SISTEM KENDALI KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC DAYA RENDAH BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328 SKRIPSI JUNUS MARASI NAINGGOLAN

(1)

SKRIPSI

JUNUS MARASI NAINGGOLAN 160821005

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2018

(2)

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

JUNUS MARASI NAINGGOLAN 160821005

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2018

(3)

SISTEM KENDALI KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC DAYA RENDAH BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dari ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, 24 Agustus 2018

JUNUS MARASI NAINGGOLAN 160821005

(4)

(5)

Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat, kasih karunia dan penyertaan-Nya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.

Selama kuliah sampai penyelesaian skripsi ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam moril, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar- besarnya:

1. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU dan seluruh staf bagian pengurusan Departemen Fisika.

2. Bapak Drs Kurnia Brahmana, M.Si dan Bapak Junedi Ginting, S.Si,M.Si, selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam melaksanakan penelitian hingga penyelesaian penulisan skripsi ini.

3. Dosen-dosen di Departemen Fisika yang telah memberikan ilmu selama penulis mengenyam perkuliahan.

4. Johaiddin Saragih, S.Si,M.Si, selaku staf pegawai departemen Fisika FMIPA USU yang telah memberikan saran dan masukkan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.

5. Kedua orang tua tercinta yaitu Ayahanda dan Ibunda yang menjadi penyemangat, mendoakan, memotivasi, membiayai penulis selama menempuh pendidikan dan menyelesaiakan skripsi ini. Terima kasih untuk pengorbanan dan kasih sayangnya. Senantiasa Tuhan memberi Rahmat yang berlimpah kepada kalian

6. Semua saudara kandung saya : Rimaya Br Nainggolan, Tiombun Br Nainggolan, Bobot Nainggolan, Pratu Jujur Nainggolan, Pratu Hiskia Nainggolan, Veronika Br Nainggolan, Raymon Nainggolan yang telah membantu dan mendukung pendidikan saya,hingga semangat untuk menyelesaikan pendidikan ini dengan tepat waktu

7. Semua teman-teman perkulihan Fisika Ektensi 2016 : Susanto Tumanggeger,

(6)

menyelesaiakan penulisan skripsi ini.

9. Serta pihak-pihak lain yang telah ikut serta membantu penulis yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Akhirnya sebagai bagian dari sebuah perjalanan panjang, penulis menyadari keterbatasan ilmu pengetahuan dan pengalaman untuk menyelesaikan tugas akhir ini secara sempurna. Seperti pepatah mengatakan “Tak Ada Gading Yang Tak Retak”. Oleh karena itu, dengan tangan dan hati terbuka penulis menerima kritikan dan saran yang positif untuk kesempurnaan Skripsi ini. Akhir kata semoga tulisan Skripsi ini bermanfaat bagi yang membutuhkannya. Amin.

Medan, 24 Agustus 2018

Junus Marasi Nainggolan

(7)

ABSTRAK

Motor DC sering digunakan dalam industri kecil maupun besar. Kecepatan motor DC sering tidak stabil akibat jumlah beban yang berubah- ubah sehingga perlu dilakukan rancangan kontroller. Kontroller yang dirancang menggunakan PID yang terdiri dari tiga jenis pengaturan yang dikombinasikan, yaitu kontrol P (proportional, I (integral), dan D (Derivatif) yang dikontrol dengan sebuah sistem yang terdiri atas satu atau beberapa peralatan yang berfungsi untuk mengendalikan sistem lain yang berhubungan dengan sebuah proses kontrol. Semakin besar tegangan yang diberikan kepada motor, maka semakin besar pula kecepatan putarnya. Sebaliknya, semakin kecil tegangan yang diberikan kepadanya, maka semakin kecil pula kecepatannya.

Sehingga kecepatan putaran motor dijaga tetap konstan pada kecepatan yang diinginkan.

Kata kunci: Sistem Kontrol, Motor DC

(8)

ABSTRACT

DC motors are often used in small and large industries. The speed of DC motor is often unstable due to the amount of load that varies so that a controller design is necessary. The controller is designed using a PID consisting of three types of arrangements combined, ie control P (proportional, I (integral), and D (derivatives) are controlled by a system consisting of one or more equipment that serves to control other related systems With a control process The greater the voltage applied to the motor, the greater the rotational speed, the smaller the voltage applied to it, the smaller the speed so that the motor rotation speed is kept constant at the desired speed.

Keywords: Control System, DC Motor

(9)

Halaman

PERNYATAAN i

PENGESAHAN SKRIPSI ii

ABSTRAK iii

ABSTRACT iv

PENGHARGAAN v

DAFTAR ISI vii

DAFTAR TABEL ix

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR LAMPIRAN xi

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah 1

1.2 Rumusan Masalah 2

1.3 Batasan Masalah 2

1.4 Tujuan Penelitian 2

1.5 Manfaat Penelitian 2

1.6 Metode Penulisan 3

1.7 Sistematika Penulisan 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Kontrol

2.1.2 Pengertian Sistem Kontrol/Sistem Kendali 5 2.1.3 Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka 5 2.1.4 Sistem Kontrol Rangkaian Tertutup 6

2.2 PID 9

2.3 SENSOR 13

2.3.1 Pengertian Shaft Encoder 13

2.3.2 KonstruksiRotary Encoder 13

2.4 LIQUID CRYSTAL DISPLAY 15

2.4.1 Operasi Dasar LCD 16

(10)

2.5.1 Fitur ATmega 328 21

2.5.2 Konfigurasi Pin ATmega 328 22

2.6 MOTOR DC 25

2.6.2 Prinsip Kerja Motor Listrik 28

2.7 PRINSIP KERJA RPM KONTROLLER 29

BAB 3 METODELOGI PENELITIAN

3.1 Perancangan Diagram Blok sistem 30

3.2 Perancangan Rangkaian Tiap Blok 31

3.2.1 Rangkaian Sederhana Mikrokontroller ATmega 328 31 3.2.2 Perancangan Rangkaian Power Supply 32 3.2.3 Rangkaian Liquid Crystal Display 32

