1 1.1 Latar Belakang
Alat putar keramik merupakan alat yang digunakan dalam proses pembuatan/pembentukan keramik (gerabah) mentah dengan cara teknik pilin. Alat putar keramik yang biasa digunakan oleh para pengrajin keramik adalah alat putar keramik konvensional, dimana alat putar keramik tersebut diputar dengan menggunakan tangan atau kaki. Bagi para pengrajin keramik (Plered), alat putar konvensional tersebut dirasakan kurang efektif, karena harus memutar ulang alat putar tersebut jika kecepatannya mulai berkurang. Dalam proses pembuatan keramik, tanah liat akan ditambah sedikit demi sedikit pada alat putar sampai dengan bentuk dan ukuran yang diinginkan. Penambahan beban (tanah liat) pada alat putar keramik tersebut mempengaruhi kecepatan alat putar, sehingga kecepatannya akan mudah berkurang apabila beban semakin berat. Stamina para pengrajin pun menjadi mudah terkuras, karena harus sering memutar ulang alat putar. Oleh karena itu, para pengrajin mengeluhkan dan membutuhkan alat putar yang efektif sebagai sarana dalam proses produksinya.
beresiko mengalirkan arus listrik ke tubuh penggunanya, karena pedal tersebut berhubungan langsung dengan tegangan tinggi (220VAC).
Berdasarkan latar belakang diatas, maka dibutuhkan alat bantu berupa alat putar keramik yang dapat berputar dengan kecepatan konstan pada beban (tanah liat) yang berbeda-beda dan alat putar keramik tersebut tidak beresiko tinggi dari sengatan listrik tegangan tinggi. Oleh karena itu, pada tugas akhir ini akan dirancang sebuah alat pengatur kecepatan putaran pada alat putar keramik terhadap beban yang bervariasi. Alat putar keramik ini menggunakan motor AC 1 fasa sebagai tenaga penggeraknya dan kecepatan putarannya diatur oleh mikrokontroler jenis AVR tipe ATMega16. Pada proses pembuatan keramik tidak diperlukan kecepatan putaran yang terlalu tinggi, diperkirakan kecepatan putarannya hanya antara 90–150rpm. Cara mengoperasikan alat putar keramik ini sangat mudah, hanya dengan menekan tombol angka pada keypad sebesar kecepatan yang diinginkan (setpoint 60–150rpm) lalu menekan tombol “Start”, maka alat putar akan berjalan. Alat putar ini akan berhenti dengan menekan tombol “Stop” dan apabila menginginkan kecepatan putaran sebesar kecepatan sebelumnya cukup dengan menekan tombol “Start” kembali.
1.2 Tujuan
Perancangan alat putar keramik ini mempunyai tujuan sebagai berikut. a. Memanfaatkan motor AC sebagai tenaga penggerak alat putar keramik. b. Mengaplikasikan mikrokontroler jenis AVR ATMega16 sebagai
komponen pengendali kecepatan putaran motor AC.
d. Mengaplikasikan Phototransistor sebagai komponen untuk mendeteksi (sensor) kecepatan putaran alat putar keramik.
e. Merancang sebuah alat putar keramik yang dapat berputar secara konstan terhadap beban (tanah liat) yang bervariasi.
1.3 Rumusan Masalah
Berdasarkan tujuan – tujuan diatas, maka diperoleh rumusan masalah sebagai berikut.
a. Bagaimana merancang sebuah alat putar keramik dengan menggunakan motor AC 1 fasa yang berbasis mikrokontroler AVR ATMega16.
b. Bagamana cara menggunakan fitur FastPWM pada Timer/Counter 1 di mikrokontroler AVR ATMega16.
c. Bagaimana cara menggunakan fitur interupsi eksternal 1 pada mikrokontroler AVR ATMega16.
d. Bagaimana merancang rangkaian sensor kecepatan putaran dengan menggunakan Phototransistor.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah yang perlu diperhatikan dalam perancangan alat putar keramik ini adalah sebagai berikut.
a. Mikrokontroler yang digunakan berjenis AVR dengan tipe ATMEGA16. b. LCD 16X2 digunakan sebagi alat penampil pesan, sensor dan nilai
setpoint.
c. keypad 3X4 digunakan sebagai alat pemberi (tombol angka) dan penghapus (tombol “*”) nilai kecepatan (setpoint), sedangkan push button digunakan sebagai tombol Startdan Stop.
d. Motor AC yang digunakan jenis Motor Capacitor Run 1 fasa 220V/50Hz 1/3hp 3000 rpm.
e. Sensor kecepatan putaran menggunakan Phototransistor tipe H21A1, sedangkan komponen utama dari rangkaian pengendali.motor AC menggunakan TRIAC Optoisolatorstipe MOC3041.
f. Beban maksimal yang dapat diberikan (tanah liat) pada alat putar keramik ini sebesar 20Kg.
g. Kecepatan yang dapat diberikan (set point) pada alat putar keramik ini sebesar antara 60-150rpm.
1.5 Metodologi Penelitian
a. Studi Literatur
Tahapan ini dilakukan dengan cara mengumpulkan materi - materi yang diperlukan dalam melakukan penelitian dari berbagai jenis sumber kepustakaan diantaranya buku, literatur, jurnal, laporan penelitian, browsing internetdan berbagai sumber lainnya.
b. Observasi
Merupakan teknik pengumpulan data yang dilakukan dengan cara pengamatan langsung terhadap objek di tempat penelitian.
c. Interview
Merupakan metode pengumpulan data yang dilakukan dengan cara melakukan tanya jawab secara langsung kepada pihak - pihak yang terkait, guna mendapatkan keterangan - keterangan yang diperlukan.
d. Perancangan Sistem
Tahapan ini terdiri 2 tahapan, yaitu tahap pertama perancangan perangkat keras seperti alat putar keramik dan rangkaian – rangkaian elektronika, sedangkan tahap kedua adalah perancangan algoritma program (listing program) dengan menggunakan software CodeVisionAVR.
e. Pengujian Sistem
1.6 Sistematika Penulisan
BAB I PENDAHULUAN, berisi tentang latar belakang atau alasan pemilihan judul/topik tugas akhir, tujuan tugas akhir, batasan masalah, metode penelitian yang digunakan, dan sistematika penulisan laporan.
BAB II TEORI DASAR, menguraikan tentang teori –teori yang berhubungan perancangan pengaturan alat putar keramik, seperti mikrokontroler AVR ATMega16, motor AC 1 fasa,driver motor AC dan sensor kecepatan putaran.
BAB III PERANCANGAN ALAT DAN PROGRAM
MIKROKONTROLER, menjelaskan tentang proses perancangan alat, seperti rangkaian sistem minimum dan downloader untuk mikrokontroler AVR ATMega16, rangkaian driver motor AC, sensor kecepatan putaran, rangkaian keypad dan LCD dan alat putar keramik. Selain itu pada bab ini membahas mengenai algoritma program mikrokontroler AVR ATMega16 untuk pengaturan kecepatan putaran alat putar keramik.
BAB IV PENGUJIAN ALAT, membahas tentang cara pengujian alat putar keramik dan membahas tentang hasil pengujian yang diperoleh.
7 2.1 Mikrokontroler AVR ATMEGA16
AVR merupakan seri mikrokontroler Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) 8-bit buatan Atmel berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi pada program dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose,
timer/counter fleksibel dengan mode compare, interupsi internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, power saving mode, ADC dan PWM. AVR pun mempunyai In-System Programmable (ISP) Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang (read/write) dengan koneksi secara serial yang disebut Serial Peripheral Inteface(SPI).
AVR memilki keunggulan dibandingkan dengan mikrokontroler lain, keunggulan mikrokontroler AVR yaitu memiliki kecepatan dalam mengeksekusi program yang lebih cepat, karena sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock (lebih cepat dibandingkan mikrokontroler keluarga MCS 51 yang memiliki arsitektur Complex Intrukstion Set Compute).
ATMEGA16 mempunyai throughput mendekati 1 Millions Instruction Per Second (MIPS) per MHz, sehingga membuat konsumsi daya menjadi rendah terhadap kecepatan proses eksekusi perintah.
