Implementasi Sensor Compas HMC5883L Terhadap Gerak Robot Micromouse dengan Menggunakan Algoritma PID

(1)

Implementasi Sensor Compas HMC5883L Terhadap Gerak Robot Micromouse

dengan Menggunakan Algoritma PID

Della Diana*, Amperawan, Johansyah Al Rasyid Politeknik Negeri Sriwijaya, Palembang

E-mail: delladianaa@gmail.com

ABSTRACT

Robot micromouse is one of the mobile robots that can pass through the labyrinth path to find the destination point that has been determined. This robot will move freely with 8 pieces of infrared sensors that will detect every passing labyrinth wall where the direction of movement of the robot is determined when there is a response to the object in front, right, left and behind the robot. This micromouse robot uses PID Algorithm and micromouse robot design is made using Arduino Mega 2560 as control system, compass sensor as maping or mapping robot direction and 2 motor drivers to move 4 dc motor using omni wheel.

Keywords: Robot Micromouse, Infrared, PID Algorithm, Arduino Mega 2560

ABSTRAK

Robot micromouse adalah salah satu mobile robot yang dapat melewati jalur labirin untuk menemukan titik tujuan yang telah ditentukan. Robot ini akan bergerak bebas dengan 8 buah sensor infrared yang akan mendeteksi setiap dinding labirin yang dilewati dimana arah pergerakan dari robot ini ditentukan ketika ada respon terhadap obyek di depan, kanan, kiri dan belakang robot. Robot micromouse ini menggunakan Algoritma PID dan rancang bangun robot micromouse ini dibuat dengan menggunakan Arduino Mega 2560 sebagai sistem kontrol, sensor kompas sebagai maping atau pemetaan arah robot dan 2 buah driver motor untuk menggerakan 4 buah motor dc menggunakan roda omni.

Kata kunci: Robot Micromouse, Infrared, Algoritma PID, Arduino Mega 2560

1. PENDAHULUAN

Robot berasal dari bahasa Czech, robota, yang berarti pekerja. Robot terdiri dari beberapa komponen diantaranya adalah mekanik, elektronik, kendali berbasis prosesor dan pemograman. Robot merupakan alat mekanik yang dibuat untuk membantu pekerjaan manusia yang diharapkan mampu melakukan pekerjaan tugas fisik, baik menggunakan pengontrolan oleh manusia, ataupun menggunakan program yang telah dibuat [1]. Salah satu kasus yang menggunakan bantuan sebuah robot adalah dimana suatu keadaan untuk bekerja di daerah yang menyerupai labirin yang sulit untuk dijangkau oleh manusia untuk mencari jalan keluar atau tujuan. Pada saat itulah digunakanlah sebuah robot yang dapat mencari jalan keluar ataupun menemukan titik tujuan tertentu.

Robot yang dapat membantu kegiatan manusia dalam melewati kondisi atau keadaan di labirin untuk mencari titik tujuan ataup jalan keluar yang tidak dapat dijangkau oleh manusia yaitu Robot

Micromouse. Robot Micromouse merupakan mobile robot yang memiliki tujuan untuk menyelesaikan

lintasan berupa labirin. Pergerakan robot ini diatur oleh delapan buah sensor infrared untuk mendeteksi setiap dinding labirin yang dilewati. Arah pergerakan dari robot ini ditentukan ketika ada respon terhadap

obyek di depan, kanan, kiri dan belakang robot.

Rancang bangun robot micromouse dibuat dengan menggunakan Arduino Mega 2560 sebagai sistem kontrol dengan algoritma PID, sensor kompas sebagai maping atau pemetaan arah robot dan dua buah driver motor untuk menggerakan empat buah motor dc menggunakan roda omni. Penggunaan algoritma PID bertujuan untuk memperbaiki kinerja sistem di mana masing-masing pengendali akan saling melengkapi dan menutupi dengan ke lemahan dan kelebihan masing-masing. PID digunakan dalam sebuah sistem loop tertutup yang melibatkan umpan balik dari output sistem untuk mencapai respon yang diinginkan. PID dapat mengendalikan variabel input dengan memanipulasi variabel output sehingga diperoleh variabel input baru agar menghasilkan output system yang sesuai [4].

