Nugroho Tri Sanyoto dkk 591 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
PEMBUATAN KENDALI PENGEBOR PPC OTOMATIS
MENGGUNAKAN MOTOR STEPPER
Nugroho Tri Sanyoto, Gati Kharisma, M. Khoiri
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir – Badan Tenaga Nuklir NasionalJl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281 Telp : (0274) 48085, 489716 ; Fax : (0274) 489715
E-mail : [email protected]
INTISARI
PEMBUATAN KENDALI PENGEBOR PPC OTOMATIS MENGGUNAKAN MOTOR STEPPER.
Telah dibangun sebuah system kendali yang digunakan untuk pengeboran PPC. Tujuan pembuatan ini adalah merancang dan membangun sistem kendali pengebor PPC secara otomatis. Hubungan antara komputer personal dengan rangkaian elektronika. Digunakan software Delphi 7 sebagai pembuat program antarmuka komputer dan AT89S52 beserta komponen lain sebagai driver untuk pengendali motor stepper. Dimana apabila komputer menerima input data ataupun disain letak lubang berupa gambar bertipe ekstensi *.Bmp, program akan merubah data tersebut menjadi sebuah atau lebih perintah program. Driver akan menerima dan membaca perintah tersebut kemudian diterjemahkan menjadi gerakan mekanik pada motor stepper. Komunikasi yang digunakan merupakan komunikasi serial yang dihubungkan dengan kabel usb. Alat yang telah dibuat ini mampu menangani luasan PPC 700x300 pixels atau bila dikonversi setara dengan 175x75 mm, dengan jarak minimal antar lubang adalah jarak normal antar kaki IC yaitu 10 pixels (2,5 mm). Kata kunci: bor, printed circuit board (PCB), Delphi 7, motor stepper
ABSTRACT
SOFTWARE DESIGN AS MOTOR CONTROLLER ON AN AUTOMATIC PPC DRILL. A control system
that is used for drilling PPC has been made. The purpose of this design is to design and build PPC drill control system between personal computer and electronic circuit. Using Delphi 7 software as an interface program maker between computer and AT89S52 along with other components as a driver to control stepper motor. When the computer receives an input data or a hole layout design as an *.Bmp extension type image, the program will change the data into one or more program commands. The driver will receive and read the commands and translate it into mechanical movements on stepper motor. The communications that is being used is a serial communications which is connected by usb cable. This program can handle 700x300 pixels PPC wide or when converted it is equivalent to 175x75 mm, with the minimum distance between holes is the normal distance between IC’s foot which is 10 pixels (2,5 mm).
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 592 Nugroho Tri Sanyoto dkk
1. PENDAHULUAN
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang industri sangat pesat kemajuannya, berbagai macam aplikasi dari otomatisasi mekanik dikembangkan oleh tiap-tiap industri. Pada industri perakitan komponen elektronika yaitu pada proses pembuatan lubang PPC (Papan Patri Cetak). Dimana dengan waktu terbatas dan jumlah produksi yang mencapai ribuan lembaran PPC tiap harinya, tidak mungkin semua dilakukan dengan cara manual yaitu dengan tenaga manusia khususnya pada pembuatan lubang PPC. Guna mendukung dan mengefisienkan proses produksi, sistem mekanik pengeboran PPC dikembangkan yaitu mengganti sistem manual yang dikerjakan oleh manusia dengan menggunakan suatu
sistem otomatisasi mekanik dalam pembuatan lubang PPC.
2. LANDASAN TEORI
Papan Patri Cetak (PPC) atau biasa dikenal PCB (Printed Circuit Board) merupakan jalur hubungan rangkaian elektronika yang terpasang pada suatu bahan alas. Pada papan rangkaian itu nanti akan dipasang komponen elektronika. Dalam PPC tersebut terletak komponen-komponen elektronika yang terangkai untuk melakukan fungsi tertentu sepeti terlihat pada Gambar 1. Rangkaian tercetak terbuat dari lembaran-lembaran tembaga yang tipis sehingga ia memerlukan sebuah alas untuk menopangnya. Alas ini juga berlaku sebagai perangkat yang berguna untuk memasang sebuah kemasan rangkaian lengkap pada wadah (casis).
Gambar 1. Komponen yang telah dirakit pada PPC
Perangkat komputer digunakan sebagai alat kendali dan mikrokontrol AT89S52 digunakan sebagai antarmuka ke-alat yang dikendalikan dengan menggunakan komunikasi serial. Alat yang dikendalikan adalah berupa 3 buah motor stepper
dengan 3 arah sumbu putar yang berbeda (sumbu X, Y, dan Z), dapat dilihat pada Gambar 2. Motor searah sumbu X dan Y akan digunakan sebagai penggerak beban yaitu PPC dan motor searah sumbu Z digunakan sebagai penggerak mesin bor.