Beberapa keistimewaan dari AVR ATMEGA16 antara lain:
2. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16MHz
3. Memiliki kapasitas Flash memori 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte dan SRAM 1 Kbyte
4. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu PortA, PortB, PortC dan PortD 5. CPU yang terdiri dari 32 buah register
6. Unit interupsi dan eksternal
7. PortUSART untuk komunikasi serial 8. Fitur peripheral
Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan (compare)
Dua buah Timer/Counter 8 bit dengan Prescaler terpisah danMode
Compare
Satu buah Timer/Counter 16 bit dengan Prescaler terpisah, Mode
Compare dan Mode Capture
Real Time Counterdengan Oscillatortersendiri
Empat kanal PWM
2 Differential Channeldengan Programmable Gain
Antarmuka Serial Peripheral Interface (SPI)Bus
On-chip Analog Comparator
9. Non-volatile program memory
2.1.1 Konfigurasi PinAVR ATMEGA16
Gambar 2.1 Konfigurasi Kaki (pin) ATMEGA16
Konfigurasi pin ATMEGA16 dengan kemasan 40 pin Dual In-line Package (DIP) dapat dilihat pada Gambar 2.13. dari gambar diatas dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pinATMEGA16 sebagai berikut.
1. VCC merupakan pinyang brfungsi sebagai masukan catu daya 2. GND merupakan pin Ground
4. Port B (PB0 – PB7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu merupakan pinkhusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.1 Fungsi Khusus PortB
Pin Fungsi Khusus
PB0 XCK (USART External Clock Input/Output) T0 (Timer/Counter0 External Counter Input) PB1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)
PB2 INT2 (External Interupt 2 Input)
AIN0 (Analaog Comparator Negative Input)
PB3 OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Macth Output) AIN1 (Analaog Comparator Negative Input)
PB4 (SPI Slave Select Input)
PB5 MOSI (SPI Bus Master Output /Slave Input) PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)
Tabel 2.2 Fungsi Khusus PortC
Pin Fungsi Khusus
PC0 SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)
PC1 SDA (Two-wire Serial BusData Input/Output Line) PC2 TCK (Joint Test Action Group Test Clock)
PC3 TMS (JTAG Test Mode Select) PC4 TDO (JTAG Data Out)
PC5 TDI (JTAG Test Data In) PC6 TOSC1 (Timer Oscillator pin 1) PC7 TOSC2 (Timer Oscillator pin 2)
6. Port D (PD0 – PD7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu merupakan pinkhusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.3 Fungsi Khusus PortD
Pin Fungsi Khusus
PD0 RXD (USARTInput Pin) PD1 TXD (USARTOutput Pin) PD2 INT0 (External Interupt 0 Input) PD3 INT1 (External Interupt 1 Input)
PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Macth Output) PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Macth Output) PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)
PD7 OC2 (Timer/Counter2 Output Compare Macth Output)
8. XTAL1 dan XTAL2, merupakan pin masukan external clock
9. AVCC merupakan pinmasukan tegangan untuk ADC
10. AREF merupakan pinmasukan tegangan referensi untuk ADC.
2.1.2 Timer/Counter Mikrokontroler ATMEGA16
Mikrokontroler AVR ATMEGA16 memiliki tiga buah Timer/Counter, yaitu: Timer 0 (8 bit),Timer 1 (16 bit) danTimer 2 (8 bit). Namun, pada sub bab ini hanya akan membahas mengenai Timer/Counter 1 saja. Timer/Counter 1 mempunyai keunggulan dibanding Timer/Counter0 atau 2, namun cara mengatur
Timer 0, 1, 2 sama saja, yaitu pada masing-masing registernya. Timer/Counter 1
dapat menghitung sampai dengan 65536 Timer/Counter 0 atau 2 hanya sampai dengan 256. Selain itu, Timer 1 ini memiliki mode operasi sebanyak 16 mode (Tabel 2.8). Register pada Timer ini dibagi menjadi beberapa register dengan fungsi khusus, yaitu: control registerA, control registerB dan interrupt mask.
Register – register pada Timer/Counter1 yang berfungsi untuk mengatur timer dan mode operasinya. Register tersebut mempunyai fungsi masing-masing sebagai berikut.
a. Timer/Counter1 Control RegisterA (TCCR1A) Tabel 2.4 Register TCCR1A
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
TCCR1A COM1A1 COM1A0 COM1B1 COM1B0 FOC1A FOC1B WGM11 WGM10 Keterangan:
Bit7 dan 6 : Compare Output untuk kanal A
Bit COM1 ini mempunyai Compare Output Mode pada setiap mode operasinya. Mode tersebut mempengaruhi pinI/O OC1 A dan B.
Tabel 2.5 Compare Output Mode, Non-PWM
COM1A1/COM1B1 COM1A1/COM1B1 Deskripsi
0 0 Normal Port Operation, OC1A/OC1B
disconnected
0 1 ToggleOC1A/OC1B on compare match
1 0 ClearOC1A/OC1B on compare match(low level) 1 1 SetOC1A/OC1B on compare match(high level)
Tabel 2.6 Compare Output Mode, Fast PWM
COM1A1/COM1B1 COM1A1/COM1B1 Deskripsi
0 0 Normal Port Operation, OC1A/OC1B disconnected 0 1 ToggleOC1A on compare match, OC1B disconnected
1 0
Clear OC1A/OC1B on compare match, set OC1A/OC1BatBOTTOM (non-inverting mode)
1 1
Set OC1A/OC1B on compare match, clear OC1A/OC1BatBOTTOM (inverting mode)
Tabel 2.7 Compare Output Mode
Phase Correct dan Phase Correct & Frequency PWM
COM1A1/COM1B1 COM1A1/COM1B1 Deskripsi
0 0 Normal Port Operation, OC1A/OC1B disconnected
0 1 Toggle OC1A on compare match, OC1B
disconnected
1 0 Clear OC1A/OC1B on compare match when up-counting, set
OC1A/OC1B on compare match when down-counting
1 1
Bit3 : Force Outputuntuk kanal A
Bit2 : Force Outputuntuk kanal B
Bit 1 dan 0 :Waveform Generation Mode
Mode operasi sebanyak 16 mode, diatur dalam bit WGM ini. Mode operasi tersebut ditunjukkan oleh Tabel 2.8 di bawah ini.
Tabel 2.8 Deskripsi BitWGM
Mode WGM13 WGM12
Mode Operasi TOP Update of OCRn
TOVn Flag Set-on
0 0 0 0 0 Normal 0xFFFF Immediate MAX 1 0 0 0 1 PWM, Phase Correct 8-Bit 0x00FF TOP BOTTOM
8 1 0 0 0 PWM, CorrectPhase and Frequency ICR1 BOTTOM BOTTOM
9 1 0 0 1 PWM, CorrectPhase and Frequency OCR1A BOTTOM BOTTOM 10 1 0 1 0 PWM, Phase Correct ICR1 TOP BOTTOM
b. Timer/Counter Control Register1 B (TCCR1B) Tabel 2.9 TCCR1B
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
Keterangan:
Bit7 : Input Capture Noise Canceler, ketika bit ini diset 1(high) maka
Noise Canceleraktif dan masukkan dari Input Capture Pin(ICP1) terfilter.
Bit6 : Input Capture Edge Select, bit ini digunakan untuk trigger yang disebabkan oleh edgeICP1. Jika bit ini diset 1 maka sebuah rising edge(positif) akan men-trigger capture, Jika bit ini diset 0 maka sebuah falling edge (negatif) akan men-trigger capture.
Bit 5 : Reserved, bit ini akan digunakan pada tahap pengembangan selanjutnya.
Bit 4 dan 3 : lihat deskripsi register TCCR1A.
Bit 2, 1 dan 0 : Clock Select, bitini digunakan untuk memilih jenis sumberclock
untuk digunakan pada suatutimer/counter.
Tabel 2.10 Deskripsi Clock Select Bit
CS12 CS11 CS10 Deskripsi
0 0 0 Tidak ada clock(Timer/Counter terhenti) 0 0 1 CLK_I/O/1 (tanpa Prescaling) 0 1 0 CLK_I/O/8 (dari Prescaling) 0 1 1 CLK_I/O/64 (dari Prescaling) 1 0 0 CLK_I/O/256 (dari Prescaling) 1 0 1 CLK_I/O/1024 (dari Prescaling) 1 1 0 Sumber clock(eksternal)berasal dari pin
T1, clockpada falling edge 1 1 1 Sumber clock(eksternal)berasal dari pin
T1, clockpada rising edge
Tabel 2.11 Register TCNT1
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
TCNT1H TCNT1[15:8]
TCNT1L TCNT1[7:0]
d. TIMSK dan TIFR, Timer Interrupt Mask Register (TIMSK) dan Timer Interrupt Flag (TIFR) digunakan untuk mengendalikan interrupt mana yang diaktifkan, dengan cara melakukan setting pada TIMSK dan untuk mengetahui interrupt mana yang sedang terjadi.