3.2.4 Rangkaian RPM Kontroller 34

3.3 Flowchart Sistem 35

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian Motor dan Driver Motor DC 36 4.2 Pengukuran putaran motor tanpa beban padat set 1000 rpm 37 4.3 Pengukuran putaran motor tanpa beban padat set 1500 rpm 38 4.4 Pengukuran putaran motor tanpa beban padat set 2000 rpm 39 4.5 Pengukuran putaran motor tanpa beban padat set 2500 rpm 40 4.6 Pengukuran putaran motor tanpa beban padat set 3000 rpm 41 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN 42

5.2 SARAN 42

Daftar Pustaka 43

(11)

Nomor Gambar Judul Halaman

Gambar 2.1 Proses yang akan dikontrol 6

Gambar 2.2 Sistem kontrol terbuka (tanpa umpan balik) 7 Gambar 2.3 Fungsi alih sistem kontrol rangkaian tertutup 9 Gambar 2. 4 Perbandingan besar error terhadap sinyal kendali 10 Gambar 2.5 Perbandingan besar error terhadap sinyal control 11 Gambar 2.6 Perbandingan besar error terhadap sinyal control 12

Gambar 2.7 Shaft encoder 14

Gambar 2.8 LCD 16 x 2 16

Gambar 2.9 Konfigurasi Pin LCD 19

Gambar 2.10 Pin Mikrokontroler Atmega328 23

Gambar 2.11. Motor D.C Sederhana 26

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem 30

Gambar 3.2 Rangkaian Mikrokontroller 31

Gambar 3.2 Rangkaian Power Suplay 32

Gambar 3.3 Rangkaian LCD karakter 2x16 33

Gambar 3.4 Rangkaian RPM Kontroller 34

Gambar 3.6 Flowchart Sistem 35

(12)

Nomor Gambar Judul Halaman Tabel 2.4.1 OperasiDasar LCD 16

Tabel 2.4.2 Konfigurasi Pin LCD 18

Tabel 4.1 Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban 36 Tabel 4.1 Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban 37 Tabel 4.3 Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban 38 Tabel 4.4 Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban 39 Tabel 4.5 Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban 40 Tabel 4.6 Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban 41

(13)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Sistem kendali merupakan salah satu komponen listrik yang penting pada proses industri. Salah satu jenis sistem kendali penggerak yang banyak digunakan adalah motor DC. Dalam penggunaan motor DC terdapat beberapa parameter yang dapat dikendalikan yaitu kecepatan (RPM) dan respon transien. Pengendali merupakan komponen sistem yang berguna untuk meminimalisir sinyal kesalahan sehingga dapat diperoleh performansi sistem yang diinginkan. Dalam mendesain sistem kendali yang terpenting adalah kriteria sistem yang ingin ditampilkan.sistem engendalian merupakn sistem dinamik sehingga spesifikasi sistem memiliki tanggapan transien.

Intrumentasi dan kontrol industri tentu tidak lepas dari sistem instrumentasi sebagai pengontrol yang digunakan dalam keperluan pabrik. Sistem kontrol pada pabrik masih sering ditemui secara manual, pada pembahasan ini digunakan perangkat kontroler sehingga dalam proses produksinya suatu pabrik bisa lebih efisien dan efektif. Kontroler juga berfungsi untuk memastikan bahwa setiap proses produksi terjadi dengan baik. Masih banyak kekurangan dalam pengoperasian alat teknologi pada saat ini yaitu pada tingkat accuration, safety dan juga kemudahan dalam pengaplikasiannya. Oleh karena itu maka dibutuhkan sensor. Sensor adalah suatu alat yang mempermudah kerja user dengan tingkat kesalahan kecil dan mudah untuk dioperasikan. Perancangan yang dilakukan disini adalah mengkontrol kecepatan putaran motor DC menggunakan mikrokontroller ATMEGA 328.

(14)

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, dapat dirumuskan permasalahannya yaitu bagaimana merancang motor DC berputar pada RPM yang ditentukan

1.3 Batasan Masalah

Untuk membatasi masalah- masalah yang ada, maka penulis membatasi ruang lingkup masalah sebagai berikut:

1. Menggunakan mikrokontroller berbasis ATMega 328

2. Motor yang digunakan motor DC 1 Phasa berdaya rendah (50W) 3. Kecepatan putaran motor dimulai dari set 1000-3000 Rpm tanpa

menggunakan beban

4. Bahasa pemrograman menggunakan bahasa C

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penulisan skripsi ini sebagai berikut:

1. Untuk merancang motor DC berputar pada RPM tertentu

2. Untuk mengatur kecepatan putaran motor DC dengan Kontroller ATMEGA 328

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini yaitu, dapat memperolah kecepatan putaran motor secara konstan yang sesuai dengan kecepatan putaran motor, sehingga produksi yang menggunakan motor terjamin kualitasnya.

(15)

1.6 Metode Penulisan 1. Metode literatur

Pada metode ini penulis mencari berbagai referansi beberapa buku dan literature yang berhubungan dengan pembuatan alat

2. Metode perancanaan

Metode ini dilakukan dengan cara merancang, membuat dan menguji alat untuk mendapatkan prinsip kerja sistem putaran kecepatan motor ( RPM) 3. Metode penelitian

Metode penelitian penulis melakukan pengamatan dan pengujian mengenai rancangan program untuk mendapatkan hasil pengukuran.

1.7 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembahasan dan penulisan laporan ini, penulis membuat susunan bab - bab yang membentuk laporan ini dalam sistematika penulisan laporan dengan urutan sebagai berikut:

BAB 1 PENDAHULUAN

Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, tujuan penulisan, rumusan masalah, batasan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB 2 LANDASAN TEORI

Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari rangkaian dan bahasa program yang digunakan, serta karakteristik dari komponen-komponen pendukung.

BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

Bab ini berisikan tentang proses perancangan dan pembuatan alat. Mulai dari peancangan dan pembuatan sistem secara hardware atau software

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai rangkaian-rangkaian yang digunakan.

(16)

BAB 5 PENUTUP

Dalam bab ini menjelaskan kesimpulan dan saran dari alat ataupun data yang dihasilkan dari alat.Bab ini juga merupakan akhir dari penulisan skripsi ini.

(17)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem kontrol

2.1.2 Pengertian Sistem Kontrol / Sistem Kendali.

Pengertian sistem kontrol adalah proses pengaturan / pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkuman harga (range) tertentu. Sistem kontrol merupakan sebuah sistem yang terdiri atas satu atau beberapa peralatan yang berfungsi untuk mengendalikan sistem lain yang berhubungan dengan sebuah proses. Dalam suatu industri, semua variabel proses seperti daya, temperatur dan laju alir harus dipantau setiap saat. Bila variabel proses tersebut berjalan tidak sesuai dengan yang diharapkan, maka sistem kontrol dapat mengendalikan proses tersebut sehingga sistem dapat berjalan kembali sesuai dengan yang diharapkan. Sistem kontrol dapat digunakan di dalam pabrik, gedung-gedung maupun dalam PLTN. Sistem kontrol sudah berkembang sejak awal abad ke 20, yaitu dengan ditemukannya sistem kontrol proporsional, integral dan sistem kontrol differensial. Dalam perkembangannya, ketiga sistem kontrol tersebut digabung menjadi satu, menjadi sistem kontrol PID ( Proporsional, Integral, Differensial).

Sebuah sistem kontrol adalah sebuah interkoneksi dari komponen membentuk konfigurasi sistem yang akan memberikan respon sistem yang diinginkan. Dasar analisis sistem adalah dasar yang disediakan oleh teori sistem linear, yang mengasumsikan hubungan sebab-akibat untuk komponen sistem. Oleh karena itu komponen atau proses yang dikontrolkan dapat diwakili oleh blok, seperti yang

(18)

ditunjukkan pada Gambar 1. Hubungan input-output merupakan hubungan sebab- akibat dari proses, yang pada gilirannya merupakan pengolahan sinyal input untuk memberikan variabel sinyal output, sering dengan amplifikasi daya.

Gambar 2.1 Proses yang akan dikontrol

Sistem kontrol adalah suatu sistem yang bertujuan untuk mengendalikan suatu proses agar keluaran yang dihasilkan dapat dikontrolkan sehingga tidak terjadi kesalahan terhadap referensi yang ditentukan. Dalam hal ini keluaran yang dikontrolkan adalah kestabilan, ketelitian dan kedinamisannya. Secara umum sistem kontrol dapat dibagi menjadi 2 jenis yaitu sistem kontrol rangkaian terbuka dan rangkaian tertutup.

2.1.3 Sistem Kontrol Rangkaian Terbuka

Sebuah sistem rangkaian terbuka umum ditunjukkan pada Gambar 2. Dimulai dengan subsistem yang disebut transducer input, yang mengubah bentuk input yang digunakan oleh kontroller. Kontroler mengendalikan proses atau plant. Input kadang- kadang disebut referensi, sedangkan output dapat disebut variabel yang dikontrol.

Sinyal lain, seperti gangguan, akan ditampilkan ditambahkan ke kontroler dan output proses melalui penjumlah, yang menghasilkan jumlah aljabar sinyal input dengan menggunakan tanda-tanda yang terkait.

(19)

Gambar 2.2 Sistem kontrol terbuka (tanpa umpan balik)

Karakteristik yang membedakan dari sistem rangkaian terbuka adalah bahwa ia tidak dapat mengkompensasi Gangguan 1 yang menambah sinyal mengemudi kontroler Gambar 2. Sebagai contoh, jika kontroler adalah sebuah penguat elektronik maka sinyal kebisingan menambah sinyal penguat yang juga mengendalikan proses, merusak output dengan efek bising suara. Output dari sistem rangkaian terbuka rusak tidak hanya oleh sinyal gangguan yang menambah sinyal kontroler , tetapi juga oleh gangguan pada output (Gangguan 2 pada Gambar 2).

2.1.4 Sistem Kontrol Rangkaian Tertutup

Kelemahan dari sistem rangkaian terbuka, yaitu kepekaan terhadap gangguan dan ketidakmampuan untuk mengoreksi gangguan ini, dapat diatasi dalam sistem rangkaian tertutup. Arsitektur umum dari sistem rangkaian tertutup ditunjukkan pada Gambar 3. Input transduser mengubah bentuk input ke bentuk yang digunakan oleh kontroler. Sebuah transduser output, atau sensor, mengukur respon output dan mengubahnya menjadi bentuk yang digunakan oleh kontroler. Sebagai contoh, jika controller menggunakan sinyal listrik untuk mengoperasikan katup sistem kontrol suhu, kondisi input dan output temperatur diubah menjadi sinyal listrik. Kondisi input dapat diubah menjadi tegangan oleh potensiometer, resistor variabel, dan suhu output dapat diubah menjadi tegangan oleh thermistor, sebuah perangkat yang hambatan listrik berubah dengan suhu. Pertama penjumlah aljabar menambahkan sinyal dari input ke sinyal dari output, yang datang melalui jalur umpan balik, jalur kembali dari output ke persimpangan penjumlahan. Dalam Gambar 3, sinyal input dikurangi oleh sinyal output. Hasilnya umumnya disebut

(20)

sinyal penggerak. Namun, dalam sistem di mana kedua input dan output transduser memiliki penguatan satu, nilai sinyal penggerak adalah sama dengan perbedaan yang sebenarnya antara input dan output. Dalam kondisi ini, sinyal penggerak disebut kesalahan.

