TA : Kendali Pid pada Robot Manual Menggunakan Komunikasi Nirkabel.

(1)

TUGAS AKHIR

Oleh:

Nama : Danang Firmansyah NIM : 07.41020.0027

Nama : Achmad Sugiharto NIM : 07.41020.0030 Program : S1 (Strata Satu) Jurusan : Sistem Komputer

SEKOLAH TINGGI

MANAJEMEN INFORMATIKA DAN TEKNIK KOMPUTER SURABAYA

2012

STIKOM

(2)

vii

Pada saat ini, permasalahan utama yang dihadapi dalam pengendalian robot adalah masalah gerakan robot yang masih kurang halus dalam pergerakannya berhubungan dengan bagaimana robot bergerak sesuai dengan apa yang telah diperintahkan oleh pengguna, baik berupa perintah posisi, kecepatan dan percepatan. Selain itu, untuk mengontrol sebuah robot manual, kebanyakan masih menggunakan kabel dan kurang efisien dalam penggunaannya. Sehingga pengguna (user) tersebut harus menggunakan kabel yang panjang sehingga dapat mengganggu gerak dari robot.

Tugas akhir ini bertujuan mempermudah pengguna dalam mengontrol sebuah robot manual menggunakan komunikasi nirkabel dengan diimplementasikan joystick sebagai pengontrol robot dengan teknologi nirkabel sebagai transmisi datanya dengan robot manual menggunakan modul komunikasi Xbee-Pro, minimum sistem ATMega 32, rangkaian robot manual yang terdiri dari modul driver motor DC dan roda penggerak. Joystick dalam hal ini telah terintegrasi dengan minimum sistem & Xbee-Pro transmitter (Tx), sedangkan pada robot manual terkoneksi dengan minimum sistem & Xbee-Pro receiver (Rx), sehingga joystick dapat mengontrol gerakan robot secara nirkabel.

Untuk menghadapi pengendalian pergerakan robot manual, pada Tugas akhir ini digunakan algoritma kendali PID dalam sistem kendali. Proses pencarian nilai konstanta merupakan hasil analisa karakteristik motor diimplementasikan dengan menggunakan mikrokontroler ATMega 32 dari data yang didapat dari

rotaryencoder.

STIKOM

(3)

Dari penelitian yang telah dilakukan, robot manual dapat menerima perintah dari pengguna dengan baik berupa perintah posisi, kecepatan dan percepatan secara akurat dan berjalan lebih halus dengan menggunakan nilai konstanta KP = 1, KI = 0.00004 & KD = 0.00002 yang merupakan hasil analisa grafik karakteristik motor dengan nilai KP, KD, & KI yang telah penulis coba. Robot manual dapat menghasilkan kecepatan aktual minimal 98Rps & maksimal 125Rps rata-rata mencapai waktu stabil 1s. Pada percobaan ini hasil terbaik adalah dengan nilai kecepatan aktual 125 Rps dengan waktu stabil 0,8 detik.

Pengembangan teknologi komunikasi nirkabel untuk menggantikan komunikasi dengan media kabel yang diterapkan di robot manual ini berjalan dengan baik pada range 1-10 meter pada kondisi ruang tertutup dan pada range 1 - 100 meter pada ruang terbuka. Pada keadaan ini, selama posisi Xbee Pro Tx dan Xbee Pro Rx dalam keadaan horizontal (point to point) dengan sedikit halangan maka jarak yang ditempuh akan semakin jauh. Akan tetapi jika ada halangan gedung maka kemungkinan besar pengiriman data akan losses bahkan bisa juga data tidak bisa diterima oleh receiver.

STIKOM

(4)

x

ABSTRAKSI... vii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xvi

BAB I PENDAHULUAN... 1

1.1. Latar Belakang Masalah ... 1

1.2. Perumusan Masalah ... 2

1.3. Pembatasan Masalah ... 2

1.4. Tujuan ... 3

1.5. Kontribusi ... 3

1.6. Sistematika Penulisan... 4

BAB II LANDASAN TEORI ... 6

2.1. Kontroler PID (Proporsional, Integral, Derivatif) ... 6

2.1.1. Tuning PID ... 8

2.2. Mikrokontroller ATmega32 ... 11

2.2.1. Fungsi-fungsi pin pada ATmega32 ... 15

2.2.2. USART ... 17

2.3. Modul Komunikasi Wireless 802.15.4 Xbee-Pro ... 19

2.3.1. Command Mode ... 22

2.3.2. AT Command ... 22

2.3.3. Pengoperasian Xbee-Pro ... 24

STIKOM

(5)

2.3.4. Pengalamatan(Addressing) Xbee-Pro ... 26

2.4. Motor DC ... 28

2.5. Joystick ... 30

BAB III METODE PENELITIAN ... 32

3.1. Perancangan Perangkat Keras ... 35

3.1.1. Perancangan Mekanik Robot ... 35

3.1.2. Perancangan Minimum Sistem ... 36

3.1.3. Minimum Sistem Transmitter ... 38

3.1.4. Minimum Sistem Receiver ... 39

3.1.5. Downloader ... 41

3.1.6. Kontroler PID(Proportional-Integral-Derivative) .... 43

3.1.7. Xbee-Pro Tx & Rx ... 45

3.1.8. Driver Modul Xbee-Pro ... 46

3.1.9. Konfigurasi Pin Xbee-Pro ... 46

3.1.10.Joystick ... 48

3.2. Perancangan Perangkat Lunak ... 49

3.2.1. Konfigurasi Parameter Xbee-Pro Tx & Rx ... 49

3.2.2. Program Microcontroller ... 54

BAB IV PENGUJIAN SISTEM... 60

4.1. Pengujian Minimum system Transmitter & Receiver ... 60

4.1.1. Tujuan ... 60

4.1.2. Alat yang Digunakan... 60

4.1.3. Prosedur Pengujian... 61

4.1.4. Hasil Pengujian ... 61

STIKOM

(6)

4.2. Pengujian Pengiriman data Xbee-pro antar komputer ... 62

4.2.1. Tujuan ... 62

4.3. Pengujian Pengiriman data Xbee-pro dari minimum system Tx ke komputer ... 65

4.3.1. Tujuan ... 65

4.4. Pengujian Pengiriman data Xbee-pro antar minimum Tx dan Rx ... 68

4.4.1. Tujuan ... 68

4.5. Pengujian jarak maksimal kemampuan pengiriman data Xbee-Pro ... 72

4.5.1. Tujuan ... 72

4.6. Pengujian penentuan nilai konstanta P, I & D ... 74

STIKOM

(7)

4.6.1. Tujuan ... 74

4.7. Pengujian kontroler PID ... 78

4.7.1. Tujuan ... 78

BAB V PENUTUP ... 85

5.1. Simpulan ... 85

5.2. Saran ... 86

DAFTAR PUSTAKA ... 87

LAMPIRAN ... 88

STIKOM

(8)

xiv

Tabel 2.1. Penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi ... 10

Tabel 2.2. Penalaan parameter PID dengan metode Cohen-Coon ... 11

Tabel 2.3. Fungsi alternatif Port B... 15

Tabel 2.4. Fungsi alternatif Port C... 15

Tabel 2.5. Fungsi alternatif Port D ... 16

Tabel 2.6. Spesifikasi Xbee-Pro ... 21

Tabel 2.7. Konfigurasi Pemrograman X-CTU Metode 1 ... 23

Tabel 2.8. Konfigurasi Pemrograman X-CTU Metode 2 ... 24

Tabel.3.1. Pengaturan input pada Mikrokontroller ATMega32 sisi transmitter ... 39

Tabel 3.2. Hubungan antara modul pin pada Xbee-Pro & ATMega32 ... 39

Tabel.3.3 Pengaturan output pada Mikrokontroller ATMega32 receiver... 40

Tabel 3.4 Hubungan antara modul pin pada Xbee-Pro & ATMega32 ... 40

Tabel 3.5 Keterangan pinout AVR USB ISP ... 41

Tabel 3.6. Hubungan antara modul pin pada Xbee-Pro & ATMega32 ... 46

Tabel 3.7 Konfigurasi pin Xbee-Pro ... 47

Tabel 3.8 Spesifikasi Xbee-Pro ... 48

Tabel 4.1. Hasil pengamatan komunikasi data pada Xbee Pro dalam kondisi di luar ruangan (Outdoor Area) ... 73

Tabel 4.2. Hasil pengamatan komunikasi data pada Xbee Pro dalam kondisi di luar ruangan (Indoor Area) ... 73

Tabel 4.3. Hasil pengujian kontroler P... 79

STIKOM

(9)

