bab ii landasan teori

 BAB II DASAR TEORI
BAB II
LANDASAN TEORI
Pada bab ini akan dibahas mengenai teori yang mendukung dalam pembuatan
proyek akhir ini. Adapun materi yang akan dibahas yaitu: robot, mikrokontroller
ATMega 16, ATMega 8, frekuensi radio, transmitter, receiver, motor DC, motor
servo, driver
motor dengan IC L298 dan driver motor dengan relay.
2.1. Robot
Robot adalah sebuah alat mekanik yang dapat melakukan tugas fisik, baik
menggunakan pengawasan dan kontrol manusia, ataupun menggunakan program
yang telah didefinisikan terlebih dulu (kecerdasan buatan). Robot biasanya digunakan
untuk tugas yang berat, berbahaya dan pekerjaan yang berulang. Belakangan ini robot
mulai memasuki pasaran konsumen dibidang hiburan dan alat pembantu rumah
tangga, seperti penyedot debu dan pemotong rumput.
Mobile robot adalah konstruksi robot yang memiliki ciri berupa roda sebagai
aktuator untuk menggerakkan keseluruhan badan robot, sehingga robot tersebut dapat
melakukan perpindahan posisi dari satu titik ke titik lain. Mobile robot ini sangat
disukai bagi orang yang mulai mempelajari robot. Hal ini dikarenakan membuat
mobile robot tidak memerlukan kerja fisik yang berat. Untuk membuat sebuah mobile
robot, yang diperlukan adalah pengetahuan tentang mikrokontroler dan sensor-sensor
elektronik. Sedangkan untuk rangka mobile robot dapat dibuat dengan menggunakan
plywood atau triplek, akrilik dan logam baik aluminium maupun plat besi.
2.2. Mikrokontroller ATmega 16
Mikrokontroler ATMega16 adalah salah satu mikrokontroler CMOS-8bit berdaya
rendah yang termasuk pada tipe AVR dan dilengkapi arsitektur RISC. ATMega16
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
6
BAB II DASAR TEORI
mampu mengeksekusi intruksi hanya dalam sebuah siklus clock dan mencapai 1
MIPS/MHz. Sehingga penggunaan daya dan kecepatan proses dapat lebih optimal.
Gambar dibawah ini menunjukan diagram blok ATMega16. Gambar 2.1 dibawah ini
menunjukan blok diagram ATMega16.
Gambar 2.1 Diagram Blok ATMega16
Dari Ganbar tersebut dapat diketahui bahwa inti AVR adalah menggabungkan
kekayaan intruksi dengan 32 register kerja serba guna yang terhubung langsung
dengan ALU. Hal tersebut memungkinkan dua buah register mandiri terakses dengan
sebuah instruksi dalam satu siklus clock.
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
7
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.2 Konfigurasi pin ATMega16
Berikut ini adalah fitur-fitur yang dimiliki mikrokontroler ATMega16:
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.
2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga buah timer/counter dengan kemampuan pembandingan.
4. CPU yang terdiri atas 32 register.
5. Watchdog timer dengan osilator internal.
6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memory Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write.
8. Unit interupsi internal dan eksternal.
9. Port antarmuka SPI.
10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
11. Antarmuka komparator analog.
12. Port USART untuk komunikasi serial.
13. Serial TWI atau I2C
Prototipe robot pemindah gelas kimia menggunakan pengendali PC melalui
komunikasi nirkabel dengan fasilitas kamera ini menggunakan mikrokontroler yang
berfungsi untuk memproses semua data yang masuk dari rangkaian receiver dan
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
8
BAB II DASAR TEORI
memerintahkan
kepada robot untuk bertindak sesuai dengan informasi yang
didapatkan dari PC. Selain itu, mikrokontroler digunakan untuk mengatur gerakan
roda pengerak robot dan juga mengendalikan penggerak gripper.
2.3. Mikrokontroller ATmega 8
Mikrokontroler
ATMega
8
merupakan
mikrokontroler
CMOS
8-bit
berarsitektur
AVR RISC yang memiliki 8 KBytes In-System Programmable Flash.
Mikrokontroler dengan konsumsi daya rendah ini mampu mengeksekusi instruksi
dengan kecepatan maksimum 1 MIPS/MHz. Selain itu mikrokontroler ATmega8
memiliki ADC 10 bit sebanyak 6 saluran.
Gambar 2.3 Diagram Blok ATMega8
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
9
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.4 Konfigurasi pin ATMega8
Fitur-fitur yang dimiliki oleh ATMega8, yaitu:
1. Saluran I/O sebanyak 23 buah, yaitu Port B (8 pin), Port C (7 pin), dan
Port D (8 pin).
2. ADC 10 bit sebanyak 6 saluran.
3. CPU yang terdiri atas 32 register.
4. Watchdog timer dengan osilator internal.
5. SRAM sebesar 1 Kbyte.
6. Unit interupsi internal dan eksternal.
7. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
8. RC osilator internal yang dapat dikalibrasi
9. Lima mode Sleep
Dalam perancangan alat ini, mikrokontroller ATMega8 digunakan sebagai
pengolah data dari input PC yang berupa kode ASCII menjadi data biner paralel 4 bit.
Data biner paralel 4 bit ini akan diteruskan ke Encoder untuk diolah menjadi data
serial.
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
10
BAB II DASAR TEORI
2.4. Frekuensi
Radio
Frekuensi radio merupakan suatu sinyal arus bolak-balik frekuensi tinggi dengan
range antara
9 kHz-300 GHz yang berjalan terus pada suatu konduktor dan kemudian
diradiasikan
ke udara melalui sebuah antenna. Antena tersebut selanjutnya akan
mengubah suatu sinyal kabel menjadi sinyal wireless dan vice versa. Ketika sinyal
AC frekuensi tinggi diradiasikan ke udara, maka akan membentuk gelombang radio.
Gelombang radio ini akan menjauh dari sumber ( antena) pada suatu garis lurus di
segala jurusan
dengan segera. Panjang gelombang dari frekuensi radio tersebut dapat
dihitung dengan rumus berikut:
dimana :
λ = panjang gelombang (m)
c = kecepatan cahaya (3 x 108 m/s)
f = frekuensi (Hz)
2.5. Transmitter
Transmitter adalah rangkaian pengirim data yang mengirimkan data ke receiver,
dimana pada alat ini difungsikan sebagai pengirim data dari PC sebagai input
pengendali sistem robot pada jarak jauh. Transmitter ini terdiri dari modul RF
transmitter, encoder dan antena. Berikut ini adalah Diagram Blok dari transmitter.
Antenna
INPUT
ENCODER
RF
TRANSMITTER
Gambar 2.5 Diagram Blok Rangkaian Transmitter
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
11
BAB II DASAR TEORI
2.5.1. Modul RF Transmitter
Modul RF transmitter TLP 315 adalah modul pengirim data dengan media
pengiriman
data melalui gelombang radio yang frekuensi kerjanya telah ditetapkan
yaitu 315 MHz. Data yang dikirimkan adalah data serial yang diterima dari
Encoder.
Gambar 2.6 TLP 315 MHz
2.5.2. Encoder
Encoder merupakan sebuah komponen yang mampu menyandikan
informasi yang terdiri dari N bit address dan 12-N bit data. Setiap address/data
masukan dapat diset terhadap salah satu keadaan logic (‘1’atau’0’). Address/data
yang telah disandikan itu akan dikirimkan melaui frekuensi radio atau infra merah.
Encoder dapat mengubah data parallel menjadi data serial, sehingga data serial ini
dapat dikirimkan oleh modul RF transmitter TLP 315. IC ini dapat mengubah data
parallel 4 bit menjadi data serial, IC ini memiliki 8 address dan dapat mengirimkan
4 bit data. Pada alat ini encoder yang digunakan yaitu IC HT12E. Konfigurasi pin
IC HT12E dapat dilihat pada Gambar 2.7.
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
12
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.7 Kofigurasi pin IC HT12E
Agar transmisi data dapat dilakukan, pin TE harus diberi logic 0.
Berdasarkan datasheet, terdapat beberapa angka maksimum mutlak untuk
HT12E, angka-angka tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Angka maksimum mutlak encoder HT12E
Encoder
HT12E
Tegangan
Supply (V)
-0.3 s.d 13
Tegangan
Masukan
Vss-0.3 s.d
Vdd+0.3V
Suhu
penyimpanan
-50°C s.d
125°C
Suhu
Operasi
-20°C s.d
75°C
2.6. Receiver
Receiver adalah rangkaian yang berfungsi sebagai penerima data yang dikirim
dari transmitter dan output dari receiver ini akan menjadi input bagi mikrokontroler
Atmega 16. Receiver ini terdiri dari modul RF receiver, decoder dan Antena. Berikut
ini adalah diagram blok dari receiver.
Antena
RF
RECEIVER
DECODER
OUTPUT
Gambar 2.8 Diagram Blok Rangkaian Receiver
2.6.1. Modul RF Receiver
Modul RF receiver RLP 315 adalah modul penerima data yang menerima
data dari modul RF transmitter TLP 315 dengan frekuensi 315 MHz. Data yang
diterima adalah data serial, kemudian data ini diubah oleh decoder.
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
13
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.9 RLP 315 MHz
2.6.2. Decoder
Decoder merupakan komponen yang mempunyai kemampuan untuk
menerjemahkan
kembali informasi yang sebelumnya telah ditransmisikan melalui
frekuensi radio atau infra merah. Informasi ini terdiri dari N bit dari address dan
12-N dari data. Decoder ini merupakan pasangan dari Encoder yang telah
dijelaskan sebelumnya dimana dalam sistem operasinya sepasang EncoderDecoder harus memiliki address yang sama. Data yang diubah adalah data yang
diterima dari modul receiver RLP 315. Data paralel ini kemudian diolah oleh
mikrokontroler. Decoder menerima informasi address dan data dari receiver yang
sebelumnya telah disandikan oleh encoder dan telah ditransmisikan melalui media
frekuensi radio atau infra merah.
Pada alat ini decoder yang digunakan yaitu IC HT12D. Konfigurasi pin IC
HT12D dapat dilihat pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Konfigurasi pin IC HT12D
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
14
BAB II DASAR TEORI
Berdasarkan datasheet, IC HT12D
memiliki beberapa angka maksimum
mutlak yaitu :
Tabel 2.2 Angka maksimum mutlak decoder HT12D
Decoder
HT12D
Tegangan
Supply
-0.3V s.d
13V
`Tegangan input
Vss-0.3V s.d
Vdd+0.3V
Suhu
Penyimpanan
-50°C s.d
125°C
Suhu
operasi
-20°C
s.d 75°C
2.7. Driver Motor
2.7.1. Driver Motor dengan IC L298
Driver motor merupakan rangkaian yang berfungsi untuk mengatur arah
putaran dan kecepatan motor DC. Driver motor ini dihubungkan dengan
mikrokontroller ATMega16 untuk menerima instruksi apa yang harus dilakukan
oleh motor DC. Driver motor yang digunakan pada alat ini yaitu driver yang
sudah terintegrasi dalam sebuah IC L298. IC L298 dapat mengatur 2 buah motor
DC dengan arus maksimum masing-masing motor mencapai 1 A.
Gambar 2.11 IC Driver Motor L298
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
15
BAB II DASAR TEORI
Gambar 2.12 Diagram Blok IC L298
2.7.2. Driver Motor dengan Relay
Relay merupakan perangkat elektronika yang berfungsi untuk memutuskan
atau menghubungkan suatu jalur aliran listrik. Prinsipnya relay merupakan tuas
saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) didekatnya. Ketika
solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang
terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Secara umum
susunan kontak relay terdiri dari:

Normally Open (NO) : keadaan kontak terbuka pada saat relay tidak
dialiri arus.

Normally Close (NC) : keadaan kontak menutup pada saat relay
tidak dialiri arus.
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
16
BAB II DASAR TEORI
V motor
V coil
V coil
CO
NO
Diode
NO
COM
CO
NC
CO
Motor
Diode
COM
NC
CO
Input dari
Mikrokontroller
Input dari
Mikrokontroller
NPN
NPN
RB
RB
RE
RE
Gambar 2.13 Rangkain Driver Motor dengan Relay
2.8. Aktuator
2.8.1. Motor DC
Motor DC adalah motor yang memerlukan supply tegangan searah pada
kumparan jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik.
Prinsip kerjanya, kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan
medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu.
Konverter energi baik energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun
sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator) berlangsung
melalui medium medan magnet. Energi yang akan diubah dari suatu sistem ke
sistem yang lain, sementara akan tersimpan pad medium medan magnet untuk
kemudian dilepaskan menjadi energi system lainya. Jadi, medan magnet disini
selain berfungsi sebagi tempat penyimpanan energi juga sekaligus proses
perubahan energi, dimana proses perubahan energi pada motor arus searah dapat
digambarkan pada gambar berikut :
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
17
BAB II DASAR TEORI
Energi Listrik
Medan Magnet
Energi Mekanik
Gambar 2.14 Proses Konversi Energi pada Motor DC
2.8.2. Motor Servo
Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW)
dimana
arah pergerakan rotornya dapat dikendaikan hanya dengan memberikan
pengaturan duty cicle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya. Secara garis
besar ada 2 jenis motor servo, yaitu motor servo standar 1800 dan motor servo
Continuous. Pada proyek akhir ini, motor servo yang digunakan adalah motor
servo standar 1800 yang mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) dengan
defleksi masing-masing sudut mencapai 900 sehingga total defleksi sudut dari
kanan ke tengah dan ke kiri adalah 1800.
