PENGENDALI MOTOR SERVO DC STANDARD DENGAN

PENGENDALI MOTOR SERVO DC STANDARD DENGAN BERBASIS MIKROKONTROLER AVR
ATMEGA8535
Purwanto
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, Margonda Raya 100 Depok 16424 telp
(021) 78881112, 7863788
Tanggal Pembuatan : 15 Oktober 2009
Sebuah pengendali motor servo DC standar jarak jauh dengan mikrokontroler AVR ATmega8535 yang
akan digunakan untuk mengemudikan roda depan robot mobil dengan menggunakan motor servo DC standar.
Perancangan menggunakan mikorokontroler AVR ATmega8535 sebagai pengendali kerja dengan masukan
dari tegangan yang di timbulkan oleh potensiometer dimana setir di gunakan sebagai pengerak potensiometer. Untuk
pengirim dan penerima jarak jauh menggunakan RF (radio frekwensi) Yishi 1020 yang terhubung dengan
mikrokontroler. Sinyal kendali yang ditimbulkan oleh tegangan potensiometer diproses oleh mikrokontroler
dikirimkan ke penerima untuk menggerakan motor servo. Gerakan motor servo ini digunakan untuk menggerakan
piringan. Posisi sudut piringan di ubah menjadi tegangan yang di timbulkan oleh potesiometer, dimana gerakan
potensiometer mengikuti gerakan piringan pada motor servo. Besar sudut piringan pada motor servo DC standar di
tampilkan pada seven segment yang merupakan hasil pergerakan.
Dari hasil pengujian di dapat bahwa alat pengendali motor servo berfungsi dengan baik namun masih
terdapat kekurangan pada ketepatan perputaran antara setir dengan motor.
1. PENDAHULUAN
Seiring dengan perkembangan teknologi
yang semakin pesat. Dimana peran manusia
digantikan dengan mesin atau robot dalam melakukan
suatu pekerjaan. Pengendalian motor servo DC
standart ini banyak digunakan untuk pengendalian
robot sebagai pengerak. Seperti pengerakan robot
beroda dan robot berkaki yang menggunakan banyak
motor servo yang dikendalikan dalam sistem kontrol.
Akan tetapi permasalahan yang muncul saat ini
bagaimana cara mengendalikan motor servo. Salah
satu dengan
penggunaan mikrokontroller yang
memungkinkan untuk membuat sistem kendali yang
bisa didesain dan di program sendiri (custom made)
sesuai spesifikasi alat yang akan dibuat atau kendali
yang dibutuhkan. Karena kemampuan mikrokontroler
yang tinggi, bentuknya yang kecil, konsumsi daya
yang rendah dan harga yang murah maka
mikrokontroler begitu banyak digunakan mulai dari
mainan anak-anak, perangkat elektronik rumah
tangga, perangkat pendukung otomotif, peralatan
telekomunikasi sampai dengan pengendali robot serta
persenjataan militer.
hal ini memberikan ide bagi penulis untuk
menciptakan suatu alat pengendali motor servo DC
standart dengan berbasis mikrokontroler avr
atmega8535 yang akan direcanakan untuk
pengendalian robot mobil untuk memutarkan roda
depen robot mobil agar dapat berputar ke kanan dan
ke kiri. Dengan batas perputar 180 derajat, ke kanan
90 derajat dan ke kiri 90 derajat.
2. LANDASAN TEORI
Mikrokontroler
merupakan
suatu
komponen
elektronika yang didalamnya terdapat rangkaian
mikroprosesor, memori (RAM/ROM) dan I/O,
rangkaian tersebut terdapat dalam level chip atau
biasa disebut single chip microcomputer. Pada
Mikrokontroler sudah terdapat komponen-komponen
mikroprosesor dengan bus-bus internal yang saling
berhubungan. Komponen-komponen tersebut adalah
RAM, ROM, timer,komponen I/O paralel dan serial,
dan interrupt kontroler.
Adapun keunggulan dari Mikrokontroler
adalah adanya sistem interrupt. Sebagai perangkat
kontrol penyesuaian, mikrokontroler sering disebut
juga untuk menaikkan respon eksternal (interrupt)
pada waktu yang nyata. Perangkat tersebut harus
melakukan hubungan switching cepat, menunda satu
proses ketika adanya respon eksekusi yang lain.
2.1
Mikrokontroler AVR ATMEGA8535
Mikrokontroler AVR memilki arsitektur
RICS 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam
kode 16-bit dan sebagian besar
adalah IC
mikrokontroler dengan tegangan rendah, teknologi
terbaru dari PEROM (Programable Erase Read Only
Memory). Alat ini dibuat oleh ATMEL dengan
tingkat ketelitian tinggi.
2.2 Penjelasan Fungsi
AVR ATMEGA8535
Pin
Mikrokontrtoller
Mikrokontroller ini memiliki 40 konfigurasi
pin seperti digambarkan pada Gambar 2.1. Fungsi
dari tiap-tiap pin dapat dikelompokkan menjadi
sumber tegangan, kristal, kontrol dan input-output.
Disamping itu Mikrokontroler ini dapat
ditambahkan sebuah minimum memori eksternal atau
komponen eksternal lain. Dari kedelapan line dapat
digunakan sebagai suatu unit yang berhubungan ke
perangkat parallel seperti printer, pengubah digital ke
analog, dan sebagainya, atau tiap line dapat
mengoperasikan sendiri ke perangkat single bit
seperti saklar, LED, transistor, solenoid, motor, dan
speker.
