BAB III PERANCANGAN
3.3 Perancangan Elektronik
Perancangan elektronik ini meliputi perancangan sensor garis dan
comparatornya, sensor warna dan driver motor. Secara umum proses kerja rangkaian elektronik robot mobil dijelaskan pada gambar di bawah ini :
Gambar 3.1. Blok Diagram Hardware Robot
Penjelasan :
A. Proses awal dari system yang akan dibuat ini adalah pembacaan data oleh sensor garis, hasil yang didapatkan dari sensor garis ini berupa tegangan yang didapat dari photodiode.
B. Setelah mendapatkan data dari sensor proximity data tersebut dikirimkan ke comparator LM339, hal ini dilakukan untuk mengkonversi hasil awal yang berupa tegangan menjadi output yang berupa nilai digital (0 dan 1).
Sensor Proximity Sensor Jarak Mikrokontroler ATMega 8535 Driver Motor Kanan Driver Motor Kiri Motor DC Motor DC
C. Hasil digital dari comparator LM339 kemudian dikrimkan ke mikrokontroller ATMega8535.
D. Selain sensor garis ada juga sensor jarak yang berfungsi untuk mengenali rintangan yang terdapat di rute lintasan, sensor jarak yang berupa infrared GP2D12 mengeluarkan cahaya yang berasal dari transmitter kemudian cahaya itu diterima oleh receiver GP2D12. dan kemudian GP2D12 mengeluarkan tegangan yang berupa tegangan analog.
E. Di ATMega8535 data dari sensor garis dan sensor jarak diproses, pertama-tama data dari sensor garis akan diproses terlebih dahulu, data yang ada akan dirubah menjadi pwm yang nantinya akan dikirimkan ke driver motor untuk melakukan aksi (berhenti, mundur atau maju) kecepatan dari motor DC diatur berdasarkan pwm yang diberikan oleh ATMega8535. Setelah itu dilakukan pemrosesan data untuk sensor jarak. Hasil dari sensor jarak ini akan memberikan aksi berupa berhenti sejenak, kemudian memutar balik mencari jalan lain yang tidak terdapat rintangannya.
3.4 Proses Perancangan Rangkaian
Dalam pembuatan mobil robot ini ada beberapa rancangan yang harus dibuat, diantaranya adalah rancangan PCB (Printed Circuited Board), rancangan rangkaian sensor proximity, rangkaian komparator LM339, rangakaian driver motor, mekanik dan lintasan.
3. 4. 1. Perancangan Jalur PCB (Printed Circuited Onboard)
Perancangan jalur PCB ini adalah perancangan awal dari semua rangkaian (rangkaian sensor proximity, rangkaian komparator LM339, rangkaian driver motor L298N) yang nantinya dipakai dalam merancang robot ini. Karena dengan papan yang diatasnya terdapat jalur yang terbuat dari tembaga inilah arus dari tegangan mengalir ke setiap komponen – komponen yang ada di atas papan tersebut. Seperti resistor, variabel resistor, IC, dioda, photodioda dan lain – lain. Berikut cara pembuatan PCB (Printed Circuit Onboard) :
1. Pertama buat disain dari rangkaian sensor proximity, rangkaian komparator LM339 dan rangkaian driver motor yang digabung dengan minsys di software PCB 123. dengan perbandingan 1 : 1.
Gambar 3.2. Disain rangkain sensor proximity, motor driver dan
komparator LM339
2. Setelah itu hasil disain yang sudah jadi di print ke kertas dan kemudian di fotocopy ke dalam bentuk mika.
3. Disain yang ada di mika, disetrika ke PCB matrik (PCB yang masih kosong dan belum ada lubang dan disainnya). Supaya disain yang berada di mika bisa menempel di PCB matrik.
4. Jika disain sudah berhasil menempel di PCB matrik, masukkan PCB matrik ke dalam larutan ferry Chloride (FeCl³). Jika belum menempel lakukan penyetrikaan kembali sampai disain yang berada di mika bisa menempel di PCB matrik.