Tabel 2.12 Register TIMSK
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
TIMSK OCIE2 TOIE2 TICIE1 OCIE1A OCIE1B TOIE1 OCIE0 TOIE0
Keterangan:
Bit7 : Timer/Counter2Output Compare Match Interrupt Enable Bit6 : Timer/Counter2 Overflow Interrupt Enable
Bit5 : Timer1 Input Capture Interrupt Enable
Bit4 : Timer/CounterA Output Compare Match Interrupt Enable Bit3 : Timer/CounterB Output Compare Match Interrupt Enable Bit2 : Timer/Counter1 Overflow Interrupt Enable
Bit1 : Timer/Counter0 Output Compare Match Interrupt Enable Bit0 : Timer/Counter0 Overflow Interrupt Enable
Tabel 2.13 Register TIFR
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
Keterangan:
Bit7 : Output Compare Flag2
Bit6 : Timer/Counter2 Overflow Flag Bit5 : Timer1 Input Capture Interrupt Flag Bit4 : Output Compare Flag1A
Bit3 : Output Compare Flag1B
Bit2 : Timer/Counter1 Overflow Flag Bit1 : Output Compare Flag0
Bit0 : Timer/Counter0 Overflow Flag
e. OCR1n, Output Compare Register Timer 1 n (n = A, B) merupakan register yang digunakan untuk membangkitkan interupsi eksternal dengan melakukan perbandingan (Output Compare) atau juga dapat digunakan untuk membangkitkan bentuk gelombang (PWM). Fungsi tersebut di atas dikeluarkan oleh pinOC1n (n = A, B).
Tabel 2.14Register OCR1n
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
OCR1nH OCR1n[15:8]
OCR1nL OCR1n[7:0]
Setiap mode timer seperti CTC, Fast PWM, Phase Correct PWM dan Phase and Frequency Correct PWM, mempunyai persamaan untuk menghitung frekuensi (clock) yang akan dihasilkannya.
a. Clear Timer On Compare Match(CTC)
fOCnA= _⁄
Dimana:
fOCnA = frekuensi mode CTC pada OCRnA (n: H atau L)
fclk_I/O = frekuensi kristal yang digunakan
N = variable prescaler factor(1, 8, 64, 256 atau 1024)
OCRnA = nilai register OCRnA (n: 1 atau 2) b. FastPWM
RFPWM= ... (2.2)
Dimana:
RFPWM = Resolusi mode FastPWM
TOP = nilai maksimal pada register TCCRn (n: A atau B)
fOCnxPWM= _⁄
∙ ...(2.3) Dimana:
fOCnxPWM = frekuensi mode FastPWM pada OCRnx (n: H atau L; x: A/B) fclk_I/O = frekuensi kristal yang digunakan
N = variable prescaler factor(1, 8, 64, 256 atau 1024)
TOP = nilai maksimal pada register TCCRn (n: A atau B) c. Phase CorrectPWM
RPCPWM = RFPWM ... (2.4)
Dimana: RPCPWM= resolusi mode Phase CorrectPWM
fOCnxPCPWM= _⁄
∙ ∙ ...(2.5) Dimana:
fOCnxPCxPWM= frekuensi mode Phase Correct PWM pada OCRnx (n: H atau L;
fclk_I/O = frekuensi kristal yang digunakan
N = variable prescaler factor(1, 8, 64, 256 atau 1024)
TOP = nilai maksimal pada register TCCRn (n: A atau B) d. Phase and Frequency CorrectPWM
RPFCPWM = RFPWM... (2.6)
Dimana: RPFCPWM= resolusi mode Phase and Frequency CorrectPWM
fOCnxPFCPWM= fOCnxPCPWM ...(2.7) Dimana: RPCPWM = frekuensi mode Phase and Frequency Correct PWM pada
OCRnx (n: H atau L; x: A atau B)
2.1.3 Interupsi Eksternal
Interupsi eksternal merupakan fitur tambahan dari mikrokontroler AVR ATMEGA 16 yang khusus difungsikan untuk interupsi. Interupsi eksternal adalah jenis interupsi asinkron yang pengaktifannya bukan dipicu dari fitur: timer/counter, ADC, komparator analog ataupun dari komunikasi antarmuka, tetapi dipicu secara logika dari luar mikrokontroler (eksternal). mikrokontroler AVR ATMEGA 16 mempunyai 3 buah pemicu interupsi eksternal, yaitu pada pin
INT0 (PORTD2), pin INT1 (PORTD3), pin INT2 (PORTB2). Interupsi eksternal tersebut dapat diaktifkan dengan cara mengatur register - register sebagai berikut.
Tabel 2.15 RegisterMCUCR
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
MCUCR SM2 SE2 SM1 SM0 ISC11 ISC10 ISC01 ISC00
Keterangan:
Tabel 2.16 Interrupt Sense Control1
ISC11 ISC10 Deskripsi
0 0 Interupsi terjadi jika pada pin INT1 berlogika “0” (low) 0 1 Interupsi terjadi setiap perubahan logika pada pin INT1 1 0 Interupsi terjadi setiap falling edgepada pin INT1 1 1 Interupsi terjadi setiap rising edgepada pin INT1
b. ISC01 dan ISC00: Interrupt Sense Control0 Bit 1 and Bit 0 Tabel 2.17Interrupt Sense Control0
ISC01 ISC00 Deskripsi
0 0 Interupsi terjadi jika pada pin INT0 berlogika “0” (low) 0 1 Interupsi terjadi setiap perubahan logika pada pin INT0 1 0 Interupsi terjadi setiap falling edgepada pin INT0 1 1 Interupsi terjadi setiap rising edgepada pin INT0
Tabel 2.18 RegisterMCUCSR
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
MCUCR - ISC2 - - WDRF BORF EXTRF PORF
Keterangan:
ISC02: Interrupt Sense Control2
Tabel 2.19RegisterGICR
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
MCUCR INT1 INT0 INT2 - - - IVSEL IVCE
Keterangan:
INT1, INT0, INT2: Eksternal Interrupt Request1, 0 atau 2 Enable
2.1.4 Prescaler
Pada dasarnya Timer hanya menghitung pulsa clock. Frekuensi pulsa clock
yang dihitung tersebut bias sama dengan frekuensi Kristal yang diginakan atau dapat diperlambat menggunakan prescaler dengan faktor 1, 8, 64, 256 atau 1024. Untuk memahami prescaler ini, berikut contoh penggunaan prescaler dalam menentukan waktu suatu timer.
Contoh:
Sebuah AVR menggunakan kristal dengan frekuensi 8 MHz dengan timer
yang digunakan adalah timer 16 bit, maka maksimum waktu timer tersebut adalah sebesar:
TMAX= × ℎ +... (2.8)
= , × = ,
Untuk menghasilkan waktu timer yang lebih lama, dapat digunakan
prescaler, misalnya 1024. Maka maksimum waktu timer tersebut adalah
TMAX = × ℎ +× ... (2.9)
2.1.5 Pemrograman Mikrokontroler ATMEGA16
Pengembangan sebuah system menggunakan mikrokontroler AVR buatan ATMEL menggunakan software AVR STUDIO dan CodeVision AVR. AVR STUDIO merupakan software khusus untuk bahasa assembly yang mempunyai fungsi sangat lengkap, yaitu digunakan untuk menulis program, kompilasi, simulasi dan downloadprogram ke IC mikrokontroler AVR dapat dilakukan pada CodeVision. CodeVision AVR memilki fasilitas terminal, yaitu untuk melakukan komunikasi serial dengan mikrokontroler yang sudah deprogram. Proeses
download program ke IC mikrokontroler AVR dapat menggunakan system download secara In-System Programming (ISP). ISP Flash On-chip mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.
2.1.5.1 Bahasa Assembly AVR
out ddrc,r16
Setiap program terdiri dari inisialisasi program dan program utama. Inisialisasi program berisi definisi chip yang digunakan, mendefinisikan nama variable, konstanta, alamat awal program, stack pointer.
2.1.5.2 Bahasa C Pada AVR ATMEGA16
//Preprocessor
//inisialisasi port, timer, dsb. Char data_rx;
Preprocessor digunakan untuk memasukkan (include) text dari file lain, mendefinisikan macro yang dapat mengurangi beban kerja pemrograman dan
Program Utama
Preprocessor
meningkatkan legability source code (mudah dibaca). Inisialisasi merupakan pengaturan awal yang akan dibutuhkan dalam membuat suatu program.
