SISTEM KEMUDI MOBIL TERPROGRAM UNTUK MELEWATI CELAH SEMPIT DENGAN BERBANTUAN PENGINDRAAN LASER
Frisa Yugi Hermawan
Mentengrawa Panjang No. 11 Rt. 006 / 014 Jakarta Selatan 12960
ABSTRAK Tujuan penelitian ini adalah untuk menghasilkan prototype kendaraan yang dilengkapi dengan pengindraan Laser. Dalam penyempurnaan penelitian ini, penulis menggunakan beberapa metode seperti Studi Literatur, Perancangan Desain, Analisis Data dan Metode Diskusi. Berdasarkan penelitian ini telah dihasilkan suatu prototype sistem kemudi mobil terprogram untuk melewati celah sempit dengan berbantuan pengindraan Laser. Kata Kunci : Sistem, Kemudi Mobil, Pengindraan Laser PENDAHULUAN Dunia otomotif saat ini merupakan salah satu bagian dari perkembangan teknologi yang tumbuh sangat pesat. berbagai jenis varian kendaraan disuguhkan kepada seluruh lapisan masyarakat. Apapun tipe kendaraan yang produsen tawarkan tersebut pastinya diproduksi untuk semakin memanjakan para masyarakat sebagai konsumen. Pada era hingga akhir 90-an, hampir seluruh jenis kendaraan memiliki bentuk kap mesin yang masih dapat terlihat oleh pengemudi. Dengan bentuk tersebut semakin memberikan kepastian bagi pengemudi dalam melakukan perhitungan atau perkiraan lebar mobilnya. Setelah memasuki era awal tahun 2000-an, yakni tepatnya dimulai dari tahun 2003-an, bentuk bagian depan atau kap mesin mulai diubah. Perubahan yang terjadi adalah kini pengemudi tidak lagi dapat melakukan perkiraan seperti yang terjadi pada bentuk bagian depan mobil sebelumnya. Saat ini pengemudi lebih mengedepankan instinct atau perkiraan dalam menjalankannya, terutama pada
saat melewati rintangan yang jarak lebarnya beragam. Demi memberikan kepastian lebih dalam perhitungan lebar kendaraan khususnya mobil dalam berbagai varian, dibutuhkan suatu piranti tambahan yang mampu memberikan acuan kepada pengemudi dalam melakukan perhitungan lebar kendaraan yakni sistem kemudi mobil terprogram untuk melewati celah sempit dengan berbantuan pengindraan Laser. Tujuan penelitian ini adalah untuk menghasilkan prototype kendaraan yang dilengkapi dengan pengindraan Laser. TINJAUAN PUSTAKA Mikrokontroler AVR ATMEGA16 Mikrokontroler adalah kompunen multifungsi yang dikemas dalam bentuk sangat sederhana dan ringkas. Mengusung embedded system dimana program langsung ditanam pada chipnya sendiri. Meskipun memiliki fungsi yang sangat beragam dan dalam bentuk yang sangat kecil tersebut, mikrokontroler merupakan perpaduan dari seluruh kompunen-komponen dasar dengan berbagai fungsi dan kapasitas di dalamnya. AVR ATMEGA16 ini dibuat menggunakan teknologi ATMEL’s High Density Nonvolatile Memory yakni teknologi memori yang dapat menyimpan informasi walau power dimatikan. Instruksi – instruksi yang ada di memori program dieksekusi dengan single level pipelining, ketika suatu instruksi sedang dieksekusi, maka instruksi lainya dipersiapkan dari memori program, konsep ini menyediakan instruksi untuk dieksekusi untuk di setiap clock cycle. Sehingga mikrokontroler jenis ini sangatlah tepat untuk dipergunakan dan diandalkan sebagai pengganti dari mikrokontroler tipe AT89S51.
