RANCANG BANGUN KONTROL MOTOR PADA PERANGKAT PENCACAH RIA IP10

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN-BATAN, 14 November 2013

Perangkat Nuklir

RANCANG BANGUN KONTROL MOTOR PADA PERANGKAT PENCACAH RIA IP10 Indarzah MP, Wahyuni Z. Imran, dan Sukandar

PRPN - BAT AN , Kawasan Puspiptek, Gedung 71, Tangerang

Selatan, 15310

ABSTRAK RANCANG BANGUN KONTROL MOTOR PADA PERANGKA T PENCACAH RIA IP10. Telah dibangun sistem kontrol motor servo berbasis mikrokontroler A T89C2051 untuk mengontrol pergerakan tray dan detektor dari Pencacah RIA IP10 hasH rancang bangun PRPN - BA TAN. Tray memiliki 50 lubang dengan komposisi 10 x 5 lubang, sehingga dapat dHakukan pencacahan 5 tabung sampel secara simultan sebanyak 10 kali untuk keseluruhan lubang. Tray bergerak secara horizontal sedangkan detektor bergerak secara vertikal. Sistem kontrol memiliki sensor optocoupler dan limit switch untuk mendeteksi posisi detektor dan tray. Format data ASCII digunakan untuk berkomunikasi dengan komputer melalui standar RS-232C. Katakunci: mikrokontroler,

motor servo, optocoupler, ASCII, pencacah RIA

ABSTRACT DESIGN AND CONSTRUCTION OF MOTOR CONTROL ON IP10 RIA COUNTER SYSTEM. Design and construction has been developed for A T89C2051 microcontroller based servo motor control module for tray and detector on IP10 RIA Counter of PRPNBA TAN. Tray has 50 holes with 10 x 5 holes composition, with the result that 10 counting can made for whole hole. Tray can move horizontally whereas detector can move vertically. Control system have optocoupler sensor and limit switch for detector and tray position detection. ASCII data format is used for communication to the computer with RS232C standard. Keywords:microcontroller,

servo motor, optocoupler, ASCII, RIA counter.

1. PENDAHULUAN Perangkat

pencacah RIA (Radioimmunoassay)

merupakan

perangkat yang biasa

dijumpai di laboratorium yang berfungsi untuk analisa darah manusia, analisis kandungan progesteron pada sampel susu binatang sapi dan masih banyak aplikasi lainnya. Pencacah

RIA IP10 merupakan

BATAN, memiliki keunggulan sampel.

Untuk meletakkan

pencacah

RIA hasil rancang

mampu mencacah secara simultan

tabung sam pel digunakan

bang un PRPN -

sebanyak

5 tabung

sebuah tray yang terbuat dari

flexiglass. Tray ini memiliki lubang sebanyak 50 buah, dengan komposisi 5 X 10 lubang. Detektor yang digunakan

adalah Nal(TI) sebanyak 5 buah. Untuk proses pencacahan

- 203 -

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN- BATAN, 14 November 2013

diperlukan

pengaturan

Perangkat Nuklir

pergerakan

detektor

secara

vertikal

(naik

dan

pergerakan tray sam pel secara horizontal (kanan dan kiri). Pergerakan dan tray menggunakan

turun)

dan

posisi detektor

motor servo, sehingga diperlukan motor servo sebanyak 2 buah.