Tabel 4.4. Hasil pengujian kontroler PI ... 80 Tabel 4.5. Hasil pengujian kontroler PD ... 82 Tabel 4.6. Hasil pengujian kontroler PID ... 83

STIKOM

(10)

xvi

Gambar 2.1. Kurva respon berbentuk S ... 9

Gambar 2.2. Kurva respon quarter amplitude decay ... 10

Gambar 2.3. Blok Diagram ATmega 32 ... 14

Gambar 2.4. Konfigurasi pinATmega32 ... 14

Gambar 2.5. Koneksi AVCC dengan VCC melalui low-pass filter ... 17

Gambar 2.6. Arah komunikasi serial... 18

Gambar 2.7. Pinout konektor DB25 ... 19

Gambar 2.8. Pinout konektor DB9 ... 19

Gambar 2.9. Modul Xbee Pro ... 20

Gambar 2.10. Dimensi Xbee-Pro ... 21

Gambar 2.11. Struktur pemrograman pada AT Command ... 22

Gambar 2.12. Tampilan untuk setting konfigurasi alamat pada X-CTU ... 23

Gambar 2.13. Diagram sistem aliran data pada XBee ... 25

Gambar 2.14. Contoh format pengiriman data... 25

Gambar 2.15. Bagian-bagian motor DC ... 29

Gambar 2.16. Detail Motor DC... 30

Gambar 2.17. Cara kerja push button... 31

Gambar 3.1. Blok diagram alat ... 33

Gambar 3.2 Minimum sistem ATMega 32 & Rangkaian Xbee-Pro Tx & Rx .. 37

Gambar 3.3. Blok diagram minimum sistem transmitter ... 38

Gambar 3.4. Blok diagram Minimum sistem reciever... 40 Gambar 3.5. Pinout AVR USB ISP (INNOVATIVE ELECTRONICS, 2009) . 41

STIKOM

(11)

Gambar 3.6. Pemilihan Programmer pada menu Setting di Code Vision AVR 42

Gambar 3.7. Window Programmer Setting pada Code Vision AVR ... 42

Gambar 3.8. Device Manager ... 43

Gambar 3.9 Diagram blok implementasi PID ... 44

Gambar 3.10 Modul Xbee-Pro & Dimensi Xbee-Pro ... 47

Gambar 3.11 Tampilan untuk setting konfigurasi parameter pada X-CTU.. .... 50

Gambar 3.12 Informasi Xbee-Pro setelah berhasil terhubung dengan XCTU.. . 50

Gambar 3.13 Parameter yang disetting pada Xbee-Pro sisi Transmitter (Tx).. 52

Gambar 3.14 Parameter yang disetting pada Xbee-Pro sisi Receiver (Rx) ... 53

Gambar 3.15 Diagram alir program penerimaan data dari minimum sistem Tx 54 Gambar 3.16 Diagram alir program pengiriman data ke minimum sistem receiver ... 57

Gambar 4.1. Tampilan Chip Signature ... 62

Gambar 4.2.Tampilan Download Program ... 62

Gambar 4.3 Pengiriman data karakter dari PC 1... 64

Gambar 4.4 Hasil kiriman data yang tampil di PC 2 ... 64

Gambar 4.5 Rangkaian minimum sistem ATMega 32, Xbee-Pro transmitter & keypad ... 67

Gambar 4.6 Hasil pengiriman data secara serial dari minimum sistem ATMega 32 dan Xbee-Pro transmitter ... 68

Gambar 4.7 Rangkaian minimum sistem ATMega 32, Xbee-Pro transmitter & keypad ... 71

Gambar 4.8 Hasil pengiriman data yg diterima mikrokontroller Rx yang ditampilkan LCD ... 72

STIKOM

(12)

Gambar 4.9 Pengujian Konstanta P dengan nilai = 2... 76

Gambar 4.10 Pengujian Konstanta I dengan nilai = 0,00005 ... 76

Gambar 4.11 Pengujian Konstanta P dengan nilai = 0,00003... 77

Gambar 4.12 Hasil pengujian kontroler P dengan nilai set point : 105 ... 80

Gambar 4.13 Hasil pengujian kontroler P dengan nilai set point : 200 ... 80

Gambar 4.14Hasil pengujian kontroler PI dengan nilai set point : 105 ... 81

Gambar 4.15 Hasil pengujian kontroler PI dengan nilai set point : 200 ... 81

Gambar 4.16 Hasil pengujian kontroler PD dengan nilai set point : 105 ... 82

Gambar 4.17 Hasil pengujian kontroler PD dengan nilai set point : 200 ... 83

Gambar 4.18 Hasil pengujian kontroler PID dengan nilai set point : 105 ... 84

Gambar 4.19 Hasil pengujian kontroler PID dengan nilai set point : 200 ... 84

STIKOM

(13)

1 1.1 Latar Belakang Masalah

Secara umum, permasalahan utama yang dihadapi dalam pengendalian robot adalah masalah gerakan robot yang masih kurang halus dalam pergerakannya berhubungan dengan bagaimana robot bergerak sesuai dengan apa yang telah diperintahkan oleh pengguna, baik berupa perintah posisi, kecepatan dan percepatan. Dalam hal ini seringkali masih sering menghadapi aksi kontrol yang kurang sesuai terhadap adanya gangguan yang tidak diketahui serta ketidaktepatan dalam pemodelan sistem. Untuk itu diperlukan metode kendali yang tepat untuk memenuhi kondisi guna mendapatkan performansi yang baik dengan menambahkan PID (Proportional-Integral-Derivative) sebagai metode kendali didalam base motor pada robot tersebut.

Selain itu untuk mengontrol sebuah robot manual, kebanyakan masih menggunakan kabel dan kurang efisien dalam penggunaannya. Sehingga pengguna (user) tersebut harus menggunakan kabel yang panjang sehingga dapat mengganggu gerak dari robot. Selain mengganggu gerak robot, dalam penggunaan kabel seringkali tanpa sengaja membuat kabel tersebut tertarik sehingga mengakibatkan sambungan kabel dengan salah satu komponen terputus dan tanpa diketahui sebabnya kabel dalam terputus sendiri sehingga mengganggu pengiriman data antara joystick ke mikrokontroler. Untuk itu perlu menerapkan komunikasi nirkabel pada robot manual ini agar kendala-kendala dalam mengontrol sebuah robot manual ini tidak lagi terulang serta sebagai pengembangan komunikasi nirkabel dalam dunia robotika. Dengan menggunakan

STIKOM

(14)

komunikasi nirkabel ini diharapkan dapat mempermudah pengguna dalam mengontrol robot manual ini dan dapat dikontrol lebih jauh lagi daripada menggunakan kontrol media kabel serta tetap menjamin pengiriman data dari

joystick menuju robot.

Robot manual dapat mengambil berbagai benda dengan berat maksimal benda 5 kg serta benda sebesar maksimal 30 cm x 30 cm.

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, adapun permasalahan yang akan dihadapi oleh penulis ke depannya dalam proses pengerjaan tugas akhir kendali PID pada robot manual adalah:

1. Bagaimana mengendalikan robot dengan kendali PID agar jalannya robot dapat bergerak lebih halus ?

2. Bagaimana merancang robot dengan kontrol jarak jauh menggunakan komunikasi nirkabel ?

1.3 Pembatasan Masalah

Dalam perancangan dan pembuatan alat ini, terdapat beberapa pembatasan masalah, antara lain :

1. Radius penerima data atau telemetri hanya sejauh kemampuan RF yang penulis gunakan ±100 meter.

2. Yang dikendalikan oleh wireless berupa motor utama penggerak robot, motor

power window untuk naik turun tangan tangan pengambil benda, dan motor untuk pengambil benda.

STIKOM

(15)

3. Proses kontrol PID dilakukan oleh mikrokontroler. 4. Plant menggunakan motor DC.

1.4 Tujuan

Tujuan dari pembuatan robot manual dengan kendali PID menggunakan komunikasi nirkabel ini adalah :

1. Merancang dan membangun sebuah robot yang dapat dikendalikan sesuai dengan apa yang telah diperintahkan oleh pengguna, baik berupa perintah posisi, kecepatan dan percepatan secara akurat dan presisi.

2. Mengembangkan teknologi komunikasi nirkabel untuk menggantikan komunikasi dengan media kabel yang telah ada sebelumnya dengan menjamin pengiriman data dari joystick menuju robot.

1.5Kontribusi

Pada penelitian yang sebelumnya tentang perancangan robot menggunakan komunikasi nirkabel yang dibuat oleh Tenday Agus Setya pada tahun 2010, sistem ini memiliki beberapa kekurangan yaitu tidak adanya pengontrol motor DC pada robot yang digunakan dan ukuran dimensi robot yang sangat kecil.

Dengan demikian, dibuatlah robot manual ini dengan dimensi besar yang diharapkan mempunyai performa yang maksimal dalam membantu aktivitas manusia dengan menggunakan metode kendali yang halus yaitu menggunakan kontroler PID. Tetapi seperti halnya penelitian lainnya, penelitian ini masih jauh

STIKOM

(16)

dari sempurna. Untuk itu harus lebih disempurnakan lagi dari kekurangan-kekurangan yang ada.

1.6 Sistematika Penulisan

Laporan Tugas Akhir ini ditulis dengan sistematika penulisan sebagai berikut :

Bab I : Pendahuluan

Pada bab ini dibahas tentang latar belakang diambilnya topik Tugas Akhir, rumusan masalah dari topik Tugas Akhir, batasan masalah atau ruang lingkup pekerjaan Tugas Akhir, dan tujuan diambilnya topik Tugas Akhir ini.

Bab II : Landasan Teori

Pada bab ini dibahas tentang perangkat-perangkat yang digunakan dalam membuat Tugas Akhir ini, baik perangkat keras (hardware) maupun perangkat lunak (software) diantaranya metode PID yang digunakan untuk mengontrol robot manual, Xbee-Pro sebagai modul wireless yang digunakan untuk komunikasi nirkabel dari

joystick menuju robot.

Bab III : Metode Penelitian dan Perancangan Sistem

Pada bab ini dibahas mengenai perancangan perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras meliputi mikrokontroler, komponen-komponen elektronika pada robot, dan perangkat komunikasi yang digunakan. Sedangkan perangkat lunak yang digunakan meliputi pemrograman menggunakan bahasa C++.

STIKOM

(17)

Bab IV : Evaluasi dan Implementasi

Pada bab ini dibahas tentang pengujian pengiriman data dari

joystick menuju robot manual baik di dalam ruangan dan di luar ruangan serta pengujian kontroler PID pada motor robot manual. Bab V : Penutup

Pada bab ini dibahas tentang kesimpulan hasil pengujian alat secara keseluruhan dan saran-saran yang diharapkan terhadap pengembangan Tugas Akhir ini.

STIKOM

(18)

6

2.1. Kontroler PID (Proporsional, Integral, Derivatif)

Pengendali PID (Proporsional Integral Derivatif ), merupakan gabungan dari tiga sistem kendali yang bertujuan untuk mendapatkan keluaran dengan

risetime yang tinggi dan galat yang kecil. Seperti yang kita ketahui bahwa sistem kendali Proporsional memiliki keunggulan yaitu risetime yang cepat tetapi sangat rentan dengan overshot/undershot, sistem kendali integral memiliki keunggulan untuk meredam galat, sedangkan sistem kendali Derivatif memiliki keunggulan untuk memperkecil delta error atau meredam overshot/undershot. PID berdasarkan implementasinya dibedakan menjadi analog dan digital, PID analog diimplementasikan dengan komponen elektronika resistor, capacitor, dan

operational amplifier, sedangkan PID digital diimplementasikan secara program. PID digital pada dasarnya merupakan suatu proses dari suatu program yang dijalankan dengan menggunakan komputer. Dalam prosesnya nilai yang kita masukkan (setting point), dan nilai hasil pembacaan sensor saat ini (present value) diproses sehingga galat yang didapatkan sama dengan 0 (nol), atau nilai

setting point sama dengan present value. Untuk dapat mengimplementasikan kendali PID pada sistem digital, maka PID harus diubah kedalam persamaan diskrit.

Berikut ini formula PID saat menggunakan e(t) sebagai error function, untuk kontroler PID penuh adalah:

 

_



 _ _ _



 K e t T



e t dt T de t dt

t

R _p ( ) 1/ _I. t ( ) _D ( )/

0

(2.1)

STIKOM

(19)

Kemudian, kita tulis ulang dengan mesubstitusikan T_D dan T_I, jadi kita

mendapatkan P, I dan D. Ini sangat penting, untuk menyesuaikan secara eksperimen untuk mencapai nilai relatif dari ketiganya yaitu P, I dan D. Kita tulis

kembali formula dengan mensubstitusikan Q_I K_p /T_I dan Q_D K_pT_D

sehingga persamaan menjadi

 

t

K

e

t

Q

e

t

dt

Q

de

t

dt

R

_p

(

)

_I

.

t

(

)

_D

(

)

/

0











(2.2)

Menggunakan diskritisasi yang sama sebagai kontroler PI, kita akan mendapatkan:

)

.(

/

2

.

₁ 1 1   













n _D _delta _n _n

i i i delta I n p

n

Q

t

e

t

Q

e

K

R

(2.3)

Kemudian, dengan menggunakan perbedaan antara output kontroler berikutnya, akan menghasilkan :

2

/

)

.(

.

)

(

₁ ₁

1  













_n _p _n _n _I _delta _n _n

n

R

K

e

Q

t

e

R

)

2

.(

.



_₁



_₂



Q

_D

t

_delta

e

_n

e

_n

e

_n (2.4)

Akhirnya (mensubstitusikan Q₁.T_delta dengan K_I dan Q_D/.T_delta dengan K_D).

) ( 2 / ) .( )

( 1 1 1 2

1    

        

 _n _p _n _n _I _n _n _D _n _n _n

n R K e e K e e K e e e

R (2.5)

Dimana :

n

R : Output

1



n

R : Output sebelumnya p

K : konstanta P I

K : konstanta I D

K : konstanta D n

e

: error sekarang

1

 n

e

: error sebelumnya

2

 n

e

: error dua kali sebelumnya

STIKOM

(20)

Program 1 menunjukkan bagian program untuk kontroler PD, sedangkan Program 2 menunjukkan program kontroler PID keseluruhan.

a. Program 1. Kerangka program kontroler PD 1static int e_old=0;

2 ...

3 e_func = v_des - v_act; /* error function */

4 deriv = e_old - e_func; /* diff. of error fct. */

5 e_old = e_func; /* store error function */

6 r_mot = Kp*e_func + Kd*deriv; /* motor output */

7 r_mot = min(r_mot, +100); /* limit output */

8 r_mot = max(r_mot, -100); /* limit output */

b. Program 2. Kerangka program kontroler PID 1 static int r_old=0, e_old=0, e_old2=0;

2 ...

3 e_func = v_des - v_act;

4 r_mot = r_old + Kp*(e_func-e_old) + Ki*(e_func+e_old)/2

5 + Kd*(e_func - 2* e_old + e_old2);

6 r_mot = min(r_mot, +100); /* limit output */

7 r_mot = max(r_mot, -100); /* limit output */

8 r_old = r_mot;

9 e_old2 = e_old;

10 e_old = e_func;

Sumber : Embedded Robotic 2006

2.1.1. Tuning PID

Aspek yang sangat penting dalam desain kendali PID ialah penentuan parameter kendali PID supaya sistem kalang tertutup memenuhi kriteria performansi yang diinginkan (Wicaksono, 2004). Adapun metode tuning kendali PID yang sudah banyak dan sering digunakan adalah Ziegler-Nichols dan Cohen-Coon.

STIKOM

(21)

a). Metode Ziegler-Nichols

Ziegler-Nichols pertama kali memperkenalkan metodenya pada tahun 1942. Metode ini memiliki dua cara yaitu metode osilasi dan kurva reaksi. Kedua metode ditujukan untuk menghasilkan respon sistem dengan lonjakan maksimum sebesar 25%. Metode kurva reaksi didasarkan terhadap reaksi sistem kalang terbuka. Plant sebagai kalang terbuka dikenai sinyal step function. Kalau plant minimal tidak mengandung unsur integrator ataupun pole-pole kompleks, reaksi sistem akan berbentuk S. Gambar 1 menunjukkan kurva berbentuk S tersebut. Kelemahan metode ini terletak pada ketidakmampuannya untuk menangani plant

integrator maupun plant yang memiliki pole kompleks. Kurva berbentuk S mempunyai dua konstanta, waktu mati (dead time) L dan waktu tunda T. Dari Gambar 2.1, terlihat bahwa kurva reaksi berubah naik setelah selang waktu L.

Gambar 2.1. Kurva respon berbentuk S

Sedangkan waktu tunda menggambarkan perubahan kurva setelah mencapai 66% dari keadaan mantapnya. Pada kurva dibuat suatu garis yang bersinggungan dengan garis kurva. Garis singgung itu akan memotong dengan sumbu absis dan garis maksimum. Perpotongan garis singgung dengan sumbu absis merupakan ukuran waktu mati, dan perpotongan dengan garis maksimum merupakan waktu tunda yang diukur dari titik waktu L. Tabel 2.1 merupakan rumusan penalaan parameter PID berdasarkan cara kurva reaksi.

STIKOM

(22)

Tabel 2.1. Penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi

Tipe Kendali Kp Ti Td

P T/L ~ 0

PI 0,9 T/L L/0,3 0

PD

PID 1,2 T/L 2L 0,5L

b). Metode Cohen-Coon

Karena tidak semua proses dapat mentolerir keadaan osilasi dengan amplitudo tetap, Cohen-Coon berupaya memperbaiki metode osilasi dengan menggunakan metode quarter amplitude decay. Respon loop tertutup sistem, pada metode ini, dibuat sehingga respon berbentuk quarter amplitude decay. Quarter amplitude decay didefinisikan sebagai respon transien yang amplitudonya dalam periode pertama memiliki perbandingan sebesar seperempat (1/4), untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Kurva respon quarter amplitude decay

Pada kendali Proporsional Kp ditala hingga diperoleh tanggapan quarter amplitude decay, periode pada saat tanggapan ini disebut Tp dan parameter Ti dan Td dihitung dari hubungan KP dengan TP. Sedangkan penalaan parameter kendali PID adalah sama dengan yang digunakan pada metode Ziegler-Nichols. Selain

STIKOM

(23)

cara tersebut, metode Cohen-Coon ini bisa dihitung dengan aturan praktis yang parameter-parameter plantnya diambil dari kurva reaksi yang terdapat pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Penalaan parameter PID dengan metode Cohen-Coon

Tipe Kendali Kp Ti Td

P                    T L L T K 3 1 1

1 - -

PI                    T L L T K 12 1 9 , 0 1                           T L T L L 20 9 3 30 - PD                    T L L T K 6 1 4 5 1 -                           T L T L L 3 22 2 6 PID                    T L L T K 4 1 3 4 1                           T L T L L 8 13 6 32                    T L L 2 11 4

2.2. Mikrokontroller ATmega32

Mikrokontroller dan microprocessor mempunyai beberapa perbedaan.

Microprocessor yang terdapat pada komputer seperti Intel Pentium, hanya dapat bekerja apabila terdapat komponen pendukung seperti RAM (Random Access Memory), hard disk, motherboard, perangkat I/O, dll. Komponen-komponen tersebut diperlukan karena microprocessor hanya dapat melakukan pengolahan data, namun tidak dapat menyimpan data, menyimpan program, menerima

STIKOM

(24)

masukan dari user secara langsung, ataupun menyampaikan data hasil pemrosesan ke keluaran. Berbeda dengan microprocessor, mikrokontroller sudah dilengkapi dengan komponen-komponen yang dikemas dalam satu chip seperti memori, perangkat I/O, timer, ADC (Analog to Digital Converter), dll. Hal ini membuat mikrokontroller lebih tepat untuk digunakan pada aplikasi embedded system. (Husanto, 2008)

Mikrokontroller yang digunakan pada proyek ini adalah mikrokontroller keluarga AVR yang mempunyai arsitektur 8-bit RISC (Reduce Instruction Set Compute) produksi ATMEL yaitu ATmega32. Salah satu kelebihan arsitektur RISC dari arsitektur CISC (Complex Instruction Set Compute) adalah kecepatan waktu eksekusi tiap instruksi. Sebagian besar instruksi RISC dieksekusi dalam waktu satu clock cycle, sedangkan pada CISC sebagian besar instruksi dieksekusi dalam waktu dua belas clock cycle.

Beberapa fitur yang dimiliki ATmega32 adalah sebagai berikut (ATMEL, 2011):

a. Mempunyai kinerja tinggi dengan konsumsi daya yang rendah

b. Fully static operation

c. Kinerja mencapai 16 MIPS (Millions Instruction per Seconds) pada osilator dengan nilai frekuensi 16 MHz

d. Memiliki kapasitas memori Flash sebesar 32 kByte, EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) sebesar 1024 Byte, dan SRAM (Static Random-Access Memory) sebesar 2 kByte

e. Memiliki 32 jalur I/O

f. Memiliki 2 buah Timer/Counter 8-bit dan 1 buah Timer/Counter 16-bit

STIKOM

(25)

g. Memiliki 4 kanal PWM (Pulse Width Modulation)

h. Memiliki 8 kanal ADC 10-bit

i. Memiliki antarmuka: Two-wire Serial Interface, USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver/Transmitter), SPI (Serial Peripheral InterfaceBus)

j. Memiliki Watchdog Timer denganosilator internalyang terpisah

k. Memiliki Comparator tegangan analog

l. Memiliki unit interupsi eksternal dan internal

m. Bekerja pada tegangan 4.5 V – 5.5 V dengan konsumsi arus maksimal 15 mA (dengan osilator 8 MHz, tegangan 5 V dan suhu pada rentang -40 °C - 85 °C).

Proses pemrograman ATmega32 dilakukan menggunakan fitur ISP (In-System Programmable) melalui antarmuka SPI (Serial Peripheral Interface). Fitur ISP memungkinkan untuk melakukan proses download program ke dalam mikrokontroller tanpa bantuan mikrokontroller master seperti proses download

program pada mikrokontroller AT89C51.File dengan ekstensi “.hex”, yaitu kode

program yang telah di-compile akan dikirimkan secara serial ke mikrokontroller untuk ditulis ke dalam memori Flash melalui jalur SPI yaitu pin MISO (Master In Slave Out), MOSI (Master Out Slave In), dan SCK (Serial Clock) yang digunakan sebagai sinyal sinkronasi komunikasi. Diagram blok ATmega32 terdapat pada Gambar 2.3, sedangkan konfigurasi pinATmega32 terdapat pada Gambar 2.4.

STIKOM

(26)

Sumber : ATMEL 2011

Gambar 2.3. Blok diagram ATmega32

Sumber : ATMEL 2011

Gambar 2.4. Konfigurasi pinATmega32 (ATMEL, 2011)

STIKOM

(27)

2.2.1. Fungsi–fungsi Pin pada ATmega32

a. VCC : Sumber tegangan +5V DC (Direct Current). (pin10) b. GND : Pin yang dihubungkan dengan ground sebagai referensi

untuk VCC. (pin11 dan pin31)

c. Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan tegangan analog untuk ADC

d. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dengan fungsi alternatif, seperti yang terlihat pada Tabel 2.1 di bawah

Tabel 2.3. Fungsi alternatif Port B

Pin Alternate Functions

PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input) PB4 _SS_(SPI_{Slave Select Input}₎

PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input)

OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Match Output) PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input)

INT2 (External Interrupt 2 Input)

PB1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input) PB0 T0 (Timer/Counter0 External counter Input)

XCK (USART External Clock Input/Output) Sumber: ATMEL (2011)

e. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dengan fungsi alternatif, seperti yang terlihat pada Tabel 2.4 di bawah

Tabel 2.4. Fungsi alternatif Port C

PC7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2) PC6 TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1) PC5 TDI (JTAG Test Data In) PC4 TDO (JTAG Test Data Out) PC3 TMS (JTAG Test Mode Select) PC2 TCK (JTAG Test Clock)

PC1 SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line) PC0 SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)

Sumber: ATMEL (2011)

STIKOM

(28)

f. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dengan fungsi alternatif, seperti yang terlihat pada Tabel 2.5 di bawah

Tabel 2.5 Fungsi alternatif Port D

PD7 OC2 (Timer/Counter2 Output Compare Match output) PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture)

PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output) PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output) PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)

PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input) PD1 TXD (USART Output Pin) PD0 RXD (USART Input Pin) Sumber: ATMEL (2011)

g. RESET : Masukan untuk reset (active low). Jika diberikan kondisi low

paling tidak selama 1.5 µS akan menghasilkan kondisi reset pada mikrokontroller meskipun mikrokontroller tidak mendapat clock dari osilator. (pin 9)

h. XTAL1 : Masukan ke penguat osilator. Pin ini dihubungkan dengan kristal atau sumber osilator yang lain. (pin 13)

i. XTAL2 : Keluaran dari penguat osilator. Pin ini dihubungkan dengan kristal atau ground. (pin 12)

j. AVCC : Pin yang digunakan untuk memberikan sumber tegangan pada

Port A. Pin ini harus tetap dihubungkan dengan VCC meskipun fitur ADC tidak digunakan. Apabila fitur ADC digunakan, maka pin AVCC harus dihubungkan dengan VCC melalui low-pass filter seperti yang terlihat pada Gambar 2.4. (pin 30)

k. AREF : Pin yang digunakan sebagai masukan tegangan referensi untuk ADC. (pin 32).

STIKOM

(29)

Sumber : ATMEL 2011

Gambar 2.5 Koneksi AVCC dengan VCC melalui low-pass filter

2.2.2. USART

Menurut Winoto (2008) USART dapat difungsikan sebagai transmisi data sinkron dan asinkron. Sinkron berarti transmitter dan receiver mempunyai satu sumber clock yang sama. Sedangkan asinkron berarti transmitter dan

receiver yang mempunyai sumber clock yang berbeda.

Menurut Mazidi (2000) transmisi data secara serial adalah transmisi data dimana data tersebut akan dikirimkan sebanyak satu bit dalam satu satuan waktu. Terdapat dua cara dalam mentransmisikan data secara serial, yaitu secara

synchronous dan asynchronous. Perbedaan dari kedua cara tersebut adalah sinyal

clock yang dipakai sebagai sinkronisasi pengiriman data.

Transmisi secara synchronous yaitu pengiriman data serial yang disertai dengan sinyal clock, sedangkan asynchronous yaitu pengiriman data serial yang tidak disertai sinyal clock sehingga receiver harus membangkitkan sinyal clock

sendiri (tidak memerlukan sinkronisasi). (Nalwan, 2003)

STIKOM

(30)

Pengiriman data secara serial dapat dibagi menjadi tiga menurut arah datanya, yaitu Simplex, Half-Duplex dan Full-Duplex. Ketiga mode tersebut diilustrasikan pada Gambar 2.6. (Mazidi, 2000)

Sumber : Lohala, 2011

Gambar 2.6. Arah komunikasi serial

Satuan kecepatan transfer data (baud rate) pada komunikasi serial adalah bps (bits per second). Untuk menjaga kompatibilitas dari beberapa peralatan komunikasi data yang dibuat oleh beberapa pabrik, pada tahun 1960 EIA (Electronics Industries Association) melakukan standarisasi antarmuka serial dengan nama RS232. Keluaran yang dihasilkan oleh RS232 tidak sesuai dengan keluaran TTL (Transistor-Transistor Logic) yang sudah ada. Dalam RS232, logika 1 direpresentasikan dengan tegangan -3 V sampai dengan -25 V sedangkan logika 0 direpresentasikan dengan tegangan +3 V sampai dengan +25 V. Hasil tak terdefinisi jika berada diantara tegangan -3 V sampai dengan +3 V. IBM PC atau komputer yang berbasis x86 (8086, 286, 386, 486, dan Pentium) secara umum

processor yang digunakan memiliki dua port COM. Keduanya merupakan

STIKOM

(31)

konektor jenis RS232 yaitu DB25 dan DB9. Ilustrasi DB25 dan keterangan

pinout-nya terdapat pada Gambar 2.7, sedangkan ilustrasi DB9 dan keterangan

pinout-nya terdapat pada Gambar 2.8.

Sumber : Bies, 2011

Gambar 2.7. Pinout konektor DB25

Sumber : Bies, 2011 Gambar 2.8 Pinout konektor DB9 Sumber : ATMEL 2011

2.3. Modul komunikasi Wireless 802.15.4 Xbee-Pro

Modul komunikasi wireless yang penulis gunakan adalah Xbee-Pro. Modul Xbee-Pro direkayasa untuk memenuhi ZigBee / IEEE 802.15.4 dan merupakan untuk standarisasi pengalamatan unik dengan harga yang murah,serta jaringan nirkabel ini hanya membutuhkan daya yang rendah. Modul

STIKOM

(32)

membutuhkan daya minim dan disisi pengiriman dapat mengandalkan data penting antar perangkat. Modul ini beroperasi dalam frekuensi 2,4 GHz ISM.

Modul komunikasi wireless ini mempunyai fitur yaitu :

1. Pengontrolan jarak jauh dalam ruangan bisa mencapai 100 meter dan jika diluar ruangan dapat mencapai 300 meter.

2. Modul ini mampu mentransmisikan daya hingga: 100 mW (20 dBm) 3. Mempunyai sensitivitas penerima data mencapai: -100 dBm

4. Mempunyai kecepatan transfer data: 250,000 bps

5. Paket dapat dikirimkan dan diterima menggunakan data 16-bit atau sebuah alamat 64-bit (protokol 802.15.4).

6. Setiap modul akan menerima paket memiliki alamat broadcast. Ketika dikonfigurasi untuk beroperasi di Broadcast Mode, modul penerima tidak mengirim ACK (Acknowledgement) dan Transmitting.

Xbee-Pro ini mempunyai 20 kaki, diantaranya 4 pin sebagai input adalah port 3, port 5, port 9, dan port 14, serta ada 4 pin sebagai output adalah port 2, port 4, port 6, dan port 13. Dan 4 pin yang digunakan, yaitu VCC dan GND untuk tegangan suplay, DOUT merupakan pin transmit (TX), DIN merupakan pin

receive (RX). Modul X-Bee Pro dapat dilihat pada gambar 2.9. dan dimensi Xbee-Pro dapat dilihat pada gambar 2.10. dibawah ini.

[image:32.595.45.545.153.746.2]

Sumber : Manual Xbee-Pro, 2011 Gambar 2.9. Modul X-Bee Pro

STIKOM

(33)

Sumber : Manual Xbee-Pro, 2011 Gambar 2.10. Dimensi Xbee-Pro Tabel 2.6. Spesifikasi Xbee-Pro Performance

Indoor Urban-Range up to 300‟ (100 m) Outdoor RF line-of-sight

Range

up to 1 mile (1500 m)

Transmit Power Output 60 mW (18 dBm) conducted, (software selectable) 100 mW (20 dBm) EIRP RF Data Rate 250,000 bps

Serial Interface Data Rate 1200 – 115200 bps

(software selectable) (non-standard baud rates also supported)

Receiver Sensitivity - 100 dBm (1% packet error rate)

Power Requirements

Supply Voltage 2.8 – 3.4 V Idle / Receive Ourrent

(typical)

55 mA (@3.3 V)

Power-down Current < 10 μA

General

Operating Frequency ISM 2.4 GHz Frequency Band 2.4 - 2.4835 GHz Modulation OQPSK

Dimensions 0.960" x 1.297" (2.438cm x 3.294cm)

Operating Temperature -40 to 85° C (industrial) Antenna Options Integrated Whip, Chip or

U.FL Connector

Networking & Security

Supported Network Topologies

lanjutan

Point-to-point, Point-to multipoint & Peer-to-peer Number of Channels 12 Direct Sequence Channels (softw are selectable)

Sumber : Manual Xbee-Pro, 2011

STIKOM

(34)

2.3.1. Command Mode

Untuk memodifikasi atau membaca parameter Xbee-Pro, langkah pertama yang harus dilakukan adalah masuk ke command mode, yaitu command yang menafsirkan karakter yang datang. AT Command ini dilakukan dengan memprogram modul.

2.3.2. AT Command

Untuk masuk ke mode AT Command, kirim tiga rangkaian karakter ”+++” kemudian amati guard time sebelum dan sesudah karakter perintah

(command) yang menunjuk pada mode rangkaian dari default AT Command. Berikut adalah mode rangkaian default AT Command untuk masa transisi ke mode command :

a. Tidak ada karakter yang dikirim selama satu detik [GT (Command Guard Time) parameter = 0x3E8]

b. Input tiga karakter plus (”+++”) dalam satu detik [CC (Command Sequence

Character) parameter = 0x2B]

c. Tidak ada karakter yang dikirim selama satu detik [GT (Command Guard Time) parameter = 0x3E8]

Untuk mengirim AT Command dan parameter, digunakan syntax seperti gambar 2.11 di bawah ini berikut :

[image:34.595.42.542.153.721.2]

Gambar 2.11. Struktur pemrograman pada AT Command

STIKOM

(35)

Langkah pertama yang harus dilakukan dalam menggunakan Xbee- PRO agar dapat melakukan komunikasi point to point atau point to multipoint adalah melakukan seting konfigurasi alamat (address). Proses konfigurasi ini dapat dilakukan melaui software X-CTU yang merupakan software aplikasi khusus untuk Xbee-Pro ditunjukkan pada gambar 2.12 dibawah ini.

Gambar 2.12. Tampilan untuk setting konfigurasi alamat pada X-CTU Cara lain untuk melakukan setting dapat dilakukan melaui hiperterminal. Untuk melakukan setting konfigurasi address melalui hiperterminal ada dua metode. Metode pertama disebut one line per command dan metode kedua disebut

multiple command on one line.

1. Metode 1 (One line per command)

Tabel 2.7 Konfigurasi Pemrograman X-CTU Metode 1 +++ OK<CR> (Enter into Command mode) ATDL<Enter> {Current Value} <CR> (Read

Destination Address Low)

ATDL1A0D <Enter> OK <CR> (Modify Destination

STIKOM

(36)

Address Low)

ATWR <Enter> OK <CR> (Write to non volatile memory)

ATCN

<Enter> OK <CR> (Exit Command Mode) Sumber : Manual Xbee-Pro, 2011

2. Metode 2 (Multiple commands on one line)

Tabel 2.8. Konfigurasi Pemrograman X-CTU Metode 2

+++ OK<CR> (Enter into Command mode) ATDL<Enter> {Current Value} <CR> (Read Destination Address Low)

ATDL1A0D,WR<CN<>Cr>OK,OK,OK<CR> Sumber : Manual Xbee-Pro, 2011

Setelah melakukan setting konfigurasi ini maka modul Xbee- PRO siap digunakan untuk melakukan komunikasi point to point, dengan baud rate 9600 bps.

2.3.3. Pengoperasian Xbee-Pro

Modul Xbee-Pro dihubungkan dengan host melalui level logika port serial asinkron. Melalui port serial ini, modul Xbee-Pro dapat berkomunikasi dengan logika dan tegangan yang kompatibel dengan UART atau melalui level translator ke sembarang device serial, seperti RS-232/485/422 atau USB. Device yang mempunyai UART interface dapat langsung dihubungkan secara langsung dengan pin-pin modul XBee seperti di tunjukkan gambar 2.13.

STIKOM

(37)

Gambar 2.13 Diagram sistem aliran data pada XBee

Data diterima oleh modul Xbee-Pro melalui pin DI (pin 3) sebagai sinyal serial asinkron. Sinyal harus berada pada kondisi idle high ketika tidak ada data yang harus ditransmisikan. Setiap byte data terdiri dari satu bit start (low), 8 bit data (dengan LSB terlebih dahulu), dan satu bit stop (high). Gambar 3.20 mengilustrasikan pola bit data serial dari Xbee-Pro. Paket data 0x1F (bilangan desimal “31”) yang ditransmisikan melalui Xbee-Pro. Contoh

format data adalah 8-N-1 (bits – parity – jumlah bit stop).

Gambar 2.14. Contoh format pengiriman data

Gambar 2.14 menunjukkan diagram data flow internal dengan lima buah pin yang paling sering digunakan. Ada 2 mode operasi dari XBee, yaitu mode Transparent (AT) dan mode API (Packet). Mode transparent (AT) digunakan jika diinginkan konfigurasi point-to-point yang sederhana, dimana XBee bertindak sebagai modem serial wireless antara komputer atau mikrokontroler dengan remote device. Mode transparent (AT) menggunakan komunikasi serial yang sederhana. Fitur dari mode transparent adalah sebagai berikut:

STIKOM

(38)

 Sederhana

 Kompatibel dengan semua peralatan yang menggunakan komunikasi serial

 Terbatas hanya untuk komunikasi point-to-point antara 2 XBee

Mode operasi API (packet) mempunyai kemampuan yang lebih baik namun lebih kompleks dari dari mode transparent. Dengan mode API, memungkinkan untuk membuat jaringan yang terdiri dari beberapa XBee dan antar XBee yang satu dengan yang lainnya dapat saling berkomunikasi secara individual. Fitur dari mode API adalah sebagai berikut:

 I/O line passing, yaitu menerima data dari remote XBee yang berdiri

sendiri (stand-alone remote Xbee)

 Memungkinkan untuk komunikasi broadcast dan komunikasi dengan

lebih dari satu XBee

 Menerima acknowledgement bahwa paket telah dikirim dengan baik

 Memungkinkan konfigurasi jarak jauh

2.3.4. Pengalamatan (Addressing) Xbee-Pro

Pengalamatan digunakan untuk membedakan satu Xbee-Pro dengan XBee lainnya dan mencegah duplikasi paket data. Setiap modul Xbee-Pro mempunyai source address (alamat asal) untuk mencegah agar pesan non-duplikat tidak dianggap sebagai pesan non-duplikat.

Xbee-Pro mempunyai dua bentuk dasar pengalamatan, yaitu

Broadcast dan Unicast. Pesan Broadcast adalah sebuah pesan yang akan diterima oleh semua modul yang mempunyai PAN ID (Personal Area Network) yang sama. Pesan Broadcast dikirim hanya sekali dan tidak

STIKOM

(39)

diulang, sehingga tidak ada jaminan bahwa node-node yang dikirimi akan menerima pesan tersebut. Agar Xbee-Pro bisa mengirim pesan Broadcast, set DH=0x0 dan DL=0xFFFF.

Dengan setingan tersebut, semua modul Xbee-Pro yang berada dalam jangkauan jaringan akan menerima pesan. Pesan Unicast merupakan metode yang lebih handal dalam pengiriman data. Pesan Unicast dikirim dari satu modul ke modul yang lain berdasarkan pengalamatan modul-modul tersebut. Jika pesan diterima dengan baik, XBee pene-Pro rima akan mengirim balik sebuah acknowlegdement atau ACK. Jika Xbee-Pro pengirim tidak menerima ACK, Xbee-Pro pengirim akan mengirim ulang data tersebut (maksimal 3 kali) sampai ACK diterima. Hal ini akan meningkatkan kemungkinan pengiriman data sampai ke tujuan.

Ada 2 metode pengiriman data pada pesan Unicast, yaitu menggunakan pengalamatan 16 bit dan pengalamatan 64 bit. Satu atau kedua metode tersebut dapat digunakan untuk mengkomunikasikan Xbee-Pro, akan tetapi, pengalamatan 16 bit bisa di-disable sedangkan pengalamatan 64 bit tidak bisa di-disable.

Pengalamatan 16 bit lebih cocok digunakan untuk jaringan yang kecil atau jaringan yang mempunyai jumlah node yang tetap. Pengalamatan 16 bit menggunakan 16 bit bilangan heksa untuk menentukan source address atau

destination address dari setiap modul Xbee-Pro. Ketika membangun suatu jaringan, setiap modul Xbee-Pro harus mempunyai source address yang unik. Parameter MY (gambar 3.22) secara default di-set 0, maka ketika menggunakan pengalamatan 16 bit, nilai tersebut harus diubah menjadi nomor

STIKOM

(40)

yang unik. Karena menggunakan pengalamatan 16 bit, maka jaringan akan mempunyai 2 16 atau 65536 alamat unik. Pada pengalamatan 16 bit, destination address (DL) Xbee-Pro pengirim harus sesuai dengan source address (MY) dari Xbee-Pro penerima, sedangkan parameter DH harus di-set 0. Sumber : Manual Xbee-Pro 2011

2.4. Motor DC

Motor DC merupakan alat penggerak dari robot. Secara garis besar motor dapat dibedakan dalam tiga kategori yaitu :

- Motor AC adalah motor yang digerakkan dengan jaringan satu fasa atau tiga fasa dengan frekuensi 60 atau 50 Hz.

- Motor DC Konvensional adalah motor yang mempunyai dua terminal yang dihubungkan dengan dua kutub battery. Biasanya motor DC dioperasikan dengan supply DC yang dikonversikan dari jaringan AC. Secara struktural motor DC adalah motor yang mempunyai copper commutator dan karbon atau metal brushes.

- Electrically controlled precision motor, yang termasuk di dalammnya adalah

brushles dc motor dan stepping motor.

Motor DC merupakan motor yang paling banyak digunakan dalam kehidupan. Motor DC adalah motor yang penggeraknya berupa sumber tegangan searah. Kebanyakan motor yang digunakan dimainan, mobil dan radio-controlled

adalah motor DC. Hal ini menyebabkan produksi motor DC lebih besar daripada motor-motor lainnya.

STIKOM

(41)

Sebuah motor DC memiliki kumparan-kumparan kawat yang dipancangkan didalam slot-slot sebuah silinder yang terbuat dari bahan feromagnetik. Silinder ini diberi nama armature dipasang pada suatu bentuk dudukan (bearing) dan bebas putar. Dudukan armature adalah sebuah medan magnet yang dihasilkan oleh magnet-magnet permanen atau yang dialirkan melalui kumparan-kumparan kawat yang dinamakan kumparan medan. Kedua magnet ini, magnet permanen maupun electromagnet, disebut sebagai stator

(bagian yang diam). Ketika arus mengalir melalui kumparan armature, sebuah konduktor berarus yang berada tegak lurus terhadap sebuah medan magnet akan mengalami gaya. Gaya-gaya akan bekerja pada kumparan tersebut dan mengakibatkan putaran. Bagian-bagian dari motor DC dapat dilihat pada gambar 2.15, kemudian untuk melihat isi detail dari motor DC dapat dilihat pada gambar 2.16. dibawah ini.

