RANCANG BANGUN PALANG PINTU OTOMATIS BERBASIS ARDUINO MENGGUNAKAN SENSOR ULTRASONIK DAN SERVO
Disusun Oleh: Kelompok 2 TK-1A
Anggota Kelompok: 1. Adela Putri Joana
3.33.16.0.01
2. Firma Reza Fajriati
3.33.16.0.08
3. M. Beni Harja
3.33.16.0.14
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK TELEKOMUNIKASI POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2017
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada saat ini, teknologi semakin berkembang dengan sangat cepat dan semakin canggih. Perkembangan teknologi ini pastinya sangat berkaitan dengan perkembangan teknologi komputer. Dimana teknologi komputer merupakan pendukung bahkan penggerak kemajuan teknologi informasi pada jaman sekarang ini. Dan tidak bisa dipungkiri bahwa ilmu elektronika sangat berpengaruh kepada perkembangan teknologi. Sebuah komputer mampu mengendalikan sebuah rangkaian alat elektronika menggunakan sebuah chip IC yang dapat diisi program dan logika yang disebut teknologi Mikroprosesor. Mikroprosesor merupakan salah satu ilmu dalam bidang elektronika yang dipelajari pada perkuliahan jurusan Teknik Elektro. Kemudian timbul gagasan untuk mengimplementasikan sebuah alat berbasis mikroprosesor yang serba otomatis dan efisien. Maka penulis membuat sebuah makalah ilmiah yang diberi judul “RANCANG BANGUN PALANG PINTU OTOMATIS
MENGGUNAKAN
ULTRASONIC
TRANSCEIVER
BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO UNO”. Adapun alat tersebut merupakan serangkaian komponen elektronika berbentuk palang pintu yang dapat membuka dan menutup secara otomatis yang dikontrol menggunakan program mikrokontroler. Bahasa pemograman yang akan digunakan adalah bahasa C. Karena itulah penulis mencoba menganalisa dan mempelajari lebih dalam tentang membuat sebuah alat elektronika berbasis mikroprosesor yang dikendalikan oleh bahasa C yang dapat menggerakkan sebuah palang pintu yang dapat berputar secara otomatis. Dan penulis bisa belajar memahami fungsi, karakteristik, serta cara kerja dari alat yang kami buat dan berusaha menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari.
2
1.2
Perumusan Masalah
a.
Bagaimana cara kerja palang pintu otomatis menggunakan ultrasonic transceiver berbasis arduino?
b.
1.3
Bagaimana cara memprogram palang pintu otomatis tersebut?
Tujuan
a.
Dapat memprogram sistem palang pintu otomatis menggunakan ultrasonic transceiver berbasis arduino.
b.
Dapat mengembangkan mikrokontroler arduino dalam kehidupan sehari-hari.
c.
Menerapkan ilmu yang telah dipelajari di perkuliahan pada peralatan elektronik.
3
BAB II LANDASAN TEORI
2.1
Tinjauan Pustaka 2.1.1 Arduino UNO
Arduino UNO adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada Arduino UNO mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.
Gambar 2.1 Arduino UNO R3
2.1.2 Ultrasonic Transceiver
Ultrasonic transceiver atau biasa disebut ultrasonic transducer adalah komponen elektronika yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dalam bentuk gelombang suara ultrasonic dan sebaliknya. Gelombang suara ultrasonic adalah gelombang suara yang tidak dapat didengar oleh manusia secara normal karena frekuensi
4
gelombang ultrasonic diatas 20KHz. Transducer ultrasonic dalam aplikasinya selalu berpasangan, yaitu terdapat transducer ultrasonic yang berfungsi sebagai pemancar (transmitter) dan transducer ultrasonic sebagai penerima (receiver).
Gambar 2.2 Ultrasonic Transceiver HC-SR04
2.1.3 Motor Servo
Motor servo adalah sebuah motor DC yang dilengkapi rangkaian kendali dengan sistem closed feedback yang terintegrasi dalam motor tersebut. Pada motor servo posisi putaran sumbu (axis) dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan dengan memberikan variasi lebar pulsa (duty cycle) sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya. Motor Servo akan bekerja secara baik jika pada bagian pin kontrolnya diberikan sinyal PWM dengan frekuensi 50 Hz. Dimana pada saat sinyal dengan frekuensi 50 Hz tersebut dicapai pada kondisi Ton duty cycle 1.5 ms, maka rotor dari motor akan berhenti tepat di tengah-tengah (sudut 0°/ netral). Pada saat Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan kurang dari 1.5 ms, maka rotor akan berputar ke berlawanan arah jarum jam (Counter Clock Wise, CCW) dengan membentuk sudut yang besarnya linier terhadap besarnya Ton duty
5
cycle, dan akan bertahan diposisi tersebut. Dan sebaliknya, jika Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan lebih dari 1.5 ms, maka rotor akan berputar searah jarum jam (Clock Wise, CW)
dengan
membentuk sudut yang linier pula terhadap besarnya Ton duty cycle, dan bertahan diposisi tersebut.
