Modul Robot Line Follower

MODUL ROBOT LINE FOLLOWER

Disusun Oleh:

Barry Nur Setyanto, S.Pd [email protected]

Dibuat untuk :

MEDIA BELAJAR EKSTRAKULIKULER ROBOTIK SMP/SMA/SMK

Modul I LINE FOLLOWER

Modul I LINE FOLLOWER Pengenalan Komponen A. Resistor

Resistor atau hambatan banyak dipakai pada teknik listrik dan elektronika. Resistor dibuat dengan berbagai cara, misalnya ada yang dibuat dari kawat tertentu (misalnya nikelin) yang digulung sedemikian rupa dalam suatu kerangka (gambar 1). Resisotor jenis ini tahan terhadap temperatur tinggi sehingga digunakan untuk instalasi arus yang besar. Selain jenis kawat gulung, ada juga resistor yang dibuat dari keramik (semacam tanah liat) atau dari karbon yang disemprotkan pada keramik. Resistor semacam ini kurang tahan terhadap temperatur sehingga hanya digunakan untuk arus yang kecil-kecil (alat-alat elektronika) seperti gambar 2.

Gambar 1. Resistor Gulungan

Gambar 2. Resistor Warna Dilihat dari konduksinya, ada resistor yang dapat diatur harga ohmnya dan ada yang tidak. Resistor yang dapat diatur disebut variabel resistor atau bisa juga disebut potensiometer (Gambar 3). Sedangkan resistor yang tidak resistor . dapat diatur disebut fixed resistor.

Model Potensiometer

Simbol Potensiometer

Gambar 3. Potensiometer

Barry Nur Setyanto Untuk: SMP/SMA/SMK

[email protected]

1

Modul I LINE FOLLOWER Pengenalan Komponen A. Resistor

Resistor atau hambatan banyak dipakai pada teknik listrik dan elektronika. Resistor dibuat dengan berbagai cara, misalnya ada yang dibuat dari kawat tertentu (misalnya nikelin) yang digulung sedemikian rupa dalam suatu kerangka (gambar 1). Resisotor jenis ini tahan terhadap temperatur tinggi sehingga digunakan untuk instalasi arus yang besar. Selain jenis kawat gulung, ada juga resistor yang dibuat dari keramik (semacam tanah liat) atau dari karbon yang disemprotkan pada keramik. Resistor semacam ini kurang tahan terhadap temperatur sehingga hanya digunakan untuk arus yang kecil-kecil (alat-alat elektronika) seperti gambar 2.

Gambar 1. Resistor Gulungan

Gambar 2. Resistor Warna Dilihat dari konduksinya, ada resistor yang dapat diatur harga ohmnya dan ada yang tidak. Resistor yang dapat diatur disebut variabel resistor atau bisa juga disebut potensiometer (Gambar 3). Sedangkan resistor yang tidak resistor . dapat diatur disebut fixed resistor.

Model Potensiometer

Simbol Potensiometer

Gambar 3. Potensiometer


[email protected]

1


Kode Warna (Resistor Warna)

Gambar 4. Pergelangan Resistor Keterangan: Gelang 1 = angka puluhan Gelang 2 = angka satuan Gelang 3 = faktor pengali Gelang 4 = toleransi

Tabel pewarnaan resistor 4 gelang sebagai berikut: Warna

Hitam Coklat Merah Jingga/Oranye Kuning Hijau Biru Ungu Abu-abu Putih Emas Perak/Putih Tak Berwarna

1 -

Warna pada gelang 2 3 4 0 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1

10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 10 8 9 10 0,1 0,01

5% 10% 20%


[email protected]

2


Gambar 5. Simbol resistor dan beberapa resistor

Pada resistor terdapat hubungan linier antara arus dan tegangan, sehingga didapat persamaan: 

V= I . R

atau

R=



Kerusakan resistor dapat berupa: 1. Karena mendapat panas yang berlebihan sehingga mengakibatkan harga ohmnya rendah 2. Karena putus mengakibatkan harga ohmnya sangat besar atau tk terhingga. 3. Karen bocor (terhubung singkat) mengakibatkan harga ohmnya sangat kecil atau nol. Contohnya: Bacalah nilai resistor berikut ini: “Keterangan: pembacaan warna dimulai dari gelang pertama sampai gelang 4”. 1. Merah; Kuning; Biru; Emas 2. Merah; Merah; Merah; Perak 3. Coklat; Hijau; Kuning; Emas Jawab: 1. 2 , 5 , 10 6 = 25MΩ, 25MΩ, dengan toleransi 5%, sehingga menjadi 25MΩ/5% 25M Ω/5% 2

2. 2 , 2 , 10 = 2200Ω, 2200Ω, dengan toleransi 10%, sehingga menjadi 2k2Ω/5% 2k2 Ω/5% 4

3. 1 , 5 , 10 = 150000Ω, 150000Ω, dengan toleransi 5%, sehingga menjadi 150k Ω/5% Ω/5%


[email protected]

3


B. Kapasitor

Kapasitor atau juga sering disebut kondensator adalah sebuah komponen elektronika yang dapat menyimpan energi listrik dalam bentuk muatan listrik dalam waktu tertentu tanpa disertai reaksi kimia. Sebuah kapsitor terdiri dari 2 konduktor yang disekat oleh sebuah nonkonduktor. Kedua konduktor tersebut disebut elektroda dan non konduktor disebut dielektrika. Terlihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 6. Prinsip Dasar Kapasitor Jenis-jenis kapasitor sebagai berikut : 1. Kapasitor Kertas 2. Kapasitor Keramik 3. Kapasitor Elektrolit(elco) 4. Kapasitor udara (Kapasitor Variabel) sering disebut Varco. 5. Kapasitor Plastik

Kapasitor dibedakan menjadi 2 kategori, yaitu kapasitor terkutub (polar) dan tidak terkutup (nonpolar). Perbedaan polar dan nonpolar adalah pada kapasitor polar memiliki 2 kutup anoda (+) dan katoda (-) yang menunjukkan bahwa pemasangan kapasitor polar pada rangkaian listrik tidak boleh terbalik antara potensial + dan – rangkaian, Sedangkan kapasitor nonpolar tidak terkutub dan dapat dihubungkan dengan rangkaian listrik (sumber muatan listrik) secara sembarang.