2.2 Motor Listrik AC Satu Fasa
Motor listrik AC Satu Fasa termasuk kedalam kategori mesin listrik dinamis dan merupakan sebuah perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini banyak digunakan pada pemutar
impeller pompa, blower, penggerakan kompresor, pengangkat beban, mixer, bor listrik, kipas angin, dll. Motor listrik dibagi menjadi dua jenis berdasarkan arus listriknya, yaitu: Motor arus bolak balik (AC) dan motor arus searah (DC). Berdasarkan karakteristik dari arus listrik, motor AC terdiri dari 2 jenis, yaitu: Motor listrik AC/arus bolak-balik 1 fasa dan Motor listrik AC/arus bolak-balik 3 fasa. Pembahasan teori dasar motor listrik AC dalam tugas akhir ini menitik beratkan pada motor listrik AC 1 fasa berjenis Motor Kapasitor.
2.2.1 Prinsip kerja Motor AC Satu Fasa
Gambar 2.2 Belitan Stator Fasa Utama dan Belitan Stator Fasa Bantu
Belitan utama menggunakan penampang kawat tembaga lebih besar daripada penampang kawat belitan bantu, sehingga memiliki impedansi lebih kecil. Sedangkan belitan bantu terbuat dari tembaga berpenampang kecil dan jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya lebih besar dibanding impedansi belitan utama.
Grafik arus belitan bantu dan arus belitan utama berbeda fasa sebesar φ, hal ini
disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua belitan tersebut. Perbedaan arus beda fasa ini menyebabkan arus total, dimana arus total merupakan penjumlahan vektor arus utama dan vektor arus bantu. Medan magnet utama yang dihasilkan belitan utama juga berbeda fasa sebesar dengan medan magnet bantu.
Belitan bantu Z1-Z2 pertama-tama dialiri arus bantu menghasilkan fluks magnet tegak lurus, beberapa saat kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama yang bernilai positip. Hasilnya adalah medan magnet yang bergeser sebesar 45° dengan arah berlawanan jarum jam. Kejadian ini berulang setiap satu siklus sinusoida, sehingga menghasilkan medan magnet yang berputar pada belitan statornya.
Rotor motor satu fasa sama dengan rotor motor tiga fasa yaitu berbentuk batang - batang kawat yang pada bagian ujungnya dihubung singkatkan dan menyerupai bentuk sangkar tupai, maka sering disebut rotor sangkar tupai.
Gambar 2.5 Rotor Sangkar
Belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator menghasilkan tegangan induksi, interaksi antara medan putar stator dan medan magnet rotor akan menghasilkan torsi putar pada rotor.
2.2.2 Motor Kapasitor
Motor kapasitor satu fasa banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci, motor lemari es, motor Air Conditioning. Konstruksinya sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220VAC, oleh karena itu menjadikan motor kapasitor ini banyak digunakan pada peralatan rumah tangga.
Gambar 2.6 Motor Kapasitor
terminal U1 dan kawat netral N terhubung dengan terminal U2. kapasitor kerja (Cb) berfungsi agar perbedaan sudut phasa belitan utama dengan belitan bantu mendekati 90°.
Pengaturan arah putaran motor kapasitor dapat dilakukan dengan:
Untuk menghasilkan putaran ke kiri (berlawanan jarum jam) kapasitor kerja
CB disambungkan ke terminal U1 dan Z2 dan terminal Z1 dikopel dengan terminal U2.
Untuk menghasilkan putaran ke kanan (searah jarum jam) kapasitor kerja
disambung kan ke terminal U1 dan Z1 dan terminal Z2 dikopel dengan terminal U2.
Gambar 2.7 Pengawatan Motor Kapasitor Dengan Pembalik Putaran
Pada saat pertama kali motor mendapatkan tegangan, buah kapasitor Cb dan Ca membentuk loop tertutup sehingga rotor mulai berputar, ketika putaran mendekati 70% putaran normalnya saklar sentrifugal akan membuka, sehingga memutuskan kapasitor bantu Ca.
Gambar 2.8 Pengawatan Dengan Dua Kapasitor
Gambar 2.9 Karakteristik Torsi Motor Kapasitor
2.3 Driver Motor AC
2.3.1 Metode Zero Crossing Detection Metode zero crossing
mengetahui frekuensi/periode menentukan frekuensi
point pada suatu rentang berfungsi untuk mendeteksi
dengan zero point tegangan AC tersebut, sehingga dapat saat dimulainya pemicuan
crossing detector ini, kita sinyal sinusoidal (sine
titik nol yang dideteksi a
negatif dan peralihan dari siklus negatif menuju siklus positif. Dalam rangkaian
digunakan sebagai
mikrokontroler akan mengatur
gate TRIAC Opto Osillator
Gambar 2.
Crossing Detection
zero crossing detection adalah metode paling
frekuensi/periode suatu gelombang. Metode ini berfungsi frekuensi suatu gelombang dengan cara mendeteksi ban
suatu rentang waktu. Zero crossing detector adalah rangkaian untuk mendeteksi perpotongan gelombang sinus pada
tegangan AC tersebut, sehingga dapat memberikan sinyal acuan dimulainya pemicuan sinyal PWM. Dengan menggunakan rangkaian
ini, kita dapat mendeteksi zero pointsekaligus mengubah
sine wave) menjadi sinyal kotak (square wave
ng dideteksi adalah pada saat peralihan dari siklus positif menuju siklus negatif dan peralihan dari siklus negatif menuju siklus positif.
rangkaian driver motor ini, sinyal acuan (zero
interupsi eksternal mikrokontroler dan akan mengatur dan membangkitkan sinyal PWM
Opto Osillator.
Gambar 2.10 Prinsip kerja Metode Zero Cross Detection
paling umum untuk ini berfungsi untuk mendeteksi banyaknya zero
adalah rangkaian yang sinus pada tegangan AC memberikan sinyal acuan menggunakan rangkaian zero
sekaligus mengubah suatu
wave). Perpotongan positif menuju siklus
zero point) akan mikrokontroler dan selanjutnya PWM untuk memicu
Gambar 2.1
Gambar 2.12 Hasil Deteksi
2.3.2 TRIAC
Pada sub bab ini membahas
penggunaan TRIAC dan TRIAC jenis
2.3.2.1 Pengertian TRIAC TRIAC merupakan artinya adalah saklar
Sinyal Sinyal
Gambar 2.11 Contoh Rangkaian Zero Cross Detector
Hasil Deteksi Zero Point Oleh Rangkaian Zero Cross Detector
ini membahas tentang pengertian TRIAC, karakteristik penggunaan TRIAC dan TRIAC jenis Optoisolators.
Pengertian TRIAC
merupakan singkatan dari TRIode Alternating
aklar triodeuntuk arus bolak-balik. TRIAC adalah
Sinyal masukan (Sine Wave)
dari pendahulunya yaitu Diode Alternating Current (DIAC) dan Silicon Control Rectifier (SCR). Ketiganya merupakan sub-jenis dari Thyristor, piranti berbahan silikon yang umum digunakan sebagai saklar elektronik, disamping transistor dan
Field Effect Transistor (FET). Perbedaan diantara ketiganya adalah dalam penggabungan unsur-unsur penyusunnya, serta dalam segi arah penghantaran arus listrik yang melaluinya. TRIAC sebenarnya adalah gabungan dua buah SCR atau
Thyristor yang dirancang anti paralel dengan satu buah elektroda gerbang (gate electrode) yang menyatu. SCR merupakan piranti zat padat (solid state) yang berfungsi sebagai sakelar daya berkecepatan tinggi.
Gambar 2.13 Sruktur dan Simbol TRIAC
2.3.2.2 Karakteristik TRIAC
M1 dan M2. Pengaturan dilakukan dengan memberi sinyal antara gate (gerbang) dan M1.
Gambar 1.14 Karakteristik TRIAC
Karena dapat bersifat konduktif dalam dua arah, biasanya TRIAC digunakan untuk mengendalikan fasa arus AC. Selain itu, karena TRIAC merupakan
Gambar 2.15 Kuadran Operasi TRIAC
2.3.2.3 Penggunaan TRIAC
Piranti TRIAC dipakai secara luas untuk menggantikan ke-dudukan relai dan saklar mekanik konvensional. TRIAC dapat digunakan sebagai penyearah, tergantung dari cara pemakaian gerbangnya. TRIAC juga banyak dipakai untuk mengatur siklus piksel LCD, dengan menyambung/memutus arus yang mengalir ke setiap piksel (picture element) dalam satuan milidetik. Pengembangan karakteristik unsur penyusun TRIAC dapat menghasilkan waktu on-off yang lebih singkat.
