APLIKASI MIKROKONTROLER AVR ATMEGA 16 UNTUK MENGATUR KECEPATAN MOTOR DC SECARA NIRKABEL MELALUI GELOMBANG RADIO
Hendra Manase
Jl. Babakan Jeruk Gg. Barokah No. 25, 40164, 085222266776
Email: hendramanase@yahoo.co.id
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha
Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65
Bandung, 40164, Indonesia
ABSTRAK
Motor DC merupakan salah satu komponen elektronik yang banyak
digunakan sebagai penggerak karena mempunyai torsi yang besar. Salah satu cara
mengatur performansi motor DC adalah dengan mengatur kecepatannya. Gelombang
radio adalah satu teknologi nirkabel yang dipilih karena penggunaannya tidak
mengharuskan antara bagian pengirim dan penerima selalu pada kondisi open air.
Dalam Tugas Akhir ini, telah direalisasikan sebuah alat yang berfungsi
mengatur kecepatan motor DC secara nirkabel melalui gelombang radio.
Mikrokontroler AVR ATMega 16 pada bagian pengirim digunakan untuk mengatur
paket pengiriman data dan menampilkan data yang dikirim serta perkiraan RPM.
Mikrokontroler AVR ATMega 16 pada bagian penerima digunakan untuk membaca
paket data yang terkirim dan untuk menampilkan kecepatan putaran yang dibaca oleh
sensor kecepatan dalam satuan RPM. Alat ini terealisasi oleh modul pengirim dan
penerima data TLP/RLP 434A dan rangkaian sensor kecepatan optocoupler.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa alat ini dapat beroperasi dengan baik
pada jarak 50 meter di daerah perkotaan yang padat penduduk dan optocoupler
hanya
mampu membaca dengan baik sampai kecepatan 2813 RPM.
IMPLEMENTATION OF AVR ATMEGA 16 MICROCONTROLLER IN WIRELESS DC MOTOR SPEED CONTROLLING THROUGH RADIO
FREQUENCY
Hendra Manase
Jl. Babakan Jeruk Gg. Barokah No. 25, 40164, 085222266776 Email: hendramanase@yahoo.co.id
Departement of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Maranatha Christian University
Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65 Bandung, 40164, Indonesia
ABSTRACT
DC motor is one of most electronic component which used as many activators because having great torsi. DC motor as activator require arrange performance. One of way to arrange their performance is control their speed. Radio frequency is one of wireless technology that most used because between part of transmitter and receiver not oblique always reside in open air condition.
AVR ATMega 16 microcontroller at part of transceiver is used to arrange data transmission packet and to display the transmitted data and also RPM estimate. AVR ATMega 16 at part of receiver is used to read data packet which come from transceiver and to display turn around speed which read by speed sense in set of RPM. This device is implemented by both transmitter and receiver data TLP/RLP 434A module and optocoupler speed sense.
The result of examination indicate that appliance device can operate better at distance 50 metres in solid urban resident area and optocoupler will read better until speed of 2813 RPM.