2. DASAR TEORI

2.1 Micromouse

Robot Micromouse adalah robot yang termasuk ke dalam jenis Robot Mobile yaitu Autonomous

Mobile Robot yang pengendalian gerak robotnya

berdasarkan program kendali yang telah diberikan sehingga robot tersebut seperti bergerak sendiri. Robot Micromouse ini merupakan robot yang pintar yang mampu bergerak dan berjalan dengan bebas di dalam sebuah labirin tanpa mengenai atau tersentuh dengan sel-sel dinding pada labirin tersebut, robot

(2)

micromouse akan mengetahui harus ke arah mana

bergerak dan harus berputar berapa derajat jika bertemu jalan buntu di dalam labirin [2].

2.2 Kontrol PID

PID merupakan pengabungan dari tiga macam pengendali, yaitu pengendali proporsional, pengendali integral, dan pengendali derivative. Aksi kontrol Proporsional memiliki Karakteristik dimana Proporsional dapat mengurangi waktu naik, menambah overshoot, dan mengurangi kesalahan keadaan tunak. Fungsi alih sistem dengan menambahkan aksi pengontrolan P menjadi:

(1)

Aksi kendali proporsional derivative memiliki karakteristik dimana Proporsional Derivative (PD) dapat mengurangi overshoot dan waktu turun. Fungsi alih sistem dengan aksi pengontrolan PD menjadi:

(2)

Aksi kendali Proporsional Integral Controller memiliki karakteristik mengurangi waktu naik, menambah Overshoot dan waktu turun, serta menghilangkan kesalahan keadaan tunak. Fungsi alih sistem dengan penambahan aksi pengontrolan PI menjadi:

(3)

Aksi kontrol Proporsional – Integral – derivative, Aksi kontrol PID merupakan gabungan dari aksi P, I dan D dan fungsi alih sistem menjadi:

(4)

Dengan aksi kontrol P, I dan D, akan terbentuk kriteria sistem yang diinginkan dimana tanggapan sistem tidak memiliki overshoot, waktu naik yang cepat, dan kesalahan keadaan tunaknya sangat kecil mendekati nol [5].

2.3 Sensor COmpas HMC5883L

HMC5883L adalah sebuah sensor kompas digital yang menggunakan IC HMC5883L yang merupakan IC kompas digital 3 axis yang memiliki interface

berupa 2 pin I2C. Sensor ini menggunakan medan magnet sebagai acuan dari pendeteksiannya sehingga sensor ini sangat sensitif terhadap rotasi dan arah hadap sensor. HMC5883L memiliki sensor magneto-resistive HMC118X series ber-resolusi tinggi, ditambah ASIC dengan konten amplification,

automatic degaussing strap driver, offset

cancellation dan 12bit ADC yang memungkinkan

keakuratan kompas mencapat 1 sampai 2 derajat. Modul ini biasa digunakan untuk keperluan sistem navigasi otomatis, mobile phone, netbook dan perangkat navigasi personal. Modul ini memiliki 5 pin, diantaranya adalah VCC, Gnd, SDA, SCL, dan DRDY [3].

3. PERANCANGAN

Cara kerja keseluruhan robot yang akan dibuat dapat dilihat pada diagram blok sehingga kesuluruhan diagram blok akan menghasilkan suatu sistem yang dapat difungsikan atau dapat bekerja. Blok diagram dan skema rangkaian sistem robot micromouse ditunjukkan pada gambar 1.

(a)

(b)