Gambar 2.15. Bagian-bagian motor DC

STIKOM

(42)

Gambar 2.16. Detail Motor DC

Kecepatan putaran dapat diubah dengan cara mengubah besar arus pada kumparan armature. Akan tetapi, karena sumber tegangan tetap biasanya digunakan sebagai input ke kumparan perubahan arus yang diperlukan seringkali diperoleh melalui penggunaan sebuah rangkaian elektronik. Rangkaian ini dapat mengontrol nilai rata-rata tegangan, dengan cara mengubah-ubah interval waktu untuk menghasilkan tegangan DC yang bervariasi, yang dalam pembuatan tugas akhir ini menggunakan rangkaian PWM (pulse with modulation) yang sudah terdapat pada mikrokontroller ATMega 32 dari Atmel.

2.5. Joystick

Joystick merupakan alat yang digunakan untuk mengendalikan, mengontrol serta menjalankan robot. Dalam joystick ini terdapat beberapa tombol yang berguna untuk mengirimkan inputan-inputan untuk menjalankan salah satu motor pada robot. Masing-masing tombol ini mempunyai fungsi yang berbeda-beda. Dalam joystick ini terdapat enam buah push button dan dua buah potensio terdiri dari 2 buah push button yang berfungsi untuk menggerakan tangan robot

STIKOM

(43)

naik dan turun, dua buah push button yang berfungsi untuk menggerakkan tangan robot maju dan mundur, 2 buah push button yang berfungsi untuk menggerakkan tangan robot untuk menjepit dan melepaskan benda, serta 2 buah potensio yang berfungsi untuk mengontrol motor kanan dan motor kiri yang berguna untuk menjalankan robot. Sebagai tombol pada joystick guna mengontrol pergerakan robot, penulis menggunakan push button pada rangkaian robot ini. Berikut adalah cara kerja push button sebagai switch pada joystick ditunjukkan pada gambar 2.17

Gambar 2.17 Cara kerja push button

Pada gambar 2.17 diatas, VCC adalah sebagai sumber tegangan (baterai) dihubungkan dengan suatu tahanan(load) dan push button. Arus akan melewati tahanan jika push button ditekan sehingga rangkaian tersebut menjadi close up(arus mencapai ground). Pada joystick robot manual, tahanan (load) adalah H-Bridge yang nantinya akan dialiri arus sehingga mampu menggerakkan motor DC.

STIKOM

(44)

32

Metode penelitian yang digunakan pada pembuatan perangkat keras dan perangkat lunak yaitu dengan studi kepustakaan. Dengan cara ini penulis berusaha untuk mendapatkan dan mengumpulkan data-data, informasi, konsep-konsep yang bersifat teoritis dari buku bahan-bahan kuliah dan referensi dari internet yang berkaitan dengan permasalahan.

Dari data-data yang diperoleh maka dilakukan perencanaan rangkaian perangkat keras. Dalam perangkat keras ini, penulis akan melakukan pengujian perangkat keras dengan program-program yang telah dibuat, Pembuatan perangkat lunak adalah tahap selanjutnya. Terakhir adalah penggabungan perangkar keras dengan kerja perangkat lunak yang telah selesai dibuat.

Pada bab ini akan dibahas mengenai masalah yang timbul dalam perencanaan dan pembuatan perangkat keras (hardware) maupun perangkat lunak (software). Dari kedua bagian tersebut akan dipadukan agar dapat bekerja sama untuk menjalankan sistem yang baik.

Perencanaan ini diperlukan sebelum proses pembuatan sistem tersebut, Perancangan ini berguna agar pengerjaan tahapan selanjutnya berjalan dengan lancar. Tahapan-tahapannya meliputi tahap pembuatan perangkat keras, perangkat lunak dan menggabungkan keduanya.

Dalam perancangan perangkat keras kendali PID pada robot manual menggunakan komunikasi nirkabel, penulis menggunakan diagram blok seperti gambar 3.1 dibawah ini :

STIKOM

(45)

Joystick

Minimum Sistem ATMega 32 +

Xbee Pro Tx

Minimum Sistem ATMega 32 +

Xbee Pro Rx

MOTOR

Gambar 3.1 Blok diagram alat

Dari blok diagram pada gambar 3.1 Kita dapat melihat sistem kendali PID pada robot manual menggunakan komunikasi nirkabel. Pada bagian input, terdapat 2 buah potensio dan 6 tombol push button untuk mengatur pergerakan robot. Bagian pemroses yaitu mikrokontroller ATMega32 dibagian transmiter &

receiver bertugas untuk mengirim data dari Xbee-Pro TX untuk dikirimkan ke Xbee-Pro RX dalam bentuk data serial, kemudian dari Xbee-Pro RX data diteruskan ke ATMega 32 dibagian receiver untuk memproses data dan menjalankan perintah untuk menjalankan motor. Setelah menjalankan motor,

STIKOM

(46)

minimum sistem yang ada pada robot menunggu data kiriman selanjutnya dari minimum pada joystick.

1. Bagian inputPushButton

a. Push button berfungsi menjalankan perintah untuk menjalankan motor menggerakkan tangan robot naik , turun, ke depan, ke belakang, menjepit & melepas benda.

2. Bagian input Potensio

a. Potensio berfungsi untuk menjalankan perintah melakukan pergerakan motor pada robot maju & mundur

3. Pemroses Mikrokontroller ATmega32

a. ATmega32 di gunakan pada transmitter & receiver pada robot manual sebagai transmitter data ke wireless Xbee-Pro TX untuk dikirimkan ke Xbee-Pro RX.

4. Output

a. Mikrokontroller ATMega32 sebagai pengolah data bertugas untuk mengirim data dari Xbee-Pro TX untuk dikirimkan ke Xbee-Pro RX dalam bentuk data serial, kemudian dari Xbee-Pro RX data diteruskan ke ATMega32 dibagian receiver untuk memproses data dan menjalankan perintah untuk menjalankan motor. Setelah menjalankan motor, minimum sistem yang ada pada robot menunggu data kiriman selanjutnya dari minimum pada joystick.

STIKOM

(47)

3.1. Perancangan Perangkat Keras 3.1.1. Perancangan Mekanik Robot

Robot yang digunakan penulis terdiri atas 2 buah roda disertai motor yang terletak disisi kiri dan kanan bagian base robot digunakan untuk menjalankan robot, 4 buah motor diletakkan pada tangan robot agar dapat digerakkan naik turun, maju mundur, dan menjepit serta melepas benda. Berikut arsitektur robot secara detail adalah sebagai berikut.

Ukuran dimensi

Ukuran Robot : 500 mm x 600 mm x 1200 mm Struktur Material

Bahan Material yang digunakan : a. Bagian Rangka

1. Aluminium Profile 2. Aluminium Sheet. 3. Bearing

4. Katrol

5. Mur dan Baut

b. Bagian dari Penggerak Robot : 1. Motor DC 24 Volt 2. Aluminium

3. Roda dari karet Silikon 4. Roda Bebas

STIKOM

(48)

3.1.2. Perancangan Minimum sistem

Rangkaian minimum sistem dibuat untuk mendukung kerja dari microchip

ATmega dimana microchip tidak bisa berdiri sendiri alias harus ada rangakaian dan komponen pendukung seperti halnya rangakaian catu daya, kristal dan lain sebagaianya yang biasanya disebut minimumsistem.

Microchip berfungsi sebagai otak dalam mengolah semua instruksi baik

input maupun output seperti halnya pemroses data inputan dari potensio dan push button kemudian mengirimkan data serial ke Xbee-Pro TX dan memproses data yang diterima dari Xbee-Pro RX kemudian menjalankan perintah untuk menjalankan motor.

Minimum sistem ini dirancang untuk Mikrokontroller ATMega32, dalam perancangannya ini memerlukan beberapa komponen pendukung seperti kristal, resistor dan variabel resistor, dan kapasitor. Rangkaian ini dalam istilah lainnya disebut Minimum sistem ATMega32. Mikrokontroller berfungsi untuk memproses data inputan dari potensio dan push button pada

joystick untuk diteruskan ke Xbee-Pro Tx dan dikirimkan ke Xbee-Pro Rx untuk memerintahkan Minimum sistem receiver mengeksekusi data dengan mengeluarkan output berupa perintah menjalankan motor. Dari proses pengiriman data tersebut, pada Tugas Akhir ini penulis membagi rangkaian minimum sistem menjadi 2(dua) bagian yaitu minimum sistem transmitter dan minimum sistem

receiver. Berikut ini gambar minimum sistem ATMega32 dan rangkaian Xbee-Pro transmitter dan receiver dapat dilihat seperti Gambar 3.2 dibawah ini.