iii
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 3
1.4 Pembatasan Masalah ... 3
1.5 Spesifikasi Alat ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II LANDASAN TEORI... 5
2.1 Mikrokontroler AVR ATMega 16... 5
2.1.1 Fitur Mikrokontroler ATMega 16 ... 7
2.1.2 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 16 ... 9
2.1.3 Arsitektur Mikrokontroler AVR RISC ... 11
2.1.4 General Purpose Register AVR... 12
2.1.5 Stack Pointer... 13
2.1.6 Peta Memori Mikrokontroler AVR ATMega 16... 13
2.1.6.1 Memori Program ... 13
2.1.6.2 Memori Data SRAM ... 14
2.1.7 Status Register (SREG)... 17
2.1.8 Timer/Counter... 18
2.1.9 Interupsi ... 20
2.1.10 Analog to Digital Converter(ADC) ... 23
2.1.11 Komunikasi Serial USART ... 29
2.1.11.1 USART ... 32
2.1.11.2 Inisialisasi USART ... 32
2.2 Analog to Digital Converter(ADC) ... 35
2.3Pulse Width Modulation(PWM)... 37
2.4 Penggerak Motor DC ... 38
2.5 Optocoupler... 43
2.6 Modul Pengirim dan Penerima TLP/RLP 434A ... 45
2.7 Modul Liquid Crystal Display(LCD)... 46
2.8 Code VisionAVR ... 48
BAB III REALISASI ALAT ... 51
3.1 Perangkat Keras Alat ... 51
3.1.1 Perangkat Keras Bagian Pengirim ... 51
3.1.2 Perangkat Keras Bagian Penerima... 52
3.2 Perangkat Lunak Alat... 56
3.2.1 Perangkat Lunak Bagian Pengirim ... 56
3.2.2 Perangkat Lunak Bagian Penerima... 58
BAB IV DATA PENGUJIAN DAN PENGUKURAN ... 63
4.1 Perbandingan antara Data Dikirim terhadap Data Diterima ... 63
4.2 Perbandingan Data yang Dikirim terhadap RPM oleh Sensor ... 65
4.3 Perbandingan Perkiraan RPM dan RPM yang Terbaca oleh Sensor... 67
v
5.1 Kesimpulan... 70
5.2 Saran ... 71
DAFTAR PUSTAKA ...73
LAMPIRAN
LAMPIRAN A
FOTO ALAT
FOTO BAGIAN PENGIRIM ...A-1
FOTO BAGIAN PENERIMA ...A-2
DATA SHEET
TLP/RLP 434A ...A-3
DRIVER MOTOR DC L293D...A-4
LAMPIRAN B
SKEMATIK RANGKAIAN BAGIAN PENGIRIM ...B-1
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Jenis Mikrokontroler AVR ... 7
Tabel 2.2 Fungsi khusus Port B... 9
Tabel 2.3 Fungsi khusus Port C... 10
Tabel 2.4 Fungsi khusus Port D ... 10
Tabel 2.5 Tabel pengalamatan Register I/O... 16
Tabel 2.6Interrupt Vektorpada ATMega 16... 20
Tabel 2.7 Konfigurasi bit ISC01 dan ISC00 ... 22
Tabel 2.8 Konfigurasi bit ISC11 dan ISC10 ... 22
Tabel 2.9 Pengaturan tegangan referensi ADC ... 25
Tabel 2.10 Pengaturan Pin ADC ... 26
Tabel 2.11 Skala ClockADC ... 27
Tabel 2.12 Pemicu ADC ... 29
Tabel 2.13 Konfigurasi pin dan nama sinyal konektor serial... 32
Tabel 2.14 Rumus perhitungan UBRR ... 33
Tabel 2.15 Penentuan ukuran karakter ... 34
ix
Tabel 2.17 Pengaturan IC driver motor ... 42
Tabel 2.17 Deskripsi pin pada modul LCD ... 47
Tabel 4.1 Data pengamatan pada jarak 10 Meter ... 63
Tabel 4.2 Data pengamatan pada jarak 50 Meter ... 64
Tabel 4.3 Data pengamatan pada jarak Sekitar 150 Meter ... 64
Tabel 4.4 Tabel pengukuran nilai RPM untuk beberapa DATA_TX... 65
