IMPLEMENTASI PID (PROPORTIONAL-INTEGRAL-DERIVATIVE) CONTROL DALAM PERANCANGAN MINIATUR KURSI RODA
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATmega8535 BERBASIS ANDROID
SKRIPSI
IMAM MATRA ARISTIAN 101401042
PROGRAM STUDI S1 ILMU KOMPUTER
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
IMPLEMENTASI PID (PROPORTIONAL-INTEGRAL-DERIVATIVE) CONTROL DALAM PERANCANGAN MINIATUR KURSI RODA
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATmega8535 BERBASIS ANDROID
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh ijazah Sarjana Ilmu Komputer
IMAM MATRA ARISTAN 101401042
PROGRAM STUDI S1 ILMU KOMPUTER
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PERSETUJUAN
Judul: IMPLEMENTASI PID (PROPORTIONAL-INTEGRAL-DERIVATIVE) CONTROL DALAM PERANCANGAN MINIATUR KURSI RODA MENGGUNAKAN ATmega8535 BASIS ANDROID
Kategori : SKRIPSI
Nama : IMAM MATRA ARISTIAN
Nomor Induk Mahasiswa : 101401042
Program Studi : S1 ILMU KOMPUTER
Fakultas : ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Komisi Pembimbing :
Pembimbing II Pembimbing I
Drs. Dahlan Sitompul, M.Eng Dr. Poltak Sihombing, M.Kom NIP. 196707252005011002 NIP. 19620217 199103 1 001
Diketahui/disetujui oleh
Program Studi Ekstensi S1 Ilmu Komputer Ketua,
Dr. Poltak Sihombing, M.Kom NIP. 19620217 199103 1 001
PERNYATAAN
IMPLEMENTASI PID (PROPORTIONAL-INTEGRAL-DERIVATIVE) CONTROL DALAM PERANCANGAN MINIATUR KURSI RODA
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATmega8535 BERBASIS ANDROID
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Oktober2016
IMAM MATRA ARISTIAN 101401042
PENGHARGAAN
Alhamdulillah segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah, dan karunia-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini yang sesuai dengan instruksi dan peraturan yang berlaku di Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi serta shalawat beriring salam dihadiahkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW, semoga mendapat safa’at di akhir kelak.
Dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan, dukungan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih dan penghargaan kepada :
1. Bapak Prof. Dr. RuntungSitepu, SH., M.HumselakuRektor Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Prof. Dr. Opim Salim Sitompul, M.Si sebagai Dekan Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi.
3. Bapak Dr. Poltak Sihombing, M.Kom sebagai Ketua Program Studi S1 Ilmu Komputer.
4. Ibu Maya Silvi Lydia, B.Sc, M.ScselakuSekretaris Program StudiIlmuKomputer.
5. Bapak Dr. Poltak Sihombing, M.Kom selaku Dosen Pembimbing Iyang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran dalam membimbing, dan menyemangati penulis agar dapat menyelesaikan skripsi ini.
6. Bapak Drs. Dahlan Sitompul, M.Engselaku Dosen Pembimbing II yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran dalam membimbing, dan menyemangati penulis agar dapat menyelesaikan skripsi ini.
7. Bapak Dr. SyahrilEfendi, S.Si, M.IT selaku dosen Pembanding I yang telah memberikan kritik dan saran terhadap skripsi penulis.
8. Bapak Drs. Agus Salim Harahap, M.Siselaku dosen Pembanding II yang telah memberikan kritik dan saran terhadap skripsi penulis.
9. Seluruh staf pengajar, pegawai dan satpam Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi.
10. Teristimewa orang tua yang penulis sayangi,ibunda Elita Ariesti dan ayahanda Irianto, sertaadik Ikhsan Dwi Putra Aristian dan Muhammad Ilham Aristian yang tak henti-hentinya memberikan dukungan dan motivasi.
11. Teman-teman seperjuangan mahasiswa S1-Ilmu Komputer stambuk 2010, Reza Nst, M Safri,Irwansyah,Septi Diana Sari, Yansen, Akhiruddin Nurdan teman- teman lain.
12. Semua pihak yang terlibat langsung ataupun tidak langsung yang tidak dapat penulis ucapkan satu per satu yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih memiliki banyak kekurangan, baik dari segi teknik, tata penyajian ataupun dari segi tata bahasa. Oleh karena itu penulis bersedia menerima kritik dan saran dari pembaca dalam upaya perbaikan skripsi ini.
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca, khususnya rekan- rekan mahasiswa lainnya yang mengikuti perkuliahan di Universitas Sumatera Utara.
Medan, Oktober2016 Penulis
Imam Matra Aristian
ABSTRAK
Robot miniatur kursi roda adalah robot yang dirancang untuk dapat berjalan mengikuti perintah yang diberikan oleh pengguna. Robot miniatur kursi roda merupakan robot yang dirancang untuk menggantikan kursi roda yang masih menggunakan sitem manual. Untuk dapat menggerakkan kursi roda, maka manusia yang duduk pada kursi roda tersebut harus menggunakan tangannya untuk menggerakan kursi roda dengan catatan manusia yang duduk di kursi roda tersebut masih memiliki tenaga ataupun tidak memiliki cacat tangannya. Robot ini memiliki kemampuan untuk berjalan secara otomatis dengan input perintah menggunakan smartphone. Pada penelitian ini robot miniatur kursi roda menggunakan mikrokontroler ATmega8535 sebagai pengendali dan menggunakan bahasa bascom untuk menggunakan program utama pada robot dan menggunakan program java untuk membuat aplikasi android di smartphone sebagai media input pergerakan miatur kursi roda. Hasilyang diperoleh dari penelitian ini adalah robot bergerak mengikuti perintah yang di input melalui smartphone.
Kata Kunci: ATmega8535, Miniatur Kursi Roda Otomatis, Android Remote
IMPLEMENTATION OF PID(PROPORTIONAL-INTEGRAK-DERIVATIVE) CONTROL IN DESIGNING WHEEL CHAIR MINIATURE BY USING
ATMEGA8535 BASED ANDROID
ABSTRACT
Wheelchair miniature robot is a robot designed to be able to walk to follow orders given by the user. Wheelchair miniature robot is a robot designed to replace the wheelchair that still use manual system. Being able to move the wheelchair, then the man sitting on the wheelchair must use their hands to move the wheelchair with a record of man sitting in the wheelchair still have power or do not have hand disabilities. This robot has the ability to run automatically with the input commands by using a smartphone. In this study, a miniature robot wheelchair uses a microcontroller ATMega 8535 as controller and uses language BASCOM to use the main program on the robot and uses the program java to create android apps on smartphones as an input medium miniature wheelchair movement. The results obtained from this study is the robot moves to follow the commands in the input via smartphone.
Keywords: ATmega8535, Miniatur Kursi Roda Otomatis, Android Remote
DAFTAR ISI
Hal.