Gambar 2.1 .Konfigurasi Kaki IC Mikrokontroler
AVR ATMEGA8535
Berikut adalah penjelasan fungsi tiap kaki
yang biasa ada pada seri mikrokontroler AVR
Atmega8535 yaitu :
A. Pin 1 sampai 8
Ini adalah port B yang merupakan 8-bit port
I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan memberi
arus 20mA dan dapat mengendalikan display
LED secara langsung. Data Direction Register
port B (DDRB) harus disetting terlebih dahulu
sebelum port B digunakan. Bit – bit DDRB diisi
0 jika ingin memfungsikan pin – pin port B yang
bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika
sebagai output. Pin- pin port B juga memiliki
untuk fungsi -fungsi alternative khusus seperti
yang terdapat dalam table berikut :
Tabel 2.1 Fungsi – fungsi Alternatif port B
Port pin
PB0
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
PB6
PB7
B.
Fungsi Alternatif
T0 = timer/counter 0 external counter input
T1 = timer/counter 0 external counter input
AIN0 = analog comperator positif input
AIN1 = Analog comperator negative input
SS = SPI slave input
MOSI = SPI bus master output/ slave input
MISO = SPI bus master input / slave output
SCK = SPI bus serial clock
Pin 9
Merupakan masukan reset (aktif tinggi), pulsa
transisi dari rendah ke tinggi akan me-reset
Mikrokontroler ini.
C. Pin 10
Merupakan positif sumber tegangan yang diberi
symbol VCC.
D. Pin 11
Merupakan ground sumber tegangan yang diberi
simbol GND.
E. Pin 12 dan 13
Ini merupakan masukan ke penguat osilator
berpenguat tinggi. Pada Mikrokontroler in
memiliki seluruh rangkaian osilator yang
diperlukan pada serpih yang sama (on chip)
kecuali rangkaian kristal yang mengendalikan
frekuensi osilator. Karenanya 18 dan 19 sangat
diperlukan untuk dihubungkan dengan kristal.
Selain itu XTAL 1 dapat juga sebagai input
untuk inverting osilator amplifier dan input ke
rangkaian internal clock sedangkan XTAL 2
merupakan output dari inverting oscillator
amplifier. Pin ini juga sebagai masukan clock
eksternal. Suatu untuk mengeksekusi instruksi
yang ada di memori. Semakin tinggi nilai
kristalnya, maka semakin cepat mikrokontroler
tersebut.
F. Pin 14 sampai 21
Ini adalah port D yang merupakan 8-bit port
I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan memberi
arus 20mA dan dapat mengendalikan display
LED secara langsung. Data Direction Register
port D (DDRD) harus disetting terlebih dahulu
sebelum port D digunakan. Bit – bit DDRD diisi
0 jika ingin memfungsikan pin – pin port B yang
bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika
sebagai output. Pin- pin port B juga memiliki
untuk fungsi -fungsi alternative khusus seperti
yang terdapat pada Tabel 2.2 :
port A juga merupakan untuk masukan sinyal
analog bagi A/D converter
Tabel 2.2 Funsi – fungsi Alternatif port D
Port Pin
Funsi Alternatif
PD1
RDX (UART input line)
PD2
TDX (UART output line)
PD3
INT0 ( external interrupt 0 input )
PD4
INT1 ( external interrupt 1 input )
PD5
OC1B ( Timer / counter1 output
compareB match output)
OC1A ( Timer / counter1 output
compareA match output)
ICP ( Timer / counter1 input capture pin)
PD6
PD7
PD8
G.
H.
I.
J.
H.
OC2 ( Timer / Counter2 output compare
match output)
Pin 22 sampai 29
Ini adalah port C yang merupakan 8-bit port
I/O.
Setiap pinnya dapat menyediakan
memberi arus 20mA dan dapat mengendalikan
display LED secara langsung. Data Direction
Register port C (DDRC) harus disetting
terlebih dahulu sebelum port C digunakan. Bit
– bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan
pin – pin port C yang bersesuaian sebagai
input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain
itu, dua pin port C (PC6 dan PC7 ) juga
memiliki fungsi alternative sebagai oscillator
untuk timer / counter 2.
Pin 30
Merupakan masukan tegangan untuk ADC.
Pin 31
Merupakan ground sumber tegangan yang
diberi simbol GND sama dengan pin 11.
Pin 32
Adalah AREF yang merupakan masukan
referensi bagi A/D converter. Untuk
operasionalisasi ADC, suatu level tegangan
antara AGDN dan Avcc.
Pin 33 sampai 40
Ini adalah port A yang merupakan 8-bit port
I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal
pull-up resistor (dapat diatur per bit ). Output
buffer port A dapat memberi arus 20mA dan
dapat mengendalikan display LED secara
langsung. Data Direction Register port A
(DDRA) harus disetting terlebih dahulu
sebelum port A digunakan. Bit – bit DDRA
diisi 0 jika ingin memfungsikan pin – pin port
A yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1
jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin
2.3
Penerima Data Frekuensi Radio [8]
Gambar 2.2 Yishi-1020 (Radio Frekuiensi)
Modul Low power RF seri YS-1020 didesain
untuk sistem pentransmisian data tanpa kabel bagi
professional dalam jarak pendek. Ys-1020
mengadopsi IC Chipeon CC1020RF, bekerja pada
aliran pita frekuensi, penerima dan pentransmisi yang
sudah terintegrasi pada modul. Alat ini langsung
dapat dihubungkan dengan prosesor monolithic, pc,
perangkat RS485, dan komponen UART dengan RS232, RS-485 dan UART/TTL port level interface.
Menghubungkan data secara transparan dan desain
untuk menangani temperatur pada banyak aplikasi
industri baik ruangan tertutup atau terbuka.
