PROTOTIPE PENGEREMAN MOTOR DC SECARA OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN REM CAKRAM (DISC BRAKE) BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 328

PROTOTIPE PENGEREMAN MOTOR DC SECARA OTOMATIS

DENGAN MENGGUNAKAN REM CAKRAM (DISC BRAKE₎

BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 328

(Skripsi)

Oleh

FEGI IRVAN ADHITIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

ABSTRAK

PROTOTIPE PENGEREMAN MOTOR DC SECARA OTOMATIS

DENGAN MENGGUNAKAN REM CAKRAM (DISC BRAKE₎

BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 328

Oleh

Fegi Irvan Adhitia

Penelitian ini bertujuan untuk merancang prototipe pengereman otomatis pada motor dc secara mekanis yang dapat melakuakan pengereman pada laju putar motor dengan menggunakan rem cakram (disk brake) yang dikopel pada motor dc sehingga dapat menjadi acuan pada pengereman mobil listrik.

Otomatisasi pengereman motor dc secara mekanis mengunakan sensor ultrasonik sebagai sensor pembacaan pada jarak benda pantul, hasil pembacaan jarak benda pantul pada ultrasonik menjadi acuan sudut tekan tuas pada rem cakram, dimana penentuan sudut dihasilkan dari hasil uji coba. Penekanan tuas rem cakram sesuai dengan pembacaan jarak benda pantul dan nilai seting pada putaran motor servo. Jarak maksimal dari pembacaan jarak pada sensor ultrasonik adalah 300 cm. Ketika pada jarak 100 cm, suplai pada motor dc akan diputus guna menjaga motor dc dari kerusakan akibat arus berlebih.

Hasil penelitian ini adalah motor mampu berhenti secara bertahap dari jarak 300 cm sampai 100 cm ketika sensor membaca suatu benda. Sudut servo terbaik untuk pengereman secara sempurna diperlukan daya 10,429 watt pada sudut untuk menghentikan laju putar motor dc secara sempurna.

PROTOTIPE PENGEREMAN MOTOR DC SECARA OTOMATIS

DENGAN MENGGUNAKAN REM CAKRAM (DISC BRAKE₎

BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 328

Oleh

FEGI IRVAN ADHITIA

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

RIWAYAT HIDUP

Penulis adalah anak ketiga dari empat bersaudara yang di

lahirkan dari pasangan Bapak Hi. Idrus Jamal dan Hj.

Lola zera, S.Pd. Penulis dilahirkan di Kotabumi,

Lampung pada 31 Januari 1991. Pendidikan formal

penulis dimulai di SDN 4 Kotabumi pada tahun 1996

dan selesai pada tahun 2002. Pendidikan menengah

pertama di SLTPN 7 Kotabumi diselesaikan pada tahun

2005, dan Sekolah Menengah Atas di SMAN 3 Kotabumi diselesaikan pada tahun

2008.

Pada tahun 2008, Penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur Ujian Mandiri (UM). Selama

menjadi mahasiswa, Penulis aktif dalam organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik

Elektro (HIMATRO) sebagai Anggota Departemen Pendidikan dan Pengkaderan

pada tahun 2010-2011. Pada semester 5 penulis memilih konsentrasi Sistem

Energi Elektrik (SEE) sebagai fokus dalam perkuliahan dan penelitian. Pada bulan

September tahun 2011, penulis melaksanakan kerja praktek di PT. GUNUNG

MADU PLANTATIONS. Pada saat kerja praktek penulis membuat laporan

tentang “Proteksi Generator Unit IV Dengan Menggunakan Overcurrent Relay

DENGAN KERENDAHAN HATI YANG

TULUS

KUPERSEMBAHKAN SEBUAH KARYA INI

UNTUK :

papa dan Mama TERCINTA;

Hi. IDRUS JAMAL

&

Hj. LOLA ZERA, S.Pd.

KAKAK - KAKAKKU TERSAYANG;

Ferie irza irawan, s.sI., m.h.

Feby rendhi habibi, s.sOs.

ADIK - ADIKKU TERSAYANG;

MOTO

KEMENANGAN KITA YANG PALING BESAR

BUKANLAH KARENA KITA TIDAK

PERNAH JATUH, MELAINKAN KARENA KITA

BANGKIT SETIAP KALI KITA JATUH

–

CONFUSE-

SAYA CIPTAKAN HIDUP SAYA DENGAN

MELANGKAH KELUAR DARI BATASAN-BATASAN

YANG DI BERIKAN ORANG LAIN.

(OPRAH WINFREY)

HIDUP ADALAH KETIDAKPASTAIAN, TIDAK TAHU

APA YANG AKAN TERJADI DAN BAGAI MANA

TERJADI. KITA HANYA BISA MENDUGA. KITA

MUNGKIN SALAH MELANGKAH, TAPI KITA HARUS

TETAP MELANGKAH DALAM GELAP.

SANWACANA

Assalammu’alaikum Wr . Wb

Puji syukur saya panjatkan kepada Sang sutradara alam ini Allah SWT, karena

berkat rahmat dan berkah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Sholawat serta salam senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW sang

penutup Nabi dan Rasul, kepada keluarga, sahabat dan pengikutnya yang

senantiasa setia sampai akhir zaman.

