42
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Perancangan Perangkat Keras
Sistem Meja Gambar yang dirancang terdiri dari 2 sub-sistem, sub-sistem yang pertama adalah PC dengan perangkat lunak EMC menggunakan sistem operasi Linux-Debian. Sub-sistem yang kedua terdiri dari modul mekanik dan modul driver. Sistem Meja Gambar merupakan sistem mekanik yang bergerak berdasarkan putaran motor stepper yang dikontrol oleh software EMC melalui PC.
3.1.1 Diagram Blok Sistem
Pada dasarnya, sistem ini memiliki prinsip kerja sesuai diagram blok sebagai berikut :
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem XY-Table
PC yang digunakan telah berisi sistem operasi Linux Debian dan perangkat lunak EMC yang di-install menggunakan BDI Installer versi 4.50. Perancangan Modul Mekanik dilakukan dengan memberikan parameter yang
43 digunakan sebagai konfigurasi EMC di dalam INI File. Input yang diberikan melalui PC adalah G-Code atau penekanan tombol pada mode pengoperasian manual. Format G-Code dari gambar yang dibuat, kemudian akan diolah oleh perangkat lunak EMC yang akan mengirimkan data-data melalui parallel port menuju Modul Driver di setiap sumbu.
Modul Driver akan menerima setiap sinyal input yang dikirim oleh PC melalui parallel port berupa clock dan arah pergerakan.
Untuk setiap outputnya, Modul Driver akan mengirimkan sinyal ke Modul Axis yang berupa Motor Stepper yang akan menggerakkan sumbu atau axis. Motor stepper kemudian akan bergerak sesuai data yang diterimanya menuju posisi sesuai input yang diberikan kepada EMC.
3.1.2 Diagram Alir EMC
Berikut ini adalah diagram alir dari Sistem EMC :
Gambar 3.2 Diagram Alir EMC
Diagram alir ini dilihat dari sudut pandang user atau pengguna sistem EMC. Pada saat pertama kali pengintegrasian EMC dengan sistem mekanik, beberapa parameter pada INI file harus diatur terlebih dahulu, untuk penggunaan diwaktu selanjutnya bagian ini dapat dilewatkan. Eksekusi emc.run untuk menjalankan EMC, kemudian pilih MACHINE ON untuk men-set sistem dalam keadaan aktif lalu jalankan sistem melalui pemilihan mode operasi yang ingin digunakan.
3.1.3 PC (Personal Computer)
Sistem XY-Table ini menggunakan sebuah PC (personal computer) dengan spesifikasi dari PC yang digunakan adalah sebagai berikut :
1. Prosesor IntelPentium III 800 MHz 2. Memori 256 MB SDRAM
45
4. Disc Drive 10 GB
5. Sistem Operasi Linux-Debian dan Piranti lunak EMC
Piranti lunak EMC tersebut menggunakan interface parallel pada PC dan akan terhubung dengan modul driver sumbu X maupun modul driver sumbu Y.
3.1.4 Perancangan Modul Driver Motor Stepper
Perancangan Modul Driver Motor Stepper berfungsi untuk menerima sinyal input dari port parallel PC berupa clock dan arah pergerakan yang digunakan untuk mengatur motor stepper agar bergerak sesuai dengan pergerakan yang diinginkan. Modul ini diperlukan karena tegangan maupun arus yang dikeluarkan dari port parallel PC kurang besar untuk menggerakan motor stepper. Selain itu, output yang dihasilkan dari PC hanya berupa clock dan arah saja. Sehingga diperlukan sebuah modul yang berfungsi untuk men-translate input yang berupa clock dan arah pergerakan menjadi sinyal sekuensial untuk menggerakan stepper sesuai dengan keinginan.