Bahasa C Pada AVR ATMEGA16 Mikrokontroler AVR dapat pula menggunakan bahasa C dalam penulisan programnya, sehingga dapat memudahkan dan mempersingkat instruksi – intruksi yang digunakan dalam bahasa assembly. Pengembangan sebuah sistem menggunaan mikrokontroler AVR buatan ATMEL mengunakan software AVRstudio dan CodeViionAVR.(Andrianto,2008:17). Dalam pembuatan program yang menggunakan fungsi atau aritmatika, Bahasa C menawarkan kemudahan dengan menyediakan fungsi – fungsi khusus, seperti: pembuatan konstanta, operator aritmatika, operatot logika, operator bitwise dan operator Assigment. Selain itu, bahasa C
menyediakan Program kontrol seperti: Percabangan (if dan if…else), Percabangan switch, Looping (for, while dan do…while), Array, serta fungsi – fungsi lainnya
Sistem Sensor Sistem sensor yang digunakan dalam purwarupa ini ialah berupa proximity sensor, Proximity sensor atau yang biasa disebut sensor non-kontak, merupakan suatu perangkat dalam sistem robot yang mengukur jarak (pendeteksi keberadaan sesuatu benda didekatnya) tanpa melakukan kontak fisik (The McGraw-Hill Companies, Inc, 20 Oktober 2011). Proximity sensor yang digunakan yakni Sensor Laser dan Ultrasonik Sensor. Sensor Laser merupakan komponen utama yang memiliki tingkat akurasi yang sangat tinggi. Sensor ini digunakan pada sistem bantuan kemudi ini sebagai acuan dalam mendeteksi suatu objek pembatas celah sempit yang diletakan pada sisi terluar dari mobil. Selain menggunakan Sensor Laser, Ultrasonik Sensor juga digunakan sebagai inputan yang diproses dalam sistem tertanam embedded system dalam bentuk chip mikrokontroler AVR ATmega16. Secara keseluruhan semua komponen tersebut diintegrasikan secara tepat untuk mendukung kesempurnaan dari sistem ini dalam membantu pengemudi melewati celah sempit.
Motor Listrik Terdapat dua jenis utama motor listrik: AC dan DC. Motor tersebut dikategorikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dibawah ini.
Motor listrik
Motor Arus Bolak Balik ( AC )
Sinkron
Induksi
Satu Fase
Tiga Fase
Motor Arus Searah ( DC )
Sumber daya terpisah
Seri
Sumber Daya Sendiri
Campuran
Gambar 1 : Jenis-jenis Motor Listrik
Shunt
Motor AC Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor". Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor.
Motor DC Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung / direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Motor Driver IC L298 sudah mencukupi digunakan sebagai rangkain driver. Cukup dihubungkan ke mikrokontroler dan diberi tegangan sebesar 7 Volt dengan arus minimal 2 Ampere rangkaian driver berbasis L298 sudah dapat digunakan. Selain itu, power supply IC L298 dapat diberi tegangan sampai 50 Volt (Datasheet L298:2010).
Gambar 2 : Konfigurasi pin IC L298 (Data sheet L298)
Rangkaian LCD Penampil Setiap keadaan direfleksikan pada LCD yang menampilkan berbagai jenis tampilan sesuai dengan keadaan yang terjadi. LCD ini memiliki tampilan 16 x 2 (2 baris, 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. Sesuai dengan skematik hubungan pin LCD pada gambar berikut, untuk mengakses LCD 2x16 pin – pin harus dikonfigurasikan terlebih dahulu dengan pin I/O mikrokontroler tersebut dan konfigurasinya.
