30 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM Dewasa ini

BAB 3
PERANCANGAN SISTEM
Dewasa ini dunia robotika mengalami perkembangan yang cukup pesat.
Robot – robot yang dibuat mempunyai beragam fungsi yang antara lain, dapat
robot yang dapat menaiki tangga, robot yang dapat berjalan dengan dua kaki,
robot beroda, robot yang menyerupai manusia, robot pemadam api, dan lain
sebagainya.
Secara garis besar, dilihat dari segi pergerakan (mobile robot), robot itu
sendiri dapat dibagi menjadi robot berkaki (walking robot) dan robot beroda
(wheeled robot). Setiap tahun juga diadakan berbagai kompetisi di bidang
robotika baik yang bersifat internasional termasuk olimpiade robotika maupun
yang bersifat nasional, bahkan ada juga kompetisi internal universitas seperti
yang diadakan oleh HIMTEK yang dikenal dengan nama Kontes Robot Sistem
Komputer (KRSK) di lingkungan Binus University.
Kontes Robot Indonesia (KRI) dan Kontes Robot Cerdas Indonesia
(KRCI) adalah salah satu contoh kompetisi robot yang paling bergengsi di
Indonesia yang diadakan setiap tahun. Juara nasional KRI dan KRCI akan
menjadi wakil Indonesia di ajang kontes robot internasional Asia-Pacific
Broadcasting (ABU) ROBOCON, di mana untuk tahun 2010 akan diadakan di
Egypt. Untuk KRCI, dibagi menjadi beberapa divisi untuk robot berkaki dan
robot beroda yang mempunyai misi yang berbeda – beda, seperti menjelajahi
track
dan
memadamkan
30
lilin.
(http://kri.eepis-its.edu)
31
Berdasarkan informasi tersebut maka diputuskan untuk membuat robot
beroda (wheeled robot) yang sesuai dengan kriteria KRCI. Robot yang dimaksud
adalah robot yang dapat mengetahui jarak, bergerak dengan roda, menjelajahi
track yang sudah ditentukan, dapat mendeteksi api, mematikan lilin api, dan
balik ke home. Tentunya robot tersebut diberikan kecerdasan untuk dapat
melakukan hal – hal tersebut. Algoritma yang akan digunakan pada robot ini
adalah algoritma searching, Depth – First Search (DFS).
Mobile robot adalah robot yang dapat bergerak, baik itu dengan roda
ataupun berkaki. Perkembangan robot dewasa ini sudah sangat pesat. Robot
sudah dapat berjalan mirip manusia, menaiki sepeda, robot beroda yang
digunakan untuk menjinakkan bom dan lain sebagainya.
Mobile robot tentunya mempunyai komponen – komponen dasar yang
penting. Komponen – komponen tersebut adalah
-
Platform Robot
Platform robot menentukan bentuk robot, mekanik, jumlah roda atau
kaki yang digunakan, bahan yang digunakan untuk platform. Platform
yang akan digunakan pada penelitian ini adalah produk keluaran dari
pololu robotics & electronics yaitu RP5 yang berbentuk persegi dan
menggunakan tracked-wheel. Platform robot ini terbuat dari plastik
dan berwarna abu – abu gelap dengan dikontrol oleh dua motor.
Platform tersebut mempunyai spesifikasi dan ukuran panjang 18 cm
dengan lebar 14 cm dan tinggi 6 cm. Berat platform dengan motor
adalah 425 gram.
Berikut ini bentuk platform yang digunakan :
32
Gambar 3.1 Platform robot RP5
Gambar 3.2 Platform robot RP5 tampak samping
-
Motor
Motor berfungsi untuk menggerakkan robot tersebut. Motor terbagi
menjadi beberapa jenis yang mempunyai kelebihan dan kekurangan
masing – masing tergantung pemakaian. Motor yang dipakai di
mobile robot ini adalah motor DC dengan spesifikasi 7.2 volt, 210mA
pada kondisi tanpa beban dan pada kondisi puncak akan
menggunakan arus maksimal 2.4 A. Motor DC ini merupakan bawaan
dari platform yang dipakai. Motor DC ini menggunakan driver motor
TB6612FNG.