Persetujuan ii
Pernyataan iii
Penghargaan iv
Abstrak vi
Abstract vii
Daftar Isi viii
DaftarTabel x
DaftarGambar xi
Daftar Lampiran xii
Bab IPendahuluan
1.1 LatarBelakangMasalah 1
1.2 RumusanMasalah 2
1.3 BatasanMasalah 2
1.4 TujuanPenelitian 2
1.5 ManfaatPenelitian 2
1.6 MetodePenelitian 3
1.7 Sistematika Penelitian 4
Bab IILandasan Teori
2.1 Sejarah PID 5
2.2 Mikrokontroler ATmega8535 8
2.2.1 ArsitekturAtmega 8535 9
2.2.2 Konfigurasi PIN 10
2.2.3 PetaMemoriATMega 8535 14
2.2.3.1 Memori Program dan Data 14
2.3 SMARTPHONE 15
2.3.1 Android 16
2.4 Aktuator 17
2.5 Motor DC 18
2.5.1 Driver Motor L298 20
2.6 Bluetooth 21
2.7 Sensor Ultrasonik 22
2.7.1 Sensor Ultrasonik PING 25
2.8 Penelitian Terkait 26
Bab IIIAnalisisdanPerancangan Sistem
3.1 Analisis Sistem 27
3.1.1 Analisis Masalah 27
3.2 Analisis Kebutuhan Sistem 28
3.2.1 Kebutuhan Fungsional 28
3.2.2 Kebutuhan nonfungsional 28
3.3 Pemodelan Sistem 28
3.3.1 Use-Case Diagram 28
3.3.2 Activity Diagram 29
3.4 Perancangan Sistem 29
3.4.1 Perancangan Perangkat Keras 32
3.4.1.1 Konstruksi Utama 32
3.4.1.2 Konstruksi Sensor Ultrasinik 32 3.4.2 Perancangan Perangkat Elektronika 32 3.4.2.1 Perancangan Board Mikrokontroler 33 3.4.2.2 Perancangan Board Driver Motor DC 34 3.4.2.3 Perancangan Board Power Supply 35 3.5 Perancangan Antarmuka Aplikasi Android 36 3.5.1 Perancangan Antarmuka Remote Kontrol Robot Minaitur Kursi Roda 36
3.6 Perancangan Perangkat Lunak 37
3.6.1 Proses Respon Robot Terhadap Jarak 37 Bab IVImplementasidanPengujian Sistem
4.1 Implementasi Sistem 39
4.1.1 Implementasi Konstruksi Utama 39 4.1.2 Implementasi Sensor Ultrasonik 41 4.1.3 Implementasi Konstruksi Aktuator 41 4.2 Implementasi Rangkaian Sirkuit Elektronik 42 4.2.1 Implementasi Board Mikrokontroler (Main Board) 42 4.2.2 Implementasi Board Driver Motor DC 43
4.3 Implementasi Perangkat Lunak 44
4.3.1 Implementasi Modul Program Mikrokontroler 44
4.3.1.1 Rutin Program Utama 44
4.3.1.2 Rutin Program Untuk Aktuator Robot 47
4.4 Pengujian Sistem 49
4.4.1 Pengujian Aktuator Robot 50
4.4.2 Pengujian Sensor Ultrasonik 50
4.4.3 Pengujian Pergerakan Robot 50
4..4.3.1 Pengujian Pergerakan Robot Jalan Lurus 50 4.4.3.2 Pengujian Pergerakan Robot Jalan Mundur 51 4.4.3.3 Pengujian Pergerakan Robot Belok Kanan 51 4.4.3.4 Pengujian Pergerakan Robot Belok Kiri 52 Bab V Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan 53
5.2 Saran 53
Daftar Pustaka 54
Lampiran
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel Nama Tabel Halaman
3.1. Rincian Komponen Board Mikrokontroler ATMega 8535 31
3.2. Rincian Komponen Board Motor IC L298 32
3.3. Komponen-Komponen Pada Remote Kontrol Miniatur Kursi Roda 34
4.1. Hasil Pengujian Aktuator Robot 48
4.2. Hasil Pengujian Robot Jalan Lurus 49
4.3. Hasil Pengujian Robot Jalan Mundur 49
4.4. Hasil Pengujian Robot Belok Kanan 50
4.5. Hasil Pengujian Robot Belok Kiri 50
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar Nama Gambar Halaman
2.1. Block Diagram PID kontrol 6
2.2. Blok Diagram Fungsional ATMEGA 8535 9
2.3. Konfigurasi pin ATMega 8535 10
2.4. Kaidah Tangan Kanan 18
2.5. Konstruksi Dasar Motor DC 18
2.6. Bagian-Bagian Motor DC 19
2.7. Bluetooth HC-06 21
2.8. Fenomena Gelombang Ultrasonik Saat Ada Penghalang 21
2.9. Bentuk Sensor Ultrasonik 23
3.1. Diagram Ishikawa MasalahPenelitian 25
3.2. Diagram Use-Case Robot Miniatur Kursi Roda 27
3.3 Diagram Activity Sistem 28
3.4. Perancangan Board Mikrokontroler (main board) 31 3.5. Perancangan Remote Kontrol Miniatur Kursi Roda 33 3.6. Flowchart Proses embacaan Jarak Terhadap Objek Secara Otomatis 35
4.1.(a) kerangka bagian depan 37
4.1.(b) kerangkan bagian belakang 37
4.1.(c) kerangka bagian samping 37
4.2. Sensor Ultrasonik 38
4.3. Aktuator Robot Miniatur Kursi Roda 39
4.4. Rangkaian Mikrokontroler Pada PCB 40
4.5. Driver Motor L298 Dengan Menggunakan PCB 40
4.6. Proses Pembuatan Program mikrokontroler 41
Daftar Lampiran
Halaman
A. Lampiran A : Listing Program Mikrokontropler A-1
B. Lampiran B : Listing Program Android B-1
C. Curricullum Vitae C-1
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan mengenai latar belakang pemilihan judul skripsi
“ImplementasiPID (Proportional-Integral-Derivative) Control dalam Perancangan Miniatur Kursi Roda Menggunakan Mikrokontroler ATmega8535 Berbasis Android”, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.
1.1.LatarBelakang
Dengan perkembangan teknologi yang semakin canggih di berbagai bidang dapat membantu kinerja manusia, salah satu contohnya adalah kursi roda. Kursi roda merupakan alat bantu jalan bagi seseorang yang memiliki kekurangan fisik ataupun mempunyai masalah dengan kesehatannya sehingga tidak memungkinkan untuk menggunakan kakinya untuk berjalan. Meskipun sudah disebut alat bantu jalan, terkadang masih ada sedikit masalah dalam penggunaan kursi roda, yaitu salah satunya pengguna kursi roda masih mempunyai keterbatsan dalam gerak dan mengendalikan kursi roda.
Kursi roda yang sering terlihat di berbagai rumah sakit maupun di lingkungan sekitar kita yang digunakan oleh pasien rumah sakit maupun orang yang mempunyai kekurangan fisik, kebanyakan masih menggunakan sistem yang manual. Untuk dapat menggerakkan kursi roda tersebut, maka manusia yang duduk pada kursi roda tersebut harus menggunakan tangannya untuk menggerakan kursi roda tersebut dengan catatan manusia yang duduk di kursi roda tersebut masih memiliki tenaga ataupun tidak memiliki cacat tangannya.
Sistem kursi roda yang masih manual inilah yang membuat manusia tidak dapat
diperlukan sistem pengendalian pada kursi roda agar pengguna kursi roda dapat bergerak secara fleksibel. Salah satunya pengimplementsian teknologi bluetooth ke dalam sistem peralatan listrik dengan menggunakan smartphone android.
1.2.Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang akan dibahas pada penelitian ini adalah bagaimana mengimplementasi PID (Proportional-Integral-Derivative) Control dalam perancangan miniatur kursi roda.
1.3.Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam implementasi perancangan miniature kursi roda ini adalah:
1. Menggunakan sitem controlPID dan turningPID dengan caratry and error.Sistem yang akan dibangun hanya meliputi mikrokontroler ATmega8535, motor DC,roda, driver motor danBluetoothHC-05.
2. Input data yang diterima oleh miniatur kursi roda hanya berupa data control maju, mundur, kanan, dan kiri.
3. Miniatur kursi roda ini hanya cocok di area yang datar seperti lantai.
4. Penelitian ini hanya membahas implementasi pengendali menggunakan smartphone Android SDK API 14: Android 4.0 (IceCreamSandwich).
1.4.Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah membuat alat berupa perangkat keras dan perangkat lunak berbasis mikrokontroler ATmega8535 dengan menggunakan sistem kontrol PID dan Smartphone Android SDK API 14 (Android 4.0 Ice Cream Sandwich) yang mampu menjalankan miniatur kursi roda.
1.5. Manfaat Penelitian
Bagi penulis, penelitian ini dapat menambah pengetahuan tentang algoritma PID (Proportional-Integral-Derivative) Control dan memahami penerapannya untuk mengendalikan pergerakan pada miniatur kursi roda menggunakan mikrokontroler ATmega8535 dan Smartphone Android SDK API 14(Android 4.0 Ice Cream
Sandwich). Bagi pengguna, produk hasil dari penelitian ini dapat dijadikan sebuah model dalam perancangan pengendalian kursi roda yang asli menggunakan parameter yang sama.
1.6.Metode Penelitian
Metode penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah:
1. Studi Literatur
Penulisan mengumpulkan bahan dan data referensi dari buku,jurnal, artikel dan sumber lain yang berkaitan dengan penulisan tugas akhir ini yaitutentang mikrokontroler dan PID (Proportional-Integral-Derivative)Control.
2. Analisis dan Perancangan Sistem
Tahap ini digunakan untuk mengelolah data dari hasil pengumpulan data dan kemudian melakukan analisa dan perancangan dengan pemanfaatan Mikrokontroler ATmega8535 dengan sisitem PID kontrol.
3. Implementasi Sistem
Pada tahap ini pelaksanaan dalam implementasi rancangan mikrokontroler yang telah dibuat pada analisis dan perancangan sistem ke dalam mikrokontroler ATmega8535 menggunakan bahasa pemograman Bascom AVR.
