RANCANG BANGUN PENGENDALIAN MOTOR

 RANCANG BANGUN PENGENDALIAN MOTOR
PENGGERAK MOBIL LISTRIK
DESIGN AND BUILD CONTROLLER MOTOR
DRIVER ELECTRIC CAR
Mohammad Lutfi Raynandy; Sofian Yahya, Drs., SST., MT ; Waluyo Musiono Bintoro, SST., M.Eng
Program Studi Teknik Listrik
Jurusan Teknik Elektro
Politeknik Negeri Bandung
Email : [email protected]
ABSTRAK
Motor DC Brushless merupakan salah satu dari sekian banyak macam motor yang
umumnya digunakan sebagai motor servo, dan dapat pula digunakan sebagai motor
penggerak mobil listrik. Untuk mengatur kecepatan motor kiri dan kanan dapat
menggunakan sistem mikrokontroller yang. ATMega16 merupakan salah satu
mikrokontroller yang memiliki fitur yang cukup lengkap, mulai dari kapasitas memori
program dan memori data yang cukup besar. Inputan ADC (Analog To Digital) pada
PORTA digunakan sebagai inputan kecepatan dan sudut belokan untuk mengendalikan
kecepatan motor pada saat pembebanan yang sama dan berbeda. BASCOM-AVR adalah
program Basic Compiler berbasis windows untuk microcontroller keluarga AVR
merupakan pemograman dengan bahasa tingkat tinggi “basic” yang dikembangkan.
Kata kunci : Motor DC Brushless, Mikrokontroller, ATMega16, Bascom AVR, ADC
(Analog To Digital).
ABSTRACT
DC Brushless Motor is one of the many kinds of motor is generally used as a servo motor,
and can also be used as a motor drive electric cars. To set the speed of the motor left and
right can use the mikrokontroller system. ATMega16 is one of the mikrokontroller that
have features that are fairly complete, ranging from program memory capacity and memory
data. Input ADC (Analog To Digital) at PORTA is used as the input speed and the angle of
the bend to control motor speed at the time of imposition of the same and different.
BASCOM-AVR is a windows based program Basic Compiler for the AVR microcontroller
family is a programming language with a high level “basic” developed.
Keywords : Motor DC Brushless, Mikrokontroller, ATMega16, Bascom AVR, ADC
(Analog To Digital).
I. Pendahuluan
Motor DC brushless merupakan salah
satu
dari sekian banyak macam motor
yang umumnya digunakan sebagai motor
servo, dan dapat
pula digunakan sebagai
motor penggerak mobil listrik. Karena
salah satu keunggulan
yang membuat
motor
ini banyak dipilih adalah tidak
diperlukannya brush dan komutator yang
menjadi
menjadi permasalahan utama
motor DC (Lukas, 1977).
a.
b.
c.
1. Tujuan
Merealisasikan program pengendali
mikrokontroller master.
Mengtaur
perubahan
kecepatan
motor DC Brushless disaat trek lurus
dan disaat berbelok.
Merealisasikan sistem komunikasi
antara mikrkontroller master dan
mikrokontroller slave.
2. Rumusan Masalah
a. Dengan
memanfaatkan
fasilitas
PORT ADC pada AtMega16 dapat
membantu dalam pengendalian motor
DC Brushless.
b. Perumusan
nilai
ADC
yang
dilakukan
oleh
mikrokontroller
master akan mengatur perubahan
kecepatan motor DC Brushless pada
saat trek lurus dan berbelok.
c. Komunikasi paralel akan membantu
dalam proses komunikasi antar
mikrokontroller master dan juga
slave dalam hal pengiriman nilai
ADC
yang
dirumuskan
oleh
mikrkontroller.
3. Batasan Masalah
a. Pemanfaatan fasilitas PORT ADC
pada ATMega 16 sebagai fokus
dalam
perancangan
pengendali
mikrokontroller master.
b. Penentuan range bit ADC input
kecepatan dan juga sudut belokan.
c. Software yang digunakan adalah
BASCOM AVR.
II. Landasan Teori
1. Motor DC Brushless
Motor DC atau motor arus searah
adalah suatu mesin yang berfungsi untuk
mengubah tenaga listrik arus searah
menjadi tenaga gerak atau mekanik, yang
tenaga gerak tersebut berupa putaran dari
rotor.
Gambar Motor DC Brushless
2. Cara Kerja Motor DC Brushless
Melihat prinsip kerja motor DC
brushless dan cara kerja system half
bridge pada proses pengenergize-an koil
motor DC brushless maka cara kerja
putaran motor DC brushless sekarang
dapat kita gambarkan, skema cara putaran
motor DC brushless adalah sebagai
berikut :
Gambar Posisi Komutasi Step 1 Dan 2
Pada step 1, phasa U dihubungkan ke
kutub positif pada bus motor DC
brushless Q1, lalu phasa V dihubungkan
ke ground netral(kutub negative baterai)
melalui Q4, untuk phasa W tidak terenergize, 2 buah vektor fluks dihasilkan
oleh phasa U (panah merah) dan phasa V
(panah biru).