33
-
Sensor
Sensor merupakan komponen yang digunakan untuk melakukan sense
terhadap lingkungan sekitar robot. Sensor memiliki banyak jenis
tergantung fungi – fungsinya. Fungsi – fungsi sensor antara lain,
dapat berguna untuk mengetahui jarak, mengukur tingkat kelembaban,
mengukur suhu, mendeteksi obyek atau garis dan lain sebagainya.
Komponen sensor sangat penting untuk mobile robot.
Sensor yang digunakan pada mobile robot ini antara lain :
•
Kompas
Kompas digunakan untuk mengetahui arah dan perputaran
daripada mobile robot.
•
IR ranger
IR ranger adalah sensor pengukur jarak yang digunakan pada
mobile robot ini dengan memanfaatkan inframerah.
•
PING Ultrasonik
PING merupakan sensor pengukur jarak yang digunakan pada
mobile robot yang bekerja dengan ultrasonik.
•
Photodiode
Photodiode digunakan untuk mengetahui arah api.
•
UVTron
UVTron adalah sensor yang mendeteksi sinar UV yang
dihasilkan oleh lilin.
•
Sensor Garis
34
Sensor garis digunakan untuk mengetahui apakah terdapat
ruangan atau tidak, serta lingkaran home dan lingkaran api.
Sensor garis ini memanfaatkan inframerah dan photodiode.
-
Controller
Pada mobile robot, program dari algoritma yang digunakan
ditampung pada sebuah controller. Controller yang digunakan di sini
adalah produk Atmel, yaitu AVR ATMEGA128.
-
Algoritma
Algoritma yang digunakan untuk menjelajahi track secara garis besar
adalah depth-first search, dengan memanfaatkan data yang dihasilkan
dari sensor – sensor yang digunakan.
3.1.
Perancangan Perangkat Keras
Perancangan perangkat keras digunakan untuk mendukung seluruh
komponen atau modul elektronika yang digunakan pada mobile robot. Berikut ini
adalah modul – modul yang digunakan pada mobile robot :
3.1.1. Modul IR ranger
IR ranger digunakan untuk mengetahui ada atau tidaknya benda
pada jarak tertentu. Dalam hal ini yang dideteksi adalah jarak mobile
robot ke dinding. Tegangan analog yang dikeluarkan IR ranger ini akan
dimasukkan atau dihubungkan dengan input analog daripada controller
ATMega128 yang mengolah input data analog tersebut menjadi digital
dengan ADC.
35
Data IR ranger langsung dihubungkan ke input ADC (Analog to
Digital Converter) yang terdapat pada controller. Data yang diproses
controller akan bersifat desimal dari 0 – 255, di mana data mendekati
nilai 0 adalah jarak yang jauh dan 255 menunjukkan jarak dekat di bawah
10 cm. Sehingga jarak yang digunakan pada algoritma berupa nilai
desimal tersebut. Nilai jarak tersebut dikalibrasi terlebih dahulu dengan
mengambil data pada track sesuai nilai yang diperlukan.
Penggunaan IR ranger memiliki kelemahan yaitu pemantulan
pada cermin karena IR ranger menggunakan sinar inframerah.
3.1.2. Modul PING Ultrasonik
Sensor PING mendeteksi jarak obyek dengan cara memancarkan
gelombang ultrasonik. Sensor PING ini memanfaatkan pemantulan
daripada gelombang ultrasonik yang dipancarkan.
Gambar 3.3 Ilustrasi pemantulan gelombang ultrasonik
Pada modul PING terdapat 3 pin yang digunakan untuk jalur
power supply (+5 V), ground dan pin signal. Pin signal dapat langsung
dihubungkan dengan controller tanpa perlu tambahan komponen apapun.
36
Teori ultrasonik mempunyai persamaan untuk mengetahui jarak yang
kemudian diimplementasikan ke mobile robot ini dengan nilai sebagai
berikut pada persamaan 3-1.
