BAB III PERANCANGAN ALAT

BAB III
PERANCANGAN ALAT
Perancangan alat dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu desain mekanik,
bagan alur kerja alat, diagram blok sistem, wiring diagram, perancangan
rangkaian fotosensor, perancangan rangkaian motor DC, dan perancangan
rangkaian motor stepper.
3.1
PERANCANGAN PRANGKAT KERAS ( HARDWARE )
3.1.1 Desain Mekanik
Perancangan tempat untuk alat penyimpanan dan pengambilan barang
otomatis ini menggunakan rak master yang terdiri dari tiga row dan tiga kolom.
Perancangan desain mekanik untuk rak master dapat dilihat pada gambar di
bawah ini :
53
http://digilib.mercubuana.ac.id/
54
Gambar 3.1 Perancangan Rak Master
Rak master terdiri dari sembilan kotak penyimpanan yang terdiri dari tiga
row dan tiga kolom. Pada perancangan ini, masing-masing kotak pada rak akan
dipasang fotosensor sebagai pendeteksi keberadaan barang.
3.1.2
Bagan Alur Kerja Alat
Bagan alur kerja alat penyimpanan dan pengambilan otomatis ini, terdiri
dari motor stepper (Travel Motor Forward/Reverse), Motor Stepper (Lifter Motor
Up/Down), dan motor dc (Fork Motor Advance/Return). Bagan alur kerja mesin
dapat diilustrasikan seperti gambar di bawah ini :
http://digilib.mercubuana.ac.id/
55
Gambar 3.2 Bagan Alur Kerja Alat
Aktuator penggerak yang digunakan adalah motor stepper dan motor dc.
Masing-masing motor dapat bergerak otomatis sesuai input. Pergerakkan motor
stepper (Travel Motor Forward/Reverse) dan motor stepper (Lifter Motor
Up/Down) dapat berintepolasi berdasarkan rak yang dituju, dan motor dc (Fork
Motor Advance/Return) akan bergerak maju mundur saat proses penyimpanan
atau pengambilan barang.
3.1.3
Diagram Blok Sistem
Gambar 3.3 Diagram Blok (terlampir)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
56
Penjelasan secara umum perancangan alat ini sebagai berikut :
1. Input data menggunakan barcode scanner.
2. Interface pengolah data (controller) menggunakan LabVIEW.
3. Hardware I/O menggunakan arduino uno.
4. Sensor pendeteksi barang menggunakan fotosensor.
5. Aktuator penggerak menggunakan motor stepper dan motor dc.
3.1.4
Wiring Diagram
Dari penjelasan diagram blok di atas, maka penulis menerjemahkan
dalam perancangan wiring diagram seperti di bawah ini :
Gambar 3.4 Wiring Diagram (terlampir)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
57
Penjelasan konfigurasi Input/Output pada pin Arduino Uno sebagai
berikut :
1. Pin 2 : Motor DC ( Fork Motor ) advance.
2. Pin 3 : Motor DC ( Fork Motor ) return.
3. Pin 4 : N/A.
4. Pin 5 : Fotosensor rak 2.
5. Pin 6 : Fotosensor rak 1.
6. Pin 7 : Fotosensor rak 3.
7. Pin 8 : Fotosensor rak 8.
8. Pin 9 : Fotosensor rak 7.
9. Pin 10 : Fotosensor rak 9.
10. Pin 11 : Fotosensor rak 5.
11. Pin 12 : Fotosensor rak 4.
12. Pin 13 : Fotosensor rak 6.
13. Pin A0 : Motor Stepper ( Lifter Motor ) direction (digital).
14. Pin A1 : Motor Stepper ( Lifter Motor ) step (digital).
15. Pin A2 : Motor Stepper ( Travel Motor ) direction (digital).
16. Pin A3 : Motor Stepper ( Travel Motor ) step (digital).
3.1.5
Perancangan Rangkaian Fotosensor
Pada perancangan fotosensor penulis menggunakan infrared (transmitter),
dan fotodioda (receiver), untuk mendeteksi ada atau tidaknya barang. Output dari
rangkaian fotosensor menjadi input digital untuk arduino sebagai hardware
Input/Output. Adapun output yangdihasilkan berupa tegangan 5V (aktif high “1”)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
58
dan 0V (aktif low “0”). Detail rangkaian dapat dilihat pada gambar di bawah :
Gambar 3.5 Skematik rangkaian fotosensor (terlampir)
Cara kerja rangkaian fotosensor ini cukup sederhana, yaitu seperti konsep
pembagi tegangan. Infrared memancarkan cahaya terus-menerus, dan cahaya
tersebut ditangkap oleh fotodioda. Jika cahaya yang dipancarkan oleh infrared
(transmitter) ditangkap sempurna oleh fotodioda (receiver) artinya tidak ada
barang yang menghalangi, maka resistansi fotodioda kecil, sebaliknya jika
fotodioda (receiver) tidak dapat menangkap cahaya yang dipancarkan oleh
infrared (transmitter) artinya ada barang yang menghalangi, maka resistansi
fotodioda besar atau tak terhingga. Bisa dilihat pada ilustrasi di bawah :
http://digilib.mercubuana.ac.id/
59
Gambar 3.6 Ilustrasi cara kerja rangkaian fotosensor
Fotodioda bisa dianalogikan sebagai resistor variabel yang resistansinya
dapat berubah berdasarkan ada atau tidaknya cahaya yang ditangkap. Oleh
karena itu didapat konsep pembagi tegangan pada rangkaian fotosensor ini,
dimana tegangan output rangkaian fotosensor bisa dikalkulasi menjadi tegangan
input untuk arduino.
