bab ii landasan teori

 BAB II LANDASAN TEORI
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 DOF (Degree of Freedom) / Derajat kebebasan
Derajat kebebasan adalah istilah yang biasa dipakai dalam dunia robotika
disini khususnya pada lengan robot. Derajat kebebasan merupakan sambungan
pada lengan, dapat dibengkokkan dan diputar. Jumlah derajat kebebasan dapat
diketahui dari banyaknya aktuator yang digunakan pada lengan robot. Derajat
kebebasan
digunakan untuk mengetahui bagaimana lengan robot nanti akan
bergerak dan jumlah motor yang digunakan dari robot yang dibuat. Pada tugas
akhir ini digunakan 4 derajat kebebasan. Pada Gambar 2.1 berikut ditampilkan
persamaan derajat kebebasan pada lengan robot dan lengan manusia.
Gambar 2.1 Persamaan Derajat Kebebasan Pada Lengan Robot Dan Lengan Manusia
2.2
Mikrokontroler ATmega8535
Mikrokontroler adalah piranti elektronik berupa IC (Integrated Circuit)
yang memiliki kemampuan manipulasi data (informasi) berdasarkan suatu urutan
instruksi (program) yang dibuat oleh programmer.
AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor) merupakan perkembangan terakhir
yang dikeluarkan oleh Atmel. Mikrokontroller AVR memiliki arsitektur RISC
(Reduced Instruction Set Computer), dimana RISC adalah suatu jenis arsitektur
prosessor yang melakukan hampir semua instruksi dalam satu pulsa (clock)
sehingga waktu untuk mengeksekusi satu instruksi program sangat cepat dan
tergantung frekuensi clock yang diberikan.
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
5
BAB II LANDASAN TEORI
Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi empat kelas seperti yang
ditampilkan pada Gambar 2.2, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx,
keluarga ATmega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing –
masing
kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan
instruksi
yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Dari keempat
kelas diatas, ATmega adalah mikroontroller yang penulis pakai. Ditampilkan juga
konfigurasi pin Atmega8535 pada Gambar 2.3 dan Tabel 2.1.
Gambar 2.2 Empat kelas AVR
Berikut adalah fitur utama pada mikrokontroller ATMEGA8535 :
a) Saluran I/O sebanyak 32 buah yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D.
b) ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
c) Dua buah Timer/Counter 8 bit dan satu buah Timer/Counter 16 bit.
d) CPU yang terdiri atas 32 buah register.
e) Watchdog Timer dengan osilator internal.
f) SRAM sebanyak 512 byte.
g) Memori Flash sebesar 8k byte dengan kemampuan Read-While-Write.
h) Unit interupsi internal dan eksternal.
i) Port antarmuka SPI.
j) EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
k) Antarmuka komparator analog.
l) Port USART untuk komunikasi serial.
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
6
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.3 Konfigurasi Pin ATmega 8535
Sumber : Datasheet Atmega8535
Tabel 2.1 Konfigurasi pin ATmega secara fungsional
Nama Pin
Fungsi
VCC
Catu daya
GND
Ground
Port A
Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal. Juga berfungsi sebagai
(PA7 s/d PA0)
masukan analog ke ADC (ADC0 s/d ADC7)
Port B
Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal.
(PB7 s/d PB0)
Fungsi khusus masing-masing pin yaitu:
Port Pin
Fungsi Lainnya
PB0
T0 (Timer/Counter0 External Counter Input)
PB1
T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)
PB2
AIN0 (Analog Comparator Positive Input)
PB3
AIN1 (Analog Comparator Negative Input)
PB4
SS (
PB5
MOSI (
Bus Master Output/Slave Input)
PB6
MISO (
Bus Master Input/Slave Output)
PB7
SCK (
Slave Select Input)
Bus Serial Clock)
Port C
Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal.
(PC7 s/d PC0)
Dua pin PC6 dan PC7 berfungsi sebagai oscillator luar untuk Timer/Counter2.
