Media Elektrika, Vol. 9, No. 2, Desember 2016
ISSN 1979-7451
REKAYASA PROTOTIPE ROBOT PEMADAM API DAN PELACAK JEJAK BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535 Muhammad Abdurohman1), Aris Kiswanto2), Moh Toni3) 1)
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Semarang Email:
[email protected]
ABSTRAK Rancang bangun robot pemadam api yang juga dapat mengikuti jejak menggunakan micro chip ATMega8535, dengan spesifikasi robot menggunakan foto dioda delapan buah sebagai sensor pelacak jejak sehingga robot lebih baik untuk kemungkinan keluar dari garis yang telah ditentukan, sensor jarak sebagai alat navigasi robot agar tidak menabrak, sensor api untuk mendeksi api yang memungkinkan sensor ini bisa diganti-ganti sesuai dengan kebutuhan bisa dengan UVtron, LM35, LDR, atau foto dioda. Sensor mendeteksi adanya sumber api dan mengaktifkan alat pemadam, penulis memasang fan sebagai pemadam apinya. Dilengkapi dengan LCD untuk memonitor progress kerja robot yang sekaligus untuk mengubah program robot secara langsung dengan bantuan empat tombol yang difungsikan sebagai menu atau cancel, ok atau start, up dan down. Program yang dapat dirubah melalui robot adalah kecepatan, pengambilan data sensor terhadap dasar putih sebagai kalibrasi, mencoba fungsi kerja robot dengan demo (maju, mundur, belok kanan, belok kiri). Juga dapat merubah program robot sesuai dengan program pilihan yang sebelumnya telah dimasukkan dalam menu utama robot tanpa menggunakan PC.. Kata Kunci: robot, pemadam api, pelacak jejak, ATMega8535 1.
cuci, microwave, control pintu pagar,
PENDAHULUAN
sistem alarm, control mesin mobil,
Latar Belakang Mikrokontroler
dewasa
ini
kontrol
pintu
mobil,
inkubator,
merupakan suatu alat untuk otomasi yang
permainan anak-anak dan masih banyak
paling banyak digunakan, baik peralatan
lagi.
rumah tangga, industri, pertanian dan banyak
sektor
lainya.
Sehingga
Dalam hal ini mikrokontroler terdiri beberapa
komponen
yang
terpaket
pemakaian maupun pengetahuan alat
menjadi satu dalam sebuah cips IC
memang sangat penting kita ketahui.
(integrated
Namun pada kenyataanya kita tidak
mikrokontroler merupakan suatu desain
mengetahui
fungsi
maupun
memahami
cicuit).
kontrol
Dalam
otomasi
desain
dengan
meskipun kita sudah sering menggunakan
memanipulasi data yang masuk maupun
dan tidak bisa lepas dari alat-alat tersebut
keluar (input-output) yang dapat kita
diera sekarang ini. Contoh saja mesin
rubah sesuai kebutuhan.
42
Muhammad Abdurohman, Aris Kiswanto, Moh Toni
Media Elektrika, Vol. 9 No. 1, Juni 2015 Mikrokontroler ATMega8535 mudah
ISSN 1979-7451 Manfaat
dalam aplikasinya, memiliki 4 buah port input/output
8
bit,
yaitu
PORTA,
1. Pembuatan
prototipe
pemadam api dapat ditindak lanjuti untuk
PORTB, PORTC, dan PORTD. Selain
robot
sebagai input/output masing masing port
berbasis mikrokontroler.
juga memiliki fungsi yang lain. PORTA dapat difungsikan sebagai ADC (Analog to Digital Converter), PORTB dapat difungsikan
sebagai
SPI
(Serial
Peripheral Interface) communication.
robot
pemadam
api
sesungguhnya
2. Selain dari manfaat pemrograman juga sebagai bahan pembelajaran dalam pembuatan robotic, sebagai pijakan awal untuk mempelajari teknik digital dan kontrol
Pembatasan Masalah Ada banyak jenis dan macamnya mikrokontroler diantaranya atmel AVR, microchip PIC16C74, motorola 68HC11,
2. LANDASAN TEORI
2.1 Dasar Teori Pada
8051 (MCS51), dan hitachi H8. Dari
penelitian
ini
dipilih
ATMEL
AVR
jenis mikrokontroler AVR saja ada tiga
mikrokontroller
jenis
kelompok yaitu, ATMega, TinyAVR, dan
RISC
pertimbangan
AT90Sxx.
berikut:
Dari
beberapa
jenis
dengan
sebagai
mikrokontroler yang ada penulis memilih
Atmel avr risc memiliki fasilitas dan
menggunakan AVR tipe ATMega seri
kefungsian yang lengkap dengan harga
8535 sebagai rancang bangun robot
yang relatif murah. Kecepatan maksimum
pemadam
eksekusi
api
dan
mampu
sebagai
instruksi
mikrokontroller
pengikut garis (Malik Moh Ibnu, dkk.
mencapai 16 MIPS (Million Instruction
1997).
per
Second),
yang
berarti
hanya
dibutuhkan 1 clock untuk 1 eksekusi
Tujuan
instruksi sebesar 16 juta. Konsumsi daya
1. Membuat rancang bangun alat robot
yang rendah jika dibandingkan dengan
pintar yang mampu memadamkan
kecepatan
api dan melacak jejak.
Ketersediaan kompiler C (Code Vision
Membuat perangkat lunak yang berf
AVR) sehingga memudahkan user atau
ungsi sebagai system operasi robot agar
pengguna bisa langsung memprogram
dapat
menggunakan bahasa C (Andrianto Heri.
menjalankan
perintah
fungsinya. Rekayasa Prototipe Robot.....
sesuai
eksekusi
instruksi.
2008). 43
Media Elektrika, Vol. 9, No. 2, Desember 2016 Tabel
2.1.
Perbandingan
kecepatan
processor dan efisiensi1 Processor
ISSN 1979-7451 memiliki 40 pin kaki, berikut skema kaki AT Mega8535 (Zaks Rodnay. 1988). 2.1.1.1. Spesifikasi:
Execution
Fitur-fitur
time AVR
335
mikrokontroler
8051
9384
sebagai berikut:
PIC16C74
2492
68HC11
5244
yang
dimiliki
ATMega8535
oleh adalah
Dari tabel diatas dapat dilihat, ketika bekerja dengan kecepatan clock yang sama
AVR
7
kali
lebih
cepat
dibandingkan denga PIC16C74, 15 kali lebih cepat daripada 68HC11, dan 28 kali lebih
cepat
dibanding
8051.