Gambar 3.7 Konsep Pembagi Tegangan Fotosensor
http://digilib.mercubuana.ac.id/
60
Dari penjelasan di atas didapat, jika resistansi yang dihasilkan oleh
fotodioda kecil atau mendekati 0 artinya tidak ada barang yang mengahalangi,
maka tegangan output yang dihasilkan sama dengan 0 V mendekati GND dan
input yang dikirim ke arduino adalah 0 V (aktif low). Sebaliknya, jika ada barang
yang menghalangi berarti resistansi yang dihasilkan oleh fotodioda besar atau tak
terhingga artinya ada barang yang menghalangi fotodioda menangkap cahaya,
maka tegangan output yang dihasilkan sama dengan VCC dan input yang dikirm
ke arduino adalah 5 V (aktif high). Dari proses pembagian tegangan ini arduino
mendapat input sinyal berupa sinyal “1” aktif high (tegangan 5V), dan sinyal “0”
aktif low (tegangan 0V), yang sinyal tersebut ditampilkan oleh software
LabVIEW melalui proses interface dalam bentuk indikator yang mengindikasi
ada atau tidaknya barang pada alat penyimpanan dan pengambilan barang
otomatis ini.
3.1.6 Perancangan Rangkaian Motor DC
Perancangan motor DC menggunakan motor CD room dengan
modul driver L298. Modul driver L298 digunakan untuk mengendalikan
motor DC dengan arduino sebagai jembatan Input/Output dikontrol
melalui LabVIEW. Fungsi dari motor DC ini adalah sebagai Fork Motor
yang berjalan maju (advance) dan mundur (return) untuk menyimpan
dan mengambil barang pada rak. Dapat dilihat rangkaian dan skematik
perancangan motor DC di bawah ini :
http://digilib.mercubuana.ac.id/
61
Gambar 3.8 Wiring Diagram Motor DC dengan Arduino
Gambar 3.9 Skematik Perancangan Motor DC
Cara kerja rangkaian tersebut adalah, dengan memberikan input tegangan
5 V (VCC) pada pin ENA (Enable_A) untuk motor 1 (OUT1 dan OUT2) dan pin
ENB (Enable_B) untuk motor 2 (OUT3 dan OUT4), kemudian untuk
menjalankan motor DC dengan memberikan logika aktif high “1” dan aktif low
“0” secara bergantian melalui arduino pada pin IN1 dan IN2 . Pada perancangan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
62
ini, penulis hanya menggunakan 1 motor DC, yang dihubungkan pada pin OUT1
dan OUT2. Adapun untuk konfigurasi pin arduino yang dihubungkan dengan
modul driver L298 ini telah dijelaskan pada pembahasan wiring diagram di atas.
Untuk menjalankan motor DC berjalan maju (advance), yaitu dengan
memberikan logika “1” pada pin IN1 dan logika “0” pada pin IN2 modul driver
L298 melalui arduino. Sebaliknya , jika berjalan mundur (return) dengan
memberikan logika “0” pada pin IN1 dan logika “1” pada IN2. Akan tetapi,
dengan metode tersebut kecepatan motor DC tidak dapat diatur, karena kecepatan
yang digunakan adalah kecepatan maksimum.
Untuk itu mengatur kecepatan motor DC tersebut, penulis menggunakan
PWM (Pulse Width Modulation). Dengan memanipulasi lebar sinyal yang
diberikan ke modul driver L298 untuk mengatur tegangan keluaran pada motor
DC. Kecepatan dapat diatur dengan memberikan resolusi pada PWM, dengan
variasi resolusi sampai dengan 28= 256. Maka untuk menjalankan motor DC,
bukan lagi dengan memberikan logika aktif high “1” dan aktif low “0”, tetapi
dengan memberikan variasi resolusi PWM pada pin IN1 dan IN2.
3.1.7 Perancangan Rangkaian Motor Stepper
Motor stepper pada perancangan ini berjumlah 2 buah yang masingmasing berfungsi sebagai Travel Motor (forward/reverse) dan Lifter Motor
(up/down). Untuk mengendalikan motor stepper menggunakan driver pololu
A4988. Adapun wiring diagram dan skematik dapat dilihat di bawah ini :
http://digilib.mercubuana.ac.id/
63
Gambar 3.10 Wiring Diagram Motor Stepper dengan Arduino
Gambar 3.11 Skematik Rangkaian Motor Stepper
http://digilib.mercubuana.ac.id/
64
Driver pololu A4988 mengendalikan motor stepper yang dapat bergerak
1,8°/step atau dapat dikatakan 200 step setiap satu putaran penuh (360°). Untuk
menjalankan motor stepper ini, yaitu dengan memberikan aliran sinyal pulsa data
pada pin STEP dan DIR modul pololu A4988. Input data yang diberikan pin
STEP adalah jumlah step yang berarti jarak pergerakan motor stepper, dan data
ini sudah terhubung dengan pin DIR yang berarti arah pergerakan motor steeper.
Untuk menggerakan motor stepper dengan pergerakkan clockwise, yaitu dengan
memberikan sinyal pulsa data step positif (+), dan sebaliknya counterclockwise
dengan memberikan sinyal pulsa data step (-). Hal ini, karena di dalam motor
stepper terdapat 2 lilitan yang memerlukan sinyal pulsa yang bergerak dari
positif ke negatif, dan sebaliknya.
http://digilib.mercubuana.ac.id/