Sistem rangkaian tertutup mengkompensasi gangguan dengan mengukur output respon, hasil pengukuran yang kembali melalui jalur umpan balik, dan membandingkan dengan respon masukan di persimpangan penjumlahan. Jika ada perbedaan antara dua tanggapan, sistem mendorong plant, maka sinyal penggerak, akan mengoreksi. Jika tidak ada perbedaan, sistem tidak mendorong plant, karena respon plant sudah sama dengan respon yang diinginkan. Sistem rangkaian tertutup, memiliki keuntungan akurasi yang lebih besar dibandingkan dengan sistem rangkaian terbuka. Mereka peka terhadap kebisingan, gangguan, dan perubahan lingkungan. Respon dan error steady-state dapat dikontrol lebih mudah dan dengan fleksibilitas yang lebih besar dalam sistem rangkaian tertutup, dengan sederhana penyesuaian penguatan dalam rangkaian dan kadang-kadang dengan mendesain ulang kontroler.

Di sisi lain, sistem rangkaian tertutup lebih kompleks dan mahal dibandingkan dengan sistem rangkaian terbuka. Singkatnya, sistem yang melakukan pengukuran hasil sebelumnya dan koreksi disebut rangkaian tertutup atau kontrol umpan balik. Sistem yang tidak memiliki properti pengukuran dan koreksi disebut sistem rangkaian terbuka.

(21)

Gambar 2.3 Fungsi alih sistem kontrol rangkaian tertutup

2.2 PID

PID (dari singkatan bahasa Proportional–Integral–Derivative controller) merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu Proportional, Integratif dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu plant.

Kontrol PID merupakan kontrol yang akan bereaksi terhadap error yang telah diberikan oleh sensor, sehingga dapat memberikan nilai perbaikan (feedback) kepada nilaioutput.

 Kontroler Proporsional (P)

 Pengaruh pada sistem :

1. Menambah atau mengurangi kestabilan.

(22)

2. Dapat memperbaiki respon transien khususnya : rise time, settling time

3. Mengurangi (bukan menghilangkan) Error steady state

Nb: untuk menghilangkan Ess, dibutuhkan KP besar, yang akan membuat sistem lebih tidak stabil

Kontroler Proporsional memberi pengaruh langsung (sebanding) pada error.Semakin besar error, semakin besar sinyal kendali yang dihasilkan kontroler. Untuk lebih jelasnya maka lihat gambar berikut.

Gambar 2. 4 Perbandingan besar error terhadap sinyal kendali

 Kontroler Integral (I)

Pengaruh pada sistem :

1. Menghilangkan Error Steady State

(23)

2. Respon lebih lambat (dibandingkan dengan P)

3. Dapat Menambah Ketidakstabilan (karena menambah orde pada sistem)

Perubahan sinyal kontrol sebanding dengan perubahan error. Semakin besar error, semakin cepat sinyal kontrol bertambah/berubah. Lebih jelasnya maka lihat gambar berikut.

Gambar 2.5 Perbandingan besar error terhadap sinyal kontrol

(24)

 Kontroler Derivatif (D)

Pengaruh pada sistem :

1. Memberikan efek redaman pada sistem yang berosilasi sehingga bisa memperbesar pemberian nilai Kp

2. Memperbaiki respon transien, karena memberikan aksi saat ada perubahan error

3. D hanya berubah saat ada perubahan error, sehingga saat ada error statis D tidak beraksi.Sehingga D tidak boleh digunakan sendiri

Besarnya sinyal kontrol sebanding dengan perubahan error (e)Semakin cepat error berubah, semakin besar aksi kontrol yang ditimbulkan. Lebih jelasnya maka lihat gambar berikut.

Gambar 2.6 Perbandingan besar error terhadap sinyal kontrol

(25)

2.3 Sensor

Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian.

2.3.1 Pengertian Shaft encoder

Shaft encoder adalah suatu komponen elektro mekanis yang memiliki fungsi untuk memonitoring posisi anguler pada suatu poros yang berputar. Dari perputaran benda tersebut data yang termonitoring akan diubah ke dalam bentuk data digital oleh rotary encoder berupa lebar pulsa kemudian akan dihubungkan ke kontroler (Mikrokontroler/PLC). Berdasarkan data yang di dapat berupa posisi anguler (sudut) kemudian dapat diolah oleh kontroler sehingga mendapatkan data berupa kecepatan, arah, dan posisi dari perputaran porosnya.

Penerapan dari penggunaan Rotary Encoder sering dijumpai pada robot-robot yang membutuhkan kepresisian tinggi dalam hal posisi seperti Robot Mechanum dan Robot Omni, selain itu untuk robot berjenis Differential Drive (ex : Robot Tank) juga disarankan menggunakan Rotary Encoder untuk mengatur agar kecepatan putar motor di roda kiri dan kanan bisa sama.

2.3.2 Konstruksi Rotary Encoder

Konstruksi Rotary Encoder berupa piringan tipis yang biasanya di kopel dengan poros yang berputar, umumnya di kopel langsung dengan shaft motor. Piringan tipis

(26)

tersebut terdapat lubang di sepanjang pinggir lingkarannya. Di bagian sisi-sisi piringan terdapat sebuah led dan phototransistor di bagian bersebrangan.

Fungsi dari lubang-lubang yang berada di sepanjang pinggir lingkaran tersebut akan menghantarkan cahaya led ke phototransistor, sebaliknya jika cahaya led tidak menembus lubang piringan maka cahaya akan tertahan. Piringan tersebut akan berputar sesuai dengan kecepatan putaran motor sehingga phototransistor akan saturasi ketika cahaya led menembus lubang-lubangnya.

Pada saat saturasi phototransistor akan menghasilkan pulsa dengan range +0.5V s/d +5V. Semakin banyak lubang yang berada pada piringan tentu saja semakin banyak pulsa yang dihasilkan selama satu putaran, hal tersebut berbanding lurus dengan tingkat akurasi yang dihasilkan oleh rotary encoder. Ada 2 jenis rotary yang umum beredar di pasaran yaitu Incremental Rotary Encoder dan Absolute Rotary Encoder.