4. Pengujian Sistem
Setalah pada tahap implementasi sistem, maka dilakukan pengujian terhadap sistem yang telah dikembangkan.
5. Dokumentasi
Metode ini berisi laporan dan kesimpulan akhir dari hasil analisa dan pengujian dalam bentuk skripsi.
1.7. Sistematika Penelitian
Adapun langkah-langkah dalam menyelesaikan penelitian ini adalah sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini akan menjelaskan mengenai latar belakang pemilihan judul skripsi
“ImplementasiPID (Proportional-Integral-Derivative) Control dalam Perancangan Miniatur Kursi Roda Menggunakan Mikrokontroler ATmega8535 Berbasis Android”, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II : LANDASAN TEORI
Bab ini berisi teori-teori yang berkaitan dengan perancangan sistem pengendalian miniatur kursi roda menggunakan ATmega8535 berbasis android.
BAB III : ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM
Bab ini berisi pembahasan analisis dan perancangan sistem aplikasi, termasuk didalamnya Diagram Ishikawa, UML (Unified Modelling Language), Flowchart dan Desain Interface.
BAB IV : IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN SISTEM
Bab ini berisi implementasi dari perancangan sistem yang telah dibuat, dan pengujian sistem untuk menemukan kelebihan dan kekurangan pada sistem.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari seluruh bab sebelumnya serta saran yang diharapkan dapat bermanfaat dalam proses pengembangan penelitian selanjutnya.
BAB II
LANDASAN TEORI
Bab ini berisi teori-teori yang berkaitan dengan perancangan sistem pengendalian miniatur kursi roda menggunakan ATmega8535 berbasis android.
2.1.Sejarah PID
Sistem Kontrol PID (Proportional–Integral–Derivative) controlmerupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut (Feed back), mengingat balancing robot adalah sebuah sistem yang membutuhkan presisi dan menekan noise sekecil mungkin dari bias pergerkan robot tersebut maka penggunaan kontrol PID sangat dibutuhkan agar aksi yang dilakukan lebih presisi dan lebih halus sehingga noise dari bias pergerakan robot dapat diminimalisir dan kecepatan dan arah yang dilakukan sesuai dengan error sudut robot. Sistem kontrol PID terdiri dari tiga buah cara pengaturan yaitu kontrol P (Proportional), D (Derivative) dan I (Integral), dengan masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Dalam implementasinya masing-masing cara dapat bekerja sendiri maupun gabungan diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengatur parameter P, I atau D agar tanggapan sinyal keluaran system terhadap masukan tertentu sebagaimana yang diinginkan.
Kontrol Proposional
Kontrol P jika G(s) = kp, dengan k adalah konstanta. Jika u = G(s) x e maka u
= Kp x e dengan Kp adalah Konstanta Proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler.
Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang
sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time.
Kontrol Integral
Jika G(s) adalah kontrol I, maka u dapat dinyatakan sebagai u(t) = [integral(t) x dT] Ki dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari persamaan diatas, G(s) dapat dinyatakan sebagai u = Ki.[deltae / deltat] Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde sistem, sehingga dalam pembuatan robot ini tidak menggunakan kontrol integeral mengingat setting kontrol menggunakan metode try and error.
Kontrol Derivatif
Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai G(s)
= s x Kd Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks "kecepatan" atau rate dari error. Dengan sifat ini ia dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi.
Kontrol Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiri.
Secara umum blok diagram dari kontrol PID adalah sebagai berikut:
Gambar 1: Block Diagram PID kontrol Sumber : Rumansyah(2013)
Dalam waktu kontinyu, sinyal keluaran PD dapat dirumuskan sebagai berikut:
𝑢𝑢(𝑡𝑡) = 𝐾𝐾𝑝𝑝𝑒𝑒(𝑡𝑡) + 𝐾𝐾𝑖𝑖� 𝑒𝑒(𝑡𝑡)𝑑𝑑𝑡𝑡 + 𝐾𝐾𝑑𝑑 𝑡𝑡
0
𝑑𝑑𝑒𝑒(𝑡𝑡) 𝑑𝑑𝑡𝑡 Dengan:
𝑢𝑢(𝑡𝑡) = Sinyal keluaran pengendali PD 𝐾𝐾𝑝𝑝 = Konstanta Proporsional
𝐾𝐾𝑖𝑖 = Konstanta Integral 𝐾𝐾𝑑𝑑 = Konstanta Derivatif 𝑒𝑒(𝑡𝑡) = Error
Pada pembuatan miniatur kursi roda penentuan konstanta digunakan metode try and error, dan hanya menggunakan kontrol PD saja. Untuk mengatur konstanta P dan D melalui multi turn potensiometer yang akan dibaca ADC yang merupakan fitur dari mikorkontroller ATmega8535.
Nilai konstanta yang tidak tepat akan membuat pergerakan robot tidak setabil, maka perlu waktu untuk mengatur konstanta P dan D, tetapi karena input pengaturan konstanta menggunakan multi turn potensiometer maka dapat dilakukan walaupun robot sedang bekerja sehingga reaksi dapat terlihat dalam
P 𝐾𝐾𝑝𝑝𝑒𝑒(𝑡𝑡)
I 𝐾𝐾𝑖𝑖∫ 𝑒𝑒(𝑡𝑡)𝑑𝑑𝑡𝑡0𝑡𝑡
D 𝐾𝐾𝑑𝑑𝑑𝑑𝑒𝑒(𝑡𝑡)𝑑𝑑𝑡𝑡
Plant
𝑈𝑈(𝑡𝑡) 𝑌𝑌(𝑡𝑡)
waktu yang sama. Dan itu dapat mempermudah pekerjaan untuk memilih konstanta P dan D dan dapat menghemat waktu.
Nilai konstanta yang tepat akan pergerakan miniatur kursi roda lebih halus, dan dapat menghilangkan gerakan yang kasar jika dibandingkan dengan tidak menggunakan sistem kontrol, jika hal ini terjadi maka tujuan penggunaan sistem kontrol ini untuk memperhalus gerakan dan menentukan nilai output yang sesuai dengan error terpenuhi.(Rumansyah, 2013)
2.2.Mikrokontroler ATmega8535
Mikrokontroler merupakansuatuterobosanteknologimikrokontrolerdanmikro komputer menjadikebutuhan pasar danteknologibaru. Sebagaiteknologibaru,yaitu teknologi semikonduktordengan kandungan transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkanruangkecil sertadapat diproduksi secaramassal (dalam jumlahbanyak) sehingga harga menjadimurah. Sebagaikebutuhanpasar, mikrokontroler hadiruntuk memenuhiseleraindustri danparakonsumenakankebutuhanpadaalat-alatbantuyang canggih.
Mikrokontroler adalah suatukeepingICdimanaterdapatmikroprosesor dan
memori programROM (ReadOnly Memory) serta
memoriserbaguna,bahkanadabeberapajenismikrokontroleryang
memilikifasilitasADC (Analog to Digital Converter), PPL,EEPROM (ElectricalErasable Programmable ReadOnly Memory)dalamsuatukemasan.Penggunamikrokontroler
dalambidangcontrolyangsangatluasdanpopular, adabeberapa vendoryangmembuat mikrokontoler diantaranya Intel, Mikrochip, Winbond, Atmel, Philips, Xmicsdan lainya.
Mikrokontroler ATmega8535merupakangenerasiAVR(AlfandVegard’srisk processor) mikrokontroler AVRmemilikiarsiterktur RISC(ReducedInstructionSet Computing) 8bit,dimanasemuainstruksidalamkode16bit(16bitword)dansebagian besar instruksidieksekusidalamsatusiklusclock.AVRmenjalankansebuahinstruksi komponeneksternal dapatdikurangi.Mikrokontroler AVRdidesainmenggunakanarsitektur Harvard, dimanaruang
danjalurbusbagimemoriprogramdipisahkandenganmemoridata memori program yang diakses dengan single-level pipeling, di mana ketikan sebuah instruksi di jalankan, instruksinyaakan di prefetchdari memori program.(Fahri, 2013)
2.2.1. Arsitektur ATmega8535
Mikrokontroler ATmega8535adalah keluarga dari ATmega yang memiliki arsitektur sebagai berikut:
Gambar2:Blok Diagram Fungsional ATmega8535
Secara garis besar gambar2.2.1 diatas memperlihatkan bahwaATmega8535 memilki bagian sebagai berikut:
1. Saluran Port I/O 32 bit yang dikelompokan dalam port A, Port B, Port C, dan
Port D.
