3. metodologi penelitian

3. METODOLOGI PENELITIAN
3.1
WAKTU DAN LOKASI PENELITIAN
Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 2011 sampai dengan Maret
2012. Kegiatan penelitian terdiri dari dua bagian, yaitu pembuatan alat dan uji
coba alat. Pembuatan alat dilakukan di Workshop Akustik dan Instrumentasi
Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
Sedangkan uji coba alat dilakukan di watertank Laboratorium Akustik dan
Instrumentasi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian
Bogor dan kolam renang Tirta Ayu Babakan Lio, Darmaga, Bogor.
3.2
ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan mini ROV mencakup
perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Alat yang digunakan
dalam penelitian ini adalah laptop, Codevision AVR 2.05.0, Google Sketch Up 7,
Delphi 7, bor listrik, obeng, solder listrik, multimeter digital, gerinda listrik, DTI/O USB I/O MODULE, PC-Link USBer, USB TV STICK, USB2.0 TV BOX,
power supply 1A, Downloader K125R, gergaji besi, gunting, penggaris, dan busur
derajat. Fungsi masing-masing alat dapat dilihat pada Lampiran 1. Bahan yang
digunakan adalah DT-AVR Low Cost Micro System, ATmega32A, CMPS-10,
Hitachi H48C 3-Axis Accelerometer, resistor 4,7 KΩ, EMS 5A H-Bridge, EMS
2A DUAL H-Bridge, adaptor 1 ampere, adaptor 2 ampere, adaptor 5 ampere, jack
power supply, 1/3” Sony CCD IR Color Digital Camera, kepala kabel co axial,
motor dari bilge pump 500 GPH (12VDC 2 A), motor dari bilge pump 750 GPH
(12VDC 5A), baling-baling berdiameter 7 cm, akrilik, baut, konektor, pipa
35
36
stainless steel, pipa PVC, cat besi, kuas, pengencer cat, klem gantung, klem, kabel
LAN, kabel AC, tali tis, amplas, lem epoxy, selotip pipa, dan lem PVC. Informasi
lengkap mengenai bahan-bahan yang digunakan dapat dilihat ada Lampiran 2.
3.3
RANCANGAN ALAT
Mini ROV yang dikembangkan memiliki dimensi total panjang 80 cm,
lebar 62,5 cm, dan tinggi 45 cm. Mini ROV dirancang agar dapat menyelam
hingga kedalaman 10 meter. Mini ROV ini terdiri dari beberapa unit fungsional
yang secara keseluruhan terpadu dalam satu mikrokontroler yaitu mikrokontroler
ATmega32A. Gambar 30 merupakan sistem kerja tiap komponen yang terdapat
dalam mini ROV dan tegangan sumber yang mungkin untuk dibuat.
Power Supply
12 V 1 A
Kompas
Magnetik
CMPS10
Sensor
3D-AXIS
H48C
USB TO
SERIAL
Mikrokontroler
PORT A PORT B PORT C PORT D
KOMPUTER
TV TUNER
TV TUNER
DS1820
Modul driver
motor
Motor DC
Power supply
12 V 2 A
Modul driver
motor
Kamera CCD
Kamera CCD
Motor DC
Power supply
12 V 5 A
Power supply
12 V 1 A
Power supply
12 V 1 A
Gambar 30. Desain sistem kerja tiap komponen pada mini ROV
Pada mini ROV ini terdapat “mata” yang menggunakan sensor kamera
(dengan keluaran berupa video) yang berfungsi untuk melihatkan kondisi di dalam
air. Pengukuran arah mini ROV menggunakan sensor kompas digital CMPS10
yang dapat menentukan arah hingga 360° dengan ketelitian 0,1°. Sudut pitch dan
roll juga menggunakan sensor CMPS10. Sudut pitch dan roll yang diperoleh
akan memiliki rentang nilai -90° – +90° dengan ketelitian 1,4°. Pada mini ROV
37
ini juga disematkan sensor accelerometer H48C untuk melihat gaya gravitasi yang
bekerja pada 3 sumbu (sumbu X, sumbu Y, dan sumbu Z) dengan ketelitian 0,1 g.
