PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT PENGOLAH SINYAL PENDETEKSI POSISI SUDUT POROS BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
TUGAS SARJANA
Diajukan untuk melengkapi syarat mencapai gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung Oleh :
LUCKY FAJAR 13103080
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
Lembaran Pengesahan
Tugas Sarjana
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM PENDETEKSI POSISI SUDUT POROS BERBASIS ATMEGA 8535
Oleh:
Lucky Fajar 13103080
Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung
Disetujui pada Tanggal: 2 Februari 2008
Pembimbing
Dr. Ir. Zainal Abidin NIP. 131 473 960
Tugas Sarjana Judul
Program Studi
Perancangan dan pembuatan sistem pendeteksi posisi sudut poros berbasis ATMEGA 8535 Teknik Mesin
Lucky Fajar
13103080
Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung Abstrak Mesin-mesin industri umumnya termasuk dalam jenis rotasi, misalnya pompa, blower, kompresor, dan turbin. Sumber getaran yang paling utama pada mesin jenis rotasi adalah ketidakseimbangan rotor yang diakibatkan oleh adanya massa tidak seimbang yang berputar. Untuk mengatasi masalah ketidakseimbangan tersebut, dilakukan proses penyeimbangan. Pada proses penyeimbangan, penentuan sudut menjadi suatu bagian yang penting. Oleh karena itu, maka perlu dikembangkan alat pendeteksi posisi sudut yang memiliki keakuratan yang baik. Pada tugas sarjana ini dirancang suatu sistem pendeteksi posisi sudut poros, yang tidak tergantung pada diameter poros. Berdasarkan penelitian ini diharapkan agar hasil pengukuran posisi sudut menggunakan sensor enkoder sebagai sensor sudut dan sensor optik (key phasor) sebagai referensi nol, dapat dilihat secara otomatis menggunakan perangkat pengolah sinyal. Perangkat pengolah sinyal yang dikembangkan pada tugas sarjana ini dirancang dengan tiga kanal masukan. Kanal 0 dihubungkan dengan sensor optik (keyphasor), sedangkan kanal 1 dan 2 dihubungkan dengan sensor posisi enkoder. Dengan ketiga kanal tersebut, perangkat pengolah sinyal dapat digunakan untuk mengetahui posisi sudut dari poros. Selain itu perangkat pengolah sinyal tersebut dapat dikondisikan untuk mengetahui arah putaran dan kecepatan poros (rpm). Dari hasil pengujian perangkat pengolah sinyal untuk penentuan posisi sudut poros, menunjukan hasil yang relatif sama dengan acuan, yaitu MSA HP 353650, dengan selisih maksimum 6,47 % dan selisih minimum 0,97 %, sedangkan hasil pengujian perangkat pengolah sinyal untuk pengukuran kecepatan putar poros, mempunyai selisih maksimum 7,2 % dan selisih minimum 3,59 %.
Final Project Title
Major
Lucky Fajar Design and production of shaft angle position detector system using ATMEGA 8535 Mechanical Engineering 13103080 Faculty of Mechanical and Aviation Engineering Institute of Technology Bandung Abstract
Many kind of production machineries belongs to rotational type, such as pump, blower, compressor, and turbine. The main vibrational source of these machineries is the unbalanced rotor that was caused by the existence of unbalance mass on it’s rotational components. To solve this kind of problem, balancing process is needed. Angle detection has become an important part in balancing process. Therefore, a better accuracy for angle detection tools need to be developed. On this final assignment, a shaft angle potition detector system that not depending on the shaft diameter is designed. This research was done so the result of angle potition measurement with encoder as an angle sensor and also a key phasor as a zero reference, can be seen automatically using a signal processing unit. Signal processing unit that was developed in this final assignment is designed with 3 input source. In this unit the 0 input is connected to key phasor and the 1 and 2 input is connected to encoder angle position sensor. With those 3 input, the signal processing unit can be used for detecting position of shaft angle. Beside that this signal processing unit can be used for detecting rotational direction of angle and rotational speed (rpm). From the experiment result, this signal processing unit for detection position of shaft angle, show relatively same result with MSA HP 353650, with miximum range is 6,47 % and minimum range 0,97 %. Meanwhile from the experiment result for rotational speed has maximum range 7,2 % and maximum range 3,59 %.