VR2 5K LCD1 PB0 4 PB1 5 PB2 6 PB4 11 PB5 12 PB6 13 PB7 14
RS RW En D4 D5 D6 D7
VCC
LCD16X2(4BIT) VCC VO LCD 16 x 2 4 BIT
GND An Ca
2 3 1 15 16
VR3 500
Gambar 3 : Konfigurasi Pin LCD Pada Mikrokontroler
Miniatur Mobil Dalam penelitian ini sangat mustahil menggunakan langsung jenis kendaraan roda 4 yang sesungguhnya. Untuk itu digunakanlah miniatur mobil yang pola pergerakannya hampir serupa dengan kendaraan roda 4 pada umumnya, yakni mobil-mobilan remote control. Alasan penggunaan mobil- mobilan yang memiliki dimensi perbandingan 1 : 10 ini ialah selain memiliki pola pergerakan yang hampir serupa dengan yang sesungguhnya, mobil mainan ini dapat mudah diperoleh di pasaran. Mobil mainan ini memiliki dimensi yang cukup besar sehingga secara fisik memiliki kestabilan yang cukup baik dibandingkan dengan ukuran yang lebih kecil
Gambar 4 : Mobil Mainan Yang Digunakan Sebagai Miniatur Mobil Sesungguhnya
METODE PENELITIAN Berapa tahapan dalam pembuatan sistem kemudi mobil terprogram untuk melewati celah sempit dengan berbantuan pengindraan Laser meliputi berbagai metode yang sering digunakan dalam penelitian. Metode-metode yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :
Metode Studi Literatur Metode ini penulis gunakan untuk mengumpulkan kajian-kajian teori yang menunjang dalam pembuatan tesis. Metode studi literatur merupakan dasar dari pembuatan tesis ini.
Perolehan Dasar Teori Tahap ini dilakukan agar memudahkan dalam perencanaan rangkaian, penentuan komponen komponen yang dibutuhkan serta pemahaman karakteristik komponen yang dipakai. Penulis mengumpulkan segala hal yang dibutuhkan termasuk landasan teori untuk sistem kemudi mobil terprogram untuk melewati celah sempit dengan berbantuan pengindraan Laser berupa pencarian tipe dan spesifikasi dari mikrokontroler yang tepat. Selain itu, pencarian jenis sensor juga dilakukan yang berasal dari literature dan spesifikasi dari internet. Interface sebagai keluaran juga dipertimbangkan dalam tahap ini untuk indikator kepada pengemudi.
Perancangan Desain Pada tahap ini penulis melakukan perancangan mengenai komponen-komponen yang dibutuhkan setelah tahapan studi literature terselesaikan.. Komponen-komponen yang diinginkan dalam perancangan yakni Sensor Laser, Mobil mainan Remote Control, Sensor Ultrasonik dan sebuah LCD 16x2. Sedangkan mobil Remote Control-nya sendiri telah memiliki bawaan motor DC. T o m b o l A k tifa s i / N o n a k tifa s i
U ltra s o n ic P IN G)) [1]
U ltra s o n ic P IN G)) [2]
L C D1 6X 2 M ik ro ko n tro le r A T m e g a1 6
La s e r S e n s o r[1]
D rive r M o to r D C[1]
M o to r D C R o d a B e la k a n g
La s e r S e n s o r[2]
D rive r M o to r D C[2]
M o to r D C Roda Depan
Gambar 5 : Blok Diagram Sistem Kemudi Mobil Terprogram Secara Keseluruhan
Perancangan desain juga meliputi perancangan sistem melalui diagram algoritma (flowchart) sebagai acuan untuk langkah-langkah berikutnya. Diagram algoritma ini merupakan presentasi utama dari sistem secara keseluruhan. Pengintegrasian semua sistem dapat mengacu pada diagram algoritma ini. Langkah-langkah keadaan yang terdapat dan terjadi dalam sistem dapat dipahami melalui diagram algoritma ini.
Analisis Data Pada metode ini, penulis memperoleh suatu hasi perbandingan antara kajian teori dengan hasil pengujian. Jika terdapat perbedaan diantaranya, maka akan didapat data yang nantinya data tersebut akan dianalisa kembali untuk menentukan penyebab timbulnya perbedaan tersebut. Apabila terjadi kesamaan, berarti hasil yang diperoleh sesuai dengan kajian teori.
Pengujian Masing-Masing Komponen Setelah memperoleh komponen-komponen yang dibutuhkan, tahap selanjutnya yakni melakukan penyusunan rangkaian yang telah ditentukan dan menguji berfungsi atau tidaknya suatu komponen tersebut 1. Pengujian Sensor Laser Pengujian dilakukan hanya pada Sensor Laser. Pengujian ini dikarenakan komponen ini adalah komponen yang sangat sulit diperolehnya dan pengujian ini dilakukan oleh teknisi dari PT.Taharica yang disaksikan oleh penulis. dengan memastikan komponen tersebut berfungsi dengan baik yang menggunakan catu daya sesuai dengan datasheetnya. 2. Pengujian AVR ATmega16 dan LCD 16x2 Begitu juga dengan pengujian sistem minimum AVR ATmega16. Sistem minimum ini diuji langsung dengan menggunakan program sederhana untuk tampilan LCD. Proses download program ke IC mikrokontroler AVR dapat menggunakan system download secara langsung melalui In-System Programming (ISP). Setelah LCD berhasil menampilkan suatu pada baris atas dan pada garis bawah, maka LCD dan AVR ATmega16 telah teruji dengan baik. 3. Pengujian Sensor Ultrasonik Pada tahapan ini sensor ultrasonik juga diuji dengan suatu program sederhana untuk mengukur suatu jarak. Program yang digunakan untuk pengujian sensor ultrasonik dapat langsung dipadukan pada mikrokontroler seperti cara pengujian untuk LCD 16x2
Uji Rangkaian Secara Keseluruhan Pada tahap ini semua rangkaian dikalibrasi, diuji, diambil data pengamatan dan jika terjadi permasalahan pada operasi kerja rangkaian, maka dilakukan analisa kerusakan, kesalahan penggunaan atau pemasangan komponen dan atau modifikasi rangkaian maupun perancangan rangkaian.
Proses kalibrasi yang dilakukan disini ialah terhadap inputan Sensor Laser, sensor ultrasonik dan motor DC. Sensor Laser yang dirangkai sebelumnya diset secara manual mode dari amplifiernya dan keadaan switching yang dihasilkan dikoneksikan sebagai switching pada satu pin di mikrokontroler. Untuk Sensor ultrasonik dan Motor DC dikalibrasi secara langsung dengan terkoordinasi pada LCD.
Uji Coba Rangkaian Langsung Pada tahap ini semua rangkaian elektronika komponen pendukung diintegrasikan langsung pada mobil remote kontrol. Sensor Laser yang terdapat di sisi kiri dan kanan dari mobil yang diasumsikan pada posisi kaca spion. Saat kedua Sensor Laser tidak mendeteksi adanya objek penghalang, sensor ultrasonik memberikan jaminan keadaan pada mobil untuk berada dalam kondisi yang tetap lurus dan LCD 16x2 Memberikan tampilan sesuai dengan keadaan yang ada. Metode Diskusi Metode ini digunakan untuk memecahkan masalah, mencari solusi terhadap objek yang diteliti. Metode ini dilakukan dalam mencari alternatif solusi atas permasalahan yang dihadapi kepada seseorang yang dianggap lebih berpengalaman, lebih mengerti atau seseorang yang memang pakarnya dalam hal program atau alat penelitian yang sedang dibuat.
PENGUJIAN Serangkaian uji coba yang dibahas pada subbab berikut, dilengkapi dengan keterangan cara kerja dari masing – masing uji coba yang meliputi : 1. Uji karakteristik Sensor Laser 2. Uji karakteristik Sensor Ultrasonik 3. Uji karakteristik mikrokontroler AVR ATmega16 4. Uji coba pergerakan mobil
Uji karakteristik Sensor Laser Uji karakter ini bertujuan untuk membuktikan karakteristik mode yang diinginkan dari Sensor Laser. Adapun prosedur pengaturannya adalah sebagai berikut : 1. Menghubungkan koneksi wiring seperti yang ditunjukan pada datasheet-nya
2. Mengatur / menyesuaikan titik pancaran 3. Melakukan pengaturan mode standart pada amplifier dengan prosedur seperti pada gambar berikut hingga dapat memperoleh jarak pancaran sesuai yang dibutuhkan yakni 5 meter. Dengan cara menekan Jog switch, hingga memperoleh menu “std”, dorong ke depan jog switch tersebut hingga mencapai nominal 5000 dan tekan kembali jog switch tersebut untuk mengkonfirmasi. Ukur jarak yang tercapai dari pancarannya tersebut Uji Karakteristik Sensor Ultrasonik Uji sensor ultrasonik ini ditujukan untuk mengkoordinasikan dan mengintegrasikan antara sensor ultrasonik ini dengan rangkaian secara keseluruhan (pergerakan mobil yang telah dipasangkan sistem otomatis).