2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga Timer/counter dengan kemampuan pembanding.
4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
5. Wacthdog timer dengan osilator internal.
6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memori flash sebesar 8 kb dengan kemampuan read while write.
8. Unit interupsi internal dan eksternal.
9. Port antar muka SPI.
10. EEPROM (electrically arasable read only memory) sebesar 512 byte yang diprogram saat oprasi.
11. Antar muka komprator analog.
12. Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 12,5Mbps.
Sistem mikroprosesor 8 bit dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
2.2.2. Konfigurasi PIN
Secaraumumdeskripsi mikrokontroler ATmega8535 adalah sebagai berikut:
Gambar3:Konfigurasi pinATmega8535 Konfigurasi pin ATmega8535 sebagai berikut:
No pin Nama Pin Keterangan
10 VCC Catu Daya
11 GND Ground
40-33
Port A : PA0 - PA7 (ADC0 - ADC7)
Port I/O dua arah dilengkapi internal Pull up resistor. Port ini jugadimultipleks
dengan masukan analog ke ADC 8 kanal
01-Jul Port B : PB0 - PB7
Port I/O dua arah dilengkapi internal Pull up resistor. Fungsi lain dari port ini masing
masing adalah : PB0 : To (timer/counter0
external counterinput) PB1 : T1 (Timer/counter1
external ctounter input) PB2 : AIN0 (analog comparator
positiveinput) PB3 : AIN1 (analog comparator positive input) PB4 : SS (SPI slave
select input ) PB5 : MOSI (SPI bus
master input/slave input
) PB6 : MISO (SPI bus master
input/slaveinput) PB7 : SCK (SPI bus serial clock)
22-29 Port C : PC 0- PC7
Port I/O dua arah dilengkapi
internalpullup resitor.
Dua pin yaitu PC6 dan PC7 berfungsi sebagai osilator eksternal untuk timer/counter2
14-21 Port D : PD0- PD7
Port I/O dua arah dilengkapi
internalpullup resitor.
Fungsi lain dari port ini
masing masing adalah : PD0 : RXD (UART
inputline) PD1 : TXD (UART
input line) PD2 : INT0 (eksternal
interrupt 0 input) PD3 : INT1 (eksternal
interrupt 1 input) PD4 : OCIB (Timer/counter 1 output compare B match input) PD5 : OCIA (Timer/counter 1 output compare A match input) PD6 : ICP (Timer/counter1 input
capture pin) PD7 : OC2 (timer/counter2 output compare match output)
9 RESET
Masukkan reset.sebuah reset terjadi jika pin ini diberi logika low
melebihi periode minimum yang diperlukan
13 XTAL1
Masukkan ke invertingoscillator
amplifier dan masukkan ke rangkaian internal clock
12 XTAL2 Keluaran dari inverting oscillator amplifier
30 AVCC Catu daya untuk Port A dan ADC
31 AGND Analog Ground
32 AREF Refrensi masukkan
analog unutk ADC
2.2.3. Peta Memori ATmega8535
Mikrokontroler AVR ATmega8535 memiliki dua jenis memori yaitu (1) memoridata (SRAM) dan (2) memori program (memori Flash). Di samping itu juga dilengkapi dengan EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) untuk penyimpanan data tambahan yang bersifat non-volatile. Memori EEPROM ini mempunyai lokasi yang terpisah dengan sistem register alamat, register data dan register kontrol yang dibuat khusus untuk EEPROM.
2.2.3.1.Memori Program dan Data
Mikrokontroler ATmega8535 memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Untuk alasan keamanan, memori program dibagimenjadi dua bagian yaitu (1) Boot Flash Section dan (2) Application Flash Section. Boot Flash Section digunakan untuk meyimpan program Boot Loade, yaitu program yang harus dijalankan pada saat AVRreset atau pertama kali diaktifkan. Application Flash Section digunakan untukmenyimpan progam aplikasi yang dibuat pengguna. Mikrokontroler AVR
Loader.Besarnya memori Boot Flash Section dapat diprogram dari 128 word sampai 1024word tergantung setting pada konfigurasi bit di-register BOOTSZ.
Jika BootLoader diproteksi, maka program pada Application Flash Section juga sudahaman.
Memori data dibagi menjadi tiga yaitu:
1. Terdapat 32 register keperluan umum (general purpose register_GPR biasa disebut registerfile di dalam teknologi RISC).
2. Terdapat 64 register untuk keperluan input/output (I/O register).
3. Terdapat 512 byte SRAM internal. Selain itu, terdapat pula EEPROM 512 byte sebagai memori data yang dapat diprogram saat beroperasi. I/O register dan memori SRAM pada mikrokontroler AVR ATmega8535.
2.3. SMARTPHONE
Smartphone dalam Kamus Oxford American didefinisikan sebagai "ponsel yang menggabungkan (Personal Digital Assistant) PDA". Jadi, menurut definisi, Smartphone adalah perangkat telekomunikasi serbaguna.
Atau dengan kata lain Smartphoneadalah perangkat ponsel yang bisa digunakan untuk berkomunikasi dasar(sms dan telepon), tapi juga di dalamnya terdapat fungsi PDA (Personal Digital Assistant) dan dapat bekerja layaknya sebuah komputer mini.
Smartphone atau yang disebut juga piranti pintar dewasa ini menjadi trend yang mewabah luas di Indonesia, digemari nya Smartphone ini juga bukan tanpa alasan, tapi karena feature yang ditawarkan sangat menarik dan mengubah hobi pengguna untuk browsing, chating dan semacamnya yang awalnya dilakukan secara statis, sekarang dengan Smartphone bisa dilakukan dengan mobile atau bergerak. Seperti hal nya pengguna yang semakin cerdas memilih perangkat pintar nya, vendor pun bersaing menawarkan feature dan interface yang menarik dan mudah untuk penggunanya, mereka menawarkan OS (operating system) dan aplikasi yang memanjakan penggunanya, RIM menawarkan OS Blackberry, Apple dengan Iphone nya, Samsung,Sony, Huawei, dan beberapa vendor lainnya mengadopsi Android sebagai OS nya, ada juga yang memakai jasa Windowsphone
untuk OS , seperti yang dilakukan oleh Nokia. Fisik dan geografis menjadi semakin tak memliki jarak, secara sosial pun masyarakat semakin tak bersekat.
Sebuah kemajuan yang sangat patut disyukuri, Smartphone merupakan pengembangan dari mobile phone atau lebih dikenal dengan handphone yang diciptakan awal mula sekitar 40 tahun lalu oleh Martin Cooper dari Motorola.
Ponsel yang berbentuk besar sekali itu mempunyai berat sekitar 1,15 kg dan panjang sekitar 10 inch serta hanya bisa digunakan selama 20 menit saja sebelum baterai nya habis. Namun dalam perkembangannya hingga jadi Smartphone pada saat ini, dengan dimensi yang lebih elegan dan indah juga bisa lebih multi fungsi sehingga tidak hanya digunakan untuk telepon dan sms saja, kekuatan baterai nya pun bisa lebih tahan lama hingga dapat bertahan beberapa hari standby dengan sekali full charge. (Bartholomeus Sitepu, 2015).
2.3.1. Android
Sejarah sistem operasi Android dimulai sejak diumumkannya Open Handset Alliance di akhir tahun 2007. Sebenarnya ide untuk membuat sistem operasi open source buat peranti embedded sudah ada sejak lama. Karena backing dari Google yang sangat agresif, maka Android bisa sangat terkenal hanya dalam beberapa tahun saja. Beberapa perusahaan telekomunikasi, kini mulai memiliki atau menawarkan perangkat android dalam produk‐produknya. Tidak hanya ponsel, tapi perangkat lain seperti tablet, netbook, televisi, bahkan hingga ke peranti embedded di mobile memiliki sistem operasi android. Sebenarnya android pada awalnya tidak dikembangkan oleh google, tapi dikembangkan oleh sebuah perusahaan bernama Android Inc. Karena google melihat banyaknya user yang online dengan perangkat mobile, maka google mengira bahwa perangkat mobile ini memiliki masa depan yang cerah. Sehingga Android Inc diakusisi oleh Google di tahun 2005. Pada waktu yang sama, Apple di tahun 2007 juga mengembangkan sebuah sistem operasi iOS untuk iPhone‐nya dengan fitur‐fitur yang sangat inovatif, seperti multitouch dan adanya open market untuk aplikasi.