[email protected]

4

Modul I LINE FOLLOWER Simbol kapasitor adalah :

(a)

(b)

(c)

Gambar 7. (a) Simbol Kapasitor Variabel (Varco), (b) Simbol Kapasitor Elektrolit, (c) Simbol Kapasitor Keramik, kertas (nonpolar)

Gambar 8. Macam-macam Kapasitor

C. Dioda

Dioda merupakan komponen penting dalam elektronika. Dalam skema rangkaian, dioda dilambangkan seperti gambar 9. Dari lambang sudah dilihat bahwa arah arus mempengaruhi sifat dari dioda. Satu sisi dari dioda disebut anoda, yang lain katoda. Katoda ada pada ujung depan dari segitiga. Komponen dioda sering berbentuk silinder kecil dan biasanya diberi lingkaran pada katoda untuk menunjukkan posisi garis dalam lambang.

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 9. (a) Simbol Dioda, (b) Simbol Dioda Zener, (c) LED ( Light Emiting Diode), (d) Photodioda


[email protected]

5

Modul I LINE FOLLOWER Dioda mengijinkan arus untuk mengalir ke satu arah saja. Ketika anoda mendapatkan voltase yang lebih positif dari pada katoda, maka arus bisa mengalir dengan bebas. Dalam situasi ini dikatakan dioda bias maju. Kalau voltase dibalikkan, berarti katoda positif terhadap anoda, arus tidak bisa mengalir kecuali suatu arus yang sangat kecil. Dalam situasi ini dikatakan dioda di bias balik atau dibias mundur. Arus yang mengalir ketika dioda dibias balik disebut arus balik atau arus bocor dari dioda dan arus itu begitu kecil sehingga dalam kebanyakan rangkaian bisa diabaikan. Supaya arus bisa mengalir ke arah maju, voltase harus sebesar Silicon(yang biasa ada di pasaran) dan

≈0,3V pada

≈0,7V pada

dioda Si/

dioda Ge (Germanium)

dan voltase/tegangan lebih besar lagi untuk LED. LED

( Light

Emiting

Diode)

merupakan

dioda

yang

dapat

memancarkan cahaya seperti halnya lampu, akan tetapi prinsif kerjanya seperti dioda biasa. LED pada umumnya digunakan sebagai lampu indikator pada rangkaian elektronik. Photo Dioda merupakan dioda yang memiliki resistansi/tahanan dalam yang tahanan tersebut dapat berubah-ubah ketika mendapatkan cahaya dari luar. Dioda Zener merupakan satu jenis khusus yang juga bisa mengalirkan arus ke arah sebaliknya. Sifat dioda sama seperti dioda biasa, hanya dioda Zener dirancang untuk memiliki voltase break through pada voltase tertentu. Biasanya dioda zener dipakai pada arah balik sehingga voltase pada dioda ini konstan sebesar voltase zenernya.

Gambar 10. Beberapa Dioda D. Transistor


[email protected]

6

Modul I LINE FOLLOWER 1. Deskripsi Sebuah transistor terdiri dari tiga lapisan yang terdiri dari semikonduktor

tipe-p

yang

berada

ditengah-tengah

antara

dua

semikonduktor tipe-n, atau semikonduktor tipe-n berada ditengah-tengah antara dua semikonduktor tipe-p. Sebuah elektroda dipasang pada tiap lapisan dasar: B (base), E (emitter ), dan C (collector ). Transistor ada dua tipe dasar yaitu transistor bipolar dan transistor efek medan atau transistor unipolar. Transistor bipolar terdiri dari 3 sambungan semikonduktor dan memilki dua sambungan pn, sedangkan transistor unipolar hanya memiliki satu sambungan semikonduktor pn. (Bob Foster.2002:190 ) Jenis transistor bipolar ada dua macam yaitu transistor PNP dan transistor NPN. Prinsip kerja transistor PNP dan NPN hampir sama dan

yang membedakan adalah pembawa muatannya. Transistor PNP pembawa muatan mayoritasnya adalah lubang-lubang (hole) sedangkan trnasistor NPN pembawa muatan mayoritasnya adalah elektron-elektron bebas. Transistor terdiri dari tiga kaki yaitu kaki basis, kaki kolektor, dan kaki emotor. (Bob Foster.2002:191 )

Gambar 11. Beberapa Transistor

2. Pengoperasian dasar Pada sebuah transistor npn, saat aliran listrik IB mengalir mengalir dari B ke E, aliran listrik IC mengalir dari C ke E. Pada sebuah transistor pnp, ketika aliran listrik IB mengalir dari E (emitter ) ke B (base), aliran listrik IC mengalir dari E ke C. Karenanya aliran listrik IC tidak akan mengalir kecuali Aliran listrik IB disebut base current (aliran listrik


[email protected]

7

Modul I LINE FOLLOWER dasar), aliran listrik IB mengalir. dan aliran listrik IC disebut collector current (aliran listrik kolektor).

Gambar 12. Simbol Transistor dan Pengoperasian Dasar

3. Karakteristik Pada sebuah transistor, collector current (IC) tidak akan mengalir kecuali base current (IB) mengalir. Karenanya, collector current dapat diputar ke ON dan OFF dengan memutar base current (IB) ON dan OFF. Karakteristik dari transistor yang ini dapat digunakan sebagai tombol relay atau sebagai saklar. Transistor disebut bekerja sebagai saklar apabila titik kerjanya berada hanya pada dua titik yaitu pada titik jenuh (saturation) dan pada titik sumbat (cut off ). Menurut Malvino(1995), titik dimana garis beban berpotongan dengan garis Ib=0 disebut titik sumbat (cut off ), karena arus Ib=0 maka arus kolektor sangat kecil sehingga dapat diabaikan karena pada kondisi ini dioda emiter transistor sudah tidak lagi mendapatkan forward bias.