Jumlah kedua vektor
tersebut menghasilkan vektor fluks pada
stator
(panah hijau) dimana rotor akan
berusaha mengikuti arah fluks stator
tersebut. Hall sensor berubah dari “101”
ke “001” dan pola tegangan baru tercipta
pada motor DC brushless (BLDC)
dimana
phasa V sekarang tidak ter energize tetapi phasa W yang sekarang
terhubung
ke netral ground (Q6) dimana
posisi vector fluks stator (panah hijau)
sekarang berada
pada posisi yang
ditunjukan gambar step 2.
4. Bascom AVR
BASCOM-AVR adalah program
Basic Compiler berbasis windows untuk
microcontroller
keluarga
AVR
merupakan pemograman dengan bahasa
tingkat tinggi “basic” yang dikembangkan
dan dikeluarkan oleh MCS elektronika.
3. ATMega16
Fitur yang cukup lengkap ini
memungkinkan ATMega 16 untuk
digunakan dalam perancangan suatu
sistem untuk kepentingan komersil, dari
sistem yang sederhana sampai dengan
sistem yang relatif kompleks. Berikut ini
adalah
fitur-fitur
yang
dimiliki
Mikrokontroler ATMega 16 :
a.
b.
c.
d.
e.
Sistem Mikrokontroler AVR 8 bit
yang memiliki kemampuan tinggi
dengan daya rendah.
CPU yang terdiri atas 32 register.
Arsitektur RISC dengan throughput
mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16
MHz.
Memiliki kapasitas flash memori 16
Kbyte, SRAM 1 Kbyte, dan
EEPROM 512 byte.
Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu
Port A, Port B, Port C, dan Port D.
Gambar Konfigurasi Pin ATMega 16
5. Analog To Digital (ADC)
Analog to Digital Converter (ADC)
adalah sebuah piranti yang dirancang
untuk mengubah sinyal-sinyal analog
menjadi sinyal – sinyal digital. Hal-hal
yang juga perlu diperhatikan dalam
penggunaan ADC ini adalah tegangan
maksimum yang dapat dikonversikan
oleh ADC dari rangkaian pengkondisi
sinyal, resolusi, pewaktu eksternal ADC,
tipe keluaran, ketepatan dan waktu
konversinya.
III. Perancangan dan Realisasi
Perancangan adalah proses menuangkan
sebuah
pemikiran
atau
gagasan
berdasarkan
teori-teori
yang
mendukungnya.
1.
Spesifikasi Alat
Motor yang digunakan sebagai
penggerak mobil listrik adalah motor DC
Brushless dengan spesifikasi sebagai
berikut :
Data name plate motor :
Daya
: 350 Watt
Tegangan : 48 VDC
Arus
:7A
Gambar Motor BLDC 350 Watt
Gambar Bagian Dalam Motor DC Brushless
2.
Blok Diagram
3.
Perancangan Program Pengendali
Motor
Program
yang
dibuat
pada
mikrokontroler master lebih terfokus
pada
pengkordinasian
antara
dua
mikrokontroller slave, yang nantinya
mikrokontroller
slave
ini
akan
menggerakkan motor BLDC. Sehingga
hanya terdapat program ADC, yaitu
ADC0 dan ADC1 yang masing-masing
diatur melalui sebuah potensiometer.
ADC0 adalah untuk masukan kecepatan
yang diharapkan sedangkan ADC1 adalah
sudut belokan. Nilai keluaran ADC yang
dihasilkan akan digunakan sebagai
masukan pada rumus yang telah dibuat.
Jika masukan ADC1 berada pada
rentang 112 sampai dengan 144, maka
mobil berjalan lurus, artinya motor kanan
akan mempunyai kecepatan yang sama
dengan motor kiri. Jika nilai masukan
ADC1 melebihi 144 maka mobil berbelok
ke kiri, atau dengan kata lain kecepatan
motor kiri dikurangi, sedangkan jika nilai
masukan ADC1 kurang dari 112 maka
mobil berbelok ke kanan atau kecepatan
motor kanan dikurangi.
Gambar Blok Diagram Mikrokontroler
Deskripsi Alat :
Pengendali
kecepatan
motor
DC
Brushless sebagai penggerak mobil listrik
menggunakan tiga mikrokontroller yaitu
ATMega 16 sebagai master slave dan dua
mikrokontroler sebagai slave kiri dan juga
kanan. Potensiometer digunakan sebagai
pengatur input ADC yang nantinya output
dari ADC tersebut memberikan perintah
kepada slave kiri dan kanan sebagai
pengendali kedua motor DC Brushless
tersebut. Mikrokontroller slave kiri dan
kanan akan mengatur kecepatan motor
DC Brushless sesuai dengan nilai yang
diinginkan atau telah ditentukan.