Android pun kemudian meniru fitur ini dan cepat beradaptasi untuk menambahkan fitur ini dan fitur tambahan lainnya, seperti programmer bisa punya kontrol yang lebih terhadap sistem operasi, dan multitasking. Android
punya banyak tambahan yang cocok untuk dunia korporat, seperti exchangesupport, remote wipe, dan Virtual Private Network (VPN). Ini mirip dengan BlackBerry yang dikembangkan oleh RIM. Dengan beragamnya peranti dan adaptasi, android berkembang pesat dan jumlah user‐nya pun bertambah.
Tapi bagi developer, ini juga berarti ada tantangan yang potensial. Karena aplikasi harus bisa beradaptasi denganbesarnya ukuran layar dan resolusi layar yang berbeda. Ada juga keyboard, sensor hardware, versi OS, konfigurasi sistem, dan kecepatan data wireless yang berbeda‐beda. Tiap variasi dari aspek‐aspek tersebut bisa menyebabkan munculnya perilaku yang tidak terprediksi. Namun mengecek satu‐satu untuk variasi tersebut juga tidak memungkinkan. Karena jumlahnya yang sangat banyak. Karena itu, sejak awal Android sudah diatur agar bisa memiliki tampilan yang seragam, dan user experience yang sama disemua platfrom.Caranya dengan melakukan abstraksi pada perbedaan hardware. Sistem operasi Android menutup aplikasi dari modifikasi yang hardwarespecific. Tapi di sisi lain juga memungkinkan fleksibilitas untuk melakukan tune up pada aspek yang diperlukan.
Android versi 4.0 (ICS: Ice Cream Sandwich) Diumumkan pada tanggal 19 Oktober 2011, membawa fitur Honeycomb untuk smartphone dan menambahkan fitur baru termasuk membuka kunci dengan pengenalan wajah, jaringan data pemantauan penggunaan dan kontrol, terpadu kontak jaringan sosial, perangkat tambahan fotografi, mencari email secara offline, dan berbagi informasi dengan menggunakan NFC. Ponsel pertama yang menggunakan sistem operasi ini adalah Samsung Galaxy Nexus.(Fitri, 2014).
2.4. Aktuator
Aktuator adalah bagian yang berfungsi sebagai penggerak dari perintah yang diberikan oleh input. Aktuator biasanya merupakan peranti elektromekanik yang menghasilkan gaya gerakan. Aktuator terdiri dari 2 jenis, yaitu:
1. Aktuator elektrik.
2. Aktuator pneumatik dan hidrolik.
2.5. Motor Dc
Motor arus searah (motor dc) adalah salah satu jenis motor yang telah ada selama lebih dari seabad. Keberadaan motor dc telah membawa perubahan besar sejak dikenalkan motor induksi yang nama lain dari motor listrik arus bolak balik (ac) karena motor dc mempunyai keunggulan dalam kemudahan untuk mengatur dan mengontrol kecepatan dibandingkan motor ac (motor bolak-balik yang bekerja memerlukan suplay tegangan bolak balik ). Motor dc dapat berfungsi sebagai motor apabila didalam motor listrik tersebut terjadi proses konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik. Motor dc itu sendiri memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Pada motor dc kumparan medan disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar).(Abdullah, 2010)
Menurut Herisaputra, dkk (2011) arus yang mengalir melalui sebuah konduktor akan menghasilkan medan magnet. Degnan kaidah tangan kiri, kita dapat menentukan arah medan magnet. Ibu jari tangan dapat mewakili arah medan magnet yang timbul, seperti yang ditunjukkan Gambar 4.
Gambar 4. Kaidah Tangan Kanan
Sumber : Herisaputra, dkk (2011)
Untuk menunjukkan arah arus yang mengalir didalam sebuah konduktor, dapat digunakan kaidah tangan kanan. Jari tengah menunjukan arah arus yang mengalir pada konduktor, jari telunjuk menunjukan arah medan magnet dan ibu jari menunjukan arah gaya putar, seperti diperlihatkan Gambar 5.
Gambar 5. Konstruksi Dasar Motor DC Sumber : Herisaputra, dkk (2011)
Gambar 6. Bagian-Bagian Motor DC
Bagian – bagian motor dc secara umum, yaitu:
1. Badan Mesin
Badan mesin ini berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan kutub magnet, sehingga harus terbuat dari bahan ferromagnetik.
Fungsi lainnnya adalah untuk meletakkan alat-alat tertentu dan mengelilingi bagian-bagian dari mesin, sehingga harus terbuat dari bahan yang benar-benar kuat, seperti dari besi tuang dan plat campuran baja.
2. Inti kutub magnet dan belitan penguat magnet
Inti kutub magnet dan belitan penguat magnet ini berfungsi untuk mengalirkan arus listrik agar dapat terjadi proses elektromagnetik. Adapun aliran fluks magnet dari kutub utara melalui celah udara yang melewati badan mesin.
3. Sikat-sikat
Sikat-sikat ini berfungsi sebagai jembatan bagi aliran arus jangkar dengan bebas, dan juga memegang peranan penting untuk terjadinya proses komutasi.
4. Komutator
Komutator ini berfungsi sebagai penyearah mekanik yang akan dipakai bersama-sama dengan sikat. Sikat-sikat ditempatkan sedemikian rupa sehingga komutasi terjadi pada saat sisi kumparan berbeda.
5. Jangkar
Jangkar dibuat dari bahan ferromagnetik dengan maksud agar kumparan jangkar terletak dalam daerah yang induksi magnetiknya besar, agar ggl induksi yang dihasilkan dapat bertambah besar.
6. Belitan jangkar :
Belitan jangkar merupakan bagian yang terpenting pada mesin arus searah, berfungsi untuk tempat timbulnya tenaga putar motor.
2.5.1. Driver Motor DC L298
IC H-Bridgedriver motor DC L298 memiliki dua buah rangkaian H-Bridge di dalamnya, sehingga dapat digunakan untuk men-drive dua buah motor dc.H- Bridge
driver motor DC L298 masing-masing dapat mengantarkan arus hingga 2A.
Namun, dalam penggunaannya, H-Bridge driver motor DC L298 dapat digunakan secara paralel, sehingga kemampuan menghantarkan dari H-Bridge driver motor DC L298 arusnya menjadi 4A. Konsekuensi dari pemasangan H-Bridge driver motor DC L298 dengan mode paralel maka, kamu perlu 2 buah H-Bridge driver motor DC L298 untuk mengendalikan 2 motor dcmenggunakan H-Bridge driver motor DC L298 pada mode paralel.(Affan, 2016)
2.6. Bluetooth
Bluetooth adalah spesifikasi industri untuk jaringan kawasan pribadi (personal area networks atau PAN) tanpa kabel. Bluetooth menghubungkan dan dapat dipakai untuk melakukan tukar-menukar informasi di antara peralatan-peralatan.
Bluetooth beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 Ghz dengan menggunakan sebuah frequency hopping traceiver yang mampu menyediakan layanan komunikasi data dan suara secara real time antara host-host bluetooth dengan jarak terbatas.Kelemahan teknologi ini adalah jangkauannya yang pendek dan kemampuan transfer data yang rendah.
BluetoothModule HC-05 merupakan module komunikasi nirkabel pada frekuensi 2.4 GHz dengan pilihan koneksi bisa sebagai slave, ataupun sebagai master. Sangat mudah digunakan dengan mikrokontroler untuk membuat aplikasi wireless. Interface yang digunakan adalah serial RXD, TXD, VCC dan GND.
Builtin LED sebagai indikator koneksi bluetooth. Modul BT ini terdiri dari dua jenis yaitumaster dan slave. Seri modul BT HC bisa dikenali dari nomor serinya, jika nomer serinya genap maka modul BT tersebut sudah diset oleh pabrik, bekerja sebagai slave atau masterdan tidak dapat diubah mode kerjanya, contoh adalah HC-06-S. Modul BT ini akan bekerja sebagai BT slave dan tidak bisa diubah menjadi master, demikian juga sebaliknya misalnya HC-04M. Default mode kerja untuk modul BT HC dengan seri genap adalah sebagai slave.
Sedangkan modul BT HC dengan nomer seri ganjil, misalkan HC-05, kondisi default biasanya diset sebagai slave mode, tetapi pengguna bisa mengubahnya menjadi mode master dengan AT Command tertentu.