1. Fitur Utama Produk:
a. Menggunakan
Frekuensi
pembawa:
433/450/868Mhz atau pilihan lainnya
b. Perangkat
penghubung:
RS-232/RS485/TTL
c. Mendukung banyak saluran komunikasi: 8
saluran, dapat diperluas untuk 16/32 saluran
d. Baud-rate
di
udara:
1200/2400/4800/9600/19200/38400bps,
Pengiriman data secara transparan: apa yang
telah diterima persis dengan apa yang
dikirim, cocok dengan standarisasi atau
bukan standarisasi protokol pengguna
e. Format penghubung: ketetapan untuk
pengguna 8N1/8E1/801, atau disesuaikan
dengan format penghubung lainnya
f. Pemodulasian: GFSK. Berdasarkan pada
modulasi GFSK, tahan terhadap gangguan
yang besar dan Bit Error Rate yang rendah
g. Half duplex: penggabungan untuk penerima
dan pengirim yang menjadi satu didalam
satu alat, kemampuan merubah dengan
sendirinya untuk menerima dan mengirim
selama 10ms
Penggunaan daya yang rendah dan fungsi
terjaga
Batas temperatur : -35 derajat celsius sampai
75 derajat celsius (-31 ~ 167 F)
Batas kelembaban: 10% ~ 90% kelembaban
relatif tanpa pengembunan
Besar hambatan: 50Ω
Disahkan dengan EN 300220 dan ARIB
STD-T67
Potensiometer jarang digunakan untuk
mengendalikan daya tinggi (lebih dari 1 Watt) secara
langsung. Potensiometer digunakan untuk menyetel
taraf isyarat analog (misalnya pengendali suara pada
peranti audio), dan sebagai pengendali masukan
untuk sirkuit elektronik. Sebagai contoh, sebuah
peredup lampu menggunakan potensiometer untuk
menendalikan pensakelaran sebuah triac, jadi secara
tidak langsung mengendalikan kecerahan lampu.
2. Daerah pengaplikasian:
a. Otomatisasi pembaca meteran
b. Sambungan tanpa kabel: POS, PDA
c. Tampilan gambar elektronik tanpa kabel,
tampilan LED
d. Remote Control tanpa kabel, penangkap
situasi lingkungan, sistem telemetri
e. Sistem pengecekan kehadiran, sistem tataanantian dan posisi keberadaan batu-bara pada
penambangan batu-bara
Potensiometer yang digunakan sebagai
pengendali volume kadang-kadang dilengkapi dengan
sakelar yang terintegrasi, sehingga potensiometer
membuka sakelar saat penyapu berada pada posisi
terendah.
h.
i.
j.
k.
l.
3. Spesifikasi
a. Daya untuk RF: ≤10mW/10dBm
b. Arus yang diterima: ≤25mA
c. Arus mengirim: ≤40mA
d. Arus sleep mode: ˂20µA
e. Suplai daya: Tegangan DC 5V atau 3.3V
f. Sensitivitas dalam menerima : -115 dBm
(@9600bps)
-120 dBm
(@1200bps)
g. Ukuran: 47mm x 26mm x 10mm (tanpa
antenna)
h. Jangkauan :
1. ≤0.5m
(BER=10-3@9600bps,
saat
antena berada 2 meter diatas permukaan
tanah pada area terbuka)
2. ≤0.8m
(BER=10-3@1200bps,
saat
antena berada 2 meter diatas permukaan
tanah pada area terbuka)
2.3 Potensiometer
Potensiometer adalah resistor tiga terminal
dengan sambungan geser yang membentuk pembagi
tegangan dapat disetel. Jika hanya dua terminal yang
digunakan (salah satu terminal tetap dan terminal
geser), potensiometer berperan sebagai resistor
variabel atau Rheostat. Potensiometer biasanya
digunakan untuk mengendalikan peranti elektronik
seperti pengendali suara pada penguat. Potensiometer
yang dioperasikan oleh suatu mekanisme dapat
digunakan sebagai transduser, misalnya sebagai
sensor joystick.
Gambar 2.3 Potensiometer
Motor servo pada dasarnya adalah motor dc
dengan kualifikasi khusus yang sesuai dengan
aplikasi “sevosing” didalam teknik control. Dalam
kamus Oxfrod istilah “servo” diartikan sebagai “ a
mechanism that control a large mechanism “.tidak
ada sepisi baku yang disepakati untuk menyatakan
bahwa suatu motor dc adalah motor servo. Namun
secara umum dapat difinisikaan bahwa motor harus
memilki kemampuan yang baik dalam mengatasi
perubahan yang cepat dalam posisi dan kecepatan.
Motor servo juga dikehendaki handal dalam
beroperasi dalam lingkup torsi yang berubah berubah. Berapa tipe motor yang dijual dengan paket
rangkaian drivernya telah memiliki rangkaia control
kecepatan yang menyatu didalamnya. Putaran motor
tidak lagi berdasarkan tegangan supplay ke motor,
namun berdasarkan tegangan input khusus yang
berfungsi sebagai referensi kecepatan output.
Motor servo merupakan motor yang diatur
dan dikontrol menggunakan pulsa. Motor standard ini
memiliki tiga posisi yaitu posisi 0 derajat, posisi 90
derajat, dan posisi 180 derajat. Poros motor servo
biasanya dihubungkan dengan suatu mekanisme
sehingga dapat membuat / mengontrol pergerakan
roda depan pada sebuah mobil mainan. Pada saat
poros pada posisi 0 dearjat, maka roda mobil mainan
akan bergerakan kekiri, jika posisi poros pada 90
derajat, maka roda depan mobil maianan akan lurus,
sedangkan jika posisi 180 derajat, maka roda depan
mobil akan berbelok kekanan.