Gambar 2.7 Shaft encoder

Tipe Incremental Rotary Encoder merupakan tipe rotary encoder yang paling sederhana karena hanya dapat mengukur perubahan sudut relatifnya saja. Karena kurangnya akurasi dari incremental rotary encoder ini perlu ditambahkan satu lagi sensor optik untuk menentukan arah putaran porosnya. Dua buah sensor optik

(27)

dipasang pada sudut yang berbeda sehingga arah putaran dapat diketahui, biasanya sering disebut Channel A dan Channel B.

2.4 Liquid Crystal Display (LCD)

Liquid Crystal Display (LCD) adalah panel penampil yang dibuat dari bahan Kristal cair. Kristal dengan sifat-sifat khusus yang menampilkan warna lengkap yang berasal dari efek pantulan/transmisi cahaya dengan panjang gelombang pada sudut lihat tertentu. LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai banyak digunakan..

Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi piksel yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian, setiap pertemuan baris dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang latar (backplane), yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang ditutupi oleh lapisan elektroda trasparan. Dalam keadaan normal, cairan yang digunakan memiliki warna cerah.

Daerah-daerah tertentu pada cairan akan berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidanglatar dan pola elektroda yang terdapat pada sisi dalam lempeng kaca bagian depan.

Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa microampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat menggunakan catu daya yang kecil. Keunggulan lainnya adalah tampilan yang diperlihatkan dapat dibaca dengan mudah di bawah terang sinar matahari.Di bawah sinar cahaya yang remang-remang dalam kondisi gelap, sebuah lampu (berupa LED) harus dipasang dibelakang layar tampilan.Gambar 2.3 berikut adalah contoh LCD 16 x 2 yang umum digunakan :

(28)

Gambar 2.8 LCD 16 x 2

2.4.1. Operasi Dasar LCD

Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan instruksi membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap karakter dengan huruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter (membaca program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah utama LCD adalah Display Clear, Cursor Home, Display ON/OFF, Display Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift. Tabel 2.1 menunjukkan operasi dasar LCD.

Tabel 2.4.1 OperasiDasar LCD

RS R/W Operasi

0 0 Input instruksi ke LCD

(29)

0 1

Membaca status Flag (DB7) dan alamat counter (DB0 ke DB6)

1 0 Menulis data

1 1 Membaca data

2.4.2 Konfigurasi LCD

Modul LCD berukuran 16 karakter x 2 baris dengan fasilitas back lighting memiliki 16 pin yang terdiri dari 8 jalur data, 3 jalur control dan jalur-jalur catu daya, dengan fasilitas pin yang tersediam akal cd 16 x 2 dapat digunakan secara maksimal untuk menampilkan data yang dikeluarkan oleh mikrokontroler, secara ringkas konfigurasi pin-pin pada LCD dituliskan pada Tabel 2.2

Tabel 2.4.2 Konfigurasi Pin LCD

No. Nama Pin Keterangan

1. GND Ground

2. VCC Tegangan +5VDC

3. VEE Ground

4. RS Kendali RS

5. RW Ground

(30)

6. E Kendali E/Enable

7. D0 Bit 0

8. D1 Bit 1

9. D2 Bit 2

10. D3 Bit 3

11. D4 Bit 4

12. D5 Bit 5

13. D6 Bit 6

14. D7 Bit 7

15. A Anoda (+5VDC)

16. K Katoda(Ground)

Sebagaimana terlihat pada kolom, interface LCD merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8 bit dikirim ke LCD secara 4 atau 8 bit pada satu waktu. Jika mode 4 bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8 bit (pertama dikirim 4 bit MSB lalu 4 bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya). Dan gambar 2.4 berikut adalah gambar konfigurasi pin LCD.

(31)

LCD

RS R/W E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vss

Vcc Vee

V-BL V+BL

1

2

3

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

15 16

Gambar 2.9 Konfigurasi Pin LCD

Jalur kontrol EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroller mengirimkan data ke LCD. Untuk mengirim data ke LCD program harus menset EN ke kondisi high (1) dan kemudian menset dua jalur kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga mengirimkan data ke jalur data bus. Saat jalur lainnya sudah siap, EN harus diset ke 0 dan tunggu beberapa saat (tergantung pada datasheet LCD), dan set EN kembali ke high (1). Ketika jalur RS berada dalam kondisi low (0), data yang dikirimkan ke LCD dianggap sebagai sebuah perintah atau instruksi khusus (seperti bersihkan layar, posisi kursor dll). Ketika RS dalam kondisi high atau 1, data yang dikirimkan adalah data ASCII yang akan ditampilkan dilayar.

Misal, untuk menampilkan huruf pada layar maka RS harus diset ke 1.Jalur kontrol R/W harus berada dalam kondisi low (0) saat informasi pada data bus akan dituliskan ke LCD. Apabila R/W berada dalam kondisi high (1), maka program akan melakukan query (pembacaan) data dari LCD. Instruksi pembacaan hanya satu, yaitu Get LCD status (membaca status LCD), lainnya merupakan instruksi penulisan. Jadi hamper setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W selalu diset ke 0.Jalur data dapat terdiri 4 atau 8 jalur (tergantung mode yang dipilih pengguna), mereka dinamakan DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 dan DB7.Mengirim data secara parallel baik 4 atau 8 bit merupakan 2 mode operasi primer.Untuk membuat sebuaha plikasi interface LCD, menentukan mode operasi merupakan hal yang paling

(32)

penting. Mode 8 bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaan dalam sebuah aplikasi dan setidaknya minimal tersedia 11 pin I/O (3 pin untukkontrol, 8 pin untuk data). Sedangkan mode 4 bit minimal hanya membutuhkan 7 bit (3 pin untukkontrol, 4 untuk data).