Skripsi yang berjudul “ PROTOTIPE PENGEREMAN MOTOR DC SECARA OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN REM CAKRAM (DISC BRAKE_{) BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 328} “ sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik

Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.

Selama proses pengerjaan skripsi ini, tak lupa penulis sampaikan penghargaan dan

rasa terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi dan menyusun laporan ini sehingga dapat terselesaikan

1. Kedua Orang tua saya, Ayahanda Hi. Idrus Jamal dan Ibunda Hj. Lola Zera,

S.Pd., yang senantiasa memberikan doa, serta dukungannya.

2. Ibu Dr. Lusmeilia Anggraini, D.E.A. selaku Dekan Fakultas Teknik

3. Bapak Agus Trisanto, Ph.D. selaku ketua jurusan Teknik Elektro Universitas

Lampung sekaligus sebagai Dosen Pembimbing pendamping Tugas Akhir.

4. Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T. selaku Dosen Pembimbing Utama Tugas

Akhir

5. Bapak Dr. Eng. Endah Komala sari,M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir

6. Bapak serta Ibu dosen Jurusan Teknik Elektro atas didikkan, bimbingan, serta

ilmu pengetahuan yang telah diberikan.

7. Mbak Ning dan jajaran staf administrasi Jurusan Teknik Elektro Universitas

Lampung.

8. Saudara-saudara kandungku tersayang Kyai Ija, Abang Eno, dan Adek Fesa.

9. Istriku Ayoi Elvira Putri yang mampu hadir dikala susah dan senang.

10. Anakku Laisa Atha Faiqa kehadiranmu menjadi nyawa baru untukku

11.Teman - teman 2008 yang sudah terlebih dahulu mendapatkan gelar sarjana,

Sigit, Bambang, Rizky, Indra, Giri, Edo, Tuntas, Rudi, Fardinan, Adi, Ridolf,

Insan, Ade, komet, marta, koko, yogi, giri, bambang, yudi, dll terima kasih

atas semangat yang kalian tularkan.

12. Kawan-kawan pelangi, Matul Anak Soleh, Kakek Aferdi, Nora gondrong, Aris

Gemoul, Kyai Marwanto, Arif Sutarif, Taufik Helm, Olil Tengil, Uli Nol, dan Abi

Admin.

13.Temen-temen Jurusan Teknik Elektro khususnya angkatan 2008 yang sangat

14.Serta pihak-pihak yang yang telah membatu.

15.Almamater tercinta, atas kisah hidup yang penulis dapatkan semasa kuliah.

Semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat dan hidayah-Nya, serta

mencatat kebaikan kita menjadi suatu nilai ibadah, Amin.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidak terlepas dari kesalahan dan jauh dari

kesempurnaan, oleh karena itu masukan serta saran dan kritik yang membangun

sangat penulis harapkan demi perbaikan dimasa yang akan datang. Akhirnya,

semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Bandar lampung, April 2015

Penulis

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Motor dc sederhana ... 7

2.2 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor ... 9

2.3 Reaksi garis fluks ... 10

2.4 Prinsip kerja motor dc ... 11

2.5 Kurva torsi dan kecepatan ... 12

2.6 Grafik torsi dan kecepatan dengan luas daerah persegi ... 13

2.7 Sistem Kontrol Berumpan Maju ... 15

2.8 PDIP ATmega 328 P ... 16

2.9 Sensor Ultrasonik SRF04 ... 17

2.10 Pin Pada Sensor Ultrasonik SRF04 ... 18

2.11 Sinyal Pulsa Pada Sensor Ultrasonik SRF04 ... 18

2.12 Rem Cakram (DiscBrake) ... 19

2.14 Master Rem ... 19

2.15 Selang ... 20

2.16 Kaliper Rem ... 21

2.17 Kanvas Rem ... 21

vi

3.1 Blok Diagram Rangkaian Pengendali Motor DC... 27

3.2 Diagram Alir Prinsip Kerja Alat ... 29

3.3 Rangkaian skematik ... 32

3.4 Rancang alat sistem pengereman mekanik motor dc ... 33

3.5 Desain servo pengereman pada master rem cakram ... 34

3.6 Desain kopel rem cakram pada motor dc ... 35

3.7 Diagram Alir Penelitian ... 36

4.1 Komunikasi sensor ultrasonik ping ... 39

4.2 Rangkaian regulator ... 40

4.3 Rangkaian otomatisasi pengereman secara mekanis... 42

4.4 Grafik pengukuran jarak dengan sensor ultrasonik ping... 46

4.5 Pembacaan jarak terhadap papan kayu ... 47

4.6 Motor direct current ... 48

4.7 Beban motor penelitian ... 49

4.8 Pengujian rangkaian regulator... 50

4.9 Pengujian rangkaian secara keseluruhan ... 53

4.10 Grafik pengujian data servo ... 56

4.11 Tuas servo rem cakram ... 57

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

3.1 Keterangan Gambar 3.2 ... 31

3.2 Keterangan Gambar 3.4 ... 34

4.1 Data Hasil Pengujian Sensor Ultrasonik ... 45

4.2 Data Perbandingan Nilai Kecepatan Putar ... 49

4.3 Pengujian Alat Dengan Menggunakan Beban 1 Kg ... 54

DAFTAR ISI

iii

3. Kaliper Rem ... 21

4. Kampas Rem ... 21

5. Piringan (Disc) ... 22

BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian ... 23

B. Alat dan Bahan ... 23

C. Langkah-langkah Kerja Perancangan ... 24

D. Spesifikasi Alat ... 26

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Realisasi Perangkat Keras dan Pengujian ... 38