Gambar 2. Letak dan arah sumbu putar motor stepper
Software pengendali didalam komputer dibuat dengan Delphi 7. Input yang kompatibel merupakan file gambar/disain PPC dengan format *.Bmp atau merancang secara manual dimedia drawing didalam software.
2.1.Delphi 7 [1]
Delphi adalah compiler/penterjemah bahasa yang merupakan bahasa tingkat tinggi sekelas dengan Basic dan C. Bahasa Pemrograman Delphi disebut bahasa procedural artinya
Nugroho Tri Sanyoto dkk 593 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN bahasa/sintaknya mengikuti urutan
tertentu/prosedur. Ada jenis pemrograman non-prosedural seperti pemrograman untuk kecerdasan buatan seperti bahasa Prolog. Delphi termasuk keluarga Visual sekelas Visual Basic, Visual C, artinya perintah-perintah untuk membuat objek dapat dilakukan secara visual. Pemrogram tinggal memilih objek apa yang ingin dimasukan kedalam Form/Window, lalu tingkah laku objek tersebut saat menerima event/aksi hanya tinggal dibuat programnya. Delphi merupakan bahasa berorentasi objek, artinya nama objek, property dan methode/prosedur dikemas menjadi satu kemasan (encapsulate).
2.2 Port serial [2]
Pada IBM PC Compatibel tata cara komunikasi serial yang digunakan ialah jenis asinkron. Komunikasi data serial ini di kerjakan oleh UART (Universal Asynchronous Receiver/Tranceiver). Pada UART, kecepatan pengiriman data (baud rate) dan fase clock pada sisi
transmitter dan pada sisi receiver harus sinkron. Untuk itu diperlukan sinkronisasi antara transmitter dan receiver. Hal ini dilakukan oleh bit „Start‟ dan bit „Stop‟. Kecepatan transmisi (baudrate) . dipakai adalah 2400 bps (bit per sekon).
2.3.Mikrokontroler AT89S52 [3]
AT89S52 merupakan mikrokontroler yang dikembangkan dari 8051 standar oleh Atmel Corporation. Mikrokontroler ini dirancang dengan teknologi CMOS dan memori non-volatile dari Atmel dengan memori program internal (memory flash) sebesar 8 KB yang bisa diprogram di dalam sistem (in-system programmable flash memory– ISP).
3.TATA KERJA
Tata laksana penelitian
Pelaksanaan pembuatan alat pengebor otomatis seperti pada Gambar 3. Menunjukkan hubungan masing masing bagian dan fungsinya
.
Gambar 3. Blok diagram sistem Pengebor otomatis PPC
Perancangan
Perancangan sistem yang merupakan hubungan antara komputer, mikrokontroler AT89S52 dengan driver motor stepper dapat dilihat pada Gambar 4
3.1 Perancangan driver.
Driver motor stepper tersusun atas 2 komponen utama, yaitu: mikrokontroler AT89S52 dan Motor stepper. Data yang dikirim oleh software diterima
AT89S52 untuk kemudian diterjemahkan menjadi sinyal low atau high pada tiap pin konektor motor stepper, juga sebagai sinyal clock yang nantinya digunakan sebagai banyak putaran motor. Telah ditentukan bahwa satu putaran penuh motor stepper yang memiliki 200 step/putaran atau 1,8 o sudut/step adalah sebanding dengan 1 mm jarak perpindahan beban, jadi untuk menggerakan beban sejauh 2,5 mm (setara jarak antar 1 kaki IC) diperlukan 500 step. . RS 232 Rangkaian mikrokontroler Driver motor stepper Motor steper/Bor
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 594 Nugroho Tri Sanyoto dkk
Gambar 4. Bagan hubungan system
3.2.Pembuatan driver
Beberapa kabel digunakan untuk menghubungkan mikrokontroler AT89S52 dengan motor stepper pada pin-pin seperti Gambar 5.
Pengkabelan juga diterapkan untuk hubungan antara motor stepper dengan tiap-tiap motor stepper. Kabel USB sebagai penghubung antara komputer dengan mikrokontroler. Gambar 5. merupakan skema pengkabelan pada driver motor stepper.
.
