SENSOR ULTRASONIK PING SEBAGAI SAKLAR OTOMATIS PADA MESIN BOR PCB
LAPORAN AKHIR
Disusun Untuk Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya
Oleh: ANANDA PUTRI 061330320938
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG 2016
SENSOR ULTRASONIK PING SEBAGAI SAKLAR OTOMATIS PADA MESIN BOR PCB
LAPORAN AKHIR
Disusun Untuk Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya Oleh :
ANANDA PUTRI 061330320938
Menyetujui, Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Yeni Irdayanti, S.T., M.Kom
Sabilal Rasyad, S.T., M.Kom
NIP. 197612212002122001
NIP. 197409022005011003 Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ketua Program Studi Teknik Elektronika
Yudi Wijanarko, S.T., M.T
Amperawan, S.T., M.T
NIP. 196705111992031003
NIP. 196705231993031002
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Akhir ini yang berjudul “Sensor Ultrasonik PING Sebagai Saklar Otomatis Pada Mesin Bor PCB”. Laporan akhir merupakan salah satu mata kuliah wajib dalam kurikulum pendidikan Diploma III Jurusan Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya. Tujuan Laporan Akhir adalah untuk menyelesaikan pendidikan pada tingkat akhir Diploma III. Dalam pelaksanaan Laporan Akhir dan penyususnan laporan, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak hingga selesainya laporan ini, mulai dari pengumpulan data sampai penyusunan laporan. Untuk itu penulis menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
Ibu Yeni Irdayanti, S.T., M.Kom., selaku dosen pembimbing I. Bapak Sabilal Rasyad, S.T., M.Kom., selaku dosen pembimbing II. Pada kesempatan ini juga tak lupa, penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada pihak yang telah mendukung selama proses Kerja Praktik dan proses penyusunan Laporan Kerja Praktik ini, yaitu :
1. Bapak Dr. Ing.Ahmad Taqwa, M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya. 2. Bapak Yudi Wijanarko, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri sriwijaya. 3. Bapak H. Herman Yani, S.T., M.Eng., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya. 4. Bapak Amperawan, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya. 5. Seluruh dosen, staf dan instruktur pada Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya. 6. Kedua Orang Tua, saudara, dan keluarga yang selalu memberikan do’a, semangat, serta dorongan baik moril maupun materil.
7. Teman-teman Program Studi Teknik Elektronika angkatan 2013, khususnya kelas ED. Penulis menyadari dalam penulisan ataupun pembahasan dalam Laporan Akhir ini jauh dari kata sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan Laporan Akhir ini. Demikian Laporan Akhir ini disusun, semoga memberikan manfaat bagi kita semua, khususnya bagi mahasiswa pada Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya.
Palembang, Juli 2016
Penulis
ABSTRACT PING ULTRASONIC SENSOR AS AUTOMATIC SWITCHING ON PCB DRILLING MACHINE (2016 : xvi Page + 68 Page + References + Attachment)
ANANDA PUTRI 061330320938 DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING ELECTRONICS ENGINEERING STUDY PROGRAM STATE POLYTECHNIC OF SRIWIJAYA
This final report entitled "PING Ultrasonic Sensor As Automatic Switching On PCB Drilling Machine". This tool is designed as a tool drills PCB automatically based microcontroller ATmega16 by applying multiple sensors such as ultrasonic sensors and Hall Effect sensor. PCB drilling machine is equipped with four-speed mode that can be used as needed. The function of the ultrasonic sensor is a switch on/off automatically on detection of the distance between the drill and the base. Drilling machine will drop slowly due to the pull of the motor Power Window. When located right above the PCB, Power Window will stop for 3 seconds to give a brief moment to the user to easily adjust the perforation with the drill, then Power Window will attract more drilling machine to successfully perforate the PCB. The purpose of the tool is expected to facilitate and give a sense of security when conducting the drilling process PCB. Beside it, can apply applications of sensor on PCB drilling machine that previously were manual to automatic in the case of the switch, speed, and lower or raise drilling machine automatically. Keyword : PING Ultrasonic Sensor, PCB Drilling Machine, ATMega16
ABSTRAK SENSOR ULTRASONIK PING SEBAGAI SAKLAR OTOMATIS PADA MESIN BOR PCB (2016 : xvi Halaman + 68 Halaman + Daftar Pustaka + Lampiran) ANANDA PUTRI 061330320938 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA Laporan akhir ini berjudul “Sensor Ultrasonik PING Sebagai Saklar Otomatis Pada Mesin Bor PCB”. Alat ini dirancang sebagai alat pengebor PCB secara otomatis berbasis mikrokontroler ATMega16 dengan mengaplikasikan beberapa sensor seperti sensor ultrasonik dan sensor Hall Effect. Mesin bor PCB ini dilengkapi dengan empat mode kecepatan yang bisa digunakan sesuai kebutuhan. Fungsi dari sensor ultrasonik adalah sebagai saklar on/off otomatis dari deteksi jarak antara bor dan alas. Mesin bor akan turun perlahan akibat tarikan dari motor Power Window ketika PCB sudah diletakkan. Ketika berada tepat diatas PCB, Power Window akan berhenti selama 3s untuk memberi jeda kepada pengguna agar mudah menyesuaikan bolongan dengan mata bor, lalu Power Window akan menarik mesin bor lagi sampai berhasil melubangi PCB. Adapun tujuan dari alat ini diharapkan dapat mempermudah dan memberi rasa aman ketika melakukan proses pengeboran PCB. Selain itu, dapat menerapkan aplikasi sensor pada mesin bor PCB yang sebelumnya masih manual menjadi otomatis dalam hal saklar, kecepatan, dan menurunkan maupun menaikkan mesin bor secara otomatis. Kata Kunci : Sensor Ultrasonik PING, Mesin Bor PCB, ATMega16