Gambar 3.1 Blok Diagram Pengendali Motor Servo
Gambar 2.4 Pemberian Pulsa Untuk Perputaran
Motor Servo
Karena ada tiga posisi utama seperti yang
dijelaskan diatas maka dibuatlah secara khusus
mengatur motor srvo tersebut, dengan cara
memberikan pulsa digital dengan lebar yang
berbeda – beda. Jika diberikan pulsa dengan lebar
1.5ms maka motor servo akan berputar 90 derajat,
pulsa dengan 1.75ms akan membuat motor servo
menuju 180 derajat, sedangkan pulsa dengan lebar
1.25ms akan membut motor servo bergerak menuju
0 derajat, motor servo tersebut disebut Motor servo
standard yang memiliki batas, hal ini menyebabkan
poros servo tidak berputar 360 derajat, sedangkan
motor servo continous jika diberi puls 1.25ms akan
berputar CW dan sedangkan jika diberi 1.75ms
maka akan berputar CCW dan juga bila diberi
1,5ms motor servo kan diam tidak bergerak. Pada
dasarnya motor servo continous akan berputar 360
derajat.
Dalam diagram pengendali closed loop,
output dari proses (variable control) secara terus
menerus dikendalikan oleh setir. Setir mencuplik
output sistem dan mengubah hasil pengukuran ini
menjadi dalam bentuk sudut
Gambar 3.2 Blok diagram Sistem pengendalian
closed loop
Dispesifikasi pada gambar3.2 R(s) adalah sinyal
masukan , C(s) adalah sinyal keluaran, E(s) adalah
sinyal internal dan G(s) dan H(s) adalah Fungsi alih.
Untuk sinyal masukan R(S) dapat dirumuskan :
Vo = R1.Vcc / Rt
R(s) = Vo
Gambar 2.5 Motor Servo
3. PERANCANGAN ALAT
Perancangan sistem alat Pengendali Motor
Servo DC standar jarak jauh dengan berbasis
mikrokontroler. Pada Gambar 3.1, akan dijelaskan
setiap blok rangkaian, di dalamnya terdapat berbagai
macam elemen yaitu Setir, Motor Servo, Display,
Sensor, Transmitter–Receiver Dan Mikrokontroler.
Gambar 3.3 Motor Servo
Pada gambar 3.3 adalah sebauh rangkain
dalam motor servo karena motor servo di dalam ya
adalah motor DC sehingga dapat ditentukan : ea (t)
adalah tegangan armature , yang dianggap sebagai masukan
sistem . sehingga dapat di rumus kan sinyal internal
G(s) adalah
Ea(s) = (Lms + Rm) Ia(s) +Em(s)
Ia(s) = Ea(s) – Em(s) / Lms + Rm
Karena Fluks diasumsikan kostanta. Sehingga Torsi
dapat dirumuskan :
T(s) = Kτ. Ιa(s)
Persamaan akhir diturunkan dari penjumlahan torka –
torka pada amatur motor. Pada gambar momen
inersia J meliputi semua inersia yang dihubungkan
keporos motor, dan B meliputi gesekan udara dan
gesekan bantalan poros dan dirumuskan
T(s) = ( Js2 + Bs) θ(s)
Penyelesaian persamaan ini untuk sudut poros motor
menghasilkan rumus
θ(s) = T(s) / Js2 + Bs
C(s) = Θ(s)
Dimana Sensor posisi adalah Fungsi ahli H(s),
resistor dapat mengukur baik tranlasi maupun rotasi,
R1 adalah fungsi dari posisi, Persamaan yang didapat
diaplikasikan untuk pengukuran posisi lateral atau
sudut, dan melalui cara pembagi tegangan
Vo = R1 .Vcc / RT
Gambar 3.4. Rangkaian Mikrokontroler AVR
ATmega8535
Tabel 3.1 Penggunaan Port Mikrokontroller 1
Port
PortC.0
Input/Outpu
t
Output
Input / Output
Interfac
e
Seven
Segment
TX – RX
Input
Setir
e(t) = Vo
Dengan e(t) = adalah keluaran sensor .E adalah
tegangan dc yang diberikan, dan R1(t) adalah
perbandingan dengan perpindahan. Secara normal,
resistasi R1 adalah Fungsi linear terhadap perpindahan
, karena itu e(t) berbanding
langsung dengan
perpindahan
e(t) = kΘ Θ(t)
H(s) = e(t)
persamaan gambar 3.2 dapat dirumuskan :
C(s) = G(s)R(s) – G(s)C(s)H(s)
Sehingga didapat persamaan:
C(s) = G(s)R(s) / 1+ G(s)H(s)
3.1
Rangkaian Mikrokontroler
Rangkaian mikrokontroler merupakan blok
kendali dari alat, karena seluruh proses input dan
outputnya dilakukan pada blok rangkaian ini. Untuk
lebih jelasnya blok rangkaian lengkap dari
mikrokontroler ATM8535. Blok mikrokontroler ini
berfungsi sebagai pengaturan kerja alat agar dapat
bekerja secara sistematis. Hasil keluaran dari blok
setir dikirim ke mikrokontroler untuk diproses,
setelah proses, mikrokontroler mengirimkan data ke
blok keluaran untuk mengaktifkan blok keluaran
tersebut. Pada perancangan alat ini digunakan
PortC, PortA, PortD dan PortB. Untuk lebih jelasnya
penggunaan Port mikrokontroller terlihat seperti
Tabel 3.1 dan Tabel 3.2
Gambar blok rangkaian mokrokontroler
ATM8535 dapat diperlihatkan pada Gambar 3.4
PortD.
0–
PortD.
1
PortA.