5. kocok atau keceng PCB matrik yang ada di dalam larutan ferit sampai tembaga yang ada di PCB matrik larut ke dalam larutan.
Gambar 3.3. Mengeceng PCB
6. Jika larutan tembaga sudah larut dan jalur rangkaian sudah terbentuk. Gosok PCB matrik dengan menggunakan kertas gosok. Supaya jalur terlihat jelas dan sudah tidak ada sisa larutan di PCB matrik.
Gambar 3.4. Rangkaian yang sudah terbentuk
8. Pemasangan komponen dan penyoderan pada PCB, pasang terlebih dahulu komponen pasif seperti resistor, kapasitor, diode dan variable resistor. Kemudian baru pasang komponen yang aktif. Pasang IC untuk komponen yang tidak tahan panas yang terlebih sewaktu penyolderan, dengan catatan jangan dahulu memasang IC dalam soketnya. Hal ini dilakukan untuk menghindari kerusakan komponen akibat panas penyolderan.
9. Pemotongan sisi kaki komponen yang masih panjang 10.Terakhir pengetasan alat
3.4.2 Perancangan Rangkaian Sensor Garis dan Komparator
Bahan-bahan yang dibutuhkan unuk membuat sensor garis dan comparator
ini adalah :
a. LED superbright warna merah 6 buah b. LED hijau 6 buah
c. Photodioda 6 buah d. Resistor 220Ω 6 buah e. Resistor 10KΩ 6 buah f. Resistor 470Ω 6 buah
g. Variabel resistor 10KΩ 6 buah h. IC LM339 2 buah
i. Jack housing 6 kaki 1 buah
Gambar rancangan schematic dari sensor garis dan comparator ini adalah sebagai berikut:
Gambar 3.5Schematic Sensor Garis dan Comparator
Untuk mengetahui lebih jelas mengenai proses kerja dari sensor garis dan
comparator ini dapat dilihat pada flowchart di bawah ini :
START Baca posisi mobil Baca warna lintasan A
Gambar 3.6 Flowchart Sensor Proximity
Penjelasan :
A. Proses pertama sensor garis ini dimulai dengan pembacaan posisi mobil, acuan yang digunakan oleh mobil adalah garis hitam yang terdapat di rute. Posisi tersebut dapat dilihat pada gambar 3.4
Gambar 3.7 Posisi mobil terhadap garis lintasan
Hitung nilai tegangan Vp= (Rs / (Rs+R)) *
Vcc
Bandingkan nilai Vp dengan nilai Vres
Vp <
Vres Vo = 0
Vo = Vcc
(digital high 1 output) Kirim Vo ke END Y
Tida A
Penejelasan :
A. Posisi 1. Posisi robot ada di sebelah kiri dari garis yang terdapat di lintasan, yang berarti hanya sensor yang sebelah kanan saja yaitu sensor KA2 yang membaca garis hitam.
B. Posisi 2. Posisi robot ada si sebelah kiri dari garis yang terdapat di lintasan dengan 2 sensor sebelah kanan yaitu sensor KA2 dan KA1 membaca garis hitam sedangkan 4 lainnya membaca background putih.
C. Posisi 3. Posisi robot ada di hampir tengah – tengah yaitu sensor KA1 dan sensor KA membaca garis hitam sedangkan 3 sensor kiri dan 1 sensor kanan yaitu sensor kanan terluar membaca background putih.
D. Posisi 4. Posisi robot ada di tengah – tengah garis hitam, yaitu sensor KA dan KI yang tepat berada di tengah-tengah membaca garis hitam, sedangkan sensor paling kiri dan kanan membaca background putih.
E. Posisi 5. Posisi robot berada hampir di tengah – tengah ketika 2 sensor sebelah kiri yaitu sensor KI dan KI1 membaca garis hitam sedangkan 3 sensor kanan dan sensor kiri terluar yaitu KI2 membaca background putih.