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
7
BAB II LANDASAN TEORI
Port D
Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal.
s/d PD0)
(PD7
Port Pin
Fungsi Lainnya
PD0
RXD (UART Input Line)
PD1
TXD (UART Output Line)
PD2
INT0 (External Interrupt 0 Input)
PD3
INT1 (External Interrupt 1 Input)
PD4
OC1B ( Timer/Counter1 Output CompareB Match
Output )
PD5
Output )
OC1A ( Timer/Counter1 Output CompareA Match
RESET
PD6
ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)
PD7
OC2(Timer/Counter2 Output Compare Match Output)
Masukan reset. Sebuah reset terjadi jika pin ini diberi logikaa rendah melibihi
periode minimum yang dibutuhkan.
XTAL1
Masukan ke inverting oscillator amplifier dan masukan ke rangkaian clock internal.
XTAL2
Keluaran dari inverting oscillator amplifier.
AVCC
Catu daya untuk Port A dan ADC.
AREF
Referensi masukan analog untuk ADC.
AGND
Ground analog
ADC (Analog to Digital
Converter) pada ATmega8535 mempunyai
resolusi 10 bit. Didalam ATmega8535 terdapat 8 jalur masukan untuk ADC yang
dapat diaktifkan semuanya. ADC tersebut dapat dikonfigurasi secara single ended
input atau differential input. Selain itu, ADC ATMEGA 8535 memiliki
konfigurasi pewaktuan, tegangan referensi, mode operasi, dan kemampuan filter
derau yang sangat dleksibel, sehingga mudah disesuaikan dengan kebutuhan ADC
itu sendiri.
Fitur yang dimiliki ADC Internal ATmega8535 :
a) Resolusi 10 bit
b) Waktu konversi 65 – 260 us
c) 8 kanal input termultiplek (single ended)
d) 7 kanal input (differential)
e) 2 kanal input dengan penguatan 10x dan 200x (differential)
f) V input : 0 – Vcc
g) V reff internal 2,56V (alternative)
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
8
BAB II LANDASAN TEORI
Pada ADC modus single ended input nilai desimal hasil dari konversi analog
ke digital ditampilkan pada rumus (1) berikut ini :
=
Vref
= Tegangan referensi (5V)
Vin = Tegangan masukan
.
..................(1)
ADC = Nilai desimal hasil konversi ADC
2.3
Sensor Warna Menggunakan Photodioda dan Led
Adanya perbedaan intensitas cahaya dari setiap warna yang dipancarkan,
kemampuan
LED untuk memancarkan cahaya dengan warna yang berbeda dan
photodioda untuk menerima cahaya serta mengubahnya menjadi besaran listrik
sehingga memungkinkan dua komponen semikonduktor ini untuk digunakan
sebagai sensor warna.
Sistem sensor yang digunakan adalah sensor warna dengan menggunakan
Photodioda dan 3 buah LED (merah, hijau dan biru). Rangkaian awal pembuatan
sensor warna seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.4. Sensor terdiri dari 2
bagian, yaitu bagian pemancar cahaya dan penerima cahaya. Rangkaian pemancar
terdiri dari resistor sebagai pembatas arus serta 3 buah LED 3 warna (merah, hijau
dan biru) sebagai piranti yang memancarkan cahaya. Sedangkan rangkaian
penerima terdiri dari resistor sebagai pull-up tegangan dan photodioda sebagai
piranti yang akan menerima pantulan cahaya LED ke obyek.
Gambar 2.4 Rangkaian ide awal pembuatan sensor warna
Sumber: Color Sensor with arduino (http://blog.dr-ivan.com/2010/08/11/color-sensor-witharduino/), 2010
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
9
BAB II LANDASAN TEORI
LED akan memancarkan cahaya ke obyek dan photodioda akan menerima
cahaya yang dipantulkan oleh obyek tersebut. Intensitas cahaya yang diterima
oleh photodioda akan mempengaruhi nilai resistansinya. Obyek berupa warna
merah,
hijau dan biru akan memantulkan cahaya dengan intensitas yang berbeda
sehingga
nilai resistansinya akan berbeda menjadikan timbul perbedaan nilai
tegangan output dari photodioda saat menerima cahaya pantulan dari warna
merah, hijau atau biru. Kemudian akan dideteksi nilai adc yang berbeda oleh
mikrokontroler.