Pada transistor biasa, collector current (IC) dan base current (IB) mempunyai dua fungsi dasar atau kegunaan seperti yang terlihat pada


[email protected]

8

Modul I LINE FOLLOWER gambar di bawah. Porsi "A" dapat digunakan sebagai amplifier (pengeras) sinyal dan porsi "B" dapat digunakan sebagai switch.

Gambar 13. Karakteristik transistor Collector current (IC) tidak akan mengalir kecuali base current

(IB) mengalir. Karenanya, collector current dapat diputar ke ON dan OFF dengan memutar base current (IB) ON dan OFF.

E. IC ( Integrated Circuit)

Integrated Circuit (IC) adalah suatu komponen elektronik yang dibuat dari bahan semi konductor, dimana IC merupakan gabungan dari beberapa komponen seperti Resistor, Kapasitor, Dioda dan Transistor yang telah terintegrasi menjadi sebuah rangkaian berbentuk chip kecil, IC digunakan untuk beberapa keperluan pembuatan peralatan elektronik agar mudah dirangkai menjadi peralatan yang berukuran relatif kecil. Pada komputer, IC yang dipakai adalah mikroprosesor. Dalam sebuah mikroprosesor Intel Pentium 4 dengan ferkuensi 1,8 trilyun getaran per detik terdapat 16 juta transistor, belum termasuk komponen lain. Fabrikasi yang dipakai oleh mikroprosesor adalah 60nm. Jenis-jenis IC sebagai berikut:

1.

IC TTL(Transistor transistor Logic)

IC yang paling banyak digunakan secara luas saat ini adalah IC digital yang dipergunakan untuk peralatan komputer, kalkulator dan system

kontrol

elektronik.

IC

digital

bekerja

dengan

dasar


[email protected]

9

Modul I LINE FOLLOWER pengoperasian bilangan Biner Logic(bilangan dasar 2) yaitu hanya mengenal dua kondisi saja 1(on) dan 0(off). Jenis IC digital terdapat 2(dua) jenis yaitu TTL dan CMOS. Jenis IC-TTL dibangun dengan menggunakan transistor sebagai komponen utamanya dan fungsinya dipergunakan untuk berbagai variasi Logic, sehingga dinamakan Transistor. Dalam satu

kemasan IC TTL terdapat beberapa macam

gate(gerbang) yang dapat melakukan berbagai macam fungsi logic seperti AND, NAND, OR, NOR, XOR serta beberapa fungsi logic lainnya seperti Decoder, Encoder, Multiflexer dan Memory sehingga pin (kaki) IC jumlahnya banyak dan bervariasi ada yang 8,14,16,24 dan 40. IC TTL dapat bekerja dengan diberi tegangan 5 Volt.

2.

IC- CMOS

Selain

TTL,

(Complementary

jenis

with

IC

digital

MOSFET)

lainnya

yang

berisi

adalah

C-MOS

rangkaian

yang

merupakan gabungan dari beberap komponen MOSFET untuk membentuk gate-gate dengan fungsi logic seperti halnya IC-TTL. Dalam satu kemasan IC C-MOS dapat berisi beberapa macam gate(gerbang) yang dapat melakukan berbagai macam fungsi logic seperti AND, NAND, OR, NOR, XOR serta beberapa fungsi logic lainnya seperti Decoders, Encoders, Multiflexer dan Memory.

3.

IC Linear (Linear IC's)

Perbedaan utama dari IC Linear dengan Digital ialah fungsinya, dimana IC digital beroperasi dengan menggunakan sinyal kotak (square) yang hanya ada dua kondisi yaitu 0 atau 1 dan berfungsi sebagai

switch/saklar,

menggunakan

sinyal

sedangkan sinusoida

IC

linear

dan

pada

berfungsi

umumnya sebagai

amplifier(penguat). IC linear tidak melakukan fungsi logic seperti halnya IC-TTL maupun C-MOS dan yang paling populer IC linier didesain untuik dikerjakan sebagai penguat tegangan.


[email protected]

10

Modul I LINE FOLLOWER Dalam kemasan IC linier terdapat rangkaian linier, diman kerja rangkaiannya akan bersifat proporsional atau akan mengeluarkan output yang sebanding dengan inputnya. Salah satu contoh IC linear adalah jenis Op-Amp.

Contoh IC sebagai berikut:

Gambar 14. Diagram Blok IC L298

Gambar 15. Fisik IC L298

F. PCB ( Printed Circuit Board )

PCB (Printed Circuit Board ) adalah sebuah

papan yang penuh

dengan sirkuit dari logam yang menghubungkan komponen elektronik satu sama lain tanpa kabel. Papan

sirkuit

cetak

dapat

digolongkan

atas

beberapa

jenis

berdasarkan: 1. Susunan lapis •

lapis tunggal


[email protected]

11

Modul I LINE FOLLOWER •

lapis ganda

•

multi lapis (4, 6, 8 lapis)

2. Bentuk •

keras

•

lunak (fleksibel)

•

gabungan keras dan lunak

3. Spesifikasi •

•

konvensional penghubung kepadatan tinggi (High Density Interconnect)

4. Material Dasar •

FR4

•

logam

•

keramik

Gambar 16. PCB


[email protected]

12

Modul II LINE FOLLOWER

SENSOR PROXIMITY Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya. Sensor proximity merupakan salah satu sensor yang digunakan sebagai sensor garis pada perlombaan robot (KRI, Line Follower Contest), dimana robot tersebut jalan mengikuti garis.