Sensor suhu digital DS1820 juga ditempatkan di dalam komparemen untuk meihat
perubahan suhu di dalam kompartemen.
3.4
DESAIN KERJA
Perancangan instrumen ini dipadukan dalam tiga proses perancangan yaitu
perancangan konstruksi mekanik, konstruksi elektronik, dan desain software
sehingga tahapan terakhir adalah integrasi dari ketiga proses perancangan
tersebut. Beberapa tahapan dalam proses perancangan instrumen ini dapat
disusun dalam suatu diagram alir (Gambar 31).
MULAI
Persiapan
Perumusan
Perancangan penelitian
Tidak
Memenuhi persyaratan?
Ya
Perancangan mekanik,
elektronik, dan software
Pembuatan model
mekanik
Pembuatan model
elektronik
Uji coba
Pembuatan model
software
Tidak berhasil
Berhasil
SELESAI
Gambar 31. Diagram alir perancangan mini ROV
38
3.5
PEMBUATAN DESAIN
Desain dan rancangan ROV dibuat dengan menggunakan software desain
Google Sketch Up 7 (Gambar 32). Pembuatan desain ini dimaksudkan untuk
memudahkan proses pembuatan konstruksi alat hingga tata letak komponen.
Gambar 32. Tampilan Google Sketch Up 7
3.6
RANCANG BANGUN PERANGKAT KERAS
Perangkat keras yang dibuat meliputi semua bagian yang menutupi
komponen elektronika sehingga tidak terjadi kerusakan pada komponen tersebut.
Pembuatan perangkat keras disesuaikan dengan rancangan yang telah dibuat.
Tahapan kerja yang dilakukan adalah sebagai berikut:
(1) Pembuatan kerangka,
(2) Pembuatan kompartemen elektronik,
(3) Pembuatan kompartemen kamera.
39
3.6.1
Pembuatan kerangka
Bentuk kerangka mini ROV ini dirancang dari ROV RJ 45 (Gambar 33)
yang pernah dibuat. Bentuk dasarnya tetap menggunakan bentuk mekanik RJ 45.
Beberapa modifikasi dilakukan untuk menyempurnakan bentuk robot ini.
Penambahan ini dimaksudkan untuk mengatasi masalah yang terjadi pada
penelitian sebelumnya sehingga tidak terulang kembali. Kerangka mini ROV
terbuat dari pipa besi 1 inci yang dilas. Kerangka diberi lem epoxy pada bagian
persinggunggannya agar kedap air. Kerangka dicat agar tidak berkarat. Bagian
depan dari mini ROV dibuat lebih maju pada bagian bawah agar kamera
terlindung dari benturan benda keras yang ada di depannya.
Gambar 33. Rangka RJ45 (Rizki, 2008)
3.6.2
Pembuatan kompartemen elektronik
Kompartemen elektronik menggunakan pipa PVC 6 inci yang dapat
memuat adaptor 5 ampere, adaptor 2 ampere, adaptor 1 ampere, rangkaian
mikrokontroler, sensor kompas digital,sensor suhu digital, sensor accelerometer,
dan modul driver motor. Kompartemen dibuat kedap air sehingga tidak terjadi
kebocoran yang dapat menyebabkan kerusakan komponen elektronik.
Pengkedapan kompartemen menggunakan lem epoxy dan lem pvc.
Pada bagian belakang kompartemen ditempatkan konektor. Konektor
terdiri dari konektor 8 pin (yang berfungsi untuk pengiriman data dari
40
mikrokontroler dan pengiriman data video dari kamera 1 dan kamera 2), konektor
kabel VAC (voltage alternating current) untuk menghubungkan sumber tegangan
ke mini ROV, konektor kabel VDC (voltage direct current) dan konektor kabel co
axial yang disambungkan ke kamera bawah, konektor motor maju-mundur dan
konektor motor naik-turun. Konektor ini digunakan menghubungkan kabel yang
ada dalam kompartemen dengan kabel yang dihubungkan dengan permukaan.