Tabel 1 : Reaksi Keadaan LCD dan Pergerakan Mobil Terhadap Sisi Deteksi Ultrasonik
Sisi Laser Penerima Deteksi
Reaksi Keadaan Pergerakan
Kiri
Kanan
LCD Mobil
Tidak
Ya
Go Left
Ke Arah Kiri
Ya
Tidak
Go Right
Ke Arah Kanan
Uji Karakteristik Mikrokontroler AVR ATmega16 Mikrokontroler ini menggunakan mode ISP (In System Programming), maka mikrokontroler ini harus dapat diprogram langsung pada papan rangkaian yang dapat dikenali oleh program downloader.
Uji Coba Pergerakan Mobil Pada pengujian ini ditujukan oleh kemampuan Sensor Laser dalam jarak deteksi yang dibutuhkan. Jarak untuk pengambilan data ini adalah setidaknya 2 meter. Hal ini dilakukan karena Tabel 2 : Reaksi Roda Depan Mobil Terhadap Sisi Deteksi Sensor Laser
Sisi Laser Penerima Deteksi
Reaksi Roda
Kiri
Kanan
Depan
Belakang
Ya
Ya
Tidak Bergerak
Diam
Ya
Tidak
Ke Arah Kanan
Berputar Maju
Tidak
Ya
Ke Arah Kiri
Berputar Maju
Tidak
Tidak
Tidak Bergerak
Berputar Maju
Berikut adalah keadaan yang dipresentasikan pada gambar dengan 3 keadaan, yakni : 1. Kedua sisi Sensor Laser menangkap sinyal objek penghalang. Pada keadaan ini, Arah roda depan mobil diam. 2. Salah satu Sensor Laser menangkap sinyal objek penghalang. Arah roda depan mobil, mengarah ke sisi yang tidak terdeteksi adanya penghalang. 3. Kedua sisi Sensor Laser sama sekali tidak menangkap adanya objek penghalang. Selain arah pergerakan roda, pada sistem ini LCD turut menampilkan berbagai keadaan yang sedang terjadi dalam hal arah dan pergerakan roda depan maupun roda belakang. Tabel 3 : Tampilan Pada LCD Sesuai Dengan Keadaan Roda Mobil
Arah Dan Pergerakan Roda
Tampilan LCD
Depan
Belakang
Diam
Diam
Stop
Ke Arah Kiri
Berputar Maju
Go Left
Ke Arah Kanan
Beputar Maju
Go Right
Diam
Berputar Maju
Go Forward
KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan dan memperhatikan cara kerja alat, maka dapat disimpulkan hal hal penting sebagai berikut : 1. Telah tercipta suatu purwarupa (prototype) kendaraan yang dilengkapi dengan pengindraan Laser untuk membantu pengemudi dalam melewati suatu celah sempit 2. Kendaraan purwarupa (prototype) ini, pengujiannya dilakukan baik di ruang tertutup maupun di ruang terbuka. 3. Dikarenakan keterbatasan pengabadian visual, maka jarak terjauh yang dapat diabadikan ialah berjarak 15 cm tanpa reflector dan jarak terdekat yakni 5 cm tanpa reflector. 4. Pengujian dilakukan di atas lantai berubin dikarenakan menggunakan jenis miniature mobil dengan kualitas yang kurang baik. 5. Jarak pancaran sensor ultrasonik sisi kiri maupun sisi kanan untuk membatasi sisi samping terluar mobil ialah 3,5 cm. 6. Jarak terdekat antara sisi samping terluar Sensor Laser dengan objek benda ialah 1 cm. 7. Jarak deteksi sensor ultrasonik dapat diatur pada program secara bebas pada bagian pengaturan awal. 8. Pengaturan kondisi awal sensor ultrasonik dan Sensor Laser (0 ataupun 1) dapat dilakukan pada pengaturan awal program. 9. Jarak deteksi sensor Laser hanya dapat diatur melalui penguatnya. 10. Mode Sensor Laser yang digunakan hanya berupa mode switching saja
11. Lebar Mobil keseluruhan ialah 22 cm, namun lebar jarak antar reflektor yang masih terdeteksi hingga 35 cm, perbedaan ini dikarenakan adanya radiasi noise yang dipancarkan kepala sensor. 12. Purwarupa ini memiliki kekurangan dalam hal pengaturan kecepatan dikarenakan tidak menggunakan Pulse Width Modulation PWM pada Pin D4 dan Pin D5 sebagai pengatur kecepatan. 13. Kecepatan pergerakan mobil berbanding lurus dengan tingkat berkurangnya tegangan batterei untuk penggerak motor dimana tegangan awal maksimal batterei penggerak motor adalah 9 Volt. 14. Jarak yang digunakan untuk pengujian alat ini ialah 1,5 meter hingga 2 meter.