Modul driver motor stepper terdiri dari IC L297 yang berfungsi sebagai translator input yang diberikan melalui PC menjadi sinyal sekuensial yang digunakan untuk menggerakan motor stepper. Output dari IC L297 (yang masih sebesar 5V dan arusnya relatif kecil) akan diberikan kepada L298, yang berfungsi sebagai pengatur arus dan tegangan supply bagi motor stepper. Selain itu, L298 akan memberikan sinyal apabila ada gangguan yang dapat merusak motor melalui pin sense A dan sense B. Sinyal ini akan di bandingkan dengan tegangan referensi pada L297 (pin 15), kemudian output dari proses ini adalah pin inhibit 1 & 2 (pin 5 dan 8) pada L297 yang dihubungkan dengan pin enable
A dan B (pin 6 dan 11) pada L298 (aktif low). Misalnya ada tekanan dari luar yang diberikan kepada motor stepper secara berlebihan, maka pin inhibit pada L297 akan mengirimkan sinyal dengan logika low kepada pin enable di L298 yang berfungsi sebagai pemutus arus ke Motor Stepper.
Gambar 3.3 Rangkaian Skematik Modul Driver
Input clock dari PC dihubungkan pada pin clock (pin 18) di L297 yang aktif low. Sedangkan input arah pergerakan dari PC dihubungkan dengan pin cw/~ccw (pin 17). Bila PC mengirimkan sinyal dengan logika high maka motor stepper akan bergerak searah dengan jarum jam. Namun, bila PC mengirimkan sinyal dengan logika low, maka motor stepper akan bergerak berlawanan dengan arah jarum jam.
47
3.1.5 Perancangan Sistem Mekanik
Dengan memperhitungkan faktor berat material dan daya tahan, komponen-komponen dalam sistem mekanik lebih banyak menggunakan alumunium sebagai bahan dasar. Meskipun untuk bagian-bagian seperti bearing, as ulir dan batangan as menggunakan bahan dasar besi.
Bahan-bahan tersebut relatif mudah di dapatkan dengan harga cukup murah, kecuali untuk bahan dasar alumunium yang lebih mahal. Hasil perancangan sistem mekanik kemudian dikerjakan di bengkel bubut untuk mendapatkan hasil yang cukup presisi sesuai kebutuhan sistem.
Skema sistem mekanik yang dirancang dapat dilihat pada gambar 3.4.
Komponen-komponen mekanik yang diperlukan dalam perancangan sistem mekanik ini terdiri dari :
♦ Sebuah pelat aluminium berukuran 595 mm x 500 mm sebagai landasan keseluruhan sistem XY-Table,
♦ 2 buah batang ulir sepanjang + 400 mm dengan diameter 8 mm, dan jumlah jalur ulir sebanyak 9 buah per 1 cm. Batang ulir ini dihubungkan ke dua buah bearing, yang salah satu ujungnya akan digerakkan oleh motor stepper.
♦ 4 buah batangan as yang merupakan batangan besi sepanjang + 400 mm dengan diameter 10 mm yang berfungsi sebagai sumbu penyangga gerakan batang ulir yang berada di bagian bawah.
♦ 4 buah lempengan pelat aluminium yang terdapat dibawah. 2 buah lempengan sebagai tempat dudukan batang ulir dan salah satunya terhubung ke motor stepper. 2 buah lempengan lainnya sebagai tempat dudukan batangan as yang posisinya berada berseberangan dengan batangan ulir. ♦ 1 buah pelat aluminium berbentuk huruf L sebagai tempat dudukan motor
stepper yang berada dibawah.
♦ 1 buah lempengan pelat aluminium sebagai tempat dudukan motor stepper yang berada diatas yang memiliki sebuah lubang ulir dan sebuah lubang licin sehingga dapat bergerak diatas batangan ulir dan batangan as.
♦ 1 buah pelat aluminium tambahan.
♦ 6 buah LBB (Linear Ball Bearing) yang berfungsi untuk memperlancar pergeseran kedua sumbu.
49 3.2 Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan perangkat lunak meliputi perancangan file berekstensi .ngc menggunakan bahasa pemrograman G-code yang bertujuan agar sistem XY-Table dapat menggambar objek bujur sangkar dengan sisi 5cm x 5cm, segitiga siku-siku dengan sisi tegak lurus 5 cm dan 5 cm, lingkaran dengan jari-jari 2 cm dan huruf-huruf kapital A sampai Z.