Gambar 2.1. Contoh Lintasan

A. Jenis Sensor Proximity

Sensor proximity terbagi menjadi beberapa jenis, antara lain sebagai berikut: 1. Kombinasi IR LED dan Photodiode atau Phototransist or 2. Kombinasi LED superbright dan LDR 3. Optosensor: Photoreflektif sensor (satu paket Tx dan Rx) 4. Kamera

Gambar 2.2. Phototransistor dan LDR


[email protected]

1

Modul II LINE FOLLOWER B. Aplikasi Sensor Proximity

Aplikasi sensor garis pada robot Line Follower dan prinsip dasar kerja rangkaian sensor sebagai berikut:

Gambar 2.3. Tranceiver/light Source (Tx) dan Receiver/Detektor (Rx) Keterangan:  Tranceiver/

light Source

sebagai pengirim signal cahaya (LED

superbright , IR LED)  Receiver/detektor sebagai penerima signal cahaya (Photodiode, LDR)

Gambar 2.4. Rangkaian dasar  Gambar 2.4 : Led1 sebagai Tranceiver(LED superbright) dan Q1 sebagai

Receiver (Photo Transistor)  Bila sensor mendapat garis putih (terang), maka phototransistor menjadi

aktif sehingga output mempunyai tegangan rendah (mendekati 0 volt), sebaliknya jika sensor terkena garis hitam (gelap), maka tegangan akan mencapai 5 volt.

C. Perhitungan dan Perancangan


[email protected]

2

Modul II LINE FOLLOWER Dalam proses perancangan sensor garis perancang harus membuat perhitungan yang tepat, agar pembacaan sensor lebih akurat dan stabil.

a. Perhitungan dalam perancangan sensor garis : VCC



− =



R

 Pembatasan arus berfungsi untuk menjaga arus

LED

led dibawah arus maksimum. GND

 V LED sekitar 1,2 – 1,3 Volt

 Pada rangkaian dasar (Gambar 2.4): R 2 sebagai pembatasan arus emitor

(I E ) pada phototransistor. Jika VCC = 5 Volt dan I E secara umum 1mA, maka : R= VCC/ I E R= 5KΩ

b. Rangkaian sensor garis lengkap dan prinsip kerjanya

Gambar 2.5. Rangkaian sensor garis secara lengkap

Keterangan:


[email protected]

3

Modul II LINE FOLLOWER  IR LED dan phototransistor

sebagai Input signal ke IC LM 324,

setela itu output sensor 1 dimasukkan ke mikrokontroller sebagai pengolah output sensor garis pada robot line follower.  VR 20k digunakan untuk menentukan kepekaan sensor terhadap

garis terang/gelap.  IC LM324 digunakan sebagai IC Comperator agar output tegangan

ke Mikrokontroller stabil.  Led 1 sebagai indikator hidup/matinya sensor

c. Hal-hal yang mempengaruhi akurasi sensor garis

1. Pengaruh jumlah sensor pada robot line follower

a. 2 Sensor  Memisahkan kontrol sensor untuk setiap motor  Tidak bisa membedakan berada digaris dalam dan

berada diluar garis atau tidak  Kompensasi menggunakan software

Kemungkinan : 00 –berada atau diluar garis 01 –tepi kanan 10 –tepi kiri 11 –tidak digunakan kecuali sensor diletakkan didalam garis

b. 3 Sensor Kemungkinan : 000 –di luar garis 001 –di kiri garis 010 –ditengah garis 011 –agak kekiri 100 –Ke kanan garis 101 –tidak digunakan 110–agak ke kanan 111 –tidak digunakan


[email protected]

4

Modul II LINE FOLLOWER Jumlah sensor pada robot line follower sangat berpengaruh terhadap jalanya robot. Semakin banyak jumlah sensor,maka semakin banyak kemungkinan yang terjadi dan semakin akuratnya jalan robot, akan tetapi dalam pembuatan progam robot akan semakin sulit.

2. Pengaruh penempatan dan jarak sensor Penempatan sensor harus mempertimbangkan aspek cahaya luar, letak motor, jarak antar sensor dan jarak sensor terhadap lantai. Untuk penempatan dan jarak harus dilakukan penelitian lebih lanjut. Untuk penempatan dan jarak yang telah di uji coba oleh PRASIMAX BENZ adalah:

Jarak antar sensor

= 1-1,5 cm

Jarak sensor ke lantai

= 0,3 - 0,5 cm

Gambar 2.6. Penempatan dan Jarak sensor

Keterangan :  Tidak hanya jumlah sensor, penempatan dan jarak akan tetapi kepekaan

membedakan gelap/terang pun sangat berpengaruh.  Oleh sebab itu dalam perancangan sensor garis, perlu dilakukan penelitian lebih

lan ut secara o timal.


[email protected]

5

Modul II LINE FOLLOWER

Gambar 2.7. Robot Line Follower

Gambar 2.8. Sistem minimum robot Line Follower


[email protected]

6

Modul III LINE FOLLOWER

RANGKAIAN MOTOR DRIVER

A. PRINSIF DASAR

Dalam suatu robot tersusun dari beberapa sensor dan aktuator. Hal yang akan dibahas pada modul III ini adalah aktuator motor driver untuk menggontrol sebuah motor DC. Mengontrol sebuah motor DC, umumnya terdari 2 persoalan, yaitu mengontrol arah putaran dan mengontrol kecepatan putar. Salah satu cara untuk mengontrol arah putaran motor dapat dilakukan dengan cara mengubah arah arus yang masuk ke motor menggunakan saklar mekanik DPDT, akan tetapi tidak dapat dihubungkan dengan sebuah kontroler,seperti gambar di bawah ini:

Gambar 3.1. Konsep Pengontrolan Putaran motor secara Manual

Pengontrolan putaran secara manual tersebut tidak dapat di fungsikan untuk mengatur kecepatan motor DC menggunakan PC atau mikrokontroller, dikarenakan

pensaklarannya

sangat

lambat.

Untuk

itu

kita

dapat

menggunakan Transistor yang dapat di fungsikan sebagai saklar elektronis, dengan

proses

pensaklaran

yang

amat

cepat(mikro

detik).