Ketepatan posisi dan pergerakan tabung sam pel dengan detektor merupakan hal yang penting,

karena

mempengaruhi

sam pel itu sendiri. Apabila terjadi

adalah

keseluruhan

pecahnya

ketelitian

hasil pencacahan

terjadi ketidaktepatan, tabung

sampel

sampel yang terdapat

atau

serta keamanan

maka kemungkinan sampel

yang

terburuk

tumpah.

pad a tray akan memerlukan

tabung yang

Pencacahan

proses pencacahan

sebanyak 10 kali, dengan sekali cacahan simultan sebanyak 5 buah. Ilustrasi pergerakan posisi tray dan detektor dapat dilihat pad a gambar 1 sebagai berikut:

Arah

ARAH GERAK TRAYSECARA

Maksimum

HORIZONTAL

Arah

-

••

'" "

ARAH GERAK DETEKTOR

MAMPU KOlOM MENAMPUNG 1 55AMPEL

SECARA VERTIKAl _

Home

i

TRA Y

lUBANG TEMPAT MENAMPUNG TABUNG

DETEKTOR (5 BUAH)

KOlOM

10

SAMPEl

Arah Home

Gambar

1. Pergerakan detektor dan tray

Kondisi awal tray dan detektor adalah pad a home. Sebagai contoh ketika akan dilakukan pencacahan

pad a tabung sampel yang tersimpan

pad a kolom 1, maka tray

akan bergerak sampai posisi kolom 1 berada tepat di atas posisi detektor. detektor

akan

pencacahan.

bergerak

ke posisi

Bila proses pencacahan

maksimum

untuk

selanjutnya

selesai, maka detektor

Kemudian

dilakukan

proses

akan kembali ke posisi

home kemudian tray juga akan kembali ke posisi home. Diagram alir proses tersebut dapat dilihat pad a Gambar 2.

- 204 -

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - BA TAN, 14 November 2013

Perangkat Nuklir

Mulai

Tray dan detektor pada posisi home

Motor servo horizontal menggerakkan tray ke kolom tertentu

----~-----. Motor servo vertikal menggerakkan detektor ke posisi maksimum

Proses pencacahan

--.---~

Motor servo vertikal menggerakkan detektor ke posisi home

Motor servo horizontal menggerakkan tray ke posisi home

,. Selesai

Gambar 2. Diagram alir pergerakan motor untuk proses pencacahan

Pada makalah ini akan dibahas rancang bang un sistem penggerak posisi detektor dan tray, yang meliputi rancang bangun modul elektronik motor penggerak dan perangkat lunak untuk kontrol pergerakan posisi detektor dan tray.

2. TEORI Sistem penggerak posisi tray dan detektor pada perangkat RIA IP10 menggunakan komponen

utama motor servo produksi Panasonic dengan tipe MSMD042P10.

mengoperasikan

motor digunakan proses

driver yang sesuai pengaturan

kerja

yaitu motor

Panasonic

dengan tipe

MBDDT2210,

sehingga

Pengoperasian

motor dilakukan dengan memberikan pulsa pada PULS2 pin untuk gerak

putar searah putaran jarum jam (CW), atau memberikan gerak putar berlawanan

menjadi

Untuk

lebih

mudah.

pulsa pada SIGN2 pin untuk

arah jarum jam (CCW). Sumber

pulsa dan pengaturannya

dilakukan oleh modul kontrol motor. Interkoneksi

antara motor driver dengan modul kontrol motor dapat dilihat pada

gambar 3 berikut ini:

- 205 -


Perangkat Nuklir

, , ,

,.

:

:1

R

Ii'=' :

cw

:1

. ,. ::r R

i

- -,-

MOTOR

KONTROL

DRIVER

MOTOR

Gambar 3. Interkoneksi motor driver dengan modul kontrol motor [1]

Pengaturan perputaran motor dilakukan oleh modul kontrol dengan mengikuti format masukan yang sesuai dengan gambar 4. CCW

I

CW

PULS

SIGN

Gambar 4. Sinyal kontrol pengoperasian motor [1] Modul kontrol menggunakan

komponen utama mikrokontroler

8 bit A T89C2051 dari

Atme!. Spesifikasi mikrokontroler AT89C2051 adalah sebagai berikut [2]: •

Kompatibel dengan keluarga MCS®-51

•

Memiliki 2KB Flash Programmable and Erasable Read-Only Memory (PEROM)

