PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT PENGOLAH SINYAL PENDETEKSI POSISI SUDUT POROS BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535

(1)

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT

PENGOLAH SINYAL PENDETEKSI POSISI SUDUT POROS

BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535

TUGAS SARJANA

Diajukan untuk melengkapi syarat mencapai gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin

Institut Teknologi Bandung

Oleh :

LUCKY FAJAR

13103080

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2008

(2)

Lembaran Pengesahan

Tugas Sarjana

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM

PENDETEKSI POSISI SUDUT POROS

BERBASIS ATMEGA 8535

Oleh:

Lucky Fajar

13103080

Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung

Disetujui pada Tanggal: 2 Februari 2008

Pembimbing

Dr. Ir. Zainal Abidin NIP. 131 473 960

(3)

Tugas Sarjana

Judul Perancangan dan pembuatan sistem

pendeteksi posisi sudut poros berbasis ATMEGA 8535

Lucky Fajar

Program Studi Teknik Mesin 13103080

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung

Abstrak

Mesin-mesin industri umumnya termasuk dalam jenis rotasi, misalnya pompa, blower, kompresor, dan turbin. Sumber getaran yang paling utama pada mesin jenis rotasi adalah ketidakseimbangan rotor yang diakibatkan oleh adanya massa tidak seimbang yang berputar. Untuk mengatasi masalah ketidakseimbangan tersebut, dilakukan proses penyeimbangan.

Pada proses penyeimbangan, penentuan sudut menjadi suatu bagian yang penting. Oleh karena itu, maka perlu dikembangkan alat pendeteksi posisi sudut yang memiliki keakuratan yang baik.

Pada tugas sarjana ini dirancang suatu sistem pendeteksi posisi sudut poros, yang tidak tergantung pada diameter poros. Berdasarkan penelitian ini diharapkan agar hasil pengukuran posisi sudut menggunakan sensor enkoder sebagai sensor sudut dan sensor optik (key phasor) sebagai referensi nol, dapat dilihat secara otomatis menggunakan perangkat pengolah sinyal.

Perangkat pengolah sinyal yang dikembangkan pada tugas sarjana ini dirancang dengan tiga kanal masukan. Kanal 0 dihubungkan dengan sensor optik (keyphasor), sedangkan kanal 1 dan 2 dihubungkan dengan sensor posisi enkoder. Dengan ketiga kanal tersebut, perangkat pengolah sinyal dapat digunakan untuk mengetahui posisi sudut dari poros. Selain itu perangkat pengolah sinyal tersebut dapat dikondisikan untuk mengetahui arah putaran dan kecepatan poros (rpm).

Dari hasil pengujian perangkat pengolah sinyal untuk penentuan posisi sudut poros, menunjukan hasil yang relatif sama dengan acuan, yaitu MSA HP 353650, dengan selisih maksimum 6,47 % dan selisih minimum 0,97 %, sedangkan hasil pengujian perangkat pengolah sinyal untuk pengukuran kecepatan putar poros, mempunyai selisih maksimum 7,2 % dan selisih minimum 3,59 %.

(4)

Final Project Title Design and production of shaft angle

position detector system using ATMEGA 8535

Lucky Fajar

Major Mechanical Engineering 13103080

Faculty of Mechanical and Aviation Engineering Institute of Technology Bandung

Abstract

Many kind of production machineries belongs to rotational type, such as pump, blower, compressor, and turbine. The main vibrational source of these machineries is the unbalanced rotor that was caused by the existence of unbalance mass on it’s rotational components. To solve this kind of problem, balancing process is needed.

Angle detection has become an important part in balancing process. Therefore, a better accuracy for angle detection tools need to be developed.

On this final assignment, a shaft angle potition detector system that not depending on the shaft diameter is designed. This research was done so the result of angle potition measurement with encoder as an angle sensor and also a key phasor as a zero reference, can be seen automatically using a signal processing unit.