TRIAC kebanyakan digunakan dalam rangkaian kontrol gelombang penuh AC, karena TRIAC memberikan dua kelebihan dibandingkan dengan dua thyristor. Kelebihan TRIAC tersebut adalah rancangan keping pendingin yang lebih sederhana dan rangkaian pemicu yang relatif lebih ekonomis.
2.3.2.4 TRIAC Optoisolators
TRIode Alternating Current (TRIAC) Optoisolators merupakan jenis TRIAC yang mempunyai prinsip kerja seperti saklar elektronik yang diaktifkan oleh cahaya (LED). TRIAC ini tertanam bersama sebuah LED dalam sebuah rangkaian terintegrasi (Integrated Circuit). Perbedaan TRIAC Optoisolators
Optoisolators adalah IC tipe MOC3011 yang mempunyai konfigurasi seperti gambar dibawah ini.
Gambar 2.16 Konfigurasi IC MOC 3011
TRIAC akan mengalirkan arus pada M1 dan M2 (pin 4 dan 6) apabila tidak ada arus yang mengalir pada pin1 dan 2 (LED padam). Apabila pada pin1 dan 2 diberi arus (LED menyala), maka TRIAC tidak akan mengalirkan arus pada M1 dan M2 (pin4 dan 6).
Berdasarkan tegangan kerjanya, TRIAC Optoisolators ini mempunyai daerah tegangan kerja yang berbeda-beda, contohnya TRIAC tipe MOC3011 di atas, mempunyai daerah tegangan kerja maksimal sebesar 250VAC. Berbeda halnya dengan TRIAC tipe MOC3041, TRIAC ini memiliki fitur lain. Selain bekerja dapat bekerja pada level tegangan 400VAC, MOC3041 memiliki rangkaian zero crossing. Rangkaian zero crossingini berfungsi untuk mendeteksi perpotongan gelombang sinus pada tegangan AC dengan titik nol pada tegangan tersebut (zero point), sehingga dapat memberikan acuan untuk memulai waktu pen-trigger-an. Konfigurasi IC MOC3041 dan rangkaian TRIAC Opto Osillator
Gambar 2.17 Bentuk dan Konfigurasi IC MOC3041
TRIAC Optoisolators banyak diaplikasikan pada Selenoid/Valve Controls, Lighting Controls, Statics Power Switches, AC Motor Drivers, Temperature
Controls, AC Motor starters, Solid State Relays.
Gambar 2.18 Rangkaian aplikasi TRIAC Optoisolatorsuntuk kontrol
2.4 Sensor Kecepatan Putaran
Sensor kecepatan putaran merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi atau mengukur kecepatan putaran suatu benda putar. Pada pokok bahasan kali ini akan membahas tentang sensor kecepatan putaran dengan menggunakan
phototransistor. Phototransistor merupakan komponen elektronika yang mempunyai prinsip kerja seperti saklar, namun saklar tersebut diaktifkan oleh cahaya. Bentuk dan skematik dari phototransistorseperti gambar di bawah ini.
Gambar 2.19 Bentuk dan skematik phototransistor
Phototransistor akan aktif jika diberi tegangan sebesar ± 1,7V pada kaki 1 dan kaki 2. Pada saat keadaan aktif tersebut, jika celah antara dioda cahaya dan transistor tidak terhalangi suatu benda padat (tidak transparan), maka transistor cahaya akan meloloskan arus dari kaki kolektor ke kaki emitor. Besar maksimal tegangan yang diijinkan dari kaki kolektor dan emitor (forward VCE) tersebut sebesar ±30V.
Gambar 2.2
Gambar 2.20 Piringan Sensor
2.5 Pulse Width Modulation(PWM)
Pulse Width Modulation (PWM) adalah sebuah metode memanipulasi lebar sinyal atau tegangan yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu periode. Aplikasi PWM sangatlah luas, mulai dari speed control (kendali kecepatan),
power control (kendali sistem tenaga), measurement and communication
(pengukuran dan telekomunikasi). regulator tegangan, audio effect, penguatan, serta aplikasi-aplikasi lainnya. Pengaturan lebar pulsa modulasi merupakan salah satu teknik yang digunakan dalam sistem kendali (control system) saat ini. PWM dicapai/diperoleh dengan bantuan sebuah gelombang kotak yang mana siklus kerja (Duty cycle) gelombang dapat diubah-ubah untuk mendapatkan sebuah tegangan keluaran yang bervariasi yang merupakan nilai rata-rata dari gelombang tersebut. Penjelasan lebih lanjut ditunjukkan pada Gambar 2.22 dibawah ini,
Gambar 2.22 Sinyal PWM
Ton adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi (baca: high
atau 1) dan Toffadalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah
(baca: low atau 0). Ttotal adalah waktu satu siklus atau penjumlahan Ton dan Toff,
biasa dikenal dengan istilah “periode satu gelombang”.
Siklus kerja (Duty cycle) sebuah gelombang dapat didefinisikan sebagai berikut.
= = ... (2.11)
Gambar 2.23 dibawah ini menunjukan beberapa sinyal PWM dengan nilai duty cycle(satuan: %) yang berbeda-beda.
Gambar 2.23 Sinyal PWM Dengan Nilai Duty Cycleyang Berbeda-beda
Pada Gambar 2.23 (a) terlihat bahwa, lebar pulsa highper periodenya sangat kecil (10%). Pada Gambar 2.23 (b) terlihat bahwa, lebar pulsa highsama dengan lebar pulsa low(50%). Pada Gambar 2.23 (c) terlihat bahwa sinyal highlebih besar dari sinyal low (90%). Jika tinggi tegangan pada Gambar 2.23 di atas dimisalkan sebesar 5V dan sinyal PWM tersebut diaplikasikan pada pengontrolan kecepatan motor DC, maka kecepatan motor dengan besar duty cycle 90% akan lebih cepat dibandingkan dengan besar duty cycle 50% dan 10%. Kecepatan motor dengan besar duty cycle50% akan lebih cepat dibandingkan dengan besar duty cycle 10% atau dengan kata lain kecepatan motor dengan besar duty cycle 10% akan lebih lambat dibandingkan dengan besar duty cycle50% dan 90%.
(c) (a)
44
Pada tahap perancangan ini dibagi menjadi 2 tahap perancangan. Tahap pertama adalah
perancangan perangkat keras (hardware), yang meliputi rangkaian – rangkaian
elektronika dan alat putar keramik. Tahap kedua adalah perancangan algoritma, listing
program pada software Code Vision AVR dan penanaman listing program pada
mikrokontroler AVR ATMega16 dengan menggunakan softwareISP Programmer.
3.1 Perancangan Perangkat Keras
Seluruh perangkat atau komponen yang digunakan dalam perancangan pengaturan
kecepatan pada alat putar keramik menggunakan motor AC ini, tersusun seperti pada
blok diagram di bawah ini.
Gambar 3.1 Blok Diagram Pengaturan Kecepatan Motor AC
Blok diagram diatas, secara garis besar dapat dijelaskan sebagai berikut.
1. Keypad digunakan sebagai alat untuk memasukkan nilai kecepatan putaran yang
diinginkan (nilai setpoint). Keypad dihubungkan ke PORTB mikrokontroler AVR
ATMega16. Nilai dari keypad tersebut mewakili nilai kecepatan putaran dengan
satuan rotation per minute(rpm). Nilai yang diijinkan sebesar antara 60–150rpm.
2. Nilai setpoint akan diolah sedemikian rupa dengan menggunakan suatu program
yang ditanamkan pada mikrokontroler AVR ATMega16, sehingga nilai tersebut
dapat ditampilkan pada LCD dan digunakan pada register OCR1A yang berfungsi
untuk membangkitkan sinyal PWM.
3. Sinyal PWM dibangkitkan setelah nilai pada register OCR1A terisi (OCR1A ≠ 0)
dan sinyal PWM dikeluarkan melalui Pin 19 PORTD.5 (OC1A) pada
mikrokontroler AVR ATMega16.
4. Sinyal PWM tersebut akan memicu TRIAC Optoisilator pada rangkaian driver
motor AC. Rangkaian zero crossing detector telah tersedia dalam satu paket (On
-package) IC TRIAC Optoisolators MOC3041, sehingga titik acuan sinyal PWM
pada saat mengatur sinyal sinusoidal (tegangan AC) dimulai pada saat perpotongan
titik nol (zero crossing). Keluaran dari TRIAC Optoisolators tersebut (pin6) akan
memicu gateTRIAC (Q4004LT) sehingga memberikan arus pada motor AC.