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Blok diagram fungsional AVR ATMega 16 ... 6
Gambar 2.2 Konfigurasi Pin ATMega 16... 9
Gambar 2.3 Arsitektur Mikrokontroler AVR RISC ... 11
Gambar 2.4 Proses pengambilan dan pengeksekusian instruksi secara paralel .... 12
Gambar 2.5 General Purpose RegisterAVR... 12
Gambar 2.6Stack Pointer... 13
Gambar 2.7 Peta memori program AVR ATMega 16... 14
Gambar 2.8 Peta memori data AVR ATMega16 ... 15
Gambar 2.9 Status Register ATMega16 ... 17
Gambar 2.10 Register MCUCR ... 22
Gambar 2. 11 Register GICR ... 23
Gambar 2.12 ADMUX ... 24
Gambar 2.13 ADCSRA ... 25
Gambar 2.14 Format data untuk ADLAR = 0... 28
Gambar 2.15 Format data untuk ADLAR = 1... 28
Gambar 2.16 SFIOR ... 28
Gambar 2.17 Kemasan data seri asinkron... 30
Gambar 2.18 Pin konektor DB9 ... 30
Gambar 2.19 IC rangkaian Interface RS232 (Max 232)... 31
vi
Gambar 2.21 UCSRB ... 34
Gambar 2.22 UCSRC ... 35
Gambar 2.23 ADC dengan kecepatan sampling rendah dan kecepatan sampling tinggi ... 36
Gambar 2.24 Gelombang kotak yang memiliki ymax, ymin, dan D ... 37
Gambar 2.25 Hubungan antara duty cycledengan nilai rata-rata tegangan... 38
Gambar 2.26 Pengaturan arah Motor DC dengan DPDT Switch... 39
Gambar 2.27 Rangkaian Relay untuk mengontrol Motor DC... 39
Gambar 2.28H-bridge Transistor... 40
Gambar 2.29 Driverpenggerak Motor DC... 42
Gambar 2.30 Pemasangan sensor kecepatan... 43
Gambar 2.31 Rangkaian sensor kecepatan ... 44
Gambar 2.32 Modul TLP 434A dan RLP 434A ... 46
Gambar 2.33 Karakter yang dapat ditampilkan pada modul LCD... 48
Gambar 3.1 Blok diagram bagian pengirim... 52
Gambar 3.2 Rangkaian sensor kecepatan ... 54
Gambar 3.3 Posisi mekanis sensor kecepatan... 54
Gambar 3.4 Blok diagram bagian penerima ... 55
Gambar 3.5 Diagram alir bagian pengirim ... 57
Gambar 3.6 Diagram alir program utama pada bagian penerima ... 59
Gambar 3.7 Diagram alir interupsi serial... 60
Gambar 3.8 Diagram alir interupsi Timer 2... 61
LAMPIRAN A
FOTO ALAT
FOTO BAGIAN PENGIRIM A-1 FOTO BAGIAN PENERIMA A-2
DATA SHEET
TLP/RLP 434A A-3
LAMPIRAN B
PERANGKAT LUNAK
SKEMATIK RANGKAIAN BAGIAN PENGIRIM B-1
BAB I
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi yang sangat cepat dalam bidang elektronika saat
ini sangat mempengaruhi aktivitas manusia. Hampir seluruh aktivitas manusia
secara modern selalu berhubungan dengan dunia elektronika melalui berbagai alat
bantu yang menunjang aktivitas tersebut. Salah satu penemuan teknologi yang
meningkatkan efektivitas dan efesiensi kerja adalah ditemukannya teknologi
wireless. Gelombang radio adalah salah satu teknologi wireless, dipilih karena media ini bisa menghubungkan bagian pengirim dan bagian penerima yang berada
pada ruang yang berbeda sekalipun.
Penggunaan teknologi ini bisa diterapkan dalam berbagai kegiatan,
diantaranya dalam bidang robotika dan berbagai kegiatan lainnya.
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan teknologi pada bidang robotika, maka
kebutuhan akan penggerak tidak mungkin diabaikan. Motor DC sebagai salah satu
penggerak biasanya dipilih karena mempunyai torsi yang cukup besar akan tetapi
kurang presisi dibandingkan stepper motor. Fungsi motor sebagai salah satu komponen dalam bidang robotik, maka motor DC sangat perlu diatur
performansinya. Salah satu langkah untuk mengatur performansi motor adalah
dengan mengatur kecepatan motor. Pengaturan kecepatan motor dapat
BAB I PENDAHULUAN 2
Universitas Kristen Maranatha
jauh. Metode ini digunakan agar selain untuk menghemat penggunaan kabel,
operator juga tidak harus berdekatan dengan motor untuk mengatur kecepatannya
lagi. Gelombang radio, dapat digunakan sebagai media untuk mentransmisikan
sinyal untuk mengatur kecepatan motor yang diinginkan dari tempat lain tanpa
menggunakan kabel. Dibandingkan dengan infrared, pemilihan gelombang radio didasarkan atas pertimbangan komunikasi ini bisa mengirimkan data walau
terdapat dinding penghalang sekalipun. Meskipun pada kenyataan apabila dalam
proses pengiriman terdapat penghalang baik berupa dinding atau atap maka jarak
jangkauan pengiriman akan berkurang.
1.2 Perumusan Masalah
Bagaimana merealisasikan alat yang bisa mengatur kecepatan motor tanpa
menggunakan kabel dari tempat yang lain?
1.3 Tujuan
Membuat alat yang bisa mengatur kecepatan motor tanpa menggunakan
kabel dari tempat yang lain.
1.4 Pembatasan Masalah
Mengingat keterbatasan waktu, dana, dan latar belakang bidang
konsentrasi mahasiswa yang bersangkutan, maka pada realisasi alat ini dilakukan
pembatasan antara lain :
1. Komponen perangkat keras untuk pengirim data penerima data sudah
BAB I PENDAHULUAN 3
2. Jarak antar pemancar dan penerima terbatas (maksimal 200 meter pada
udara terbuka).
3. Tampilan RPM pada bagian pengirim merupakan perkiraan jumlah RPM
(Rotasi Per Menit) untuk tegangan potensiometer saat itu. Nilai ini
merupakan linearisasi perbandingan antara data yang dikirim terhadap
jumlah RPM yang terbaca pada bagian penerima.
1.5 Spesifikasi Alat
1. Transmitter(TLP 434A). 2. Receiver(RLP 434A).
3. Mikrokontroler AVR ATMega 16 (2 buah).
4. Driver motor DC (L293D).
5. Motor DC 12 V.
6. Sensor untuk pengukuran kecepatan (optocoupler). 7. LCD 2X16 (2 buah).
8. Potensiometer.
9. Schmit trigger/gerbang not (74LS14).
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika pembahasan dan penulisan laporan ini terdiri dari lima bab,
yang masing-masing berisi:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini akan membahas mengenai: latar belakang masalah, perumusan masalah,
BAB I PENDAHULUAN 4
Universitas Kristen Maranatha
BAB II TEORI PENUNJANG
Bab ini membahas mengenai teori-teori yang mendukung pembuatan alat baik
berupa perangkat lunak maupun perangkat keras.
BAB III REALISASI ALAT
Bab ini akan membahas mengenai spesifikasi alat yang dibuat dan penjelasan
proses kerja alat tersebut baik berupa perangkat kerasnya maupun perangkat
lunaknya.
BAB IV DATA PENGUJIAN DAN PENGUKURAN
Bab ini memaparkan data-data yang diperoleh dari hasil pengukuran serta
argumentasi terhadap data tersebut yang dituangkan dalam bentuk analisa data.
BAB V PENUTUP
Bab ini berisi kesimpulan mengenai alat yang dibuat dan saran-saran untuk
BAB V
PENUTUP
Bab ini berisi kesimpulan-kesimpulan berdasarkan hasil analisa data dan
saran-saran. Diharapkan dengan adanya saran-saran ini, realisasi pengontrolan
nirkabel dengan menggunakan frekuensi radio selanjutnya bisa semakin baik.