Untuk mendapatkan hasil yang baik maka pemasangan sensor warna harus
tertutup
dan dipasang tegak lurus terhadap obyek seperti pada Gambar 2.5 dan
Gambar 2.6 berikut.
Gambar 2.5 Posisi Sensor terhadap objek
Gambar 2.6 Pemasangan Sensor dibuat tertutup
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
10
BAB II LANDASAN TEORI
2.3.1 PhotoDioda
Photodioda adalah dioda yang bekerja berdasarkan intensitas
cahaya, jika photodioda terkena cahaya maka photodioda bekerja seperti
dioda pada umumnya, tetapi jika tidak mendapat cahaya maka photodioda
akan berperan seperti resistor dengan nilai tahanan yang besar sehingga arus
listrik tidak dapat mengalir. Berikut ditampilkan gambar photodioda pada
Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Photodioda
Photodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat
mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Photodioda merupakan
sebuah dioda dengan sambungan p-n yang dipengaruhi cahaya dalam
kerjanya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh photodioda ini mulai dari
cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra violet sampai dengan sinar-X.
Karena photodioda terbuat dari semikonduktor p-n junction maka
cahaya yang diserap oleh photodioda akan mengakibatkan terjadinya
pergeseran foton yang akan menghasilkan pasangan electron-hole dikedua
sisi dari sambungan. Ketika elektron-elektron yang dihasilkan itu masuk ke
pita konduksi maka elektron-elektron itu akan mengalir ke arah positif
sumber tegangan sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif
sumber tegangan sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian. Besarnya
pasangan elektron ataupun hole yang dihasilkan tergantung dari besarnya
intensitas cahaya yang diserap oleh photodioda.
Photodioda dibuat dari semikonduktor dengan bahan yang populer
adalah silicon (Si) atau galium arsenida (GaAs), dan yang lain meliputi
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
11
BAB II LANDASAN TEORI
InSb, InAs, PbSe. Material ini menyerap cahaya dengan karakteristik
panjang gelombang mencakup: 2500 Å - 11000 Å untuk silicon, 8000 Å –
20,000 Å untuk GaAs, dimana 1 ångström (Å) = 10–10 meter (m) = 0.1
nanometer (nm). Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya)
dari sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan
menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah elektron dan
sebuah hole, di mana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi semikonduktor
yang kehilangan elektron. Arah Arus yang melalui sebuah semikonduktor
adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa. cara tersebut didalam
sebuah photodioda digunakan untuk mengumpulkan photon, menyebabkan
pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagianbagian elektroda.
Photo dioda digunakan sebagai komponen pendeteksi ada tidaknya
cahaya maupun dapat digunakan untuk membentuk sebuah alat ukur akurat
yang dapat mendeteksi intensitas cahaya dibawah 1pW/cm2 sampai
intensitas diatas 10mW/cm2. Photo dioda mempunyai resistansi yang
rendah pada kondisi forward bias, kita dapat memanfaatkan photo dioda ini
pada kondisi reverse bias dimana resistansi dari photodioda akan turun
seiring dengan intensitas cahaya yang masuk. Aplikasi lain dioda peka
cahaya mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis,
pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan dibidang medis.
Alat yang mirip dengan dioda peka adalah transistor foto
(phototransistor). Transistorfoto ini pada dasarnya adalah jenis transistor
bipolar yang menggunakan kontak (junction) base-collector untuk
menerima cahaya. Berikut photodioda dan phototransistor pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Photodioda dengan phototransistor
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
12
BAB II LANDASAN TEORI
Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik jika
dibandingkan dengan photodioda. Hal ini disebabkan karena elektron yang
ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini diinjeksikan di bagian Base
dan diperkuat di bagian kolektornya. Namun demikian, waktu respons dari
phototransistor secara umum akan lebih lambat daripada photodioda.
Sifat dari Photodioda adalah :
a) Jika terkena cahaya maka resistansi nya berkurang
b) Jika tidak terkena cahaya maka resistansi nya meningkat.
