BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1 Perancangan

BAB III
PERANCANGAN ALAT
3.1
Perancangan
Dalam pembuatan suatu alat diperlikan adanya sebuah rancangan yang
menjadi acuan dalam proses pembuatannya, sehingga kesalahan yang mungkin
timbul dapat ditekan dan dihindari.
3.1.1 Tujuan Perancangan
Perancangan ini bertujuan untuk merealisasikan gagasan yang telah
direncanakan, dengan demikian dapat menghasilkan alat yang sesuai dengan
fungsi pada spesifikasi sistem yang telah ditentukan.
3.2
Langkah – Langkah Perancangan
Dalam memudahkan pelaksanaan perancangan alat pengatur kecepatan
putaran motor DC menggunakan Arduino Atmega 2560, maka langkah awal yang
ditempuh adalah membangun gagasan, kemudian dilanjutkan dengan menentukan
spesifikasi dan prinsip kerja alat yang diinginkan, dilanjutkan dengan pencarian
data dan informasi perangkat keras (hardware) yang diperlukan serta fungsi-fungsi
kerja yang harus dipenuhi, langkah berikutnya adalah pembuatan software yang
digunakan untuk mengoperasikan pengontrolan alat, sehingga perangkat keras
31
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
32
berfungsi sesuai dengan keinginan. Dilanjutkan dengan pengukuran dan pengujian
alat, pencatatan hasil pengujian dan penyusuan laporan.
3.3
Flowchart
Flowchart adalah sekumpulan simbol-simbol yang menunjukan atau
menggambarkan rangkaian kegiatan-kegiatan program dari awal hingga akhir.
Berikut ini adalah gambar simbol – simbol standar dalam flowchart beserta
dengan arti dari masing – masing simbol :
No.
1
Simbol
Fungsi
Data, merepresentasikan input data atau output
data yang diproses atau menunjukan hasil dari
suatu proses.
2
Process, mempresentasikan operasi atau
menunjukan setiap pengolahan yang dilakukan
oleh komputer.
3
Connector, keluar ke atau masuk dari bagian lain
flowchart khususnya halaman yang sama.
4
Arus atau Flow, prosedur yang dapat dilakukan
dari atas ke bawah, bawah ke atas, kiri ke kanan,
atau dari kanan ke kiri.
5
Decision, keputusan dalam program atau suatu
kondisi yang akan menghasilkan beberapa
kemungkinan pilihan atau jawaban.
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
33
6
Predefined Process, untuk menyatakan
sekumpulan langkah proses yang ditulis sebagai
prosedur.
7
Terminator, untuk memulai dan mengakhiri suatu
program.
8
Document, input atau output dalam format yang
dicetak.
9
Preparation, suatu simbol untuk menyediakan
tempat pengolahan data dalam storage.
Tabel 3.1 Simbol – simbol Flowchart
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
34
Berikut ini adalah flowchart dari perancangan pengatur kecepatan putaran
motor DC.
START
INISIALISASI SERIAL HUB
MENGATUR TEGANGAN MASUK
Vin ≤ 6V
If Vin ≥ 6V Motor
Berputar.
If Vin ≤ 6V Motor Tidak
Berputar
Vin ≥ 6V
MOTOR BERPUTAR
SENSOR MEMBACA KECEPATAN
END
Gambar 3.1 Flowchart Pengatur Kecepatan Putaran Motor DC
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
35
Penejelasan dari flowchart diatas adalah :
Start/mulai kemudian pada input terdapat serial hubung yang digunakan
untuk menyambungkan PC/laptop dengan mikrokontroleryang digunakan dan
mengatur tegangan masuk, karena semakin besar tegangan masuk yang diberikan
maka semakin cepat pula kecepatan putaran motor. Kemudian decision atau
keputusan, berdasrkan spesifikasi motor yang digunakan maka motor dapat
berputar pada tegangan lebih dari 6 Volt apabila tegangan masuk/input yang
diberikan kurang dari 6 Volt maka motor tidak dapat berputar. Setelah itu output
yaitu motor berputar dan kemudian sensor akan membaca kecepatan putaran
motor berdasarkan dengan tegangan masuk yang diberikan.
3.4
Blok Diagram
Berdasarkan perencanaan sistem diatas, maka dibawah ini akan dijelaskan
perencanaan sistem pengatur kecepatan putaran motor DC secara blok diagram.