0
Tabel 3.2 Penggunaan Port Mikrokontroller 2
Port
PortC.
7
PortD.
0–
PortD.
1
PortA.
7
Input/Outp
ut
Output
Output
Input
Interface
Motor
Servo
TX – RX
Photensiom
ter
3.2 Rangkaian Transmiter dan Receiver
Pada rangkian ini berfungsi untuk mengirim
dan menerima data dari hasil pergerakan setir maupun
data masukan dari sensor yang membaca pergerakan
motor servo. Setelah rangkaian transmitter dan
receiver menerima data, kemudian data tersebut
diproses
oleh
rangkaian
blok
kendali
(mikrokontroler).
Pada Gambar 3.3 dapat dilihat bentuk
rangkaian transmiter dan receiver (RF Yishi 1020)
yang dihubungkan dengan rangkaian mikrokontroler..
Rangkaian sensor ini digunakan sebagai
pembaca besarnya sudut pergerakan motor servo.
Sensor ini akan membaca pada saat motor servo
berputar. Sesuai dengan putaran yang dihasilkan oleh
potensiometer.
Pada
rangkaian
sensor
ini
digabungkan dengan ADC internal yang dimilki oleh
Mikrokontroller ATM8535. Dengan dasar pembagi
tegangan sistem sensor ini menggunakan masukan
ADC channel 0 pada PortA. Sehingga rangkaian
sensor dapat dirumuskan sebagai berikut.
Gambar 3.5 Rangkaian Transmitter dan Receiver
3.3
Rangkaian Display Seven Segment
Rangkaian seven segment ini berfungsi
untuk menampilkan hasil derajat perputaran motor
servo dan perputaran setir. pada PortC.0 Sampai
PortC.7 mikrokontroller digunakan sebagai penampil
elektronik dengan menggunakan seven-segment.
Seven-segment yang digunakan adalah seven-segment
Common Anoda. Selain untuk menghemat
penggunaan Port pada mikrokontroller, dengan
menggunakan IC 4543B. IC jenis ini berfungsi
sebagai dekoder data biner menjadi data desimal dan
cocok dengan seven-segment CA (common anoda).
Sebagai contoh, jika kita hendak membuat program
dengan menggunakan seven-segment sebagai output
maka yang pertama kita tahu adalah satu Port habis
hanya untuk satu seven-segment, hal ini akan
menghabiskan Port apabila menggunakan sevensegment lebih dari 2 atau 4 seven segment. Kemudian
data juga harus dikonversikan dalam bentuk
hexadecimal agar seven-segment menampilkan data
yang diinginkan. Konversi data pada seven-segment
3.5
Rangkaian Motor servo
Motor servo terhubung pada PortC.0 pada
rangkaian mikrokontroler. Motor servo mempunyai
tiga masukan yaitu input, Vcc. Ground. Jika
mikrokontroller di berikan logika 1 ( high) pada salah
satu inputan motor servo maka motor servo tidak
berkerja sedangkan jika mikrokontroler diberikan
logika 0 (low) maka servo berkerja sesuai fungsi yang
dibutuhkan oleh motor servo seperti yang terlihat
pada Ganbar 3.4.
Gambar 3.8 Rangkaian Motor Servo
3.6
Gambar 3.6
3.4
Rangkaian Seven Segment
Rangkaian Sensor
Gambar 3.7 Rangkaian Sensor
Rangkaian Pengendali (Setir)
Rangkaian pengendali digunakan sebagai
kendali pergerakan motor servo yang dilakukan
secara manual dengan potensiometer yang berupa
setir. Pada rangkaian ini potensiometer digabungkan
dengan menggunakan ADC internal yang dimilki
oleh Mikrokontroller ATM8535 dengan fitur PWM
yang juga dimiliki oleh mikrokontroler. Dengan dasar
pembagi tegangan sistem control ini menggunakan
masukan ADC channel 7 pada PortA. Pada dasarnya
potensiometer adalah pembagi tegangan yang
bervariasi dan dapat dirumuskan sebagai berikut.
Dimana keluaran pada setir (potensiometer) ini di
hubungkan ke ADC. Karena mikrokontroler hanya
memiliki masukan berupa data-data digital.
Analog to digital Converter yang digunakan
sudah
dibangun
pada
IC
mikrokontroler
ATMega8535. ADC adalah sebuah interface yang
dapat mengubah tegangan analog menjadi pulsa
digital. Pada ADC 8 bit, rentang output yang
dihasilkan adalah 2 pangkat 8 = 256. Tentunya ADC
10bit yang dibangun pada mikrokontroler AVR
ATMega8535 ini lebih besar lagi yaitu 2 pangkat 10
= 1024. Adapun rumus untuk menentukan hasil
konversi ADC adalah sebagai berikut:
Konversi_ADC = (vin/vref)*1024 =
Dimana :
Vin = Tegangan input
Vref =TeganganRefernsi
(= VCC)
Gambar 3.10 memperlihatkan gambar rangkaian
pengendali (Setir)
Gambar 3.9 Rangkaian Pengendali Motor Servo.
3.7 Perancangan
Alur
Program
Dengan
Diagram
Pada pembuatan alat pengendali motor servo
dengan jarak jauh Untuk itu dibutuhkan program
untuk mengendalikan semua proses kerja dari alat.
Untuk memudahkan pembuatan program diperlukan
flowchart. Flowchart dari pembuatan program alat ini
dapat dilihat pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Flowchat pengendali motor servo dc
standart
Pada gambar 3.11 bagaimana alat pengendali
motor servo itu berkerja yaitu:
1.Pada kondisi awal setir dalam kondisi diam.
apa bila setir digerakan atau diputar kekiri
ataau kekanan . pontensiometer berputar
mengikuti setir memberikan data masukan
ke mikrokontroler (1) data diproses
dikirimkan melalui transmitter (TX)
modul 1.