3.2.1 Perancangan File “bjrskr.ngc”
Perancangan file “bjrskr.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga system XY-Table dapat menggambar bujur sangkar dengan dimensi 5 cm x 5 cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
3.2.2 Perancangan File “segitiga.ngc”
Perancangan file “segitiga.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar segitiga sama sisi siku-siku dengan panjang sisi tegak lurusnya 5 cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.6 Diagram alir file objek segitiga
3.2.3 Perancangan File “lingkaran.ngc”
Perancangan file “lingkaran.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar lingkaran dengan panjang diameter 4 cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
51
Gambar 3.7 Diagram alir file objek lingkaran
3.2.4 Perancangan File “hrf_a.ngc”
Perancangan file “hrf_a.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “A” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.8 Diagram alir file objek huruf kapital A
3.2.5 Perancangan File “hrf_b.ngc”
Perancangan file “hrf_b.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “B” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
53
Gambar 3.9 Diagram alir file objek huruf kapital B
3.2.6 Perancangan File “hrf_c.ngc”
Perancangan file “hrf_c.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “C” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
3.2.7 Perancangan File “hrf_d.ngc”
Perancangan file “hrf_d.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “D” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.11 Diagram alir file objek huruf kapital D
3.2.8 Perancangan File “hrf_e.ngc”
Perancangan file “hrf_e.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “E” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
55
Gambar 3.12 Diagram alir file objek huruf kapital E
3.2.9 Perancangan File “hrf_f.ngc”
Perancangan file “hrf_f.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “F” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.13 Diagram alir file objek huruf kapital F
3.2.10 Perancangan File “hrf_g.ngc”
Perancangan file “hrf_g.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “G” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
57
Gambar 3.14 Diagram alir file objek huruf kapital G
3.2.11 Perancangan File “hrf_h.ngc”
Perancangan file “hrf_h.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat
menggambar huruf kapital “H” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.15 Diagram alir file objek huruf kapital H
3.2.12 Perancangan File “hrf_i.ngc”
Perancangan file “hrf_i.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “I” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
59
Gambar 3.16 Diagram alir file objek huruf kapital I
3.2.13 Perancangan File “hrf_j.ngc”
Perancangan file “hrf_j.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “J” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.17 Diagram alir file objek huruf kapital J
3.2.14 Perancangan File “hrf_k.ngc”
Perancangan file “hrf_k.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “K” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
61
Gambar 3.18 Diagram alir file objek huruf kapital K
3.2.15 Perancangan File “hrf_l.ngc”
Perancangan file “hrf_l.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “L” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.19 Diagram alir file objek huruf kapital L
3.2.16 Perancangan File “hrf_m.ngc”
Perancangan file “hrf_m.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “M” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
63
Gambar 3.20 Diagram alir file objek huruf kapital M
3.2.17 Perancangan File “hrf_n.ngc”
Perancangan file “hrf_n.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “N” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.21 Diagram alir file objek huruf kapital N
3.2.18 Perancangan File “hrf_o.ngc”
Perancangan file “hrf_o.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “O” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
65
Gambar 3.22 Diagram alir file objek huruf kapital O
3.2.19 Perancangan File “hrf_p.ngc”
Perancangan file “hrf_p.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “P” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.23 Diagram alir file objek huruf kapital P
3.2.20 Perancangan File “hrf_q.ngc”
Perancangan file “hrf_q.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “Q” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
67
Gambar 3.24 Diagram alir file objek huruf kapital Q
3.2.21 Perancangan File “hrf_r.ngc”
Perancangan file “hrf_r.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “R” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.25 Diagram alir file objek huruf kapital R
3.2.22 Perancangan File “hrf_s.ngc”
Perancangan file “hrf_s.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat
69 menggambar huruf kapital “S” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.26 Diagram alir file objek huruf kapital S
3.2.23 Perancangan File “hrf_t.ngc”
Perancangan file “hrf_t.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “T” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.27 Diagram alir file objek huruf kapital T
3.2.24 Perancangan File “hrf_u.ngc”
Perancangan file “hrf_u.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat
71 menggambar huruf kapital “U” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.28 Diagram alir file objek huruf kapital U
3.2.25 Perancangan File “hrf_v.ngc”
Perancangan file “hrf_v.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “V” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.29 Diagram alir file objek huruf kapital V
3.2.26 Perancangan File “hrf_w.ngc”
Perancangan file “hrf_w.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “W” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
73
Gambar 3.30 Diagram alir file objek huruf kapital W
3.2.27 Perancangan File “hrf_x.ngc”
Perancangan file “hrf_x.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “X” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.31 Diagram alir file objek huruf kapital X
3.2.28 Perancangan File “hrf_y.ngc”
Perancangan file “hrf_y.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “Y” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
75
Gambar 3.32 Diagram alir file objek huruf kapital Y
3.2.29 Perancangan File “hrf_z.ngc”
Perancangan file “hrf_z.ngc” bertujuan untuk membuat file yang akan dieksekusi oleh EMC dalam mode operasi Auto sehingga sistem XY-Table dapat menggambar huruf kapital “Z” dengan dimensi 4 cm x 5cm. Berikut ini adalah diagram alir dari file tersebut.