PC/laptop menjadi supply untuk arduino, untuk komunikasi diantara keduanya
menggunakan hubung serial melalui serial port USB. Karena tegangan out yang
dikeluakan oleh arduino hanya 5 V, tidak akan cukup untuk memutarkan motor
DC yang mempunyai tegangan inputan 19 V. Karena itu dibutuhkan rangkaian
driver, yaitu transistor TIP 122. Transistor berfungsi sebagai penguat tegangan
yang artinya untuk menguatkan tegangan 5V
yang dikeluarkan oleh
mikrokontroler arduino agar tegangan keluaran/outnya bisa memutarkan motor
DC 19 V. Setelah melalui rangkaian driver, motor DC 19 V berputar. Untuk
mengetahui berapa kecepatan putarannya digunakan sensor optocupler. Kemudian
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
36
sensor optocoupler tersebut mengirimkan data ke arduino yang kemudian diproses
menjadi sistem terintegrasi yang ditampilkan melalui PC/laptop menggunakan
software Visual Basic.
PC/LAPTOP
MIKROKONTROLER
ARDUINO
RANGKAIAN
DRIVER
MOTOR DC
SENSOR
OPTOCOUPLER
Gambar 3.2 Blok Diagram
3.5
Perancangan Sistem Pengatur Kecepatan Putaran Motor DC
Secara umum sistem pengatur kecepatan putaran motor DC terdiri dari
input, kontroler, dan output. Bagian masukan (inputan) dari sistem ini adalah
sensor optocoupler. Bagian kontroler dari sistem ini adalah mikrokontroler
Arduino Atmega 2560 dan rangkaian driver. Bagian keluaran (output) digunakan
oleh motor DC 19 V.
3.4.1 Perancangan Hardware
1.
Perancangan Model
Bahan yang digunakan untuk merancang miniature terduat dari akrilik
dengan ketebalan 3 mm untuk alas dengan ukuran 35cm x 30cm, untuk
dudukan motor DC akrilik ukuran 10cm x 7cm, papan pcb ukuran 30cm x
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
37
15cm untuk mikrokontroler arduino dan papan pcb untuk rangkaian driver
ukuran 6cm x 6cm.
Gambar 3.3 Foto model alat
2.
Mikrokontroler
Mikrokontroler yang digunakan sebagai pusat pengaturan kecepatan
motor adalah Mikrokontroler Arduino Atmega 2560, dengan spesifikasi
sebagai berikut :
Mikrokontroler
Atmega 2560
Tegangan Operasi
5V
Input Tegangan (disarankan)
7-12 V
Input Tegangan (batas)
6-20 V
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
38
Digital Pins I/O
54 (15 untuk output PWM)
Analog Pins Input
16
Arus DC untuk Pin I/O
40 mA
Arus DC untuk Pin 3.3
50 mA
256 KB yang 8 KB digunakan oleh
Flash Memory
bootloader
SRAM
8 KB
EEPROM
4 KB
Clock Speed
16 Mhz
Tabel 3.2 Spesifikasi Mikrokontroler Arduino Atmega 2560
3.
Motor DC
Gambar 3.4 Foto Motor DC
Motor DC yang digunakan adalah motor DC dengan jenis lilitan
magnet permanen, dengan spesifikasi sebagai berikut :
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
39
Tipe
DGM-3491-2A
Tegangan
19 V
Kecepatan Tanpa Beban
161 rpm
Arus Terukur
2A
Nilai Torsi
80 mN.m
Nilai Kecepatan
161 rpm
Nilai Daya
24 W
Rentang Kecepatan
120 ~ 150
Daya Rentang
≤ 10 W
Rentang Tegangan
12 ~ 90 VDC
Tabel 3.3 Spesifikasi Motor DC
4.
Rangkaian Driver
Rangkaian driver ialah sekumpulan rangkaian dari komponen
elektronika yang tersusun dan dirangkai guna dijadikan sebagai penggerak
atau pengatur kecepatan putaran motor DC. Dikarenakan output tegangan
dari Arduino Mega hanya 5VDC, sehingga dibutuhkan rangkaian driver
agar Arduino bisa menjalankan dan mengatur kecepatan putaran motor DC
19 V. Berikut gambar rangkaian driver :
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
40
Gambar 3.5 Rangkaian Driver
Rangkaian driver ini terdiri dari komponen dioda tipe IN4004,
transistor darlington tipe TIP 122 dan resistor 1KΩ.
