Perancangan prototype Robot Forklift Penyusun Barang Otomatis Pada Rak 3 Lantai Berbasis Mikrokontroler

1

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Saat ini perkembangan dunia industri berlangsung dengan sangat cepat,

Dalam suatu perusahaan, sistem penyimpanan produksi sangat berperan penting.

Gudang produk merupakan tempat menyimpan produk, dan tujuan utama dari

sistem pergudangan produk adalah menyimpan barang-barang yang siap untuk

didistribusikan sehingga barang tersebut dapat diterima pelanggan tepat pada

waktu yang diinginkan. Perencanaan gudang barang jadi yang sesuai dengan

kebutuhan merupakan hal yang perlu diperhatikan guna kelancaran produksi, dan

menyimpan hasil produk sementara sebelum pengiriman serta untuk menghindari

kerusakan barang jadi [1].

Permasalahan yang terjadi pada saat ini adalah aliran barang yang masuk ke

pergudangan tidak ditangani dengan baik, seperti penempatannya yang tidak

sesuai dengan ketentuannya dan tentu saja hal ini akan menyulitkan ketika barang

tersebut akan dikeluarkan sehingga, diperlukan waktu pencarian produk dan jarak

tempuh yang tidak tetap setiap kali proses [1]. Hal tersebut disebabkan oleh faktor

kelelahan operator sehingga konsentrasi menurun saat bekerja atau faktor rasa

keengganan operator pergi ke tempat yang seharusnya karena jarak yang cukup

jauh. Faktor permasalahan lain adalah kerusakan saat barang jadi dalam rak

terjatuh yang di akibatkan oleh tumbukan antara forklift dengan rak atau

jadi dalam rak. Penyebab lainnya juga adalah terjepitnya barang saat hendak

dimasukkan ke dalam rak. Hal tersebut terjadi umumnya dikarenakan keterbatasan

pandangan manusia disertai ketidakakuratan dalam menentukan posisi yang benar

dalam memasukkan barang .

Pada penelitian sebelumnya telah dibuat robot pembawa barang mengikuti

garis dengan menggunakan pemrograman bahasa C. Dimana pada robot ini masih

terdapat beberapa kekurangan antara lain masih menggunakan limit switch untuk

memasukkan barang yang harus dikontakkan ke bagian rak agar posisi robot

lurus dengan rak, sehingga dimungkinkan terjadi goncangan pada rak yang akan

mengakibatkan barang dalam rak terjatuh [2]. Kekurangan lain yang dimilikinya

adalah pemilihan tempat barang yang akan disimpan harus terlebih dahulu

memilih pada menu LCD sehingga apabila barang akan di tempatkan ke tempat

yang jauh terlalu lama karena urutannya yang jauh. Berdasarkan permasalahan

tersebut maka perlu dirancang suatu robot industri yang mampu menyimpan

barang sesuai dengan tempat yang diperintahkan user secara otomatis sesuai

dengan jenisnya dan mampu memasukkan barang ke dalam rak dengan tepat

tanpa terjadi tumbukan dengan rak saat robot bergerak.

1.2

Identifikasi Masalah

1. Penempatan barang jyang tidak sesuai dengan ketentuannya sehingga

menyulitkan ketika barang jadi tersebut akan dikeluarkan.

2. Kerusakan barang yang disebabkan oleh terjatuh dan terjepit karena

3. Penggunaan limit switch untuk meluruskan forklif saat hendak

memasukkan barang ke rak yang dimungkinkan akan menimbulkan

goncangan pada rak.

4. Pemilihan tempat dimana barang akan disimpan dipilih pada menu yang di

kendalikan oleh switch dan ditampilkan pada LCD yang apabila hendak

menyimpan barang ke tempat yang jauh urutannya akan memerlukan

waktu pada saat memilihnya pada menu.

5. Sistem otomatisasi pada kinerja robot tanpa adanya perintah atau sesuai

perintah user.

1.3

Rumusan Masalah

Berdasarkan permasalahan yang teridentifikasi di atas, maka pada tugas akhir

ini akan dirancang dan dibuat sistem untuk menyimpan barang pada rak yang

memiliki rumusan masalah sebagai berikut :

1. Bagaimana membuat sistem agar barang jadi di simpan pada tempat yang

seharusnya.

2. Bagaimana membuat sistem agar tidak terjadi kerusakan saat barang

dibawa dan hendak dimasukkan.

3. Bagaimana membuat sistem agar tidak terjadi kontak antara robot dengan

rak saat meluruskan robot dengan rak.

4. Bagaimana membuat sistem untuk memerintah robot tanpa memilih menu

yang ditampilkan di LCD.

5. Bagaimana membuat sistem agar .robot dapat bekerja tanpa perintah user

1.4

Tujuan

Sebagai salah satu alternative untuk menyelesaikan masalah-masalah yang

dijelaskan dalam bagian Rumusan Masalah, maka penelitian ini memiliki

tujuan-tujuan sebagai berikut.

1. Memperoleh sistem yang mampu menyimpan barang pada tempat yang

sesuai.

2. Robot mampu membawa dan menyimpan barang tanpa merusak barang.

3. Robot dapat bergerak lurus dengan rak tanpa terjadi kontak dengan rak

saat akan memasukkan barang.

4. Memperoleh sistem yang sanggup memerintah robot dengan keypad dan

ditampilkan pada LCD.

5. Memperoleh sistem agar robot dapat bekerja tanpa perintah user maupun

sesuai perintah user.

1.5

Batasan Masalah

Beberapa batasan masalah yang didefinisikan oleh penulis sebagai

pembatasan “beban” penelitian adalah sebagai berikut.

1. Jenis barang dibedakan dari warnanya.

2. Robot hanya mendeteksi warna biru, merah, putih dan hitam

3. Selain ke 4 warna tersebut atau tidak ada barang yang di ambil

berkemungkinan dianggap sebagai salah satu ke 4 warna diatas,

4. Penggunaan keypad untuk memasukkan kode rak.

5. Sensor yang digunakan untuk medeteksi rak yang kosong menggunakan

sensor ultrasonik.

7. Ukuran barang sesuai ukuran rak dan berat barang maksimal 150 gram.

1.6 Metode Penelitian

Metoda penelitian yang dilakukan adalah eksperimental dengan

tahapansebagai berikut.

1. Tinjauan Pustaka, merupakan suatu metoda pengumpulan data dengan cara

membaca atau mempelajari buku-buku yang berhubungan dengan masalah

yang menjadi topik dalam tugas akhir.

2. Pengumpulan Data, merupakan metoda untuk mendapatkan data dari topik

yang diambil dengan cara mengajukan pertanyaan secara langsung kepada

pihak-pihak yang berkompeten mengenai hal-hal yang dipelajari selama

pengerjaan tugas akhir. Pertanyaan-pertanyaan ini diajukan kepada dosen

pembimbing di kampus dan sumber lainnya.

3. Pengolahan Data, merupakan proses pengolahan data-data yang didapat

dari hasil pengumpulan data, untuk dijadikan referensi dalam pengerjaan

tugas akhir.

4. Perancangan, yaitu mengaplikasikan teori yang didapat dari studi pustaka

dan dari hasil bimbingan, sehingga tersusun suatu perancangan sistem

untuk bagian perangkat keras (hardware) juga untuk perangkat lunak

(software).

5. Pembuatan, merupakan tahap pengerjaan alat yang sebelumnya telah

dirancang.

6. Pengujian, merupakan metoda untuk mengetahui hasil dari perancangan

7. Analisa, adalah proses pendalaman terhadap alat yang dibuat apakah sudah

berhasil sesuai dengan yang direncanakan atau belum, selanjutnya akan

dilakukan pengujian baik secara teoritis ataupun praktis, dan jika terdapat

kekurangan maka akan dilakukan beberapa perbaikan sistem sehingga

akhirnya penulis dapat mengambil sebuah kesimpulan dari penelitian ini.

1.7 Sistematika Penulisan Laporan

Sistematika penulisan bertujuan untuk menguraikan urutan penulisan

skripsi, susunan dan hubungan antar bab, serta fungsi setiap bab yang ada di

skripsi ini, sehingga pembaca dapat lebih jelas, mengerti, dan terarah. Secara garis

besar sistematika penulisan skripsi dibagi menjadi enam bab pokok, yaitu sebagai

berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Berisi pengantar dari keseluruhan skripsi yang terdiri dari latar belakang

permasalahan, identifikasi masalah, rumusan masalah, tujuan perancangan,

batasan masalah, metoda penelitian, dan sistematika penulisan laporan tugas akhir

ini.

BAB II : LANDASAN TEORI

Berisi teori tentang permasalahan yang dibahas dalam skripsi mulai dari

menjelaskan tentang dasar teori permasalahan dari perangkat sudah ada

sebelumnya dan pengembangan yang dilakukan.

BAB III : PERANCANGAN ALAT

Bab ini berisi tentang perancangan perangkat keras (hardware) maupun

BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISIS

Bab ini berisi tentang hasil pengujian sistem baik dari segi perangkat keras

(hardware) maupun perangkat lunak (software) serta hasil analisanya.

BAB V: PENUTUP

Bab ini berisi rincian kesimpulan serta saran untuk kajian lanjutan dari

8

DASAR TEORI

Bab ini berisi tentang teori mengenai permasalahan yang dibahas dalam

tugas akhir ini secara garis besar dimulai dari definisi Robot , Arduino Mega

2560, Mikrokontroller ATMega 2560, Sensor Ultra Sonic, Infrared, Fotodioda,

Motor DC, Driver Motor L293D, comparator LM339, Keypad, dan Liquid

Crystal Display (LCD).

2.1 Robot

Robot adalah mesin yang terlihat seperti manusia dan melakukan berbagai

tindakan yang kompleks dari manusia seperti berjalan atau berbicara, atau suatu

peralatan yang bekerja secara otomatis. Robot biasanya diprogram untuk

melakukan pekerjaan berulang kali dan memiliki mekanisme yang dipandu oleh

kontrol otomatis. Pada robot terdapat 4 karakteristik yang dimiliki yaitu:

a. memiliki sensor

Sensor merupakan peralatan yang berguna untuk mengukur ataupun merasakan

sesuatu pada lingkungan di luar robot, layaknya indera pada makhluk hidup,

dan memberi laporan hasilnya kepada robot.

b. memiliki sistem kecerdasan (kontrol)

Sistem kecerdasan bekerja dengan memproses data masukan berupa keadaan

ataupun kejadian yang sedang terjadi dari luar lingkungan. Selanjutnya sistem

melakukan suatu tindakan tertentu. Sistem ini secara umum memiliki prinsip

kerja seperti otak pada makhluk hidup.

c. memiliki peralatan mekanik (aktuator)

Peralatan mekanik berfungsi untuk membuat robot dapat melakukan suatu

tindakan tertentu dan berinteraksi dengan lingkungannya.

d. memiliki sumber daya (power)

Sebagaimana pada organisme kehidupan yang membutuhkan makanan untuk

hidup, robot juga memerlukan sumber tenaga untuk menggerakkan komponen

elektrik dan mekanika yang terpasang. Sumber energi pada robot 0 mencakup

penyedia tenaga listrik seperti baterai, dan sistem pengatur transmisi yang

bertugas mengonversi tenaga listrik sesuai kebutuhan setiap komponen [3].

2.2. Mikrokontroller

Mikokontroler adalah suatu chip dimana prosesor, memori dan I/O

terintegrasi menjadi satu kesatuan kontrol sehingga mikrokontroler dapat

dikatakan sebagai komputer mini yang dapat bekerja secara inovatif sesuai

kebutuhan sistem. Dalam aplikasinya mikrokontrolerlah yang langsung

berhubungan dan bertugas untuk mengendalikan suatu robot dan alat yang

terkontrol. Penggunaan mikrokontroler biasanya dipasangkan dengan sebuah

komputer yang dapat saling berkomunikasi dalam mengirimkan data baik untuk

memprogram ulang tugas yang dijalankan oleh mikrokontroler maupun

memberikan nilai pada parameter-parameter untuk pengendalian.

Salah satu mikrokontroler yang ada di pasaran adalah mikrokontroler AVR

yang dibuat oleh perusahaan Atmel. Mikrokontroler AVR menggunakan arsitektur

meningkatkan kemampuan karena dapat mengakses program memori dan data

memori secara bersamaan. Mikrokontroler AVR memiliki fast access register file

dengan 32 register x 8-bit. Dengan 32 register AVR dapat mengeksekusi beberapa instruksi sekali jalan (single cycle). 6 dari 32 register yang ada dapat digunakan sebagai indirect address register pointer 16-bit untuk pengalamatan data space, yang memungkinkan penghitungan alamat yang efisien.

Gambar 2.1. Arsitektur ATMega2560 [14]

2.2.1 Arduino Mega 2560

Arduino mega 2560 adalah papan mikrokontroler berdasarkan

ATmega2560 ( datasheet ). Mikrokontroler Atmega 2560 ini memiliki 54 digital

pin input/ output (yang 15 dapat digunakan sebagai output PWM), 16 input

analog, 4 UART (hardware port serial), osilator kristal 16 MHz, koneksi USB,

diperlukan untuk mendukung mikrokontroler dengan hanya menghubungkannya

ke komputer menggunakan kabel USB atau adaptor AC-DC dan baterai untuk

memulai. ATMega 2560 kompatibel dengan sebagian perisai dirancang untuk

Arduino Duemilanove atau Diecimila.

Gambar 2.2. Arduini Mega 2560 [4]

Spesifikasi Arduino Mega 2560:

Mikrokontroler : ATmega2560

tegangan operasi : 5V

tegangan masukan (disarankan) : 7-12V

tegangan masukan (batas) : 6-20V

digital I / O Pins : 54 (yang 15 memberikan output PWM)

pins Masukan Analog : 16

DC Current per I / O Pin : 40 mA

DC saat ini untuk 3.3V Pin : 50 mA

flash Memory : 256 KB yang 8 KB digunakan bootloader

SRAM : 8 KB

EEPROM : 4 KB

2.2.2. Mikrokontroller Atmega 2560

Mikrokontroler ATMega 2560 merupakan mikrokontroler 8 bit berbasis

arsitektur RISC (Reduced Instruktion Set Computing) dimana set instruksinya

dikurangi baik dari segi ukurannya maupun kompleksitas pengalamatannya. Satu

instruksi biasanya berukuran 16 bit dan sebagian besar di eksekusi dalam 1 siklu.

Atmega 2560 memiliki 86 buah I/O yang masing-masing memiliki fungsi khusus

yang bisa di program selain sebagai pin I/O biasa. Fungsi khusus tersebut

diantaranya adalah sebagai berikut:

a. ADC (Analog Digital Converter)

Atmega 2560 memiliki 16 pin ADC yang dapat digunakan untuk

mengkonversi nilai tegangan yang berupa analog menjadi data berupa bit-bit biner

atau data digital. Nilai tegangan yang dapat dikonversi berkisar antara 0 volt

hingga tegangan pada PIN AREF atau AVCC, dengan persamaan sebagai berikut:

����� � � �� = ����_{� �}� �� _�� � �_/�� �1023 (2.1)

Dimana 1023 adalah resolusi ADC pada Atmega 2560 yaitu 10 bit.

b. Timer

Atmega 2560 didukung oleh 6 timer dengan detail 2 timer 8 bit dan 4 timer 16

bit. Setiap timer tersebut memiliki pewaktuan masing-masing yang merupakan

hasil prescaler dari clock utama mikrokontroler. Timer-timer ini bisa diset

menjadi mode compare yaitu mode dimana timer bisa menghasilkan sinyal PWM

dengan perioda dan lebar positif pulsa tertentu.

USART (Universal Serial Asyncronous Receiver Transmitter) merupakan

fungsi khusus yang tidak kalah penting yang di miliki atmega2560. Dengan fungsi

ini mikrokontroler dapat berkomunikasi dengan perangkat lain seperti

komputer,ponsel,bahkan dengan mikrokontroler lain melalui jalur serial.

d. Interrupt

Digunakan jika terdapat masukan yang perubahan bitnya perlu di respon

sesaat itu juga.dengan memilih salah satu mode misalnya falling edge pada PIN

kasus ini,maka interrup akan terjadi ketika pin tersebut mengalami perubahan

nilai bit dari1 ke 0. Ada mode lain yang dapat membuat interrupt terjadi, yaitu

mode rising edge yang merupakan kebalika dari mode falling edge dan mode

toggle yang merupan gabungan antara falling edge dan rising edge. Sesaat setelah

interrupt terjadi maka interrupt service routine yang merupakan respon pun akan

segera dieksekusi [13].

Penjelasan konfigurasi pin mikrokontroller ATmega 2560 secara umum

adalah sebagai berikut:

1. VCC merupakan pin yang digunakan sebagai masukan sumber tegangan.

2. GND merupakan pin untuk Ground.

3. XTAL1/ XTAL2, XTAL digunakan sebagai pin external clock.

4. port A, B, C ,D ,E , H, dan L merupakan 8 bit port I/O dengan internal pull-up resistor. Port G merupakan 6 bit port I/O dengan internal pull-up

resistor.

5. Port F (PF0:PF7) dan Port K (PK0:PK7) merupakan pin I/O dan

merupakan pin masukan ADC.

6. AVCC adalah pin masukan untuk tegangan ADC.

7. AREF adalah pin masukan untuk tegangan referensi eksternal ADC [15].

ATmega2560 adalah mikrokontroler yang sangat kompleks di mana tersedia

85 jumlah I/O yang disediakan. Mikrokontroller Atmega 2560 memiliki fitur yang

14 lengkap (ADC internal, EEPROM internal, Timer/Counter, Watchdog Timer,

Gambar 2.4 Diagram Blok Fungsional Atmega2560 [14]

Dari Gambar 2.4 dapat dilihat bahwa Atmega 2560 memiliki bagian sebagai

berikut:

a. Saluran I/O sebanyak 85 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D, Port

E, port F, Port G, Port H, Port J, Port K, dan Port L,.

b. ADC 10 bit sebanyak 16 saluran.

c. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembanding

d. CPU yang terdiri atas 32 buah register.

e. Watchdog Timer dengan osilator internal.

g. EPROOM sebesar 4 Kbyte.

h. Memori Flash sebesar 256 Kbyte dengan kemampuan Read While Write.

i. Unit interupsi internal dan eksternal.

j. Port antarmuka SPI.

k. PWM 11 saluran.

l. Tegangan kerja 1,8 sampai 5,5 V.

m. Range suhu -400C sampai 850C.

n. Terdapat 100 pin PDIP.

2.2.3. Memori Mikrokontroller ATMega2560

Pada mikrokontroler AVR terdapat dua ruang memori utama, yaitu memori

data Static Random Access Memory (SRAM) dan memori program In-System Reprogrammable Flash Program Memory (ISP). Selain dua memori utama tersebut, pada ATMega 2560 terdapat memori Electrically Eraserable Programmable Read

-Only Memory (EEPROM).

Application Flash Section

Boot Flash Section 0

0x1FFFF

a. Flash Memory

Mikrokontroller ATMega 2560 memiliki 256 kbyte On-Chip In-System Reprogrammabe Flash Memory yang digunakan untuk menyimpan program dan menyimpan vektor interupsi. Karena semua instruksi pada AVR

mempunyai lebar instruksi 16 atau 32 bit, maka ATMega 2560 memiliki

organisasi memori 128 x 16 bit dengan alamat dari 0 sampai 0x1FFFF. Untuk

keamanan software, ruang flash program memory dibagi menjadi dua bagian, yaitu Boot Program dan Application Program. ATMega 2560 memiliki

Program Counter (PC) dengan lebar 17 bit untuk mengalamati program memory sebesar 16 kbyte.

b. Static Random Access Memory (SRAM)

Static Random Access Memory (SRAM) atau biasa disebut juga data memori yang berfungsi untuk menyimpan data sementara. SRAM merupakan

memori yang termasuk golongan volatile yang berarti data akan hilang ketika tidak mendapat sumber listrik dan SRAM tidak membutuhkan refresh secara periodik dikarenakan SRAM menggunakan teknologi transistor.

c. Electrically Eraserable Programmable Read-Only Memory (EEPROM) EEPROM secara umum digunakan untuk menyimpan data yang tetap.

EEPROM termasuk golongan memori non-volatile yang berarti data tidak akan hilang walaupun EEPROM tersebut kehilangan sumber listrik. Pada

ATMega 2560 sebesar 4 kbyte yang dapat diakses read/write sesuai kebutuhan [14].

2.3. Sensor

Di bawah ini menjelaskan definisi sensor dan beberapa jenis sensor seperti

2.3.1. Definisi Sensor

Sensor merupakan peralatan yang berguna untuk mengukur ataupun

merasakan sesuatu pada lingkungan di luar robot, layaknya indera pada makhluk

hidup [3]. Sensor adalah Jenis transduser yang digunakan untuk mengubah variasi

mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik.

Sensor atau transduser dapat digukanan sebagai bagian dari sistem instrumentasi

(Pengukuran) dan dapat pula digunakan untuk kepentingan pengendalian

(kontrol). Maka dalam memilih peralatan sensor dan transduser yang tepat dan

sesuai dengan sistem yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan

umum sensor berikut ini.

1. Linearitas

Linier dalam hal ini dimaksudkan hubungan antara besaran input yang

dideteksi menghasilkan besaran output dengan hubungan berbanding lurus dan

dapat digambarkan secara gravik membentuk garis lurus. Pada gambar 2.5 (a)

memperlihatkan tanggapan linear sensor suhu dan pada gambar 2.5 (b)

memperlihatkan tanggapan yang tidak linear.

(a) (b)

Gambar 2.6 Tanggapan pada sensor [6]

2. Sensitivitas

Perbandingan antara sinyal keluaran atau respon transduser terhadap perubahan

kepekaan sensor terhadap kuantitas yang diukur. Apabila tanggapannya linier,

maka sensitivitasnya juga akan sama untuk jangkauan pengukuran keseluruhan.

Untuk sensor dengan tanggapan seperti pada gambar 2.6 (b) akan lebih peka pada

temperatur yang tinggi dari pada temperatur yang rendah.

3. Tanggapan waktu

Tanggapan waktu pada sensor menunjukan seberapa cepat tanggapannya

terhadap perubahan masukan. Pada gambar 2.7 grafik instrument dengan

masukkan step input.

Gambar 2.7 Grafik Tanggapan Waktu [6]

Pada gambar 2.6 garis hijau menunjukan respon yang paling cepat dibanding garis

ungu dan hitam, sedangkan garis hitam menunjukan respon yang paling lambat

dibandingkan dengan garis hijau dan ungu.

4. Jangkauan dan ukuran fisik

Salah satu kriteria untuk memilih sensor adalah kesanggupan mengindera dan

ukuran fisik dari sensor sesuai dengan yang diperlukan [6].

2.3.2. Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik adalah sensor pengukur jarak berbasis gelombang

ultrasonik. Gelombang ultrasonik merupakan gelombang akustik yang memiliki

Gambar 2.8 Bentuk Fisik Sensor Ultrasonik [15]

Sistem kerja sensor ini menembakkan gelombang ke obyek dan menunggu

pantulannya maka waktu tempuhnya dua kali, sehingga untuk mengetahui jarak

sebenarnya harus dibagi dua, setengah adalah waktu gelombang ditembakkan dan

mengenai obyek, setengahnya adalah pantulan gelombang dari obyek yang

kembali ke receiver.

Gambar 2.9 Seistem Kerja Sensor Ultrasinic HC-SR04 [5]

Secara matematis besarnya jarak dapat dihitung menggunakan persamaan di

bawah ini [5].

= �.

2 (2.2)

Dimana:

s : jarak dalam satuan meter (m)

v : kecepatan suara

Spesifikasi dari sensor ultrasonic HC-S04 adalah sebagai berikut [15]:

· jangkauan deteksi: 2cm sampai kisaran 400 -500cm

· sudut deteksi terbaik adalah 15 derajat

· tegangan kerja 5V DC

· resolusi 1cm

· frekuensi Ultrasonik 40 kHz

· dapat dihubungkan langsung ke kaki mikrokontroler

2.3.3. Infrared

Infrared adalah dioda solid state yang terbuat dari bahan galium arsenida (GaAs) yang mampu memancarkan fluks cahaya ketika dioda ini dibias maju. Bila

diberi bias naju elektron dari daerah-n akan menutup lubang elektron yang ada

didaerah-p. Selama proses rekombinasi, energi dipancarkan keluar dari

permukaan p dan n dalam bentuk foton-foton yang dihasilkan ini ada yang diserap

lagi dan ada yang meninggalkan permukaan dalam bentuk energi. Sinar

inframerah meliputi daerah frekuensi antara 1011 Hz sampai 1014 Hz dan

mempunyai daerah panjang gelombang 10-14 sampai 10-1 cm. Hubungan antara

energi foton yang dipancarkan dengan Eg LED ditunjukkan pada persamaan (2.3)

dan (2.4) [8]:

= _�. (2.3)

atau

= . (2.4)

Dimana:

Eg : energi foton

h : potensial ionisasi (4,136.10-15 eV)

c : kecepatan cahaya (3.108 m/s)

� : panjang gelombang cahaya (m)

2.3.4. Photodioda

Photodioda adalah jenis dioda yang berfungsi untuk mendeteksi cahaya.

Photodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat merubah energi

cahaya menjadi besaran listrik. Disebut photodioda karena ada dua kaki (dioda)

dan arus mengalir padanya dengan mudah dalam satu arah dan sulit dalam arah

yang lain. Kedua aliran arus pada arah yang sulit dapat berubah dengan adanya

perubahan intensitas cahaya. Pada gambar 2.11 memperlihatkan aliran arus yang

mudah (bias maju) dan arah aliran sukar (bias mundur) [6].

Gambar 2.11 Sifat Photodioda [6]

Hal yang penting untuk diperhatikan ketika photodioda dibias terbalik arus

karakteristik seperti ini sangat penting untuk diperhatikan. Karakteristiknya dapat

ditunjukkan seperti pada gambar 2.12.

Gambar 2.12 Karakteristik Photodioda [6]

Arus bias terbalik sangatlah kecil dan berubah sesuai dengan tingkat pencahayaan,

dari sekitar 1 nano ampere di tempat gelap (nA atau 10-9A) sampai sekitar 1

miliamp (mA atau 10-3A) di tempat terang. Untuk penguat khusus photodioda

dapat di lihat pada gambar 2.15.

Gambar 2.13 Penguat Photodioda [6]

Vout = I.R (2.5)

Dimana:

I : arus bias mundur fotodioda

5. Light Dependent Resistor (LDR)

Light dependent resistor (LDR) adalah alat yang digunakan untuk

mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Light dependent resistor (LDR)

merupakan suatu element yang konduktivitasnya berubah-ubah tergantung dari

intensitas cahaya yang diterima permukaan element tersebut, akan tetapi keluaran

yang ada pada sensor tidak sama dengan apa yang diketahui dari sebuah teori dan

hasil simulasi.

Gambar 2.14 Bentuk Sensor LDR [17]

Prinsip kerja sensor LDR yaitu jika cahaya yang mengenai permukaan

LDR maka nilai resitansinya akan mengecil, sebaliknya jika permukaan LDR

sedikit mengenai cahaya maka resistansinya akan semakin besar. Berikut adalah

grafik hubungan antara resistansi LDR dengan intensitas cahaya.

Gambar 2.15 Grafik hubungan Resistansi LDR dengan Intensitas Cahaya

6. Limtch Switch

Limit switch adalah sensor peraba yang bersifat mekanis dan mendeteksi sesuatu setelah terjadi kontak fisik. Penggunaan sensor ini biasanya digunakan

untuk membatasi gerakan maksimum sebuah mekanik. Sensor ini juga seringkali

digunakan untuk sensor cadangan bilamana sensor yang lain tidak berfungsi.

Gambar 2.16 Limit Switch [2]

2.4. Motor DC

Motor DC adalah sebuah aktuator yang mengubah besaran listrik menjadi

sistem gerak mekanis. Motor DC beroprasi dengan prinsip-prinsip kemagnetan

dasar, polaritas arus yang mengalir melalui kawat lilitan akan mementukan arah

putaran motor dan nilai arus yang mengalir melalui kawat lilitan akan

memnentukan nilai torsi dan kecepatan putaran motor. Kawat lilitan medan pada

motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kawat lilitan jangkar

disebut rotor (bagian yang berputar). Motor DC memiliki 3 bagian atau

komponen utama untuk dapat berputar sebagai berikut:

a. kutub medan

Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan, kutub utara dan kutub

selatan, interaksi dua kutub medan tersebut akan menyebabkan putaran pada

motor DC. Pada motor DC terdapat kutub medan yang statis dan dinamis, jika

terjadi interaksi dua kutub medan tersebut maka akan menggerakan bearing

b. rotor

Rotor yang berbentuk silinder dihubungkan ke as penggerak untuk

menggerakan beban. Bila arus masuk menuju rotor (bagian motor yang

bergerak) maka arus akan menjadi elektromagnet. Untuk kasus motor DC

yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh

kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi.

c. Commutator

Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah

untuk membalikan arah arus listrik dalam rotor dan membatu transmisi arus

antara dinamo dan sumber daya [7].

Gambar 2.17. Konstruksi Motor DC [7]

2.5.Driver Motor L293D

L293D adalah IC yang didesain khusus sebagai driver motor DC dan dapat

dikendalikan dengan rangkaian TTL maupun mikrokontroler. Dalam 1 unit chip

IC L293D terdiri dari 2 buah drivermotor DC yang berdiri sendiri sendiri dengan

kemampuan mengalirkan arus 1 Ampere tiap drivernya. Sehingga dapat

digunakan untuk membuat driver H-bridge untuk 2 buah motor DC. Konstruksi

pin driver motor DC IC l293D adalah sebagai berikut.

Gambar 2.19. Konstruksi IC L293D [9]

Fungsi Pin Driver Motor DC IC L293D sebagai berikut:

· Pin EN (Enable, EN1.2, EN3.4) berfungsi untuk mengijinkan driver menerima

perintah untuk menggerakan motor DC.

· Pin In (Input, 1A, 2A, 3A, 4A) adalah pin input sinyal kendali motor DC

· Pin Out (Output, 1Y, 2Y, 3Y, 4Y) adalah jalur output masing-masing driver

yang dihubungkan ke motor DC

· Pin VCC (VCC1, VCC2) adalah jalur input tegangan sumber driver motor

DC, dimana VCC1 adalah jalur input sumber tegangan rangkaian kontrol

dirver dan VCC2 adalah jalur input sumber tegangan untuk motor DC yang

· Pin GND (Ground) adalah jalu yang harus dihubungkan ke ground, pin GND

ini ada 4 buah yang berdekatan dan dapat dihubungkan ke sebuah pendingin

kecil [9].

2.6.Komparator

Komparator adalah op-amp yang diatur dalam kondisi open loop seperti pada

gambar 2.16 Berfungsi untuk membandingkan Vin dengan Vref dengan Vo yang

bernilai sama dengan VDD dan VEE [11].

� = � �+− �− (2.10)

Gambar 2.20. Dasar Komparator [11]

2.6.1. Karakteristik Komparator

Komparator memiliki 2 karakteristik yaitu:

1. komparator non-inverting .

Untuk rangkaian pada gambar 2.16. , dimana �₊=�_� dan �₋= �_� . Untuk

�� = 0, karakteristik perpindahan tegangan � melawan �� seperti yang di

tunjukan pada gambar 2.17.

Ketika �_� > �_�+ , �0 =� dan untuk �� < ��− = � Nilai ��+ dan ��−

berbanding terbalik dengan gain A open loop.

��+= �

� (2.11)

��−= �_� (2.12)

Operasi di daerah linier dibatasi untuk �_�− <�_� <�_�+. Di luar dari range

op-amp adalah saturasi. Untuk �_� > 0, karakteristik tegangan � melawan �_�

seperti yang ditunjukan pada gambar2.18.

Gambar 2.22. Karakteristik transfer tegangan komparator non-inverting dengan

referensi tidak nol [11]

Disini karakteristik digeser ke kanan oleh �_� . Range dari �_� untuk daerah

operasi linier tetap sama dan tegangan saturasi tetap sama dengan � dan � .

Sehubung besar nilai A, range tegangan [�_�−,�_�−] sangat kecil dan dengan

demikian untuk memperbaikinya di asumsikan komparator dengan open loop

tidak terbatas yang sesuai dengan nilai nol pada daerah linier. Oleh karena itu,

plot perpindahan tengangan pada gambar 2.18 akan menjadi seperti yang di

tunjukan pada gambar 2.19. Disini dapat dilihat transisi dari satu daerah saturasi

Gambar2.23. Komparator Iideal [11]

Dimana:

VDD : tegangan positif

VEE : tegangan negatif (ground)

��+ : titik puncak positif

��− : titik puncak negatif

2. Karakteristik komparator inverting

Untuk rangkaian dapat dilihat pada gambar 2.20, dimana �₊=�_� dan

�−= �� .

Gambar 2.24. Komparator Inverting [11]

Karena � = �( �_� − �_� ) maka karateristik transfer tegangan yang sesuai di

tunjukan pada gambar 2.21.

Pengaturan lain untuk komparator non-inverting dapat di lihat pada

gambar 2.22. (a) dan untuk komparator inverting dapat dilihat pada gambar 2.23.

(b). Untuk tegangan output dapat ditentukan dengan persamaan (2.13) berikut ini

[12].

� = � �₊− �₋ (2.13)

Tegangan �₊ pada komparator non-invering dapat ditemukan menggunakan

persamaan (2.14)

�+=�� _�1�2_+�2+ �� _�1�1_+�2 (2.14)

Dan untuk Tegangan �₋ , jika �₋= 0 komparator akan transisi ketika �₊melintasi

nol. Hal ini terjadi ketika

0 = �_� ( )�2 +�� �1 (2.15)

Dan dengan demikian transisi tegangan

�� ( ) =− �1

�2�� (2.16)

Persamaan di atas perlu di sesuaikan dahulu untuk komparator inverting dengan

melihat gambar 2.22. (a) dan gambar 2.23. (a). �₊> 0 sesuai dengan �_� > �_{� ( )}

dan output positif (�_�). Demikian pula �₊< 0 sesuai dengan �_� < �_� ( ) dan

output menjadi negatif (�_�). Untuk kurva transfer tegangan non-inverting

ditunjukan pada gambar 2.22. (b) dan untuk kurva transfer tegangan inverting

ditunjukan pada gambar 2.23. (b) [11].

Gambar 2.27 Rangkaian komparator inverting [11]

2.6.2. IC LM339

IC LM339 adalah IC komparator yang berfungsi untuk meng-compare

(membandingkan). Pada satu buah IC LM 339 terdapat 4 buah 0p-amp

komparator dimana satu buah komparator terdapat dua buah input yaitu, Vin dan

Vref. Pada dasarnya jika Vin > Vref maka Vo berlogika 1 atau tegangannya sama

dengan Vcc dan jika Vin < Vref maka Vo berlogika 0 atau 0V [10].

Gamba 2.28 IC Comparator LM339 [10]

2.7.Liquid Crystal Display(LCD)

LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu komponen elektronika yang

berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik.

beserta rangkaian pendukungnya termasuk ROM dll. LCD mempunyai pin data,

kontrol catu daya, dan pengatur kontras tampilan.

Gambar 2.29 LCD 16x2 [2]

LCD memiliki data sheet sebagai berikut:

PIN 1 : Vss - GND

PIN 2 : VDD - +5V VCC

PIN 3 : Vo - Contrast Adjustment

PIN 4 : RS - Reset PIN 5: R/W - Read/Write ("0" = Write to LCD module "1"

= Read from LCD module)

PIN 6 : E - Enable Signal

PIN 7 : DB0 Data 0

PIN 8 : DB1 Data 1

PIN 9 : DB2 Data 2

PIN 10 : DB3 Data 3

PIN 11 : DB4 Data 4

PIN 12 : DB5 Data 5

PIN 13 : DB6 Data 6

PIN 14 : DB7 Data 7

PIN 15 : Backlight +5V VCC

PIN 16 : Backlight GND [2].

2.8.Keypad 4x4

Keypad 4x4 adalah keypad matriks yang terdiri dari 4 kolom dan 4 baris.

Penggunaan keypad matriks memungkinkan jumlah input sampai 2 kali lipat dari

sesungguhnya sehingga memiliki alokasi 8 port input mikrokontroler.

mencapai 16 input hanya menggunakan 8 bit mikrokontroler. Caranya dengan

membagi port tersebut menjadi 4 baris dan 4 kolom seperti pada gambar 2.30.

Gambar 2.30 keypad matriks 4x4 [12]

Untuk contoh penggunaanya port kolom dijadikan sebagai input tegangan

kemudian port baris digunakan menscan tombol mana saja yang di tekan. Ketika

tombil 13 di tekan maka arus mengalir dari kolom 1 ke baris 4 dengan bengitu

mikrokontroler dapat mengetahui tombol tersebut aktif sedangkan tombol lain

35

PERANCANGAN ALAT

Perancangan dan realisasi sistem merupakan bagian yang terpenting dari

seluruh pembuatan tugas akhir ini. Perancangan yang baik dan dilakukan secara

sistematik akan memberikan kemudahan dalam proses pembuatan alat serta

mempermudah dalam proses analisis dari alat yang dirancang.

3.1 Perancangan Sistem

Pada perancangan sistem prototype robot forklift penyimpan baran otomatis

pada rak 3 lantai ini, secara umum terdapat tiga bagian utama yaitu bagian

masukan (input), pemroses (process), dan keluaran (output). Tiga bagian inilah

yang menjadi dasar dari kinerja prototype robot forklift penyimpan barang

otomatis pada rak 3 lantai.

ARDUINO MEGA2560

Gambar 3.1 Perancangan Prototype Robot forklift Penyimpan Barang Otomatis

Secara umum, cara kerja dari prototype robot forklift yang akan dirancang

dalam tugas akhir ini adalah ketika switch pada mode manual, robot akan

mengambil barang yang ada di depannya kemudian menunggu sampai operator

memasukan kode rak tempat barang tersebut disimpan. Operator akan memasukan

kode rak dengan menekan keypad yang ditampilkan pada LCD. Apabila kode rak

telah dimasukan, maka robot akan bergerak mengikuti garis hitam ke tempat

dimana barang akan disimpan dan menyimpan barang yang dibawanya pada rak.

Setelah barang tersimpan, robot akan kembali ke tempat asal untuk mengambil

barang kembali dan menunggu kode rak dimasukan. Ketika switch pada mode

otomatis, robot akan mengambil barang dan mendeteksi warna barang, kemudian

robot akan bergerak ke arah rak yang telah ditentukan untuk warna tersebut

dengan mengikuti garis hitam. Apabila terdeteksi rak kosong maka robot akan

menyimpan barang pada rak yang kosong tersebut dan kembali lagi ke tempat asal

untuk mengambil barang kembali dan mendeteksi warna barang kemudian

menyimpan pada rak kosong sesuai warna yang telah ditentukan, dan begitu

seterusnya.

Berikut uraian singkat fungsi dari masing-masing bagian utama blok diagram

Sistem sistem prototype robot forklift penyimpan barang otomatis pada rak 3

lantai ini.

1. Masukan (Input)

Pada bagian masukan (input) empat macam perangkat yang berfungsi untuk

memberikan masukan bagi mikrokontroler sesuai dengan fungsinya

a. Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik merupakan sensor yang dapat digunakan untuk

sensor jarak. Prototype robot forklift yang dirancang dalam tugas

akhir ini memiliki tiga buah sensor ultra sonik dimana sensor ultra

sonik lantai 1 digunakan untuk medeteksi rak kosong atau tidak pada

rak lantai 1, sensor ultrasoik lantai 2 digunakan untuk mendeteksi rak

kosong atau tidak pada rak lantai 2, dan ultrasonik lantai 3 digunakan

untuk mendeteksi rak kosong atau tidak pada rak lantai 3.

b. Keypad

Dalam perancangan Prototype robot forklift pada tugas akhir ini,

digunakan keypad 4x4 yang berfungsi sebagai fasilitas bagi operator

untuk memberikan perintah pada robot menyimpan barang ke tempat

yang di kendaki operator.

c. Switch Manual/ Otomatis

Pada perancangan Prototype robot forklift ini switch digunkan intuk

memilih mode robot. Apabila robot pada mode manual maka sebelum

robot menyimpan barang akan menunggu terlebih dahulu perintah dari

operator, dan apabila robot pada mode otomatis robot akan

mengambil barang kemudian menyimpan barang sesuai dengan warna

pada tempat yang telah ditentukan.

d. Infrared dan Photodioda

Infrared pada dasarnya sama dengan light emitting diode (LED)

namun infrared ini cahaya yang dipancarkan tidak terlihat oleh mata

besaran cahaya menjadi besaran listrik. Pada Prototype robot forklift

yang dirancang dalam tugas akhir ini infrared berfungsi sebagai

transmitter dan photodioda sebagai receiver, dimana infrared akan

memancarkan cahaya infra-merah dan dipantulkan oleh lantai atau

benda dihadapannya ke arah receiver atau photodioa kemudian cahaya

yang di tangkap oleh photodioda akan diubah menjadi bearan listrik.

Infrared dan photodioda digunakan untuk sensor garis hitam sebagai jalur robot bergerak. Keluaran dari photodioda akan di bandingkan

oleh komparator untuk mendapatkan keluaran digital dan hasil

perbandingan akan di hubungkan dengan pin input pada

mikrokontroler.

e. Light Dependent Resistor (LDR)

Light dependent resistor (LDR) adalah alat yang digunakan untuk

mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Pada prototype

robot forklift yang dirancang dalam tugas akhir ini LDR digunakan

sebagai pendeteksi warna barang pada mode otomatis yang terdiri

dari 4 warna yaitu, biru, merah, hitam dan putih.

f. Limit Switch

Limit switch adalah sensor peraba yang bersifat mekanis dan

mendeteksi sesuatu setelah terjadi kontak fisik. _{Pada prototype robot}

forklift yang dirancang dalam tugas akhir ini limit switch 1 berfungsi sebagai batas garpu paling bawah pada posisi siap mengambil barang,

limit switch 2 berfungsi sebagai batas garpu pada posisi penyimpanan

posisi penyimpanan barang lantai 2, limit switch 4 berfungsi sebagai

batas garpu pada posisi penyimpanan barang lantai 3, limit switch 5

berfungsi sebagai batas saat garpu maju kedepan dan limit switch 6

berfungsi sebagai batas saat garpuh mundur kebelakang.

2. Proses

Papan mikrokontroler arduino mega 2560 digunakan sebagai

perangkat kontrol utama perancangan Prototype robot forklift pada tugas

akhir ini. Mikrokontroler memproses setiap masukan dan mengeksekusi

perangkat output sesuai dengan intriksi program yang diatur oleh

perancang/pemrogram.

3. Keluaran (Output)

Bagian keluaran atau output adalah bagian yang merupakan hasil

eksekusi perangkat dan bertindak sebagai hasil dari kinerja perangkat

sesuai dengan keinginan perancang. Terdapat dua macam jenis perangkat

keluaran yang digunakan pada perancangan Prototype robot forklift

penyimpan barang otomatis pada rak 3 lantai pada tugas akhir ini,

diantaranya :

a. Liquid Crystal Display (LCD)

Perangkat penampil yang digunakan dalam perancangan

perancangan Prototype robot forklift ini adalah Liquid Crystal Display

(LCD) 16x2. LCD ini berfungsi untuk menampilkan karakter yang

operator tekan pada keypad dan penampil mode robot pada keadaan

mode manual atau otomatis.

Motor DC adalah sebuah aktuator yang mengubah besaran listrik

menjadi sistem gerak mekanik. Pada perancangan Prototype robot

forklift ini terdapat empat buah motor DC dimana motor DC kiri dan

kanan berfungsi untuk mengerakan robot maju, mundur, belok kiri,

dan belok kanan, motor DC naik dan turun garpu berfungsi untuk

menggerakan garpu ke atas dan ke bawah, dan motor maju dan

mundur garpu berfungsi untuk mengerakan garpu ke depan dan ke

belakang.

3.2 Perancangan Mekanik Pada Prototype Robot Forklift

Dalam perancangan Prototype robot forklift pada tugas akhir ini, robot

dirancang menyerupai forklift yang umum digunakan pada gudang-gudang

industri, yang nyatanya forklift model ini memiliki ukuran lebih kecil dengan

jangkauan yang sama. Pada robot forklift ini, dibagian bawah robot terdapat

infrared dan photodioda untuk mendeteksi garis hitam sebagai jalur robot, serta

motor penggerak roda kiri, penggerak roda kanan, dan penggerak

majumundurnya garpuh. Pada bagian atas belakang robot terdapat keypad, LCD,

LED sebagai indikator komparator, dan trimpot untuk mengubah – ubah tegangan

input pada komparator. Pada bagian samping kiri robot terdapat tiga buah sensor

jarak ultrasonik. Pada bagian depan tiang garpuh terdapat Light Dependent

Resistor (LDR). Pada bagian atas tiang garpu terdapat motor untuk menggerakan garpu naik dan turun. Pada bagian dalam robot terdapat beberapa sistem kontrol

(a) _(b)

(e)

(f)

Gambar 3.2 Bentuk Mekanik Pada Robot Forklift

Kerterangan:

Gambar 3.2 (a) : dimensi atas dan tata letak komponen bagian atas

Gambar 3.2 (b) : dimensi bawah dan tata letak komponen bagian bawah

Gambar 3.2 (c) : robot tampak belakang dan tata letak komponen

Gambar 3.2 (d) : dimensi depan dan penggerak naik turun garpu

Gambar 3.2 (e) : dimensi samping dan tata letak komponen bagian

bagian samping

Gambar 3.2 (f) : penggerak maju mundur garpu

Prototype robot forklift ini dirancang menggunakan bahan pelastik pada bodi bagian bawah belakang dengan ukuran panjang 167 mm dan lebar 140 mm, bodi

bagian atas belakang terbuat dari bahan triplek agar lebih ringan dan

mempermudah untuk peletakan komponen. Bagian rell garpu maju mundur

terbuat dari bahan siku almunium agar lebih ringan dan kuat dengan panjang 163

mm dan jarak antara rell kiri dan kana bagian dalam 103 mm, bagian luar 140

mm. Rell garpu naik turun terbuat dari bahan sikun almunium agar lebih ringan

dan kuat dengan ukuran tinggi 370 mm dan jarak antara rell kiri dan kanan

bagian dalam 68 mm, bagian luar 100 mm.

Garpu tebuat dari bahan siku almunium agar lebih ringan dan tidak bengkok

saat mengangkat barang dengan ukuran panjang 165 mm dan lebar 20 mm, jarak

antara garpu kiri dan kanan 50 mm. Bagian penggerak naik turun garpu dan maju

mundur garpu menggunakan baud panjang agar ketika garpu naik ke atas tidak

turun kembali saat motor penggerak berhenti berputar. Untuk peletakan sensor

ultrasonik dibuat dari bahan triplek agar lebih ringan dan stabil saat robot

bergerak. Ruang peletakan PCB berada pada bagian dalam robot dimana bagian

belakang robot dapat dibuka, ini berujuan untuk mempermudah dalam mengganti

3.3 Perancangan Rak

Pada tugas akhir ini perancangan rak tempat barang akan disimpan terbuat

dari bahan kayu agar lebih mudah membuatnya dan lebih hemat biaya. Rak

memiliki 3 baris dan 3 kolom yang artinya pada satu rak mampu menampung 9

barang dimana pada perancangan rak ini terdapat 4 buah rak dengan tinggi

masing-masing rak 400 mm, panjang 780 mm, dan lebar 100 mm seperti pada

gambar dibawah ini.

Gambar 3.3 Perancangan Rak

3.4Perancangan Perangkat Keras (Hardware)

Pada perancangan perangkat keras (hardware) prototype robot forklift ini,

dilakukan perancangan terhadap sistem kontrol elektronik yang meliputi

pembuatan rangkaian-rangkaian elektronik yang saling terintegrasi membentuk

suatu sistem kendali dengan tujuan mengendalikan sistem kerja prototype robot

3.4.1. Arduino Mega 2560

Penggunaan papan mikrokontroler arduino mega 2560 sebagai pusat kendali

yang menerima masukan dari perangkat input untuk kemudian mengeksekusi

perangkat output.

Gambar 3.4 Arduino Mega 2560

3.4.2. Rangkaian Photodioda dan Infrared

Pada Protoype robot forklift ini, penggunaan photodioda dan infrared

digunakan sebagai sensor untuk mendeteksi garis hitam sebagai jalur robot

bergerak. Berikut skematik rangkaian Infrared dan photodioda.

3.4.3. Rangkaian Komparator

Komparator yang digunakan pada perancangan prototype robot forklift ini

adalah IC lm339 yang berfungsi untuk menghasilkan output sinyal digital dari

output photodioda. Pada dasarnya jika Vin > Vref (tegangan output photodioda)

maka Vo = 1 (5V) atau Vo = VDD dan jika Vin < Vref (tegangan output

photodioda) maka Vo = 0 (0V) atau Vo = VEE. Pada perancangan robot ini

digunakan dua buah komparator IC lm339 dan penggunaan LED pada

komparator ini sebagai indikator output dari komparator jika output berlogika 1

maka LED akan menyala dan jika output berlogika 0 maka LED akan padam.

berikut rangkaian komparator lm339.