F. Posisi 6. Posisi robot ada di sebelah kanan garis hitam, ketika sensor KI1 dan KI2 membaca garis hitam, sedangkan sensor yang lainnya membaca background putih.
G. Posisi 7. Posisi robot ada di sebelah kanan garis hitam, yaitu ketika sensor kiri terluar membaca garis hitam sedangkan sensor lainnya membaca background putih.
Secara teori ketujuh posisi inilah yang mungkin terjadi saat mobil melaju di lintasam, tetapi pada prakteknya selain ketujuh posisi di atas ada posisi-posisi lain yang juga mungkin terjadi, yaitu posisi 8 ketika hanya sensor KA1 yang membaca garis hitam, posisi 9 ketika hanya sensor KI1 yang membaca garis hitam, posisi 10 ketika semua sensor membaca garis hitam dan posisi 11 ketika semua sensor membaca background putih.
Posisi – posisi di atas lah yang akan mempengaruhi mobil untuk melakukan aksi (lurus, belok kiri atau kanan), pergerakan mobil tersebut dapat dilihat pada tabel 3.1 :
Tabel 3.1 Pergerakan mobil
Posisi Aksi Robot Roda Kiri Roda Kanan 1 Belok kanan tajam Maju cepat Berhenti 2 Belok kanan sedang Maju cepat Maju lambat 3 Belok kanan ringan Maju cepat Maju sedang 4 Maju lurus Maju cepat Maju cepat 5 Belok kiri ringan Maju sedang Maju cepat 6 Belok kiri sedang Maju lambat Maju cepat 7 Belok kiri tajam Berhenti Maju cepat 8 Belok kanan ringan Maju cepat Maju sedang 9 Belok kiri ringan Maju sedang Maju cepat
10 Belok kanan tajam Maju cepat Berhenti
11 Kondisional Kondisional Kondisional
B. Setelah mengetahui letak dari mobil, langkah selanjutnya adalah mencari nilai tegangan dari masing-masing photodiode jika photodiode mengenai warna hitam maka resistansi photodiode akan berkurang sedikit, sedangkan jika mengenai warna putih maka resistansinya akan menjadi kecil.
Resistansi photodiode pada umunya adalah sebesar 150KΩ, jika membaca garis hitam maka nilai resistansinya bisa menjadi ±145KΩ sedangkan jika membaca garis putih nilai resistansinya menjadi ±10KΩ. Dengan diketahuinya nilai resistansi dari photodiode dan resistor yang digunakannya, maka kita dapat menghitung nilai tegangan dari masing-masing photodiode dengan menggunakan rumus Vp = Rs / (Rs + R) * Vcc ………... (3.1) Keterangan : Vp : Tegangan Photodioda Rs : Resistansi Photodioda R : Resistansi Resistor Vcc : Supply Diketahui :
Nilai resistansi resistor : 10KΩ. Nilai resistansi photodiode saat warna putih : 10KΩ
Nilai resistansi photodiode saat warna hitam : 145KΩ Perhitungan :
Saat photodiode membaca warna putih Vp = (10 / (10+10)) * 6V = 3V
Saat photodiode membaca warna hitam Vp = (145 / (145+10)) * 6V = 5.61V
Jadi, nilai tegangan photodiode saat membaca warna putih adalah 3V, dan saat membaca warna hitam adalah 5.61V.
C. Setelah mendapatkan nilai tegangan dari photodiode nilai tersebut dikirim ke rangkaian comparator, dan di rangkaian comparator nilai tersebut dibandingkan dengan nilai tegangan dari variable resistor yang digunakan. Prinsip dari comparator ini adalah jika Vp > Vres maka Vo = Vcc (digital high 1 output), sedangkan jika Vres < Vo maka Vo = 0 (digital low 0 output). Untuk mencari nilai tegangan dari variable resistor kita bisa mencari rata-rata dari tegangan photodiode yang akan dibandingkan, sehingga bisa didapatkan nilai sebagai berikut :
Vres = (3+5.61) / 2 = 4.305V
Setelah mengetahui nilai tegangan dari variable resistor, maka tegangan dari photodiode dibandingkan dengan Vres tersebut, untuk hasilnya dapat dilihat pada tabel 3.2
Tabel 3. 2 Hasil perbandingan Vp dengan Vres
Vp Vres Vo
3 4,306 0 (0 digital output)
Hasil dari perbandingan ini kemudian dikirmkan ke ATMega 8535 untuk kemudian diproses dan dikirmkan ke driver motor sebgai interupsi pergerakan roda (maju, mundur, berhenti).