Dengan

Menggunakan konsep tansistor Darlington kita dapat mengatur putaran motor.


[email protected]

1


Gambar 3.2. Konsep Darlington

Keterangan : 

Jika A dan C on, maka motor berputar kiri, dan jika B dan D on, maka motor berputar kanan.



Hindari A dan B , C dan D hidup bersamaan.

Perbedaan Transistor dengan saklar : 

Respon Transistor sangat cepat, dengan orde mikro detik.



Transistor dengan mudah dapat dikontroller oleh mikrokontroller atau yang lainya.



Dapat menggunakan transistor daya untuk motor dengan arus yang besar.



Dapat mengatur daya motor dengan PWM

B. PWM (PULSE WIDHT MODULATION)

Dengan PWM kita dapat mengatur kecepatan motor DC. Untuk itu kita perlu mengetahi prinsif kerja pwm dan cara kerja pwm pada sebuah rangkaian pengendali kecepatan motor DC, atau yang sering disebut dengan H-BRIGHT Motor DC. Prinsif kerja PWM : 1. PWM pada dasarnya adalah menyalakan (On) atau mematikan (OFF) motor DC dengan cepat. 2. Kuncinya adalah mengatur berapa lama ON dan berapa lama OFF.


[email protected]

2


Gambar 3.3. Periode ON/OFF Motor DC

Gambar 3.4. Contoh PWM 10 %, 50%, 90% Motor DC

C. Rangkaian Motor Driver

1. Rangkaian Motor Driver dengan H-Bright (Jembatan H) VCC 5 VOLT VCC 12-24 VOLT H-BRIGHT 1

1

TR6 74LS139(1) 2 3

DIR

1

PWM

A B E

Y0 Y1 Y2 Y3

4 5 6 7

R3

LED1

R7

TR1

TR5

D6

560R

74LS139

TIP2955

TR2

LED2

R8 560R

M

1k

R4

D5

1N4007

FCS9012

TIP2955

FCS9012

R5

R6

1k

TR4 TIP31A

1k

+88.8

TR3

D8 D7

TIP31A 1k

1N4007

TR7

TIP3055

TR8 TIP3055

Gambar 3.5. H-BRIGHT MOTOR DC Keterangan : 

Dir digunakan untuk menentukan putaran motor kiri at au kanan.



PWM digunakan untuk menghidupkan motor.


[email protected]

3

Modul III LINE FOLLOWER 

Kecepatan motor DC dapat diatur dengan mengatur lama ON dan lama OFF nya PWM (0/1)



H-BRIGHT aktif low, yang artinya akan bekerja ketika diberikan input 0.



IC 74139 merupakan IC demultiplexer yang digunakan untuk perubahan inputan berdasarkan tabel kebenaran:

Tabel Kebenaran IC 74139 INPUT



OUTPUT

E

A

B

Y0

Y1

Y2

Y3

H

H

H

H

H

H

H

L

L

L

L

H

H

H

L

H

L

H

L

H

H

L

L

H

H

H

L

H

L

H

H

H

H

H

L

Motor akan bekerja sesuai dengan tabel kebenaran IC 74139, dimana jika E= L, A=H maka Y 3 akan On dan PWM akan bekerja dan motor bekerja, dan jika E=L , A= L maka Y 2 akan On dan PWM dan DIR akan bekerja, kemudian motor bekerja berbalik arah.

2. Rangkaian Motor Driver Dengan L298 L298 merupakan IC yang didalamnya terdapat H-Bright, kemampuan Arus DC nya sampai dengan 4A. L298 ini sering sekali digunakan karena dari fisiknya yang kecil dan rangkaiannya tidak serumit rangkaian H-Brigth dengan transistor maupun dengan Mosfet. Pada dasarnya prinsif kerja sama akan tetapi perbedaan fisik dan tingkat kesulitan dalam merangkai menentukan minat dalam pemilihan motor driver. Gambar Fisik IC L298 sebagai berikut:


[email protected]

4


Gambar 3.6. Fisik IC L298

Gambar 3.7. Prinsif kerja IC L298

Tabel Kebenaran L298 INPUT EN A H H H L

IN 1 H H L L/H

OUTPUT IN 2 H L H L/H

O1 X H L L

O2 X L H L

FUNGSI Motor Crash Motor Foward Motor Reserve Motor OFF


[email protected]

5

Modul III LINE FOLLOWER Didalam IC L298 terdapat 2 H-Bright yang prinsif kerja sama. Pada tabel kebenaran hanya menunjukkan prinsif kerja 1 H-bright. Dimana En A (Enable A) mengontrol output IC. Jika En A bernilai H (High) maka Output tergantung pada Input 1 dan Input 2. Akan tetapi jika En A bernilai L (Low) maka Output motor akan off dan tidak dipengaruhi oleh Input. H (High) = 1 L (Low) = 0

Rangkaian Motor Driver dengan IC L298 secara lengkap sebagai berikut:

Gambar 3.8. Rangkaian Motor Driver dengan IC L298

Keterangan: 1. Output ke motor dc harus menggunakan dioda, agar tidak adanya arus balik dari motor yang dapat mengakibatkan IC L298 tersebut rusak. 2. Tganagan VCC harus 5Volt dan tidak boleh lebih dari 7Volt. 3. Tegangan VS dapat mencapai dengan 50 Volt, akan tetapi kita harus melihat kemampuan motor dc yang digunakan. Biasanya kemampuan motor DC yang digunakan robot Line follower sek itar 12-24Volt.