Oleh :
Lucky Fajar 13103080
Pembimbing :
Dr. Ir. Zainal Abidin
RINGKASAN
Latar Belakang •
PT United Tractors Pandu Engineering telah melakukan redesign atas salah satu produknya yaitu Rear Tipper Vessel TV35 Scania.
•
Karena keterbatasan kemampuan perangkat lunak yang dimiliki oleh PT United Tractors Pandu Engineering, maka produk baru ini belum sempat dianalisa kekuatannya.
Tujuan Penelitian •
Untuk memberikan second opinion atas hasil desain ulang yang dilakukan PT United Tractors Pandu Engineering terhadap produk baru dari Rear Tipper Vessel TV35 Scania.
•
Memberikan rekomendasi teknis berdasarkan hasil analisa yang dilakukan.
Metode Penelitian •
Pengumpulan data primer dan sekunder terhadap produk Rear Tipper Vessel TV35 Scania.
•
Membuat model geometri serta simulasi pembebanan untuk analisa metode elemen hingga dengan menggunakan perangkat lunak MSC Nastran 4.5.
•
Melakukan analisa dengan menggunakan metode elemen hingga pada MSC Nastran 4.5 baik secara statis maupun secara buckling.
Hasil Analisa •
Dari hasil analisa yang telah dilakukan terdapat kegagalan pada komponen endframe 2 yang terletak di tulangan belakang vessel tepat di atas tumpuan pin belakang.
•
Sebaiknya dilakukan perubahan material yang menyusun komponen endframe 2 dari SS400 menjadi material lain yang memiliki kekuatan yield >300 MPa.
Kata Pengantar Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunianya tugas sarjana ini dapat diselesaikan. Tugas sarjana ini merupakan tugas individu, namun banyak pihak yang memberikan banyak bantuan dan dukungan. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: •
Dr. Ir. Zainal Abidin selaku pembimbing tugas sarjana. Terima kasih atas kedisiplinan dan etos kerja yang telah dicontohkan.
•
Almarhum papapku sebagai panutan hidupku. Mamah atas segala doa yang selalu mengiringiku. Adik-adikku Riva, Try, dan Dea yang selalu memeberikan semangat disetiap
•
Keluarga besar H. Idjim Miharja dan keuarga besar (alm) H. Moch. Endun.
•
Seluruh dosen dan staf Departemen Teknik Mesin;seluruh staf Lab. Dinamika
•
Rekan-rekan seperjuangan di Lab dunamika. Terutama buat teguh,yudi, dan adit.
•
Rekan-rekan di Mesin 2003
Penulis menyadari tugas sarjana ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis berharap agar kekurangan dalam tugas sarjana ini dapat disempurnakan pada pengembangan berikutnya.
Bandung, Januari 2008
Penulis
DAFTAR ISI ABSTRAK
i
KATA PENGANTAR
iii
DAFTAR ISI
iv
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR TABEL
vii
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang
1
1.2
Tujuan
1
1.3
Batasan Masalah
2
1.4
Metode Penelitian
2
1.5
Sistematika Penulisan
3
DASAR TEORI 2.1
Pendahuluan
5
2.2
Proses Penyeimbangan
5
2.3
Metode Penyeimbangan
6
2.4
Mikrokontroler ATmega 8535
7
2.4.1
Arsitektur ATMega 8535
9
2.4.2
Fitur Interupsi Eksternal
10
2.4.3
Fitur Timer
12
2.5
Rangkaian Enkoder
14
2.6
LCD Sebagai Fasilitas Antarmuka
17
2.7
Memori dan Register
18
2.8
Komunikasi Serial
19
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT KERAS
21
3.1
Pendahuluan
21
3.2
Pengatur Suplai Tegangan
22
3.3
Masukan Enkoder
23
3.4
Central Processing Unit (CPU)
24
3.4.1
Rangkaian Clock
25
3.4.2
Rangkaian Reset
26
3.4.3
Rangkaian Komunikasi Serial
27
3.5
BAB IV
BAB V
BAB VI
Rangkaian LCD
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK
31
4.1
Perangkat Lunak Code Vision AVR
31
4.2
Logika Program
32
4.2.1
Program Tampilan LCD
34
4.2.2
Program Pengiriman Data ke Komputer
34
4.2.3
Subroutine Penentuan Kecepatan Putar Poros
34
4.2.4
Subroutine Arah Putaran Poros Enkoder
35
PENGUJIAN PROGRAM PENGOLAH SINYAL
36
5.1.