5. Motor AC akan menggerakkan alat putar keramik dan alat putar tersebut akan
dideteksi putarannya setiap 1 detik (Timer0) oleh sensor putaran (phototransistor).
Pendeteksian putaran alat putar ini bertujuan untuk mengetahui apakah kecepatan
putaran alat putar sama dengan nilai setpoint yang diberikan.Kecepatan alat putar
akan dipengaruhi oleh beban (tanah liat) yang bervariasi. Kecepatan akan
mengetahui kecepatan
beberapa komponen elektronika
Mikrokontroler dan komponen
rangkaian yang disebut sebagai rangkaian sistem minimum.
Gambar 3.2 Rangkaian Sistem Minimum AVR ATMega16 kecepatan alat putar terhadap beban. Sensor putaran
interupsi eksternal 1 pada mikrokontroler ATMEGA16,
akan mengetahui setiap kali sensor memberikan respon (logika 0).
pengaturan alat putar pada mikrokontroler ATMega16
membandingkan antara kecepatan setpoint dan kecepatan yang
sensor mendeteksi kecepatan alat putar lebih cepat
nya, maka program akan mengatur (mengurangi)
dan jika sensor mendeteksi kecepatan alat putar lebih
setpoint-nya, maka program akan mengatur (menambahi)
OCR1A.
Rangkaian Sistem Minimum AVR ATMega16
Mikrokontroler AVR ATMega16 dapat dioperasikan dengan
komponen elektronika yang berfungsi sebagai komponen
dan komponen – komponen pendukung tersebut tergabung
rangkaian yang disebut sebagai rangkaian sistem minimum.
Gambar 3.2 Rangkaian Sistem Minimum AVR ATMega16
Sensor putaran ini menggunakan
ATMEGA16, sehingga
setiap kali sensor memberikan respon (logika 0).
ATMega16 akan mengatur dan
kecepatan yang sesungguhnya (real
lebih cepat dari pada kecepatan
(mengurangi) nilai pada register
putar lebih lambat dari pada
mengatur (menambahi) nilai pada
Sistem Minimum AVR ATMega16
dengan cara menambahkan
komponen pendukungnya.
tersebut tergabung dalam satu
Kristal yang digunakan pada rangkaian sistem minimum di atas, mengunakan
frekuensi 4 MHz. Kristal tersebut digunakan untuk pembangkit clock(osilator), dimana
setiap 1 intruksi/perintah dalam program dieksekusi dalam 1 siklus clock. Pin RESET
dihubungkan dengan rangkaian kombinasi RC dan push button, yang bertujuan agar
mikrokontroler dapat di-reset.Fungsi dari port - portlainnya adalah sebagai berikut.
1. PORTA, digunakan sebagai pinmasukkan untuk Keypad 3X4
2. PORTB, digunakan sebagai pinkeluaran untuk LCD
3. PORTD.0 dan PORTD.1, digunakan sebagai pin masukan untuk tombol START
dan tombol STOP
4. PORTD.3, digunakan sebagai pinmasukkan untuk sensor putaran (Ext. Interrupt)
5. PORTD.5 dan PORTD.6, digunakan sebagai pinkeluaran untuk sinyal PWM.
3.1.2 Perancangan Rangkaian Downloader
Rangkaian downloader merupakan rangkaian penghubung antara komputer dan
mikrokontroler yang berfungsi untuk memasukan listing program (berupa bit – bit
logika) ke dalam mikrokontroler. Listing program yang dikirim oleh software dari
komputer ke dalam mikrokontroler biasanya berbentuk file *.hex (heksadesimal). Pada
umumnya rangkaian downloader terdiri dari kabel penghubung jenis DB25 atau jenis
DB9. Sinkronisasi tegangan antara tegangan dari komputer dan tegangan
mikrokontroler menggunakan sebuah buffer. Rangkaian downloaderditunjukkan seperti
Gambar 3.4 Rangkaian
Rangkaian di atas
antara komputer dan
sebagai buffer. Software
dalam mikrokontroler ini adalah
Gambar 3.3 Rangkaian Downloader(DB25)
Gambar 3.4 Rangkaian Downloader (Mikrokontroler)
Rangkaian di atas menggunakan sebuah port DB25 sebagai
komputer dan rangkaian downloader, sedangkan IC 74HCT244
Software yang digunakan untuk men-download program
dalam mikrokontroler ini adalah ISP Programmer (Adam Dybkowsky). (DB25)
(Mikrokontroler)
DB25 sebagai alat penghubung
IC 74HCT244 digunakan
program (file: *.hex) ke
Gambar 3.5 Tampilan SoftwareISP Programmer (Adam Dybkowsky)
3.1.3 Perancangan Rangkaian Keypad dan LCD
Keypadmerupakan tombol elektronik yang terdiri dari kombinasi beberapa saklar
yang terrangkai dalam bentuk kolom dan baris. Pada perancangan alat putar ini, keypad
digunakan sebagai alat untuk masukan nilai setpoint kecepatan putaran alat putar
keramik. Keypad yang digunakan adalah keypad 3×4 yang terdiri dari 3 kolom dan 4
baris (7 pin). Untuk mengetahui tombol mana yang sedang ditekan, keypad diatur oleh
mikrokontroler dengan cara memberikan bit – bit logika pada baris atau kolomnya.
Keypad ini dihubungkan melalui kabel pin (7 pin) ke salah satu port mikrokontroler.
Keypad ini akan
mikrokontroler (PORTB1…7).
mikrokontroler, sedangkan
pada mikrokontroler AVR
sehingga apabila salah
kolom, maka akan memberikan
mendeteksi bit – bituntuk bag
Liquid Crystal
tampilan yang menggunakan
ini, LCD akan digunakaan
berdasarkan masukkan
16230 Data Vision (Taiwan).
tetapi dapat diatur kekontrasannya.
gambar di bawah ini.
Gambar 3.6 Rangkaian Keypad3×4
ini akan diaktifkan dan dideteksi oleh bit – bit logika
(PORTB1…7). Bagian kolom Keypadakan diberi logika
sedangkan bagian baris akan diberi logika high (“1”).
mikrokontroler AVR ATMega16, telah terintegrasi rangkaian
apabila salah satu baris dari keypad terhubung (short
akan memberikan logika low pada baris yang terhubung
untuk bagian baris tersebut menggunakan teknik
Crystal Display atau disingkat LCD merupakan
menggunakan kristal cair sebagai penampil utama.
digunakaan sebagai alat penampil kode ASCII (huruf
masukkan dari keypad. LCD yang digunakan berjenis
Vision (Taiwan). LCD ini tidak memiliki cahaya latar
diatur kekontrasannya. Bentuk dan rangkaian LCD
logika dari port – port
diberi logika low(“0”) oleh
(“1”). Pada setiap port
rangkaian pull-up resistor,
short) dengan salah satu
yang terhubung tersebut. Cara
ian baris tersebut menggunakan teknik scanning port.
merupakan suatu jenis media
utama. Pada perancangan
ASCII (huruf dan angka) yang
berjenis LCD 16×2 seri
DV-cahaya latar (back light) akan
Software Code
digunakan telah memiliki
motor AC akan memicu
Gambar 3.7 Bentuk LCD 16×2
Gambar 3.8 Rangkaian LCD 16×2
Code Vision AVR telah menyediakan fitur LCD
sehingga tidak akan banyak mengalami kesulitan dalam
LCD akan menampilkan nilai kecepatan (setpoint),
registerOCR1A untuk mengatur duty cycle Fast
Rangkaian DriverMotor AC
Komponen utama dari rangkaian driver motor AC ini
MOC3041 dan TRIAC Tipe Q4004LT. TRIAC
telah memiliki rangkaian zero crossing di dalamnya..
akan memicu motor AC jika pin 2 pada IC MOC3041
LCD untuk mengatur port
(low). Bit– bitlogika
oleh registerOCR1A
ditunjukkan oleh Gambar 3.9 di bawah ini.
Rangkaian Zero
menentukan titik nol gelombang
acuan untuk dimulainya pemicuan oleh sinyal PWM.
3.1.5 Perancangan Rangkaian Sensor Putaran
Rangkaian sensor
Phototransistortipe H21A1
Gambar 3.10 Pemasangan Sensor Putaran Pada Alat Putar Keramik logika yang diberikan pada IC tersebut berupa sinya
OCR1A (duty cycle) pada mikrokontroler. Rangkaian
ditunjukkan oleh Gambar 3.9 di bawah ini.