2. penerima (RX) pada modul 2 menerima
data dari transmitter (TX) pada modul 1
kemudian data masuk ke mikrokontroler 2
lalu diproses untuk menggerkan motor.
setelah motor berputar kekiri atau
kekanan yang diikuti oleh piringan dan
potensiometer setelah itu pergerakan dari
potensiometer memberikan data ke
mikrokontroler 2 untuk diproses lalu
dikirimkan oleh pengirim (TX) pada
modul 2
3.Setalah data yang dikirmkan dari transmitter
(TX) modul 2 diterima oleh penerima
(RX) pada modul 1 lalu data diproses oleh
mikrokontroler (1) yang dikeluarkan
dalam bentuk display dari hasil perputaran
piringan yang berupa angka.
3.9
Rangkaian Catu Daya regulator 7805
T = 1/2f
;
f
adalah
frekuensi tegangan PLN
Sehingga :
Arc sin atau sin-1 ( Vmin / Vrms ) = tx
Tx = tx / 90o x (T / 2)
Gambar 3.11 Catu Daya dengan Regulator LM 7805
Gambar dari rangkaian catu daya dapat
dilihat pada Gambar 3.10, Rangkaian Catu Daya ini
berfungsi sebagai penyuplai tegangan DC sebesar 5V.
Tegangan ini digunakan untuk alat pengendali motor
servo karena pada setiap blok rangkaian
membutuhkan tegangan DC 5V.
Pada Gambar 3.10 arus yang keluar pada IC
regulator sebesar 1 Ampere dan tegangan yang keluar
sebesar 5V. Rangkaian catu daya ini menggunakan 2
buah dioda silicon. Sehingga tegangan minimal
masukan Ic legulaor adalah sebagai berikut:
Vmin = Tegangan minimal menurut data sheet
Vmin = tegangan minimal pada inputan 7805 +
tegangan dalam diode
Sedangkan untuk Vpeak adalah
Maka waktu yang dibutuhkan kapasitor
untuk mengosongkan muatan sampai dengan 7,5 volt
adalah selama :
t = T / 2 + Tx
Sehingga dapat dicari :
Vmin = Vp e
–t/RC
; R pada output = V/I
Jadi kapasitor yang harus digunakan untuk rangkaian
catu daya diatas agar mendapat hasil yang lebih
bagus.
4. ANALISA DAN PENGUJIAN ALAT
Dalam pembuatan alat ini membutuhkan
suatu pengujian, dimana pada pengujian tersebut akan
memperhatikan suatu akurasi data yang cukup akurat
untuk dijadikan pedoman perhitungan.
Vrms = Voutput Trafo= 12Volt
Sehingga :
Vp = Vrms √2 - Vd
Dan tegangan ripple-nya didapat
sebagai berikut :
Vrippel = Vp - Vmin
Sehingga dapat digambarkan gelombang keluaran
setelah melewati kapasitor sebagai berikut :
4.1
Pengujian Dilakukan Pada Berapa Blok
Diagram
Agar lebih memudahkan pengujiannya maka
akan dibahas masing-masing blok. Adapun blok-blok
yang akan diuji adalah :
Pengujian dan Pengukuran Rangkaian Catu Daya
Pengujian dan Pengukuran Rangkaian Sensor
Pengujian Bentuk Gelombang Reset
Pengujian dan Analisa Motor Servo
Pengujian dan pengukuran pada Setir
Untuk pengambilan data dilakukan dalam
beberapa tahap yaitu pengamatan tegangan,
pengamatan arus, dan pengamatan logika pada output
IC digital dan IC programnya. Sumber listrik selalu
dalam keadaan ON.
Alat ukur yang dipakai :
Gambar 3.12 Gelombang
Karena menggunakan full wave rectifier, maka
dihasilakan dua gelombang dalam satu priode dengan
nilai T
Jadi nilai :
Osiloskop
Multimeter AC dan DC
Tachometer
4.2
Pengujian dan Pengukuran Rangkaian
Catu Daya
Pengujian dan Pengukuran Rangkaian Catu
daya bertujuan untuk mengetahui besarnya tegangan
pada Catu daya.
1.
Alat yang digunakan dalam pengukuran
Multimeter.
2.
Langkah Pengukuran
1. Multimeter difungsikan sebagai
pengukur tegangan
2. Menghubungkan multimeter seperti
3. Mencatat hasil pengukuran yang
diperoleh.
IN4002
78L05
1
9V
V
IN
V
OUT
GND
1000uf/16V
Pada saat listrik on tegangan pada
input adalah 12 Volt dan pada output 4,96
Volt. Dari analisa didapat bahwa regulator
7805 mampu menurunkan tegangan dari 12
Volt ke 4,96 Volt DC dengan stabil.
VCC
3
2
1000uf/16v
Dari percobaan di atas dapat dianalisa yaitu :
100 nF
1K
9V
tegangan yang dibutuhkan 4,5 sampai 6 lebih dari
maka kemungkinan motor akan rusak pada tabel 4.1.
Melihat hasil pengukuran dapat ditarik
kesimpulan bahwa tegangan keluaran catu
daya
untuk
rangkaian
minimum
mikrokontroler dan motor servo sudah
memadai dan cukup stabil yaitu bekisar pada
4,96 VDC, meskipun pengukuran dilakukan
berulang kali, Menghubungkan alat ukur
pada gambar 4.1.