Konektor ini juga diberikan lem agar tidak terjadi kebocoran. Koneksi pada
konektor ditunjukkan pada Gambar 34.
1
2
7
8
3
6
5
4
Keterangan:
1. Kabel Tx
2. Kabel Rx
3. Kabel Ground
4. Kabel video 1
5. Kabel video 1
6. Kabel video 2
7. Kabel video 2
Gambar 34. Koneksi konektor 8 pin
3.6.3
Pembuatan kompartemen kamera
Kompartemen kamera terpisah dengan kompartemen elektronik.
Kompartemen kamera merupakan produk pabrikan yang sudah terpasang dengan
kamera. Hal yang perlu dilakukan adalah pengedapan kompartemen ini. Kabel
sumber tegangan dan kabel co axial dihubungkan ke konektor yang ada pada
bagian belakang kompartemen elektronik.
3.7
RANCANG BANGUN RANGKAIAN ELEKTRONIK
Bagian kerja yang dilakukan dalam proses pembuatan rangkaian
elektronik ialah :
41
(1) Pembuatan skematik rangkaian, merupakan proses penyusunan rencana
sambungan komponen dalam bentuk gambar;
(2) Penyolderan, dilakukan pada komponen pada PCB ataupun pada
penyambungan antar komponen serta antar kabel.
Rangkaian elektronik yang dibuat sesuai dengan Gambar 30. Pembuatan
robot bawah air ini menggunakan mikrokontroler ATmega32A. Datasheet
mikrokontroler ini dapat dilihat pada Lampiran 3. Rangkaian sirkuit dasar
mikrokontroler ATmega32A menggunakan modul buatan Innovative Electronics
(Lampiran 4). Modul sudah memiliki jalur input/output 32 pin, jalur komunikasi
serial RS232 dengan konektor RJ11, dan terdapat port untuk pemograman secara
ISP. Modul ini memudahkan pengguna dalam menempatkan sambungan
komponen ke mikrokontroler.
Sensor CMPS10 yang digunakan merupakan modul (Gambar 35) yang
diproduksi oleh Devantech Ltd. Modul ini memiliki 5 pin keluaran dimana pin 1
merupakan VCC dan pin 5 merupakan pin Ground. Pin yang dihubungkan ke
mikrontroler ATmega32A adalah pin 2 (SCL) dan pin 3 (SDA). Pembacaan data
CMPS10 dengan mikrokontroler ATmega32A menggunakan jenis komunikasi
I2C. Komunikasi I2C menggunakan 2 pin pada salah satu PORT Mikrokontroler
ATmega32A. Port yang digunakan adalah PortA pin 6 dan pin 7. Pin 6 berfungsi
untuk jalur SDA dan pin 7 berfungsi untuk jalur SCL pada CMPS10. Pada
penghubungan pin ini digunakan pull up resistor sebesar 4,7 KΩ yang berfungsi
untuk membuat keadaan logika pada jalur DATA tetap pada kondisi HIGH ketika
tidak ada sinyal dari ATmega32A. Informasi lebih lengkap dapat dilihat pada
Lampiran 5.
42
Gambar 35. Modul kompas dan penghubungannya dengan pull up resistor
Sensor 3D Accelerometer yang digunakan adalah modul yang dibuat oleh
Parallax Inc. Pin yang terhubung pada mikrokontroler ATmega32A adalah pin 1
(CLK), pin 2 (DIO), dan pin 5 (CS). Pin 1 terhubung pada PORT B pin 0, pin 2
pada PORT B pin 1, pin 5 terhubung pada pin 2 (Gambar 36). Lampiran 6
memberikan informasi jelas mengenai modul sensor accelerometer.