Pemakaian module BT pada sistem komunikasi baik antar dua sistem mikrokontrol maupun antara suatu sistem ke device lain tidak perlu menggunakan driver, tetapi komunikasi dapat terjadi dengan dua syarat yaitu :
1. Komunikasi terjadi antara modul BT master dan BT slave, komunikasi tidak akanpernah terjadi jika kedua modul sama-sama master atau sama- sama slave, karena tidak akan pernah pairing diantara keduanya
2. Password yang dimasukkan cocok
Modul BT yang banyak beredar di sini adalah modul HC-06 atau sejenisnya dan modul HC-0 dan sejenisnya. Perbedaan utama adalah modul HC- 06 tidak bisa mengganti mode karena sudah diset oleh pabrik, selain itu tidak banyak AT Command dan fungsi yang bisa dilakukan pada modul tersebut.
Diantaranya hanya bisa mengganti nama, baudrate dan password saja.
Sedangkan untuk modul HC-05 memiliki kemampuan lebih yaitu bisa diubah mode kerjanya menjadi master atau slave serta diakses dengan lebih banyak AT Command, modul ini sangat direkomendasikan, terutama dengan flexibilitasnya dalam pemilihan mode kerjanya.
Gambar 7. Bluetooth HC-05
2.7. Sensor Ultrasonik
Gelombang ultrasonik merupakan gelombang akustik yang memiliki frekuensi mulai 20 kHz hingga sekitar 20 MHz. Frekuensi kerja yang digunakan dalam gelombang ultrasonik bervariasi tergantung pada medium yang dilalui, mulai dari
kerapatan rendah pada fasa gas, cair hingga padat. Jika gelombang ultrasonik berjalanmelaui sebuah medium, Secara matematis besarnya jarak dapat dihitung sebagai berikut:
s = v.t/2
dimana s adalah jarak dalam satuan meter, v adalah kecepatan suara yaitu 344 m/detik dan t adalah waktu tempuh dalam satuan detik. Ketika gelombang ultrasonik menumbuk suatu penghalang maka sebagian gelombang tersebut akan dipantulkan sebagian diserap dan sebagian yang lain akan diteruskan. Proses ini ditunjukkan pada gambar 8.
Gambar 8. Fenomena Gelombang Ultrasonik Saat Ada Penghalang
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik. Pada sensor ini gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah benda yang disebut piezoelektrik. Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 kHz ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Sensor ultrasonik secara umum digunakan untuk suatu pengungkapan tak sentuh yang beragam seperti aplikasi pengukuran jarak.
Alat ini secara umum memancarkan gelombang suara ultrasonik menuju suatu target yang memantulkan balik gelombang kearah sensor. Kemudian sistem mengukur waktu yang diperlukan untuk pemancaran gelombang sampai kembali kesensor dan menghitung jarak target dengan menggunakan kecepatan suara dalam medium. Rangkaian penyusun sensor ultrasonik ini terdiri dari transmitter, reiceiver, dan komparator. Selain itu, gelombang ultrasonik dibangkitkan oleh
sebuah kristal tipis bersifat piezoelektrik. Bagian-bagian dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:
Piezoelektrik
Peralatan piezoelektrik secara langsung mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Tegangan input yang digunakan menyebabkan bagian keramik meregang dan memancarkan gelombang ultrasonik. Tipe operasi transmisi elemen piezoelektrik sekitar frekuensi 32 kHz. Efisiensi lebih baik, jika frekuensi osilator diatur pada frekuensi resonansi piezoelektrik dengan sensitifitas dan efisiensi paling baik. Jika rangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama dapat digunakan sebagai transmitter dan reiceiver.
Frekuensi
yang ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari masing masing transduser. Karena kelebihannya inilah maka tranduser piezoelektrik lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.
Transmitter
Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40 kHz yang dibangkitkan dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus di buat sebuah rangkaian osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju penguat sinyal. Besarnya frekuensi ditentukan oleh komponen kalang RLC / kristal tergantung dari disain osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan memberikan sebuah sinyal listrik yang diumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik sehingga bergetar dan memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar frekuensi pada osilator.
Receiver
Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang
langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.
2.7.1. Sensor Ultrasonic PING
Modul sensor Ultrasonik ini dapat mengukur jarak antara 3 cm sampai 300 cm.
Keluaran dari modul sensor ultrasonik Ping ini berupa pulsa yang lebarnya merepresentasikan jarak. Lebar pulsanya yang dihasilkan modul sensor ultrasonik ini bervariasi dari 115 uS sampai 18,5 mS. Secara prinsip modul sensor ultrasonik ini terdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal 40KHz,
sebuahspeaker ultrasonik dan sebuah mikropon ultrasonik. Speaker ultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi suara sementara mikropon ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan suaranya. Bentuk sensor ultrasonik diperlihatkan pada gambar berikut.
Gambar 9. Bentuk Sensor Ultrasonik
Sinyal output modul sensor ultrasonik dapat langsung dihubungkan dengan mikrokontroler tanpa tambahan komponen apapun. Modul sensor ultrasonik hanya akan mengirimkan suara ultrasonik ketika ada pulsa trigger dari mikrokontroler (Pulsa high selama 5µS). Suara ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40KHz akan dipancarkan selama 200µS oleh modul sensor ultrasonik ini.
Suara ini akan merambat di udara dengan kecepatan 344.424m/detik (atau 1cm setiap 29.034µS) yang kemudian mengenai objek dan dipantulkan kembali ke modul sensor ultrasonik tersebut. Selama menunggu pantulan sinyal ultrsonik dari bagian trasmiter, modul sensor ultrasonik ini akan menghasilkan sebuah pulsa.
Pulsa ini akan berhenti (low) ketika suara pantulan terdeteksi oleh modul sensor
ultrasonik. Oleh karena itulah lebar pulsa tersebut dapat merepresentasikan jarak antara modul sensor ultrasonik dengan objek.Arief (2011)
2.8. Penelitian Terkait
Adapun penelitian yang relevan dengan penelitian yang diangkat penulis adalah sebagai berikut:
• Dalam karya ilmiah Ridho Rumansyah, 2013 – Perancangan Penyeimbang Robot Otomatis (Self Balancing Robot) Dengan MPU6050 6 Axis DOF Berbasis Mikrokontroler ATMega16A. Dari hasil penelitian yang dilakukan, diketahui bahwa metode ini dapat untuk mempertahankan posisi seimbang pada permukaan datar dengan cara bergerak maju dan mundur.
• Dalam karya ilmiah Abdullah, 2010 – Studi Pengontrol Temperatur Motor DC Untuk Mempertahankan Kestabilan Kecepatan Motor Berbasis Mikrokontroler AT89S52. Dari hasil penelitian yang dilakukan, diketahui bahwa metode ini mampu memperthankan kestabilan kecepatan putar dari sebuah motor dc.
• Dalam karya ilmiah Ulfah Mediaty Arief─ Pengujian Sensor Ultrasonik PING Untuk Level Ketinggian dan Volume Air. Vol. 09. Dari hasil Penelitian yang dilakukan, diketahui bahwa metode ini mampu menghubungkan data antara Miktrokontroler dengan Sensor Ultrasonic.
BAB III
ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM
3.1. Analisis Sistem
Analisis sistem terdiri fase-fase berbeda yang mendeskripsikan pengembangansistem. Dalam tugas akhir ini, ada tiga fase analisis yaitu : analisis masalah, analisis kebutuhan dan analisis proses. Analisis masalah bertujaun untuk memahami kelayakan masalah. Analisis kebutuhan dilakukan untuk menjelaskan fungsi-fungsi yang ditawarkan dan mampu dikerjakan sistem. Sedangkan analisis proses untuk memodelkan tingkah laku sistem.
3.1.1. Analisis Masalah
Diagram ishikawa digunakan untuk mengidentifikasi masalah. Diagram ishikawa adalah sebuah alat grafis yang digunakan untuk mengidentifikasi, mengeksplorasi dan menggambarkan masalah serta sebab dan akibat dari masalah tersebut. Ini sering disebut juga diagram sebab-akibat atau diagram tulang ikan (fishbone diagram). Masalah- masalah yang ada pada robot miniatur kursi roda dapat dilihat pada gambar 3.1.
Robot Miniatur Kursi Roda Robot
Metode
Pengguna
Material Bergerak Sesuai Data
Yang Diterima
PID untuk Respon Robot Terhadap Objek
Memberi Intruksi Melalui Bluetooth
ATmega 8535 Sebagai Unit Pemrosesan Utama Bluetooth Sebagai Input
Contorl Device Motor DC Sebagai Akuator
Gambar 3.1 Diagram Ishikawa Masalah Penelitian
3.2. Analisis Kebutuhan Sistem
Analisis kebutuhan sistem mencakup kebutuhan fungsional sistem dan non- fungsional sistem. Pada tahapan analisis ini sangat dibutuhkan dalam mendukung kinerja sistem, apakah sistem yang dibuat telah sesuai dengan kebutuhan atau belom, karena kebutuhan sistem akan mendukung tercapainya tujuan yang diharapkan.