Signal processing unit that was developed in this final assignment is designed with 3 input source. In this unit the 0 input is connected to key phasor and the 1 and 2 input is connected to encoder angle position sensor. With those 3 input, the signal processing unit can be used for detecting position of shaft angle. Beside that this signal processing unit can be used for detecting rotational direction of angle and rotational speed (rpm).

From the experiment result, this signal processing unit for detection position of shaft angle, show relatively same result with MSA HP 353650, with miximum range is 6,47 % and minimum range 0,97 %. Meanwhile from the experiment result for rotational speed has maximum range 7,2 % and maximum range 3,59 %.

(5)

Oleh :

Lucky Fajar 13103080

Pembimbing :

Dr. Ir. Zainal Abidin

RINGKASAN

Latar Belakang

• PT United Tractors Pandu Engineering telah melakukan redesign atas salah satu produknya yaitu Rear Tipper Vessel TV35 Scania.

• Karena keterbatasan kemampuan perangkat lunak yang dimiliki oleh PT United Tractors Pandu Engineering, maka produk baru ini belum sempat dianalisa kekuatannya.

Tujuan Penelitian

• Untuk memberikan second opinion atas hasil desain ulang yang dilakukan PT United Tractors Pandu Engineering terhadap produk baru dari Rear Tipper Vessel TV35 Scania.

• Memberikan rekomendasi teknis berdasarkan hasil analisa yang dilakukan.

Metode Penelitian

• Pengumpulan data primer dan sekunder terhadap produk Rear Tipper Vessel TV35 Scania.

• Membuat model geometri serta simulasi pembebanan untuk analisa metode elemen hingga dengan menggunakan perangkat lunak MSC Nastran 4.5.

• Melakukan analisa dengan menggunakan metode elemen hingga pada MSC Nastran 4.5 baik secara statis maupun secara buckling.

Hasil Analisa

• Dari hasil analisa yang telah dilakukan terdapat kegagalan pada komponen endframe 2 yang terletak di tulangan belakang vessel tepat di atas tumpuan pin belakang.

• Sebaiknya dilakukan perubahan material yang menyusun komponen endframe 2 dari SS400 menjadi material lain yang memiliki kekuatan yield >300 MPa.

(6)

Kata Pengantar

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunianya tugas sarjana ini dapat diselesaikan.

Tugas sarjana ini merupakan tugas individu, namun banyak pihak yang memberikan banyak bantuan dan dukungan. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

• Dr. Ir. Zainal Abidin selaku pembimbing tugas sarjana. Terima kasih atas kedisiplinan dan etos kerja yang telah dicontohkan.

• Almarhum papapku sebagai panutan hidupku. Mamah atas segala doa yang selalu mengiringiku. Adik-adikku Riva, Try, dan Dea yang selalu memeberikan semangat disetiap

• Keluarga besar H. Idjim Miharja dan keuarga besar (alm) H. Moch. Endun. • Seluruh dosen dan staf Departemen Teknik Mesin;seluruh staf Lab. Dinamika • Rekan-rekan seperjuangan di Lab dunamika. Terutama buat teguh,yudi, dan adit. • Rekan-rekan di Mesin 2003

Penulis menyadari tugas sarjana ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis berharap agar kekurangan dalam tugas sarjana ini dapat disempurnakan pada pengembangan berikutnya.

Bandung, Januari 2008

(7)

DAFTAR ISI

ABSTRAK i

KATA PENGANTAR iii

DAFTAR ISI iv

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR TABEL vii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Tujuan 1 1.3 Batasan Masalah 2 1.4 Metode Penelitian 2 1.5 Sistematika Penulisan 3

BAB II DASAR TEORI 2.1 Pendahuluan 5

2.2 Proses Penyeimbangan 5

2.3 Metode Penyeimbangan 6

2.4 Mikrokontroler ATmega 8535 7

2.4.1 Arsitektur ATMega 8535 9

2.4.2 Fitur Interupsi Eksternal 10

2.4.3 Fitur Timer 12

2.5 Rangkaian Enkoder 14

2.6 LCD Sebagai Fasilitas Antarmuka 17

2.7 Memori dan Register 18

(8)

