RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI MODEL ALAT PEMBERSIH KACA GEDUNG BERTINGKAT
BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO
TUGAS AKHIR
Diajukan kepada
Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
OLEH
MUHAMMAD AULIA FARIZI 201710120311018
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2021
vi
RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI MODEL ALAT PEMBERSIH KACA GEDUNG BERTINGKAT BERBASIS
MIKROKONTROLER ARDUINO
Oleh : Muhammad Aulia Farizi (201710120311018)
Pembimbing I : Ir. Trihono Sewoyo, MT., Pembimbing II : Budiono, S.Si., MT.
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiya Malang Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144
ABSTRAK
Pembersihan kaca sekarang ini masih dilakukan dengan metode pembersihan manual seperti penggunaan kabel dan sistem gondola. Membersihkan kaca di tempat-tempat tinggi adalah salah satu pekerjaan yang paling memiliki resiko yang tinggi untuk pekerjanya. Walaupun gondola yang digunakan tergolong aman dan telah memenuhi syarat Kesehatan dan Keselamatan Kerja (K3).
Perancangan ini menggunakan metode eksperimental dimana data dari perancangan setiap komponen akan diperoleh melalui uji coba. Pada perancangan ini, pengujian yang dilakukan mencakup pengujian dari sistem kendali dari sensor ultrasonik, motor stepper, motor DC, dan rangkaian sistem kendali. Hasil dari pengujian sensor ultrasonik didapatkan range data pembacaan yaitu sebesar kurang dari 36 cm sampai lebih dari sama dengan 15 cm (15 ≤ x < 36). Dari hasil pengujian motor stepper didapatkan nilai pulse sebesar 2500 dengan jarak yang dihasilkan sebesar 6 cm. Dari hasil pengujian motor DC atau motor tali didapatkan data berupa nilai waktu sebesar 5000 μs atau sebesar 5 detik untuk waktu berputarnya motor DC dan menarik pembersih keatas dan juga menurunkan pembersih kebawah.
Kata Kunci : Arduino, Ultrasonik, Alat, Kaca, Kontrol.
vii
DESIGN AND CONTROL SISTEM OF STORE BUILDING GLASS CLEANER MODEL BASED ON ARDUINO
MICROCONTROLLER
By : Muhammad Aulia Farizi (201710120311018)
Advisor I : Ir. Trihono Sewoyo, MT., Advisor II : Budiono, S.Si., MT.
Faculty of Engineering, Department of Mechanical Engineering, University of Muhammadiyah Malang
Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang 65144
ABSTRACT
Glass cleaning is currently still carried out using manual cleaning methods such as the use of cables and gondola sistems. Cleaning glass in high places is one of the most high-risk jobs for workers. Even though the gondola used is classified as safe and has complied with Occupational Health and Safety (K3) requirements.
This design uses an experimental method where data from the design of each component will be obtained through trials. In this design, the tests carried out include testing of the control sistem of ultrasonik sensors, stepper motors, DC motors, and control sistem circuits. The results of ultrasonik sensor testing obtained range of Reading data that is equal to less than 36 cm to more than equal to 15 cm (15 ≤ x < 36). From the results of the stepper motor test, the pulse value is 2500 with the resulting distance of 6 cm. From the results of testing the DC motor or rope motor, data is obtained in the form of a time value of 5000 s or 5 seconds for the time the DC motor rotates and pulls the cleaner up and also lowers the cleaner down.
Keywords: Arduino, Ultrasonik, Alat, Glass, Control.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini.
Shalawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Rasullah SAW.
Skripsi ini merupakan hasil dari perjalanan proses pembelajaran selama perkuliahan Strata Satu (S1) di prodi Teknik Mesin. Ilmu-ilmu yang diperoleh selama dibangku perkuliahan sangat bermanfaat hingga terciptanya skripsi yang disusun oleh penulis ini. Skripsi ini berisi tentang bagaimana cara merancang bangun sistem kendali model alat pembersih kaca gedung bertingkat berbasis mikrokontroler arduino. Proses penyusunan skripsi ini, tidak terlepas dari bantuan, dorongan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih kepada:
1. Orang tua dan keluarga saya terutama kepada almarhum ayah saya yang sudah memberikan semangat, motivasi serta dukungan berupa doa, moral dan materi dalam menyelesaikan skripsi ini karena penulis ada untuk membahagiakan kalian.
