TEORI PENUNJANG
2.4 Karakteristik Beban Non-linier .1 Perencanaan Mobil Listrik .1 Perencanaan Mobil Listrik
2.4.1.a Kecepatan
Kecepatan mobil listrik yang kami buat diharapkan mencapai kecepatan maksimum pada jalan lurus + 20 km/jam dengan memperhitungkan gaya gesekan antara roda dengan jalan, dan gaya aerodinamika.
2.4.1.b Massa
Massa total mobil beserta driver adalah 200 kg dengan rincian massa driver (pengendara) 70kg, rangka mobil 70 kg, 3 buah accu 39 kg (tiap aki sekitar 13 kg) , 1 buah motor brushed dc 15 kg, rangkaian driver 6 kg.
2.4.1.c Konsep Desain
Spesifikasi desain mobil listrik: Panjang mobil
- Panjang keseluruhan (body) : 185 cm - Panjang antar roda (depan belakang) : 95 cm Lebar mobil
- Body : 95 cm
- Antar roda (kanan kiri) : 77 cm Tinggi mobil
- Tanah ke chasis : 12,5 cm
- Tinggi body keseluruhan (termasuk rollbar) :113 cm - Mesin : Motor Brushed DC 48V/700W - Sistem Pengereman : Mekanik
- Ukuran velg : 14 inchi - Bodi : Besi + plastik
2.4.2 Teori Pendukung Rancangan Mekanik Mobil Listrik Pada mobil saat melaju mempunyai tiga buah macam gaya. Gaya ini sangat berpengaruh pada pendisaianan mobil apakah mobil akan sesuai dengan yang kita inginkan. Tiga buah macam gaya tersebut adalah sebagai berikut:
2.4.2.a Gaya gesekan pada roda
Gaya ini sangat dipengaruhi oleh koefisien gesek antara ban dengan lintasan serta kemiringan/tanjakan pada lintasan.
Persamaan untuk gaya gesek ini adalah sebagai berikut: Untuk kemiringan lintasan sama dengan 0 derajat
F = m.g.Cg.cos 0 (2.10)
= m.g.Cg
Untuk kemiringan lintasan sebesar Θ
F1 = m.g.Cg.cos Θ (2.11)
Dimana :
F = gaya gesek yang bekerja pada mobil (N) m = massa total mobil ( termasuk driver ) (kg) g = percepatan gravitasi bumi (9,81 m/s2) (m/s2) Cg = koefisien gesek
2.4.2.b Gaya berat pada mobil
Gaya ini bekerja pada saat mobil berada di kemiringan tertentu. Besarnya kemiringan sangat mempengaruhi besarnya gaya ini. Dengan m merupakan massa total mobil , g percepatan gravitasi bumi (9,81 m/s2), dan merupakan besarnya sudut kemiringan lintasan, maka besarnya gaya dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
2.4.2.b.1 Gaya gesekan udara ( gaya aerodinamika )
Gaya ini adalah gaya yang bekerja pada saat mobil melaju dan sangat dipengaruhi oleh kecepatan angin. Besarnya gaya ini dapat ditentukan sebagai berikut :
F3 = ½ CB ρA V2 (2.13)
Sehingga besarnya gaya total mobil saat melaju adalah :
Ftotal = F1+F2+F3 (2.14) 2.4.2.c Torsi Motor DC
Tenaga mekanis yang dibangkitkan oleh jangkar yang berputar pada kecepatan ωm rad/s adalah τωm dengan τ adalah torsi (elektromagnetik). Torsi ini ditimbulkan pada saat arus jangkar adalah ia pada tegangan (induksi) jangkar e, tenaga jangkar adalah e
ia. Jadi τωm = e ia , menjadi :
τ = F x s (2.15) = B.ia.l.s m.g.Cg.s Keterangan : τ = torsi (Nm) F = Gaya (Newton) s = Jarak (Meter)
m = massa total mobil ( termasuk driver ) (kg) g = percepatan gravitasi bumi (9,81 m/s2) (m/s2)
Cg = koefisien gesek pada brushed / komutator dan bearing B = Kerapatan fluks (Wb/ m2 )
L = Panjang konduktor (m)
Sehingga dari rumus diatas, didapatkan daya yang dibutuhkan oleh motor untuk menggerakkan mobil listrik dengan beban yang telah ditentukan.
Eb = x = C.