Dari
kemampuan dan fasilitas yang dimiliki, AVR
RISC
cocok
mikrokontroller bermacam-macam
dipilih
untuk
risc ATMega85352
sebagai
membangun
aplikasi
Gambar 2.2 Skema mikrokontroller avr
embedded
a. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu portA, portB, portC, dan portD. b. ADC internal sebanyak 8 saluran.
system (Garland Harry. 1984).
c. Tiga
buah
Timer/Counter
dengan
kemampuan pembandingan. d. CPU yang terdiri atas 32 buah register. e. SRAM sebesar 512 byte. f. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write. g. Port antarmuka SPI Gambar 2.1. Sistem komputer sederhana 2.1.1. Mikrokontroler ATMega8535 Oleh karena itu, dalam penelitian ini juga dipilih salah satu jenis AVR RISC sebagai
dasar
penelitian
h. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. i. Antarmuka komparator analog. j. Port USART untuk komunikasi serial.
yaitu
ATMega8535. Chip AVR ATMega8535 44
Muhammad Abdurohman, Aris Kiswanto, Moh Toni
Media Elektrika, Vol. 9 No. 1, Juni 2015 k. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis
ISSN 1979-7451 tegangan 5 volt) dan 0 (low, mewakili
RISC dengan kecepatan maksimal 16
tegangan
0
volt).
Mikrokontroller
MHz.
ATMega8535 memiliki 4 buah PORT 8 bit bidirectional yang dapat difungsikan
2.1.1.2. PIN Description
sebagai PORT input maupun PORT
Pada gambar dibawah ini.Sebagai contoh skema pin pada ATMega8535 yang
penulis
buat
yang
telah
dikelompokkan sesuai dengan kebutuhan dan fungsionalnya.
output yaitu PORTA, PORTB , PORTC, dan PORT D. Register digunakan untuk mengatur fungsi dari pin-pin pada tiap port. Register dapat dianalogikan sebagai kumpulan switch on/off yang digunakan
Sensor line
untuk mengaktifkan fungsi apa yang akan dipakai
LCD
dari
port
mikrokontroller
(Soebhakti Hendrawan. 2007) ISP
Tri-state adalah kondisi diantara high dan low, atau biasa disebut dengan keadaan mengambang (floating). Kondisi
Keypad SW 2
SW 1
H-Bridge
DC 12 V
Gambar 2.3. Skema pin mikrokontroler pembuatannya
pin-pin
tersebut tersusun dalam sekema papan rangkaian dan dikelompokkan dalam group
sehingga
memudahkan
dalam
aplikasinya
fungsi
untuk mengetahui keadaan tiap-tiap pin pada mikrokontroller. Register ini sangat dibutuhkan untuk membaca keadaan pin pada saat difungsikan sebagai input. 2.1.1.4. Interrupt Interrupt
adalah
fasilitas
mikrokontroller untuk menyela suatu
2.1.1.3. Input/Output Fasilitas
digital. Terlepas dari setting DDRxn, PINxn merupakan register yang berfungsi
Sensor jarak api dan Fan
Dalam
tri-state sangat dihindari dalam dunia
program yang sedang berjalan, seperti
input/output
mikrokontroller
merupakan
untuk
dapat
menerima sinyal masukan (input) dan memberikan sinyal keluaran (output). Sinyal input maupun sinyal output adalah berupa data digital 1 (high, mewakili Rekayasa Prototipe Robot.....
pada tabel. Interrupt dapat dianalogikan sebagai hak untuk menyela pada suatu rapat. Dari sekian banyak peserta rapat hanya 21 orang yang diberi hak untuk menyela. Jika terdapat 2 atau lebih orang yang menyela, maka orang dengan 45
Media Elektrika, Vol. 9, No. 2, Desember 2016 prioritas
paling
tinggi
yang
diperbolehkan bicara. Pada ATMega8535 terdapat 21 fasilitas interrupt dengan
ISSN 1979-7451 analog dari sebuah sinyal digital yang terputus-putus. PWM
dapat
dibangkitkan
hanya
prioritas
dengan menggunakan digital i/o yang
2.1.1.5. Timer/Counter
difungsikan sebagai output.
Timer
dan
counter
adalah
dua
Pada
contoh
gelombang
diatas,
fasilitas yang memiliki perangkat yang
perbandingan waktu antara sinyal high
sama,
(1) dan sinyal low (0) adalah sama.
sepertihalnya
penampungnya
register
(TCNTx).
Ketika
difungsikan sebagai timer, maka register penampung tersebut berisikan jumlah waktu yang terlampaui tiap selang waktu
Gambar 2.4. PWM dengan duty cycle
tertentu. Besar selang waktu tersebut
50%
dapat disetting sesuai dengan kebutuhan.
Gelombang
diatas
dikatakan
Jika dipakai sebagai counter, maka
memiliki duty cycle 50%. Duty cycle
register penampung tersebut digunakan
adalah perbandingan antara lebar sinyal
untuk menyimpan data hasil perhitungan
high (1) dengan lebar keseluruhan siklus
terakhir.
(cycle). Jika amplitudo gelombang PWM
Saat difungsikan sebagai counter,
adalah 5 volt, maka tegangan rata rata
maka masuk melewati pin T0 dan T1.
(seolah-olah analog) yang kita dapatkan
Register untuk mengatur kapan timer
adalah
difungsikan sebagai timer dan kapan
gelombang PWM dengan duty cycle 10%,
sebagai
TCCRx.
jika amplitudo gelombang 5 volt maka
ATMega8535 memiliki fasilitas 3 buah
akan didapatkan tegangan rata rata analog
timer/counter yaitu timer/counter0 8 bit,
0,5 volt.
counter
adalah
2,5
volt.
Berikut
contoh
timer/counter1 16 bit, dan timer/counter2 8 bit. 8 bit dan 16 bit adalah jumlah data yang
bisa
ditampung
pada
register Gambar 2.5. PWM dengan duty cycle
penampungnya. 2.1.1.6.