2.5 Mikrokontroller ATmega 328

Semua jenis perangkat elektronik, memiliki sebuah mikrokontroller yang berperan sebagai jantung dari sistemnnya. Mikrokontroller mampu melaksanakan semua kerja pemprosesan kompleks yang diperlukan untuk menghubungkan input system ke outputnya. Mikrokontroller adalah sebuah rangkaian terpadu tunggal, dimana semua blok rangkaian yang kita jumpai sebagai unit-unit terpisah di dalam sebuah computer digabungkan menjadi satu.

Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip.

Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri kita saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika kita sudah bisa melakukan hal itu kitabisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan kitapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika kita sudah mahir membaca dan menulis data maka kita dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatik menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan kita.Mikrokontroler merupakan komputer didalam

(33)

chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara garis besar bisa disebut “pengendali kecil”

dimana sebuah system elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen- komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.

2.5.1Fitur ATmega328

ATMega328 adalah mikrokontroler keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang mana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer).

Mikrokontroler ini memiliki beberapa fitur antara lain:

1. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.

2. 32 x 8-bit register serba guna.

3. Dengan clock 16 MHz kecepatan mencapai 16 MIPS.

4. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.

5. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.

6. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.

7.Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.

8. Master/ slave SPI serial interface.

(34)

Mikrokontroller ATmega328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja.

1. Instruksi-instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi-instruksi dapat dieksekusi dalamsetiap satu siklus clock.

2. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasipada ALU (Arithmatic Logic unit)yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapatdigunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan taklangsung untuk mengambil data pada ruang memori data.

Ketiga register pointer16-bit ini disebut dengan register X ( gabungan R26 dan R27 ), register Y (gabungan R28 dan R29 ), dan register Z ( gabungan R30 dan R31 ).

3. Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap alamatmemori program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit. Selainregister serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan denganteknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register inidigunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O lainnya. Register-register ini menempati memori pada alamat 0x20h – 0x5Fh.

(35)

2.5.2 Konfigurasi Pin ATmega328

Mikrokontroller merupakan sebuah processor yang digunakan untuk kepentingan kontrol. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan computer mainframe, mikrokontroller dibangun dari elemen - elemen dasar yang sama. Seperti umumnya komputer, mikrokontroller adalah alat yang mengerjakan instruksi - instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer.

Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yangdi inginkan oleh programmer konfigurasi pin ATmega328 dapat dilihat pada gambar 2.5 sebagai berikut:

ATMEGA328

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

13

14

16

15 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

VCC

GND

GND AREF

PB6 AVCC

PB7 PB5

PB6

PB7

PB0 PB1

PB2 PB3 PB4 PB5 PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5

PD4 PD3 PD2 PD1 PD0 PC6 (PCINT16/RXD)

(PCINT14/

RESET)

(PCINT17/TXD)

(PCINT18/INT0)

(PCINT19/OC2B/

INT1) (PCINT20/XCK/

TO)

(PCINT6/XTAL1/

TOSC1)

(PCINT21/OC0B/

T1) (PCINT22/OC0A/

AIN0) (PCINT23/AIN1)

(PCINT0/CLKO/

ICP1) (PCINT7/XTAL2/

TOSC2

(ADC5/SCL/

PCINT13 (ADC4/SDA/

PCINT12 (ADC3/PCINT11)

(ADC2/PCINT10)

(ADC1/PCINT9)

(ADC0/PCINT8)

(SCK/PCINT5)

(MISO/PCINT4)

(MOSI/OC2A/

PCINT3) (SS/OC1B/

PCINT2) (OC1A/PCINT1)

Gambar 2.10 Pin Mikrokontroler Atmega328

ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC, dan PORTD dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/output digital atau difungsikan sebagai periperal lainnya.

1. Port B

(36)

Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output.

Selain itu PORTB juga dapat memiliki fungsi alternatif seperti di bawah ini.

a. ICP1 (PB0), berfungsi sebagai Timer Counter 1 input capture pin.

b. OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2 (PB3) dapat difungsikan sebagai keluaran PWM (Pulse Width Modulation).

c. MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur komunikasi SPI.

d. Selain itu pin ini juga berfungsi sebagai jalur pemograman serial (ISP).

e. TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk timer.

f. XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama mikrokontroler.

2. Port C

Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output digital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai berikut.

a. ADC6 channel (PC0,PC1,PC2,PC3,PC4,PC5) dengan resolusi sebesar 10 bit.

ADC dapat kita gunakan untuk mengubah input yang berupa tegangan analog menjadi data digital

b. I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat pada PORTC.

I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor atau device lain yang memiliki komunikasi data tipe I2C seperti sensor kompas, accelerometer nunchuck.

3. Port D

(37)

Port D merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin-nya juga dapat difungsikan sebagai input/output. Sama seperti Port B dan Port C, Port D juga memiliki fungsi alternatif dibawah ini.

a. USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi serial dengan level sinyal TTL. Pin TXD berfungsi untuk mengirimkan data serial, sedangkan RXD kebalikannya yaitu sebagai pin yang berfungsi untuk menerima data serial.

b. Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi khusus sebagai interupsi hardware. Interupsi biasanya digunakan sebagai selaan dari program, misalkan pada saat program berjalan kemudian terjadi interupsi hardware/software maka program utama akan berhenti dan akan menjalankan program interupsi.

c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk USART, namun kita juga dapat memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak perlu membutuhkan external clock.

d. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter external untuk timer 1 dan timer 0.

e. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog comparator.

2.6 Motor DC

Motor DC listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan,dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di

(38)

industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub- kutub magnet permanen.

Gambar 2.11. Motor D.C Sederhana

Catu tegangan dc dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu lilitan pada gambar di atas disebut angker dinamo. Angker dinamo adalah sebutan untuk komponen yang berputar di antara medan magnet. Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :

 Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

(39)

 Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

 Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.

 Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi.

Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor. Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga putar / torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok :

 Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi.

Contoh beban dengan torque konstan adalah corveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.

 Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatn operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan).

 Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.