.
.
(3-1)
Faktor pengali 1.67 diperoleh dari cycle time untuk proses
pengambilan data pada AVR ATMEGA128 yang memerlukan waktu
mendekati 4 us.
Penggunaan PING ultrasonik memiliki kekurangan apabila obyek
yang dihadapi memiliki sifat peredam suara. Hal ini terjadi karena PING
menggunakan gelombang ultrasonik.
3.1.3. Modul Photodiode
Gambar 3.4 Skematik Photodiode
Modul photodiode digunakan untuk mendeteksi arah api terhadap
mobile robot dalam jarak dekat. Photodiode bekerja dengan menangkap
37
cahaya lilin. Output data yang dihasilkan dari modul ini berupa data
digital yaitu 1 atau 0. Kondisi 1 atau 5 volt menunjukkan bahwa tidak ada
api, sedangkan untuk kondisi 0 atau 0 volt menunjukkan bahwa terdapat
api. Berikut ini adalah rangkaian yang digunakan pada mobile robot ini.
Rangkaian photodiode ini didukung oleh beberapa komponen
lainnya seperti LM311 yang merupakan IC Op-Amp yang berfungsi
sebagai komparator.
Komparator adalah pembanding antara dua input yang diberikan. Kedua
input komparator tersebut diperoleh dari pembagi tegangan. Input pada
kaki inverting (-) merupakan tegangan referensi yang diperoleh dari
sebuah trimpot atau potensiometer dengan prinsip pembagi tegangan.
Sedangkan input pada kaki non-inverting diterima dari tegangan yang
jatuh pada photodiode tersebut.
Jika kondisi tanpa api, maka tegangan yang jatuh pada photodiode sama
dengan atau mendekati Vcc yang digunakan. Kondisi ada api
menyebabkan tegangan yang jatuh di photodiode mendekati nol volt.
Sesuai dengan prinsip komparator, apabila tegangan di input noninverting (+) lebih besar daripada kaki inverting (-), maka tegangan
output daripada komparator LM311 adalah Vcc yang dalam hal ini adalah
5 volt. Berlaku juga kebalikannya, apabila tegangan di input noninverting (+) lebih rendah daripada input inverting (-), maka output yang
dikeluarkan adalah Vee atau GND.
38
Gambar 3.5 Modul Photodiode
3.1.4. Modul Sensor Garis
Modul sensor garis juga digunakan pada mobile robot ini. Modul
ini berfungsi untuk mendeteksi ada tidaknya garis berwarna putih. Modul
sensor garis ini memanfaatkan komponen IR LED sebagai transmitter
dan photodiode sebagai receiver. Apabila sensor mendeteksi garis, maka
output yang dihasilkan adalah 1 atau bernilai 5 volt dan 0 atau 0 volt
apabila tidak ada garis. Berikut ini adalah skematik rangkaian sensor
garis yang digunakan.
Gambar 3.6 Skematik Sensor Garis
39
Sensor garis yang digunakan membutuhkan tambahan komponen
transistor dan terdapat trimpot yang digunakan untuk mengatur intensitas
daripada inframerah yang digunakan tersebut. Selain itu juga terdapat
indikator berupa LED yang menunjukkan ada tidaknya garis putih.
Berikut ini penjelasan cara kerja modul sensor garis yang
digunakan pada mobile robot.
Inframerah yang dipancarkan tersebut akan mengalami pantulan
apabila terkena obyek berwarna putih dan tidak mengalami pantulan
apabila obyek berwarna hitam. Hal ini tergantung juga pada ketinggian
atau jarak sensor terhadap obyek tersebut, yang dalam hal ini adalah garis
berwarna putih, oleh karena itu dibutuhkan trimpot atau potensiometer
yang berfungsi untuk mengatur intensitas daripada inframerah tersebut.