3
Analisa
LED
IN4002
Gambar 4.1 : Langkah Pengukuran Rangkaian
Catu Daya
4.3
Pengujian dan Pengukuran Rangkaian
Sensor
1
Hasil pengujian:
Tabel 4.1 Hasil pengukuran Rangkaian Catu Daya
5v
Pengukuran
Tegangan output
1
4,97 v (DC)
2
4,95 v (DC)
3
4,95 v (DC)
4
4,97 v (DC)
5
4,96 v (DC)
Rata-rata
4,96 v (DC)
Seperti yang telah kita ketahui, catu daya
berfungsi sebagai penyedia sumber tegangan bagi
seluruh sistem rangkaian yang di pakai. Pada
perancangan ini menggunakan 1 buah catu daya yang
di butuhkan, yaitu tegangan keluaran 5 v untuk
rangkaian minimum mikrokontroler, motor servo dan
prangkat lainya. Pengujian dan analisa pada
rangkaian cata daya bertujuan untuk memastikan
kestabilan daya yang di sediakan oleh catu daya. Alat
yang digunakan dalam pengukuran ini menggunakan
AVO Meter.
Tegangan keluaran rangkaian catu daya yang
digunakan untuk sistem minimum mikrokontroler dan
motor servo ialah 5V DC, sehingga hasil pengukuran
haruslah sama atau setidaknya mendekati, karena jika
tidak kemungkinan besar alat tidak dapat bekerja
apalagi jika tegangan output melebihi 5V DC maka
kemungkinan besar mengakibatkan kerusakan pada
mikrokontroler yang digunakan. Pada motor servo
2
3
Tujuan
Tujuan Pengujian dan Pengukuran
Rangkaian Sensor adalah untuk mengetahui
besarnya tegangan dalam motor berputar .
Alat yang digunakan
Multimeter
Langkah Pengukuran
1.
Menghubungkan alat ukur
rangkaian seperti di bawah ini :
pada
Gambar 4.2 Langkah pengukuran Rangkaian
Sensor
3.
Dengan
memutar
setir
untuk
menggerakkan motor servo yang akan
dibaca
derajatnya
oleh
sensor
pontensiometer, kemudian lakukan
pengukuran pada tegangan keluaran
pada
potensiometer
Data
hasil
pengukuran dapat dilihat pada Tabel
4.2. dan tabel 4.3.
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Rangkaian Sensor
pada putaran motor servo 00 sampai 900
N0
Sudut
putaran
motor servo
Dalam
derajat
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Rangkaian Sensor
pada putaran motor servo 00 sampai -900
Sudut putaran motor
Tegangan Output
servo
No
potensiometer
derajat
1
0
1,20
Tegangan Output
Potensiometer
(volt)
2
-10
1,16v
3
-20
0,94V
1
0
1,20 V
4
-30
0,79V
2
10
1,29 V
5
-40
0,68V
3
20
1,37 V
4
30
1.51 V
6
-50
0,53V
5
40
1,65 V
7
-60
0,40V
6
50
1,80 V
8
-70
0,30V
7
60
1,85 V
8
70
2,03 V
9
-80
0,18V
9
80
2,14 V
10
-90
0V
10
90
2,25 V
Sehingga dapat digambarkan grafik dari
hasil table 4.2
Sehingga dapat digambarkan grafik dari hasil
table 4.3
Gambar 4.4 Grafik Pengukuran Rangkaian Sensor
pada putaran motor servo kekiri
Gambar 4.3 Grafik Pengukuran Rangkaian Sensor
pada putaran motor servo kekanan
4
Analisa
Dari hasil percobaan di atas dapat dianalisa
beberapa hal yaitu :
Pada pengambilan data rangkaian
sensor putaran motor servo dari 00 sampai
dengan 900, didapat kenaikan tegangan pada
output potensiometer sebesar ± 0.15 volt per
sepuluh derajat.
Pada pengambilan data rangkaian
sensor putaran motor servo dari 00 sampai
dengan -900, didapat penurunan tegangan
pada output potensiometer sebesar ± 0.15
volt per sepuluh derajat
4.4
Pengujian Bentuk Gelombang Reset.
3
Tujuan :
Untuk Mengamati atau mengetahui
lamanya waktu reset yang dibutuhkan oleh
mikrokontroler.
- Osiloskop
Langkah pengukuran
1. Menghubungkan alat ukur
rangkaian seperti di bawah ini :
pada
Jalan percobaan :
Kabel probe osiloskop dihubungkan diantara
kapasitor dan resistor pada rangkaian reset
mikrokontroler.
Gambar 4.7 Langkah pengukuran Rangkaian Motor
Servo
2.
Gambar 4.5 : Pengujian Bentuk Gelombang Reset
Hasil pengamatan : Dari hasil pengamatan
didapat bahwa lamanya waktu reset pada
mikrokontroler adalah 0,0940 s.
Gambar 4.6. Hasil pengujian bentuk gelombang
reset
Analisa : Dari hasil pengamatan dapat
diambil kesimpulan bahwa pada saat
power dihidupkan maka mikrokontroler
akan mendapat reset dengan waktu
selama 0,0940 s.
4.5 Pengujian dan Analisa Rangkaian Motor
Servo
1
Tujuan
Tujuan
Pengujian
dan
Analisa
Rangkaian Motor Servo adalah untuk
mengetahui besarnya tegangan dalam
kondisi Mikrokontroler mengirimkan data
pada motor servo.