Berdasarkan teori mengenai dioda, pada saat dioda dipasang reverse,
maka arus tidak akan mengalir karena hambatan yg sangat besar sekali. Jadi
bisa dikatakan ini dioda sebagai kondisi Open Circuit jika dianalogikan
seperti sakelar. namun pada photodioda, hambatan yang besar tadi bisa
menjadi kecil karena pengaruh cahaya yang masuk. Hal seperti ini bisa
menyebabkan arus mengalir sehingga kondisi seperti ini bisa dikatakan
sebagai Close Circuit jika dianalogikan seperti sakelar. Maka dari itu
photodioda dipasang reverse.
2.3.2 LED (Light Emitting Diode)
Gambar 2.9 5mm LED merah, biru dan hijau
LED atau singkatan dari Light Emitting Diode (ditampilkan pada
Gambar 2.9) adalah salah satu komponen elektronika yang terbuat dari
bahan semikonduktor jenis dioda yang mampu mengeluarkan cahaya.
Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi pada LED elektron menerjang
sambungan P-N (Positif-Negatif). Untuk mendapatkan emisi cahaya pada
semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus.
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
13
BAB II LANDASAN TEORI
Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.
LED memiliki bentuk fisik seperti Gambar 2.7 berikut.
Gambar 2.10 Bagian-bagian dan bentuk dari LED
LED memiliki dua kaki yang terbuat dari sejenis kawat. Kawat yang
panjang adalah anoda, sedangkan kawat yang pendek adalah katoda. Coba
perhatikan bagian dalam LED, akan terlihat berbeda antara kiri dan
kanannya. Yang ukurannya lebih besar adalah katoda, atau yang mempunyai
panjang sisi atas yang lebih besar adalah katoda. Anoda adalah elektroda,
bisa berupa logam maupun penghantar listrik lainnya pada sel elektrokimia
yang terpolarisasi jika arus mengalir ke dalamnya. Arus listrik mengalir
berlawanan dengan arah pergerakan elektron. Katoda merupakan kebalikan
dari anoda. Katoda adalah elektroda dalam sel elektrokimia yang
terpolarisasi jika arus listrik mengalir keluar darinya. Berikut ditampilkan
cara kerja LED pada Gambar 2.11.
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
14
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.11 Cara Kerja LED
Sumber: How Light Emitting Diodes Work, (http://www.howstuffworks.com/led.htm), 2011
Dalam hal ini LED akan menyala bila ada arus listrik mengalir dari
anoda ke katoda. Pemasangan kutub LED tidak boleh terbalik karena
apabila terbalik kutubnya maka LED tersebut tidak akan menyala. Led
memiliki karakteristik berbeda-beda menurut warna yang dihasilkan.
Semakin tinggi arus yang mengalir pada LED maka semakin terang pula
cahaya yang dihasilkan, namun perlu diperhatikan bahwa besarnya arus
yang diperbolehkan adalah 10mA-20mA dan pada tegangan 1,6V – 3,5 V
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
15
BAB II LANDASAN TEORI
menurut karakter warna yang dihasilkan. Apabila arus yang mengalir lebih
dari 20mA maka LED akan terbakar. Untuk menjaga agar LED tidak
terbakar perlu kita gunakan resistor sebagai penghambat arus. Arah arus
konvensional hanya dapat
mengalir dari anoda ke katoda. Untuk
pemasangan LED pada board mikrokontroller Anoda dihubungkan ke
sumber tegangan dan katoda dihubungkan ke ground. Di dalam LED
terdapat sejumlah zat kimia yang akan mengeluarkan cahaya jika elektronelektron melewatinya. Dengan mengganti zat kimia ini (doping), kita dapat
mengganti panjang gelombang cahaya yang dipancarkannya, seperti infra
red, hijau/biru/merah, dan ultraviolet. Berikut ditampilkan proses LED
mengeluarkan cahaya pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Proses LED mengeluarkan cahaya
Sumber: How Light Emitting Diodes Work, (http://www.howstuffworks.com/led.htm), 2011
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
16
BAB II LANDASAN TEORI
LED konvensional terbuat dari berbagai bahan semikonduktor
anorganik, Tabel 2.2 berikut menunjukkan warna yang tersedia dengan
kisaran panjang gelombang, drop tegangan dan bahan:
Tabel 2.2 Berbagai macam warna LED, panjang gelombang, Tegangan jatuh dan bahan
Sumber: Light-Emitting Diode, (http://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode), 2012
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
17
BAB II LANDASAN TEORI
2.4
Motor Servo
Servo adalah perangkat sejenis motor yang dapat diputar dalam besaran
sudut tertentu yang diinginkan. Servo terdiri dari empat komponen dasar, yaitu:
motor,
gear, feedback device (berupa potensiometer) dan rangkaian pengontrol.