PORTB.0
PORTB.1
PORTB.2
Gambar 36. Penghubungan pin H48c dengan pin mikrokontroler
Sensor suhu yang digunakan adalah sensor suhu DS1820. Kaki DS1820
yang dihubungkan ke mikrokontroler adalah kaki Data (DQ). Pada jalur
mikrokontroler-DS1820 diberikan pull up resistor sebesar 4,7 kΩ (Gambar 37).
Informasi lebih lengkap terdapat pada Lampiran 7.
Modul driver motor yang digunakan terdiri dari EMS 2A Dual H-Bridge
dan EMS 5A H-Brigde. Kedua modul merupakan produk Innovative Electronics.
Manual kedua produk dapat dilihat pada Lampiran 8 dan Lampiran 9.
EMS 2A Dual H-Bridge digunakan sebagai saklar otomatis bagi 2 buah
motor bilge pump 500 GPH (gallons per hour). Koneksi modul EMS 2A Dual HBridge dapat dilihat pada Gambar 38.
43
PO
ORTB.1
Gambar 377. Penghubuungan D182
20 dengan pin mikrokonntroler
Gaambar 38. Koneksi
K
EMS 2A Dual H-Bridge
Paada Interfacee Header 1 (J3),
(
Pin yaang dihubunngkan pada m
mikrokontroler
adalah pinn 1 (M1IN1)) ke PORTC
C.6, pin 2 (M
M1IN2) ke PORTC.7, pin 4 (EN1) ke
PORTC.3, pin 5 (VCC), dan pinn 6 (GND). Pada Interfface Headerr 2 (J1), pin yang
dihubungkkan pada miikrokontroleer ialah pin 1 (M2IN1)) ke PORTC
C.0, pin 2
(M2IN2) ke
k PORTC.1, dan pin 4 (EN2) ke PORTC.2. Pada Poweer & Con (J2
2),
terminal yang
y
dihubuungkan adalah pin MGN
ND (terhubuung pada G
Ground adap
ptor
2A), pin V MOT (terhhubung padda VCC adaaptor 2A), pin M1 OUT
T1 (terhubun
ng
pada kabeel motor 1), pin M1 OU
UT2 (terhubu
ung pada kaabel motor 1), pin M2
44
OUT1 (terhubung pada kabel motor 2), dan pin M2 OUT2 (terhubung pada kabel
motor 2). Motor yang dihubungkan pada modul ini bergerak sesuai dengan Tabel
4 dan Tabel 5.
Tabel 4. Tabel kebenaran pergerakan motor 1
INPUT
OUTPUT
M1EN M1IN1 M1IN2 M1OUT1 M1OUT2
H
H
L
V MOT
MGND
H
L
H
MGND
V MOT
H
L
L
MGND
MGND
FUNGSI
MOTOR CW
MOTOR CCW
BERHENTI
Keterangan:
H
: Logika High (5 V)
L
: Logika Low (0 V)
CW
: clockwise
CCW : counter clockwise
Tabel 5. Tabel kebenaran pergerakan motor 2
INPUT
OUTPUT
M2EN M2IN1 M2IN2 M2OUT1 M2OUT2
H
H
L
V MOT
MGND
H
L
H
MGND
V MOT
H
L
L
MGND
MGND
FUNGSI
MOTOR CW
MOTOR CCW
BERHENTI
Keterangan:
H
: Logika High (5 V)
L
: Logika Low (0 V)
CW
: clockwise
CCW : counter clockwise
EMS 5A H-Bridge merupakan modul driver motor yang digunakan untuk
menggerakkan 1 buah motor bilge pump 700 GPH. Driver ini sudah berupa
modul yang dibuat oleh Innovative Electronics. Koneksi modul EMS 5A HBridge dapat dilihat pada Gambar 39.