[email protected]

6

Modul III LINE FOLLOWER 3. Rangkaian Motor DC dengan IC L293D Rangkaian motor DC dengan IC L293D dengan IC L298 sama, akan tetapi ada beberapa perbedaan. Pada IC L293D sudah terdapat Dioda pengaman, sehingga perakitan tidak memerlukan dioda pengaman. Kemampuan arus DC L293D hanya 1,2 A. Cukup untuk motor-motor DC yang kecil yang tidak membutuhkan arus tinggi, contohnya motor dc pada tamiya, motor VCD/VCD, motor pada tipe recorder. IC L293D ini dapat dibilang cukup kalau hanya sebatas untuk robot line follower. Fisik IC L298 dan L293D berbeda. Lihat gambar fisik L293D, sebagai berikut:

Gambar 3.9. Fisik IC L293D

Gambar 3.10. Blok Diagram IC L293D


[email protected]

7

Modul IV LINE FOLLOWER

MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535 A. Pengenalan Mikrokontroller AVR ATMEGA 8535

Perkembangan teknologi telah maju dengan pesat dalam perkembangan dunia elektronika, khususnya dunia mikroelektronika. Penemuan silikon menyebabkan bidang ini mampu memberikan sumbangan yang amat berharga bagi perkembangan teknologi modern. Atmel sebagai salah satu vendor yang mengembangkan dan memasarkan produk mikroelektronika telah menjadi suatu teknologi standar bagi para desainer sistem elektronika masa kini. Dengan perkembangan terakhir, yaitu generasi AVR ( Alf and Vegard’s Risc processor ), para desainer sistem elektronika telah diberi suatu teknologi yang

memiliki kapabilitas yang amat maju, tetapi dengan biaya ekonomis yang cukup minimal. Mikrokontroller AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, di mana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroller tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga Attiny, keluarga AT90SXX, keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama.


[email protected]

1


Gambar 4.1. Blog Diagram ATMEGA 8535 (sumber : http://www.atmel.com)

Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa ATMega 8535 memiliki bagian sebagai berikut : a. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D b. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran


[email protected]

2

Modul IV LINE FOLLOWER c. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan d. CPU yang terdiri atas 32 buah register e. Watchdog Timer dengan osilator internal f. SRAM sebesar 512 byte g. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write h. Unit interupsi internal dan eksternal i. Port antarmuka SPI j. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi k. Antarmuka komparator analog l. Port USART untuk komunikasi serial

Kapabilitas detail dari ATMega 8535 adalah sebagai berikut : a. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz b. Kapabilitas memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte c. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel d. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps e. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik

Konfigurasi pin ATMega 8535 dapat dijelaskan secara fungsional sebagai berikut : a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya b. GND merupakan pin ground c. Port A (PA0...PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC d. Port B (PB0...PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu timer/counter, komparator analog, dan SPI


[email protected]

3

Modul IV LINE FOLLOWER e. Port C (PC0...PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan timer oscilator f. Port D (PD0...PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroller h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal i. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC j. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC

Gambar 4.2. Konfigurasi pin ATMEGA 8535 (sumber : http://www.atmel.com)

B. Sistem Minimum Mikrokontroller ATMega8535

Sistem Minimum adalah suatu sistem minimal kerja IC Mikrokontroller. Tanpa adanya sistem minimum, maka suatu rangkaian mikrokontroller tidak dapat di fungsikan (tidak dapat bekerja). Oleh sebab itu perancangan sistem minimum harus benar. Selain sistem minimum, ada juga yang disebutkan dengan nama downloader. Downloader berfungsi untuk mengisi firmware/program ke dalam mikrokontroller. Secara garis besar dapat kita gambarkan sistem kerjanya sebagai berikut:


[email protected]

4


KOMPUTER

DOWNLOADER

SM (Sistem Minimum)

Gambar 4.3. Blok Diagram Proses Pengisian Program ke Mikrokontroller Dari gambar diatas menunjukkan bahwa proses pengisian program melalui downloader yang kemudian dimasukkan ke dalam sistem minimum. Rangkaian sistem minimum merupakan rangkaian yang digunakan bersama-sama dengan rangkaian lainya, seperti sensor-sensor, push button, lcd, motor driver, led indikator, dsb. Gambar rangkaian sistem minimum mikrokontroller ATMega 8535 sebagai berikut:

Gambar 4.4. Sistem Minimum Mikrokontroller ATMega8535

Sistem minimum Mikrokontroller ATMega 8535 diatas dapat digunakan untuk beberapa tipe IC Mikrokontroller, seperti ATMega8515, ATMega 16, ATMega 32. Pada dasarnya sistem minimum hanya terdiri dari 2 capasitor dan 1 buah Crystal (Xtal), akan tetapi perlu dibuatnya sistem untuk mereset IC,


[email protected]

5

Modul IV LINE FOLLOWER mengatur ADC (VR= 50k-100k), dan soket 6pin sebagai inputan dari rangkaian downloader. Sistem ini buat seminimal mungkin agar IC dapat bekerja dengan baik dan pengguna tidak kesulitan dalam merangkainya dalam board PCB. Ada hal yang harus diingat dalam membuat suatu rangkaian perancang harus mengeluarkan pin I/O (Input/Output) IC Mikro, agar nantinya I/O mendapatkan terminal (diberikan pin keluar). Rancangan PCB sitem minimum ATMega 8535 PRASIMAX BENZ sebagai berikut:

Gambar 4.5. Layout PCB Sistem Minimum ATMega 8535 PRASIMAX BENZ


[email protected]