Gambar Pemetaan Untuk Menentukan Sudut
Belokan
IV. Pengujian dan Analisa
1.

Pengujian Keseluruhan
Pengujian Rangkaian Kontrol dan
Rangkaian Driver
Pengujian tanpa beban motor DC
Brushless
yang
bertujuan
untuk
mengetahui berapa tegangan inputan
driver yang diatur oleh potensiometer
pada rangkaian kontrol dan juga untuk
mengetahui tegangan keluaran dari
rangkaian driver motor DC Brushless.
Untuk mengetahui perbandingan
antara sudut putar potensiometer,
tegangan keluaran
dan nilai bit dari ADC.
140̊
2,8
2,8
183
150̊
3,14
3,14
191
160̊
3,2
3,2
203
170̊
3,43
3,43
210
180̊
3,61
3,61
215
190̊
3,82
3,82
221
200̊
4,07
4,07
231
210̊
4,25
4,25
242
220̊
4,38
4,38
249
230̊
4,52
4,52
255
Gambar Pengujian Rangkaian Kontrol dan
Rangkaian Driver
Tabel Hubungan Sudut Putar Potensiometer
Dengan Tegangan Output
Sudut Putar
Potensiometer
(̊)
10̊
Vkiri
(Volt)
Vkanan
(Volt)
Bit
ADC
0,3
0,3
32
20̊
0,58
0,58
41
30̊
0,63
0,63
47
40̊
0,75
0,75
58
50̊
0,9
0,9
64
60̊
1,2
1,2
85
70̊
1,42
1,42
92
80̊
1,53
1,53
102
90̊
1,6
1,6
112
100̊
1,83
1,83
119
110̊
2,2
2,2
128
120̊
2,42
2,42
135
130̊
2,63
2,63
174
Analisa :
Dari hasil pengujian didapat hasil
bahwa semakin besar sudut putar dari
potensiometer maka tegangan output
yang dihasilkan juga akan semakin besar
pula. Begitu juga derngan bit ADC yang
dihasilkan akan menuju ke posisi
maksimal yakni 255.
V. PENUTUP
1. Kesimpulan
Setelah menyelesaikan proyek akhir
yang berjudul “Rancang Bangun
Pengendali Motor Penggerak Mobil
Listrik” ini penulis mendapatkan
beberapa kesimpulan, antara lain :
1. Pada proyek Akhir ini telah
direalisasikan
program
kendali
kecepatan pada motor DC Brushless
48 Volt 350 watt berbasis
mikrokontroler ATMega 16.
2. PINA0 dan juga PINA1 sebagai
inputan ADC (Analog To Digital)
bisa dimanfaatkan sebagai pengatur
kecepatan dengan mengubah duty
3.
4.
cycle PWM
yang dibangkitkan.
Semakin panjang gelombang maka
semakin cepat juga motor yang
dikendalikan.
Komunikasi
paralel adalah cara
sederhana untuk menghubungkan
antar
mikrokontroller
dengan
manfaatkan PORTB dan PORTC
pada mikrokontroller master sebagai
output.
Semakin
besar
sudut
putar
potensiometer
maka akan semakin
besar pula tegangan keluaran di
kedua motor kiri dan kanan, maka
akan berpengaruh juga pada semakin
cepatnya motor berputar.
5.2 Saran
Untuk pengembangan lebih lanjut
penulis mempunyai beberapa saran
demi tercapainya perbaikan performa
proyek akhir ini di masa yang akan
datang, diantaranya :
1. Pengendalian motor lebih baik
dikerjakan satu orang dan dalam satu
chip mikrokontroller agar lebih
efisien dan tidak ketergantungan
terhadap pekerjaan rekan yang
lainnya.
2. Untuk mendapatkan kecepatan yang
lebih baik maka gunakan motor DC
Brushless dengan daya yang lebih
besar.
Daftar Pustaka
Anonim (tt). SmartWeight ™
Balancing Technology A Patented
Feature of Hunter GSP Wheel
Balancers, www.weightsaver.com
[2]. “Ackermann Steering”,
http://www.diracdelta.co.uk/science/s
ource/a/c/ackermann%20steering/sou
rce.html
[1].
[3] Nugraha N.W. Perancangan BLDC,
ITB.
[4]. Hartanto, Jimmy. 2009. IO
Robotics. Bandung.
[5]. Eko,Ari “Mikrokontroller”,
http://ekoari.blog.uns.ac.id/files/2009
/04/mikrokontroler.pdf