2. Bapak Almarhum Ir. Trihono Sewoyo, MT dan bapak Budiono, S.Si., MT. yang telah bersedia menjadi dosen pembimbing, serta telah memberikan waktu dan tenaga dalam memberikan arahan dari awal penyusunan skripsi hingga selesainya skripsi ini. Serta motivasi yang diberikan selama proses pembuatan skripsi ini sangatlah berharga bagi saya.
ix
3. Bapak dan ibu dosen Prodi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang yang telah memberikan ilmu yang sangat bermanfaat bagi penulis selama belajar dan berproses pada jurusan teknik mesin.
4. Rekan-rekan penulis terutama, Geska, Fauzan, Bima, Hakim, dan teman-teman seperjuangan saya di teknik mesin khususnya Mesin A, terimakasih kalian telah menjadi tempat untuk bertukar pikiran selama proses penyusunan skripsi ini, menjadi tempat menampung semua keluh kesah serta memberikan warna yang sangat indah selama saya kuliah di Universitas Muhammadiyah Malang.
5. Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu dan terus memberikan motivasi bagi penulis dalam menyelasaikan tugas akhir ini.
6. Last but not least, I wanna thank me, I wanna thank me for believing in me, I wanna thank me for doing all this hard work, I wanna thank me for having no days off, I wanna thank me for never quitting, I wanna thank me for always being a giver and tryna give more than I receive, I wanna thank me for tryna do more right than wrong, I wanna thank me for just being me at all times, and I just wanna thank me for everything.
Namun penulis juga menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih memiliki kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari semua pihak. Penulis juga mengharapkan agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi orang lain yang membacanya.
Malang, 28 Juli 2021
Muhammad Aulia Farizi,
x
DAFTAR ISI
COVER
POSTER ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR (SKRIPSI) ... iii
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN TULISAN ... v
ABSTRAK ... vi
ABSTRACT... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Perancangan ... 3
1.4 Manfaat Perancangan ... 3
1.5 Batasan Masalah ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Penelitian Terdahulu ... 4
2.2 Sistem Kendali ... 6
2.2.1 Sistem Kontrol Open Loop ... 7
2.2.2 Sistem Kontrol Close Loop ... 7
2.2.3 Macam – Macam Jenis Kontrol Pengendalian... 8
2.3 Arduino ... 9
2.3.1 Tipe Arduino ... 10
2.4 Mikrokontroler... 19
2.4.1. Konfigurasi Mikrokontroler ... 20
2.5 Komponen Pendukung Alat ... 21
2.5.1. PWM ... 21
xi
2.5.2. Sensor Ultrasonik HCSR04 ... 24
2.5.3. Motor stepper ... 27
2.5.4. Driver Motor L298NN ... 28
2.5.5. Catu Daya (Power supply) ... 30
2.5.6. Motor DC ... 31
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ... 34
3.1 Tempat dan Waktu Perancangan ... 34
3.2 Metode Penelitian ... 34
3.3 Perancangan Konseptual ... 36
3.3.1 Analisa Permasalahan ... 36
3.3.2 Daftar Persyaratan Perancangan ... 37
3.3.3 Identifikasi Masalah ... 39
3.3.4 Struktur Fungsi ... 41
3.3.5 Diagram Skematik Rangkaian Alat Pembersih Kaca ... 42
3.3.6 Prinsip Kerja ... 43
3.3.7 Kombinasi dan Susunan Konsep ... 44
3.3.8 Pemilihan Konsep Varian ... 47
3.4 Konseptual Desain Alat ... 48
3.5 Proses Pengerjaan ... 49
3.5.1 Alat yang Digunakan Pada Perancangan ... 49
3.5.2 Bahan yang Digunakan Pada Perancangan... 49