(40)

2.6.1 Prinsip Arah Putaran Motor

Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming tangan kiri. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus searah dengan empat jari, maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya sama dengan F.

Prinsip motor aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah besar.

2.6.2 Prinsip Kerja Motor Listrik

Motor listrik dalam dunia industri seringkali disebut dengan istilah “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Prinsip kerja motor listrik pada dasarnya sama untuk semua jenis motor secara umum

 Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya

 Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

 Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan.

 Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

(41)

Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor listrik. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok

 Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi.

Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.

 Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).

2.7 Prinsip kerja RPM Controller

Pengaturan kecepatan motor adalah dengan cara mengatur besar tegangan yang diberikan kepada motor. Motor DC merupakan motor yang dapat bekerja dengan sumber tegangan Dc, sehingga pengaturan tegangannya pun dapat dilakukan dalam bentuk sumber tegangan Dc. kecepatan motor yang dikembangkan mampu memberikan beberapa kondisi operasi motor, masing-masing memberikan harga maksimum yang berbeda-beda dari laju output motor. Dalam penelitian menunjukkan bahwa penambahan regulator kecepatan motor penggerak sehingga membentuk system pengontrolan simultan dari kecepatan. Semakin besar tegangan yang diberikan kepada motor, maka semakin besar pula kecepatan putarnya.

Sebaliknya, semakin kecil tegangan yang diberikan kepadanya, maka semakin kecil pula kecepatannya.

(42)

BAB 3

METODELOGI PENELITIAN

3.1 Perancangan Diagram Blok Sistem

Diagram blok pada gambar 3.1 dapat diuraikan sebagai berikput : 1. LCD (Liquid Crystal Display) berfungsi sebagai tampilan penunjuk RPM 2. Mikrokontroler berfungsi sebagai pemproses masukan dari keypad 3. Potensiometer berfungsi sebagai pengatur kecepatan motor

4. Motor berfungsi sebagai pemutar kecepatan

5. Driver berfungsi sebagai pengatur tegangan masuk pada motor 6. Shaft encoder berfungsi sebagai monitoring putaran motor 7. Keypad berfungsi sebagai inputan nilai kecepatan RPM

Display

Mikrokontroler PID

Keypad

Motor

Shaft Encoder

(43)

3.2 Perancangan Rangkaian Tiap Blok

3.2.1 Rangkaian Sederhana Mikrokontroler ATMEGA328

Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMEGA328 dapat dilihat pada gambar 3.4 di bawah ini

+5V

VCC

GND

AREF

AVCC (PCINT16/RXD)

(PCINT17/TXD)

(PCINT18/INT0)

(PCINT19/OC2B/

INT1)

(PCINT20/XCK/TO)

(PCINT6/XTAL1/

TOSC1)

(PCINT21/OC0B/T1)

(PCINT22/OC0A/AIN0)

(PCINT23/AIN1)

(PCINT0/CLKO/ICP1) (PCINT7/XTAL2/

TOSC2)

(ADC5/SCL/PCINT13)

(ADC4/SDA/PCINT12)

(ADC3/PCINT11)

(ADC2/PCINT10)

(ADC1/PCINT9)

(ADC0/PCINT8)

(SCK/PCINT5)

(MISO/PCINT4)

(MOSI/OC2A/PCINT3)

(SS/OC1B/PCINT2)

(OC1A/PCINT1) (PCINT14/RESET)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

16 15 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

PB6 PB7 PB5 PB6 PB7

PB0 PB1

PB2 PB3 PB4 PB5 PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5

PD4 PD3 PD2 PD1 PD0 PC6

A T M E G A 3 2 8

BUZZER

GND VCC VEE RS R/W EN DB0 DB1 DB2 DB3

Gambar 3.2 Rangkaian Mikrokontroller

Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh system yang ada.

Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega328. Semua

(44)

program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.

3.2.2. Perancangan Rangkaian Power Supply

Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan sistem sedangkan keluaran 12 volt untuk Radio Frekuensi Transmitter.

Gambar 3.2 Rangkaian Power Suplay

3.2.3 Rangkaian Liquid Crystal Display (LCD)

LCD digunakan untuk menampilkan hasil pengolahan data pada mikrokontroler dalam bentuk tulisan.Pada alat ini, mode pemrogram LCD yang digunakan adalah mode pemrograman 4 bit. Dengan demikian, pin data LCD yang dihubungkan kemikrokontroler hanya pin D4, D5, D6, dan D7. Sedangkan untuk jalur kontrolnya, pin LCD yang dihubungkan adalah pin RS dan E. LCD pada alat ini hanya digunakan sebagai penampil, sehingga pin R/W nya dihubungkan ke ground.

LCD (Liquid Crystal Display) berfungsi untuk menampilkan berapa RPM putaran

(45)

motor tersebut. Jenis LCD (Liquid Crystal Display) yang digunakan adalah ukuran 2 x 16 karakter. Gambar 3.3 dibawah ini menjelaskan rangkaian minimum LCD (Liquid Crystal Display):

Vcc

PORT1-8 Vcc

Vcc

LCD 2x16

1 2 3 4 5 6 11 12 13 14 15 16

R

2 3 4 5 6 7 8

1

Gambar 3.3 Rangkaian LCD karakter 2x16

Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa LCD 16×2 mempunya 16 pin. sedangkan pengkabelanya adalah sebagai berikut :

1. Kaki 2 dan 16 terhubung dengan Ground (GND) 2. Kaki 1 dan 15 terhubung dengan VCC (+5V)

3. Kaki 3 dari LCD 16×2 adalah pin yang digunakan untuk mengatur kontras kecerahan LCD. Jadi kita bisa memasangkan sebuah trimpot 103 untuk mengatur kecerahanya. Pemasanganya seperti terlihat pada rangkaian tersebut. Karena LCD akan berubah kecerahanya jika tegangan pada pin 3 ini di turunkan atau dinaikan.