PWM
(Pulse
Width
Pada ATMega8535 ada 2 cara
Modulation) PWM
(Pulse
10%
Width Modulation)
adalah teknik mendapatkan efek sinyal
membangkitkan PWM, yang pertama PWM dapat dibangkitkan dari port input/outputnya yang difungsikan sebagai
46
Muhammad Abdurohman, Aris Kiswanto, Moh Toni
Media Elektrika, Vol. 9 No. 1, Juni 2015
ISSN 1979-7451
output. Yang kedua adalah dengan
Sinkron, dan asinkron. Pada mode
memanfaatkan fasilitas PWM dari fungsi
sinkron, mikrokontroller dan peripheral
timer/counter
disediakan.
yang berkomunikasi akan menggunakan
ini
clock atau detak kerja yang sama,
Dengan
yang telah
adanya
fasilitas
proses
pengaturan waktu high/low sinyal digital
sedangkan
tidak akan mengganggu urutan program
mikrokontroller
lain
bekerja pada clock-nya masing-masing.
yang
sedang
processor.
dieksekusi
Selain
itu,
oleh dengan
menggunakan fasilitas ini kita tinggal
2.1.1.8. ADC
pada dan
mode
asinkron
peripheral
(Analog
to
bisa
Digital
Convertion)
memasukkan berapa porsi periode waktu
ADC (Analog to Digital Converter)
on dan off gelombang PWM pada sebuah
adalah salah satu fasilitas mikrokontroller
register. OCR1A, OCR1B dan OCR2
ATMega8535
adalah register tempat mengatur duty
mengubah data analog menjadi data
cycle
akan
digital. ADC memiliki 2 karakter prinsip,
cara
yaitu kecepatan sampling dan resolusi.
PWM.
Pada
diperagakan
bab
ini
bagaimana
yang
berfungsi
mendapatkan sinyal analog dari sebuah
Kecepatan
sinyal
menyatakan seberapa sering sinyal analog
digital
dengan
menggunakan
sampling
suatu
untuk
ADC
teknik PWM.
dikonversikan ke bentuk sinyal digital
2.1.1.7. USART (Universal Synchronous
pada selang waktu tertentu. Kecepatan
and Asynchronous Serial Receiver and
sampling biasanya dinyatakan dalam
Transmitter)
sample per second (SPS).
Agar
komunikasi
serial
dapat
Resolusi ADC menentukan ketelitian
berjalan dengan baik dibutuhkan suatu
nilai hasil konversi ADC. Sebagai contoh
protocol/aturan
Pada
ADC 8 bit akan memiliki output 8 bit
ATMega8535 terdapat beberapa protocol
data digital, ini berarti sinyal input dapat
komunikasi serial, yaitu :
dinyatakan dalam 255 (2n – 1) nilai
komunikasi.
USART, SPI , dan I2C. Bab ini akan
diskrit. ADC 12 bit memiliki 12 bit
membahas protocol komunikasi USART,
output data digital, ini berarti sinyal input
serta mempraktikkan komunikasi antar
dapat dinyatakan dalam 4096 nilai diskrit.
dua
Dengan
Dari contoh diatas ADC 12 bit akan
menggunakan protocol USART ada 2
memberikan ketelitian nilai hasil konversi
jenis mode komunikasi, yaitu :
yang jauh lebih baik daripada ADC 8 bit.
buah
mikrokontroller.
Rekayasa Prototipe Robot.....
47
Media Elektrika, Vol. 9, No. 2, Desember 2016 Prinsip
kerja
ADC
ISSN 1979-7451
adalah
2.56V. Agar fitur ADC mikrokontroler
mengkonversi sinyal analog ke dalam
dapat digunakan maka ADEN (ADC
bentuk besaran yang merupakan rasio
Enable, dalam I/O register ADCSRA)
perbandingan sinyal input dan tegangan
harus diberi nilai 1. Setelah konversi
referensi. Sebagai contoh, bila tegangan
selesai (ADIF high), hasil konversi dapat
referensi 5 volt, tegangan input 3 volt,
diperoleh pada register hasil (ADCL,
rasio input terhadap referensi adalah
ADCH). Untuk konversi single ended,
60%. Jadi, jika menggunakan ADC 8 bit
hasilnya ialah :
dengan skala maksimum 255, akan …………………(1)
didapatkan sinyal digital sebesar 60% x 255
=
153
(bentuk decimal) atau Di mana VIN ialah tegangan pada
10011001 (bentuk biner). ADC pada ATMega8535 adalah jenis
input yang dipilih dan VREF merupakan
10 bit successive approximation dengan
tegangan referensi. Jika hasil ADC =
tegangan referensi maksimum 5 volt.
000H, maka menunjukkan tegangan input
Pada universal board M.B.3.2 tegangan
sebesar 0V, jika hasil ADC = 3FFH
referensi dibuat fix tidak dapat diubah
menunjukkan tegangan input sebesar
yaitu 5 volt yang diambil dari tegangan
tegangan referensi dikurangi 1 LSB.
sumber (Vcc). Register-register yang
Sebagai contoh, jika diberikan VIN
harus
sebesar 0.2V dengan VREF 5V, maka
di
setting
adalah
ADMUX,
hasil konversi ADC ialah 41. Jika
ADCSRA, dan SFIOR. Untuk memilih channel ADC yang
menggunakan
40.96,
channel,
digunakan (single ended atau diferensial),
hasilnya
dilakukan dengan mengatur nilai MUX4 :
digenapkan bisa sekitar 39,40,41 karena
0. Misalnya channel ADC0 sebagai input
ketelitian ADC ATmega 16 sebesar +-
ADC, maka MUX4 : 0 diberi nilai
2LSB.