3.5.3 Proses Pengerjaan dan Perancangan Alat ... 50
3.6 Rangkaian Pengujian Alat ... 52
3.6.1 Pengujian Sensor Ultrasonik ... 53
3.6.2 Pengujian Motor stepper ... 54
3.6.3 Pengujian Motor DC ... 54
3.6.4 Pengujian Rangkaian Sistem Kendali ... 55
3.7 Road Map Penelitian ... 56
BAB IV PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN ... 57
4.1. Pengujian Sensor Ultrasonik ... 57
4.2. Pengujian Motor stepper ... 60
4.3. Pengujian Motor DC ... 61
4.4. Pengujian Rangkaian Sistem Kendali ... 63
4.5. Pembahasan ... 66
xii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 74
5.1. Kesimpulan ... 74
5.2. Saran ... 75
DAFTAR PUSTAKA ... 76
LAMPIRAN ... 78
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Deskripsi Arduino Uno ... 16
Tabel 3. 1 Daftar Persyaratan Spesifikasi Desain ... 37
Tabel 3. 2 Kombinasi Sub – Fungsi Didasarkan Pada Diagram Blok Sub - Fungsi ... 44
Tabel 4. 1 Hasil Pengujian Sensor Ultrasonik ... 58
Tabel 4. 2 Hasil Perhitungan Nilai Error Sensor Ultrasonik ... 59
Tabel 4. 3 Hasil Pengujian Motor stepper ... 60
Tabel 4. 4 Hasil Pengujian Motor DC ... 62
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Diagram Open Loop ... 7
Gambar 2. 2 Diagram Close Loop ... 8
Gambar 2. 3 Arduino Serial ... 11
Gambar 2. 4 Arduino Mega ... 12
Gambar 2. 5 Arduino FIO ... 12
Gambar 2. 6 Arduino Lilypad ... 13
Gambar 2. 7 Arduino BT ... 14
Gambar 2. 8 Arduino Nano ... 14
Gambar 2. 9 Arduino Uno ... 15
Gambar 2. 10 Blok Rangkaian Interal Mikrokontroller ... 19
Gambar 2. 11 Bentuk Fisik Mikrokontroller ATmega328 ... 20
Gambar 2. 12 Konfigurasi Fisik Mikrokontroller ATmega 328 ... 21
Gambar 2. 13 Duty cycle dan Resolusi PWM ... 23
Gambar 2. 14 Bentuk Fisik Sensor Ultrasonik HC-SR04 ... 24
Gambar 2. 15 Konfigurasi Pin Sensor Ultrasonik HC-SR04 ... 25
Gambar 2. 16 Ilustrasi Waktu Transit Gelombang Ultrasonik ... 26
Gambar 2. 17 Struktur Motor stepper ... 27
Gambar 2. 18 Bentuk Fisik dan Konfigurasi Pin Driver Motor L298NN ... 28
Gambar 2. 19 Rangkaian Driver Motor L298NN Dengan Arduino Uno ... 30
Gambar 2. 20 Power supply 12 V ... 31
Gambar 2. 21 Motor DC ... 32
Gambar 3. 1 Diagram Alir Perancangan ... 35
Gambar 3. 2 Diagram blok fungsi keseluruhan ... 41
xv
Gambar 3. 3 Diagram blok sub – fungsi ... 42
Gambar 3. 4 Schematic Diagram Alat ... 43
Gambar 3. 5 Prinsip Kerja ... 44
Gambar 3. 6 Konseptual Desain Alat ... 48
Gambar 3. 7 Komponen Mekanik Alat... 51
Gambar 3. 8 Rangkaian Elektronik ... 52
Gambar 3. 9 Road Map Penelitian ... 56
Gambar 4. 1 Hasil Pembacaan Sensor Ultrasonik Pada Aplikasi Arduino IDE ... 58
Gambar 4. 2 Grafik Hasil Pengujian Sensor Ultrasonik ... 59
Gambar 4. 3 Grafik Hasil Pengujian Motor stepper ... 61
Gambar 4. 4 Grafik Hasil Pengujian Motor DC... 62
Gambar 4. 5 Hasil Coding Sensor Ultrasonik dan Motor stepper ... 64
Gambar 4. 6 Hasil Coding Motor DC... 65
Gambar 4. 7 Diagram Skematik Rangkaian Elektronik ... 70
Gambar 4. 8 Hasil Coding Sensor Ultrasonik dan Motor stepper ... 71
Gambar 4. 9 Hasil Coding Motor DC... 72
Gambar 4. 10 Hasil Perancangan Alat... 73
76
DAFTAR PUSTAKA
[1] R. Vishaal, P. Raghavan, R. Rajesh, S. Michael, and M. R. Elara, “Design of Dual Purpose Cleaning Alat,” Procedia Comput. Sci., vol. 133, pp. 518–525, 2018, doi: 10.1016/j.procs.2018.07.065.