Trimpot ini akan mempengaruhi intensitas pantulan inframerah. Pantulan
pada garis putih tersebut akan ditangkap oleh photodiode, di mana
apabila photodiode mendapat cahaya, maka hambatan photodiode
menjadi kecil sehingga arus dapat melaluinya. Hal ini akan menyebabkan
tegangan jatuh pada resistor R3 yang akan menyebabkan transistor aktif.
Kondisi menyebabkan tegangan dari kolektor mengalir ke emiter
sehingga output yang diambil pada kaki emiter akan menghasilkan output
high atau 1. Indikator LED berwarna merah akan menyala menandakan
adanya garis.
40
Gambar 3.7 Ilustrasi inframerah pada permukaan putih
Gambar 3.8 Ilustrasi inframerah pada permukaan hitam
Modul sensor garis yang digunakan adalah sebanyak dua buah. Hal ini
dikarenakan selain mendeteksi garis, sensor – sensor garis ini juga
digunakan untuk mendeteksi lingkaran api yang berwarna putih, di mana
apabila kedua sensor ini mendeteksi garis pada waktu yang bersamaan,
maka mobile robot sedang berada pada lingkaran.
41
Gambar 3.9 Modul sensor garis
3.1.5. Modul UVTron
Modul UVTron adalah modul yang digunakan untuk mendeteksi
api lilin. Sensor ini merupakan produk dari Hamamatsu Flame Sensor
UVTron R2868. Modul ini berfungsi untuk mendeteksi ultraviolet yang
dihasilkan oleh api lilin. Modul UVTron ini mempunyai dua komponen
utama yaitu UVTron Flame Sensor dan UVTron Driving Circuit C3704
series. UVTron Flame Sensor mempunyai sensitivitas yang sangat tinggi.
Rangkaian driver yang digunakan ini dapat menghilangkan noise yang
disebabkan oleh cahaya natural seperti cahaya matahari. Modul ini masih
dapat mendeteksi api lilin dalam radius sekitar 5 m.
Output ini yang akan digunakan oleh controller, di mana
controller dapat membaca jumlah pulsa yang dihasilkan dalam suatu
range waktu untuk memperoleh hasil yang lebih akurat. Range waktu
yang digunakan pada mobile robot ini adalah satu detik, sehingga
banyaknya pulsa dalam satu detik menunjukkan status api yang terdeteksi.
Pemakaian sensor UVTron ini ditambahkan dengan sebuah penutup yang
berfungsi untuk membuat sensor UVTron lebih fokus terhadap titik api.
42
Sensor masih dapat mendeteksi titip api dari jarak lebih dari 1 m. Sensor
UVTron ini akan digunakan untuk mendeteksi apabila mobile robot telah
mencapai salah satu ruangan.
Gambar 3.10 Driving unit UVTron
Gambar 3.11 Bulb UVTron
3.1.6. Modul kompas Digital
Modul kompas digital digunakan untuk mengetahui arah dan
perputaran daripada mobile robot. Perputaran yang dimaksud adalah
untuk menjaga agar setiap melakukan aksi belok, mobile robot dapat
bergerak sebesar 90° atau belok siku. Fungsi lainnya adalah untuk
mengingat arah mata angin ketika mobile robot memasuki ruangan agar
dapat memudahkan mobile robot tersebut pada saat keluar ruangan.
43
Modul kompas digital ini memerlukan rangkaian pendukung yang
digunakan untuk melakukan kalibrasi terhadap medan magnet bumi.
Berikut ini pada gambar 3.12 adalah skematik daripada rangkaian
pendukung tersebut :
Gambar 3.12 Skematik modul kompas digital
Data yang diperoleh dengan metode I2C dapat dibaca pada mobile
robot ini adalah mode byte (0-255). Pengambilan data yang valid dan
sesuai dengan medan magnetik bumi, terlebih dahulu perlu dilakukan
kalibrasi dengan bantuan kompas analog.
Berikut ini adalah tahapan – tahapan yang dilakukan untuk
melakukan kalibrasi terhadap modul kompas digital ini.