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan pengamatan dan analisa data maka diperoleh beberapa
kesimpulan. Kesimpulan yang dapat diambil dan diamati tersebut diantaranya
sebagai berikut:
Realisasi alat untuk mengontrol kecepatan putar motor DC secara nirkabel
melalui gelombang radio ini secara open loop bisa direalisasikan dengan
baik. Alat yang direalisasikan ini dapat beroperasi dengan cukup baik pada
jarak maksimum kurang lebih 50 meter saja di daerah yang perkotaan
yang padat penduduk (non open air). Pada jarak tersebut alat ini dikatakan
dapat beroperasi dengan cukup baik karena DATA_TX yang dikirim pada
umumnya sama dengan DATA_RX yang diterima oleh modul penerima.
Untuk daerah diluar dead zone motor, kenaikan kecepatan putar akan
berbanding lurus dengan kenaikan DATA_TX sebagai nilai referensi
BAB V PENUTUP 71
Universitas Kristen Maranatha 5.2 Saran
Berdasarkan adanya keterbatasan kemampuan alat yang direalisasikan dan
dorongan untuk membantu realisasi pengontrolan alat-alat elektronik lainnya
secara nirkabel melalui gelombang radio ini maka disarankan agar:
Menambahkan komponen yang bisa memperbaiki sinyal misalnya: schmit
trigger inverter, baik pada modul pengirim maupun pada modul penerima
agar baik data yang dikirim maupun data yang diterima selalu diperbaiki.
Pada realisasi sensor untuk pengukuran kecepatan putar sebaiknya
menggunakan sensor yang bisa mendeteksi semua rentang kecepatan
dengan baik, misalnya: rotary encoder.
Untuk realisasi selanjutnya dengan menggunakan sensor yang sama
disarankan agar jumlah putaran yang terukur oleh sensor menggunakan
skala perbandingan jumlah putaran yang lebih besar dari 1:1. Hal ini bisa
direalisasikan dengan perbandingan jumlah gigi gear antara gear pada
poros motor terhadap gear yang dibaca oleh optocoupler. Misalnya:
menggunakan skala perbandingan 1:10, artinya jumlah gigi gear yang
dibaca oleh optocoupler sama dengan 10 kali jumlah gear yang dipasang
langsung pada poros motor DC.
Untuk realisasi semua hal yang memprioritaskan pewaktu yang akurat
yang menggunakan fasilitas interrupt timer seperti: jam digital dan
lain-lain, disarankan agar menggunakan kristal 12 MHz agar interupsi yang
dihasilkan benar-benar baik (tidak terjadi pembulatan). Misalnya: untuk
BAB V PENUTUP 72
prescaler8 pada mode: compare match) maka butuh 150 perubahan yang
73 Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
1. Andrianto, Heri.”Pemograman Mikrokontroler AVR ATMega 16
Menggunakan Bahasa C”, Penerbit Informatika:Bandung.2008.
2. Bell, David A.”Electronic Instrumentation and Measurement”, Prentice
Hall:New Jersey.1994.
3. Boylestad, Nashelky.”Electronic Device and Circuit Theory”, Prentice
Hall:New Jersey.1992.
4. Budiharto, Widodo.”12 Proyek Mikrokontroler”, Penerbit Alex Media
Komputindo:Jakarta.2006.
5. Budiharto, Widodo.”12 Proyek Sistem Akuisisi Data”, Penerbit Alex
Media Komputindo:Jakarta.2007.
6. Budiharto, Widodo.”Belajar Sendiri Membuat Robot Cerdas”, Penerbit
Alex Media Komputindo:Jakarta.2006.
7. Budiharto, Widodo.”Panduan Praktikum Mikrokontroler AVR ATMega
16”, Penerbit Alex Media Komputindo:Jakarta.2007.
8. Heryanto, Ari.”Pemograman Bahasa C untuk mikrokontroler ATMega
8535”, Penerbit Andi:Yogyakarta.2008.
9. Wardhana, Lingga.”Belajar Sendiri Microcontroller AVR Seri ATMega
8535”, Penerbit Andi: Yogyakarta.2006.
10.http://www.rentron.com/remote_control/remote1.htm, 20 November 2008
11.