3.2.1. Kebutuhan fungsional
Analisis kebutuhan fungsional merupakan jenis kebutuhan yang berisi proses- proses apa saja yang nantinya dilakukan oleh sistem. Kebutuhan fungsional juga berisi informasi-informasi apa saja yang harus ada dan dihasilkan oleh sistem.
Berikut ini adalah kebutuhan fungsional dari sistem, yaitu:
1. Robot dapat menerima perintah yang diinput oleh user.
2. Robot secara otomatis akan bergerak kekanan apabila terdapat objek didepannya dengan jarak 20cm, ini merupakan pembacaan dari sensor Ultrasonic.
3.2.2. Kebutuhan nonfungsional
Untuk mendukung kinerja sistem, sistem juga dapat berfungsi sebagai berikut:
1. Robot dapat dioperasikan dengan mudah.
2. Robot dapat bergerak melintasi permukaan yang datar.
3.3. Pemodelan Sistem
Pemodelan sistem yang dirancang bertujuan menggambarkan peran user terhadap sistem yang dibuat. Pemodelan sistem yang digunakan dalam perancangan sistem, yaitu use-case diagram, dan activity diagram.
3.3.1. Use-Case Diagram
Diagram ini memperlihatkan himpunan use-case dan aktor-aktor (suatu jenis khusus dari kelas). Diagram ini sangat penting untuk mengorganisasi dan
memodelkan perilaku dari suatu sistem yang dibutuhkan serta diharapkan pengguna.
Pada gambar 3.2 adalah gambar dari diagram use case dari sistem yang akan dibangun:
Miniatur Kursi Roda Bergeraka Sesuai dengan Data yang Dikirim
Menekan Tombol Perintah
<<USES>>
User
Gambar 3.2 DiagramUse-Case Robot Miniatur Kursi Roda
3.3.2. Activity Diagram
Activity Diagram menggambarkan berbagai alir aktivitas dalam sistem yang sedang dirancang, bagaimana masing-masing alir berawal, decision yang mungkin terjadi, dan bagaimana mereka berakhir. Pada gambar 3.3 menjelaskan rancangan aktivitas user dan respon sistem pada aplikasi.
User Sistem(Robot)
Phase
Membuka Aplikasi
Input Data Memproses Data
Inputan
Bergerak Sesuai Data Menutup Aplikasi
Gambar 3.3 DiagramActivitySistem
3.4. Perancangan Sistem
Perancangan terdiri 3 bagian utama yaitu perancangan sistem perangkat keras (konstruksi), perancangan perangkat elektronika dan perancangan sistem perangkat lunak. Perangkat keras (konstruksi) yang dimaksud adalah komponen fisik yang digunakan untuk membentuk kerangka robot, bagian badan utama,
Perangkat elektronika yang digunakan untuk pembuatan sistem terdiri dari beberapa bagian utama yaitu sirkuit utama (main board), bagian aktuator (drive motor) dan bagian sensor (sensor board). Setiap komponen ini membutuhkan antarmuka yang juga merupakan jalur komunikasi dengan komponen lainnya.
Perancangan antarmuka harus dilakukan dengan sebaik mungkin dan diperhatikan kelebihan dan kekurangannya. Sebelum perangkat keras diimplementasikan kedalam bentuk nyata, akan lebih baik menggunakan software simulasi dan diagram untuk mengurangi kerugian biaya yang ditimbulkan akibat kerusakan komponen.
Dalam perancangan robot, perancangan elektronika merupakan nilai yang memiliki bobot yang lebih dari perancangan lainnya. Dalam perancangan elektronika diharapkan komunikasi antar komponen dapat berlangsung dengan baik sehingga dapat saling mengerti aksi dan reaksi dari masing-masing komponen. Dengan adanya perancangan antarmuka elektronika yang baik maka akan berpengaruh kepada perancangan perangkat lunak yang efisien. Perancangan elektronika yang baik harusnya tidak menimbulkan bug ke dalam sistem dan mempermudah pengerjaan programming serta proses trial and error nantinya.
Selain itu perancangan elektronika juga harus memperhatikan jumlah komponen yang akan digunakan.
Perancangan perangkat lunak terdiri dari beberapa modul program yang ditampilkan dalam bentuk flowchartyang berfungsi untuk mengontrol kerja dari komponen-komponen utama perangkat keras. Modul program yang sibuat untuk mengontrol perangkat keras yaitu modul sesor, modul aktuator, dan program utama yang mencakup modul-modul yang dibuat serta perancangan perangkat lunak aplikasi android sebagai media inputan tujuan robot nantinya, dari program utama ini nantinya akan dipanggil fungsi dari modul program lainnya yang dibutuhkan untuk eksekusi suatu perintah.
Dalam perancangan robot ada tiga hal penting untuk diperhatikan yaitu : perancangan hardware, perancangan elektronika dan perancangan sistem perangkat lunak. Tiga hal penting ini akan menjadi tolak ukur keberhasilan sistem kerja suatu robot.
3.4.1. Perancangan perangkat keras
Robot miniatur kursi roda yang akan dibangun dirancang agar dapat berjalan dengan baik di lintasan yang telah ditentukan. Ada beberapa hal yang menjadi fokus dalam tahap perancangan robot yaitu desain konstruksi utama dan sensor.
3.4.1.1. Konstruksi Utama
Kerangka adalah konstruksi yang nantinya akan menentukan desain, bentuk dan ukuran dari komponen fisik lainnya. Fungsi utama dari kerangka adalah sebagai tempat atau kedudukan untuk seluruh kedudukan komponen robot.
Pemilihan material akan sangat berpengaruh terhadap konstruksi robot seperti berat, kekuatan, ketahanan terhadap keretakan dan kemampuan meredam getaran. Perpaduan diantaranya akan menghasilkan konstruksi yang kuat.
Kerangka robot miniatur kursi roda dirancang menggunakan bahan plastik keras (acrilyc) karena mudah dalam pengerjaannya, kuat, tidak mudah retak dan mudah didapat.
3.4.1.2.Konstruksi sensor Ultrasonic
Sensor ultrasonic berfungsi sebagai alat yang digunakan untuk membaca jarak antara robot miniatur kursi roda dengan objek yang berada didepan robot miniatur kursi roda.
Rangkaian sensor ultrasonik terdiri dari TX (transmitter) dan RX (receiver). TX berfungsi sebagai pemancar sinyal yang mengenai penghalang sedangkan RX berfungsi sebagai penerima sinyal pantulan dari TX.
3.4.2. Perancangan perangkat elektronika
Perancangan perangkat elektronika berhubungan dengan perancangan mikrokontroler, bagian sensor Ultrasonic, driver motor dc. Papan mikrokontroler (board mikrokontroler) akan dibuat terpisah dan akan menjadi papan uatama (main board) kerena setiap masukan sensor akan terhubung langsung dengan papan mikrokontroler serta pemicu penggerak pada aktuator akan terhubung pada papan mikrokontroler. Bagian-bagian tersebut nantinya akan dihubungkandengan kabel penghubung.
Driver motor berfungsi untuk mengendalikan perputaran motor dc, driver motor ini menggunakan IC L298. IC L298 akan menerima masukan dari
mikrokontroler dan memberikan respon terhadap motor dc. Driver ini digunakan untuk mengendalikan (arah putaran dan kecepatan putaran) dua motor dc.
Papan sensor Ultrasonic bersefungsi untuk penempatan sensor serta sebagai jalur komunikasi sensor dengan main board. Papan sensor Ultrasonic ditempatkan pada bagian depan robot.
.Sumber tegangan (powersupply) dibutuhkan untuk memberikan sumber tegangan teregulasi untuk membagikan tegangan sesuai dengan kebutuhan masing-masing komponen. Seperti pada aplikasinya mainboard membutuhkan tegangan 5 V untuk beroperasisecara stabil, sedangkan driver motor dc menggunakan 11,7 V untuk beroperasi secara stabil
3.4.2.1. Perancangan board mikrokontroler (main board)
Rangkaian dasar yang digunakan untuk mengoperasikan sebuah mikrokontroler disebut sebagai rangkaian sistem minimum. Rangkaian sistem minimum terdiri dari rangkaian osilator (crystal), sistem reset dan catu daya. Pada tabel 3.1 dapat dilihat daftar komponen beserta skema rangkaian board mikrokontroler.