Motor
akan memutar poros servo –melalui beberapa gear– dan potensiometer
secara bersamaan. Potensiometer mengirim sinyal kepada rangkaian pengontrol.
Apabila rangkaian pengontrol mendeteksi posisi yang benar, maka rangkaian
pengontrol akan menghentikan motor.
Servo biasa digunakan untuk steering/kemudi pada pesawat atau mobil RC,
untuk
lengan robot, untuk pengarah sensor dan untuk keperluan lain yang
membutuhkan gerakan.
Servo dapat digerakkan dengan mengirimkan pulsa tegangan 5V DC yang
diulang setiap 20 milidetik. Panjang pulsa menentukan posisi putaran. Servo
dirancang untuk menerima pulsa tegangan dengan variasi 0.75 milidetik sampai
dengan 2.25 milidetik. Pada umumnya servo yang ada di pasaran sekarang ini
mempunyai jangkauan gerakan 0 s.d 180 derajat. Ini berarti pulsa 0.75 milidetik
untuk 0 derajat. Pulsa 2.25 milidetik untuk 180 derajat dan pulsa 1.5 milidetik
untuk 90 derajat. Berikut ditampilkan bentuk motor servo pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Motor Servo
2.4.1 Konfigurasi Pin Motor Servo
Motor servo hanya memiliki 3 kabel yang mana masing-masing
fungsinya terdiri dari positive, ground dan control/signal. Motor servo
mampu bergerak searah jarum jam ataupun berlawanan arah jarum jam
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
18
BAB II LANDASAN TEORI
tanpa membalik PIN konektor pada motor servo, hal ini disebabkan bahwa
pada motor servo telah terdapat driver untuk membalik polaritas motor DC
yang ada pada motor servo.Konfigurasi pin pada motor servo adalah seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 2.14 berikut ini.
Gambar 2.14 konfigurasi Pin Motor Servo
Keterangan :
a) Vss/Positive (+)
Pada kabel konektor ini diberikan tegangan positive sesuai kebutuhan dan
spesifikasi pada motor servo yang digunakan.
b) Ground (-)
Pada kabel konektor ini dihubungkan ke ground (-).
c) Control (Signal)
Pada pin ini dikirimkan sinyal pulsa sesuai spesifikasi yang dibutuhkan pada
motor servo untuk menggerakkan motor servo mengikuti arah jarum jam
atau berlawanan arah jarum jam.
2.5
Motor DC
Motor DC merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah
energi listrik menjadi energi mekanik. Motor DC merupakan jenis motor yang
menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya. Dengan memberikan
beda tegangan pada kedua terminal tersebut, motor akan berputar pada satu arah,
dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik maka arah putaran motor akan
terbalik pula. Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua terminal
menentukan arah putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua
terminal menentukan kecepatan motor. Berikut ditampilkan motor dc pada
Gambar 2.15.
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
19
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.15 Motor DC
2.5.1 Komponen Utama Motor DC
Gambar 2.16 Bagian dalam 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. Pada Gambar
2.16 ditampilkan gambar bagian dalam dari motor dc.
Sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama, yaitu:
1) Kutub medan. Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub
magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC
memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan
bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki
dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi
membesar melintasi bukan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan.
Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
20
BAB II LANDASAN TEORI
elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari
luar sebagai penyedia struktur medan.
2) Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi
elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as
penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil,
dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub,
sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini
terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan
dinamo.
3) Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC.
Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo.
Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan
sumber daya.
2.5.2 Mekanisme Kerja Motor DC
Gambar 2.17 Mekanisme kerja motor DC
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama seperti
ditampilkan pada Gambar 2.17, yaitu:
1) Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya
2) Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah
lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan
magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
21
BAB II LANDASAN TEORI
3) Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar
kumparan.