44
•
Switch kalibrasi di-ON-kan. Hal ini dilakukan untuk
menghubungkan push button yang akan digunakan untuk
kalibrasi ke pin 6 (pin kalibrasi).
•
Dengan bantuan kompas manual, cari posisi utara dan simpan
nilai yang diperoleh dengan menekan push button. Tujuannya
agar prosesor internal menyimpan nilai yang diperoleh.
Lakukan hal yang sama untuk posisi timur, selatan dan barat
secara berurutan.
Gambar 3.13 Orientasi 0˚ kompas digital
3.1.7. Modul Fan
Modul fan adalah modul yang digunakan untuk memadamkan api
lilin yang terdeteksi oleh mobile robot. Modul ini menggunakan motor
DC sebagai fan untuk mematikan api lilin. Modul fan ini menggunakan
supply yang terpisah dari supply utama, di mana supply yang digunakan
adalah supply dari battery 9 volt. Pemisahan supply ini dibantu dengan
rangkaian relay 5 volt.
45
Gambar 3.14 Skematik modul fan
Berikut ini pada gambar 3.21 merupakan skematik rangkaian fan
yang menggunakan bantuan relay:
Rangkaian fan di atas bekerja dengan diberikan input data berupa
0 atau 1, di mana kondisi 0 akan menyebabkan fan tidak aktif, fan kondisi
1 akan menyalakan fan. Cara kerja modul ini apabila diberi input dengan
kondisi high atau 1, maka transistor akan aktif karena basis mendapat
tegangan sehingga kumparan pada relay akan mendapatkan beda
potensial sebesar 5 volt pada kedua kakinya. Hal ini akan menyebabkan
switch pada relay menghubungkan motor langsung ke battery.
Berlaku juga kebalikannya, di mana apabila transistor diberikan
input berupa kondisi low atau 0, maka transistor tidak aktif yang
menyebabkan kumparan pada relay tidak memperoleh beda potensial
sehingga battery dan motor tidak terhubung. Penggunaan dioda pada
kumparan hanya sebagai proteksi yang dikenal sebagai flywheel diode, di
mana apabila terjadi tegangan balik dari kumparan relay, maka tegangan
akan dibalikkan ke sumber tegangan.
46
Gambar 3.15 Modul fan
3.1.8. Modul Bumper
Modul bumper digunakan untuk kondisi apabila mobile robot
menabrak dinding atau obyek, sehingga dapat melakukan manuever
seperti bergerak mundur. Pada mobile robot ini digunakan dua buah limit
switch yang masing – masing untuk sebelah kanan mobile robot dan
sebelah kiri mobile robot. Modul bumper ini menggunakan limit switch
yang dihubungkan ke rangkaian monostable untuk menghilangkan
bouncing yang dihasilkan switch tersebut.
Bouncing yang dimaksud adalah apabila sekali penekanan limit
switch, terjadi ripple sehingga apabila dihubungkan ke input controller,
maka akan terbaca menjadi beberapa kali penekanan terhadap limit switch.
Rangkaian ini bekerja dengan komponen tambahan berupa IC
timer 555 yang memiliki konfigurasi monostable. Rangkaian monostable
membutuhkan input trigger yang mana pada mobile robot ini diperoleh
dari limit switch yang digunakan tersebut. Limit switch tersebut akan
memberikan kondisi high apabila menabrak atau tertekan dan kondisi low
47
apabila tidak ditekan atau tidak menabrak. Modul bumper hanya
digunakan pada kasus – kasus tertentu di mana apabila mobile robot
menabrak dinding.
Kondisi limit switch tidak ditekan, maka output yang dihasilkan
adalah high atau 1. Kondisi switch ditekan maka output berubah menjadi
low atau 0.
Berikut ini pada gambar 3.16 adalah modul bumper dengan
rangkaian monostable :
Gambar 3.16 Skematik modul bumper
Nilai output yang dihasilkan dari rangkaian monostable
bergantung pada nilai kapasitor C1 dan nilai resistor R1 pada skematik
modul bumper. Lamanya nilai output yang dihasilkan dipengaruhi oleh
lamanya proses charging discharging dari kapasitor C1 dan dapat
diperoleh dari persamaan yang umum digunakan pada rangkaian
monostable :
.
