x DAFTAR ISI
Halaman
JUDUL ... ii
LEMBAR PERSYARATAN GELAR ... iii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ... iv
LEMBAR PENGESAHAN ... v
UCAPAN TERIMAKASIH ... vi
ABSTRAK ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR TABEL ... xvi
DAFTAR SINGKATAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 2
1.4 Manfaat Penelitian ... 2
1.5 Batasan Masalah ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ... 6
2.2 Tinjauan Pustaka ... 7
2.2.1 Gas Alam ... 7
2.2.2 Sensor Gas TGS2600 ... 8
2.2.3 Arduino Mega 2560 ... 9
2.2.4 Radio Telemetry HM-TRP Series 100mW ... 11
2.2.5 Sensor Ultrasonik ... 13
2.2.6 Regulator LM 2596 5.0 ... 15
xi
2.2.7 Modul Kompas CMPS03 ... 16
2.2.8 Modul H-Bridge VNH3SP30-E (Embedded Module Series) ... 17
2.2.9 Motor DC ... 20
2.2.10 Motor Servo ... 21
2.2.11 Kamera OV7670 ... 22
2.2.12 Baterai Li-Po ... 23
2.2.13 Microsoft Visual C# ... 24
2.2.13.1 Struktur Bahasa Pada Visual C# ... 24
2.2.13.1.2 Struktur Percabangan ... 25
2.2.13.1.2 Sturktur Perulangan ... 27
2.2.14 Arduino IDE ... 28
2.2.15 Ground Control Station (GCS) ... 30
2.2.16 Metode wall following ... 30
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 32
3.2 Data ... 32
3.2.1 Sumber data ... 32
3.2.2 Metode pengumpulan data ... 32
3.2.3 Jenis dara ... 32
3.3 Metode Penelitian ... 33
3.3.1 Langkah – langkah penelitian ... 33
3.3.2 Perangkat Keras ... 34
3.3.2.1 Bahan ... 34
3.3.2.2 Peralatan kerja ... 35
3.3.3 Perangkat Lunak ... 35
3.4 Gambaran umum sistem ... 36
3.5 Perancangan perangkat keras ... 38
3.5.1 Perancangan mekanik robot 6WD ... 38
3.5.2 Perancangan Elektronik robot 6WD ... 39
3.5.2.1 Board mikrokontroller arduino mega 2560 ... 40
xii
3.5.2.2 Perancangan rangkaian sensor gas ... 40
3.5.2.3 Perancangan rangkaian sensor ultrasonik ... 41
3.5.2.4 Perancangan rangkaian driver motor ... 42
3.5.2.5 Perancangan rangkaian catu daya ... 43
3.5.2.6 Perancangan rangkaian keseluruhan sistem ... 43
3.6 Perancangan perangkat lunak ... 45
3.6.1 Perancangan perangkat lunak pada robot 6WD ... 45
3.6.1.1 Diagram alir software pada robot 6WD ... 47
3.6.2 Perancangan perangkat lunak pada GCS ... 48
3.6.2.1 Diagram alir software pada GCS ... 49
3.6.2.2 Perancangan Tampilan GCS ... 50
3.7 Cara Pengujian ... 50
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Realisasi Hasil Perancangan Perangkat Keras Robot 6 WD ... 52
4.2 Realisasi Hasil Perancangan Perangkat Lunak GCS ... 53
4.3 Pengujian dan Pembahasan Masing-masing Fungsi ... 54
4.3.1 Pengujian Mikrokontroller Arduino Mega 2560 ... 55
4.3.2 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian Catu Daya ... 56
4.3.3 Pengujian dan Pembahasan Sensor Gas ... 59
4.3.4 Pengujian dan Pembahasan Sensor Ultrasonik ... 63
4.3.5 Pengujian Pembangkitan PWM dan Respon Driver Motor ... 66
4.3.6 Pengujian Arah Sensor Kompas ... 70
4.3.7 Pengujian Komunikasi Wireless dengan Radio HMTRP ... 71
4.3.8 Pengujian Metode Wall Following ... 72
4.4 Pengujian Keseluruhan Sistem ... 75
BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan ... 79
5.2 Saran ... 80
DAFTAR PUSTAKA ... 81
xiii LAMPIRAN
Lampiran 1 (Listing Program) ... 83
Lampiran 2 (Foto Penelitian) ... 89
Lampiran 3 (Datasheet Arduino Mega 2560) ... 90
Lampiran 4 (Datasheet TGS2600) ... 93
Lampiran 5 (Datasheet SRF HC-SR04) ... 95
Lampiran 6 (Biodata Diri) ... 97
vii ABSTRAK
Perkembangan teknologi khususnya dibidang robotika saat ini sangat pesat, ini dapat dilihat dari banyaknya penerapan teknologi robotika berbasis sistem kontrol dan kecerdasan buatan dalam bidang industri, pendidikan, maupun kehidupan sehari-hari. Teknologi robotika dikembangkan bertujuan untuk membantu manusia dalam melakukan pekerjaan, seperti pekerjaan yang membutuhkan ketelitian tinggi, berisiko tinggi, ataupun yang berulang. Salah satu bentuk aplikasi dari teknologi robotika yang erat kaitannya dengan sistem kontrol adalah wheel mobile robot.