Gambar 3.9 Rangkaian DriverMotor AC
Zero Crossing yang terdapat IC MOC3041
titik nol gelombang sinusoidal, dimana titik nol tersebut
acuan untuk dimulainya pemicuan oleh sinyal PWM.
Rangkaian Sensor Putaran
Rangkaian sensor untuk mendeteksi putaran alat putar
tipe H21A1 dan piringan sensor dengan lubang seban
Gambar 3.10 Pemasangan Sensor Putaran Pada Alat Putar Keramik
berupa sinyal PWM yang diatur
Rangkaian drivermotor AC ini
MOC3041 berfungsi untuk
nol tersebut merupakan titik
alat putar ini, terdiri dari
lubang sebanyak 12 lubang.
Sensor putaran
phototransistor mendeteksi
pada saat celah pada
piringan sensor dari keenam
yang dideteksi sensor
(Contoh: 60rpm = 12
kecepatan antara kecepatan
menggunakan fitur interupsi eksternal 0 (
3.1.6 Perancangan Alat Putar Keramik
mendeteksi lubang dan sensor putaran akan memberikan
pada phototransistor tidak mendeteksi lubang. Jarak
dari keenam lubang tersebut mewakili 5rpm dan
sensor akan dijumlahkan setiap 1 detik sekali oleh
12 lubang per detik). Hal ini bertujuan untuk
antara kecepatan setpoint dan kecepatan real time
menggunakan fitur interupsi eksternal 0 (pinINT0) pada mikrokontroler ATMEGA 16.
Alat Putar Keramik
putar keramik yang akan dirancang terbuat dari
batang besi. Pada bagian besi poros tersebut dipasang
Pulley dihubungkan motor AC dengan menggunakan
di bawah ini menunjukkan gambar rancangan alat putar keramik. pada saat celah pada
akan memberikan logika “1”
Jarak antar lubang pada
rpm dan banyaknya lubang
sekali oleh interupsi Timer 0
bertujuan untuk membandingkan
time. Pendeteksian ini
INT0) pada mikrokontroler ATMEGA 16.
terbuat dari bahan semen dan
dipasangibearing, pulleydan
menggunakan tali penghubung
Rangka terbuat
didesain sedemikian rupa
menyimpan dan menyangga alat putar, motor AC dan sensor.
3.2 Perancangan Program Mikrokontroler
AC terhadap beban bervariasi adalah seperti
Gambar 3.12 Rancangan Alat Putar Keramik
Rangka terbuat dari besi pipih yang dihubungkan dengan mur
sedemikian rupa (Gambar 3.12), sehingga kokoh dan dapat
menyimpan dan menyangga alat putar, motor AC dan sensor.
Perancangan Program Mikrokontroler
kedua dari perancangan ini adalah merancang suatu program
untuk mengolah nilai suatu variabel (keypad dan
pada LCD, mengatur interupsi eksternal 1, mengubah
PWM dan mengatur kecepatan motor AC.
mikrokontroler yang akan dibuat menggunakan bahasa
pada software Code Vision. Cara kerja dari program
AC terhadap beban bervariasi adalah seperti flowchartdi bawah ini. Gambar 3.12 Rancangan Alat Putar Keramik
mur dan baud. Rangka
dan dapat digunakan untuk
suatu program mikrokontroler
dan sensor), menampilkan
, mengubah nilai setpoint
menggunakan bahasa C dan beberapa
program pengaturan motor
Gambar 3.15 FlowchartPengaturan Kecepatan Putaran Alat Putar Keramik (LanjutanII)
Interupsi eksternal 0 digunakan untuk mendeteksi bit “0” pada PORD.3 (pinINT0).
Banyaknya bit “0” yang masuk pada PORD.3 akan dihitung dan disimpan dalam
register “sensor” setiap 1 detik sekali. Dengan kata lain, nilai pada register “sensor”
akan dinolkan terlebih dahulu jika sudah mencapai 1 detik.
Interupsi timer 1 digunakan untuk membuat interupsi setiap 1 detik. Pada saat
interupsi timer 1 ini terjadi, nilai pada register “sensor” akan di-update dan
dibandingkan dengan nilai register “PWM”. Nilai register OCR1A akan diubah
(ditambah/dikurangi) apabila hasil perbandingan berbeda.
Timer/Counter 1A berfungsi sebagai pembangkit sinyal Fast PWM. Besar duty
cycle dari Fast PWM ini diatur oleh register OCR1A, sehingga dari register inilah
3.2.1 Program Keypad
Listing program keypad yang digunakan pada perancangan alat putar ini dapat
dilihat pada potongan program dibawah ini.
Gambar 3.16 RancanganListingProgram KeypadPada Code VisionAVR
Keypaddiaktifkan dengan cara memberikan bit lowpada bagian kolom keypaddan
3.2.2 Program LCD
Listing program LCD yang digunakan pada perancangan alat putar ini dapat
dilihat pada potongan program dibawah ini.
Gambar 3.17 Rancangan ListingProgram LCD Pada Code VisionAVR
3.2.3 Program Interupsi Eksternal 1 dan Timer/Counter0
Program interupsi eksternal 1 diatur oleh fitur interupsi eksternal 0 (INT0)
ATMEGA16. Interupsi eksternal 1 ini akan berfungsi jika register – register yang
berhubungan dengan interupsi eksternal 1 diatur. Interupsi eksternal 1 akan terjadi
apabila PORTD.3 diberi logika 0 (clear bit). Listingprogram Interupsi Eksternal 1 yang
digunakan pada perancangan alat putar ini dapat dilihat pada potongan program
Gambar 3.18 Rancangan Program Sensor Putaran Pada Code VisionAVR
Jika phototransistor mendeteksi lubang pada piringan sensor, maka rangkaian sensor
akan memberikan logika “0” ke PORTD.3 dan logika 1 jika tidak mendeteksi lubang.
Program Timer/Counter 1 pada perancangan ini digunakan untuk membuat
interupsi setiap 1 detik. Besarnya waktu selama 1 detik ini dapat diperoleh dengan
menggunakan persamaan (2.9). Timer/Counter 0 (TCNT0) hanya mempunyai register
sebesar FF (255), sehingga TMAXdapat dihitung sebagai berikut.
= × ℎ + × = . × × = ∙ ×
= , ms.
Untuk mempermudah mendapatkan waktu 1 detik dapat dilakukan dengan cara
membuat interupsi setiap 20mS, kemudian pada program interupsi tersebut ditambahkan
program counteruntuk menghitung kejadian interupsi sebanyak 50 kali. Contoh listing
program interupsi pada Timer/Counter 0 seperti dibawah ini.
3.2.4 Program Fast PWM
Motor AC yang digunakan untuk memutar alat putar keramik, menggunakan
listrik bertegangan 220VAC dengan frekuensi sebesar 50Hz. Tegangan tersebut akan
diatur oleh sinyal PMW dari mikrokontroler dengan memanfaatkan fitur Timer/Counter
1 dengan mode Fast PWM. Tegangan AC dalam satu periode mempunyai 2 siklus,
tersebut setiap 10mS sekali. Tatacara untuk mengatur FastPWM tersebut telah dibahas
dalam Bab II. Dengan menggunakan persamaan (2.3), maka diperoleh hasil perhitungan
FastPWM sebagai berikut.
yang nilai lebih mendekati nilai tersebut, yaitu 64.
Listing program Fast PWM yang digunakan pada perancangan alat putar ini
Gambar 3.20 Rancangan ListingProgram Fast PWM Pada Code VisionAVR
3.2.5 Program Pengaturan Kecepatan Motor AC
Listing program pengaturan motor AC yang digunakan pada perancangan alat
putar ini dapat dilihat pada potongan program dibawah ini.
Gambar 3.21 Rancangan ListingProgram Pengaturan Kecepatan Motor AC
3.2.6 Pengisian Program Ke Mikrokontroler
Listing program yang telah di-compile ke dalam bentuk file *.hex oleh Code
Vision AVR dapat langsung diisikan ke dalam mikrokontroler. Berikut ini langkah –
langkah pengisian program ke mikrokontroler ATMega 16 dengan menggunakan
softwareISP Programmer.
1. Rangkaian downloader (DB25) dihubungkan terlebih dahulu ke port DB25
(komputer) menggunakan kabel konektor DB25 dan rangkaian downloader
(mikrokontroler) menggunakan kabel konektor 6 pin.