4) Motor-motor
memiliki
beberapa
loop
pada
dinamonya
untuk
memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya
dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.
2.6
Relay
Gambar 2.18 Beberapa contoh Relay
Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang
digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan
lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus
listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid
sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet
akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali
terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar
(misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan
yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC). Relay yang paling sederhana ialah
relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan
energi listrik. Bentuk relay seperti ditampilkan pada Gambar 2.18.
Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut :
a) Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau
membuka) kontak saklar.
b) Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.
Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC
dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
22
BAB II LANDASAN TEORI
terbalik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan
untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi
dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya.
Kontak-kontak atau kutub-kutub dari relay umumnya memiliki tiga dasar
pemakaian
yaitu :
a) Bila kumparan dialiri arus listrik maka kontaknya akan menutup dan
disebut sebagai kontak Normally Open (NO).
b) Bila kumparan dialiri arus listrik maka kontaknya akan membuka dan
disebut dengan kontak Normally Close (NC).
c) Tukar-sambung (Change Over/CO), jenis relay ini mempunyai kontak
tengah yang normalnya tertutup tetapi akan membuat kontak dengan yang
lain bila relay dialiri listrik.
Gambar 2.19 Konstruksi Relay
Berikut ini adalah Gambar 2.19 dan Gambar 2.20 bagian kaki dari relay DC
5 kaki.
Gambar 2.20 Konfigurasi pin Relay
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
23
BAB II LANDASAN TEORI
2.7
LCD (Liquid Crystal Display)
Gambar 2.21 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) berfungsi untuk menampilkan data yang telah
diolah sebelumnya. elemen penampil data. LCD dibagi menjadi dua jenis, yaitu
LCD karakter dan LCD grafik. Pada proyek akhir ini digunakan LCD karakter
16x2. LCD karakter adalah LCD yang dapat menampilkan karakter ASCII dengan
format dot matrix. Untuk dapat mengirimkan sebuah karakter ke LCD, dapat
dilakukan dengan dua cara pengiriman, yaitu pengiriman data 4 bit dan
pengiriman data 8 bit. Pada umumnya LCD ini memiliki 16 pin yang terdiri dari
delapan pin jalur data (D0-D7), tiga pin jalur kontrol (RS, E, dan RW), pin
sumber tegangan dan ground, sebuah pin driver LCD dan dua pin backlight.
Gambar 2.21 bentuk dari LCD dan Tabel 2.3 berikut menunjukkan konfigurasi
dari pin-pin LCD tersebut.
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
24
BAB II LANDASAN TEORI
Tabel 2.3 konfigurasi dari pin-pin LCD
2.8
Pull-Up Resistor
Jika sebuah mikrokontroler (MCU) dengan satu pin di konfigurasi sebagai
input dan tidak menghubungkan apa pun untuk pin input, itu dianggap
mengambang atau tidak jelas apakah dalam keadaan High atau Low. Ini berarti
MCU mungkin mengalami kesulitan membaca keadaan atau tegangan pada pin
input. Maka dari itu sebuah resistor pull-up atau pull-down dibutuhkan agar MCU
dapat membaca pin input tersebut apakah dalam keadaan High atau Low, ketika
menggunakan arus rendah.
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
25
BAB II LANDASAN TEORI
Pull-up umum digunakan pada jalur input logika, I2C, jalur reset dan lain lain. Pada laporan ini aplikasi dari resistor pull-up digunakan untuk tombol pin
input. Gambar 2.22 dan Gambar 2.23 ditampilkan skematik rangkaian pull-up.
Gambar 2.22 Skematik rangkaian Pull-Up
Dengan resistor pull-up, pin input akan membaca keadaan high atau “1”
ketika tombol terbuka. Ketika tombol menutup yang artinya menghubungkan pin
input langsung ke ground, maka pin input akan membaca keadaan low atau “0”.