(3-2)
48
Nilai TL bergantung pada lamanya trigger yang diberikan kepada
rangkaian monostable yang berasal dari limit switch. Pada modul bumper
ini juga terdapat indikator berupa LED yang menandakan kondisi limit
switch, di mana LED menyala menyatakan limit switch tidak tertekan dan
juga sebaliknya apabila limit switch ditekan akan menyebabkan LED mati.
Berikut ini pada gambar 3.17 merupakan rangkaian ekuivalen daripada
rangkaian monostable yang digunakan pada mobile robot ini :
Gambar 3.17 Rangkaian ekuivalen rangkaian monostable
Rangkaian equivalen ini mempunyai dua buah komparator dengan
masing – masing komparator mempunyai tegangan referensi yang tetap.
Komparator yang diatas mempunyai tegangan referensi sebesar 2/3 Vcc
pada input inverting (-), sedangkan komparator yang di bawah
mempunyai tegangan referensi sebesar 1/3 Vcc pada input non-inverting
(+). Output komparator yang diatas dihubungkan ke input S pada SR-FF
49
dan output komparator yang dibawah dihubungkan ke input R pada SRFF. Output daripada timer ini merupakan output yang dinegasikan sesuai
dengan output Q daripada SR-FF.
Komparator pada timer memperoleh input pada kaki noninverting (+) dari tegangan kapasitor. Tegangan kapasitor pada kondisi
awal adalah kosong atau 0 volt sehingga output daripada komparator
yang diatas adalah low atau 0 volt. Komparator yang dibawah
memperoleh input trigger yang bernilai 0 apabila tidak terjadi penekanan,
sehingga output daripada komparator tersebut adalah high atau 5 volt. Hal
ini menyebabkan SR-FF menghasilkan output Q yang bernilai 0 yang
menyebabkan transistor tidak aktif dan output Q’ yang bernilai 1.
Kapasitor yang digunakan tersebut akan mengalami charging
hingga mencapai nilai yang lebih besar daripada 2/3 Vcc yang
menyebabkan komparator yang diatas menghasilkan output high atau 5
volt karena input non-inverting (+) lebih besar daripada input inverting (). Hal ini menyebabkan SR-FF memperoleh input S bernilai 1 dan input R
bernilai 1, yang menghasilkan kondisi hold atau menahan output yang
sekarang, yaitu Q bernilai 0 dan Q’ bernilai 1.
Output ini bertahan hingga komparator yang di bawah
memperoleh trigger dari limit switch. Trigger yang diperoleh ini bernilai
5 volt atau high yang menyebabkan komparator yang dibawah
menghasilkan output low atau 0 volt. Output ini dihasilkan karena input
inverting (-) komparator yang dibawah lebih besar daripada input non-
50
inverting (+). Hal ini akan menyebabkan output SR-FF berubah dan
menyebabkan transistor aktif yang menghasilkan proses discharging
daripada kapasitor.
Setelah tegangan kapasitor di bawah 2/3 Vcc, maka output
daripada SR-FF akan kembali ke semula yaitu output Q bernilai 0 dan
output Q’ bernilai 1. Kapasitor akan memulai proses charging kembali.
Nilai kapasitor akan mempengaruhi lama waktu charging dan
discharging yang terjadi. Proses ini akan berulang setiap terjadi trigger
dari limit switch. Berikut ini pada gambar 3.18 merupakan gambar limit
switch yang digunakan sebagai bumper pada mobile robot :
Gambar 3.18 Modul bumper
3.1.9. Modul Motor DC dan Driver Motor DC
Motor DC digunakan untuk menggerakkan mobile robot ini.
Mobile robot ini menggunakan dua buah motor DC yang masing –
masing untuk menggerakkan roda kiri dan roda kanan. Untuk
menggerakkan motor DC digunakan driver motor DC yang merupakan
modul TB6612FNG Dual Motor Driver Carrier produk dari Pololu.