Gambar 2.15 Motor Servo Standar 1800
2.9. Catu Daya
Catu daya yang digunakan pada proyek akhir ini adalah sebuah akumulator atau
aki. Aki atau Storage Battery adalah sebuah sel atau elemen sekunder dan merupakan
sumber arus listrik searah yang dapat mengubah energy kimia menjadi energy listrik.
Aki termasuk elemen elektrokimia yang dapat mempengaruhi zat pereaksinya,
sehingga disebut elemen sekunder. Jenis aki yang digunakan adalah aki kering. Aki
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
18
BAB II DASAR TEORI
kering merupakan bentuk pengembangan dari aki basah yang sudah lama dikenal
konsumen. Perbedaan fisik yang langsung terlihat adalah pada warna wadah yang
gelap / tidak transparan dan tidak adanya lubang-lubang untuk mengisi air aki. Cairan
berbentuk gel digunakan sebagai pengganti cairan elektrolit. Gel ini sangat minim
tingkat penguapannya dan pada saat menguap pun, uap tersebut tidak dibuang keluar
wadah,tetapi masuk lagi ke dalam wadah (Maintenance Free).
Gambar 2.16 Aki Kering
2.10. Perbandingan Proyek Akhir
Robot yang akan direalisasikan untuk proyek akhir ini merupakan hasil tinjauan
dari proyek akhir yang telah dibuat, yaitu “Sistem Kontrol Prototipe Robot Pemindah
Tabung Melalui Komunikasi Tanpa Kabel” yang dirancang oleh Benfany Aditia
(2010) dan “Prototipe Robot Pemindah Kotak Komponen Menggunakan Komunikasi
Tanpa Kabel” yang dirancang oleh Dadin dan Ihsan Maulana (2011).
Dengan
menjadikan kedua robot tersebut sebagai referensi, diharapkan kekurangan yang ada
pada robot tersebut dapat diminimalisasi dan mampu menampilkan kelebihan yang
maksimal. Salah satu kelebihan dari robot yang akan dirancang adalah
pengendaliannya yang menggunakan PC dan dilengkapi sebuah kamera yang akan
mengirimkan gambar ke PC.
Berikut ini tabel perbandingan antara tugas akhir sebelumnya dengan rencana
tugas akhir yang telah dibuat.
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
19
BAB II DASAR TEORI
Tabel 2.3 Tabel perbandingan proyek akhir sebelumnya dengan tugas akhir yang dirancang
SISTEM KONTROL
PROTOTIPE ROBOT
PEMINDAH TABUNG
MELALUI
KOMUNIKASI
TANPA KABEL
Benfany Aditia (2007)
PROTOTIPE ROBOT
PEMINDAH KOTAK
KOMPONEN MENGGUNAKAN
KOMUNIKASI TANPA KABEL
(BAGIAN AKTUATOR)
Dadin dan Ihsan Maulana(2008)
PROTOTIPE ROBOT
PEMINDAH GELAS
KIMIA MENGGUNAKAN
PENGENDALI PC
MELALUI KOMUNIKASI
NIRKABEL DENGAN
FASILITAS KAMERA
1.
2.
3.
Input: Joy stick
SARAN :
Perancangan mekanik yang
lebih
baik,
dengan
menempatkan baterai serendah
mungkin pada bagian robot,
sehingga tidak menimbulkan
efek
kelembaman
saat
kecepatan robot beralih dari
cepat ke kondisi berhenti.
Mengangkat beban yang lebih
berat, dengan menggunakan
jenis motor yang memiliki
torsi lebih besar seperti motor
dc jenis worm gear. selain itu
merubah sistem pengangkatan
gripper dengan sistem mekanik
yang lebih handal.
Dapat ditambahkan kamera
sehingga gerakan robot dapat
di control dari tempat lain.
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
1.
2.
3.
Line Follower
SARAN :
Gunakan sistem kendali PI, PD,
PID dalam proses pengendalian
navigasi robot.
Sebaiknya digunakan kamera
sebagai sensor pendeteksi kotak
komponen dan pendeteksi garis,
karena dengan menggunakan
photodiode masih terpengaruhi
oleh pencahayaan dari luar yang
kurang stabil.
Menambah pergerakan gripper
untuk pengambilan benda yang
tidak hanya satu posisi pada
satu lokasi dan menambahkan
penampang pada robot agar
robot dapat membawa kotak
komponen lebih dari satu.
Input : PC
PLAN :
1. Kontrol dari PC.
Pergerakan robot
dikontrol menggunakan
PC. Komunikasi yang
digunakan yaitu
komunikasi Radio
Frekuensi (RF).
2. Kamera
Kamera digunakan untuk
control user
mengendalikan gerak
robot dan melihat objek.
3. User bisa mengendalikan
robot tanpa harus melihat
robot.
20