•

Tegangan operasi 2.7V-6VDC

•

Operasi statik penuh: 0 Hz s.d 24 MHz 2 128 buah x 8-bit timerlcounter RAM internal bit lock 6 Direct Programmable On-chip 15tingkat sumber Programmable LED analog interupsi driveserial comparator output I/O16 UART Lines 2 program memory

•

•

- 206 -


Mikrokontroler

Perangkat Nuklir

AT89C2051

yang digunakan

merupakan

versi yang lebih minimal

dari MCS®-51, terutama dalam hal jumlah memory dan jumlah I/O yang dimiliki. Port yang dimiliki adalah Port 1 dan Port 3 yang mampu menyediakan 15 I/O dari total 20 pin yang dimiliki. Diagram blok mikrokontroler

dapat dilihat pada gambar 5. Dari gambar tersebut

terlihat Port 1 yang memiliki 8 bit bidirectional internal. P1.0 dan P1.1 memerlukan

I/O. Pin P1.2 s.d P1.7 memiliki pull-up

pull-up eksternal.

P1.0 dan P1.1 juga bertindak

sebagai masukan positif (AINO) dan masukan negatif (AIN1) dari komparator analog onchip yang presisi.

Keluaran

Port 1 mampu menyediakan

sehingga dapat mengendalikan dan P3.7 adalah bidirectional

arus sink sebesar

20 mA

LED secara langsung. Port 3 terutama pin P3.0 s.d P3.5 I/O yang memiliki pull-up internal. P3.6 terhubung secara

hard-wired sebagai masukan yang terhubung dengan keluaran dari komparator dan tidak dapat diakses sebagai I/O. Port 3 juga mampu menyediakan arus sink sebesar 20 mA.

1-------------------

,

~~%-1

I

~

:

I I

I I

I

I

I

I

I

I

I I

I I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

INTERRUPT.

I

I

SERIAL PORT.

AND TIMER

I

BLOCKS

I I RESET

I I

I

TIMING

I

CO~~~Ol

I

INSTRUCTION

I

REGISTER

I I I

I I I

I

I

I I

I I

I I

I I

I L

I

y o

--

1

P3.0 - P3.5

Gambar 5. Diagram blok AT89C2051 [2]

- 207 -


Perangkat Nuklir

3. TATAKERJA (BAHAN DAN METODE) RANCANGAN Sistem kontrol motor peneaeah RIA IP10 diraneang untuk dapat menggerakkan buah motor servo berdasarkan instruksi yang diberikan dari komputer. terse but telah selesai dilaksanakan,selanjutnya

Sistem komunikasi

antara komputer

Apabila instruksi

sistem kontrol akan memberikan

(Iaporan) kepada komputer, sehingga komputer dapat melaksanakan

dua

respon

instruksi selanjutnya.

dengan kontrol motor menggunakan

komunikasi

standar RS-232C. Diagram blok kontrol motor dapat dilihat pada gambar 6, terlihat bahwa komunikasi antara komputer dengan kontrol motor dapat terjadi dalam dua arah.

Hal ini diperlukan

mengingat bahwa sistem kontrol motor berfungsi untuk meringankan

beban komputer,

serta menjamin komunikasi yang terjadi tidak terjadi kesalahan. Untuk mendeteksi posisi tray sampel yang diinginkan untuk proses peneaeahan, digunakan

sensor optocoupler.

Untuk bahan deteksi optoeoupler

tersebut digunakan

sebuah lubang pada jalur yang akan dilewati tray dan bersesuaian dengan posisi kolom, dengan jarak antar lubang 4.5 em. Jumlah lubang yang dibuat sebanyak sesuai dengan jumlah kolom pada tray sampel. Mikrokontroler

10 buah yang

akan membaea posisi tray

berdasarkan keluaran dari optocoupler. Sensor limit switch digunakan untuk mendeteksi posisi tray atau detektor, apakah sudah berada pad a posisi home atau sudah bergerak dan berada pad a posisi maksimum. Ada 4 posisi yang akan dikenali oleh mikrokontroler,

yaitu posisi detektor home, posisi

detektor maksimum, posisi tray home dan posisi tray maksimum. Kecepatan multivibrator.

gerak

motor

ditentukan

oleh

pulsa

yang

dihasilkan

oleh

astable

Selector akan meloloskan pulsa ke pin masukan yang sesuai pada motor

driver berdasarkan jenis instruksi yang diberikan oleh komputer.

- 208 -

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN-BATAN, 14 November 2013

Perangkat Nuklir

MICROCONTROLLER

Gambar 6. Diagram blok kontrol motor

Sistem komunikasi antara kontrol motor dengan komputer dirancang menggunakan format ASCII agar proses pemrograman digunakan

oleh komputer

lebih fleksibel. Jenis instruksi dan status yang

dalam berkomunikasi

dengan sistem kontrol motor adalah

sebagai berikut: 1. Detektor bergerak ke posisi home 2. Detektor bergerak ke posisi maksimum 3. Tray bergerak ke posisi home 4. Tray bergerak maju 5. Tray bergerak mundur 6. Tray bergerak ke posisi maksimum 7. Status posisi tray dan detektor 8. Informasi versi perangkat lunak

4. HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar detail rangkaian skematik sistem kontrol motor berdasarkan

diagram blok

yang terlihat pada gambar 6 dapat dilihat pad a gambar 7 sebagai berikut:

- 209 -


Perangkat Nuklir

·sv

t

R1 4K7

R2 in 4K7

R3 L n !n 4K7

R4 4K7!

n

R21 4K7

0.. 0 4K7 Rn

J6

OPT04 J3

i

._..~_~~,"., ..••/ •.

L!I<.1IT$W!lCH

!

i cs 1~

" MOTOR 1

r:1 M1

"' "' '"

GND

Gambar 7. Skematik sistem kontrol motor Port 3 digunakan

sebagai media masukan mikrokontroler

untuk membaca

hasil

deteksi optocoupler yang merupakan posisi tray sam pel. Apabila posisi tray sam pel telah tepat berada pad a posisi yang ditentukan, bersesuaian

masukan tegangan

pad a pin Port 3 yang

akan berubah nilainya dari tegangan 0 VDC menjadi 5 VDC. Pergerakan

motor yang menggerakan posisi tray diatur oleh kontrol motor berdasarkan informasi dari optocoupler.

Ketika instruksi untuk menggerakkan

tray diberikan

pad a mikrokontroler

yang terdapat pad a kontrol motor, maka pulsa diberikan pada PULS pin atau SIGN pin yang sesuai.

Selama

tray bergerak

Apabila sinyal dari optocoupler pemberian

pulsa

pada

pin

dilakukan

pengecekan

status

dari optocoupler.

bernilai 5VDC maka kontrol motor akan menghentikan tersebut,

sehingga

tray

akan

berhenti.

Keadaan

ini

menunjukkan bahwa tray telah berada pad a posisi kolom tertentu. Instalasi sensor pad a sistem tray dapat dilihat pada gambar lubang

yang

bersesuaian

dengan

posisi

kolom

pada

8. Terlihat bahwa

tray terdeteksi

oleh

sensor

optocoupler yang terletak pad a tray. Hal ini dapat dilihat secara visual dengan indikator LED yang menyala pad a optocoupler. Lubang ini merupakan penanda posisi penempatan tabung sam pel. Ada 10 lubang penanda yang menunjukkan 10 posisi penempatan tabung sam pel. Hasil pengujian

menunjukkan

bahwa posisi dan ukuran lubang serta posisi

penempatan sensor, menentukan kepresisian proses deteksi.