3.4.3 Perancangan Sensor Jarak
Sensor jarak ini berfungsi untuk mendeteksi rintangan yang berada di depan robot.
Berikut ini adalah gambar schematic rangkaian sensor jarak:
.
Gambar 3.8Schematic Sensor Jarak
Sensor jarak ini bekerja dengan cara mengirimkan cahaya inframerah jika terdapat benda atau rintangan di depannya maka cahaya itu akan memantul dan pantulan cahaya tersebut diterima oleh receiver sensor cahaya untuk kemudian hasil dari sensor tersebut yang berupa tegangan analog dikirim ke mikrokontroler melalui PORTA atau Port ADC
3.4.4 Perancangan Rangkaian Driver Motor
Driver ini berfungsi untuk memberikan interuksi kepada motor dc untuk melakukan sebuah aksi, baik itu maju, mundur, ataupun berhenti.
Bahan-bahan yang dibutuhkan untuk membuat rangkaian ini adalah sebagai berikut : a. Transistor 4 buah b. Resistor 330Ω 6 buah c. Optocoupler 3 buah d. Diode 4148 2 buah
Gambar rancangan schematic dari driver motor ini adalah sebagai berikut:
Gambar 3.9Schematic Driver Motor
Keterangan :
Proses kendali dalam hal ini ditentukan oleh logika dari OUT_KIRI_A, OUT_KIRI_B, dan REM_KIRI, di mana agar motor tersebut bekerja, maka kondisi OUT_KIRI_A, OUT_KIRI_B, dan REM_KIRI harus saling berbeda logika. Motor akan maju OUT_KIRI_A bernilai 0 dan OUT_KIRI_B bernilai 1, motor akan mundur apabila OUT_KIRI_A bernilai 1 dan OUT_KIRI_B bernilai 0, dan motor akan berhenti jika REM_KIRI bernilai 0.
Berikut ini adalah tabel kebenaran motor driver, yang digunakan untuk mengetahui proses input, output dan aksi yang diberikan ke motor.
Tabel 3.3 Tabel Kebenaran Driver Motor Kiri
Out A Out B Rem Aksi Motor
0 1 1 Maju 1 0 1 Mundur
X X 0 Berhenti
3.5 Perancangan Mekanik Mobil
Untuk membuat mekanik robot bahan – bahan yang dibutuhkan adalah: 1. Acrylic
2. Motor DC 6 Volt 2 buah 3. Gear box 1 buah
4. Ban berdiameter 4 – 5 cm 2 buah
5. Rangkaian – rangkaian sensor proximity, comparator LM339, driver motor yang sudah dibuat sebelumnya
6. Kabel pelangi ± 45cm 7. Connector 6 pin 4 buah 8. Black Housing 1 pin 10 buah 9. Baterai 1,5 V 6 buah
Berikut gambar dari rancangan robot mobil :
Penjelasan :
Bagian bawah robot, terdapat rangkaian sensor proximity yang kegunaannya membaca garis hitam dan putih. Sensor proximity terdiri dari photodiode dan lampu led superbright, gearbox dan sensor inframerah
Gambar 3.11 Rancangan Robot mobil tampak atas
Penjelasan :
Dibagian atas atau tepatnya di lantai 2 bagian robot terdapat beberapa rangkaian yaitu rangkaian ATMega8535 yang terdiri dari mikrokontroller ATMega8535 dan minsys tempat mikrokontroller ditancapkan. Rangkaian motor driver motor, power supply, LCD dan Comparator