Gambar 3.33 Diagram alir file objek huruf kapital Z
3.3 Integrasi EMC dengan Modul Mekanik
Output dari perangkat lunak EMC dikeluarkan melalui interface parallel port pada PC yang akan dihubungkan dengan Modul Driver. Pin D0 pada parallel port terhubung dengan Pin cw/ccw sumbu X yang berfungsi untuk mengatur arah axis sumbu X, Pin D1 terhubung dengan Pin clock modul driver sumbu X yang berfungsi untuk mengatur siklus pergerakan motor stepper pada sumbu X.
77
Gambar 3.34 Integrasi parallel port PC dengan driver motor pada EMC
Pin D2 pada parallel port terhubung dengan pin cw/ccw sumbu Y yang berfungsi untuk mengatur arah axis sumbu Y. Pin D3 terhubung dengan pin clock modul driver sumbu Y yang berfungsi untuk mengatur siklus pergerakan motor stepper pada sumbu Y. Pin ground pada PC akan terhubung dengan pin ground pada modul driver X maupun modul driver Y. Hal ini dapat dilihat pada gambar 3.34.
3.4 Pengaturan Dasar INI File
Berikut ini adalah pengaturan minimum nilai-nilai parameter pada INI File yang perlu diubah agar Sistem Meja Gambar dapat berjalan dengan baik dan sesuai dengan spesifikasi modul mekanik yang dibuat.
1. LINEAR_UNITS
Nilai yang digunakan adalah 1, yang menandakan ukuran satuan yang digunakan adalah milimeter.
2. MAX_VELOCITY
Nilai parameter yang digunakan sebagai batas maksimal kecepatan putaran motor stepper. Nilai yang digunakan sebesar 2 (mm/detik) yang merupakan nilai default.
3. UNITS
Nilai yang digunakan adalah 1, yang menandakan ukuran satuan yang digunakan adalah milimeter.
4. INPUT_SCALE
Nilai parameter yang digunakan oleh EMC sebagai input, berdasarkan jumlah step dari motor stepper untuk melakukan 1 putaran berbanding jarak pergeseran linear yang terjadi di batangan ulir. Nilai yang didapat adalah 200 : 1,25 = 160.
79
Gambar 3.35 Perhitungan nilai Input dan Output Scale
5. OUTPUT_SCALE
Nilai parameter yang digunakan oleh EMC sebagai output, disarankan sesuai dengan nilai yang digunakan pada input EMC, dalam hal ini sebesar 160.
6. MIN_LIMIT
Nilai minimal yang digunakan sebagai parameter oleh EMC sebagai batas nilai terkecil pada sistem mekanik. Nilai yang digunakan sebesar -200, sebagai batas nilai terkecil = -200 mm. dari titik HOME yang ditentukan. 7. MAX_LIMIT
Nilai maksimal yang digunakan sebagai parameter oleh EMC sebagai batas nilai terbesar pada sistem mekanik. Nilai yang digunakan sebesar 200, sebagai batas nilai terbesar = 200 mm.