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT KERAS 21

3.1 Pendahuluan 21

3.2 Pengatur Suplai Tegangan 22

3.3 Masukan Enkoder 23

3.4 Central Processing Unit (CPU) 24

3.4.1 Rangkaian Clock 25

3.4.2 Rangkaian Reset 26

3.4.3 Rangkaian Komunikasi Serial 27

3.5 Rangkaian LCD 28

BAB IV PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT LUNAK 31

4.1 Perangkat Lunak Code Vision AVR 31

4.2 Logika Program 32

4.2.1 Program Tampilan LCD 34

4.2.2 Program Pengiriman Data ke Komputer 34

4.2.3 Subroutine Penentuan Kecepatan Putar Poros 34

4.2.4 Subroutine Arah Putaran Poros Enkoder 35

BAB V PENGUJIAN PROGRAM PENGOLAH SINYAL 36

5.1. Pendahuluan 36

5.2. Proses Pengecekan Arah Putaran Poros Enkoder 36

5.3. Pengujian Program Penentuan Posisi Sudut Poros 38

5.4. Pengujian Program Penentuan Kecepatan Putar Poros 41

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 47

6.1 Kesimpulan 47

6.2 Saran 47

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Diagram alir penelitian 3

Gambar 2.1 Sistem poros sederhana yang mengalami kondisi tak seimbang 5

Gambar 2.2 Diagram phasor penyeimbangan statik 7

Gambar 2.3 Susunan kaki ATMega8535 10

Gambar 2.4 Register pemicu interupsi 11

Gambar 2.5 Register kontrol interupsi 12

Gambar 2.6 Register TCCR0 12

Gambar 2.7 Register TCCR1B 13

Gambar 2.8 Skema enkoder inkremental 15

Gambar 2.9 Enkoder 15

Gambar 2.10 Piringan enkoder yang berputar 16

Gambar 2.11 Sinyal keluaran enkoder OMRON EB2-CWZ6C 17

Gambar 2.12 LCD 20 x 4 18

Gambar 2.13 Konektor DB-9 serial 19

Gambar 3.1 Perangkat Pengolah Sinyal dengan 3 kanal Masukan 21

Gambar 3.2 Rangkaian pengatur tegangan suplai DC 22

Gambar 3.3 Tuas masukan enkoder 23

Gambar 3.4 Rangkaian Pull up Resistor 23

Gambar 3.5. Rangkaian CPU (Central Processing Unit) 24

Gambar 3.6 Rangkaian Clock 26

Gambar 3.7 Rangkaian Reset 26

Gambar 3.8 Rangkaian Port Serial 27

Gambar 3.9 Skematik dari LCD 28

Gambar 3.10 Rangkaian tegangan kontras 29

Gambar 3.11 Header untuk LCD di PCB 29

Gambar 3.12 Rangkaian mikrokontroler ATMega 8535 30

Gambar 4.1 CodeWizard AVR 32

(10)

Gambar 4.2 Logika program penentuan kecepatan putar poros 35

Gambar 4.3 Sinyal keluaran enkoder phase A dan B 35

Gambar 5.1 Skema pengecekan penentuan arah putaran poros enkoder 37

Gambar 5.2 Hasil pengujian penentuan arah putar poros enkoder 37

Gambar 5.3 Skema pengujian program penentuan posisi sudut poros 38

Gambar 5.4 Hasil pengujian pada kecepaatan putar 95 rpm motor AC 39

Gambar 5.5 Hasil pengujian pada kecepatan putar 150 rpm motor AC 39

Gambar 5.8 Skema pengujian program penentuan kecepatan putar 42

Gambar 5.9 Hasil pengujian pada frekuensi 4 Hz sinyal generator 43

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Pilihan bentuk pemicu 11

Tabel 2.2 Kombinasi Harga CS00,CS01, dan CS02 13

Tabel 2.3 Kombinasi Harga CS10, CS11, dan CS12 14

Tabel 2.5 Susunan kaki-kaki LCD 20 x 4 18

Tabel 5.1 Rangkuman hasil pengujian penentuan posisi sudut poros 41