Gambar 3.6 Foto Rangkaian Driver
5.
Sensor Optocoupler
Sensor kecepatan putaran motor ini berfungsi untuk membaca berapa
kecepatan putaran motor DC. Sensor optocoupler inilah yang digunakan
sebagai umpan balik (close loop) pada sistem ini.
Untuk lebih jelasnya, cara kerja dari sensor optocoupler ini adalah
sebagai berikut :
1.
Led infra merah dihadapkan langsung pada fototransitor dan diantara
keduanya dihalangi oleh ujung piringan yang terpasang pada poros atas
motor DC.
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
41
2.
Pada piringan yang terpasang sensor optocopler terdapat lubang yang
berfungsi meneruskan sinar infra merah ke fototransistor. Sehingga
apabila saat piringan berputar dan sensor dalam keaadan aktif, akan
membaca berapa kecepatan putaran motor DC.
Gambar 3.7 Rangkaian Sensor Optocoupler
Rangkaian sensor optocoupler ini terdiri dari komponen sensor
optocoupler type WYC H92B4, dan resistor 22KΩ.
3.6
Perancangan Software
3.5.1 Pembuatan Program Arduino Mega
Arduino Mega berkomunikasi dengan PC/laptop melalui hubungan
serial dengan menggunakan port atau sambungan USB (Universal Serial
Bus) yang ada pada PC/laptop yang dihubungkan dengan port USB yang
ada pada Arduino Mega.
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
42
Program Arduino Mega dibuat melalui IDE (Integrated Developer
Environment) Arduino itu sendiri dengan menggunakan bahasa C, artinya
untuk memprogram Arduino kita tidak perlu repot – repot untuk mencari
software pemrogrammnya,karena dari Arduino itu sendiri telah disediakan
software bernama IDE Arduino untuk memprogram Mikrokontroler
Arduino.
Gambar 3.8 Tampilan Program Arduino Mega
Program alat pada Tugas Akhir ini menggunakan pemrograman
bahasa C dengan complier arduino-1.0-windows. Untuk lebih jelasnya,
perintah-perintah yang digunakan dapat dilihat pada lampiran.
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
43
3.5.2 Pembuatan Program Visual Basic
Dalam rancangan alat ini, digunakan Visual Basic 6.0 yang berfungsi
untuk menterjemahkan nilai kecepatan yang terbaca oleh sensor optocoupler
pada PC/laptop. Untuk memulai pembuatan program aplikasi di dalam
Visual Basic, yang dilakukan adalah membuat project baru. Project adalah
sekumpulan form, modul, fungsi, data dan laporan yang digunakan dalam
suatu aplikasi. Membuat project baru dapat dilakukan dengan memilih menu
[File] >> [New Project] atau dengan menekan ikon [new project] pada
Toolbar yang terletak pada pojok kiri atas. Setelah itu akan muncul
konfirmasi untuk jenis project dari program aplikasi yang akan dibuat
seperti terlihat pada gambar 3.6 dibawah ini :
Gambar 3.9 Layar Pemilih Jenis Project
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
44
Seperti pada gambar 3.6, Visual Basic 6.0 menyediakan 13 jenis
project yang akan dibuat. Namun penulis memilih menggunakan Standard
EXE, karena project jenis ini sangat sederhana tetapi memiliki keunggulan
bahwa semua komponennya dapat diakui oleh semua unit komputer dan
semua user meskipun bukan administrator. Kemudian akan muncul Form
Project.
Gambar 3.10 Form Project
Kontrol – kontrol pada toolbox akan diletakkan disini sesuai dengan
rancangan program aplikasi.
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
45
Gambar 3.11 Tampilan Pengatur pada Form Project
Kemudian tulis kode – kode atau syntax program aplikasi pada Form
Kode, yang didalamnya memanipulasi, mengatur dan memberikan perintahperintah terhadap project yang kita buat.
Gambar 3.12 Form Kode
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
46
Gambar 3.13 adalah tampilan dari jendela form visual basic 6.0, yang
didalamnya sudah terdapat program yang digunakan pada rancangan
monitoring.
Untuk lebih jelasnya tentang perintah-perintah pada Form Kode, dapat
dilihat pada lampiran.
Gambar 3.13 Tampilan Interface Software Visual Basic
Jeje Rohiman, 2014
PENGATUR KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC MAGNET PERMANEN 19 VOLT MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO ATMEGA 2560
Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu