Robot Penghindar Dinding Dengan Navigasi Inframerah

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli Madya

HOTMAIDA SITOHANG 042408060

PROGRAM STUDI DIPLOMA III FISIKA INSTRUMENTASI DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

ABSTRAK

Robot penghindar dinding merupakan suatu robot bergerak bebas yang mempunyai

misi berjalan tanpa menabrak dinding. Dalam pengembangannya, sistem ini

menggunakan bahasa assembly sebagai perangkat lunaknya dan rangkaian – rangkaian

elektronika sebagai perangkat kerasnya. Pengembangan pada sistem ini adalah

berdasarkan mikrokontroler berisi program sebagai otak untuk menjalankan robot,

sehingga pada saat robot berjalan sensor akan memberikan informasi kepada

mikrokontroler. Objektif utama tugas akhir ini untuk melihat bagaimana cara kerja

sensor inframerah sebagai pemancar dan photodioda sebagai penerima sinar

DAFTAR ISI Halaman Persetujuan... Pernyataan………... Penghargaan………... Abstrak……… Daftar Isi………. Daftar Gambar………

BAB 1 Pendahuluan

1.1Latar Belakang………

1.2 Batas Masalah……….

1.3 Tujuan ……...……….

1.4 Manfaat Robot.………...

1.5 Metode Pengumpulan Data……….

1.6 Sistematika Penulisan……….

BAB 2 Tinjauan Pustaka

2.1 Inframerah………...

2.2 Dioda Pemancar Cahaya Inframerah………..

2.3 Photodioda………..

2.4 Mikrokontroler AT89S52………...

2.4.1 Arsitektur Mikrokontroler AT89S52………...

2.4.2 Kontruksi AT89S52……….

BAB 3 Perancangan Alat dan Program

3.1 Perangkat Keras………..

3.1.1 Diagram Blok………..

3.1.2 Rangkaian Sensor Dinding..………..

3.1.4 Rangkaian Catu Daya (PSA)………..

3.2 Perangkat Lunak………..

3.2.1 Bahasa Assembly MCS-51……….

3.2.2 Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)………..

3.2.3 Software Downloade………...

3.2.3 Perancangan Program………..

BAB 4 Pengujian dan Analisa Rangkaian

4.1 Pengujian Rangkaian………

4.1.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler AT89S52…………...

4.1.2 Pengujian Rangkaian Sensor Dinding………...

4.1.3 Pengujian Rangkaian Jembatan H……….

4.1.4 Pengujian Rangkaian PSA……….

4.2 Analisa………..

BAB V Kesimpulan dan Saran

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 : Karakteristik Spectrum Elektromagnetik

Gambar 2.2 : Simbol dan rangkaian dasar sebuah LED

Gambar 2.3 : Gambar Photodioda (kiri) dan Simbolnya (kanan)

Gambar 2.4 : Karakteristik photodioda sensitivitas - vs - panjang gelombang

Gambar 2.5 : Blok Diagram AT89S52

Gambar 3.1 : Diagram Blok Rangkaian

Gambar 3.2 : Rangkaian Pemancar Inframerah

Gambar 3.3 : Rangkaian Penerima Sinar Inframerah

Gambar 3.4 : Rangkaian Jembatan H

Gambar 3.5 : Rangkaian Catu Daya

Gambar 3.6 : 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)

Gambar 3.7 : ISP – Flash Programmer 3.a

Gambar 3.8 : Diagram Alir Program

6

8

10

10

14

17

18

19

22

25

30

31

PERSETUJUAN

Judul : ROBOT PENGHINDAR DINDING DENGAN NAVIGASI INFRAMERAH

Kategori : TUGAS AKHIR

Nama : HOTMAIDA SITOHANG

Nomor Induk Mahasiswa : 042408060

Program Studi : DIPLOMA III FISIKA INSTRUMENTASI

Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA

UTARA

Diluluskan di Medan, 30 Juli 2007

Diketahui

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang,MSc NIP: 130810771

Pembimbing,

PERNYATAAN

ROBOT PENGHINDAR DINDING DENGAN NAVIGASI INFRAMERAH

TUGAS AKHIR

Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.

Medan, 28 Juli 2007

PENGHARGAAN

Puji syukur penulis ucapkan kepada Yesus Kristus dengan berkat serta kasih

karunia-Nya penulis dapat sampai pada penyelesaian Tugas Akhir dengan baik yang judulnya

“ROBOT PENGHINDAR DINDING DENGAN NAVIGASI INFRAMERAH”.

Ucapan terima kasih, penulis sampaikan kepada Bapak Ir.Junaidi selaku Dosen

Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan panduan dan penuh kepercayaan

kepada penulis untuk menyempurnakan tugas ini hingga sampai akhir penyelesaian

tugas akhir ini. Ucapan terima kasih juga ditujukan kepada Bapak Dr. Marhaposan

Situmorang, M.Sc selaku Ketua Program Studi D3 Fisika instrumentasi, Bapak Dr.

Eddy Marlianto, M.Sc selaku Dekan FMIPA USU dan kepada seluruh Dosen / Staf

pengajar pada program studi D3 Fisika Instrumentasi, pegawai di FMIPA USU dan

rekan – rekan kuliah. Dan yang tidak terlupakan kepada Mama yang kami sayangi dan

bang Rafael, kak Ana, serta adik Lina dan Ica yang kami cintai yang telah

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Manusia membutuhkan bantuan dari sesuatu yang dapat bekerja cepat, teliti dan tidak

mengenal lelah, robot adalah jawaban dari keinginan tersebut. Robot diharapkan dapat

mengganti pekerjaan manusia pada lingkungan yang berbahaya bagi kesehatan dan

keselamatan atau daerah yang harus diamati dengan pengamatan lebih dari

kemampuan panca indera manusia.

Robot yang dapat berpindah tempat tanpa campur tangan manusia disebut juga

Autonomous Mobile Robot (AMR) dan menjadi penelitian di berbagai universitas dan

lembaga penelitian di seluruh dunia. Aplikasi AMR antara lain sebagai penyapu

ranjau, kurir dan penelitian objek mineral batuan planet di luar angkasa.

Mikrokontroler adalah sistem komputer yang ringkas, dapat menggantikan

fungsi komputer dalam pengendalian kerja dan disain yang jauh lebih ringkas

daripada komputer. Dengan ukurannya sangat kecil, mikrokontroler dapat digunakan

pada peralatan yang bersifat bergerak (mobile), seperti kendaraan dan peralatan jinjing

(portable) atau pada robot. Mikrokontroler digunakan sebagai otak dari suatu

AT89S52 adalah chip mikrokontroler produksi Atmel Inc, merupakan keluarga

dari MCS-51 rancangan Intel. AT89S52 mempunyai fitur dasar yang cukup lengkap

untuk suatu pemrosesan input-output. Bahasa pemrograman yang digunakan

AT89S52 hampir tidak berbeda jauh dengan instruksi set pada mikroprosesor Intel

yang sudah dipelajari pada perkuliahan.

Pada proyek ini dibangun sebuah AMR yang dapat melihat adanya dinding ,

dan berusaha untuk menghindarinya. Robot ini memanfaatkan cahaya inframerah

yang dipancarkan oleh dinding sebagai sistem navigasinya. Robot akan menangkap

sinar inframerah yang dipancarkan dinding menggunakan photodioda.

1.2 Batasan Masalah

1. Robot hanya dilengkapi sensor dinding.

2. Pemancar yang digunakan pada sensor dinding adalah inframerah dan

penerimanya adalah photodioda, sehingga dinding hanya terdeteksi dari jarak

yang dekat.

3. Robot hanya mengetahui dinding yang ada di depannya.

4. Penerima inframerah dari dinding yang digunakan adalah photodioda.

1.3 Tujuan

Tujuan pembuatan judul Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Sebagai salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan program Diploma Tiga

2. Pengembangan kreatifitas mahasiswa dalam bidang ilmu instrumentasi dan

elektronika sebagai bidang yang diketahui.

3. Untuk mengaplikasikan ilmu pengetahuan yang diperoleh dari perkuliahan

terhadap realita.

4. Mengetahui dan membuat cara kerja robot penghindar dinding.

1.4 Manfaat Robot

Dalam kehidupan bermasyaratkat yang akan datang, robot akan menjadi bagian

bagi kehidupan yang akan dimanfaatkan sebagai alat untuk menggantikan pekerjaan

manusia. Bagi mahasiswa, ini akan merupakan cikal bakal untuk mengembangkan

pola pikir mahasiswa untuk dapat mengembangkan robot – robot selanjutnya yang

lebih bermanfaat bagi kehidupan.

1.5 Metoda Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data yang dilakukan oleh perancang adalah :

1. Melakukan studi ke perpustakaan mengenai teori – teori yang berkaitan dengan

judul proyek ini.

2. Mengumpulkan dan membaca data sheet mengenai komponen yang digunakan.

3. Melakukankonsultasi dengan dosen pembimbing serta dosen – dosen staf

pengajar yang berkaitan dengan realisasi dibidang masing – masing.

1.6 Sistematika Penulisan

BAB I PENDAHULUAN

Meliputi latar belakang, batasan masalah, tujuan pengambilan judul, manfaat robot,

metode pengumpulan data dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Meliputi tentang pembahasan inframerah sebagai pemancar dan photodioda sebagai

penerima.

BAB III PERANCANGAN ALAT DAN PERANCANGAN PROGRAM

Meliputi tentang perancangan rangkaian dan program.

BAB IV PEMBAHASAN RANGKAIAN DAN PROGRAM

Meliputi uraian tentang prinsip kerja dasar dari rangkaian yang digunakan pada robot .

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Inframerah

Inframerah (infrared) merupakan radiasi elektromagnetik yang sinarnya tidak tampak,

berada pada spectrum berwarna merah. Inframerah berarti “bawah merah”, berasal

dari bahasa latin infra yang berarti bawah. Memiliki panjang gelombang lebih dari

cahaya nampak dan kurang dari mikrogelombang, yaitu diantara 0,75mikrometer dan

1000 mikrometer. Gelombang inframerah dan milimeter dapat digunakan dengan

meluas sebagai saluran komunikasi jarak dekat seperti penggunaan alat kawalan jarak

jauh (remote control) bagi televisi, radio dan sebagainya.

Saat ini telah dikenal berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan

rentang panjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan kumpulan

spectrum dari berbagai panjang gelombang. Berdasarkan pembagian daerah panjang

gelombang, sinar inframerah dibagi dalam 3 daerah, yaitu:

1. Daerah inframerah dekat dengan panjang gelombang 0,75 micrometer – 2,5

micrometer.

2. Daerah inframerah pertengahan dengan panjang gelombang 2,5 micrometer –

3. Daerah inframerah jauh dengan panjang gelombang 50 micrometer – 1000

micrometer.

Spectrum sinar matahari terdiri dari sinar tampak dan sinar tidak tampak.

Dimana sinar tampak meliputi: merah, orange, kuning, hijau, biru, dan ungu. Sinar

yang tidak tampak antara lain: sinar ultraviolet, sinar – X, sinar gamma, sinar kosmik,

microwave, gelombang listrik dan sinar inframerah. Gelombang elektromagnetik

diantara sinar tampak dan sinar microwave dinamakan sinar inframerah, dengan

karakteristik adalah tidak kasat mata atau tidak terlihat, bersifat linier atau menyebar,

refraktif atau dapat dipantulkan dan dapat diserap oleh beberapa obyek.

Dibawah ini terdapat gambar berdasarkan pembagian panjang gelombang,

yaitu:

Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut diatas, daerah

panjang gelombang yang digunakan pada alat spektrofotometer infra merah adalah

pada daerah infra merah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 – 50 µm atau

pada bilangan gelombang 4.000 – 200 cm-1.

2.2. Dioda Pemancar Cahaya Inframerah (LED Inframerah)

LED (Ligh Emiting Dioda) yang merupakan dioda yang memancarkan cahaya yang

kepadanya diberi energi listrik. Timbulnya cahaya adalah sebagai akibat

penggabungan electron dan lubang (hole) pada persambungan antara dua jenis

semikonduktor. Tiap penggabungan disertai dengan pelepasan suatu kuantum energi.

Kuantum energi yang dihasilkan bergantung pada jenis bahan yang digunakan. Energi

ini tidak seluruhnya diubah kedalam bentuk energi cahaya atau photon melainkan

dalam bentuk panas sebagian

LED sebagai pemancar yang dapat memancarkan sinar inframerah untuk

memperluas pemancaran sinar inframerah biasnya disertakan sebuah modul yang

berfungsi memodulasi frekuensi agar diterima oleh obyek tertentu yaitu photodioda.

Proses pemancara cahaya akibat adanya energi listrik yang diberikan terhadap

suatu bahan disebut dengan sifat elektroluminesensi. Material lain misalnya Galium

Arsenida Pospat (GaAsP) atau Galium Pospat (GaP): photon energi cahaya

dipancarkan untuk menghasilkan cahaya tampak. Jenis lain dari LED digunakan untuk

menghasilkan energi tidak tampak seperti yang dipancarkan oleh pemancar laser atau

Gambar 2.2 Simbol dan rangkaian dasar sebuah LED

Pemancar inframerah adalah dioda solid state yang terbuat dari bahan Galium

Arsenida (GaAs) yang mampu memancarkan fluks cahaya ketika dioda ini dibias

maju. Bila diberi bias maju elektron dari daerah-n akan menutup lubang elektron yang

ada didaerah-p. Selama proses rekombinasi ini, energi dipancar keluar dari permukaan

p dan n dalam bentuk photon. Photon-photon yang dihasilkan ini ada yang diserap lagi

dan ada yang meninggalkan permukaan dalam betuk radiasi energi.

2.3. Photodioda

Pengertian : piranti semikonduktor dengan struktur p-n atau p-i-n untuk mendeteksi

cahaya.

Photodioda biasanya digunakan untuk mendeteksi cahaya. Photodioda adalah

piranti semikonduktor yang mengandung sambungan p-n, dan biasanya terdapat

lapisan intrinsik antara lapisan n dan p. Piranti yang memiliki lapisan intrinsik disebut

p-i-n atau PIN photodioda. Cahaya diserap di daerah penggambungan atau daerah

intrinsik menimbulkan pasangan elektron-hole, kebanyakan pasangan tersebut

menghasilkan arus yang berasal dari cahaya.

330 VCC

Mode Operasi

Photodioda dapat dioperasikan dalam 2 mode yang berbeda:

1. Mode photovoltaik: seperti solar sel, penyerapan pada photodioda menghasilkan

tegangan yang dapat diukur. Bagaimanapun, tegangan yang dihasilkan dari

tenaga cahaya ini sedikit tidak linier, dan range perubahannya sangat kecil.

2. Mode photokonduktivitas : disini, photodioda diaplikasikan sebagai tegangan

revers (tegangan balik) dari sebuah dioda (yaitu tegangan pada arah tersebut

pada dioda tidak akan menghantarkan tanpa terkena cahaya) dan pengukuran

menghasilkan arus photo ( hal ini juga bagus untuk mengaplikasikan tegangan

mendekati nol).

Ketergantungan arus photodioda pada kekuatan cahaya dapat sangat linier .

Karakteristik bahan photodioda:

1. Silikon (Si) : arus lemah saat gelap, kecepatan tinggi, sensitivitas yang bagus

antara 400 nm sampai 1000 nm ( terbaik antara 800 sampai 900 nm).

2. Germanium (Ge): arus tinggi saat gelap, kecepatan lambat, sensitivitas baik

antara 600 nm sampai 1800 nm (terbaik 1400 sampai 1500 nm).

3. Indium Gallium Arsenida (InGaAs): mahal, arus kecil saat gelap, kecepatan

tinggi sensitivitas baik pada jarak 800 sampai 1700nm (terbaik antara 1300

Gambar 2.3 Gambar Photodioda (kiri) dan Simbolnya (kanan)

Gambar 2.4 Karakteristik photodioda sensitivitas - vs - panjang gelombang

Pada gambar diatas dapat dilihat, bahwa semakin besar nilai panjang

gelombang suatu sinar inframerah yang dipancarkan maka akan semakin besar pula

sensitivitas pada photodioda.

2.4. Mikrokontroler AT89S52

2.4.1. Arsitektur Mikrokontroler AT89S52

Mikrokontroler, sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontoler dan mikrokomputer,

hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi

namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara massal (dalam

jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor).

Sebagai kebutuhan pasar, mikrokontelor hadir untuk memenuhi selera industri dan

para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu dan mainan yang lebih

canggih.

Ilustrasi yang mungkin bisa memberikan gambaran yang jelas dalam

penggunaan mikrokontroler adalah aplikasi mesin tiket dalam arena permainan yang

saat ini terkenal di Indonesia. Jika kita sudah selesai bermain, maka akan diberikan

suatu nilai, nilai inilah yang menentukan berapa jumlah tiket yang bisa diperoleh dan

jika dikumpulkan dapat ditukar dengan berbagai macam hadiah. Sistem tiket ini

ditangani dengan mikrokontroler, karena tidak mungkin menggunakan computer PC

yang harus dipasang disamping (atau di belakang) mesin permainan yang

bersangkutan.

Selain system tiket, kita juga dapat menjumpai aplikasi mikrokontroler dalam

bidang pengukuran jarak jauh atau ynag dikenal dengan system telemetri. Misalnya

pengukuran disuatu tempat yang membahayakan manusia, maka akan lebih nyaman

jika dipasang suatu system pengukuran yang bisa mengirimkan data lewat pemancar

dan diterima oleh stasiun pengamatan dari jarak yang cukup aman dari sumbernya.

Sistem pengukuran jarak jauh ini jelas membutuhkan suatu system akuisisi data

sekaligus system pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu

bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan.

Tidak seperti system komputer, yang mampu menangani berbagai macam

mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan

lainnya terletak pada perbandingan RAM-nya dan ROM. Pada system computer

perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna

disimpan dalam ruang RAM yang relative besar, sedangkan rutin-rutin antarmuka

perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada

mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program

control disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash PEROM) yang

ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat

penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada

mikrokontroler yang bersangkutan.

2.4.2. Konstruksi AT89S52

Mikrokontroler AT89S52 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1

kristal serta catu daya 5 Volt. Kapasitor 10 mikro-Farad dan resistor 10 Kilo Ohm

dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Dengan adanya rangkaian reset ini

AT89S52 otomatis direset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan

frekuensi maksimum 12 MHz dan kapasitor 30 piko-Farad dipakai untuk melengkapi

rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja

mikrokontroler.

Memori merupakan bagian yang sangat penting pada mikrokontroler.

Read Only Memory (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan

catu daya. Sesuai dangan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori

penyimpanan progam ini dinamakan sebagai memori progam.

Random Access Memori (RAM) isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu

daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat progam bekerja. RAM yang dipakai

untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data.

Ada berbagai jenis ROM. Untuk mikrokontroler dengan progam yang sudah

baku dan diproduksi secara masal, progam diisikan ke dalam ROM pada saat IC

mikrokontroler dicetak di pabrik IC. Untuk keperluan tertentu mikrokontroler

mengunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble-Eraseable ROM yang

disingkat menjadi PEROM atau PROM. Dulu banyak dipakai UV-EPROM (Ultra

Violet Eraseable Progamble ROM) yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan

setelah ada flash PEROM yang harganya jauh lebih murah.

Jenis memori yang dipakai untuk memori Program AT89S52 adalah Flash

PEROM, program untuk mengendalikan mikrokontroler diisikan ke memori itu lewat

bantuan alat yang dinamakan sebagai AT89S52 Flash PEROM Programmer. Memori

Data yang disediakan dalam chip AT89S52 sebesar 256 byte, meskipun hanya kecil

saja tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup.

Sarana Input/Ouput yang disediakan cukup banyak dan bervariasi. AT89S52

mempunyai 32 jalur Input/Ouput. Jalur Input/Ouput paralel dikenal sebagai Port 1

Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler AT89S52 :

VCC (Pin 40) Suplai tegangan

GND (Pin 20) Ground

Port 0 (Pin 39-Pin 32) Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order

multiplex address/data ataupun penerima kode byte pada saat

flash progamming Pada fungsi sebagai I/O biasa port ini dapat

memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat

diubah sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port

tersebut.

Pada fungsi sebagai low order multiplex address/data, port ini

akan mempunyai internal pull up. Pada saat flash progamming

diperlukan eksternal pull up, terutama pada saat verifikasi

program.

Port 2 (Pin 21 – pin 28) Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau high order

address, pada saat mengaksememori secara 16 bit. Pada saat

mengakses memori 8 bit, port ini akan mengeluarkan isi dari P2

special function register. Port ini mempunyai internal pull up

dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1.

Sebagai output, port ini dapat memberikan output sink keempat

buah input TTL.

Port 3 (Pin 10 – pin 17) Port 3 merupakan 8 bit port I/O dua arah dengan

internal pullup. Port 3 juga mempunyai fungsi pin

Nama pin Fungsi

P3.0 (pin 10) RXD (Port input serial)

P3.1 (pin 11) TXD (Port output serial)

P3.2 (pin 12) INTO (interrupt 0 eksternal)

P3.3 (pin 13) INT1 (interrupt 1 eksternal)

P3.4 (pin 14) T0 (input eksternal timer 0)

P3.5 (pin 15) T1 (input eksternal timer 1)

P3.6 (pin 16) WR (menulis untuk eksternal data memori)

P3.7 (pin 17) RD (untuk membaca eksternal data memori)

RST (pin 9) Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle.

ALE/PROG (pin 30) Address latch Enable adalah pulsa output untuk me-latch byte bawah dari alamat selama mengakses memori

eksternal. Selain itu, sebagai pulsa input progam (PROG)

selama memprogam Flash.

PSEN (pin 29) Progam store enable digunakan untuk mengakses memori progam eksternal.

EA (pin 31) Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan progam yang ada pada

memori eksternal setelah sistem direset. Jika kondisi high, pin

ini akan berfungsi untuk menjalankan progam yang ada pada

memori internal. Pada saat flash progamming, pin ini akan

mendapat tegangan 12 Volt.

XTAL1 (pin 19) Input untuk clock internal.

BAB 3

PERANCANGAN ALAT DAN PERANCANGAN PROGRAM

3.1 Perangkat Keras

3.1.1 Diagram Blok

Gambar 3.1 Diagram blok rangkaian

3.1.2 Rangkaian Sensor dinding

Untuk dapat menghindari dinding, maka robot dilengkapi dengan 6 buah sensor

dinding. Semua sensor dinding ini mempunyai rangkaian yang sama, hanya

VCC 5V

Infra Merah

100  100 

Infra Merah 100 

Masing-masing sensor menggunakan 3 buah pemancar inframerah dan sebuah

photodioda. Sensor ini memanfaatkan pantulan dari pemancar inframerah yang

diterima oleh photodioda. Digunakan 3 buah pemancar inframerah pada

masing-masing sensor bertujuan agar sinyal pantulan semakin kuat, sehingga posisi halangan

dapat terdeteksi dengan baik.

Setiap pantulan yang diterima oleh photodioda akan diolah dan dijadikan data

digital, sehingga bila photodioda mendapatkan pantulan dari pemancar inframerah,

maka akan mengirimkan sinyal low ke mikrokontroler AT89S52. Dengan demikian

mikrokontroler dapat mendeteksi sensor yang mengirimkan sinyal low dan mengambil

tindakan untuk mengatur putaran roda kekanan atau kekiri.

Rangkaian pemancar inframerah tampak seperti gambar di bawah ini:

Gambar 3.2. Rangkaian Pemancar inframerah

Pada rangkaian di atas digunakan 3 buah LED inframerah yang diparalelkan,

dengan demikian maka intensitas yang dipancarkan oleh inframerah semakin kuat,

karena merupakan gabungan dari 3 buah LED inframerah. Resistor yang digunakan

adalah 100 ohm sehingga arus yang mengalir pada masing-masing LED inframerah

5

0, 05 50

100 V

i A atau mA

R

  

Dengan besarnya arus yang mengalir ke LED inframerah, maka intensitas

pancaran inframerah akan semakin kuat, yang menyebabkan jarak pantulannya akan

semakin jauh.

Pantulan dari sinar inframerah akan diterima oleh photodioda, kemudian akan

diolah oleh rangkaian penerima agar menghasilkan data biner, dimana jika photodioda

menerima pantulan sinar inframerah maka output dari rangkaian penerima ini akan

mengeluarkan logika low (0), namun jika photodioda tidak menerima pantulan sinar

inframerah, maka output dari rangkaian penerima akan mengeluarkan logika high (1).

Rangkaian penerima inframerah seperti gambar di bawah ini:

Gambar 3.3. Rangkaian Penerima sinar inframerah

Photodioda memiliki hambatan sekitar 15 s/d 20 Mohm jika tidak terkena sinar

inframerah, dan hambatannya akan berubah menjadi sekitar 80 s/d 300 Kohm jika

terkena sinar inframerah tergantung dari besarnya intensitas yang mengenainya.

Semakin besar intensitasnya, maka hambatannya semakin kecil.

Pada rangkaian di atas, output dari photodioda diumpankan ke basis dari

transistor tipa NPN C828, ini berarti untuk membuat transistor tersebut aktip maka

tegangan yang keluar dari photodioda harus lebih besar dari 0,7 volt. Syarat ini akan

terpenuhi jika photodioda mendapatkan sinar inframerah. Analisanya sebagai berikut:

Jika tidak ada sinar inframerah yang mengenai photodioda, maka hambatan pada

photodioda 15 Mohm, sehingga:

2 330.000

5 0,107 1 2 15.000.000 330.000

R

Vo xVcc x Volt

R R

  

 

Vout akan diumpankan be basis dari transistor C828, karena tegangannya hanya 0,107

Volt maka transistor tidak aktif.

Jika ada sinar inframerah yang mengenai photodioda, maka hambatan pada

photodioda 300 Kohm, sehingga:

2 330.000

5 2, 619

1 2 300.000 330.000

R

Vo xVcc x Volt

R R

  

 

Vout akan diumpankan ke basis dari transistor C828, karena tegangannya lebih besar

dari 0,7 volt yaitu 2,619 Volt maka transistor akan aktif.

Aktifnya transistor C828 akan menyebabkan kolektornya terhubung ke emitor,

sehingga kolektor mandapat tegangan 0 volt dari ground, tegangan ini diumpankan ke

basis dari transistor ke-2 tipe PNP A733, sehingga transistor ini juga aktif. Seterusnya

aktifnya transistor A733 akan menyebabkan kolektornya terhubung ke emitor,

sehingga kolektor mandapat tegangan 5 volt dari Vcc, tegangan ini diumpankan ke

Kolektor dari transistor C945 dihubungkan mikrokontroler AT89S52 sehingga

jika transistor ini aktif, maka kolektor akan mendapatkan tegangan 0 volt dari ground.

Tegangan 0 volt inilah yang merupakan sinyal low (0) yang diumpankan ke

mikrokontroler AT89S52, sehingga mikrokontroler dapat mengetahui bahwa sensor

ini mengirimkan sinyal, yang berarti bahwa sensor ini telah berada dekat dengan

penghalang atau dinding.

Transistor ke-4 tipe PNP A733 berfungsi untuk menyalakan LED sebagai

indikator bahwa sensor ini menerima pantulan sinar inframerah dari pemancar. LED

ini akan menyala jika sensor menerima sinar inframerah, dan akan mati jika sensor

tidak menerima sinar inframerah.

3.1.3. Rangkaian Pengendali Pergerakan Motor (Jembatan H)

Untuk dapat bergerak, maka robot harus dapat mengendalikan perputaran rodanya.

Robot menggunakan 2 buah motor DC 6 volt untuk menggerakkan rodanya, dimana 1

motor untuk menggerakkan roda sebelah kanan dan 1 motor lagi untuk menggerakkan

roda sebelah kiri.

Motor DC akan berputar searah/berlawanan arah dengan jarum jam jika salah

satu kutubnya diberi tegangan positip dan kutub yang lainnya diberi tegangan negatip

atau ground. Dan motor DC akan berputar kearah sebaliknya jika polaritasnya

dibalik. Dengan sifat yang demikian maka dibutuhkan suatu rangkaian yang dapat

membalikkan polaritas yang diberikan ke motor DC tersebut, sehingga perputaran

dihubungkan dengan mikrokontroler AT89S52, maka pergerakan motor dapat

dikendalikan oleh program.

Rangkaian untuk mengendalikan perputaran motor DC tersebut adalah sebuah

rangkaian yang dikenal dengan jembatan H. Jembatan H ini terdiri dari 4 buah

transistor, dimana 2 buah transistor bertipe NPN dan 2 buah transistor lagi bertipe

PNP. Ke-4 transistor ini dirangkai sedemikian rupa sehingga dengan memberikan

sinyal low atau high pada rangkaian maka perputaran motor dapat diatur.

Untuk perintah maju, maka robot akan memutar maju kedua motor, motor

kanan dan kiri. Untuk perintah mundur, maka robot akan memutar mundur kedua

motor. Sedangkan untuk memutar/berbelok kekanan, maka robot akan memutar maju

motor sebelah kiri dan memutar mundur motor sebelah kanan, sehingga dengan

demikian maka robot akan memutar/berbelok kearah kanan. Hal sebaliknya dilakukan

jika robot berputar ke sebelah kiri. Rangkaian jembatan H, ditunjukkan pada gambar

di bawah ini:

[image:30.595.123.452.477.689.2]

Pada rangkaian di atas, jika P2.6 diset high yang berarti P2.6 mendapat

tegangan 5 volt, maka kedua transistor tipe NPN C945 yang disebelah kiri akan aktif.

Hal ini akan membuat kolektor dari kedua transistor C945 itu akan mendapat tegangan

0 volt dari ground. Kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kiri atas

diumpankan ke basis dari transistor tipe PNP TIP 127 sehingga basis dari transistor

TIP 127 mendapatkan tegangan 0 volt yang menyebabkan transistor ini aktif

(transistor tipe PNP akan aktif jika tegangan pada basis lebih kecil dari 4,34 volt).

Aktifnya transistor PNP TIP 127 ini akan mengakibatkan kolektornya terhubung ke

emitor sehingga kolektor mendapatkan tegangan 5 volt dari Vcc.

Sedangkan kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kiri bawah

diumpankan ke basis dari transistor tipe NPN TIP 122 sehingga basis dari transistor

TIP 122 mendapatkan tegangan 0 volt yang menyebabkan transistor ini tidak aktif

(transistor tipe NPN akan aktif jika tegangan pada basis lebih besar dari 0,7 volt).

Karena transistor TIP 122 ini tidak aktif, maka kolektornya tidak terhubung ke emitor,

sehingga kolektor tidak mendapatkan tegangan 0 volt dari ground.

Karena kolektor TIP 122 dihubungkan dengan kolektor TIP 127 yang

mendapatkan teganagan 5 volt dari Vcc, maka kolektor dari TIP 122 juga

mendapatkan tegangan yang sama. Hal ini menyebabkan kaki motor sebelah kiri

mendapatkan tegangan 5 volt (polaritas positip).

Agar motor dapat berputar ke satu arah maka kaki sebelah kanan motor harus

mendapatkan tegangan 0 volt (polaritas negatip). Hal ini diperoleh dengan

Pada rangkaian di atas, jika P2.7 diset low yang berarti P2.7 mendapat

tegangan 0 volt, maka kedua transistor tipe NPN C945 yang disebelah kanan tidak

akan aktif. Hal ini akan membuat kolektor dari kedua transistor C945 itu akan

mendapat tegangan 5 volt dari Vcc. Kolektor dari transistor C945 yang berada di

sebelah kanan atas diumpankan ke basis dari transistor tipe PNP TIP 127 sehingga

basis dari transistor TIP 127 mendapatkan tegangan 5 volt yang menyebabkan

transistor ini tidak aktip Karena transistor PNP TIP 127 tidak aktif maka

kolektornya tidak terhubung ke emitor sehingga kolektor tidak mendapatkan tegangan

5 volt dari Vcc, tetapi mendapatkan tegangan yang berasal dari transistor TIP 122

yang berada di bawahnya.

Sedangkan kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kanan bawah

diumpankan ke basis dari transistor tipe NPN TIP 122 sehingga basis dari transistor

TIP 122 mendapatkan tegangan 5 volt yang menyebabkan transistor ini menjadi aktif.

Karena transistor TIP 122 ini menjadi aktif, menyebabkan kolektornya terhubung ke

emitor, sehingga kolektor mendapatkan tegangan 0 volt dari ground.

Karena kolektor TIP 122 yang mendapatkan tegangan 0 volt dari ground

dihubungkan dengan kolektor TIP 127, maka kolektor dari TIP 127 juga

mendapatkan tegangan yang sama. Hal ini menyebabkan kaki motor sebelah kanan

mendapatkan tegangan 0 volt (polaritas negatip). Hal ini akan menyebabkan motor

akan berputar ke satu arah tertentu. Sedangkan untuk memutar motor kearah

sebaliknya, maka logika yang diberikan ke P2.6 adalah low (0) dan logika yang

2200uF

5 Volt DC

0 Volt 6,2 Volt DC

6.2 V

3.1.4. Rangkaian Catu Daya (PSA)

Rangkaian catu daya ini berfungsi untuk mensuplay tegangan ke seluruh

rangkaian. Rangkaian ini terdiri dari sebuah baterei 6 volt yang di serikan dengan dua

buah dioda. Untuk menembus 1 buah dioda diperlukan tegangan sebesar 0,6 volt,

sehingga untuk menembus 2 buah dioda diperlukan tegangan sekitar 1,2 volt,

sehingga output dari rangkaian ini sekitar 4,8 volt sampai 5,0 volt. Kemudian

dipasang sebuah kapasitor untuk menyimpan arus, sehingga jika tiba-tiba

mikrokontroler membutuhkan arus besar, maka arus tersebut dapat disupplay oleh

[image:33.595.158.440.333.552.2]

kapasitor ini. Rangkaian catu daya ditunjukkan oleh gambar berikut ini :

Gambar 3.5 Rangkaian catu daya

Pada rangkaian ini terdapat 2 buah keluaran, yaitu 5 volt dan 6 volt. Keluaran

5 volt dibutuhkan oleh mikrokontroler, penguat sinyal dan rangkaian sensor,

3.2 Perangkat Lunak

3.2.1. Bahasa Assembly MCS-51

Bahasa yang digunakan untuk memprogram IC mikrokontroler AT89S52 adalah

bahasa assembly untuk MCS-51. angka 51 merupakan jumlah instruksi pada bahasa

ini hanya ada 51 instruksi. Dari 51 instruksi, yang sering digunakan orang hanya 10

instruksi. Instruksi –instruksi tersebut antara lain :

1. Instruksi MOV

Perintah ini merupakan perintah untuk mengisikan nilai ke alamat atau register

tertentu. Pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung.

Contoh pengisian nilai secara langsung

MOV R0,#20h

Perintah di atas berarti : isikan nilai 20 Heksadesimal ke register 0 (R0).

Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai.

Contoh pengisian nilai secara tidak langsung

MOV 20h,#80h

...

...

MOV R0,20h

Perintah di atas berarti : isikan nilai yang terdapat pada alamat 20

Heksadesimal ke register 0 (R0).

Tanpa tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah

2. Instruksi DJNZ

Decreament Jump If Not Zero (DJNZ) ini merupakan perintah untuk

mengurangi nilai register tertentu dengan 1 dan lompat jika hasil

pengurangannya belum nol. Contoh ,

MOV R0,#80h

Loop: ...

...

DJNZ R0,Loop

...

R0 - 1, jika belum 0 lompat ke loop, jika R0 = 0 maka program akan

meneruskan ke perintah pada baris berikutnya.

3. Instruksi ACALL

Instruksi ini berfungsi untuk memanggil suatu rutin tertentu.

Contoh :

...

ACALL TUNDA

...

TUNDA:

...

4. Instruksi RET

Instruksi RETURN (RET) ini merupakan perintah untuk kembali ke rutin

Contoh,

ACALL TUNDA

...

TUNDA:

...

RET

5. Instruksi JMP (Jump)

Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu.

Contoh,

Loop:

...

...

JMP Loop

6. Instruksi JB (Jump if bit)

Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang

dimaksud berlogika high (1).

Contoh,

Loop:

JB P1.0,Loop

...

7. Instruksi JNB (Jump if Not bit)

Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang

Contoh,

Loop:

JNB P1.0,Loop

...

8. Instruksi CJNZ (Compare Jump If Not Equal)

Instruksi ini berfungsi untuk membandingkan nilai dalam suatu register

dengan suatu nilai tertentu.

Contoh,

Loop:

...

CJNE R0,#20h,Loop

...

Jika nilai R0 tidak sama dengan 20h, maka program akan lompat ke rutin

Loop. Jika nilai R0 sama dengan 20h,maka program akan melanjutkan

instruksi selanjutnya..

9. Instruksi DEC (Decreament)

Instruksi ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register yang

dimaksud dengan 1.

Contoh,

MOV R0,#20h R0 = 20h

...

DEC R0 R0 = R0 – 1

10.Instruksi INC (Increament)

Instruksi ini merupakan perintah untuk menambahkan nilai register yang

dimaksud dengan 1. Contoh,

[image:38.595.115.483.456.710.2]

MOV R0,#20h R0 = 20h

...

INC R0 R0 = R0 + 1

...

11.Dan lain sebagainya

3.2.2. Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)

Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa assembly tersebut dituliskan pada sebuah

editor, yaitu 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE). Tampilannya seperti di bawah

ini.

Setelah program selesai ditulis, kemudian di-save dan kemudian di-Assemble

(di-compile). Pada saat di-assemble akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika

masih ada kesalahan atau peringatan, itu berarti ada kesalahan dalam penulisan

perintah atau ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu

sampai tidak ada pesan kesalahan lagi.

Software 8051IDE ini berfungsi untuk merubah program yang kita tuliskan ke

dalam bilangan heksadesimal, proses perubahan ini terjadi pada saat peng-compile-an.

Bilangan heksadesimal inilah yang akan dikirimkan ke mikrokontroller.

3.2.3. Software Downloader

Untuk mengirimkan bilangan-bilangan heksadesimal ini ke mikrokontroler digunakan

software ISP- Flash Programmer 3.0a yang dapat didownload dari internet.

[image:39.595.108.440.324.408.2]

Tampilannya seperti gambar berikut ini:

Cara menggunakannya adalah dengan meng-klik Open File untuk mengambil

file heksadesimal dari hasil kompilasi 8051IDE, kemudian klik Write untuk

mengisikan hasil kompilasi tersebut ke mikrokontroller.

3.2.4. Perancangan Program

Robot ini dirancang untuk mendeteksi adanya dinding, mendekatinya, kemudian

[image:40.595.156.435.270.713.2]

meghindarinya. Diagram alir dari program yang akan dibuat adalah:

Program diawali dengan pengecekan logika pada sensor dinding, kemudian

robot akan berjalan secara acak. Saat sensor dinding samping kanan atau kiri aktif,

maka sensor akan memberi informasi kepada mikrokontroler tentang keberadaan

dinding. Kemudian mikrokontroler memberikan perintah untuk mengarahkan robot

untuk menghindari dinding dengan cara belok kanan atau kiri. Tetapi ketika sensor

tidak aktif, robot akan maju dan berjalan kembali secara acak..

Program yang dibuat adalah sebagai berikut:

motor_kanan1 bit p0.0 motor_kanan2 bit p0.1 motor_kiri1 bit p0.2 motor_kiri2 bit p0.3

mati_untuk_belok:

clr motor_kanan1 clr motor_kanan2 clr motor_kiri1 clr motor_kiri2 mov r7,#2

BAB 4

PENGUJIAN DAN ANALISA RANGKAIAN

4.1. Pengujian Rangkaian

4.1.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler AT89S52

Untuk mengetahui rangkaian mikrokontroler ini sudah bekerja dengan baik, maka

dilakukan pengujian. Pengujian ini dilakukan dengan cara memberikan program

sederhana pada mikrokontroler AT89S52. Programnya adalah sebagai berikut:

loop:

setb p2.7

acall tunda

clr p2.7

acall tunda

sjmp loop

tunda:

mov r7,#0ffh

tnd:

mov r6,#0ffh

djnz r6,$

djnz r7,tnd

ret

Program ini ditujukan untuk menghidupkan LED yang terhubung pada p2.7,

menerus. Perintah setb p2.7 akan menyebabkan p2.7 akan berlogika high, yang akan

menyebabkan transistor akan aktif. Aktifnya transistor akan memicu hidupnya LED.

Perintah acall tunda akan menyebabkan LED tersebut akan menyala selama selang

waktu tertentu. Setelah itu, dengan perintah clr p2.7, p2.7 akan berlogika low. Hal ini

menyebabkan LED mati. LED akan mati selama beberapa saat karena adanya

pemanggilan waktu tunda kembali yang ditandai dengan perintah acall tunda.

Keadaan ini akan berulang – ulang, sehingga LED akan terlihat kelap – kelip.

Jika program tersebut diisikan, kemudian nyala LED terlihat kelap – kelip

maka rangkaian tersebut telah bekerja dengan baik.

4.1.2 Pengujian Rangkaian Sensor Dinding

Rangkaian ini dikatakan baik apabila ketika photodioda terkena pantulan inframerah,

LED indikator akan menyala dan tegangan keluarannya jika diukur adalah 0 V.

Demikian sebaliknya, ketika photodioda tidak terkena pantulan inframerah, LED

indikator tidak akan menyala, dan tegangan kelurannya jika diukur adalah 5 V.

Sensor dinding mempunyai jarak jangkau terhadap dinding yang berbeda –

beda. Berikut ini adalah jangkauan dinding yang dapat dideteksi sensor dinding ini:

Letak Sensor Jangkauan

Depan Kanan 6 cm

Depan Kiri 6 cm

Samping Kiri 7 cm

Sudut Kanan 6 cm

Sudut Kiri 6 cm

4.1.3 Pengujian Rangkaian Jembatan H

Untuk menguji rangkaian ini, diberikan logika high (5 V) pada salah satu inputnya,

sedangkan inputnya yang lain diberikan logika low (0 V). Maka motor dc yang

dihubungkan pada outputnya akan berputar ke arah tertentu. Dan ketika pemberian

logika dibalik, motor akan berputar kearah yang sebaliknya.

4.1.4. Pengujian Rangkaian PSA

Rangkaian PSA dikatakan baik ketika nilai tegangan outputnya berkisar antara

4,5V – 5,0V.

4.2 Analisa

Setelah keseluruhan dibuat dan diuji, maka berikut ini adalah rangkaian kerja

dari robot yang dibuat:

1. Pada saat dihidupkan, robot akan berjalan secara acak.

2. Ketika salah satu sensor aktif, robot akan segera menjalankan rutin untuk

3. Pada saat sensor tidak aktif, maka robot akan berjalan secara acak kembali.

4. Pengaruh cahaya sangat besar terhadap jalannya robot untuk mengetahui

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Makin banyak pemancar inframerah yang dipakai maka sinyal pantulannya

semakin kuat sehingga posisi dinding dapat terdeteksi dengan baik.

2. Ketika ada dinding di depan maupun di samping, robot tidak akan menabrak

melainkan menghindarinya tetapi robot tidak mengetahui jarak sensor terhadap

dinding.

3. Photodioda kurang sensitive terhadap sinar yang berasal dari lingkungan yang

memiliki sinar inframerah yang besar.

4. Pada catu daya terdapat 2 buah keluaran, dimana tegangan sebesar 6 volt

dibutuhkan oleh rangkaian pengendali motor (jembatan H), sedangkan tegangan 5

volt dibutuhkan oleh rangkaian mikrokontroler, penguat sinyal dan rangkaian

sensor.

5.2 Saran

1. Alat ini bekerja untuk menghindari dinding, ada baiknya jika alat ini

dikembangkan bukan hanya sebagai penghindar dinding saja melainkan alat yang

2. Untuk di masa yang akan datang penggunaan alat dapat lebih dikembangkan,

seperti photodioda sebagai sensor dindingnya karena photodioda sangat mudah

terganggu jika ada cahaya disekelilingnya.

3. Alangkah baiknya jika alat ini dikembangkan kegunaannya dikalangan

mahasiswa, guna mengembangkan teknologi dan inovasi robotik dikalangan

Agfianto. 2002. Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi. Edisi Pertama Penerbit: Gava Media, Yogyakarta.

Andi. 2003. Panduan Praktis Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler

AT89C51. Penerbit PT Elex Media Komputindo, Jakarta.

Malvino, Albert Paul, 2003. Prinsip-prinsip Elektronika. Jilid 1 & 2. Edisi Pertama. Penerbit: Salemba Teknika, Jakarta.