[2] B. Sampurno, A. Abdurrakhman, H. S. Hadi, H. Joestiono, and A. F.
Saudzah, “Distance Control Sistem to Increase Precision And Stability of Glass Cleaning Alat,” IPTEK J. Proc. Ser., vol. 0, no. 3, p. 1, 2019, doi:
10.12962/j23546026.y2019i3.5831.
[3] D. T. Instrumentasi and F. Vokasi, “RANCANG BANGUN SISTEM PENGENDALIAN MOTOR MENGGUNAKAN MODE KONTROL PID PADA ALAT PEMBERSIH KACA BERBASIS ATMEGA 16A MOTOR MENGGUNAKAN MODE KONTROL PID PADA,” 2017.
[4] K. Umam and R. Alfita, “Rancang Bangun Alat Pembersih Kaca Otomatis Berbasis Mikrokontroler ARM STM32 Dengan Sensor Proximity,” Indones.
J. Eng. Technol., vol. 2, no. 1, pp. 24–29, 2019, [Online]. Available:
https://journal.unesa.ac.id/index.php/inajet.
[5] Q. Hidayati and M. E. Prasetyo, “Pengaturan Kecepatan Motor DC dengan Menggunakan Mikrokontroler Atmega 8535,” JIP ( J. Ilm. Politek. ), vol. 4,
no. 1, pp. 12–17, 2012, [Online]. Available:
http://jurnal.poltekba.ac.id/index.php/JIP/article/view/75.
[6] P. R. Isnainy Azro, Adi Sutrisman, “Alat Pembersih Kaca Otomatis Pada Gedung Bertingkat Berbasis Atmega 8535.Pdf.” 2015.
[7] Q. Hidayati and M. E. Prasetyo, “Pengaturan Kecepatan Motor DC dengan Menggunakan Mikrokontroler Berbasis Fuzzy-PID,” JTT (Jurnal Teknol.
Terpadu), vol. 4, no. 1, pp. 1–5, 2016, doi: 10.32487/jtt.v4i1.123.
[8] F. Djuandi, “Pengenalan Arduino,” E-book. www. tobuku, pp. 1–24, 2011, [Online]. Available: http://www.tobuku.com/docs/Arduino-Pengenalan.pdf.
[9] Yuliza and U. N. Kholifah, “ALAT PEMBERSIH LANTAI BERBASIS ARDUINO UNO DENGAN SENSOR Abstrak Perkembangan Ilmu pengetahuan dan teknologi saat ini sangatlah pesat , terutama di bidang teknologi elektronika mempengaruhi kehidupan masyarakat untuk melangkah lebih maju , praktis dan si,” J. Teknol. Elektro, Univ. Mercu Buana, vol. 6, no. 3, pp. 136–143, 2015.
[10] S. J. Sokop, D. J. Mamahit, and S. Sompie, “Trainer Periferal Antarmuka Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno,” J. Tek. Elektro dan Komput., vol. 5, no. 3, pp. 13–23, 2016.