00000B. Informasi lebih lengkap dapat
diferensial, maka hasilnya ialah :
dilihat pada datasheet mikrokontroler
ialah
differensial
yang
bila
Jika yang digunakan saluran
………../(2)
yang dipakai. Tegangan
dapat
Di mana VPOS ialah tegangan pada
ditentukan antara lain dari pin AREF, pin
input pin positif, VNEG ialah tegangan
AVCC
tegangan
input pada pin negatif, GAIN ialah faktor
referensi internal mikrokontroler sebesar
penguatan dan VREF ialah tegangan
48
atau
referensi
ADC
menggunakan
Muhammad Abdurohman, Aris Kiswanto, Moh Toni
Media Elektrika, Vol. 9 No. 1, Juni 2015 referensi
yang
Dengan
Register register yang perlu disetting
akan
untuk menggunakan fasilitas interrupt
mengaktifkan on-chip ADC. Dan dengan
adalah MCUCR, MCUSR, GICR, dan
mencentang Use 8 bits, maka hanya 8 bit
GIFR. Berikut tampilan CV AVR
mencentang
terpenting
digunakan.
ISSN 1979-7451
ADC
yang
Enabled
digunakan.
Hasil
konversi 10 bit dapat dibaca pada ADC Data
Registers ADCH dan
ADCL.
Misalnya, jika hasil konversi ADC bernilai 54(36H), dalam 10 bit biner ditulis dengan 00 0011 0110B.
Jika
dalam format right adjusted (ADLAR=0), maka I/O register ADCH berisi 0000
Gambar 2.6. Tampilan CVAVR 2.2.1
0000B(00H) dan I/O register ADCL
Light Emitting Diode)
berisi 0011 0110B (36H).
Dioda emisi cahaya atau dikenal
2.2 Kajian Penelitian
dengan singkatan LED merupakan Solid
Pemrograman atmel AVR ada 2 cara untuk memprogram mikrokontroller ini, menggunakan software AVR assembler yang berbasis pada bahasa assembly, dan menggunakan software CV AVR (Code Vision AVR) yang berbasis pada bahasa C. Pada penelitian ini akan digunakan cara yang kedua dengan pertimbangan kemudahan pembuatan program dari algoritma yang telah dibangun. Penelitian ini tidak menitikberatkan penggunaan bahasa C pada CV AVR, tapi lebih pada cara dan aplikasi dari mikrokontroller. Dalam bab ini juga akan dibahas masalah
fasilitas
eksternal
Dioda Emisi Cahaya (LED :
interrupt
mikrokontroller INT0 dan INT1. Fasilitas ini sangat penting karena menempati
State Lamp yang merupakan piranti elektronik gabungan antara elektronik dengan optik, sehingga dikategorikan pada
keluarga
“Optoelectronic”.
Sedangkan elektroda-elektrodanya sama seperti dioda lainnya, yaitu anoda (+) dan Katoda (-). Ada tiga kategori umum penggunaan LED, yaitu : a.
Sebagai lampu indikator,
b.
Untuk transmisi sinyal cahaya
c.
Sebagai
penggandeng
rangkaian
elektronik yang terisolir secara total. Bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan LED adalah bahan Galium Arsenida (GaAs) atau Galium Arsenida Phospida (GaAsP) atau juga Galium Phospida
(GaP),
bahan-bahan
ini
urutan kedua dan ketiga setelah RESET. Rekayasa Prototipe Robot.....
49
Media Elektrika, Vol. 9, No. 2, Desember 2016
ISSN 1979-7451
memancarkan cahaya dengan warna yang
dan temperature keliling dapat menaikkan
berbeda-beda. Bahan GaAs memancarkan
arus
cahaya
GaAsP
mengubah nilai resistansinya dimana
memancarkan cahaya merah atau kuning,
semakin kuat cahaya yang menyinari
sedangkan bahan GaP memancarkan
semakin kecil nilai resistansi dioda
cahaya merah atau hijau. Seperti halnya
cahaya
piranti
LED
cahaya diantaranya adalah sebagai sensor
mempunyai nilai besaran terbatas dimana
dalam pembacaan pita data berlubang
tegangan majunya dibedakan atas jenis
(Punch Tape), dimana pita berlubang
warna
tersebut terletak diantara sumber cahaya
Tabel 2.5 Led dan teganganya
dan dioda cahaya. Jika setiap lubang pita
Tegangan
itu melewati antara tadi, maka cahaya
Maju
yang memasuki lubang tersebut akan
Merah
1.8 volt
diterima oleh dioda cahaya dan diubah
Orange
2.0 volt
dalam bentuk signal listrik. Sedangkan
Kuning
2.1 volt
Hijau
2.2 volt
infra-merah,
elektronik
Warna
Bahan
lainnya
,
bocor
tersebut
tersebut.
karena
Penggunaan
dapat
dioda
penggunaan lainnya adalah dalam alat pengukur
kuat
cahaya
(Lux-Meter),
dimana dalam keadaan gelap resistansi Sedangkan besar arus maju suatu
dioda cahaya ini tinggi sedangkan jika
LED standard adalah sekitar 20 mA.
disinari cahaya akan berubah rendah.
Karena
Selain itu banyak juga dioda cahaya ini
dapat
mengeluarkan
cahaya,
maka pengujian LED ini mudah, cukup
digunakan
sebagai
dengan menggabungkan dengan sumber
pengaman
(security)
tegangan dc kecil saja atau dengan
penggunaan alarm.
ohmmeter dengan polaritas yang sesuai
2.2.3. LCD (Liquid Crystal Display)
dengan elektrodanya 2.2.2. Dioda Foto ( Photo-Diode)
sensor
sistem
misal
dalam
LCD merupakan perangkat keluaran yang digunakan dalam dunia elektrik saat
Dioda foto ini bekerja pada daerah
ini, baik itu monitor komputer, televisi,
reverse, jadi hanya arus bocor saja yang
ponsel dan lainnya. LCD di buat dalam
melewatinya. Dalam keadaan gelap, arus
bentuk berbagai macam dari layar lebar
yang mengalir sekitar 10 A untuk dioda
sampai layar yang hanya kecil, dalam
cahaya dengan bahan dasar germanium
praktek
dan 1A untuk bahan silikon. Kuat cahaya
menggunakan LCD 16x2 atau 20x4 yang
50
dalam
robotik
biasanya
Muhammad Abdurohman, Aris Kiswanto, Moh Toni
Media Elektrika, Vol. 9 No. 1, Juni 2015
ISSN 1979-7451
maksudnya adalah 16 kolom dan 2 baris dan 20 kolom 4 baris.