STIKOM

(49)

Gambar 3.2 Minimum sistem ATMega 32 & Rangkaian Xbee-Pro Tx & Rx

Pada rangkaian minimum sistem ATMega 32 transmitter dan receiver

penulis memberikan Pin VCC masukan tegangan operasi berkisar antara 4,5 Volt sampai dengan 5 Volt. Pin RESET berfungsi untuk masukan reset program secara otomatis atau manual. Sedangkan pin MOSI, MISO, dan SCK digunakan untuk keperluan pemrograman mikrokontroller. Nilai kapasitor yang digunakan adalah 30 pF. Frekuensi kristal yang dipakai adalah 11,0592 MHz dengan pertimbangan bahwa kristal dengan frekuensi 11,0592 MHz mampu menghasilkan nilai bit TH1, yang digunakan untuk mengatur besarnya nilai

baudrate yang bulat sehingga baudrate yang dihasilkan sama dengan nilai

baudrate komputer. Untuk melakukan proses downloading program dari komputer ke dalam memory program internal mikrokontroller

STIKOM

(50)

3.1.3. Minimum sistem Transmitter

Minimumsistem di sisi transmitter dirancang untuk mendukung transfer data dari inputan joystick yang terdiri dari potensio dan push button pada untuk diteruskan ke Xbee-Pro Tx. Fungsi minimum sistem trasnmitter adalah sebagai pembaca data inputan push button & potensio. Minimum sistem ini berfungsi untuk mengirimkan data dari inputan joystick untuk dikirimkan ke Xbee-Pro

transmitter agar, dapat diteruskan ke Xbee-Pro receiver. Berikut ini adalah blok diagram alur pengiriman data ditunjukkan pada gambar 3.3 dibawah ini.

Potensio & Push Button

Mikrokontroler

Xbee Pro TX

Gambar 3.3 Blok diagram minimum sistem transmitter

Penggunaan Pin pada minimum sistem transmitter adalah sebagai berikut : a. PortA.0 – PortA.1 digunakan untuk input dari potensio.

b. PortB.0 – PortB.5 digunakan untuk input dari push button.

c. PortD.1 digunakan sebagai output untuk mengirimkan data dari potensio dan pushbutton untuk diteruskan Xbee-Pro Transmitter. Rincian penggunaan pin input pada mikrokontroller ATMega32 ditunjukkan pada tabel 3.1 & tabel 3.2 dibawah ini.

STIKOM

(51)

Tabel.3.1. Pengaturan input pada Mikrokontroller ATMega32 sisi transmitter

Input Pin ATMega32

Pushbutton Tangan Naik PB0

Pushbutton Tangan Turun PB1

Pushbutton Tangan Maju PB2

Pushbutton Tangan Mundur PB3

Pushbutton Tangan Menjepit PB4

Pushbutton Tangan Melepas PB5 Potensio Motor Base Kanan PA0 Potensio Motor Base Kiri PA1

Tabel 3.2. Hubungan antara modul pin pada Xbee-Pro & ATMega32

ATMega32 Xbee-Pro

Pin Nama Pin Nama

10 VCC 1 VCC

15 Tx(PD1) 2 Dout (Rx)

14 Rx (PD0) 3 Din (Tx)

11 GND 10 GND

3.1.4. Minimum sistem Receiver

Minimum sistem receiver berfungsi untuk mengeksekusi perintah yang dikirimkan ke Xbee-pro receiver yang telah menerima data kiriman dari minimum sistem transmitter kemudian menjalankan perintah untuk menjalankan motor. Untuk perancangan perangkat keras pada minimum sistem transmittrer &

receiver penulis menggunakan blok diagram ditunjukkan pada gambar 3.4 dibawah ini.

STIKOM

(52)

Xbee Pro RX

Mikrokontroler

Motor

Gambar 3.4 Blok diagram Minimum sistem reciever

Pada minimum sistem receiver ini akan menjalankan eksekusi perintah dengan menjalankan motor dengan mengirimkan perintah pada masing-masing pin pada minimum sistem receiver yang difungsikan sebagai output. Berikut ini adalah penggunaan pin pada minimum sistem receiver ditunjukkan pada tabel 3.3 dan tabel 3.4 dibawah ini.

Tabel.3.3 Pengaturan output pada Mikrokontroller ATMega32 receiver

Output Pin ATMega32

Motor Tangan Naik PB0

Motor Tangan Turun PB1

Motor Tangan Maju PB2

Motor Tangan Mundur PB3

Motor Tangan Menjepit PB4

Motor Tangan Melepas PB5

Motor Base Kanan PA0

Motor Base Kiri PA1

Tabel 3.4 Hubungan antara modul pin pada Xbee-Pro & ATMega32

ATMega32 Xbee-Pro

Pin Nama Pin Nama

10 VCC 1 VCC

15 Tx(PD1) 2 Dout (Rx)

14 Rx (PD0) 3 Din (Tx)

11 GND 10 GND

STIKOM

(53)

3.1.5. Downloader

Untuk melakukan proses download program, yaitu file dengan ekstensi

“.hex” digunakan perangkat bantu AVR USB ISP yang akan dihubungkan dengan

port USB (Universal Serial Bus) pada komputer. Sebelum downloader dapat digunakan perlu dilakukan instalasi driver terlebih dahulu. Konfigurasi pinout dan keterangan dari downloader terdapat pada Tabel 3.5 dan Gambar 3.5.

Tabel 3.5 Keterangan pinout AVR USB ISP Nama No. Pin I/O Keterangan

VTG 2 - Catu daya dari target board (2.7 V - 5.5 V) GND 4, 6, 8, 10 - Titik referensi

LED 3 Output Sinyal kontrol untuk LED (Light Emitting Diode) atau multiplexer (optional)

MOSI 1 Output Command dan data dari AVR USB ISP ke target AVR

MISO 9 Input Data dari target AVR ke AVR USB ISP SCK 7 Output Serial Clock, dikendalikan oleh AVR USB

ISP

RESET 5 Output Reset, dikendalikan oleh AVR USB ISP Sumber: INNOVATIVE ELECTRONICS (2009)

Gambar 3.5 Pinout AVR USB ISP (INNOVATIVE ELECTRONICS, 2009) Pin MOSI, pin MISO, pin SCK, pin RESET, dan pin VTG pada AVR USB ISP masing-masing akan dihubungkan pada pin MOSI, pin MISO, pin SCK, pin RESET, dan pin VCC pada mikrokontroller. Program editor dan compiler

yang digunakan untuk pembuatan program adalah Code Vision AVR. Proses

STIKOM

(54)

download file “.hex” dapat dilakukan melalui program ini. Pengaturan

penggunaan downloader pada Code Vision AVR dilakukan dengan memilih menu

Setting, kemudian pilihan Programmer seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Pemilihan Programmer pada menu Setting di Code Vision AVR

Setelah memilih Programmer pada menu Setting, akan muncul window Programmer Setting seperti pada Gambar 3.6, yang dilanjutkan dengan memilih tipe programmer AVR yaitu Atmel STK500/AVRISP. Pilihan Communication Port disesuaikan dengan nilai COM yang digunakan oleh downloader. Nilai COM dari downloader dapat ditemukan pada Device Manager bagian Ports

seperti pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Window Programmer Setting pada Code Vision AVR

STIKOM

[image:54.595.44.551.172.709.2]

(55)

Gambar 3.8 Device Manager

3.1.6. Kontroler PID (Proportional-Integral-Derivative)

Guna memperhalus, meningkatkan performansi kontroler dan mendapatkan respon sistem yang baik pada motor. Pada tugas akhir ini penulis menggunakan Kontroler PID (Proportional-Integral-Derivative) dengan cara mengimplementasikan pengontrol PID (Proportional-Integral-Derivative) pada mikrokontroler ATMega 32 untuk pemroses algoritma PID. Dibawah ini merupakan dari formula PID yang sebelumnya dibahas pada landasan teori PID pada BAB II untuk kemudian dijadikan algoritma PID adalah sebagai berikut :

r_mot = r_old + Kp*(e_func-e_old) + Ki*(e_func+e_old)/2

+ Kd*(e_func - 2* e_old + e_old2);

Dimana,

r_mot : Hasil penghitungan PID

r_old : Hasil penghitungan PID sebelumnya Kp : konstanta P