[11] A. Iskandar, M. Muhajirin, and L. Lisah, “Sistem Keamanan Pintu Berbasis Arduino Mega,” J. Inform. Upgris, vol. 3, no. 2, pp. 99–104, 2017, doi:
10.26877/jiu.v3i2.1803.
[12] D. Montreano and S. Pradana, “Disain Alat Pembersih Lantai untuk Pemerataan Beban Kerja Cleaning Service,” J. Tek. Ind., vol. 9, no. 1, pp.
25–35, 2019, [Online]. Available:
https://trijurnal.lemlit.trisakti.ac.id/tekin/article/view/4784.
[13] M. Sabar, K. Ismail, and S. Riyanto, “Rancang Bangun Sistem Akses Kontrol Keluar Masuk Rumah Menggunakan Selenoid Doorlock Dan Sensor Fingerprint Berbasis Mikrokotroler Atmega 328,” Proc. Citisee AmikompuRWokerto, pp. 335–338, 2015.
[14] S. Moka et al., “No 主観的健康感を中心とした在宅高齢者における 健
77
康関連指標に関する共分散構造分析Title,” Constr. Build. Mater., vol. 4,
no. 1, pp. 1–8, 2015, [Online]. Available:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17289255%0Ahttp://dx.doi.org/10.1 016/j.jclepro.2011.10.008%0Ahttp://www.uwaba.or.tz/National_Road_Saf ety_Policy_September_2009.pdf%0Ahttp://dx.doi.org/10.1016/j.resconrec.
2011.03.010%0Ahttp://dx.doi.org/10.1016/j.pecs.20.
[15] M. M. Sgsp and Sulaiman, “Alat Pembersih Lantai Menggunakan Sensor Ultrasonik Berbasis Arduino Uno,” pp. 72–81, 2020.
[16] H. S. Hadi, A. Abdurrakhman, A. Haqqi Dudayef, B. Sampurno, A.
Rahmadiansah, and B. Balisranislam, “Rancang Bangun Sistem Monitoring Cairan Pembersih Pada Alat Permbersih Kaca Berbasis Mikrokontroller Atmega8535,” J. Elektron. List. Telekomun. Komputer, Inform. Sist.
Kontrol, vol. 1, no. 1, pp. 7–14, 2019, doi: 10.30649/je.v1i1.12.
[17] K. K. Wipper, M. PWM, S. Hujan, A. Uno, and M. Servo, “Wipper mobil masih dihidupakan secara manual oleh setiap pengguna kendaraan khususnya mobil,” vol. 4307, no. August, pp. 91–95, 2020.
[18] R. Prayogo, “Pengaturan PWM (Pulse Width Modulation) dengan PLC,”
Univ. Brawijaya, pp. 1–2, 2012.
[19] B. dkk Satria, “Alat Pembersih Debu Otomatis,” J. Tek. Komput., vol. 20, no. 1, pp. 15–22, 2012.
[20] F.- Puspasari, I.- Fahrurrozi, T. P. Satya, G.- Setyawan, M. R. Al Fauzan, and E. M. D. Admoko, “Sensor Ultrasonik HCSRa04 Berbasis Arduino Due Untuk Sistem Monitoring Ketinggian,” J. Fis. dan Apl., vol. 15, no. 2, p. 36, 2019, doi: 10.12962/j24604682.v15i2.4393.
[21] Morgan, “Stepper Motor A4988,” J. Chem. Inf. Model., vol. 53, no. 9, pp.
1689–1699, 2019.
[22] D. Lestari, “Kontrol Arah Dan Kecepatan Motor Dc Menggunakan Android,” Tekno, vol. 22, no. 2, p. 11, 2015.
[23] A. C. Utomo, “Rancang Bangun Sistem Akuisisi Data Untuk,” J. SENTRA, vol. 1, no. 2527–6042, pp. 132–138, 2018.
78