Ada beberapa penjelasan mengenai gelombang gelombang
ultrasonik. ultrasonik
Sifat yang
dari melalui
medium menyebabkan getaran partikel dengan medium aplitudo sama dengan arah Gambar 2.7 LCD 16x2
longitudinal
menghasilkan partikel
2.2.4. Sensor Jarak (ultrasonic) Sensor
rambat
sehingga
medium
yang
membentuk suatu rapatan atau biasa
ultrasonik adalah
alat
disebut Strain dan tegangan yang biasa
elektronika yang kemampuannya bisa
disebut
mengubah dari energy listrik menjadi
menyebabkan terjadinya rapatan dan
energy mekanik dalam bentuk gelombang
regangan di dalam medium disebabkan
suara ultrasonic. Sensor ini terdiri dari
oleh getaran partikel secara periodic
rangkaian
selama gelombang ultrasonic lainya.
pemancar
ultrasonic
yang
dinamakan transmitter dan penerima
Strees.
Proses
lanjut
yang
2.2.5. FET IRF540 (Transistor efek
ultrasonic yang disebut receiver. Alat ini
medan)
digunakan untuk mengukur gelombang
Transistor efek medan (field-effect
ultrasonic. Gelombang ultrasonic adalah
transistor = FET) mempunyai fungsi
gelombang mekanik yang memiliki cirri-
yang hampir sama dengan transistor
ciri longitudinal dan biasanya memiliki
bipolar. Meskipun demikian antara FET
frekuensi di atas 20 Khz. Gelombong
dan transistor bipolar terdapat beberapa
Utrasonic dapat merambat melalui zat
perbedaan yang mendasar. Perbedaan
padat, cair maupun gas. Gelombang
utama antara kedua jenis transistor
Ultrasonic adalah gelombang rambatan
tersebut adalah bahwa dalam transistor
energi dan momentum mekanik sehingga
bipolar arus output (IC) dikendalikan
merambat melalui ketiga element tersebut
oleh arus input (IB). Sedangkan dalam
sebagai interaksi dengan molekul dan
FET arus output (ID) dikendalikan oleh
sifat enersia medium yang dilaluinya.
tegangan input (VGS), karena arus input adalah nol. Sehingga resistansi input FET sangat
Gambar 2.8. Sensor ultrasonik
besar,
dalam
orde
puluhan
megaohm. Disamping itu, FET lebih stabil terhadap temperatur dan konstruksinya
Rekayasa Prototipe Robot.....
51
Media Elektrika, Vol. 9, No. 2, Desember 2016
ISSN 1979-7451
lebih kecil serta pembuatannya lebih
C. Perakitan kerangka robot
mudah dari transistor bipolar, sehingga
1.
amat bermanfaat untuk pembuatan keping
diantaranya LCD, switch, motor dc dan
rangkaian terpadu
lain sebagainya
3.
2.
METODOLOGI PENELITIAN Dalam proses ini sebelum dilakukan
melakukan
alat
mekanik
proses
penulis
3.
A. Identifikasi blok diagram fungsional
Pembuatan PCB diagram
alir
E. Pembuatan code program robot Memasukkan code program ke chip
mikrokontroler G. Uji coba robot
robot B. Pembuatan blok diagram rangkaian
4.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Rangkaian minimum system atmega
8535 sebagai rangakain kontrol atau
Hasil Dari hasil penelitian penulis yang
rangkaian utama robot.
telah lakukan bahwa pembuatan blok
Rangkaian piranti masukan
diagram
a) Foto diode sebagai sensor line b) SRF04 sebagai alat nafigasi robot c) LM35 sebagai sensor suhu d) Foto dioda sebagai sensor cahaya
e) Switch
sebagai
keypad
untuk
mempermudah
dalam
masalah
perbaikanya,
dan
memungkinkan
untuk
akan
identifikasi serta
pengembangan
16x2
sebagai
Cara operasional robot, dengan cara
alat
monitoring progress kerja robot b) H-Bridge sebagai penguat daya Motor dc untuk alat penggerak robot. c) Fan dan drivernya sebagai alat simulasi pemadaman api (lilin)
outputnya.
A. Desain hardware robot
Rangkaian piranti keluaran
52
robot
Desain rangkaian
pemrograman sederhana
a) LCD
rangkaian
pada bagian input maupun pada bagian
api
3.
sehingga
pemrograman
F.
adalah proses yang dilakukan.
2.
komponen
D. Pembuatan
pembuatan
elektronikanya terlebih dahulu, berikut
1.
Penempatan
tepat guna
Jalan Rancang Bangun Robot
pembuatan
Pengelompokan fungsi komponen,
robot
diletakkan
diatas
jalur
hitam
dengan warna dasar putih dengan ukuran jalur 2 centimeter, hidupkan saklar 1 ke on
pada
sisi
kiri
robot
untuk
menghidupkan rangkaian mikrokontroler yang kemudian robot dalam kondisi Muhammad Abdurohman, Aris Kiswanto, Moh Toni
Media Elektrika, Vol. 9 No. 1, Juni 2015
ISSN 1979-7451
stanby, hidupkan pula saklar 2 pada sisi
C. Penjelasan rangkaian
kanan
1.
robot
untuk
rangkaian H-bridge
menghidupkan
Sensor foto dioda, SRF04, LM35
atau motor dc.
Apabila di tekan tombol OK yang berada di atas sisi kanan depan maka program robot akan berjalan mengikuti jalur, dan apabila di tekan tombol cancel yang berada diatas sisi kiri depan maka LCD akan
menmpilkan
menu
yang
memungkinkan dapat merubah program
Gambar 4.2. Rangkaian sensor foto
sederhana pada robot dengan bantuan dua
dioda
switch yang berada di sebelah tombol
Bagian sensor foto dioda, bagian ini
cancel untuk pilihan turun (down) dan
terdiri dari foto dioda sebagai sensor
disebelah tombol OK untuk pilihan naik
cahaya, LED sebagai sumber cahaya
(up).
untuk sensor foto dioda, cahaya yang
B. Desain rangkaian robot
dipancarkan mengenai warna hitam yang
Dalam
pembuatan robot
penulis
berarti akan redup, karena warna hitam
membagi dalam tiga kelompok yaitu
bersifat menyerap cahaya dan apabila
input, proses dan output sesuai dengan
terkena benda warna putih maka cahaya
blok diagram berikut
akan dipantulkan yang berarti cahaya sangat kuat dengan adanya dua kondisi
Input Foto
A.0-7
diode 8x
LM3
Komp arator
Proses Port C D.7 Mikrokont roler ATMega85 35
B.3D.3-
Keyp
5
B.4- 6
ad
7 B.0 B.1,
SRF0 4
2 Regula tor 7805
Output
Driver FET IRF 540 Driver BD13 9 Relay
tersebut maka akan dikonversi oleh foto
LCD
dioda
Mot
keadaan nilai 0 dan 1. Diperlukannya
or Mot dc or dc
Fan
LED
dan
mikrokontroler
adalah
karena
menjadi
dibutuhkannya
sumber cahaya yang stabil. Rangkaian ini dilengkapi
dengan
resistor
yang
digunakan sebagai pembatas maupun pembagi tegangan untuk pengaman LED
ACCU 12V
Gambar 4.1 Diagram blok rangkaian
serta foto dioda. Bagian memancarkan
Sensor sinyal
SRF04, ultrasonic
sensor dari
trigger yang dipicu dari mikrokontroler Rekayasa Prototipe Robot.....
53
Media Elektrika, Vol. 9, No. 2, Desember 2016
ISSN 1979-7451
kemudian dipancarkan dan bila terkena
dioda dan lainya yang tertera pada
benda
program menu.
sinyal
dipantulkan
kembali
kemudian diterima SRF04 lagi, diolah
3.
Minimum
system
mikrokontroler
oleh mikro berapa lama waktu tempuh
ATMega8535
sinyal tadi yang kemudian dikonversi
Dalam blok ini, penulis membuat
menjadi jarak.
desain rangkaian minimum yang terdiri
Bagian sensor LM35, sensor ini sensitive
terhadap
perubahan
suhu
dari: a)
sehingga mampu mendeteksi suhu kamar, dan mengeluarkan tegangan output 0
IC ATMega8535 untuk menyimpan program robot
b) X-tal 12 M.Hz dan 2 buah kapasitor
hingga 5 volt yang kemudian dikonversi
keramik
menjadi nilai suhu 0-100 derajar celciun
frekuwensi clock
(0C) 2.
c) Keypad /Switch
sebagai
pembangkit
Resistor, sebagai pengaman LED
d) LED sebagai indicator catu daya
Terdiri dari empat buah switch yang
robot
dikombinasikan menjadi keypad, yang berfungsi sebagai keypad yang akan digunakan sebagai tombol satu untuk tombol OK (start) menjalankan robot atau menjalankan program, tobol dua sebagai tombol menu (cancel) untuk mengubah
program
robot
secara
sederhana yang telah disajikan pada menu utama robot, tombol tiga dan empat sebagai tombol (down, up) sebagai tombol pilihan menggeser ke bawah atau
Gambar 4.3. Rangkaian minimum system
ke atas saat mensetting menu program
mikrokontroler
yang
telah
ATMega8535
di
simpan
pada
pada
IC
e)
IC 7805, dioda, kapasitor elektrolit sebagi penstabil tegangan 5 volt DC
mikrokontroler.
Diantaranya adalah kecepatan motor,
sebagai
setting PID, cek motor, cek sensor,
microprosesor,
melihat nilai ADC pembacaan sensor foto
54
f)
sumber
catu
daya
Switch digital sebagai tombo reset
Muhammad Abdurohman, Aris Kiswanto, Moh Toni
Media Elektrika, Vol. 9 No. 1, Juni 2015 g) 2 buah switch untuk on-off
ISSN 1979-7451
vcc
mikrokontroler dan switch H-bridge sebagai
actuator
robot,
dan
dilengkapi dengan socket I/O yang nantinya
akan
dihubungkan
ke
bagian yang lain. 4.
LCD Bagian ini terdiri dari LCD 16x2
yang akan digunakan untuk memonitor program, dan dilengkapi dengan empat
Gambar 4.5. Rangkaian H-Bridge
(4) buah tombol digital (OK, Cancel, up,
Rangkaian H-bridge berfungsi untuk
Down), serta variable resistor
sebagai
driver motor dc yang terdiri dari dua
pengatur pencahayaan latar pada LCD
buah motor dc, gear, dan roda untuk
terang atau gelap
menjalankan
robot
sebagai
mesin
penggeraknya. 4.1.2
Pemrograman
Setelah penulis buat rangka fisik robot maka langkah yang selanjutnya Gambar 4.4. Rangkaian LCD 5.
Motor (driver H-brigde) Pada bagian ini terdiri dari rangkaian
driver sebagai penguat daya. Rangkaian ini terdiri dari FET dan transistor sebagai penguat dayanya agar dapat memutar motor
dengan
daya
besar
namun
menghemat baterai atau arus baterai tidak cepat habis dan tetap bisa menggunakan baterai dibawah 12 volt DC dengan kecepatan tinggi.
adalah
pembuatan
program.
Dalam
pemrograman merupakan bagian inti dari pembuatan tugas akhir ini, yang akan penulis bahas tahap demi tahap A. Langkah-langkah pemrograman Perangkat lunak yang digunakan pada tugas akhir ini ditulis pada teks editor dalam bahasa C dan software yang digunakan adalah Code Vision Avr. setelah
program
selesai
dibuat,
kemuadian program disimpan dengan nama
file
yang
berekstensi
*.c.
Selanjutnya program yang telah selesai dibuat tadi dilakukan kompilasi dari *.c ke dalam kode-kode instruksi mesin yang Rekayasa Prototipe Robot.....
55
Media Elektrika, Vol. 9, No. 2, Desember 2016 sesuai dengan up-code mikrokontroler Intel
dengan
kemudian
ekstensi di
3.
Kompilasi program
*.hex,
yang
Program yang ditulis menggunakan
ke
chip
editor teks kemudian dikompilasi dengan
flash
mikrokontroler.
menggunakan program Code vision AVR.