EMS 5A H-Bridge dihubungkan pada mikrokontroler melalui Interface
Header (J2). Pada EMS 5A H-Bridge pertama, pin yang terhubung ke
mikrokontroler adalah pin 1 (M1IN1) ke PORTB.4, pin 2(M1IN2) PORTB.5, pin
7 dan 9 (VCC), serta pin 8 dan 10 (GND). EMS 5A H-Bridge yang kedua, pin
45
yang terhubung ke mikrokontroler adalah pin 1 (M1IN1) ke PORTB.6, pin
2(M1IN2) PORTB.7, pin 7 dan 9 (VCC), serta pin 8 dan 10 (GND). Pin 4 (MEN)
dihubungkan dengan pin VCC pada EMS 2A Dual H-Bridge.
Gambar 39. Koneksi modul EMS 5A H-Bridge
Pada Power & Con (J1), terminal yang dihubungkan adalah pin MGND
(terhubung pada Ground adaptor 5A), pin V MOTOR (terhubung pada VCC
adaptor 5A), pin MOUT1 (terhubung pada kabel motor1) dan pin MOUT2
(terhubung pada kabel motor1). Motor yang dihubungkan pada modul ini
bergerak sesuai dengan Tabel 6.
Tabel 6. Tabel Kebenaran Pergerakan Motor
INPUT
OUTPUT
MEN MIN1 MIN2 MOUT1 MOUT2
H
H
L
V MOT
MGND
H
L
H
MGND
V MOT
H
L
L
MGND
MGND
Keterangan:
H
: Logika High (5 V)
L
: Logika Low (0 V)
CW
: clockwise
CCW : counter clockwise
FUNGSI
MOTOR CW
MOTOR CCW
BERHENTI
46
3.8
3.8.1
RANCANG BANGUN PERANGKAT LUNAK
Mikrokontroler
Perangkat lunak berkaitan dengan kinerja dari perangkat keras. Perangkat
lunak pada sistem mikrokontroler disebut juga firmware. Bahasa pemograman
yang digunakan ialah bahasa C. Compiler yang digunakan adalah Code Vision
AVR C Compiler 2.05.0 (Gambar 40). Firmware yang telah dibuat diunduh
menggunakan Atmel AVRProg (AVR910) dan kabel data K-125R USB AVR
Programmer (Gambar 41). Pembuatan program mikrokontroler dilakukan
dengan menulis kode program sesuai dengan diagram alir pada Lampiran 10.
Setelah tidak ada kesalahan pada penyusunan program, kode akan dikompilasi
(mengubah kode program dalam format *.hex) agar dapat diunduh pada
mikrokontroler.
Gambar 40. Tampilan Code Vision AVR C Compiler 2.05
47
Gambar 41. Kabel data K-125R USB AVR Programmer
3.8.2
Program antarmuka pengguna grafis
Pembuatan program antarmuka pengguna grafis atau GUI (Graphical User
Interface) dilakukan dengan menggunakan program Delphi 7. Program ini terdiri
dari tujuh aplikasi utama dan dua aplikasi pendukung. Program antarmuka
pengguna grafis ini ditampilkan dalam satu buah jendela sebagaimana yang
direncanakan dalam sketsa jendela GUI pada Gambar 42. Program ini disimpan
dan dijalankan dalam bentuk executable file (*.exe).
Program-program utama yang berjalan pada jendela antarmuka grafis
terdiri dari:
a. Program penampil video kamera depan dan bawah,
b. Program komunikasi serial antara komputer dan mikrokontroler,
c. Program joystick untuk menggerakkan motor,
d. Program arah kompas,
e. Program penghitung waktu operasi ROV,
f. Program penunjukan sikap (attitude) ROV.
48
Program-program pendukungnya ialah:
i. Pengarah komunikasi USB port ke serial,
ii. Program penampil waktu.