MOTTO : Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagi kamu. Dan boleh jadi kamu mencintai sesuatu, padahal ia amat buruk bagi kamu. Allah Maha mengetahui sedangkan kamu tidak mengetahui. (QS. 2 : 216) Apabila anda berbuat kebaikan kepada orang lain, maka anda telah berbuat baik terhadap diri sendiri. (Benyamin Franklin) Success is the best revenge. Ingatlah kebaikan yang dilakukan orang lain kepada kita, tapi lupakan kebaikan yang kita lakukan kepada orang lain. Kejarlah akhirat, maka dunia akan mengikuti. TERIMA KASIH KEPADA : Allah Subhanallahu Wa Ta’ala karena selalu memberi nikmat dan petunjuk kepadaku baik itu yang kusadari ataupun yang tidak kusadari. Nabi Muhammad Shalallahu A’laihi Wasallam yang telah menjadi suri tauladan yang paling baik dalam menyikapi perjalanan hidup sehari-hari. Kedua orang tuaku, Imron (ayah) yang tidak pernah lelah mencari nafkah untuk membiayai kehidupanku, Aslia (ibu) yang tidak pernah lelah mendoakanku agar selamat dunia dan akhirat. Pembimbing I, Ibu Yeni Irdayanti, S.T.,M.Kom dan Pembimbing II, Bpk. Sabilal Rasyad, S.T.,M.Kom. Terimakasih atas bimbingannya. Serta seluruh Dosen Prodi Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya, terimakasih dukungannya. Teman-teman seperjuangan prodi Elektronika angkatan 2013 Politeknik Negeri Sriwijaya khususnya kelas ED. Semua sahabat dan teman-teman yang tidak bisa disebutkan satu persatu, terima kasih semangatnya. I Love You. Segala pihak yang telah mendoakan dan memberi dukungan serta semangat terimakasih. Almamaterku.
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL .........................................................................................i LEMBAR PENGESAHAN ..............................................................................ii PERNYATAAN KEASLIAN ...........................................................................iii MOTTO .............................................................................................................iv ABSTRAK .........................................................................................................v ABSTRACT .......................................................................................................vi KATA PENGANTAR .......................................................................................vii DAFTAR ISI ......................................................................................................ix DAFTAR GAMBAR .........................................................................................xii DAFTAR TABEL .............................................................................................xiv DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................xv BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang ......................................................................................
1
1.2
Tujuan dan Manfaat ..............................................................................
2
1.2.1 Tujuan ...................................................................................................
2
1.2.2 Manfaat .................................................................................................
2
1.3
Perumusan Masalah .............................................................................
2
1.4
Pembatasan Masalah .............................................................................
2
1.5
Metodologi Penulisan ...........................................................................
3
1.5.1 Metode Literatur ....................................................................................
3
1.5.2 Metode Wawancara ...............................................................................
3
1.5.3 Metode Observasi ..................................................................................
3
1.6
3
Sistematika Penulisan ............................................................................
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Stand Drilling Machine .........................................................................
5
2.2
Sensor Jarak Ultrasonik PING ................................................................
6
2.2.1 Diagram Waktu Sensor Ultrasonik PING .............................................
8
2.2.2 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik PING ..................................................
9
2.2.3 Bagian-bagian Sensor Ultrasonik PING ................................................
9
2.3
Mikrokontroller AVR ATMega 16 .......................................................