Dalam pembuataan tugas akhir ini pemrograman
ISSN 1979-7451
merupakan
salah
satu
Bila tidak ada peringatan error atau kesalahan,
proses
kompilasi
telah
langkah yang sangat penting sebab
berhasil. Bila ada pesan kesalahan, dapat
bekerja atau tidaknya robot bergantung
dicari kesalahan yang terjadi berdasarkan
dari bagaimana memrogram robot, tanpa
informasi pesan kesalahan tersebut.
program robot tidak akan berfungsi
4.
sesuai
Langkah-
Setelah Program di buat dan tidak
langkah pembuatan program tersebut
ada kesalahan, proses pengisian program
yang penulis sajikan adalah sebagai
ke chip IC bisa dilaksanakan
berikut :
B. Code Vision AVR
1.
yang direncanakan.
Pengisian program
Pembuatan diagram alir Dalam
menyusun
Setiap akan membuat program baru
diagram
alir
pada Code Vision AVR, kita akan
diusahakan dapat membagi proses yang
diarahkan untuk membuat project terlebih
kompleks menjadi sub program yang
dahulu. Pada menu File pilih New lalu
lebih kecil, sehingga pencarian kesalahan
klik ceklist Project dan klik OK.
akan lebih mudah. Selain itu akan
Maka
akan
tampilah
jendela
memudahkan orang lain dalam membaca
konfirmasi setelah dipilih ok, dan apabila
alir program yang dibuat.
kita
2.
ditampilkan
Pembuatan program Penulisan
source
arah
maka
untuk
akan
membuka
dilaksanakan
program yang sudah pernah dibuat. Code
setelah diagram alir selesai dirancang.
Vision AVR akan menanyakan apakah
Pemilihan editor teks disesuaikan dengan
anda akan menggunakan fasilitas Code
kebiasaan dan kesenangan. Agar teks
Wizard AVR ataukah tidak untuk suatu
yang
dapat
program baru dan memudahkan nantinya
dimengerti oleh program AVR prog maka
dalam pembuatan program maupun saat
hasil penulisan program harus dibuat
program setelah jadi dan akan digunakan
dengan ekstension *.c
agar tidak terjadi kekeliruan.
telah
program
memilih
dibuat
nantinya
dan dirubah
menjadi bahasa mesin dengan ekstensi *.hex. 56
Fasilitas ini sangatlah berguna jika anda
tidak
ingin
bersusah
payah
Muhammad Abdurohman, Aris Kiswanto, Moh Toni
Media Elektrika, Vol. 9 No. 1, Juni 2015
ISSN 1979-7451
melakukan settingan dengan mengetik
langsung ditampilkan pin-pin LCD yang
code-code tertentu yang banyak dan
akan digunakan atau terhubung dengan
kompleks. Intinya terdapat tab-tab yang
port pada mikrokontroler seperti pada
tinggal klik dan anda akan langsung
gambar 4.15
disajikan contoh kodenya. Contohnya
ingin
pada gambar 4.16. ADC enable di ceklis
memakai
dan bila menggunakan 8 bit maka use 8
eksternal interrupt maka tinggal pilih tab
bit diceklis, pada volt ref pilih AVCC pin,
External IRQ, pada tampilan Code
clock pilih 750.000 kHz. Setelah semua
Wizard. Klik pada INT 0 Enabled untuk
telah
memilih external interrupt 0 dan pilih
diinginkan klik File < Generate, Save
mode pembangkitan interrupt yang ingin
and
digunakan. Mode pembangkitan eksternal
penyimpanan seperti biasa sebanyak tiga
interrupt terdiri dari rising edge atau
kali dengan nama file sama namun
falling edge atau any change. Untuk
berbeda extensi. Ketik nama project yang
melihat code yang akan dihasilkan klik
akan dibuat dan klik save. File code yang
pada menu File dan pilih Program
memiliki ekstensi *.c yang akan dibuat
Preview.
nantinya disave pada suatu tempat dan di
membuat
jika
Setingan pada tab ADC adalah seperti
program
pembaca yang
dilakukan
Exit.
seting
sesuai
Kemudian
yang
lakukan
Pada tab chip pilih ATMega8535 dan
masukkan ke dalam project dengan
clock sesuai dengan clock yang terpasang
mengklik Add pada tab File seperti
12 MHz atau 16 MHz, dan pada gambar
diatas. Pada tab C Compiler akan
4.13. atau tab timers pilih timer1 Clock
ditemukan tab lagi didalamnya.
source pilih System Clock, kemudian
yang sering digunakan ialah tab Code
pada Clock Value pilih 187.500 kHz,
Generation.
pilihan pada mode adalah Fast PWM
Tab
Proses coding menggunakan bahasa C
top=00FFh, sedangkan pada output baik
belum
dapat
dimulai
setelah
out A maupun Out B pilih Inverted.
mengkonfigurasi project yang dibuat.
Kemudian yang berikutnya adalah tab
Setelah selesai membuat code simpan
LCD, pada LCD Port pilih PORTC
file. Untuk memasukkan file *.c yang
sebagai tampilan LCD sesuai dengan
telah disave ke dalam project klik menu
gambar 4.14, dan pada Chars/Line pilih
Project dan pilih Configure.
16 karena menggunakan LCD 2x16.
Kita akan dihadapkan kembali pada
setelah port LCD dipilih maka akan
windows seperti pada Configure Project
Rekayasa Prototipe Robot.....
57
Media Elektrika, Vol. 9, No. 2, Desember 2016
ISSN 1979-7451
diatas. Klik tab after make dan ceklist
mudah dilakukan dengan cara pengujian
Program the chip, kemudian OK. Yang
satu persatu.
kemudian klik compile dan perhatikan
A. Pengujian LCD
pastikan tidak ada yang error, seperti
Salah satu bagian penting dari robot
tampilan pada gambar 4.26. Namun jika
ini adalah LCD, dengan keguanaan untuk
terjadi error untuk mengetahui letak
menampilkan progress kerja dari robot,
kesalahan pada code, tinggal klik pada
agar LCD dapat berfungsi
tab navigator bagian Errors atau dapat
B. Pengujian 2 (sensor jalur atau garis)
mengklik pada tab Messages untuk
Pada pengujian sensor garis karena
mengetahui letak kesalahan pada code.
menggunakan sensor foto dioda dan
Pada contoh berikut dapat dilihat sintaks
menggunakan delapan sensor dengan
#include
diblok
proses masukan berdasarkan cahaya yang
dengan warna biru yang menunjukkan
masuk maka dipastikan led sebagai
kesalahan terletak pada sintaks tersebut.