2. Rangkaian downloaderdiberi tegangan sebesar 5V.
3. Komputer diaktifkan dan Software ISP Programmer dijalankan, sehingga tampil
jendela seperti Gambar 3.5, kemudian pilih “AVR” pada List Box di sebelah
“Current RESET Status” dan pilih frekuensi sebesar 4MHz.
4. Untuk mengetahui apakah rangkaian downloader berfungsi dan mikrokontroler
terbaca, tombol “Read signature:” ditekan. Jika mikrokontroler belum terbaca,
maka akan tampil seperti Gambar 3.22 di bawah ini. Jika mikrokontroler terbaca,
Gambar 3.22 Tampilan Jika Mikrokontroler Belum Terbaca
Gambar 3.23 Tampilan Jika Mikrokontroler Sudah Terbaca
5. File *.hex yang akan diisikan pada mikrokontroler diambil dari “File for
programming Flash:”, pilih fileyang akan digunakan seperti gambar di bawah ini. Mikrokontroler belum terbaca
Gambar 3.24 Cara Pengambilan File *.HexPada FlashISP Prog.
6. Jika langkah – langkah diatas telah berhasil, maka mikrokontroler siap untuk
diisikan program. Tombol “Erase & Program All” ditekan terlebih dahulu,
kemudian “Restart” dan tombol “Pgm Flash” ditekan. Proses pengisian selesai jika
tampil gambar seperti dibawah ini.
Gambar 3.25 Tampilan Jika Mikrokontroler Telah Selesai/Berhasil Diisi Pengambilan file *.hex
71
Hasil pengujian pada pengaturan alat putar keramik terhadap beban telah
dilakukan dan diamati, sehingga diperoleh kesimpulan dan saran yang diharapkan
dapat berguna bagi penyempurnaan alat ini.
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang diperoleh dari hasil pengujian pada pengaturan alat putar putar
keramik terhadap beban ini adalah sebagai berikut.
1. Sensor putaran (phototransistor) yang digunakan dapat mendeteksi
keenam lubang pada piringan sensor, namun memerlukan bouncing delay
yang berbeda–beda pada kecepatan tertentu. Pada kecepatan ≤135rpm
membutuhkan bouncing delay sebesar 10ms, kecepatan antara ≤150rpm
membutuhkan bouncing delay sebesar 2ms dan kecepatan antara ≤300rpm
membutuhkan bouncing delay sebesar 800µs.
2. Kecepatan alat putar keramik tanpa dipengaruhi beban sesuai atau
mendekati nilai setpoint yang diberikan dari keypad. Hal tersebut
dibuktikan oleh sensor yang mendeteksi banyaknya lubang (setiap 1 detik)
sesuai dengan nilai kecepatan yang diberikan. Contoh: 90rpm = 18 lubang.
Pada saat pengujian kecepatan 140-150rpm terjadi error yang
mengakibatkan kecepata alat putar keramik jauh dari kecepatan setpoint.
3. Pada saat alat putar keramik dipengaruhi oleh beban tanah liat, alat putar
90-110rpm, namun pada saat kecepatan 120-150rpm, alat putar keramik
terganggu oleh getaran yang disebabkan oleh beban (tanah liat : 15-20Kg).
4. Pada saat alat putar keramik berputar dengan kecepatan dan beban
tertentu, terjadi panas pada kabel sumber tegangan AC. Hal tersebut
dikarenakan pembebanan daya listrik yang dikonsumsi oleh motor AC
sangat besar, sehingga menimbulkan energi panas dan energi tersebut
tersalurkan/terbuang ke kabel sumber tegangan AC.
5. Motor AC jenis Capasitor Run mempunyai kelemahan pada putarannya
yang kasar jika diberi beban tertentu, sehingga sulit untuk mengatur
putarannya menjadi halus dan konstan.
6. Pengaturan kecepatan Motor AC dengan cara mengatur sinyal sinusoidal
dengan bantuan TRIAC Optoisolators ini (Metode Zero Crossing
Detection), dirasakan kurang baik, karena pemicuan sinyal tidak selalu
tepat pada perpotongan titik nol.
5.2 Saran
Saran bagi pengembangan perangkat alat putar ini adalah sebagai berikut.
1. Agar kecepatan alat putar keramik dapat berputar lebih presisi (60, 61, …,
300rpm), piringan sensor pada sensor putaran harus mempunyai 60
lubang. Selain itu, dapat menggunakan sensor seperti tachometeragar nilai
kecepatan terbaca lebih akurat.
2. Rangkaian Zero Crossing Detector sebaiknya dirancang terpisah
(eksternal), karena jika mengunakan Rangkaian Zero Crossing yang
apakah awal pemicuan sinyal sinusoidal selalu tepat pada saat perpotongan
titik nol.
3. Rangka alat putar harus didesain sekokoh mungkin, sehingga mampu
menahan getaran yang disebabkan oleh beban.
4. Penggunaan kabel listrik perlu disesuaikan dengan konsumsi daya yang
diserap oleh motor AC. Ketidak-efektifan pemakaian kabel listrik
TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk melaksanakan Tugas Akhir pada Jurusan Teknik Elektro
Oleh :
MOCHAMAD BOBY HASAN
13109701
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER
UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA
BANDUNG
74
1. Gibilisco, Stan. 1999, “Teach Yourself Electricity and Electronics”, 3
Edition. New York: McGraw - Hill.
2. Tokheim. 1999, “Digital Electronics:Principles and Applications”, 4th
Edition. New York: McGraw - Hill.
3. _______http://www.dunia-listrik.blogspot.com. (22/04/2010, 16:36)
4. _______http://www.atmel.com/literature (17/04/2010, 21:17)
5. _______http://www.8051projects.info/datasheets (03/05/2010, 17:36)
66
Dalam bab ini membahas tentang pengujian kecepatan alat putar keramik tanpa
beban (tanah liat) dan pengujian kecepatan alat putar keramik terhadap beban
(tanah liat) 5Kg, 10Kg, 15Kg dan 20Kg.
4.1 Pengujian Kecepatan Alat Putar Keramik
Pengujian kecepatan alat putar keramik ini bertujuan untuk mencari
kecepatan yang sesuai dengan kecepatan putaran yang diinginkan (setpoint). Pada
pengujian ini, kecepatan alat putar hanya diuji pada kecepatan 60rpm, 90rpm,
120rpm dan 150rpm saja. Langkah – langkah pengujian kecepatan alat putar
keramik ini adalah sebagai berikut.
1. Rangkaian sistem minimum AVR ATMega16 (Gambar 3.2), Rangkaian
Keypad 3×4 (Gambar 3.6), Rangkaian LCD 16×2 (Gambar 3.8),
Rangkaian sensor putaran (Gambar 3.11), Rangkaian Driver Motor AC
(Gambar 3.9) dan Alat Putar Keramik (Gambar 3.12) dihubungkan.
2. Listing program keypad, LCD, Interupsi Eksternal 1, Timer/Counter 0,
Fast PWM dan pengaturan kecepatan Motor AC digabungkan sesuai
dengan aturan penulisan pada software Code VisionAVR.
3. Port DB25 (Komputer), Rangkaian Downloader (DB25) dan Rangkaian
Downloader (Mikrokontroler) dihubungkan.
4. Mikrokontroler ATMEGA16 diisikan program pengaturan kecepatan
-langkah pengisiian program dilakukan seperti -langkah “Pengisian Program
Ke Mikrokontroler” pada Bab III.
5. Setelah pen-download-an berhasil, mikrokontroler ATMega16
dipindahkan ke rangkaian sistem minimum AVR ATMega16.
6. Perangkat diaktifkan (saklar ON), kemudian nilai kecepatan (setpoint)
diisikan melalui keypadsebesar 60rpm dan tombol “Start” ditekan.
7. Kecepatan putaran alat putar keramik diamati pada layar LCD (“Sensor:”).
Setelah nilai Duty Cycle PWM pada layar LDC (“PWM:”) konstan atau
mendekati konstan, maka nilai tersebut dicatat.
8. Pengujian diulangi untuk nilai kecepatan sebesar 90, 120 dan 150rpm.
Hasil dari pengujian kecepatan alat putar keramik ini dicatat pada Tabel 4.1 di
bawah ini.
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kecepatan Alat Putar Keramik
No. Nilai Kecepatan (setpoint)
(rpm)
kecepatan (setpoint) dinaikkan maka nilai duty cyclePWM menjadi naik. Sensor
putaran dapat mendeteksi putaran alat putar dengan nilai mendekati nilai
kecepatan (setpoint), hal tersebut dibuktikan oleh pembacaan nilai sensor pada