1. Spesifikasi Perangkat Keras ... 38

2. Sensor Jarak ... 39

3. Rangkaian Regulator ... 40

4. Rangkaian Otomatisasi Pengereman Secara Mekanis ... 41

B. Pengujian Perangkat Keras ... 43

1. Pengujian Sensor Jarak ... 43

2. Motor DirectCurrent (DC) ... 47

3. Pengujian Rangkaian Regulator ... 50

4. Pengujian Rangkaian Pengereman Otomatis Motor DC ... 51

5. Pengujian Perangkat Keras Secara Keseluruhan... 52

C. Perangkat Lunak ... 57

iv

D. Analisa Sistem Pengereman ... 59

1. Data Supply Penelitian ... 60 2. Data Pengereman ... 61

BAB V SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan ... 63

B. Saran ... 63

DAFTAR PUSTAKA

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Tingginya angka kecelakaan di Indonesia sering sekali menjadi topik pembicaraan

yang beredar di kalangan masyarakat umum. Salah satu kecelakaan yang sering

terjadi diantaranya kecelakaan mobil. Dari beberapa kejadian yang pernah terjadi,

rata-rata kecelakaan terjadi karena kurang konsentrasinya pengemudi dalam

mengendarai mobilnya.

Perlu adanya sistem otomatis yang harus bekerja ketika terjadi kelalaian pada

pengemudi. Sistem yang mampu berjalan tanpa bantuan manusia dan sistem yang

mampu menggantikan kinerja manusia adalah salah satu solusi mengurangi

terjadinya kecelakan pada lalu lintas. Sistem kontrol otomatis yang mampu

menghentikan laju mobil adalah salah satu metode yang dapat diterapkan pada

mobil, yang bermanfaat dalam mengurangi angka kecelakaan di Indonesia.

Rancang bangun sistem pengereman otomatis pada Motor DC menggunakan

Atmega 328 adalah salah satu langkah yang dapat membuat terealisasi sistem

2

mendeteksi jarak mobil dengan benda yang ada didepannya. Pada jarak dan

kecepatan yang telah diseting, mobil akan mengerem dengan sempurna dan mesin

akan dimatikan untuk mencegah kerusakan pada motor. Prototipe mobil ini

menggunakan sensor jarak Ultra Sonik (Uson) yang mempunyai prinsip kerja

dengan membaca gelombang pantul yang dipantulkan dari benda yang ada di

depannya. Sensor akan membaca jarak benda yang ada didepannya, sehingga

dapat memberikan perintah untuk berhenti secara bertahap sesuai pengaturan dari

program yang telah di instruksikan oleh mikrokontroller.

B. Tujuan

Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk merancang sebuah sistem kendali

otomatis pada motor dc secara mekanis yang dapat melakukan pengereman pada

laju motor dengan menggunakan rem cakram (disk brake) yang di kopel pada motor dc. Sebagai prototipe pengereman pada mobil listrik.

C. Perumusan Masalah

Mengacu pada permasalahan yang ada maka perumusan perancangan ini

difokuskan pada aspek berikut:

1. Bagaimana membuat sistem kontrol Motor DC dengan menggunakan

3

2. Bagaimana merancang sistem pengereman dengan menggunakan

mikrokontroler.

3. Bagaimana membuat pengeremen motor secara mekanik pada motor dc.

4. Bagaimana merancang sistem pengereman mekanik dengan menggunakan

sensor ultrasonik.

5. Bagaimana membuat program yang mampu membaca jarak untuk

mengendalikan Motor DC.

6. Bagaimana mengkonfigurasikan mikrokontroler dengan master rem cakram.

D. Batasan Masalah

Dalam perancangan dan implementasi sistem pengereman pada motor dc dibatasi

pada hal-hal berikut:

1. Motor dc yang digunakan adalah Motor DC dengan tipe DL 10210 A yang

berjumlah 1 unit.

2. Sensor yang digunakan adalah sensor Ultra Sonik.

3. Penulisan program menggunakan Arduino

4. Mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega 328

5. Hanya mendeteksi jarak pengereman otomatis motor dc dengan

4

E. Manfaat

Manfaat yang akan diperoleh dari perancangan dan implementasi sistem

pengereman pada motor dc yang diaplikasikan pada mobil adalah :

1. Dapat menghentikan laju kecepatan motor, sehingga motor dapat berhenti

dengan sempurna.

2. Dapat mengetahui posisi penghalang yang ada di depan dengan menggunakan

sensor ultrasonic, sehingga dapat memberi perintah terhadap motor untuk melakukan pengereman secara sempurna dengan cara pengereman mekanis.

3. Pada pengaplikasiannya dapat mengurangi angka kecelakaan pada mobil.

F. Hipotesis

Pengereman dapat dilakukan dengan adanya pembacaan sensor jarak pada benda

yang jaraknya berubah-ubah dengan mengirimkan informasi kepada

mikrokontroler, sehingga mikrokontroler dapat menentukan sudut putar pada

servo untuk menekan tuas rem cakram dan putaran motor dapat berhenti sesuai

5

G. Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan penulisan dan pemahaman mengenai materi tugas akhir ini,

maka tulisan akan dibagi menjadi lima bab, yaitu:

BAB I PENDAHULUAN

Memuat latar belakang, tujuan, perumusan masalah, batasan masalah,

manfaat, hipotesis, dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Berisi teori-teori yang mendukung dalam perancangan dan realisasi

sistem kendali pengereman padamotor dc.

BAB III METODE PENELITIAN

Berisi rancangan dan realisasi rangkaian sistem kendali, meliputi alat

dan bahan, langkah-langkah pengerjaan yang akan dilakukan,

penentuan spesifikasi rangkaian, blok diagram rangkaian, cara

kerjanya, dan penjelasan masing-masing bagian blok diagram.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Menjelaskan prosedur pengujian, hasil pengujian dan analisis.

BAB V SIMPULAN DAN SARAN

Memuat simpulan yang diperoleh dari pembuatan dan pengujian alat,

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Motor DC (Direct Current₎

1. Motor DC

Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik

menjadi energi mekanik. Motor dc atau sering disebut motor arus searah lebih

sering digunakan untuk keperluan yang membutuhkan pengaturan kecepatan

dibandingkan dengan mesin ac. Alasan utama penggunaan mesin dc terutama

pada industri-industri modern adalah karena kecepatan kerja motor-motor dc

mudah diatur dalam suatu rentang kecepatan yang luas, disamping banyaknya

metode-metode pengaturan kecepatan yang dapat digunakan[1].

Motor dc sangat dikenal karena pemakaiannya yang beraneka ragam. Dengan

melakukan berbagai penggabungan lilitan medan yang diteral secara shunt, seri

maupun secara terpisah, dapat dirancang suatu motor yang dapat menampilkan

karakteristik volt-amper atau kecepatan-momen yang bermacam-macam untuk

penggunaan dinamik maupun keadaan tetap (ajek). Karena mudah diatur, sistem

motor dc sering digunakan pada pemakaian yang memerlukan rentan kecepatan

7

Motor dc memerlukan suplai tegangan searah pada kumparan medan untuk diubah

menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian

yang tidak berputar), dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar).

Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar didalam medan magnet, maka akan

timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran.

Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik fasa tegangan dari gelombang

yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, maka dengan

memberikan beda tegangan pada kedua terminal tersebut, motor akan berputar

pada satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik maka arah putaran

motor akan terbalik pula. Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua

terminal menentukan arah putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan

pada kedua terminal menentukan kecepatan motor[1].

Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar

bebas di antara kutub-kutub magnet permanen. Motor dc merupakan jenis motor

yang menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya.

8

Catu tegangan dc dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh

komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu

lilitan pada gambar di atas disebut angker dinamo atau biasa disebut rotor. Angker

dinamo adalah sebutan untuk komponen yang berputar di antara medan magnet.

Berikut bagian-bagian utama pada motor dc :

a. Kutub medan

Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan

menyebabkan perputaran pada motor dc. Motor dc memiliki kutub medan

yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara

kutub medan. Motor dc sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara

dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan

diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar

atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet

menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur

medan.

b. Dinamo

Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi

elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as

penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor dc yang kecil,

dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub,

sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi,

9

c. Komutator.

Komponen ini terutama ditemukan dalam motor dc. Kegunaannya adalah

untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Komutator juga

membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya[1].

2. Prinsip dasar kerja motor dc

Jika arus lewat pada suatu konduktor, akan timbul medan magnet di sekitar

konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor.

Gambar 2.2 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor[3]

Aturan genggaman tangan kanan bisa digunakan untuk menentukan arah garis

fluks di sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan

jempol mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari akan menunjukkan arah

garis fluks. Gambar 2.2 nomor 2 menunjukkan medan magnet yang terbentuk di

sekitar konduktor berubah arah karena berbentuk U. Medan magnet hanya terjadi

di sekitar sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada konduktor tersebut. 2

10

Jika konduktor berbentuk U (rotor) diletakkan di antara kutub utara dan selatan,

maka kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan magnet

kutub.

Gambar 2.3 reaksi garis fluks[3]

Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan

(looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B. Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada

kutub dan menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan

berusaha bergerak ke atas untuk keluar dari medan magnet . Medan konduktor B

yang berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan

menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha

untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya

tersebut akan membuat rotor berputar searah jarum jam.

Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan

menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah

tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun

sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet

11

juga berfungsi sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah

tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.4 Prinsip kerja motor dc[3]

Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka

tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan

reaksi. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan

maka menimbulkan perputaran pada motor[1].

Mekanisme kerja untuk motor dc:

1. Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya

2. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

3. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan.

4. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh

12

3. Karakteristik Motor DC

Karakteristik yang dimiliki suatu motor dc dapat digambarkan melalui kurva

daya dan kurva torsi/kecepatannya, dari kurva tersebut dapat dianalisa

batasan-batasan kerja dari motor serta daerah kerja optimum dari motor

tersebut.

Gambar 2.5 Kurva torsi dan kecepatan[ 5 ]

Dari gambar 2.5 di atas terlihat hubungan antara torsi dan kecepatan suatu motor

dc tertentu. Dari grafik terlihat bahwa torsi berbanding terbalik dengan kecepatan

putaran. Dengan kata lain terdapat tradeoff antara besar torsi yang dihasilkan motor dengan kecepatan putaran motor.

Dua karakteristik penting terlihat dari grafik yaitu:

1. Stall torque, menunjukkan titik pada grafik dimana torsi maksimum tetapi tidak ada putaran pada motor.

13

Analisa terhadap grafik dilakukan dengan menghubungkan kedua titik tersebut

dengan sebuah garis, dimana persamaan garis tersebut dapat di tulis di dalam

fungsi torsi atau kecepatan sudut[ 4 ].

...(2.1)

...(2.2) ...(2.3)

...(2.4)

Dengan memasukan persamaan torsi dan kecepatan kedalam persamaan daya di

peroleh[ 4 ].

...(2.3)

...(2.4)

Dari persamaan daya terlihat bahwa daya merupakan perkalian antara torsi dan

kecepatan sudut. Dimana di dalam grafik ditunjukkan oleh luas daerah persegi di

bawah kurva torsi dan kecepatan[ 4 ].

14

B. Sistem Kontrol

Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun pengendalian terhadap satu atau

beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau

dalam suatu rangkuman harga (range) tertentu. Pada buku dengan judul Teknik Sistem Control, sistem kontrol adalah suatu sistem yang membuat agar keluaran (output) sistem sesuai dengan rencana yang diharapkan.

Dalam penggunaannya harus ada benda atau sistem yang dikendalikannya, yang

merupakan sistem fisis, yang bisa disebut dengan kendali (plant). Masukan dan keluaran merupakan variabel atau besaran fisis (satuan yang dapat diukur

nilainya). Keluaran merupakan hal yang dihasilkan oleh kendalian, artinya yang

dikendalikan. Sedangkan masukan adalah yang mempengaruhi kendalian, yang

mengatur keluaran. Kedua dimensi masukan dan keluaran tidak harus sama dalam

penentuan nilainya.

Dalam sistem kontrol ini, proses penentuan hasil keluarannya dapat menggunakan

metode umpan maju (feed forward)

Umpan maju (feed forward)

Apabila masukan proses yang dijadikan pedoman untuk menentukan tindakan

terhadap proses, misalnya temperature udara diluar terlampau tinggi, maka

15

Gambar 2.7 Sistem kontrol berumpan maju

C. Mikrokontroler ATmega 328

Mikrokontroler merupakan sebuah sistem mikroprosesor dimana di dalamnya

sudah terdapat Central Proccesssing Unit (CPU), Random Acess Memory (RAM),

Electrically Erasable Programmable Read Only Memori (EEPROM), I/O, Timer

dan peralatan internal lainnya yang sudah saling terhubung terorganisasi dengan

baik oleh pabrik pembuatnya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai. Umumnya mikrokontroler memiliki instruksi manipulasi bit, akses ke I/O secara

langsung sertaproses interupsi yang cepat dan efisien. Penggunaan mikrokontroler

sudah banyak ditemui dalam berbagai peralatan elektronik, seperti telepon digital,

microwave oven, televisi, dan lain-lain. Mikrokontroller juga dapat digunakan untuk berbagai aplikasi dalam industri seperti: sistem kendali, otomasi, dan

lain-lain.

Output

Controller Plant

16

Konfigurasi pin mikrokontroller ATmega 328 adalah sebagai berikut:

Gambar 2.8 PDIP ATmega 328 P[6]

Untuk melihat konfigurasi ATmega 328 dapat dilihat pada gambar 2.8 yang

merupakan tampilan nama pin dari ATmega 328.

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

b. GND merupakan pin untuk Ground.

c. Port B (PB0:PB7) XTAL1/ XTAL 2/TOSC1/TOSC2 merupakan port I/O

dengan internal pull-up resistor. Untuk XTAL digunakan sebagai pin

external clock.

d. Port C (PC0:PC6) merupakan pin I/O dan merupakan pin masukan ADC.

Terdapat juga pin RESET yang digunakan untuk mengembalikan kondisi mikrokontroller seperti semula.

e. Port D (PD0:PD7) merupakan pin I/O sinyal analog.

f. AVCC adalah pin masukan untuk tegangan ADC.

17

D. Sensor Ultrasonik SRF04

Sensor jarak SRF04 adalah sebuah device transmitter dan receiver ultrasonic dalam 1 package buatan Devantech yang dapat membaca jarak dengan prinsip sonar.

Gambar 2.9 Sensor ultrasonic SRF04[7]

Spesifikasi SRF04

Tegangan keja : 5V DC

Konsumsi arus : 30mA (max 50mA)

Frekuensi kerja : 40KHz

Jangkauan : 3cm - 300cm

Input trigger : 10us, level pulsa TTL

Dimensi : PxLxT (24 x 20 x 17) mm

18

Gambar 2.10 Pin pada sensor ultrasonikSRF04[7]

Gambar 2.11 Sinyal pulsa pada sensor ultrasonikSRF04[7]

Untuk mengaktifkan SRF04, mikrokontroler harus mengirimkan pulsa positif

minimal 10us melalui pin trigger, maka SRF04 akan mengeluarkan sinyal

ultrasonic sebesar 8 cycle dan selanjutnya SRF04 akan memberikan pulsa

100us-18ms pada outputnya tergantung pada informasi jarak pantulan objek yang

19

E. DISC BRAKE

Disc brake ( Rem cakram) adalah perangkat yang mampu memperlambat bahkan menghentikan laju kendaraan. Rem ini bekerja dengan cara saling bergesekannya

antara sepatu rem/kampas rem dengan piringan atau sebuah tromol.

Gambar 2.12 Rem Cakram (DiscBrake) [8]

Ada 5 komponen pada rem cakram yaitu:

1. Master Rem

Master rem ini berfungsi sebagai penekan minyak rem. karena sistem kerja dari

rem cakram adalah tekanan minyak rem terhadap kaliper rem.

20

Dalam master rem ini ada beberapa komponen yang menempel, yaitu :

- sebuah bak penampung minyak rem.

- kemudian handle sebagai penekan piston

- pegas sebagai memantul handle agar kembali ke posisi semula

- piston atau penekan.

alat ini lah yang berfungsi sebagai pembuka dan penutup lubang aliran minyak

rem yang ada di bak penampung.setelah membuka lubang kemudian piston ini

menekan minyak rem ke arah kaliper.

2. Selang

Selang ini berfungsi sebagai penyalur dari minyak rem yang mendapat

tekanan dari piston di kaliper.

21

3. Kaliper Rem

Gambar 2.15 Kaliper Rem[8]

Setelah minyak melalui selang kemudian berlanjut ke kaliper rem. Kaliper rem ini

ada batang penekan atau piston, fungsinya untuk menekan kampas rem atau

sepatu rem.

4. Kampas rem/sepatu rem

Tekanan berlanjut ke kampas rem.kampas biasanya terbuat dari campuran asbes

yang di bentuk sedemikian rupa sehingga bisa menghasilkan gesekan dan

cengraman yang sangat kuat terhadap piringan atau disc.

Di dalam sebuah kampas biasanya terdapat garis-garis atau alur. fungsinya untuk

mengurangi panas akibat gesekan selain itu juga sebagai tempat pembuangan

22

Gambar 2.16 Kanvas Rem[8]

5. Piringan (Disc₎

Tekanan dari kampas rem berlanjut di piringan cakram.karna kedua kampas rem

menjepit dengan kuat sebuah piringan cakram maka terjadilah gesekan yang

mampu memperlambat laju kendaraan

.

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Perancangan sistem dilakukan dari bulan Maret sampai Juni 2014, bertempat di

Laboratorium Terpadu Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro, Universitas

Lampung.

B. Alat dan Bahan

Peralatan yang digunakan pada perancangan ini adalah sebagai berikut:

1. 1 unit Laptop dengan spesifikasi Core i5 2.4Ghz Windows 7.

2. Perangkat lunak bahasa c

3. 1 unit electronic tools kit.

4. Multimeter digital.

5. 1 unit solder untuk realisasi rangkaian.

6. 1 unit Project Board.

Adapun bahan-bahan yang dibutuhkan untuk perancangan ini adalah:

1. 1 unit Motor dc.

24

3. 1 unit sensor Ultrasonic.

4. 1 unit rangkaian minimum Atmega 328

5. 1 unit rangkaian driver relay motor dc. 6. 1 unit LCD (Liquid Crystal Display.)

7. 1 unit downloader Arduinodengan komunikasi serial.

8. Komponen elektronika yang terdiri atas komponen resistor, kapasitor,

transistor, kristal dan rangkaian terpadu (intregated circuit atau IC).

9. PCB polos secukupnya.

10.Kabel secukupnya.

11.Papan triplek secukupnya.

C. Langkah-langkah Kerja Perancangan

Dalam perancangan sistem telemetri ini dilakukan langkah-langkah kerja sebagai

berikut :

1. Studi literatur

Studi literatur dilakukan untuk mendapatkan pengetahuan yang

mendukung tentang penulisan tugas akhir ini, antara lain :

a. Karakteristik Motor dc tipe DL 10210 A hubung seri. b. Sistem kontrol pada motor dc.

c. Bahasa pemrograman Arduino.

d. Karakteristik mikrokontroler Atmega 328.

e. Karakteristik Sensor Ultrasonik jenis SRF04.

25

g. Karakteristik komponen elektronika

Studi literatur dilakukan dengan cara mencari dan mempelajari

bahan-bahan ajar, internet, dan juga dari hasil penelitian sebelumnya yang

membahas tentang sistem ini.

2. Perancangan blok diagram rangkaian sistem kendali

merancangan blok diagram ini dilakukan agar mempermudah dalam

merealisasikan alat yang akan dibuat.

3. Implementasi rangkaian sistem kendali

Implementasi rangkaian dilakukan dengan tahapan-tahapan sebagai

berikut:

a. Menentukan rangkaian dari masing-masing blok diagram yang ada.

b. Memilih komponen yang sesuai untuk setiap rangkaian.

c. Merangkai dan melakukan pengujian terhadap rangkaian yang

telah dibuat pada masing-masing blok diagram.

d. Membuat program menggunakan bahasa C dan kemudian

memasukannya dalam sebuah mikrokontroler Atmega 328.

e. Menggabungkan rangkaian perblok yang telah diuji pada sebuah

papan percobaan (project board), melakukan pengujian ulang setelah dilakukan penggabungan rangkaian.

f. Merangkai semua rangkaian yang telah dibuat dan dinyatakan

berhasil ke dalam sebuah PCB.

4. Uji coba kontroler sistem kendali

Uji coba kontroler ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan

26

serta secara keseluruhan untuk menentukan tingkat keberhasilan kontroler

ini. Adapun hal-hal yang diuji cobakan sebagai berikut:

a. Merangkai sumber tegangan yang akan digunakan pada motor dc.

b. Merangkai sumber tegangan yang akan digunakan pada

mikrokontroler.

c. Kecepatan motor dengan tegangan paling maksimum dan

minimum

d. Kinerja sensor Ultrasonik, kinerja LCD, kinerja driver motor dc, kinerja Mikrokontroler ATmega 328.

e. Kinerja sinkronisasikecepatanmotor dc dengan sensor Ultrasonik.

f. Kinerja sistem secara keseluruhan.

5. Analisis dan kesimpulan

Analisis dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengujian sistem ini

baik perbagian maupun secara keseluruhan dengan nilai yang diharapkan

dari literatur yang ada.

6. Pembuatan laporan

Akhir dari tahap penelitian ini adalah pembuatan laporan dari semua

kegiatan penelitian yang telah dilakukan.

D. Spesifikasi Alat

Spesifikasi dari alat yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:

1. Motor dc

27

3. Driver motor dc yang disesuaiakan dengan spesifikasi motor. 4. Rangkaian regulator dengan output 5 Vdc.

5. Rangkaian minimum mikrokontroler Atmega 328.

6. Rangkaian minimum sensor ultrasonik.

7. Rangkaian minimum Liquid Crystal Display (LCD)

E. Desain Sistem

1. Perancangan Blok Diagram Sistem

Gambar 3.1 Blok diagram rangkaian pengendali motor dc

Penjelasan gambar 3.1, adalah sebagai berikut:

Ketika sistem pada kondisi on, maka motor dc akan berputar maksimum dengan tegangan masukannya 25 Vdc. Dengan menggunakan rangkaian driver motor dc maka motor dc dapat dikontrol oleh mikrokontroler. Pengontrolan ini

28

menggunakan sensor ultrasonik, dimana prinsip kerjanya adalah mampu membaca

gelombang ultrasonic suatu benda pantul. Gelombang ultrasonic adalah

gelombang dengan besar frekuensinya diatas frekuensi gelombang suara, yaitu

lebih dari 20KHz. Sensor ultrasonic terdiri dari rangkaian penerima ultrasonik

yang disebut receiver. Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancar kandari

transmitter ultrasonik. Sehingga ketika sinyal mengenai benda pantul, maka sinyal ini akan dipantulkan dan diterima oleh receiver ultrasonik.Pengukuran jarak yang dilakukan sensor ultrasonic akan disinkronkan dengan putaran motor dc

menggunakan mikrokontroler Atmega 328 yang telah diprogram dengan

menggunakan software Arduino. Akan tetapi jika jarak seting pada pengereman mekanik on atau sensor ultrasonic telah memberi sinyal pada mikrokontroler untuk menjalankan pengereman mekanik, maka secara otomatis mikrokontroler

member sinyal pada driver motor untuk menggerakan motor penggerak rem mekanis untuk mengerakkan rem cakram agar motor dihentikan secara sempurna

dengan menggunakan pengereman mekanis. Sistem pengereman otomatis ini

sangat tepat sekali ketika harus diaplikasikan pada sistem pengereman otomatis

pada mobil listrik dalam memberikan kenyamanan dan keamanan pengemudi,

serta dapat mengurangi angka kecelakaan dijalan raya yang diakibatkan oleh

pengemudi yang mengantuk.

Untuk mempermudah dalam perancangan, maka rangkaian dipisahkan

berdasarkan fungsinya. Berikut ini adalah diagram aliran kerja alat, blok diagram

29

2. Diagram Alir Prinsip Kerja Alat

30

31

Tabel 3.1 Keterangan gambar 3.2

Diagram alir keterangan

Mulai Semua sistem di hubungkan pada power supply

Sensor jarak Mulai memancarkan gelombang ultasonik

Baca jarak (d) Sensor ping membaca jarak pantul pada benda motor berhenti secara sempurna

32

3. Rangkaian Skematik

Gambar 3.3 Rangkaian Skematik

Prinsip kerja dari gambar 3.3. adalah ketika sensor ultrasonik mendeteksi adanya

benda yang berada di depannya, maka dengan mikrokontroler sinyal yang dikirim

oleh sensor ultrasonik akan dikofigurasikan ke putaran motor, sehingga ketika

jarak benda yang terdeteksi semakin dekat, maka motor dc tersebut akan

melambat. Akan tetapi jika jarak seting pada sensor telah on, maka sensor

ultrasonik akan mengirim sinyal pada mikrokontroler agar menjalankan

pengereman mekanik untuk menghentikan motor secara sempurna. Dengan batas

maksimum pembacaan jarak dari sensor ultrasonic adalah 3 meter. maka akan

digunakan 10 tahap pengereman yang akan difungsikan. Pada kondisi 100 cm

33

pantul pada sensor ultrasonik akan ditampilkan. Sehingga mempermudah

mengetahui berapa nilai jarak terdeteksi.

Gambar 3.4. Rancang alat sistem pengereman mekanik motor dc

LCD

Mikrokontroler

ServoPenggerakTuas

Driver Relay

Ultrasonik

Motor DC Disc Brake

34

Tabel 3.2 Keterangan gambar 3.4

Keterangan Fungsi

Sensor Ultrasonic Sebagai indicator jarak benda yang ada

didepannya.

Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATmega328

Sebagai pengontrol putaran motor dc dengan mendapat masukan dari pembacaan jarak dari sensor ultrasonic

Liquid Crystal Display(LCD)

Sebagai media informasi nilai dari putaran motor dan tegangan masukan ke motor dc

Motor DC tipeDL 10210 A hubung seri

Sebagai peralatan yang diatur putarannya dengan perintah dari mikrokontroler

Power Suplay Sebagai sumber listrik sistem

Driver Motor Sebagai penggerak putaran motor

Motor dc

penggeraktuas rem Sebagai penggerak tuas rem

Disc brake Sebagai pengereman mekanik

Gambar 3.5 Desain servo pengereman pada master rem cakram servo

Master rem cakram

35

Pada gambar 3.5 terlihat nilai sudut pada servo 105 , hal ini dianggap bahwa

sudut 0 pada motor servo adalah 105 , dan arah gerak tekan tuas pada master rem

adalah bergerak dari arah kiri ke kanan.

Gambar 3.6 Desain kopel rem cakram pada motor dc

Pada gambar 3.6 terlihat desain pengereman mekanik motor dc yang terkopel oleh

rem cakram.

Motor DC

36

4. Diagram alir penelitian

Gambar 3.7. Diagram alir penelitian

Mulai

Alat Bekerja dengan Baik

37

F. Pengujian Alat

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui integrasi semua subsistem apakah

sudah berhasil atau tidak. Dengan menjalankan semua sistem yang telah dirangkai

dan diprogram. Nantinya dalam pengujian model ini akan dilakukan pendekatan

benda pantul ke sensor ultrasonik. Dengan jarak menghadapkan benda pantul dari

jarak 300 cm sampai jarak 0 cm bagaimana reaksi motor dc. Data pembacaan

jarak benda dan tegangan yang masuk ke motor dc akan ditampilkan ke lcd agar

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Dari serangkaian penelitian, pengujian, dan analisa yang telah dilakukan dapat

disimpulkan bahwa:

1. Motor dc dapat berhenti secara bertahap. Dengan cara memperbesar sudut

pada motor servo, dengan begitu dapat memperbesar daya tekan pada tuas

rem cakram, sehingga didapat beberapa kondisi motor akan berhenti

secara bertahap.

2. Putaran motor dc berjalan sejajar dengan pembacaan sensor jarak.

Semakin dekat pembacaan suatu benda oleh sensor jarak, maka semakin

besar tekanan pada master rem cakram.

3. Dari uji coba pengambilan data, sudut servo terbaik untuk pengereman

secara sempurna diperlukan daya 10,429 watt pada sudut untuk

menghentikan laju putar motor dc secara sempurna.

B. Saran

Untuk memberikan masukan dan memudahkan dalam penelitian, .berikut

64

1. Menggunakan sensor Ultrasonik yang mampu mendeteksi benda dengan

jarak pembacaan yang lebih jauh.

2. Perlu adanya sensor tambahan, berupa sensor kecepatan yang mampu

memberikan masukan terhadap mikrokontroler yang berfungsi untuk

berbagai kondisi di lapangan.

3. Otomatisasi pengereman pada putaran motor dc ini, diharapkan dapat

DAFTAR PUSTAKA

[1] Sulasno dan agus prayitno, Thomas. 2006. Teknik sistem control-Edisi pertama. Yogyakarta. Graha ilmu.

[2] Peralatan Energi Listrik: Motor Listrik

www.energyefficiencyasia.org [20 maret 2013]

[3] http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/prinsip-kerja-motor-dc/

[29 maret 2013]

[4] Sari, Ranti Permata. 2010. Penalaan Parameter Kontrol PID Dengan Metode Heuristic, Aplikasi: Sistem Pengendalian Kecepatan Motor DC. (Tugas Akhir). Institut Teknologi Sepuluh November. Surabaya.

[5] http://lancet.mit.edu/motors/motors3.html

[6] ATmega 328 PDF Datasheet

http://www.alldatasheet.com [29 maret 2014]

[7] Ultrasonic sensor SRF04

http://www.alldatasheet.com [29 maret 2014]

[8] Cara kerja rem cakram