Beberapa metode dapat dilakukan untuk mendistribusikan gas alam agar menghemat biaya pendistribusian gas, salah satunya dengan pipa. Distribusi gas alam dengan menggunakan pipa sering mengalami kendala kebocoran yang disebabkan usia dari pipa distribusi yang sudah cukup tua. Untuk mempermudah pemantauan pipa gas yang berada di bawah tanah digunakan robot 6 WD (wheel drive) yang memiliki 6 roda dan penggerak pada setiap rodanya untuk mengatasi medan yang berat. Pergerakan dari robot 6 WD dikendalikan dengan mengacu kepada jarak antara robot dan dinding dengan menggunakan sensor ultrasonik SRF HC-SR04, metode ini dinamakan wall following. Sensor gas tipe TGS dari figaro dimanfaatkan untuk mengetahui adanya kebocoran gas pada pipa atau tidak. Selain itu, robot ini juga dilengkapi dengan kamera untuk mengirim gambar kerusakan pipa pada user agar dapat segera dilakukan perbaikan.
Arduino Mega 2560 digunakan sebagai otak pada robot 6 WD ini yang bertugas untuk mengolah data yang masuk dan memberikan instruksi pada robot 6WD. Modul Kompas CMPS03 digunakan untuk mengetahui arah tujuan dari robot 6 WD. Untuk transmisi data dari robot ke pengguna digunakan sebuah radio telemetry HMTRP dengan frekuensi 433 MHz.
Hasil yang dicapai dalam penerapan ini yaitu robot 6 WD mampu berjalan secara otomatis menelusuri lorong tanpa menabrak dinding, dapat mendeteksi adanya kebocoran gas dan mengirim seluruh data perjalanan ke GCS (Ground Control Station). Pengiriman data dari robot 6 WD pada pengguna meliputi, data sensor gas, data sensor kompas, data sensor jarak dan gambar kerusakan pada pipa. Sebaliknya pengguna juga mengirim informasi kontrol berupa perintah bergerak, perintah kirim data seluruh sensor, perintah menggerakkan motor servo dan perintah untuk mengambil gambar. Pada GCS dibuatkan sedikit visualisasi indikator bahwa terjadi kebocoran gas pada pipa distribusi dan penunjukan arah mata angin.
Kata Kunci: 6 WD, Pipa gas, Wall following, Arduino Mega 2560, GCS
viii ABSTRACT
The current development of technology especially in the field Robotics is very rapid, it can be seen in numerous applications of robotics technology based control systems and artificial intelligence in industry, education, as well as in daily life. Robotics technology has been developed that aims to help human beings in doing the work, such as the work that requires high precision, high risk or recurring. One form of the robotics technology application that is closely related to the control system is a wheel mobile robot.
Several methods can be performed to distribute natural gas in order to save on the cost of gas distribution, one of the methods used is distribution which using the pipeline.