Gambar 2.23 Skematik rangkaian pull-up dengan tahanan dalam R2
Nilai dari resistor pull-up harus dipilih untuk memenuhi dua kondisi:
a) Ketika tombol ditekan, pin input menjadi low “0”. Nilai dari resistor
mengontrol berapa banyak arus yang diinginkan untuk mengalir dari
VCC melalui resistor R1, melalui tombol, dan kemudian ke ground.
b) Bila tombol tidak ditekan, input pin akan high “1”. Nilai dari resistor
pull-up mengontrol tegangan pada pin input.
Untuk kondisi 1, tidak diinginkan nilai resistor terlalu rendah. Semakin
rendah nilai resistor, semakin banyak daya akan digunakan ketika tombol tekan.
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
26
BAB II LANDASAN TEORI
Umumnya diinginkan nilai resistor besar, tetapi tidak terlalu besar karena akan
bertentangan dengan kondisi 2.
Aturan umum untuk kondisi 2 adalah dengan menggunakan pull-up resistor
(R1),
yaitu suatu urutan besarnya kurang dari impedansi input (R2) dari pin input.
Sebuah
pin input pada mikrokontroler memiliki impedansi yang bervariasi sekitar
100k-1MOhm. Dalam hal ini impedansi adalah resistansi dan diwakili oleh R2
pada gambar 2.23 di atas. Jadi, saat tombol tidak ditekan, jumlah arus yang sangat
kecil mengalir dari VCC melalui R1 dan ke pin input. Pull-up resistor R1 dan pin
masukan
impedansi R2 membagi tegangan, dan tegangan ini harus cukup tinggi
agar pin input dapat membaca keadaan high “1”.
Misalnya, jika digunakan resistor 1MOhm untuk pull-up R1, dan R2
impedansi input pin adalah 1MOhm, tegangan pada pin input akan menjadi sekitar
setengah dari VCC dan mikrokontroler mungkin tidak membaca pin dalam
keadaan high. Dengan kata lain, dengan nilai meningkat untuk R1, tegangan pada
pin input menurun.
Satu hal yang perlu ditunjukan adalah bahwa semakin besar resistensi untuk
pull-up, maka semakin lambat pin untuk merespon perubahan tegangan. Hal ini
karena sistem pin input pada dasarnya adalah sebuah kapasitor digabungkan
dengan resistor pull-up, sehingga membentuk sebuah filter RC. Dan filter RC
memakan waktu untuk pengisian dan pengosongan. Jika dimiiliki sinyal yang
berubah sangat cepat (seperti USB), sebuah pull-up yang besar dapat membatasi
kecepatan di mana pin dapat berubah keadaan. Semua faktor ini bermain dalam
mengambil keputusan tentang nilai pull-up resistor yang akan digunakan.
Sebagai contoh jika diinginkan untuk membatasi arus 1mA persis ketika
tombol ditekan pada rangkaian di atas, di mana Vcc = 5V. Maka nilai resistor
yang harus digunakan adalah dengan menggunakan hukum Ohm V= I x R . dan
mengacu pada gambar diatas maka hukum Ohm berubah menjadi Vcc = (Arus
yang melewati R1) x R1. Maka R1 dapat dicari dengan rumus (2) berikut:
1=(
)
=
.
= 5KOhm..........(2)
maka dari itu digunakan resitor 4.7 Kohm sebagai pull-up yang paling
mendekati 5Kohm.
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
27
BAB II LANDASAN TEORI
2.9
Potensiometer Sebagai Sensor Posisi
Potensiometer dapat digunakan sebagai sensor posisi dengan menfungsikan
potensiometer sebagai pembagi tegangan. Komponen ini adalah sensor analog
yang paling sederhana namun sangat berguna untuk mendeteksi posisi putaran,
misalnya
kedudukan sudut poros actuator berdasarkan nilai resistansi pada
putaran porosnya. Gambar 2.24 bentuk dari potensiometer dan Gambar 2.25
ilustrasi penggunaan potensiometer sebagai sensor posisi.
Gambar 2.24 Potensiometer
Penggunaan potensiometer sebagai sensor posisi dalam dunia elektronika
umumnya ditemukan pada lengan robot (Arm Robot). Biasanya seorang mekanik
robot memilih potensiometer karena memiliki beberapa keunggulan baik dari segi
mekanik, elektrik maupun dari segi programming.
