............................................................... 29 3.3 Penempatan Tabung Buoyancy........................................................... 31 3.4 Rancangan Body Utama ..................................................................... 31 3.5 (a) Rancangan propeller..................................................................... 32 3.5 (b) Komponen propeller .................................................................... 32 3.5 (c) Desain Pergerakan Robot Menggunakan Propeller ....................... 33 3.6 Skema Switching Aktuator Wheel ...................................................... 34 3.7 (a) Penampang Wheel ........................................................................ 34 3.7 (b) Komponen Aktuator Wheel .......................................................... 35 3.8 Prinsip Kerja Aktuator Hidraulik ....................................................... 36 3.9 Rancangan Aktuator Lengan .............................................................. 36 3.10 Rancangan Aktuator dan Sudut Pandang Kamera ............................... 37 3.11 Rangkaian Sumber Tegangan ............................................................. 38 3.12 Sinyal Clock ...................................................................................... 39 3.13 Rangkaian Sistem Minimum .............................................................. 40 3.14 Rangkaian Driver Komunikasi Serial ................................................. 41 3.15 Rangkaian Driver Motor DC .............................................................. 42 3.16 Rangkaian Driver Motor Servo IC 555............................................... 43 3.17 Rangkaian Main Circuit ..................................................................... 44 3.18 Tombol Kontrol Keyboard ................................................................. 46 3.19 Rancangan Perangkat Kontrol Analog................................................ 47 3.20 Flowchart Pembacaan Input Penunjuk Rutin Gerak Horizontal .......... 48
Universitas Sumatera Utara
3.21 Flowchart Pembacaan Input Penunjuk Rutin Gerakan Vertikal........... 49 3.22 Flowchart Komunikasi Serial ............................................................. 50 3.23 Rancangan Interface Program ............................................................ 52 3.24 Flowchart Program Kendali GUI ....................................................... 53 4.1 (a) Peralatan dan Bahan untuk pembuatan Kerangka Robot ............... 57 4.1 (b) Perakitan Kerangka Robot ............................................................ 57 4.1 (c) Kerangka Robot............................................................................ 58 4.2 Tabung Buoyancy .............................................................................. 58 4.3 Body Utama Robot ............................................................................. 59 4.4 (a) Komponen Propeller Robot .......................................................... 60 4.4 (b) Propeller Robot............................................................................ 61 4.5 Komponen Wheel .............................................................................. 61 4.6 Penampang Wheel .............................................................................. 62 4.7 (a) Aktuator Motor Servo dan Pompa Hidraulik ................................. 63 4.7 (b) Lengan Robot ............................................................................... 63 4.8 (a) Aktuator Kamera dan Tabung Pelindung ...................................... 64 4.8 (b) Kamera......................................................................................... 64 4.9 Rangkaian pada Papan PCB dan Protoboard ..................................... 65 4.10 Pembuatan Schematic Rangkaiaan Menggunakan Software Eagle 5.6 66 4.11 Pembuatan Layout PCB ..................................................................... 66 4.12 (a) Pemindaian Komponen pada Layout PCB ..................................... 67 4.12 (b) Layout PCB yang Di-print pada Kertas ......................................... 67 4.13 Fotokopi Layout pada Kertas Foto ..................................................... 68 4.14 Hasil Penyablon Layout pada Papan PCB .......................................... 68 4.15 Pelarutan PCB ................................................................................... 69 4.16 Pengeboran Papan PCB ..................................................................... 70 4.17 Penempatan Komponen dan Penyolderan........................................... 70 4.18 Pengujian Papan PCB Sirkuit ............................................................. 71 4.19 Papan Circuit Utama .......................................................................... 71 4.20 Keyboard sebagai Kontroler Utama ................................................... 72 4.21 (a) Perangkat Kontroler Analog ......................................................... 73 4.21 (b) Kabel Umbilical ........................................................................... 73 4.22 Pembuatan Program dengan MIDE-51 ............................................... 74 4.23 Tampilan Antarmuka Program GUI ................................................... 75 4.24 Kotak Dialog Setup............................................................................ 76
Universitas Sumatera Utara