Keterangan :
Pout = Daya pada motor (Watt) Eb = Tegangan jangkar motor (Volt) ia = arus jangkar (A)
Z = Jumlah lilitan konduktor P = Jumlah kutub
N = Putaran motor (rpm)
a = P (untuk Lap Winding) atau a = 2 (untuk Wave Winding) Hubungan antara torsi dengan daya adalah :
Pout = T x ω (2.17)
= T.2.Nr
Jika kita gabungkan 2 persamaan di atas maka akan diperoleh :
Pout = T.2.Nr (2.18)
T =
T=
Substitusi persamaan 5 & 7
m.g.Cg.s = (2.19)
m
Keterangan :
Berdasarkan teori diatas, maka di dapatkan :
1. Chasis mobil menggunakan bahan pipa besi dan besi siku dengan prosentase 85%, digunakan pada bagian rangka utama. Plastik dengan prosentase 15%, digunakan sebagai bahan body bagian depan dan samping mobil.
2. Untuk penggerak dari mobil listrik menggunakan 1 Motor brushed DC 48 Volt, 700 Watt yang dipasang ke roda belakang. 3. Sistem Rem menggunakan pengereman secara mekanik
menggunakan disc brake sepeda motor jenis bebek, dipasang pada bagian As roda belakang mobil bagian kanan dan kiri.
2.5 MIKROKONTROLER
Semakin cepatnya perkembangan teknologi di zaman sekarang ini, khususnya dunia mikroelektronika, banyak kita temui penggunaan mikrokontroler pada berbagai peralatan. Mikrokontroler dapat kita gunakan untuk berbagai aplikasi misalnya pengendalian, otomasi industri, akuisiisi data dan sebagainya mulai dari sistem yang sederhana hingga sistem yang kompleks. Mikrokontroler ini sering digunakan karena memiliki beberapa keuntungan, diantaranya harga murah, dapat diprogram berulang kali, serta dapat kita program sesuai dengan keinginan. Salah satu mikrokontroler yang sedang berkembang adalah mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) dari Atmel yang digunakan pada proyek akhir ini.
2.5.1 Mikrokontroler AVRAT Mega 16
AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit hasil pabrikan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang ditingkatkan.Pada mikrokontroler Hampir semua instruksi dieksekusi dalam waktu satu siklus clock. AVRAT Mega 16 mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Selain itu AVR juga Mempunyai ADC dan PWM internal.AVR juga mempunyai In-System Programmable
Flash on-chip, yaitu memori program yang dapat diprogram ulang didalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.1, Berikut ini pada gambar 2.8 contoh chip AMEGA 16.
Gambar 2.8
Chip ATMEGA 16 buatan ATMEL
2.5.2 Arsitektur Mikrokontroler AVR AT Mega 16
Untuk lebih jelas tentang arsitektur dari AT Mega 16 ditunjukan pada gambar 2.10 AT Mega 16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi komsumsi daya versus kecepatan proses. Beberapa keistimewaan dari AVR AT Mega 16 antara lain:
1. Advanced RISC Architecture
a. 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution
b. 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation c. Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz d. On-chip 2-cycle Multiplier
2. Nonvolatile Program and Data Memories
a. 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash b. Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits c. 512 Bytes EEPROM
d. 512 Bytes Internal SRAM
3. Peripheral Features
a. Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Mode
b. Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes.
c. One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode
d. Real Time Counter with Separate Oscillator e. Four PWM Channels
f. 8-channel, 10-bit ADC
g. Byte-oriented Two-wire Serial Interface h. Programmable Serial USART
4. Special Microkontroler Features
a. Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection b. Internal Calibrated RC Oscillator
c. External and Internal Interrupt Sources
d. Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby and Extended Standby.
5. I/O and Package
a. 32 Programmable I/O Lines
b. 40-pin PDIP, lead TQFP, lead PLCC, and 44-pad MLF
6. Operating Voltages
a. 2.7 - 5.5V for AT Mega 16L b. 4.5 - 5.5V for AT Mega 16
Pada gambar 2.9 dibawah ini adalah blok diagram arsitektur ATMEGA 16.
Gambar 2.9
Blok Diagram Arsitektur ATMEGA 16
2.5.3 Konfigurasi Pin AVR AT Mega 16
Pin-pin yang terdapat pada Mikrokontroler AVR AT Mega 16 dengan jenis kemasan 40-pin DIP (dual in-line package) dapat dilihat pada gambar 2.5 Kemasan pin tersebut terdiri dari 4 Port yaitu Port A, Port B, Port C,Port D. Masing-masing Port terdiri dari 8 buah pin. Selain itu terdapat pula pin RESET, VCC, 2 buah GND, AVCC, XTAL1, XTAL2 dan AREF.2
Gambar 2.10
PIN – pin AVR ATMEGA 16
Keterangan dan penjelasan dari pin-pin AVR AT Mega 16 pada gambar 2.10 diatas adalah sebagai berikut :
1. VCC : Suplai tegangan digital 2. GND : Ground
3. Port A : Port A berfungsi sebagai masukan analog ke A/D