51
Motor driver ini dapat mengendalikan dua motor DC. Modul driver ini
menggunakan IC TB6612FNG dengan supply motor maksimal sebesar 15
volt dengan arus rata – rata sebesar 1.2 A dan arus peak sebesar 3 A.
Gambar 3.19 Skematik modul TB6612FNG
Gambar 3.19 menunjukkan skematik dari modul driver motor
TB6612FNG dengan beberapa komponen tambahan seperti kapasitor.
Berikut ini merupakan blok diagram daripada IC TB6612FNG yang
terdiri dari dua channel driver :
Gambar 3.20 Blok diagram IC TB6612FNG
52
Pada gambar 3.20, terdapat dua driver yang masing – masing
digunakan untuk satu motor DC. Bagian control logic digunakan untuk
mengatur data yang akan dikirim ke motor yang bersangkutan yang akan
diteruskan oleh bagian H-SW. Pin input digunakan untuk menentukan
arah perputaran motor. Arah perputaran motor ini dikendalikan dengan
dengan dua bit (inA1 dan inA2 untuk motor A). Pin PWM (Pulse Width
Modulation) digunakan untuk memberikan sinyal PWM kepada motor
agar motor dapat diatur kecepatannya.
VM adalah tegangan supply untuk motor yang dipisahkan dari
tegangan logika yang digunakan. Pin standby digunakan untuk
mengaktifkan atau membuat driver motor dalam keadaan standby. Di
mana kondisi high atau 1 menyebabkan standby tidak aktif dan
sebaliknya apabila kondisi low atau 0, maka driver dalam keadaan
standby. Pin output dihubungkan langsung ke motor.
H-SW merupakan bagian yang dikenal sebagai H-bridge yang
umum digunakan untuk driver motor.
Tabel 3.1 Kondisi motor driver berdasarkan logic yang diberikan
IN1
H
L
H
L
H/L
Input
IN2 PWM
H
H/L
H
H
L
H
L
L
L
H
H/L
H/L
STBY
H
H
H
H
H
H
L
Output
OUT1
OUT2
L
L
L
H
L
L
H
L
L
L
OFF (High impedance)
OFF (High impedance)
Mode
Short brake
CCW
Short brake
CW
Short brake
Stop
Standby
53
Gambar 3.21 Modul driver TB6612FNG
3.1.10. Modul Controller
Modul Controller adalah modul utama yang digunakan untuk
mengontrol seluruh proses yang dilakukan oleh mobile robot ini.
Algoritma dalam bentuk program yang telah di-compile akan dimasukkan
ke controller. Controller yang digunakan adalah produk keluaran Atmel
AVR ATMega128, dengan 16 MIPS (Million Instruction Per Second).
Gambar 3.22 Pinout AVR ATmega128
54
ATMEGA128 mempunyai 128Kbytes memory flash yang
digunakan untuk menampung program. Controller ini memiliki jumlah
pin I/O yang tergolong banyak dengan 53 pin I/O. Pada gambar 3.28
menunjukkan pinout AVR ATMEGA128, terdiri dari 7 port I/O di mana
port G hanya terdiri dari 5 pin dan port lainnya terdiri dari 8 pin. Jumlah
pin Input/Output ini tergolong banyak dibandingkan dengan seri
ATMEGA lainnya.
Nilai tegangan VCC yang digunakan pada controller adalah
sebesar 5 volt DC. Nilai osilator yang digunakan sebesar 11.0592 MHz.
Selain itu, AVR ATMEGA128 menyediakan pin input ADC (Analog to
Digital Converter), yang digunakan untuk memproses input analog dari
sensor. Input ADC disediakan pada port F, sehingga terdapat 8 pin input
analog yang dapat digunakan.
Rangkaian controller menggunakan sebuah potensiometer untuk
mengatur besarnya nilai tegangan referensi (VREF) untuk ADC (Analog to
Digital Converter). Konsep ADC yang diterapkan pada ATMEGA128
adalah successicve approximation ADC. ADC ini dapat menghasilkan
resolusi sampai dengan 10 bit.