Tabel 3.1 Rincian Komponen Board Mikrokontroler ATmega8535
No Nama Barang Banyak Fungsi
1 Mikrokontroler
ATmega8535 1 Processeor Utama
2 Elco 1000uF 25 V 1 Penyimpan arus
3 Connector 12 V 1 Penyambung Arus
4 Resistor 10k 1 Menehan Arus Listrik
5 Dioda 3 A 1 Komponen Pendukung
6 Dioda 1 A 1 Komponen Pendukung
8 Socket DC 1 Penghantar Arus Listrik
9 Header 2 1 Komponen Pendukung
10 Header 3 1 Komponen Pendukung
11 Header 4 1 Connector Bluetooth
12 Header 6 2 Komponen Pendukung
13 Push Button 1 Komponen Pendukung
Gambar 3.5 Perancangan Board Mikrokontroler (main board) 3.4.2.2. Perancangan board driver motor DC
Driver motor berfungsi untuk mengendalikan perputaran motor dc, driver motor ini menggunakan IC L298. IC L298 akan menerima masukan dari mikrokontroler dan memberikan respon terhadap motor dc. Driver ini digunakan untuk mengendalikan dua motor dc. Komponen-komponen yang dibutuhkan serta gambar rangkaina driver motor IC L298 dapat dilihat pada tabel 3.2.
Tabel 3.2 Rincian Komponen Board Motor IC L298 No Nama Komponen Banyak Fungsi
1 IC L298 1 IC Driver Motor
2 Heat Shink 1 Pendingin IC
3 Regulator IC 7805 1 Penurun Tegangan 4 Elco 220uF 35 V 2 Penyimpan Arus
5 Dioda 2A 8 Bias Arus Motor
7 Pin Header 6 1 Penghubung (Connector) 8 Connector Screw 2
2 Penghubung (Connector)
9 Connector Screw 3
pin 1 Penghubung (Connector) Motor
10 Resistor 330 1 Current Limited LED
11 LED 1 Indikator
Pada dasarnyadriver Motor yang menggunakan IC L298 yang memiliki kemampuan menggerakkan motor dc sampai arus 4A dan tegangan maksimum 46 VoltDC untuk satu kanalnya. Rangkaian modul driver l298 diperlihatkan pada gambar sebagai berikut.
Gambar 3.6 Perancangan Board Driver Motor DC
Pada dasarnya rangkaian ini terdiri dari 8 Dioda yangakan berfungsi memblock tegangan yang dihasilkan motor dc agar tegangan tidak menuju ke Sumber Vm atau output dari L298. Modul ini juga menyediakan internal 5 volt regulator.
3.4.2.3. Perancangan Board Power Supply
Dibutuhkan sumber tegangan (powerSupply) yang cukup agar sistem dapat bekerja dengan baik. Terdapat dua jenis sumber tegangan yang digunakan pada sistem yaiu : sumber tegangan untuk sirkuit Utama dan sumber tegngan untuk aktuator. Tegangan yang dibutuhkan sirkuit utama untuk beroperasi dengan stabil adalah 5 V. Sedangkan tegangan untuk aktuator menggunakan tegangna 12 V.
Sistem menggunkan sumber tegangan berupa baterai. Di dalam sistem sirkuit utama menggunakan tegangan 5 V, untuk memperoleh tegangan 5 V dari sumber tegangan maka digunakan IC regulator 7805. IC regulator 7805 ini berfungsi untuk menghasilkan tegangan keluaran sebesar 5 V.
12 Volv 5 Volv
3.5. Perancangan Antarmuka Aplikasi Android
Aplikasi android berfungsi sebagai media input untuk pengguna dalam mengoperasikan robot miniatur kursi roda.
3.5.1. Perancangan Antarmuka Remote kontrol Robot Miniatur Kursi Roda Rancangan antarmuka remote kontrol robot miniatur kursi roda seperti pada gambar 3.7 serta keterangan komponen pada halaman remote kontrol miniatur kursi roda dapat dilihat pada gambar.
Connect
Unconnect
1
2
3
4
5 6
Status 7
Gambar 3.7 Perancangan Remote Kontrol Miniatur Kursi Roda Tabel 3.3 Komponen-Komponen Pada Remote Kontrol Miniatur Kursi Roda
No Jenis Komponen Keterangan
1 Connect Penghubung
3 Tombol Arah Maju (Button) Tombol Akan Memberikan Perintah Untuk Maju 4
Tombol Arah Kanan (Button)
Tombol Akan Memberikan Perintah Untuk ke Kanan
5
Tombol Arah mundur (Button)
Tombol Akan Memberikan Perintah Untuk Mundur
6 Tombol Arah Kiri (Button) Tombol Akan Memberikan Perintah Untuk ke Kiri
7 Status Informasi
3.6 Perancangan Perangkat Lunak
Proses utama yang digunakan dalam sistem ini, yaitu pengiriman perintah menggunakan smartphone melalui koneksi bluetooth agar robot dapat bergerak sesuai perintah.
3.6.1 Proses Respon Robot Terhadap Jarak
Inputan yang didapat dari sensor ultrasonic menggunakan PIN-A7 pada mikrokontroler ATmega8535. Inputan jarak dibaca melalui sensor jarak yang bernilai ADC yang di konversi kedalam cm. Apabila jarak melebihi 20 cm, maka robot miniatur kursi roda akan sepenuhnya menerima data dari smartphone, tapi jika jarak robot miniatur kursi roda kurang dari 20 cm robot akan memberi respon menghindari objek dengan cara berbelok ke kanan sampai robot dapat mendeteksi bahwa objek didepan tidak ada.
Kecepatan robot untuk menghindari objek tergantung seberapa dekat jarak robot ke objek. Nilai PWM didapat dari proses pehitungan PID yang berdasarkan jarak sensor ke objek.
Baca Jarak ADC
Apakah Jarak
< 70
Ya
Apakah Data Serial Masuk
Apakah Data Serial = F
Apakah Data Serial = R
Apakah Data Serial = L
Apakah Data Serial = B
Ya
Tdk
Tdk
Tdk Tdk
Mundur Kiri Kanan
Maju
Selesai Tdk
Ya
Ya
Ya Ya
Mulai
Error = Jarak - 70
P = kp x Error
D = kd x (Last Error - Error)
PD = P + D
PWM ka = 45 – PD PWM ki = 45 + PD
Gambar 3.8 Flowchart Proses Pembacaan Jarak Terhadap Objek SecaraOtomatis
BAB IV
IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN SISTEM
4.1.Implementasi Sistem
Proses yang akan dilakukan berikutnya setelah dilakukan analisis dan perancangan pada bab sebelumnya adalah implementasi sistem sesuai dengan perancangan yang telah dibuat.
4.1.1. Implementasi Konstruksi Utama
Kerangka robot miniatur kursi roda diimplementasikan menggunkan bahan acrilyc dengan ketebalan 3 mm. Acrilyc terbuat dari bahan yang cukup, relatif ringan dan mudah dalam pengerjaannya serta mudah didapat. Secara keseluruhan bahan yang digunakan unutk membuat kerangka robot adalah acrilyc 3 mm, spacer berukuran 35 mm dan baut dengan diameter 3mm.
Kerangka robot dibuat dengan 1 tingkat untuk menempatkan sensor ultrasonic (bagian depan), rangkaian sistem minimum ATmega8535 (bagian tengah), regulator (bagian kanan) dan batteray (bagian belakang).
Aplikasi ini memiliki fitur rotateobjek, caranya dengan menyentuh layar perangkat lalu menggerakkannya maju, mundur,kanan,dan kiri.
Berikut gambar implementasi kerangka robot (a) kerangka bagian depan (b) kerangkan bagian belakang (c) kerangka bagian samping (gambar 4.1).
(a) (b)
(c)
Gambar 4.1 Kerangka Robot Miniatur Kursi Roda (a) Kerangka Bagian Depan (b) Kerangka Bagian Belakang
4.1.2. Implementasi Sensor Ultrasonik
Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik, sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut dibangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.
Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jarak.
Gambar 4.2 Sensor Ultrasonic 4.1.3. Implementasi Konstruksi Aktuator
Robot miniatur kursi roda menggunakan dua motro dc sebagai aktuator yang digunakan sebagai penggerak robot. Aktuator ini diimplementasikan menggunakan motor gear box dan wheal. Implementasi robot miniatur kursi roda dapat dilihat pada gambar 4.3.