Gambar 5. Pengkabelan Driver
3.3 Perancangan software
Perancangan software tidak bisa lepas dari perancangan driver, sebab komunikasi yang terjalin antara software dengan driver haruslah sesuai (sinkron) agar dapat membentuk suatu sistem. Maka, tipe data masing-masing I/O-nya pun harus ditentukan. Alur program didalam software dibagi menjadi tiga bagian. Yang pertama ialah program scanner, program inilah yang nantinya digunakan sebagai identifikasi warna pada file gambar (*.Bmp) dari sebuah sampel PPC. Yang ke-dua program drawing, merupakan program untuk meng-input letak sebuah atau lebih titik lubang pada PPC
nantinya, dan yang ke-tiga adalah program proses. Dimana setelah semua input dari manusia pengguna (user) telah selesai, barulah program ini mengirim sederet atau lebih perintah ke-AT89S52 untuk diterjemahkan sebagai alamat, arah, dan banyak putaran pada motor stepper.
3.4. Pembuatan software
Dalam pembuatannya, disain software menggunakan Delphi 7. Antarmuka yang digunakan oleh user berupa Graphical User Interface (GUI) dikelompokan menjadi beberapa bagian dan dijelaskan pada Gambar 6.
Nugroho Tri Sanyoto dkk 595 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN
Gambar 6. Bagian-bagian antarmuka GUI pada rancangan
1) Bidang Gambar. Merupakan area yang mewakili sebuah bidang kerja (PPC), dimana titik-titik lubang dapat digambar dan merupakan tempat ditampilkannya sebuah gambar (*.Bmp).
2) Panel Create. Tombol-tombol pada panel ini berfungsi untuk membuat sebuah atau lebih titik lubang.
3) Panel Work. Panel ini berisi banyak fungsi, diantaranya fungsi scan gambar, report, load gambar, dll.
4) Panel Confirm. Panel yang mempunyai fungsi-fungsi konfirmasi yang menyatakan pengerjaan pada software telah selesai dan memanggil program proses.
5) Tabel data. Tabel berisi titik-titk kordinat lubang (x,y) yang telah dibuat.
4. PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian
Pengujian dilakukan secara keseluruhan, artinya dengan hubungan lengkap antara software, AT89S52, Motor driver dan motor stepper. Selanjutnya software diberikan input dan melihat apakah keseluruhan sistem sudah bekerja dengan baik dengan memperhatikan kesesuaian putaran dan arah gerak motor. Aplikasi software juga perlu diperhatikan untuk kesesuaian dengan sistem operasi. Pengujian dilakukan berulang-kali dengan input yang berbeda.
Pengujian dilanjutkan setelah tidak ada error ditemukan, dengan memperhatikan kecepatan putaran motor. Kecepatan putaran motor disinkronisasi antara kemampuan motor dengan kecepatan clock pada program AT89S52.
Pengujian alat dilakukan dengan menghubungkan seluruh sistem termasuk perangkat lunak dan driver dengan mekanik bor Dengan mengeksekusi perangkat lunak yang telah dibuat,
dapat dilihat pada Gambar 7
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 596 Nugroho Tri Sanyoto dkk Selanjutnya pengujian dilakukan pada
masing-masing fungsi bagian software dan juga output yang dihasilkan oleh sistem.
4.2 Pengujian fungsi scan gambar
Setelah file gambar CONTOHPCB.bmp dan CONTOHPCB2.bmp di-load kedalam software dan ditekan tombol “scan” maka warna hitam
titik-titik lubang pada Gambar 7. akan berubah menjadi merah. Titik merah tersebut menandakan lubang mana saja yang teridentifikasi oleh program dan kemudian letak titik-titik tersebut dipindahkan ke dalam table 1 Database. Gambar 8. adalah gambar sebelum lubang di-scan dan Gambar 9. adalah sesudah gambar lubang di-scan.
Gambar 8. CONTOHPCB.bmp sebelum di-scan
Nugroho Tri Sanyoto dkk 597 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN Tabel 1. koordinat titik yang teridentifikasi
Tabel 2. Koordinat titik yang teridentifikasi
Tabel 2. Menunjukan hasil perbandingan lubang gambar (*.bmp) dengan hasil program scan di software
.