2
Alat yang digunakan
Dengan melakukan pengujian dan
analisa,
kemudian
melakukan
pengukuran tegangan dalam kondisi
mikrokontroler mengirimkan data motor
servo dan hasil pengukuran kecepatan
dalam perputaran rpm dengan kondisi
pemberian pulsa low 18 ms. Terlihat
pada table 4.4
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Rangkaian Motor
Servo
NO
Tegangan
Vcc
Tegangan
Output
(Vo)
1
5V
0.24V
2
5V
0,27V
3
5V
0.27V
4
5V
0.30V
5
5V
0.38V
4
Lebar
pulsa
low
18
ms
18
ms
18
ms
18
ms
18
ms
Lebar
pulsa
high
1
ms
1,3
ms
1,4
ms
1,5
ms
2
ms
rpm
49,5
43,7
0
45
48,5
Analisa
Dari hasil percobaan di atas dapat dianalisa
beberapa hal yaitu :
1) Bahwa pulsa yang diterima oleh motor
servo sesuai yang
terprogram dalam
mikrokontroler.
2) Dengan melakukan analisa rangkaian
motor servo menggunakan osciloscop
terlihat bahwa pulsa yang diterima oleh
motor servo terlihat seperti dibawah ini
Tabel 4.6 Hasil Pengukuran Rangkaian setir dan
sudut pada setir dengan sudut motor -900 sampai
00
NO
Gambar 4.9 Hasil pengujian data motor servo
3) Setelah
dilakukan
pengoperasian
ternyata motor servo bekerja sesuai
dengan yang diharapkan.
4) Motor servo akan berkerja bila diberi
pulsa
5) Dari hasil gambar grafik 4.4 pada saat
pulsa 1.4ms motor servo akan berhenti
dan pada saat diberi lebar pulsa high 1
ms motor servo akan bergerak semakin
cepat dan apabila diberi lebar pulsa
1.3ms akan berputar semakin lambat.
4.6
Pengujian dan Pengukuran Pada Setir
1
2
3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Sudut
Putaran
Motor
(dalam
derajat)
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Sudut
putaran
Stir
(dalam
derajat)
-90
-60
-50
0
10
12
14
20
30
33
Tegangan
Output
Potensiometer
(volt)
0
0.50
0.57
0.65
0.74
0.81
0.88
1.0
1.13
1.17
Sehingga dapat digambarkan grafik dari
hasil tabel 4.6 ;
Tujuan
Tujuan Pengujian dan Pengukuran
Rangkaian Sensor adalah untuk mengetahui
besarnya tegangan dalam motor berputar .
Alat yang digunakan
Multimeter
Langkah Pengukuran
1.
Menghubungkan alat ukur
rangkaian seperti di bawah ini :
pada
Gambar 4.11 Grafik dari pengukuran
rangkaian setir untuk putaran kekiri
Gambar 4.10 Langkah pengukuran Rangkaian Setir
2.
Dengan
memutar
setir
untuk
menggerakkan motor servo yang akan
dibaca derajatnya, kemudian lakukan
pengukuran pada tegangan keluaran
pada
potensiometer.
Data
hasil
pengukuran ada pada Tabel 4.6
Tabel 4.7 Hasil Pengukuran Rangkaian setir dan
sudut pada setir dengan sudut motor 00
sampai 900
NO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Sudut
Putaran
Motor
(dalam
derajat)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Sudut
putaran
Stir
(dalam
derajat)
33
35
45
50
65
80
90
-
Tegangan
Output
Potensiometer
(volt)
1,17
1,28
1,36
1,40
1,50
1,65
1,80
1,98
2,10
2,21
Sehingga dapat digambarkan grafik dari
hasil tabel 4.7
Gambar 4.12 Grafik dari pengukuran
rangkaian setir kekanan
Analisa
Pada analisa diatas didapat yang berbeda
sudut antara setir dengan sudut motor servo,
dikarenakan potensiometer tahanannya selalu
berubah
bila terkena panas bila kita tidak
mengubahnya. Semakin besar sudut maka
tegangannya makin bertambah dan semakin kecil
sudut maka semakin kecil tegangan.
5. Kesimpulan
Berdasarkan pengujian dan analisa yang
dilakukan, dapat disimpulkan bahwa perancangan dan
pembuatan alat pengendali motor servo DC standart
berbasis
mikrokontroler
AVR
ATMega8535
berfungsi dengan baik, namun masih terdapat
beberapa kekurangan yang diantaranya ketepatan
perputaran antara setir dengan motor. Untuk jarak
maksimal reciver menerima sinyal dari transmitter
kurang lebih 90 meter, dikarena sinyal semakin jauh
semakin lemah dan mungkin karena tidak
singkronnya pada alat.
DAFTAR PUSTAKA
1. Lingga Wardhana, Belajar Sendiri Mikrokontroler
AVR seri ATM8535 (simulasi, hardware, dan
aplikasi ),Edisi Pertama, Andi Yogyakarta, 2006
2. Endra Pitowarno, ROBOTIKA Desain , Kontrol,
dan Kecerdasan buatan, Edisi pertama, Andi
Yogyakarta, 2006.
3. Moh. Ibnu Malik, ST, Membuat Robot dengan
Mikrokontroller PIC 16f84, Edisi
Pertama , Gava Media, Yokyakarta, 2006.
4. Malavino Hanapi Gunawan , Prinsip – prinsip
Elektronika, Erlangga
5. Wasito S, Vademakum Elektronik, Andi Yogya,
Yogyakarta, 1992.
6. Wasito S, Data sheet 1 Data IC liner, TTL dan
CMOS, ( kumpulan data komponen elektronik),
Alex Media Komputindo. Jakarta,1992.
7. Charles L. Philips dan Royce D, Harbor, Dasar –
Dasar Sistem Kontrol 1996 Prentice Hall
8. WWW.Societyofrobots.COM
9. www.Yishi.net.cn
10. www.alldatasheet.com
11. www.prasimax.com