VIDEO DEPAN
VIDEO BAWAH
START Nama File
SIMPAN
Setting Terminal
Transmisi
Data ROV
START Nama File
SIMPAN
AX
NW N NE
00:00:00
AY
SIMPAN
AZ
Suhu Kompartemen
-45O
0O
45O
X
Y
Z
Gambar 42. Sketsa Jendela GUI
3.9
PENGUJIAN KINERJA ROV
Pengujian kinerja dilakukan setelah proses perakitan dan penyatuan
komponen telah selesai. Pengujian dilakukan untuk menilai sejauh mana tingkat
keberhasilan pembuatan alat ini. Ada beberapa pengujian yang dilakukan antara
lain:
1) Pengujian daya apung
2) Pengujian CMPS10
3) Pengujian H48C
4) Pengujian sistem kendali
49
3.9.1
Pengujian daya apung
Pengujian dilakukan di water tank dengan memasukkan robot ke dalam
air. Sebelum dilakukan pengujian di air, pengukuran massa robot dalam keadaan
kosong dan dalam keadaan sudah terpasang komponen perlu dilakukan. Hal ini
untuk mengetahui massa dari mini ROV.
Apabila saat pertama kali mini ROV diturunkan masih mengapung di
permukaan air, maka penambahan pemberat (weight belt) dilakukan hingga mini
ROV melayang di kolom air. Apabila saat pertama kali mini ROV diturunkan
masih tenggelam, maka penambahan ruang apung dilakukan hingga mini ROV
tersebut melayang di kolom air.
3.9.2
Pengujian CMPS10
Pengujian CMPS10 terdiri dari 3 bagian yaitu pengujian nilai arah
(heading), nilai pitch dan nilai roll. Pengujian arah heading dilakukan dengan
memutar mini ROV searah jarum jam hingga berputar 360°. Nilai arah yang
keluar dari CMPS10 dibandingkan dengan penunjukkan arah dari kompas magnet.
Pembacaan nilai arah dari CMPS10 harus tidak melebihi 2° dari nilai arah kompas
magnet.
Pengujian pitch dilakukan dengan menggunakan bantuan busur derajat.
Pengujian dilakukan dengan menempatkan mini ROV pada bidang datar dimana
nilai pitch yang keluar 0°. Peletakan busur derajat dapat dilihat pada Gambar 43.
mini ROV diputar ke atas dengan maksimum putaran 90° dan diputar ke bawah
dengan maksimum putaran 90°. Nilai yang keluar dibandingkan dengan
penunjukan sudut dari busur derajat. Perbedaan nilai tidak boleh lebih dari 2°.
50
Gambar 43. Peletakann busur deraajat untuk pengukuran
p
pitch
Pengujian rolll dilakukan dengan meenggunakan bantuan buusur derajat..
Pengujiann dilakukan dengan mennempatkan mini ROV pada
p
bidangg datar dimaana
nilai roll yang
y
keluar 0°. Peletakkan busur derajat dapatt dilihat padda Gambar 44.
mini ROV
V diputar ke kanan denggan maksim
mum putarann 90° dan diiputar ke kirri
dengan maaksimum puutaran 90°. Nilai yang keluar dibaandingkan ddengan
penunjukaan sudut darri busur deraajat. Perbed
daan nilai tiidak boleh llebih dari 2°°.
Gambar 44.
4 Peletakaan busur derrajat untuk Pengukuran
P
n roll
3.9.3
Pengujian
n H48C
Pengujian H48C dilakukaan dengan melihat
m
nilaai g-force yaang mengen
nai
tiap sumbuunya. Penggujian dilakuukan dengaan memutar mini ROV pada posisii
yang terterra pada Tabbel 7. Nilai yang keluaar harus menndekati nilaai yang terteera
pada denggan Tabel 7..
51
Tabel 7. Nilai accelerometer pada tiap posisi
3.9.4
Pengujian sistem kendali
Pengujian sistem kendali memiliki beberapa poin terkait dengan
keberhasilan pembuatan sistem kendali ini yaitu:
1) Sistem video kamera berjalan dengan baik,
2) Pergerakan joystick mampu menggerakkan motor dengan arah gerak yang
tetap, motor bergerak sinkron, dan mampu merespon perubahan dengan
baik,
3) GUI dan fungsinya bekerja baik tanpa adanya error selama pengoperasian.