Tabel 3. Perbandingan Jumlah lubang antar gambar dengan hasil scan
No. Nama file gambar Jumlah Lubang pada Gambar Jumlah lubang hasil scan
1 CONTOHPCB.bmp 86 lubang 86 lubang
2 CONTOHPCB2.bmp 177 lubang 177 lubang
4.3 Pengujian fungsi program drawing
Dengan menekan tombol “Activate”, maka akan meng-unlock fungsi drawing gambar, lalu barulah tiap lubang dibuat dengan mengklik “1 hole”. Masing-masing letak koordinat titik akan tercatat kedalam tabel database secara otomatis.Gambar 10. merupakan pembuatan titik pada fungsi program drawing
Gambar 10. Pembuatan titik pada fungsi program
drawing
Tabel 4. Koordinat titik pada fungsi program drawing
4.4 Pengujian fungsi program proses
Dengan tombol “OK” ditekan menandakan proses input telah selesai dan selanjutnya proses pengiriman data dilakukan dengan menekan tombol “Ready and Run, seperti pada Gambar 11. Dapat diperhatikan pada proses bar di software berjalan dan motor stepper bergerak membawa beban atau dalam hal ini bor sesuai dengan letak titik kooordinat yang diperlihatkan pada Gambar 12
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 598 Nugroho Tri Sanyoto dkk Gambar 12. Bor bergerak menuju letak titik
koordinat lubang
Pada uji program proses digunakan berberapa input dengan memperhatikan keluaran pada banyaknya putaran motor yang dihasilkan, dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5. Jumlah putaran motor dari input berupa titik koordinat No. Koordinat Putaran Input (X) Input (Y) motor (X) motor (Y) motor (Z) 1 0 20 0 5 5 2 10 10 2,5 2,5 5 3 20 0 5 0 5
Dengan memasukan input 16 lubang sesuai kaki IC (IC pin 16), maka didapat hasil seperti diperlihatkan pada Tabel 5.
Gambar .13. Input 16 lubang IC
Gambar .14. Hasil Pengeboran IC pin 16 pada PPC
4.5 Pembahasan
Kecepatan motor stepper bergantung dari kecepatan clock/pulsa yang diberikan oleh AT89S52 ke motor stepper. Dengan memberikan delay 0,005 detik tiap satu siklus pulsa, atau sama dengan clock sebesar 200 hz maka akan membuat motor bergerak sebanyak 200 step per detik, atau sama dengan 60 rpm.
Masing-masing motor bergerak secara bergantian sesuai perintah dari software. Motor
dengan sumbu putar X bergerak terlebih dahulu, kemudian dilanjutkan motor dengan sumbu putar Y, dan terakhir motor dengan sumbu putar Z dalam hal ini adalah penggerak bor, begitu seterusnya hingga seluruh titik koordinat selesai dikerjakan dan kembali ketitik koordinat 0,0.
Dalam program scan gambar apabila gambar memiliki bagian berwarna hitam, maka akan terdeteksi sebagai lubang, oleh karena itu, sebelum me-load gambar sebaiknya dipastikan bahwa
Nugroho Tri Sanyoto dkk 599 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN gambar hanya memiliki warna hitam pada
lubang-lubangnya saja. Letak posisi lubang pada gambar juga menentukan hasil scan, maka gambar diatur dengan mereposisi gambar. Karena perbandingan bidang gambar dengan PPC asli sebesar 10:2,5, artinya 10 pixels di-software sama dengan 2,5 mm pada PPC asli, maka besar pcb pada gambar juga harus disesuaikan terutama besar diameter lubangnya, dengan diameter maksimal lubang pada gambar adalah 5 pixels. Ukuran gambar juga tidak dapat melebihi 700x300 pixels, jadi jika pembuatan PPC lebih dari 175x75 mm maka pengeboran harus dilakukan beberapa kali, dengan membagi gambar menjadi beberapa bagian agar gambar tidak melebihi batas tersebut.
5. KESIMPULAN
Dari perancangan, perakitan/pembuatan, dan pengujian alat pengebor PPC otomatis yang telah dibuat, didapat kesimpulan sebagai berikut:
1) Telah berhasil dibangun perangkat lunak sebagai pengendali motor pada pengebor PPC otomatis dengan input koordinat [10,10], motor X dan Y masing-masing bergerak 2,5 putaran dan berbalik arah 2,5 putaran atau sama dengan 2,5 mm.
2) Ukuran gambar juga tidak dapat melebihi
700x300 pixels, jadi jika pembuatan PPC lebih dari 175x75 mm maka pengeboran harus dilakukan beberapa kali.
6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Artikel non-personal (2010). Embarcadero Delphi.
http://id.wikipedia.org/wiki/Embarcadero_De lphi, 20 Februari 2010.
[2] Artikel non-personal (2010). Serial Port.
http://id.wikipedia.org/wiki/Embarcadero_De lphi, 20 Februari 2010.
[3] Usman (2008). Teknik Antarmuka + Pemrograman Mikrokontroler AT89S52. Yogyakarta : Penerbit Andi Yogyakarta.