6

Modul V LINE FOLLOWER

ME-LAYOUT LINE FOLLOWER A. Pendahuluan

Dalam proses perancangan suatu rangkaian elektronik, ada beberapa proses yang harus dilalui, salah satunya adalah proses pembuatan PCB. Proses pembuatan PCB ada 2 cara, yaitu: dengan langsung menggunakan PCB bolong dan dengan PCB Polos. Dengan PCB bolong perancang langsung membuat jalur-jalurnya sendiri (yaitu dengan kabel-kabel atau konektor bekas kaki komponen) dan meletakkan komponen langsung pada PCB tanpa adanya proses pelayoutan pada komputer ataupun manual. Dengan PCB polos perancang harus membuat layout PCB, dimana layout tersebut menentukan jalur-jalur rangkaian dan besar pcb yang dibutuhkan. Proses pelayoutan PCB tersebut dapat dilakukan dengan cara manual (menggunakan kertas milimeter blog yang kemudian di salin ulang pada pcb polos dengan spidol permananent ). Selaian dengan manual proses yang lebih mudah adalah menggunakan komputer dengan software tertentu. Software-software yang digunakan dalam melayout suatu pcb

bermacam-macam, yaitu: 1. Protel15 PCB 2. PCB DESIGNER V1.5.4 3. PCB Wizard 3.50 Pro Unlimited 4. ExpressPCB 5. Eagle 4.09 6. Diptrace Setiap software memiliki kelebihan dan keunggulan masing-masing. PRASIMAX BENZ biasanya menggunakan ExpressPCB dalam melayout PCB. Sehingga pada modul ini akan dibahas proses pelayoutan PCB dengan menggunakan software ExpressPCB.


[email protected]

1


B. Pengenalan Software ExpressPCB

Program

ExpressPCB

adalah

software

untuk

mengambar

shcematic(skema) dan melayout PCB. Setelah program terinstall dalam

komputer anda, maka jalankan program tersebut. Langkah-langkahnya sebagai berikut: 1. Klik Start + All Program 2. Kemudian pilih ExpressPCB 3. Untuk melayout PCB pilih ExpressPCB , Sedangkan untuk membuat skema rangkaian pilih ExpressSCH. Lihat gambar 5.1 dibawah ini:

Gambar 5.1 Cara membuka file ExpressPCB


[email protected]

2

Modul V LINE FOLLOWER 4. Setelah memilih ExpressPCB maka akan muncul tampilan program sebagai berikut:

Gambar 5.2 Tampilan awal program ExpressPCB 5. Setelah tampilan awal dibuka atur board properties nya, dengan cara klik

layout + board propesties, maka akan tampil gambar sebagai berikut:

0,035

Gambar 5.3 Board Properties


[email protected]

3

Modul V LINE FOLLOWER 6. Setelah itu kita dapat memulai melayout PCB, untuk itu akan di jelaskan gambar 5.2 lebih terperinci sebagai berikut:

Pad Pin

Zoom

Component manager

Jalur Tulisan

Layout Disini..

Mengatur tampilan layout atas,bawah Mengatur Jarak antar komponen dan jalur.

Gambar 5.4 Beberapa fungsi toolbar

Gambar 5.5 Component manager 7. Selamat Mencoba


[email protected]

4

Modul V LINE FOLLOWER C. Proses Pembuatan PCB

Sebelum memulai pelayoutan PCB, maka yang perlu perancang ketahui adalah menggetahui schematic rangkaian terbih dahulu, sehingga proses pelayoutan akan lebih mudah dan tidak terjadinya kesalahan dalam proses pelayoutan. Didalam modul-modul sebelumnya telah dibahas mengenai 3 rangkaian yang diperlukan dalam membuat robot line follower. 3 rangkaian tersebut adalah: Sensor Proximity,

Motor Driver, dan Sistem Minimum

ATMega8535.

rangkaian

Untuk

itu

ketiga

tersebut

dapat

dilayout

menggunakan ExpressPCB. Untuk membuat layout Robot Line Follower yang perlu kita pikirkan adalah sistem mekaniknya robot terlebih dahulu. Untuk apa mekaniknya dahulu?.... (timbul pertanyaan). Dalam proses pelayoutan ada 2 cara, yaitu secara gabung (langsung menjadi satu rangkaian) dan terpisah. Jadi kalau melayout Robot LF bisa saja hanya 1 PCB (1 Layout) dan bisa juga 3 PCB (3 Layout.

Contoh layout secara terpisah dan gabung: 1. Terpisah

Gambar 5.6 Layout Sistem Minimum ATMega8535


[email protected]

5


Gambar 5.7 Layout Sensor Proximity (4 Sensor)

Gambar 5.8 Layout Motor Driver L298 2. Gabung

Gambar 5.9 Layout PCB LF ATMega 8


[email protected]

6

Modul VI LINE FOLLOWER

MEMPROGRAM ROBOT LINE FOLLOWER A. Pendahuluan Materi ini merupakan materi yang terpenting dalam proses pembuatan robot line follower. Suatu robot line follower berbasiskan mikrokontroller harus memiliki firmware atau programnya. Untuk itu pada materi ini kita akan membahas mengenai program robot line follower dengan 6 sensor menggunakan software Code Vision AVR v1.25.3 Standart. Untuk masalah versi tidak terlalu berbeda jauh. Yang terpenting adalah logika pemproman yang benar. Dibawah ini adalah contoh program robot line follower dengan 6 sensor. Selamat belajar……

Tanda-tanda yang perlu diperhatikan sebagai berikut: 1. Warna biru menunjukkan keterangan program 2. Warna Hitam adalah bagian program 3. Warna Tebal hitam adalah bagian program yang diberikan oleh code vision.

/***************************************************** This program was produced by the CodeWizardAVR V1.25.3 Standard Automatic Program Generator © Copyright 1998-2007 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l. http://www.hpinfotech.com Project : Version : Date : 15/12/2009 Author : Barry Company : Pendidikan teknik Elektro Comments:


[email protected]

1

Modul VI LINE FOLLOWER Chip type : ATmega8 Program type : Application Clock frequency : 12,000000 MHz Memory model : Small External SRAM size : 0 Data Stack size : 256 *****************************************************/ // Inisial IC Mikro dan delay #include #include // bagian-bagian Motor Driver #define maju_kanan PORTB.1 #define mundur_kanan PORTD.4 #define en_kanan PORTD.3 #define maju_kiri #define mundur_kiri #define en_kiri