4. Pin 4 (RS) dihubungkan dengan pin mikrokontroler 5. Pin 5 (RW) dihubungkan dengan GND

6. Pin 6 (E) dihubungkan dengan pin mikrokontroler

7. Sedangkan pin 11 hingga 14 dihubungkan dengan pin mikrokontroler sebagai jalur datanya.

(46)

8. 3.2.4 Rangkaian RPM Kontroller

Gambar 3.4 Rangkaian RPM Kontroller

Kecepatan motor yang dikembangkan mampu memberikan beberapa kondisi operasi motor, masing-masing memberikan harga maksimum yang berbeda-beda dari laju output motor. Dengan menggunakan regulator kecepatan motor dalam

pengontrolan secara simultan maka dilakukan pengontrolan laju kecepatan dari suatu proses pengontrolan kecepatan. Sistem pengontrolan simultan ini diimplementasikan oleh suatu komponen yang berfungsi untuk memilih kondisi operasi motor sehingga memberikan laju aliran putaran motor yang sesuai dengan kebutuhan proses.

(47)

3.3 Flowchart Sistem

Keypad : tentukan nilai

output RPM

Motor aktif

Hitung RPM motor

Apakah input=

output start

Selesai Menentukan daya

outuput

tidak

Tampilkan LCD

Gambar 3.6 Flowchart Sistem

(48)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian Motor dan Driver Motor DC

Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui output dari driver motor apabila diberi input yang berbeda-beda

V MK ( Volt) V motor ( Volt) Rpm

1,17 2,08 41

1,54 2,87 46

2,13 5,50 58,8

2,32 6,20 60,8

2,52 6,70 64,2

3,10 8,20 74,6

3,51 8,94 83,6

3,87 9,53 90,8

4,15 9,90 95

4,42 10,10 107,4

4,60 10,38 116,4

4,90 10,67 128

(49)

4.2 Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban pada set 1000 rpm Pengukuran ini menggunakan shaft encoder untuk mengetahui kecepatan putaran motor, sehingga dapat diketahui kecepatan putaran motor yang dihasilkan RPM controller. Adapun hasil yang didapat setelah melakukan pengukuran tersebut, maka didapat hasil sebagai berikut

Tabel 4.1 Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban

PERCOBAAN SET RPM HASIL

PENGUKURAN

1 1000 1036

2 1000 1023

3 1000 1033

4 1 000 1019

5 1000 1028

6 1000 1021

7 1000 1030

8 1000 1034

9 1000 1023

10 1000 1023

Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban dilakukan

sebanyak sepuluh kali dan didapat RPM rata- rata dan error steadistate (ess) adalah sebagai berikut ;

Nrata- rata =

Ess =

(50)

4.3 Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban pada set 1500 rpm Pengukuran ini menggunakan shaft encoder untuk mengetahui kecepatan putaran motor, sehingga dapat diketahui kecepatan putaran motor yang dihasilkan RPM controller. Adapun hasil yang didapat setelah melakukan pengukuran tersebut, maka didapat hasil sebagai berikut

Tabel 4.2 Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban

PENGUKURAN

1 1500 1569

2 1500 1579

3 1500 1565

4 1500 1580

5 1500 1582

6 1500 1577

7 1500 1566

8 1500 1568

9 1500 1570

10 1500 1559

Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban dilakukan sebanyak sepuluh kali dan didapat RPM rata- rata dan error steadistate (ess) adalah sebagai berikut;

Nrata- rata = =

Ess =

(51)

PENGUKURAN

1 2000 2081

2 2000 2073

3 2000 2070

4 2000 2079

5 2000 2068

6 2000 2070

7 2000 2080

8 2000 2084

9 2000 2076

10 2000 2083

Pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban dilakukan sebanyak sepuluh kali dan didapat RPM rata- rata dan error steadi state (ess) adalah sebagai berikut

Nrata- rata = =

Ess =

(52)

PENGUKURAN

1 2500 2521

2 2500 2523

3 2500 2510

4 2500 2539

5 2500 2538

6 2500 2520

7 2500 2541

8 2500 2554

9 2500 2546

10 2500 2553

Nrata- rata = =

Ess =

(53)

PENGUKURAN

1 3000 3061

2 3000 3053

3 3000 3060

4 3000 3049

5 3000 3058

6 3000 3040

7 3000 3070

8 3000 3054

9 3000 3066

10 3000 3073

Nrata- rata = =

Ess =

(54)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan dan memperhatikan cara kerja alat, maka dapat diperoleh kesimpulan dan saran sebagai berikut :

5.1 Kesimpulan

1. Semakin tinggi input tegangan maka semakin tinggi nilai kecepatan Rpm 2. Persentase kesalahan terbesar pada pengukuran kecepatan putaran motor

tanpa beban adalah 4,7%

3. Persentase kesalahan terkecil pada pengukuran kecepatan putaran motor tanpa beban adalah 1,3%

5.2 Saran

Dalam perancangan dan pembuatan alat ini masih terdapat kelemahan. Untuk memperbaiki kinerja alat dan pengembangan lebih lanjut disarankan:

1. Diharapkan agar alat ini dapat dikembangkan dengan hasil putaran motor yang lebih stabil.

2. Diharapkan kepada peneliti berikutnya agar menentukan massa beban untuk memperoleh data dalam pengujian putaran

3. Diharapkan ada penambahan sensor massa pada alat akan memudahkan dalam pengambilan data untuk pengembangan penelitian selanjutnya.

(55)

DAFTAR PUSTAKA

[1 ] Wahyudin, Didin. 2007. Belajar Mudah Mikrokontroler ATMega328 Dengan Bahasa BASIC Menggunakan BASCOM-8051. Yogyakarta: Penerbit ANDI.

[2] Bishop Owen 2004, Dasar-Dasar Elektronika, Erlangga, Jakarta.

[4] Sutrisno 1986, Elektronika Teori danPenerapannya, ITB, Bandung.

[5]http://www.kelistrikanku.com/2016/09/menghitung-arus-daya-kecepatan-motor- listrik-ac.html