-210-


Perangkat Nuklir

Por11 khususnya P1.4 s.d P1.7 digunakan sebagai media masukan mikrokontroler untuk membaca posisi tray dan detektor, dan juga sebagai pengaman. akan mampu mendeteksi

Mikrokontroler

posisi tray dan detektor apakah pad a posisi maksimum atau

home berdasarkan pad a perubahan tegangan dari 5 VDC menjadi 0 VDC yang terdapat pada limit switch. Ketika instruksi untuk menggerakkan tray atau detektor diberikan pada kontrol motor, pulsa diberikan pad a PULS pin atau SIGN pin yang sesuai pada motor driver. Selama tray atau detektor bergerak, dilakukan pengecekan terhadap kondisi limit switch. Bila sinyal dari limit switch bernilai 0 VDC, maka pemberian pulsa pada motor driver dihentikan yang mengakibatkan detektor atau trayakan

berhenti bergerak.

(

Sensor optocoupler (tampak depan) Indikator menyala menunjukkan bahwa lubang posisi tray terdeteksi oleh optocoupler

Lubang posisi tray sampel yang akan dideteksi

Sensor optocoupler (tampak samping)

optocoupler

Gambar 8. Instalasi sensor optocoupler Modul

komunikasi

menggunakan

komponen

MAX232,

sehingga

mikrokontroler

dapat melakukan komunikasi dengan standar RS-232C dengan komputer. MAX232 pad a dasarnya

adalah

sebaliknya.

suatu

MAX232

konverter

diperlukan

tegangan

dari standar

karena tegangan

kerja

RS-232C beserta

ke 5VDC

keluaran

atau

I/O pada

mikrokontroler adalah 5VDC. Modul

astable

multivibrator

menggunakan

komponen

timer

NE555,

dengan

frekuensi yang dapat diatur dengan kisaran 12 Hz. Pengaturan frekuensi dilakukan untuk memperoleh kecepatan gerak motor dan mendapatkan kepresisian sesuai dengan yang diinginkan. Terdapat modul indikator yang menunjukkan bahwa modul sedang beroperasi. Keluaran astable multivibrator driver

melalui

selector

selanjutnya diberikan ke masing-masing

yang terdiri

dari gerbang

AND

masukan motor

dan rangkaian

saklar yang

-211-

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - SA TAN, 14 November 2013

Perangkat Nuklir

dikendalikan oleh mikrokontroler,

untuk memilih salah satu dari ke em pat masukan motor

driver yang akan digunakan. Hasil rancangan

PCB dari skematik sistem kontrol motor dan bentuk fisik hasil

perakitan, dapat dilihat pada gambar 9 dan 10 sebagai berikut:

Gambar 9. Tata letak komponen dan layout PCB kontrol motor

Gambar Cara

kerja

10. Bentuk fisik modul sistem kontrol motor

dari sistem

kontrol

motor,

khususnya

pad a mikrokontroler

dalam

menangani instruksi pergerakan detektor dan tray, dapat dilihat pad a state machine pada gambar 11.

-212-


Perangkat Nuklir

NOT'!'

Gambar 11. State machine program pad a mikrokontroler Mikrokontroler komunikasi

akan menggerakkan

motor jika instruksi

yang diberikan

melalui

RS-232C dikenali. Jenis instruksi yang dikenali oleh mikrokontroler

dapat

dilihat pada tabel 1. Tabel 1. Jenis instruksi yang dikenali oleh mikrokontroler !CTM !CTH !CTS !CTF DH DS Instruksi !CCV !CCS Kode Arti Instruksi maiu Gerak tray mundur No. !C Status posisi tray detektor ke posisi maksimum home ke dan posisi home detektor maksimum (set) Informasi versi peranqkat lunak 4. 5. 2. 6. 3. 7. 8.

Mikrokontroler

akan memberikan

respon terhadap instruksi yang diberikan berupa

data ACK dan untuk respon terhadap status adalah berupa status dari detektor diikuti dengan status tray serta informasi firmware yaitu berupa versi dari perangkat

lunak.