12
2.3.1 Pengertian Mikrokontroller AVR ATMega 16 .....................................
13
2.3.2 Karakteristik Mikrokontroller AVR ATMega 16 .................................
13
2.3.3 Konfigurasi Pena (Pin) ATMega 16 .....................................................
15
2.3.4 Deskripsi Mikrokontroller ATMega 16 ................................................
16
2.3.5 Rangkaian Sistem Minimum ATMega16 ..............................................
17
2.4
Relay .....................................................................................................
20
2.5
Motor DC (Motor Power Window) .......................................................
23
2.5.1 Pengertian Motor DC Power Window .................................................
23
2.5.2 Bagian-bagian Motor DC Power Window ...........................................
25
2.5.3 Simbol Motor DC ..................................................................................
27
2.5.4 Spesifikasi Motor Power Window .......................................................
27
2.5.5 Jenis-jenis Motor DC .............................................................................
28
2.5.6 Berbagai Persamaan Pada Motor DC ....................................................
30
2.5.7 Kelebihan Motor DC .............................................................................
31
2.6
LCD (Liquid Crystal Display) 16x2 ......................................................
32
2.6.1 Material LCD......................................................................................... .
32
2.6.2 Kontroler LCD (Liquid Crystal Display) ...............................................
33
BAB III RANCANG BANGUN ALAT 3.1
Tujuan Perancangan ..............................................................................
36
3.2
Blok Diagram .........................................................................................
36
3.3
Tahap-tahap Perancangan ......................................................................
38
3.4
Perancangan Elektronik ........................................................................
38
3.4.1 Power Supply .........................................................................................
39
3.4.2 Rangkaian Sistem Minimum ATMega 16 .............................................
40
3.4.3 Rangkaian Sensor Ultrasonik PING ......................................................
40
3.4.4 Rangkaian Relay ....................................................................................
41
3.4.5 Rangkaian LCD ......................................................................................
41
3.5
Perancangan Mekanik ............................................................................
42
3.5.1 Rancangan Sistem Minimum ATMega 16 .............................................
43
3.5.2 Rancangan Relay ....................................................................................
44
3.5.3 Rancangan LCD .....................................................................................
44
3.5.4 Gambar Alat Bor PCB Otomatis ............................................................
46
3.6
Flow Chart .............................................................................................
49
3.7
Prinsip Kerja Alat ...................................................................................
51
3.8
Daftar Komponen yang Dibutuhkan ......................................................
52
3.9
Rangkaian Keseluruhan ..........................................................................
53
BAB IV PEMBAHASAN 4.1
Tujuan Pengukuran Alat .........................................................................
54
4.2
Metode Pengukuran ................................................................................
54
4.3
Langkap-langkah Pengukuran ...............................................................
54
4.4
Pengukuran Menggunakan Multimeter dan Osiloskop .........................
55
4.5
Pengukuran .............................................................................................
55
4.5.1 Pengukuran Tegangan Pada Catu Daya Mikrokontroller ATMega 16 ..
55
4.5.2 Pengukuran Sensor Ultrasonik PING ....................................................
56
4.5.3 Pengukuran Osiloskop Frekuensi dan Waktu Tempuh Gelombang ......
58
4.6
Perhitungan ............................................................................................
62
4.7
Analisa ...................................................................................................
63
4.7.1 Analisa Perubahan Tegangan Pin SIG Terhadap Jarak Sensor ..............
63
4.7.2 Analisa Perubahan Waktu Tempuh Gelombang dan Frekuensi Terhadap Jarak Sensor ...........................................................................................
63
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimpulan ............................................................................................
65
5.2
Saran ......................................................................................................
65
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Stand Drilling Machine .............................................................
5
Gambar 2.2 Gelombang Ultrasonik ..............................................................
6
Gambar 2.3 Sensor Ultrasonik PING ............................................................
7
Gambar 2.4 Pin Sensor Ultrasonik PING .....................................................
7
Gambar 2.5 Diagram Waktu Sensor Ping .....................................................
8
Gambar 2.6 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik PING ......................................
9
Gambar 2.7 Rangkaian Pemancar Gelombang Ultrasonik ...........................
10
Gambar 2.8 Rangkaian Penerima Gelombang Ultrasonik ............................
11
Gambar 2.9 Blok Diagram ATMega 16 ........................................................
15
Gambar 2.10 Pin-pin ATMega 16 ....................................................................
16
Gambar 2.11 Rangkaian Sistem Minimum ATMega 16 ................................
18
Gambar 2.12 Regulator 7805 ..........................................................................
19
Gambar 2.13 Kristal 16 Mhz ...........................................................................