Pendahuluan
36
5.2.
Proses Pengecekan Arah Putaran Poros Enkoder
36
5.3.
Pengujian Program Penentuan Posisi Sudut Poros
38
5.4.
Pengujian Program Penentuan Kecepatan Putar Poros
41
KESIMPULAN DAN SARAN
47
6.1
Kesimpulan
47
6.2
Saran
47
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
28
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Diagram alir penelitian
3
Gambar 2.1 Sistem poros sederhana yang mengalami kondisi tak seimbang
5
Gambar 2.2 Diagram phasor penyeimbangan statik
7
Gambar 2.3 Susunan kaki ATMega8535
10
Gambar 2.4 Register pemicu interupsi
11
Gambar 2.5 Register kontrol interupsi
12
Gambar 2.6 Register TCCR0
12
Gambar 2.7 Register TCCR1B
13
Gambar 2.8 Skema enkoder inkremental
15
Gambar 2.9 Enkoder
15
Gambar 2.10 Piringan enkoder yang berputar
16
Gambar 2.11 Sinyal keluaran enkoder OMRON EB2-CWZ6C
17
Gambar 2.12 LCD 20 x 4
18
Gambar 2.13 Konektor DB-9 serial
19
Gambar 3.1 Perangkat Pengolah Sinyal dengan 3 kanal Masukan
21
Gambar 3.2 Rangkaian pengatur tegangan suplai DC
22
Gambar 3.3 Tuas masukan enkoder
23
Gambar 3.4 Rangkaian Pull up Resistor
23
Gambar 3.5. Rangkaian CPU (Central Processing Unit)
24
Gambar 3.6 Rangkaian Clock
26
Gambar 3.7 Rangkaian Reset
26
Gambar 3.8 Rangkaian Port Serial
27
Gambar 3.9 Skematik dari LCD
28
Gambar 3.10 Rangkaian tegangan kontras
29
Gambar 3.11 Header untuk LCD di PCB
29
Gambar 3.12 Rangkaian mikrokontroler ATMega 8535
30
Gambar 4.1 CodeWizard AVR
32
Gambar 4.1 Logika program penentu posisi sudut poros
33
Gambar 4.2 Logika program penentuan kecepatan putar poros
35
Gambar 4.3 Sinyal keluaran enkoder phase A dan B
35
Gambar 5.1 Skema pengecekan penentuan arah putaran poros enkoder
37
Gambar 5.2 Hasil pengujian penentuan arah putar poros enkoder
37
Gambar 5.3 Skema pengujian program penentuan posisi sudut poros
38
Gambar 5.4 Hasil pengujian pada kecepaatan putar 95 rpm motor AC
39
Gambar 5.5 Hasil pengujian pada kecepatan putar 150 rpm motor AC
39
Gambar 5.6 Hasil pengujian pada kecepatan putar 180 rpm motor AC
40
Gambar 5.7 Hasil pengujian pada kecepatan putar 300 rpm motor AC
40
Gambar 5.8 Skema pengujian program penentuan kecepatan putar
42
Gambar 5.9 Hasil pengujian pada frekuensi 4 Hz sinyal generator
43
Gambar 5.10 Hasil pengujian pada frekuensi 10 Hz sinyal generator
43
Gambar 5.11 Hasil pengujian pada frekuensi 26 Hz sinyal generator
44
Gambar 5.12 Hasil pengujian pada frekuensi 81 Hz sinyal generator
44
Gambar 5.13 Hasil pengujian pada frekuensi 109.6 Hz sinyal generator
45
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pilihan bentuk pemicu
11
Tabel 2.2 Kombinasi Harga CS00,CS01, dan CS02
13
Tabel 2.3 Kombinasi Harga CS10, CS11, dan CS12
14
Tabel 2.5 Susunan kaki-kaki LCD 20 x 4
18
Tabel 5.1 Rangkuman hasil pengujian penentuan posisi sudut poros
41
Tabel 5.2 Rangkuman pengujian program penentuan kecepatan putar
45