Distribution of natural gas using pipelines often have constraints leak incidents . They are caused by pipelines age which are too old to operate safely. To facilitate monitoring of the gas pipeline under the ground is used 6WD (Six-wheel drive) robot which has 6 wheels and actuators on each wheel to overcome the severe terrain. The movement of the 6WD robot refers to the distance between the robot and the wall using ultrasonic modul sensor SRF HC-SR04, this method is called wall following. Figaro TGS gas sensor type is used to detect a gas leak in the pipes. In addition, the robot is also equipped with a camera to send pictures of pipe damage to the user in order to repairs immediately.
Arduino Mega 2560 is used as a brain on 6WD robot, it is responsible to process the incoming data and gives instruction on robot 6WD. CMPS03 compass module is used to figure out the direction of the 6WD robot. HMTRP 433 MHz telemetry radio is used for data transmission from the robot to the user.
The result that is achieved in this implementation i.e. 6 WD robot is able to automatically running down the aisle without bumping into the wall. It can detect leakage of gas and send all data to GCS (Ground Control Station). Data transmission from 6WD robot to the user include gas sensors data, compass sensor data, proximity sensor data and image of pipeline damage. Instead, users will also send control information such as the move command, the command to send the data across the sensor, servo motor drive command, and the command to take pictures. At GCS is made little bit visualization as a gas leak indicator in the distribution pipes and wind direction indicator.
Keywords: 6WD, gas pipeline, Wall following, Arduino Mega 2560, GCS
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi khususnya dibidang robotika saat ini sangat pesat, ini dapat dilihat dari banyaknya penerapan teknologi robotika berbasis sistem kontrol dan kecerdasan buatan dalam bidang industri, pendidikan, maupun kehidupan sehari-hari. Teknologi robotika dikembangkan bertujuan untuk membantu manusia dalam melakukan pekerjaan, seperti pekerjaan yang membutuhkan ketelitian tinggi, berisiko tinggi, ataupun yang berulang. Salah satu bentuk aplikasi dari teknologi robotika yang erat kaitannya dengan sistem kontrol adalah wheel mobile robot.
Beberapa metode dapat dilakukan untuk mendistribusikan gas alam agar menghemat biaya pendistribusian gas, salah satunya dengan pipa. Distribusi gas alam dengan menggunakan pipa sering mengalami kendala kebocoran yang disebabkan usia dari pipa distribusi yang sudah cukup tua. Kebocoran gas alam dalam jumlah besar dapat mengakibatkan pemanasan global yang memiliki efek 25 kali lebih kuat dibandingkan dengan karbon dioksida (Ansari, 2013). Pemanfaatan wheel mobile robot disini adalah sebagai pemantau kebocoran pipa gas alam yang pendistribusiannya terletak di bawah tanah.
Pendistribusian gas alam yang terletak di bawah tanah dengan rute berupa lorong menimbulkan beberapa masalah, karena medan yang terletak di bawah tanah yang tidak dapat dijangkau oleh pengelihatan manusia. Diperlukan sebuah sistem kontrol yang dapat bergerak secara otomatis tanpa ada perintah dari user seperti metode wall following. Sensor ultrasonik dapat dimanfaatkan untuk memandu pergerakan robot agar tidak menabrak dan dapat bergerak lurus dengan mengukur antara jarak robot dengan dinding dari lorong. Selain robot yang dapat bergerak secara otomatis, pada lorong tersebut juga dibutuhkan robot yang lebih tangguh agar tidak terjadi selip atau salah satu roda pada robot tersangkut karena permukaan yang kurang rata. Karena beberapa alasan tersebut, maka pada penelitian ini digunakan robot yang memiliki 6 roda dan seluruh rodanya memiliki penggerak.
1
2
Pada skripsi ini akan dibuat sebuah robot 6WD (Wheel Drive) yang akan mendeteksi kebocoran pipa gas alam yang ada pada gorong-gorong menggunakan sensor gas TGS 2600 dan pergerakan robot ini dijalankan secara otomatis dengan sensor ultrasonik menggunakan metode wall following berbasis mikrokontroller arduino mega 2560. Pada alat ini juga terdapat kamera yang akan menunjukkan kebocoran yang terjadi pada pipa distribusi gas alam. Semua data yang diperoleh dari robot akan dikirim melalui radio dan ditampilkan serta divisualisasikan dengan interface yang ada pada komputer atau laptop.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka rumusan permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah:
1. Pengembangan sistem pergerakan robot 6WD secara otomatis menggunakan metode wall following berdasarkan data sensor Ultrasonik HC-SR04
2. Perekayasaan Ground Control Station untuk mengontrol dan memvisualisasikan data yang didapat oleh robot 6WD
1.3 Tujuan
Adapun tujuan yang ingin dicapai sebagai bentuk keberhasilan dalam mengatasi permasalahan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Sebuah robot 6WD yang bergerak secara autonomous berdasarkan data dari sensor ultrasonik HC-SR04 dilengkapi sensor gas.