6.2 Saran Untuk dapat meningkatkan kualitas dan kemampuan kinerja alat yang enjadi lebih baik, berikut adalah langkah – langkah yang dapat dilakukan : 1. Dibutuhkan suatu miniatur mobil sungguhan (mobil mainan) dengan kualitas mekanis yang mampuni untuk setiap medan agar pergerakan mobil dapat memberikan kepastian yang lebih baik. 2. Untuk penyempurnaan alat, Sensor Laser purwarupa ini dapat digantikan dengan Sensor Laser dengan jarak pancaran yang lebih jauh dan yang tidak menggunakan reflector. 3. Untuk penyempurnaan fungsi Sensor Laser, mode yang digunakan pada Sensor Laser ini dapat diubah dengan mode yang dapat mengatur jarak antara kepala sensor dengan reflektornya. 4. Dibutuhkannya suatu pelindung sensor yang baik dan yang tidak mempengaruhi kemampuan pengindraan sehingga sensor dapat digunakan pada lingkungan luar (outdoor). 5. Menggunakan pelindung yang digunakan untuk mengatasi radiasi noise yang tidak diinginkan berupa plat mika tipis berwarna hitam dengan panjang 5 cm dan lebar yang sesuai dengan kepala sensor.
Penghalang Noise
Gambar 7 : Penghalang Noise Yang Diletakan Pada Kedua Sisi Terluar Kepala Sensor Laser
6. Diperlukan piranti khusus tambahan pada mobil yang dapat mengeset langsung jarak pancaran deteksi sensor ultrasonik. 7. Menggunakan peredam radiasi noise Sensor Laser dari bahan tertentu yang sangat baik pada kedua sisi terluarnya 8. Menggunakan Pulse Width Modulation (PWM) sebagai pengatur kecepatan pergerakan mobil pada Port D Pin 4 dan Pin 5 agar kecepatan pergerakan mobl dapat terkendali. 9. Jika tidak ingin menggunakan PWM, alat ini dapat diatur kecepatannya melalui pengujian kecepatan ideal untuk pergerakannya dengan mengukur tegangan batterei yang digunakan untuk penggerak motor DC.
DAFTAR PUSTAKA Andrianto, Heri, 2008, “Pemrograman Mikrokontroler AVR Atmega16: Menggunakan Bahasa C”,Informatika: Bandung Budiharto, Widodo, 2008. “Panduan Praktikum Mikrokontroler AVR ATmega16”, Penerbit: Alex Media Komputindo Haryanto, 2005. “Pengantar Bahasa C Untuk Mikrokontroler ATMega 8535”, Penerbit : Elex Media Komputindo, Jakarta Malik, Ibnu, 2003, “Pengantar Membuat Robot”, Penerbit: Gaya Media, Yogyakarta STMicroelectronics. 28 Agustus 2011. Motor Driver L298. http://html.alldatasheet.com/htmlpdf/22437/STMICROELECTRONICS/L298/1618/1/L298.html. Sunx, 06 Juni 2011. SUNX SENSOR LASER. http://www.clrwtr.com/PDF/SUNX/Sunx-LSDigital-Laser-Sensor.pdf. The McGraw-Hill Companies, Inc. 20 Oktober 2011. Proximity Sensor http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/proximity+sensor