55
Gambar 3.23 Blok diagram ADC AVR ATmega128
Berikut ini pada gambar 3.24 skematik controller utama yang
menggunakan AVR ATMEGA128 yang digunakan pada mobile robot .
56
Gambar 3.24 Skematik modul controller
3.1.11. Modul Display
Modul display adalah modul yang digunakan untuk melakukan
penampilan data – data dari sensor dan informasi penting yang
dibutuhkan dalam perancangan. Modul display menggunakan LCD
character 20 x 4. Dengan modul display ini dapat dilakukan debugging
melalui data – data yang ditampilkan. Selain modul display, juga terdapat
beberapa LED pada output beberapa sensor untuk membantu proses
debugging dalam perancangan sistem.
57
Gambar 3.25 LCD character 20x4
Modul LCD langsung dihubungkan ke controller dengan mode 4
bit, di mana hanya memakai 4 bit data. Modul display menggunakan
rangkaian pendukung untuk LCD adalah sebagai berikut :
Gambar 3.26 Skematik LCD character 20x4
Rangkaian tambahan yang digunakan tersebut hanya untuk
mengatur nilai kontras dan intensitas backlight LCD itu sendiri.
Pengaturan ini dilakukan dengan menggunakan trimpot sebagai pembagi
tegangan. pin – pin yang terdapat pada LCD character 20 x 4 :
58
Tabel 3.2 Konfigurasi PIN LCD Character 20x4
Pin Symbol
Vss
1
Vdd
2
Vo
3
RS
4
R/W
5
E
6
14 DB0-7
15 A/Vee
16
K
Function
GND
+ 5V
Contrast Adjustment
H/LRegister Select Signal
H/L Read/Write Signal
H=>L Enable Signal
H/L Data Bus Line
+ 4.2V for LED (RA = 0Ω)/Negative
Voltage Output
Power Supply for B/L (0V)
3.1.12. Modul Supply
Modul
supply
yang
digunakan
adalah modul converter tegangan DC – DC
atau booster tegangan DC. Modul yang
digunakan merupakan produk keluaran
Pololu, Adjustable Boost Regulator. Tujuan
Gambar 3.27 Modul
adjustable boost regulator penggunaan modul ini adalah agar dapat
mengurangi penggunaan sumber tegangan berupa battery AA. Dengan
booster tegangan ini, hanya dengan menggunakan dua buah battery AA
dapat menaikkan tegangan 5 volt yang stabil. Dengan berkurangnya
penggunaan battery, juga mengurangi beban dari mobile robot.
Pololu mengeluarkan 2 tipe booster yaitu, booster tegangan 2.59.5 volt dan booster tegangan 4-25 volt. Input yang diberikan tidak boleh
lebih besar daripada output yang diinginkan. Hal ini dapat merusak
rangkaian. Untuk arus dan efisiensi output yang dihasilkan bergantung
59
pada besarnya tegangan input dan tegangan output. Arus maksimal yang
dapat dihasilkan adalah sebesar 2 A dan memiliki efisiensi sebesar 80 %.
Nilai output yang dihasilkan apabila mencapai dua kali nilai input
yang diberikan, maka arus yang diperoleh sekitar 800 mA, begitu juga
dengan output yang mencapai empat kali nilai input yang diberikan,
maka arus yang diperoleh sekitar 400 mA. Rangkaian ini akan otomatis
mati apabila temperature internal telah mencapai nilai yang tinggi atau
panas dan arus yang berlebih. Hal ini dikarenakan adanya proteksi
dengan rangkaian over – themperature dan over – current shutoff.
Pengaturan nilai tegangan output dapat dilakukan dengan sebuah
potentiometer. Potentiometer yang digunakan bukan potentiometer linear.
Berikut ini pada gambar 3.34 menunjukkan hubungan tegangan output
yang dihasilkan dengan pengaturan potentiometer.
Gambar 3.28 Potentiometer VS Output Voltage