2. Sebuah Ground Control Station (GCS) untuk ngontrol dan memantau keadaan robot 6WD yang berada jauh dari pengguna dengan komunikasi nirkabel menggunakan Radio Telemetry HM-TRP.
1.4 Manfaat
Adapun manfaat dari penelitian ini terbagi menjadi dua yaitu:
1. Manfaat praktis
Robot 6WD secara autonomous dengan menggunakan metode wall following, memantau jarak antara robot dengan dinding, terjadi kebocoran atau tidak dan
3
memvisualisasikan data yang diperoleh robot 6WD pada laptop agar kebocoran gas alam dapat dideteksi.
2. Manfaat akademis
Memberikan kontribusi terhadap perkembangan teknologi robot khususnya wheel mobile robot yang mampu berjalan secara otomatis.
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah
Agar permasalahan tidak berkembang meluas akibat timbulnya berbagai permasalahan baru, maka batasan permasalah dalam laporan ini adalah sebagai berikut:
1. Hanya membahas robot 6WD (Wheel Drive) menggunakan sensor gas TGS2600 dengan metode wall following berbasis Arduino Mega 2560 untuk mengendalikan pergerakan robot dan mendeteksi kebocoran gas.
2. Pengujian dilakukan pada gas bhutana.
3. Robot hanya mendeteksi ada tidaknya kebocoran gas bhutana tanpa menentukan kadar kebocoran secara kuantitas.
4. Perangkat komunikasi nirkabel dua arah yang digunakan adalah Radio Telemetry HM-TRP Series 100mW menggunakan frekuensi 433 MHz dengan jarak maksimal pada datasheet sejauh 1 Km.
5. Menggunakan software Arduino IDE untuk pemrograman mikrokontroler ATmega2560 dan software Visual Studio 2012 untuk membuat antarmuka Ground Control Station (GCS) pada komputer.
6. Sensor ultrasonik yang digunakan adalah SRF HC-SR04 dengan jarak maksimal 400 cm pada datasheet.
7. Rangkaian penggerak motor menggunakan Driver EMS 30A.
8. Pengujian dilakukan pada sebuah lorong dengan lebar 100 cm, tinggi 40 cm dan panjang 760 cm dengan ukuran pipa gas 5/8 dim.
9. Tidak ada halangan pada lorong seperti air dan sampah.
10. Tidak ada percabangan jalan pada lorong, hanya terdapat belokan dengan sudut 90.
4
11. Lintasan yang digunakan terbuat dari papan triplek yang datar.
12. Power supply yang digunakan adalah baterai tipe Li-Po 11.1 V dan 2800 mAh.
13. Dimensi robot 6WD dengan panjang 40 cm, lebar 30 cm, tinggi 25 cm dan berat robot ± 6 kg.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dalam tugas akhir ini terdiri dari pokok pembahasan yang saling berkaitan yaitu:
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan, manfaat, batasan masalah dan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang teori penunjang yang mendukung dalam perancangan dan pembuatan tugas akhir.
BAB III : MATERI DAN METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tentang tempat dan waktu penelitian, data yang digunakan dalam penelitian, pemodelan sistem dan desain dari sistem yang akan dibuat seperti perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini membahas tentang hasil pengujian masing masing sensor yang digunakan dalam perangkat keras, pembahasan program yang telah dirancang dan pengujian cara kerja alat yang dibuat.
5
BAB V : PENUTUP
Bab ini berisi tentang simpulan dari hasil pengujian yang dilakukan, serta saran-saran untuk pengembangan penelitian lebih lanjut.