PORTD.2 PORTD.1 PORTB.2

#define mulai

PIND.0

//Inisialisasi Pwm,kiri,kanan,sensor unsigned char pwm; int kanan,kiri; int sensor; bit a; // Timer 0 overflow interrupt service routine interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) { // Reinitialize Timer 0 value TCNT0=0xFE; // 1=ON LED , 0=OFF LED // sensor aktif low(low ketika kena garis putih) pwm++; if (pwm>=kanan) en_kanan = 0;


[email protected]

2

Modul VI LINE FOLLOWER else en_kanan = 1; if (pwm>=kiri) en_kiri = 0; else en_kiri = 1; } void maju(void) { maju_kanan = 1; maju_kiri = 1; mundur_kanan = 0; mundur_kiri = 0; } void belok_kanan() { maju_kanan = 0; maju_kiri = 1; mundur_kanan = 1; mundur_kiri = 0; } void belok_kiri() { maju_kanan = 1; maju_kiri = 0; mundur_kanan = 0; mundur_kiri = 1; } void mundur() { maju_kanan = 0; maju_kiri = 0; mundur_kanan = 1; mundur_kiri = 1;


[email protected]

3

Modul VI LINE FOLLOWER } void stop() { kanan = 0; kiri = 0; } void garis_hitam(void) { sensor = PINC; switch (sensor) { case 0b111110: {belok_kanan(); kanan = 80; kiri = 255; a=1; } break; //ujung kanan case 0b111100: {maju(); kanan = 160; kiri = 250; a=1; } break; case 0b111101: {maju(); kanan = 160; kiri = 245; a=1; } break; case 0b111001: {maju(); kanan = 200; kiri = 245; a=1; } break; case 0b111011: {maju(); kanan = 240; kiri = 255; a=1; } break; case 0b110011: {maju(); kanan = 255; kiri = 255; } break; // Tengah case 0b110111: {maju(); kanan = 255; kiri = 240; a=0; } break; case 0b100111: {maju(); kanan = 255; kiri = 200; a=0; } break; case 0b101111: {maju(); kanan = 245; kiri = 160; a=0; } break; case 0b001111: {maju(); kanan = 255; kiri = 160; a=0; } break; case 0b011111: {belok_kiri(); kanan = 250; kiri = 80; a=0; } break; //ujung kiri case 0b111111: { if (a) {belok_kanan(); kanan = 0; kiri = 255; break;} else {belok_kiri(); kanan = 255; kiri = 0; break;}} //keluar garis } } void main(void) { // Declare your local variables here // Input/Output Ports initialization // Port B initialization


[email protected]

4

Modul VI LINE FOLLOWER // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=Out Func1=Out Func0=In // State7=P State6=T State5=T State4=T State3=T State2=0 State1=0 State0=T PORTB=0x00; DDRB=0x06; // Port C initialization // Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State6=P State5=P State4=P State3=P State2=P State1=P State0=P PORTC=0x7F; DDRC=0x00; // Port D initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=Out Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=0 State3=0 State2=0 State1=0 State0=P PORTD=0x01; DDRD=0x1E; // Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 12000,000 kHz TCCR0=0x01; TCNT0=0xFE; // External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: Off MCUCR=0x00; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x01; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00;


[email protected]

5


// Global enable interrupts #asm("sei") while (1) { if(mulai==0) break;; }; while (1) { garis_hitam(); }; } Bagian-bagian terpenting yang perlu diketahui adalah sebagai berikut: Listing Program

Keterangan

#define maju_kanan #define mundur_kanan #define en_kanan

PORTB.1 PORTD.4 PORTD.3

#define maju_kiri #define mundur_kiri #define en_kiri

PORTD.2 PORTD.1 PORTB.2

#define mulai

PIND.0

//Inisialisasi Pwm,kiri,kanan,sensor unsigned char pwm; int kanan,kiri; int sensor; bit a; interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) { // Reinitialize Timer 0 value TCNT0=0xFE;

PORT….. diinisialisasikan sebagai Output(keluaran), sedangkan PIN…. Diinisialisasikan sebagai Inputan (masukan) Dalam inisialisasi ini tidak ada yang boleh sama.

Unsigned char Int Bit Inisialisasi ini perlu diperhatikan value nya(nilainya) Untuk membuat pwm pada motor DC. Menggunakan sub ini. Sub ini khusus buat IC L298 dan L293D yang aktif high.


[email protected]

6


// 1=ON LED , 0=OFF LED // sensor aktif low(low ketika kena garis putih) pwm++; if (pwm>=kanan) en_kanan = 0; else en_kanan = 1; if (pwm>=kiri) en_kiri = 0; else en_kiri = 1; } void garis_hitam(void) { sensor = PINC; switch (sensor) { case 0b111110: {belok_kanan(); kanan = 80; kiri = 255; a=1; } break; case 0b111100: {maju(); kanan = 160; kiri = 250; a=1; } break; case 0b111101: {maju(); kanan = 160; kiri = 245; a=1; } break; case 0b111001: {maju(); kanan = 200; kiri = 245; a=1; } break; case 0b111011: {maju(); kanan = 240; kiri = 255; a=1; } break; case 0b110011: {maju(); kanan = 255; kiri = 255; } break; // Tengah case 0b110111: {maju(); kanan = 255; kiri = 240; a=0; } break; case 0b100111: {maju(); kanan = 255; kiri = 200; a=0; } break; case 0b101111: {maju(); kanan = 245; kiri = 160; a=0; } break; case 0b001111: {maju(); kanan = 255; kiri = 160; a=0; } break; case 0b011111: {belok_kiri(); kanan = 250; kiri = 80; a=0; } break; //ujung kiri

Sub bagian ini adalah bagian terpenting buat robot line follower. Sensor proximity nya 6, sehingga ada 6 bit. 0b111110 = menunjukkan jika kena sensor paling kanan. maju(); = memangil sub program maju() Kanan = … menunjukkan kecepatan motor kanan. Kiri = … menunjukkan kecepatan motor kiri. Break; = mengakhiri perintah dan kembali mendeteksi perubahan keadaan.


[email protected]

7

Modul Robot Line Follower

Recommend Documents