Gambar 1 Blok diagram dan skema rangakan robot

micromouse PWM COMUNICATION D IG IT A L ANALOG IN ATMEGA256016AU 1126 techno-apk.blogspot.com T X 0 T X 3 T X 2 T X 1 S D A S C L R X 0 R X 3 R X 2 R X 1 A P K -T E C H P D 0 /S C L /I N T 0 2 1 P D 1 /S D A /I N T 1 2 0 P D 2 /R X D 1 /I N T 2 1 9 P D 3 /T X D 1 /I N T 3 1 8 P H 0 /R X D 2 1 7 P H 1 /T X D 2 1 6 P J 0 /R X D 3 /P C IN T 9 1 5 P J 1 /T X D 3 /P C IN T 1 0 1 4 P E 0 /R X D 0 /P C IN T 8 0 P E 1 /T X D 0 /P D O 1 P E 4 /O C 3 B /I N T 4 2 P E 5 /O C 3 C /I N T 5 3 P G 5 /O C 0 B 4 P E 3 /O C 3 A /A IN 1 5 P H 3 /O C 4 A 6 P H 4 /O C 4 B 7 P H 5 /O C 4 C 8 P H 6 /O C 2 B 9 P B 4 /O C 2 A /P C IN T 4 1 0 P B 5 /O C 1 A /P C IN T 5 1 1 P B 6 /O C 1 B /P C IN T 6 1 2 P B 7 /O C 0 A /O C 1 C /P C IN T 7 1 3 A R E F PA0/AD022 PA1/AD123 PA2/AD224 PA3/AD325 PA4/AD426 PA5/AD527 PA6/AD628 PA7/AD729 PC6/A14 31 PC5/A13 32 PC4/A12 33 PC3/A11 34 PC2/A10 35 PC1/A9 36 PC0/A8 37 PD7/T0 38 PG2/ALE39 PG1/RD 40 PG0/WR 41 PL7 42 PL6 43 PL5/OC5C44 PL4/OC5B 45 PL3/OC5A 46 PL2/T5 47 PL1/ICP5 48 PL0/ICP4 49 PB3/MISO/PCINT3 50 PB2/MOSI/PCINT2 51 PB1/SCK/PCINT1 52 PB0/SS/PCINT0 53 P K 7 /A D C 1 5 /P C IN T 2 3 A 1 5 P K 6 /A D C 1 4 /P C IN T 2 2 A 1 4 P K 5 /A D C 1 3 /P C IN T 2 1 A 1 3 P K 4 /A D C 1 2 /P C IN T 2 0 A 1 2 P K 3 /A D C 1 1 /P C IN T 1 9 A 1 1 P K 2 /A D C 1 0 /P C IN T 1 8 A 1 0 P K 1 /A D C 9 /P C IN T 1 7 A 9 P K 0 /A D C 8 /P C IN T 1 6 A 8 P F 7 /A D C 7 /T D I A 7 P F 6 /A D C 6 /T D O A 6 P F 5 /A D C 5 /T M S A 5 P F 4 /A D C 4 /T C K A 4 P F 3 /A D C 3 A 3 P F 2 /A D C 2 A 2 P F 1 /A D C 1 A 1 P F 0 /A D C 0 A 0 R E S E T PC7/A15 30 DUINO1 ARDUINO MEGA2560 R3 IN1 5 IN2 7 ENA 6 OUT1 2 OUT2 3 ENB 11 OUT3 13 OUT4 14 IN3 10 IN4 12 SENSA 1 SENSB 15 GND 8 VS 4 VCC 9 U1 L298 CH1+ 1 CH1-2 SCL 5 SDA 4 CH2+ 7 CH2-8 U2 MCP3422 27.0 DQ 2 VCC 3 GND 1 U3 DS18B20 27.0 DQ 2VCC 3 GND 1 U4 DS18B20 27.0 DQ 2VCC 3 GND 1 U5 DS18B20 IN15 IN27 ENA 6 OUT1 2 OUT2 3 ENB 11 OUT3 13 OUT4 14 IN310 IN412 SENSA 1 SENSB 15 GND 8 VS 4 VCC 9 U6 L298 BAT1 1.5V

(3)

Robot dirancang dengan desain berbentuk segi empat dengan 3 tingkatan sebagai berikut.

1. Pada tingkatan pertama atau yang paling bawah Robot Micromouse dipasang 4 buah motor DC dan 4 buah roda omni.

2. Masih pada tingkat pertama, dibagian atasnya dipasang 2 buah driver motor, 1 DC step down dan 1 buah baterai 1000mAh. 4 buah motor DC yang ada dibagian bawah akan dihubungkan ke driver motor kemudian dihubungkan ke DC step down.

3. Pada tingkat kedua dipasang Arduino Mega 2560. Pada tingkat kedua semua komponen yang digunakan harus dihubungkan pada pin-pin Arduino.

4. Pada tingkat ke 2 juga dipasang 8 infared SHARP 2Y0A21. Infrared tersebut dipasang bagian depan, serong kiri depan, serong kanan depan, kanan, kiri, serong kanan belakang, serong kiri belakang dan belakang dari robot

micromouse tersebut.

5. Terakhir adalah tingkat 3, pada tingkat ke-3 ini dipasang LCD 16*2, sensor compas, dan switch.

4. ANALISA DATA Tahap-tahap pengujian alat:

1. Atur Setpoint derajat compas pada robot. 2. Atur PID sesuai yang diingkan.

3. Pasangkan Bluetooth pada robot untuk pengambilan data error compas. Dimana data tersebut akan ditransfer ke aplikasi TERM Terminal.