Gambar 3.6 Rangkaian Komparator

Dari rangkaian di atas dimana Vo = VDD = 5V, Vref = tegangan RV, Vin =

tegangan photodioda, dan penguatan tegangan A pada IC LM339 ini 200000

maka.

��+= �

��+= 5 200000

��+= 25 ��

��− = �_�

��− = ₂₀₀₀₀₀−5

��− = − 25 ��

Jika Vref = 0 maka karakteristknya seperti gambar 3.7 berikut ini:

5V

-5V

VDD

VEE

Vo

Vin 25 µV

- 25 µV 0V

Gambar 3.7 Karakteristik komparator Vref = 0

Dan jika Vref = 4,58 V maka karakteristiknya seperti gambar 3.8 berikut ini:

5

VDD

VEE

Vo

Vin 4,58025 V 4,57975 V

4,58 V

Pada gambar di atas jika vin > 4,58025 V maka output dari komparator berlogika

1 atau 5 V dan jika Vin < 4,57975 maka output dari komparator berlogika 0 atau

0V . Jika di asumsikan Vref = 4,58 V dan Vin = 4,57 V maka penguatan

tegangan A yang terjadi adalah.

� = �(�_� − �_� )

� = �(4,58− 4,57)

� = �

(�_� − �_� )

� = 5

(4,58− 4,57)= 500 ���

3.4.4. Rangkaian Sensor Jarak Ultrasonik

Sensor jarak ultrasonik pada perancangan prototype robot forklift ini

digunakan sebagai pendeteksi rak yang kosong. Sensor ini akan mendeteksi rak

kosong jika jarak lebih dari rak isi dan mendeteksi rak isi kurang dari rak kosong.

Pada perancangan ini digunakan tiga bual sensor jarak ultrasonik dimana

ultrasonik 1 akan mendeteksi rak lantai 1, ultrasonik 2 akan mendeteksi rak lantai

2, dan ultrasonik 3 akan mendeteksi rak lantai 3.

3.4.5. Rangkaian Keypad

Dalam perancangan prototype robot forklif ini, digunakan keypad 4x4

yang digunakan sebagai komponen yang memfasilitasi operator/ user untuk

membererikan perintah tempat meyimpan barang pada robot dengan memasukan

kode rak melalui tombol-tombol pada keypad. Pembacaan input dari keypad 3x4

ini dilakukan dengan cara menggunkan proses scanning dimana setiap satu

tombol merupakan kombinasi antara jalur baris dan kolom.

Gambar 3.10 Rangkaian Keypad 4x4

3.4.6. Rangkaian Liquid Crystal Display (LCD)

Dalam perancangan prototype robot forklift pada tugas akhir ini,

digunakan Liquid Crystal Display (LCD) dengan jumlah karakter 16x2. Untuk

pengaturan tingkat kecerahan karakter pada LCD, dapat diakukan dengan cara

mengatur tegangan pada variabel resistor RV1. Mode pemrograman LCD dengan

Gambar 3.11 Rangkaian Liquid Crystal Display (LCD)

3.4.7. Rangkaian Light Dependent Resistor (LDR) Pendeteksi Warna Barang

Untuk mendeteksi warna digunakan LED sebagai pemancar cahaya dan

LDR sebagai penerima cahaya. LED akan memancarkan cahaya yang diarahkan

pada barang dihadapannya dimana cahaya tersebut akan terpantul dan diterima

oleh LDR kemudian di rubah kebesaran listrik. LDR dihubungkan dengan port

analog pada mikrokontroler PIN A8.

3.4.8. Rangkaian Driver Motor

Untuk menghubungkan motor dengan mikrokontroler digunakan IC

L293D sebagai driver motor. Hal ini dikarenakan arus yang keluar dari pin I/O

mikrokontroler memiliki arus rendah, sedangkan untuk menggerakan

bagian-bagian robot forklift ini dibutuhkan arus yang besar. Pada perancangan protype

robot forklift ini menggunakan 2 buah IC L293D karena 1 IC mengendalikan 2

motor dan pada perancangan ini terdapat 4 buah motor yang harus dikendalikan.

Gambar 3.13 Rangkaian driver motor

3.4.9. Rangkaian Limit Switch

Pada perancangan prototype robot forklift ini limit switch digunakan

sebagai pembatas gerakan garpuh. Limit switch depan digunakan untuk pembatas

saat garpuh bergerak maju, limit switch belakang digunakan untuk pembatas saat

garpuh bergerak mundur, limit switch awal digunakan untuk pembatas garpuh

pada posisi paling bawah, limit switch lantai 1 digunakan untuk pembatas garpuh

saat bergerak naik ketika akan menyimpan barang pada rak lantai 1, limit switch

lantai 2 digunakan untuk pembatas garpuh saat bergerak naik ketika akan

pembatas garpuh saat bergerak naik ketika akan menyimpan barang pada rak

lantai 3.

Gambar 3.14. Rangkaian Limit Switch

3.5Perancangan Perangkat Lunak (Software)

Perancangan perangkat lunak (software) bertujuan untuk menentukan setiap

alur eksekusi dari prototype robot forklift yang dirancang. Setiap masukan yang

diterima akan diatur oleh perangkat lunak yang selanjutnya akan diproses untuk

menentukan eksekusi pada bagian keluaran. Berikut adalah alur kinerja

(flowchart) dari sistem yang akan dirancang.

Start · Sensor ultra sonic = input · Kepad = input

Pada gambar 3.15 merupakan diagram alir awal pada sistem prototype robot

forklift. Pada awal inisialisai komponen-komponen yang digunakan seperti LCD,

sensor ultrasonik, keypad, motor, sensor garis , sensor warna dan switch

MAN/AUTO. Kemudian akan di tentukan fungsi dari setiap komponen seperti

LCD dan motor akan berfungsi sebagai output, komponen lainnya seperti sensor

ultrasonik, keypad, sensor garis, sensor warna dan switch MAN/AUTO sebagai

Switch Manual

Sensor Kiri / Sensor Kanan Mendeteksi Garis

C

Sensor Kiri / Sensor Kanan Mendeteksi

Sensor Kiri / Sensor Kanan Mendeteksi Sensor Kiri / Sensor

Kanan Mendeteksi

Gambar 3.16 _{Diagram Robot Bekerja Secara Manual}

Pada Gambar 3.16 merupakan diagram alir prototype robot forklift pada

mode manual. Pertama cek apakah switch MAN/AUTO pada posisi manual, Jika

tidak maka ke mode otomatis, jika ya maka mikrokontroler akan menunggu

mikrokontroler akan menampilkan kode rak pada LCD, kemudian cek apakah

kode sama dengan kode rak, Jika tidak maka software reset, jika ya maka lakukan

proses pengambilan barang.

Setelah proses tadi selesai maka robot bergerak mundur lurus, jika semua

sensor mendeteksi garis maka robot diam 1 detik lalu maju 2 detik kemudian

robot putar kiri atau kanan sesuai rak yang di tuju, jika tidak robot tetap mundur

lurus. Kemudian selama robot putar kiri atau kanan, cek sensor kiri atau kanan

jika sensor kiri atau kanan tidak mendeteksi garis robot tetap balik kiri atau kanan.

jika sensor kiri atau kanan mendeteksi garis maka lakukan proses robot berjalan

mengikuti garis. Cek apakah counter sesuai, apabila counter sesuai dengan rak

yang dituju maka robot akan putar kiri atau kanan sesuai rak yang dituju sampai

sensor kanan atau kiri mendeteksi garis. Jika sensor kiri atau kanan mendeteksi

garis maka lakukan proses robot berjalan mengikuti garis. Cek apakah counter

sesuai? apabila counter sesuai dengan rak yang dituju maka robot akan putar kiri

atau kanan sesuai rak yang dituju sampai sensor kanan atau kiri mendeteksi garis.

Jika barang akan disimpan pada rak lantai 3 maka motor penggerak garpuh naik

bergerak sampai limit switch 3 aktif kemudian robot melakukan proses maju

mengikuti garis sampai counter sesuai, Jika barang akan disimpan pada rak lantai

2 maka motor penggerak garpuh naik bergerak sampai limit switch 2 aktif

kemudian robot melakukan proses maju mengikuti garis sampai counter sesuai,

jika barang akan disimpan pada rak lantai satu maka robot langsung melakukan

proses maju mengikuti garis sampai counter sesuai. Jika counter sesuai maka

robot berhenti kemudian motor penggerak garpuh maju bergerak sampai limit

penggerak garpuh mundur bergerak sampai limit switch belakang aktif kemudian

motor penggerak garpuh turun bergerak sampai limit switch bawah aktif.