Status dari detektor dan tray mengikuti kode yang sesuai dengan tabel 2.

Tabel 2. Informasi Status detektor dan tray Status Detektor H

S

Informasi Status Detektor pada posisi Home Detektor pad a posisi Maksimum set

Status Tra H

Informasi Status

S

Tray pada posisi Home Tray pad a posisi kolom tertentu

M

Trav pada posisi maksimum

Pemberian instruksi diawali dengan ! dan diakhiri dengan return. Respon status diawali dengan ", kemudian respon data dan diakhiri dengan return

- 213 -

Prosiding Pertemuan IImiah Perekayasaan PRPN - SA TAN, 14 November 2013

Prosedur

pengujian

program HyperTerminal

Perangkat Nuklir

kerja sistem kontrol motor dilakukan

dengan menggunakan

dan program bantu Uji Fungsi Kontrol RIA yang tampilannya

dapat dilihat pad a gambar berikut:

UJI FUNGSI

KONTROL

RIA

!C TM

Gambar

12. Program bantu untuk pengujian sistem kontrol motor

Hasil pengujian menunjukkan

hasil sebagaimana yang diharapkan.

pengujian dapat dilihat pada gambar 13, yang menunjukkan

Beberapa hasil

bahwa tray bergerak ke

posisi home, kemudian bergerak ke posisi sampel 1 dan selanjutnya detektor bergerak ke posisi maksimum dimana proses pencacahan sam pel dapat dilakukan.

Posisi tray di home Posisi detektor di home

Gambar

Posisi tray di kolom 1 Posisi detektor di home

Posisi tray di kolom 1 Posisi detektor

di maksimum

Jset up

13. Hasil pengujian pergerakan tray dan detektor

- 214 -


Perangkat Nuklir

5. KESIMPULAN Sistem kontrol motor untuk perangkat pencacah RIA IP 10 telah berhasil dirancang dan dibangun serta diujicoba dengan hasil yang sesuai dengan diharapkan. Kemudahan pengujian diperoleh dengan penggunaan format instruksi ASCII. Proses pengujian dapat menggunakan

hyperterminal,

sehingga proses pengujian menjadi lebih sederhana dan

tidak diperlukan pembuatan program uji tersendiri. Posisi dan ukuran lubang deteksi untuk sensor

optocoupler

pergerakan

tray.

serta

posisi

Pengaturan

penempatan

frekuensi

optocoupler

pada astable

menentukan

multivibrator

kepresisian

diperlukan

untuk

mendapatkan kecepatan, kepresisian dan kehalusan pergerakan tray dan detektor sesuai yang diinginkan.

6. DAFT AR PUST AKA 1. PANASONIC,

"Instruction

Manual AC Servo Motor and Driver Minas A4 Series",

Matsushita Electric Industrial Co.Ltd, Osaka Japan, 2004. 2. ATMEL, "AT89C2051 8-bit Microcontroller with 2K Bytes Flash", Atmel, 2008. 3. INTEL, "MCS®51 Microcontroller

Family User's Manual, Intel, 1994

TANYA JAWAB Pertanyaan: 1. Apakah

ada

perbedaan

posisi

sam pel

dengan

detector?

Berdasarkan

Ferasi

dibandingkan dengan hasil pengukuran? (Tri H)

Jawaban: 1. Tidak terjadi perbedaan ketepatan deteksi posisi sampel karena sebelumnya dilakukan pengukuran

terhadap

Perbedaaan

terjadi

posisi sinyal tersebut

sebelum

dilakukan

penandaan

hanya pada posisi sinyal yang tidak seluruhnya

posisi.

presisi, yang

diakibatkan oleh proses pembulatan lubang sinyal pada tray.

- 215 -

RANCANG BANGUN KONTROL MOTOR PADA PERANGKAT PENCACAH RIA IP10

Recommend Documents