Gambar 2.3 Motor Servo 9g SG90
2.1.4 Resistor
Resistor adalah komponen elektronika pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Resistor atau dalam bahasa Indonesia sering disebut dengan hambatan atau tahanan dan biasanya disingkat dengan huruf “R”. Satuan hambatan atau resistansi resistor adalah ohm (Ω).
Gambar 2.4 Resistor 330 Ω
6
2.1.5 Light Emitting Diode
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen
elektronika
yang
dapat
memancarkan
cahaya
monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata. Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan lampu pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya.
Gambar 2.5 Light Emitting Diode (LED)
7
BAB III METODE
3.1
3.2
Alat dan Bahan
a.
1 unit Arduino UNO R3
b.
1 buah USB 2.0 tipe kabel A/B
c.
1 buah modul ultrasonic transceiver HC-S04
d.
1 unit motor servo 9g SG90
e.
2 buah LED dengan warna yang berbeda (merah dan hijau)
f.
2 buah resistor 330Ω
g.
1 buah protoboard
h.
Kabel penghubung
Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian yang digunakan pada tugas proyek arduino ini adalah sebagai berikut : a.
Studi Pustaka : Merumuskan teori secara analisis dengan mempelajari buku – buku yang diperoleh dari catatan kuliah, buku – buku perpustakaan dan mempelajari media internet yang berhubungan dengan rangkaian yang dibuat.
b.
Studi Laboratorium : Melakukan penelitian dan pengujian pada beberapa
komponen
elektronika
berdasarkan
data
spesifikasi.
Selanjutnya melakukan pengambilan data pada alat tersebut dan membandingkan dengan hasil teoritis. c.
Metode Diskusi : Mengajukan beberapa pertanyaan kepada dosen pengajar serta rekan – rekan mahasiswa teknik elektro, khususnya prodi teknik telekomunikasi.
8
3.3
Perancangan Alat 3.3.1 Penentuan Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat ditetapkan terlebih dahulu sebagai acuan dalam perancangan. Spesifikasi alat yang direncanakan yaitu sebagai berikut : a.
Masukan dari alat ini adalah ultrasonic transceiver.
b.
Keluaran dari alat ini adalah LED dan motor servo.
c.
Mikrokontroler yang digunakan yaitu Arduino UNO.
3.3.2 Perancangan Diagram Blok
LED ARDUINO
Ultrasonic Transceiver
UNO MOTOR SERVO
Gambar 3.1 Diagram blok Palang Pintu Otomatis
3.3.3 Prinsip Kerja Alat
Arduino digunakan sebagai otak dari rangkaian palang pintu otomatis. Pada awalnya ultrasonic transceiver akan memancarkan gelombang ultrasonic. Apabila ada objek yang berada di depan ultrasonic transceiver tersebut, maka gelombang ultrasonic akan memantul kembali ke ultrasonic transceiver dan mengubah gelombang yang diterimanya ke bentuk sinyal listrik. Sinyal listrik tersebut berfungsi sebagai kode yang akan diterjemahkan oleh program. Lalu program akan memberi respon sesuai dengan kode yang diterimanya. Ketika ada objek yang mendekat dengan jarak maksimal 6 cm dari ultrasonic transceiver, maka kondisi tersebut akan dibaca sebagai
9
kondisi “true” sehingga motor servo akan berputar berlawanan arah jarum jam (CCW) sejauh 90˚ dari posisi awal. Dan apabila objek sudah menjauh maka program akan mendeteksi kondisi “false” sehingga motor servo akan kembali ke posisi awal (posisi 0˚).
3.3.4 Pemasangan Hardware
Perancangan perangkat keras ini menggunakan mikrokontroler Arduino UNO yang mendapatkan supply tegangan 5 volt DC dan dihubungkan dengan ultrasonic transceiver, LED, dan motor servo seperti pada gambar 3.2 berikut.
Gambar 3.2 Skema Rangkaian Palang Pintu Otomatis
3.3.5 Perancangan Software
Perangkat lunak ini berfungsi untuk mengatur kinerja keseluruhan dari sistem yang terdiri dari beberapa perangkat keras sehingga sistem ini dapat bekerja dengan baik. Perangkat lunak dirancang dengan menggunakan program Arduino IDE. Untuk memberikan gambaran umum jalannya program dan memudahkan pembuatan perangkat lunak, maka dibuat diagram alir yang menunjukan jalannya program. Diagram alir program ditunjukan pada gambar 3.3 sebagai berikut.