Setelah meletakan barang robot akan mundur lurus, jika semua sensor

garis tidak mendeteksi garis maka robot tetap mundur lurus, jika semua sensor

garis mendeteksi garis maka robot diam 1 detik lalu maju 2 detik kemudian putar

kiri atau kanan tergantung rak yang telah dituju sampai sensor kiri atau kanan

mendeteksi garis. Kemudian robot melakukan proses maju mengikuti garis. Cek

apakah counter sesuai? jika tidak robot tetap melakukan proses maju mengikuti

garis, jika ya maka robot akan balik kiri atau kanan sesuai rak yang telah dituju

sampai sensor garis kiri atau kanan mendeteksi garis kemudian robot akan

melakukan proses maju mengikuti garis. Cek apakah counter sesuai, jika tidak

robot tetap melakukan proses maju mengikuti garis, jika ya maka robot akan putar

kiri atau kanan sesuai rak yang telah dituju sampai sensor garis kiri atau kanan

mendeteksi garis kemudian robot akan melakukan proses maju mengikuti garis.

Lalu Cek apakah counter sesuai, jika tidak robot tetap melakukan proses maju

Switch

Sensor Kiri / Sensor Kanan Mendeteksi Garis

Sensor Kiri / Sensor Kanan Mendeteksi Garis

LCD Putih ADC < 170

Tampil

Lantai 1 kosong Lantai 2 kosong Lantai 3 Kosong

D

Sensor Kiri / Sensor Kanan Mendeteksi

Sensor Kiri / Sensor Kanan Mendeteksi Sensor Kiri / Sensor

Kanan Mendeteksi

Gambar 3.17 Diagram Alir Prototype Robot Forklift pada Mode Otomatis

Pada gambar 3.17 merupakan diagram alir prototype robot forklift pada

mode otomatis. Pertama cek apakah switch MAN/AUTO pada posisi otomatis,

Jika tidak maka mode manual, jika ya maka robot melakukan proses pengambilan

barang, kemudian cek apakah nilai ADC <170, Jika ya maka tampil LCD “Putih”,

jika tidak maka cek apakah nilai ADC >170<300, Jika ya maka tampil LCD

“Merah”, jika tidak maka cek apakah nilai ADC >300<400, Jika ya maka tampil

LCD “Hitam”, jika tidak maka cek apakah nilai ADC >400<700, Jika ya maka

tampil LCD “Biru”, jika tidak maka artinya warna tidak terdeteksi software reset.

Kemudian jika warna barang telah terdeteksi maka robot bergerak mundur

lurus, jika semua sensor mendeteksi garis maka robot diam 1 detik lalu maju 2

detik kemudian putar kiri atau kanan sesuai rak yang di tuju, jika tidak robot tetap

mundur lurus. Kemudian selama robot balik kiri atau kanan, cek sensor kiri atau

kanan jika sensor kiri atau kanan tidak mendeteksi garis robot tetap putar kiri atau

kanan. jika sensor kiri atau kanan mendeteksi garis maka lakukan proses robot

berjalan mengikuti garis. Cek apakah counter sesuai, apabila counter sesuai

dengan rak yang dituju maka robot akan putar kiri atau kanan sesuai rak yang

dituju sampai sensor kanan atau kiri mendeteksi garis. Jika sensor kiri atau kanan

mendeteksi garis maka lakukan proses robot berjalan mengikuti garis sambil

melakukan pengecekan kodisi rak. Jika terdeteksi rak kosong maka robot akan

putar kiri sampai sensor kanan atau kiri mendeteksi garis. Jika barang akan

disimpan pada rak lantai 3 maka motor penggerak garpuh naik bergerak sampai

limit switch 3 aktif kemudian robot melakukan proses maju mengikuti garis

sampai counter sesuai, Jika barang akan disimpan pada rak lantai 2 maka motor

penggerak garpuh naik bergerak sampai limit switch 2 aktif kemudian robot

melakukan proses maju mengikuti garis sampai counter sesuai, jika barang akan

disimpan pada rak lantai satu maka robot langsung melakukan proses maju

kemudian motor penggerak garpuh maju bergerak sampai limit switch depan aktif,

motor penggerak garpuh turun aktif selama 2 detik, lalu motor penggerak garpuh

mundur bergerak sampai limit switch belakang aktif kemudian motor penggerak

garpuh turun bergerak sampai limit switch bawah aktif.

Setelah meletakan barang robot akan mundur lurus, jika semua sensor

garis tidak mendeteksi garis maka robot tetap mundur lurus, jika semua sensor

garis mendeteksi garis maka robot diam 1 detik lalu maju 2 detik kemudian putar

kiri atau kanan tergantung rak yang telah dituju sampai sensor kiri atau kanan

mendeteksi garis. Kemudian robot melakukan proses maju mengikuti garis. Cek

apakah counter sesuai, jika tidak robot tetap melakukan proses maju mengikuti

garis, jika ya maka robot akan putar kiri atau kanan sesuai rak yang telah dituju

sampai sensor garis kiri atau kanan mendeteksi garis kemudian robot akan

melakukan proses maju mengikuti garis. Cek apakah counter sesuai? jika tidak

robot tetap melakukan proses maju mengikuti garis, jika ya maka robot akan putar

kiri atau kanan sesuai rak yang telah dituju sampai sensor garis kiri atau kanan

mendeteksi garis kemudian robot akan melakukan proses maju mengikuti garis.

Lalu Cek apakah counter sesuai, jika tidak robot tetap melakukan proses maju

62

PENGUJIAN DAN ANALISIS

Pada bab ini akan diuraikan mengenai proses pengujian dari sistem yang

dirancang. Dimana pengujian yang dilakukan meliputi pengukuran terhadap

parameter-parameter komponen input/masukan, proses dan output/keluaran yang

terdapat dalam sistem yang dirancang yang kemudian dilanjutkan dengan

menganalisis hasil-hasil pengukuran tersebut. Hal ini bertujuan untuk melihat

sistem yang dirancang berjalan sesuai dengan yang dirancang.

4.1.Pengujian dan Analisis Infrared dan Photodioda Pendeteksi Garis

Pengujian infrared dan photodioda pendeteksi garis ini bertujuan untuk

mendapatkan nilai output photodioda saat menerima cahaya infrared melalui

pantulan oleh garis lintasan warna hitam atau putih, dan mendapatkan nilai

referensi yang dibutuhkan sebagai nilai perbandingan rangkaian komparator

sehingga diharapkan mampu memperoleh nilai keluaran komparator sebagai

masukan bagi mikrokontroler. Berikut setup pengukuran tegangan referensi,

tegangan masukan dan tegangan keluaran IC LM339.

Vref

Vin

Volt Meter

Volt Meter LM339 Volt Meter

Vout

Gambar 4.1. Setup Pengukuran Tegangan Referensi,Tegangan Masukan

Keterangan:

Vref = tegangan keluaran trimpot

Vin = tegangan keluaran photodioda.

Hasil dari setup pengukuran pada gambar 4.1 ditunjukan pada tabel 4.1 berikut.

Tabel 4.1 Pengukuran Tegangan Pendeteksian Garis Lintasan

Pendeteksi garis

Tegangan Referensi

(Volt)

Tegangan Input (Volt) Tegangan Output(Volt) Vi1 Vi2 Garis tidak

Vi1 : tegangan input ketika mendeteksi warna putih

Vi2 : tegangan input ketika mendeteksi warna hitam

Vo1 : tegangan output ketika mendeteksi warna putih

Vo2 : tegangan output ketika mendeteksi warna hitam

Analisis table 4.1 :

Cara kerja dari pendeteksi garis dalam perancangan ini adalah jika nilai

referensi (Vref) lebih besar dari nilai keluaran photodioda (Vin) maka tegangan

keluaran ICLM339 berlogika “1” atau garis hitam terdeteksi dan jika nilai

referensi (Vref) lebih kecil dari nilai keluaran photodioda (Vin) maka tegangan

keluaran ICLM339 berlogika “0” atau garis hitam tidak terdeteksi. dari data hasil