4. Arahkan robot berlainan arah dengan derajat compas yang telah diatur.

5. Nyalakan robot, kemudian robot akan bergerak ke posisi derajat compas yang telah diatur.

6. Pada saat robot bergerak menuju posisi derajat compas yang diatur, data yang dibaca akan terukur dan dapat dilihat pada aplikasi TERM terminal.

Pada Proses pengujian alat, Sensor compas HMC5883L disetting dengan posisi 92.050,_{, untuk}

melihat nilai error dari sensor tersebut maka posisi robot akan diputar ke berbagai sudut, sehingga saat robot kembali pada posisi semula yaitu sudut 92.050

akan terlihat nilai error yang dialami sensor compas tersebut. Untuk melakukan pengujian yang efektif maka digunakan 3 buah percobaan dimana PID disetting berbeda – beda untuk menentukan PID yang menghasilkan nilai error ”0” pada pemetaan dan pembacaan sensor.

Pada tahap pertama PID diatur pada KP = 5, KI = 0, dan KD = 1, pada percobaan selanjutnya setting PID diubah pada konstanta KD menjadi 10 dan percobaan ketiga distting pada KP = 20, KI = 0, KD = 10.

Gambar 2 Flowchart proses percangan

Mulai Sensor Inframerah Deteksi Jarak Motor Finish YES NO Stop Initial Navigasi Sistem Sensor Kompas Algoritma PID

Tabel 1 Setting PID 1

Set Point KP KI KD Speed 92.050 ₅ ₀ ₁ ₁₀₀

Set Point KP KI KD Speed

92.05

0

5

0

10

100

Set Point KP KI KD Speed

(4)

Dapat dianalisis bahwa nilai PID sangat mempengaruhi pembacaan nilai kompas dalam kestabilan menemukan derajat melalui set point yang telah ditentukan. Hal ini akan mempengaruhi maping robot micromouse semakin stabil PID yang telah ditentukan terhadap nilai set point maka mempercepat dan membuat kestabilan robot dalam

menemukan titik derajat yang telah ditentukan. Dan nilai PID yang mendapat nilai kestabilan yang baik terdapat pada data 1 terlihat dari cepatnya respon terhadap kestabilan nilai error yang mencapai sekitar 0 dan stabil terhadap set point derajat kompas yang telah ditentukan. Perbandingan hasil dari tiap-tiap data ditunjukkan pada gambar 6.

Gambar 3 Grafik eror dan degree kompas serta hubungan liniernya untuk setting PID 1

Gambar 4 Grafik eror dan degree kompas serta hubungan liniernya untuk setting PID 2

(5)

Gambar 6 Grafik komparasi kestabilan robot

5. KESIMPULAN

Penerapan algoritma PID terhadap pergerakan

micromouse robot mempengaruhi pembacaan

kompas untuk menemukan stabilitas titik tujuan yang telah ditentukan. Nilai error PID data 2 dan 3 terhadap pembacaan kompas memiliki nilai error yang sulit untuk menemukan titik stabil. Sehingga robot sulit untuk menemukan tujuan atau set point

degree kompas yang telah ditentukan.

6. DAFTAR PUSTAKA

[1] Mutijarsah, Kusprasapta. 2011. Robot Dalam Ruang Kelas.

http://robotika.unit.itb.ac.id/lama/3dokumen/NEW %20Presentasi%20URO%202011.pdf.

[2] Anita, Nur Syafidtri. 2010. Robot MicromouseDengan Menggunakan Algoritma

Depth First Search.

http://www.gunadarma.ac.id/library/articles/graduat e/computerscience/2010/Artikel_21105199.pdf. [3] Putra, Yansyah, dkk. 2015. Rancang Bangun Sistem

Data Logger Pergerakan Sepeda Motor Berbasis

Mikrokontroler Atmega

328P.http://snete.unsyiah.ac.id/2015/prosiding/Nask ah%2013.pdf

[4] Nur Rifai, isnan dan Saka Gilab Asa, Panji. 2014. Penerapan Algoritma Kendali Proportional Integral Derivative pada Sistem Real Time Untuk Mempelajari

TanggapanTransien.https://repository.ugm.ac.id/13 5075/1/sentia%20isnan.pdf

[5] Ali, Muhammad. 2004. Pembelajaran Perancangan Sistem Kontrol Pid Dengan Software matlab. http://staffnew.uny.ac.id/upload/132256208/peneliti an/Sistem+Kontrol+PID+Muhamad+Ali.pdf