10
START
pinTrigger = 12; pinEcho = 13; pinHijau = 10; pinMerah = 11; Servo = 9
pinEcho, durasi, jarak
Durasi = pulseIn (pinEcho, HIGH); Jarak = (durasi*0,034) /2
if jarak <=6
No
LED Hijau mati; LED Merah menyala; Servo di posisi awal 0°
Yes LED Hijau menyala; LED Merah mati; Servo berputar CCW 90°
END
Gambar 3.3 Diagram Alir Program Palang Pintu Otomatis
Dengan script sebagai berikut: #include #define MAX_DISTANCE 500 Servo servo;
11
int pinTrigger = 12; int pinEcho = 13; int pinHijau = 10; int pinMerah = 11; int posisi = 0, i; float durasi, jarak;
void setup() { pinMode(pinTrigger, OUTPUT); pinMode(pinEcho, INPUT); pinMode(pinHijau, OUTPUT); pinMode(pinMerah, OUTPUT); Serial.begin(9600); //komunikasi Serial dengan komputer servo.attach(9); //pin 9 untuk servo }
void loop() { //program trigger memancarkan ultrasonik digitalWrite(pinTrigger, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(pinTrigger, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(pinTrigger, LOW);
//Durasi adalah waktu tunggu pin Echo menjadi bernilai HIGH //Setelah mendapat pantulan gelombang ultrasonic dari pin Trigger durasi = pulseIn(pinEcho, HIGH); jarak = (durasi * 0.034) / 2; //Konversi nilai durasi ke jarak Serial.print(jarak);
12
Serial.println(" cm"); if (jarak <= 6) { digitalWrite(pinMerah, LOW); digitalWrite(pinHijau, HIGH); servo.write(90); delay(100); } else { digitalWrite(pinHijau, LOW); digitalWrite(pinMerah, HIGH); servo.write(0); } delay(450); }
13
BAB IV HASIL DAN ANALISA
4.1
Hasil Pengujian Alat
Pengujian alat ini bertujuan untuk mengetahui apakah rancang bangun palang pintu otomatis menggunakan ultrasonic transceiver berbasis arduino ini dapat bekerja atau tidak.
Gambar 4.1 Tampilan alat
Gambar 4.2 Tampilan pengujian alat ketika ada objek yang menghalangi sensor ultrasonik
14
Gambar 4.3 Tampilan pengujian alat ketika tidak ada objek yang menghalangi sensor ultrasonic
4.2
Analisa
Tabel 4.1 Hasil Percobaan Jarak Objek NO.
Terhadap Sensor
Posisi Palang
Indikator
Ultrasonic 1
≤ 6 cm
Membuka
LED hijau menyala
2
> 6 cm
Menutup
LED merah menyala
Berdasarkan uji coba yang telah dilakukan apabila ada objek yang berada di depan ultrasonic transceiver tersebut, maka gelombang ultrasonic akan memantul kembali ke ultrasonic transceiver dan mengubah gelombang yang diterimanya ke bentuk sinyal listrik. Sinyal listrik tersebut berfungsi sebagai kode yang akan diterjemahkan oleh program. Lalu program akan memberi respon sesuai dengan kode yang diterimanya. Ketika ada objek yang mendekat dengan jarak maksimal 6 cm dari ultrasonic transceiver, maka kondisi tersebut akan dibaca sebagai kondisi “true” sehingga motor servo akan berputar berlawanan arah jarum jam (CCW) sejauh 90˚ dari posisi awal (palang membuka). Dan apabila objek sudah menjauh maka
15
program akan mendeteksi kondisi “false” sehingga motor servo akan kembali ke posisi awal (posisi 0˚) atau palang menutup..
16
BAB V PENUTUP
5.1
Kesimpulan
Setelah dilakukan perancangan, pembuatan, serta pengujian dan analisis pada proyek Arduino ini,dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : a.
Ketika ada objek yang mendekat dengan jarak maksimal 6 cm dari ultrasonic transceiver, maka motor servo akan berputar CCW 90˚ dari posisi awal.
b.
Apabila objek telah menjauh dari ultrasonic transceiver maka motor servo akan kembali ke posisi awal (posisi 0˚).
5.2
Saran
Penulisan laporan ini tentu terdapat banyak kekurangan yang mungkin dapat disempurnakan lagi pada percobaan-percobaan berikutnya. Maka agar aplikasi ini dapat lebih sempurna lagi terdapat beberapa saran yang mungkin dapat digunakan misalnya adanya pengembangan fitur pada aplikasi ini agar lebih kompleks seperti : a.
Ultrasonic transducer dapat dikembangkan sebagai sensor jarak pada trolley otomatis dan motor dc sebagai penggeraknya dengan kombinasi sensor lainnya.
b.
Penggunaan sensor ultrasonic dan motor servo dapat dikembangkan pada gerbang otomatis yang diintegrasikan dengan sistem CCTV dan SMS gateway.
c.
Kekurangan alat ini adalah pada tingkat akurasinya maka dari itu disarankan untuk mengganti sensor ultrasonic dengan tipe lain yang lebih baik tingkat akurasinya. Atau dapat juga menggantinya dengan sensor lain seperti sensor inframerah maupun sensor PIR.
17
DAFTAR PUSTAKA
http://belajar-mikrokontroler-2016.blogspot.co.id/2016/12/sistem-pengunciotomatis-dengan-kendali.html http://elektronika-dasar.web.id/transducer-ultrasonic/ http://kangsukad.blogspot.co.id/2016/01/contoh-makalah-sistem-informasi pintu.html http://teknikelektronika.com/pengertian-resistor-jenis-jenis-resistor/
18