Dari Segi mekanik, potensiometer dapat diletakkan pada posisi yang kita
inginkan karena dilihat dari bentuknya yang simpel dan juga mendukung
mekanik. Selain itu juga ada banyak pilihan bentuk potensiometer yang tersedia di
pasaran. Potensiometer yang tersedia di pasaran terdiri dari beberapa jenis, yaitu:
potensiometer karbon, potensiometer wire wound dan potensiometer metal film.
Dari Segi elektrik ,Penggunaan potensiometer sebagai sensor posisi cukup
praktis karena hanya membutuhkan satu tegangan eksitasi dan biasanya tidak
membutuhkan pengolahan sinyal yang rumit.
Dari segi programming, perubahan posisi dapat diukur dari perubahan
resistansi yang dimiliki potensiometer yang sebelumnya telah dikonversi menjadi
sinyal inputan yang sesuai dengan kontroller baik tegangan maupun arus. Namun
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
28
BAB II LANDASAN TEORI
bukan berarti Potensiometer tidak memiliki kelemahan. Kelemahan penggunaan
potensiometer terutama adalah:
1. Cepat aus akibat gesekan
2. Sering timbul noise terutama saat pergantian posisi dan saaat terjadi lepas
kontak
3. Mudah terserang korosi
4. Peka terhadap pengotor
Gambar 2.25 Potensiometer sebagai sensor posisi
2.10 Bascom-AVR
Untuk memprogram sebuah mikrokontroler diperlukan sebuah bahasa
pemrograman untuk memberi instruksi-instruksi pada mikrokontroler. Bahasa
pemrograman yang banyak digunakan untuk memprogram suatu mikrokontroller
terdiri dari berbagai macam jenis. Bahasa pemrograman yang digunakan dapat
berupa low level languange seperti bahasa assembler atau menggunakan high
level language seperi Basic atau C. Bahasa pemrograman Basic dikenal di seluruh
dunia sebagai bahasa pemrograman handal, cepat, mudah dan tergolong kedalam
bahasa pemrograman tingkat tinggi. Bahasa Basic adalah salah satu bahasa
pemrograman yang banyak digunakan untuk aplikasi mikrokontroller karena
kemudahan dan kompatibel terhadap mikrokontroller jenis AVR dan didukung
oleh compiler software berupa Bascom-AVR.
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
29
BAB II LANDASAN TEORI
Untuk pemrograman mikrokontroller pada perancangan lengan robot ini
digunakan program menggunakan bahasa pemrograman Basic menggunakan
software compiler Bascom-AVR 2.0.7.1.
BASCOM (Basic Compiler) AVR merupakan perangkat lunak untuk
memprogram
hardware yang diimplementasikan pada mikrokontroller jenis AVR.
Kumpulan karakter pada BASCOM terdiri dari karakter alphabet, karakter angka,
dan karakter khusus. Karakter alphabet dalam BASCOM terdiri dari huruf kapital
(A-Z) dan huruf kecil (a-z). Sedangkan karakter angka pada BASCOM adalah 0 9. Huruf
A-H dapat digunakan sebagai bagian angka heksa desimal. Program
yang
disimpan oleh Bascom-AVR berekstensi *.bas dan hasil kompilasinya
adalah *.hex. File berekstensi *.hex inilah yang akan dimasukan (download) ke
mikrokontroler. Diperlukan suatu perangkat dan software tambahan untuk
memasukkan file .hex ke mikrokontroler yaitu salah satunya ExtrmeBurner-AVR.
Pada Gambar 2.26 adalah tampilan software Bascom-AVR dan pada Gambar 2.27
adalah tampilan Software Extreme Burner. ExtrmeBurner ini membutuhkan file
hasil kompilasi yaitu .hex untuk di download ke mikrokontroler sementara
perangkat keras tambahannya adalah USBasp sebagai alat untuk memasukan
program ke mikrokontroler melalui USB, alat ini umum disebut programmer atau
downloader.
Gambar 2.26 Tampilan software Bascom-AVR
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
30
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.27 Tampilan software Extreme Burner
Lengan Robot Penyortir Benda Berdasarkan Warna
31