19
Gambar 2.14 Setting Port ISP .........................................................................
20
Gambar 2.15 Bentuk Fisik Relay ....................................................................
20
Gambar 2.16 Ilustrasi Dari Sebuah Relay .......................................................
21
Gambar 2.17 Penggunaan Relay Untuk Mengontrol Rangkaian Beban Arus Tinggi Dengan Rangkaian Kontrol Arus Rendah .....................
22
Gambar 2.18 Bentuk Fisik Motor DC .............................................................
23
Gambar 2.19 Konstruksi Motor Arus Searah Bagian Stator ...........................
24
Gambar 2.20 Konstruksi Motor Arus Searah Bagian Rotor ...........................
24
Gambar 2.21 Kutub Medan Magnet Pada Motor DC .....................................
25
Gambar 2.22 Kumparan Motor DC ................................................................
26
Gambar 2.23 Komutator Motor DC ...............................................................
26
Gambar 2.24 Simbol Motor DC ......................................................................
27
Gambar 2.25 Spesifikasi Motor DC Power Window ......................................
27
Gambar 2.26 Magnet Pada Motor DC ............................................................
30
Gambar 2.27 LCD 16x2 ..................................................................................
32
Gambar 3.1 Blok Diagram Perancangan Elektronika ...................................
37
Gambar 3.2 Skematik Rangkaian Power Supply ..........................................
39
Gambar 3.3 Skematik Rangkaian Sistem Minimum ATMega 16 ................
40
Gambar 3.4 Skematik Rangkaian Sensor Ultrasonik PING .........................
41
Gambar 3.5 Skematik Rangkaian Relay .......................................................
41
Gambar 3.6 Skematik Rangkaian LCD 16x2 ................................................
42
Gambar 3.7 Rancangan (a) Lay Out dan (b) Tata Letak Komponen Sistem Minimum .......................................................................
43
Gambar 3.8 Rancangan (a) Lay Out dan (b) Tata Letak Komponen Relay ...
44
Gambar 3.9 Rancangan (a) Lay Out dan (b) Tata Letak Komponen LCD .....
45
Gambar 3.10 Mesin Bor PCB Otomatis Tampak Depan ................................
46
Gambar 3.11 Mesin Bor PCB Otomatis Tampak Belakang ...........................
46
Gambar 3.12 Mesin Bor PCB Otomatis Tampak Belakang ...........................
47
Gambar 3.13 Mesin Bor PCB Otomatis Tampak Kiri ....................................
47
Gambar 3.14 Mesin Bor PCB Otomatis Tampak Atas ...................................
48
Gambar 3.15 Flow Chart Rangkaian ..............................................................
50
Gambar 3.16 Rangkaian Keseluruhan .............................................................
55
Gambar 4.1 Rangkaian Mikrokontroller ATMega 16....................................
55
Gambar 4.2 Titik Pengukuran Pada Sensor Ultrasonik PING .......................
57
Gambar 4.3 Grafik Perubahan Tegangan Pin SIG Terhadap Jarak Sensor ...
58
Gambar 4.4 Hasil Osiloskop Pada Jarak 10 cm ............................................
58
Gambar 4.5 Hasil Osiloskop Pada Jarak 8 cm ..............................................
59
Gambar 4.6 Hasil Osiloskop Pada Jarak 5 cm ..............................................
59
Gambar 4.7 Grafik Perubahan Waktu Tempuh Gelombang Terhadap Jarak Sensor ..............................................................................
61
Gambar 4.8 Grafik Perubahan Frekuensi Terhadap Jarak Sensor ................
61
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Pin Dan Deskripsi LCD ................................................................
33
Tabel 3.1 Daftar Komponen Yang Dibutuhkan ...........................................
52
Tabel 4.1
Pengukuran Tegangan Pada Catu Daya Dan Mikrokontroller ATMega16 ...................................................................................
56
Tabel 4.2
Pengukuran Pada Sensor Ultrasonik PING ..................................
57
Tabel 4.3
Pengukuran Frekuensi Dan Waktu Tempuh Gelombang
Tabel 4.4
Pada Pin SIG Sensor Ultrasonik PING ........................................
60
Perhitungan Waktu Tempuh Gelombang dan Frekuensi .............
63
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
SOP (Standar Operational Procedure) Mesin Bor PCB Otomatis
Lampiran 2
Datasheet ATMega 16
Lampiran 3
Datasheet Ultrasonik PING
Lampiran 4
Datasheet Motor Power Window
Lampiran 5
Datasheet LCD Display 16x2
Lampiran 6
Datasheet Relay
Lampiran 7
Lembar Konsultasi dan lainnya