sumber cahaya mandiri dengan menutup
Setelah klik make maka ikuti prosesnya
semua sisi-sisinya agar cahaya dari luar
selain
baik matahari ataupun cahaya penerangan
<mega8535.h
melakukan
mengenerate *.hex
compiling
beberapa
yang
akan
akan
file
akan
termasuk
diburn
tidak mengganggu.
ke
Bekerja dengan pantulan dari jalur
mikrokontroler dan file *.coff yang
yang ada apabila mengenai warna hitam
dapat disimulasikan pada AVR studio.
maka cahaya yang masuk ke sensor kecil
Setelah proses compiling berhasil
dan apabila mengenai warna putih maka
maka akan muncul proses pengisian ke
akan dipantulkan cahaya tersebut sangat
mikrokontroler, dan apabila gagal berarti
kuat. Dari perbedaan tersebut maka di
komunikasi port nya tidak sesuai, maka
umpankan ke mikrokontroler dengan nilai
sesuaikan dan ulangi untuk memasukkan
digital 0 dan 1.
lagi.
C. Pengujian
4.2 Pembahasan dan Pengujian Robot Setelah program
dibuat
dan di
Pada
pengujian
menggunakan
mencoba
dipasang
robot,
apakah
code
(sensor
jarak
/
ultrasonic)
generate ke mikrokontroler maka tinggal pada
3
pada
sensor bagian
ini
penulis
SRF04,
yang
depan
robot
program yang dibuat bekerja sesuai yang
sebagai alat navigasi robot yang akan
kita harapkan atau tidak, agar perbaikan
memberitahukan bahwa didepan ada
dan penulisan ulang program dapat
benda, sensor ini dapat mendeteksi jarak
58
Muhammad Abdurohman, Aris Kiswanto, Moh Toni
Media Elektrika, Vol. 9 No. 1, Juni 2015
ISSN 1979-7451
antara 3 cm sampai 400 cm, dan berikut
PORTB.3 di beri nilai 1, nilai 1 ini bisa
cara membuat code program sensor
didapatkan dari masukan sensor cahaya
ultrasonic sebagai sensor jarak
lilin atau api, maka sensor saat bernilai
D. Pengujian 4 (sensor suhu)
tinggi maka akan akan menhidupkan fan
Pada pengujian sensor suhu penulis
yang terlebih dahulu di beri transistor
menggunakan IC LM35 sebagai sensor
2SC828 dan BD139 untuk menggerakkan
suhunya dan menggunakan rangkaian
relay.
kumparator sebagai penguat tegangan
F.
output ICPengujian 5 (motor dc) Dalam
Pengujian menyeluruh Robot
pengujian
yang telah
jadi
lengkap
ini
dengan sensor jalur, jarak dan suhu di
penulismenggunakan 2 buah motor dc
program agar dapat bekerja komponen
dengan
tersebut
penguat
daya
menggunakan
dengan tujuan robot
dapat
komponen FET dengan seting PWM
mematikan api yang di letakkan pada
Pengaturan kecepatan dengan H-Bridge
ujung perjalanan robot. Agar robot dapat
Kecepatan motor dapat dilakukan
berjalan dengan sempurna maka perlu
dengan penambahan komponen pada
penambahan program seperti kontrol
rangkaian H-Bridge dengan memberi
PID,
komponen common FET sehingga dapat
memudahkan perubahan program pada
menghasilkan daya yang besar meskipun
robot dengan cepat
dan
menu
sederhana
untuk
hanya dengan catu sumber 12 volt. Pada rangkaian
ini
sebagai
kecepatan
motor
kunci
dengan
utama
5.
PENUTUP
pengaturan
Berdasarkan hasil penelitian dan
kecepatan motor menggunakan system
pengambilan data yang diperoleh, maka
PWM yang telah dibahas pada BAB.
dapat
Metodologi Penulisan.
sebagai berikut :
Motor DC sebagai actuator robot
1.
diambil
beberapa
kesimpulan
Rancangan prototipe perangkas keras
sehingga robot bisa bergerak maju,
robot pemadam api dan pelacak jejak
mundur, belok kanan, atau belok kiri
dapat berfungsi secara optimal dalam
E. Pengujian 6 (FAN)
memadamkan titik api
Dengan definisi
fan
hanya untuk
menambahkah
2.
Sistem
operasi
software
robot
memudahkan
pemadam api dan pelacak jejak dapat
penulisanya yang berarti cukup PORTB.3
berjalan sesuai fungsinya dan dapat
sebagai output fan sudah dapat hidup saat
mematikan api dalam durasi kurang
Rekayasa Prototipe Robot.....
59
Media Elektrika, Vol. 9, No. 2, Desember 2016 dari 10 detik, serta
ISSN 1979-7451
kemampuan
Zaks Rodnay. 1988. Teknik Perantaraan
jelajah robot berkecapatan 0,2 meter
Mikroprosesor Edisi 3. Jakarta :
per detik
Erlangga.
6. DAFTAR PUSTAKA Andrianto Heri. 2008. Pemrograman Mikrokontroler
Avr
Menggunakan
ATMega16
Bahasa
(Codevision
Avr).
C
Bandung
:
Informatika. Arifianto.
B.
Modul
Trainning
Microcontroller For Beginer. FTI.
Unissula.
Panduan
Praktikum
Sistem Mikroprosesor. Semarang. Garland Harry. 1984. Pengantar Desain System Mikroprosesor. Jakarta : Erlangga. Malik
Moh
Ibnu,
dkk.
Bereksperimen
1997. Dengan
Mikrokontroler 8031, Jakarta : Elex Media Komputindo. Setiawan
Iwan.
2006.
Tutorial
Microcontroller AVR Part 1. Undip : Elektro Soebhakti Hendrawan. 2007. Basic Avr Microcontroller Tutorial ATMega 8535. Batam : Politeknik Batam. Wardana Lingga. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler ATMega16,
AVR
Simulasi
Seri
Hardware
dan Aplikasi. Jogjakarta : Penerbit Andi.
60
Muhammad Abdurohman, Aris Kiswanto, Moh Toni
