PERANCANGAN ALAT DAN PERANCANGAN PROGRAM
3.1 Perangkat Keras
3.1.3 Perancangan Driver Penggerak Motor Stepper (Jembatan H)
Saat terkena sinar inframerah :
6 , 0 5 47 30047 V K K K Vo
Tegangan tersebut diumpankan pada op-amp dengan faktor penguatan 2 kali, sehingga tegangan keluarannya pada saat terkena sinar inframerah sekitar 0,12 volt, sedangkan saat tidak terkena sinar inframerah sekitar 0,02 volt. Namun, tegangan ini masih diumpankan lagi pada op-amp yang kedua. Dengan faktor penguatan yang sama, didapat tegangan keluaran saat terkena sinar inframerah sekitar 0,24 volt dan saat tidak terkena inframerah sekitar 0,04 volt. Tegangan inilah yang selanjutnya diumpankan ke basis transistor C945.
Transistor akan aktif ketika tegangan basisnya lebih besar dari 0,7 volt. Maka, ketika basisnya mendapat tegangan sebesar 0,12 volt (saat fotodioda terkena sinar inframerah), transistor aktif. Aktifnya transistor ini akan menyebabkan mikrokontroler mendapatkan logika low dan LED indikator akan mati. Hal sebaliknya akan berlaku ketika fotodioda tidak mendapatkan pantulan sinar inframerah.
Rangkaian untuk mengendalikan perputaran motor stepper pada alat ini adalah sebuah rangkaian yang dikenal dengan jembatan H. Jembatan H ini terdiri dari 4 buah transistor, dimana 2 buah transistor bertipe NPN dan 2 buah transistor lagi bertipe PNP. Ke-4 transistor ini dirangkai sedemikian rupa sehingga dengan memberikan sinyal low atau high pada rangkaian maka perputaran motor dapat diatur. Gambar rangkaiannya ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Vcc Vcc Vcc Vcc Motor 330 Ohm 330 Ohm 330 Ohm 330 Ohm TIP127 TIP127 C945 TIP122 TIP122 C945 C945 C945 1 K 1 K 1 K 1 K 18 Ohm 18 Ohm 18 Ohm 18 Ohm P0.0 P0.1
Gambar 3.4 Rangkaian Jembatan H
Pada rangkaian di atas, jika P0.0 diset high yang berarti P0.0 mendapat tegangan 5 volt, maka kedua transistor tipe NPN C945 yang disebelah kiri akan aktif. Hal ini akan membuat kolektor dari kedua transistor C945 itu akan mendapat tegangan 0 volt dari ground. Kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kiri atas diumpankan ke basis dari transistor tipe PNP TIP 127 sehingga basis dari transistor TIP 127 mendapatkan tegangan 0 volt yang menyebabkan transistor ini aktif (transistor tipe PNP akan aktif jika tegangan pada basis lebih kecil dari 4,34 volt). Aktifnya transistor PNP TIP 127 ini akan mengakibatkan kolektornya terhubung ke emitor sehingga kolektor mendapatkan tegangan 5 volt
Sedangkan kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kiri bawah diumpankan ke basis dari transistor tipe NPN TIP 122 sehingga basis dari transistor TIP 122 mendapatkan tegangan 0 volt yang menyebabkan transistor ini tidak aktif (transistor tipe NPN akan aktif jika tegangan pada basis lebih besar dari 0,7 volt). Karena transistor TIP 122 ini tidak aktif, maka kolektornya tidak terhubung ke emitor, sehingga kolektor tidak mendapatkan tegangan 0 volt dari ground.
Karena kolektor TIP 122 sedang dihubungkan dengan kolektor TIP 127 yang mendapatkan tegangan 5 volt dari Vcc, maka kolektor dari TIP 122 juga mendapatkan tegangan yang sama.
Pada rangkaian di atas, jika P0.1 diset low yang berarti P0.1 mendapat tegangan 0 volt, maka kedua transistor tipe NPN C945 yang di sebelah kanan tidak akan aktif. Hal ini akan membuat kolektor dari kedua transistor C945 itu akan mendapat tegangan 5 volt dari Vcc. Kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kanan atas diumpankan ke basis dari transistor tipe PNP TIP 127 sehingga basis dari transistor TIP 127 mendapatkan tegangan 5 volt yang menyebabkan transistor ini tidak aktif. Akibat transistor PNP TIP 127 tidak aktif maka kolektornya tidak terhubung ke emitor sehingga kolektor tidak mendapatkan tegangan 5 volt dari Vcc, tetapi mendapatkan tegangan yang berasal dari transistor TIP 122 yang berada di bawahnya.
Sedangkan kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kiri bawah diumpankan ke basis dari transistor tipe NPN TIP 122 sehingga basis dari
transistor TIP 122 mendapatkan tegangan 5 volt yang menyebabkan transistor ini menjadi aktif. Karena transistor TIP 122 ini menjadi aktif, menyebabkan kolektornya terhubung ke emitor, sehingga kolektor mendapatkan tegangan 0 volt dari ground.
Karena kolektor TIP 122 yang mendapatkan tegangan 0 volt dari ground dihubungkan dengan kolektor TIP 127, maka kolektor dari TIP 127 juga akan mendapatkan tegangan yang sama. Hal ini menyebabkan kaki motor sebelah kanan mendapatkan tegangan 0 volt (polaritas negatif).
Prinsip tersebut digunakan pada saat menghidupkan motor stepper. Prinsip kerja dari motor stepper yaitu pembangkitan medan magnet untuk memperoleh gaya tarik ataupun gaya lawan dengan menggunakan catu tegangan DC pada lilitan/ kumparannya. Bila kumparan mendapatkan logika 1 maka akan dibangkitkan kutub magnet yang berlawanan dengan kutub magnet tetap pada rotor. Sehingga posisi kutub magnet rotor akan ditarik mendekati lilitan yang menghasilkan kutub magnet berlawanan tadi. Bila langkah berikutnya lilitan yang bersebelahan diberi tegangan, sedangkan catu tegangan lilitan sebelumnya dilepas, maka kutub magnet tetap pada rotor itu akan berpindah posisi menuju kutub magnet lilitan yang dihasilkan. Berarti telah terjadi gerakan 1 step. Bila langkah ini diulang terus-menerus, dengan memberikan tegangan secara bergantian ke lilitan-lilitan yang bersebelahan, maka rotor akan berputar .
Logika perputaran rotor tersebut dapat dianalogikan secara langsung dengan data 0 atau 1 yang diberikan secara serentak terhadap semua lilitan
stator motor. Untuk motor DC Stepper 4 fasa pada prinsipnya ada dua macam cara, yaitu full step dan half step.
Pada full step, suatu titik pada sebuah kutub magnet dirotor akan kembali mendapat tarikan medan magnet stator pada lilitan yang sama setelah step ke 4. Berikutnya dapat diberikan lagi mulai dari step 1. Untuk Half Step, setiap kutup magnet pada rotor akan kembali mendapatkan tarikan dari medan magnet lilitan yang sama setelah Step ke 8. Berikutnya kembali mulai step 1. Dengan memberikan logika secara bergantian dan berurutan pada pin-pin input rangkaian jembatan H, maka pergerakan motor stepper dapat diatur.
Step ke Full Step Half Step
1 1 0 0 0 1 0 0 0 2 0 1 0 0 1 1 0 0 3 0 0 1 0 0 1 1 0 4 0 0 0 1 0 1 1 0 5 Berulang ke step 1 0 0 1 0 6 0 0 0 1 7 0 0 0 1 8 1 0 0 1 Berulang ke step 1 Tabel 3.1 Logika Perputaran Rotor
