34 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian
Metode eksperimental (Experimental research) merupakan metode penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini, dimana dilakukan untuk menentukan pengujian alat sistem kendali kecepatan motor dc berbasis PID sebagai mikrokontrolernya. Diagalam alir metode penelitian secara keseluruham situnjukan pada gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram Alir Metode Penelitian Perancangan Alat
Mulai
Kajian Litelatur
Identifikasi Masalah
Pengujian Alat
Analisa Data Hasil Pengujian
Selesai
Tidak
Ya
3.2 Perancangan dan Penjelasan Produk
Perancangan konsep berguna untuk menjelaskan spesifikasi alat dan persyaratan-persyaratan yang harus di penuhi baik secara teknis, ekonomi, dan lain-lain. Berikut adalah daftar persyaratan spesifikasi desain pada Tabel 3.2 :
Tabel 3.2 Daftar Persyaratan Spesifikasi Desain
No.
Kriteria
Persyaratan
Tingakat Kebutuhan
1 Geometri
Bentuk alat kendali keceptan sederhana S Alat digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor DC
W
2 Kinematik Menggunakan Arduino Uno sebagai mikrokontroler S
Menggunakan sensor optik W
Menggunakan motor Driver BTS7960B W
Fungsi dari setiap komponen harus teratur W
3 Energi
Menggunakan sensor optik sembagi pengkur kecepatan
W
Menggunakan Arduino Uno sebagai mikrokontroler S Menggunakan Power Supply untuk menyuplai energi motor DC
S
Menggunakan energi mekanik (Force) W 4 Material Bentuk alat kendali kecepatan sederhana S
Alat digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor DC
W
5 Display Ditampilkan pada Personal Computer W
Data dapat ditampilkan pada Software Arduino IDE W
6 Biaya
Biaya produksi diharapkan tidak terlalu tinggi dan murah
D
7 Ergonomis Mudah dalam pengoprasian S
Bobot lebih ringan W
8 Produksi Skala kecil W
Semua komponen cukup mudah di dapatkan di pasaran W
9 Pemrograman Mikrokontroler Arduino Uno S
Menggunakan Software Arduino IDE untuk tampilan dan terhubung pada rangkaian
S
Persyaratan dibuat berdasarkan kebutuhan Customer yang bersifat wajib dipenuhi (W) atau disarankan dipenuhi (S). dari keterangan tersebut maka dapat disimpulkan bahwa persyaratan yang dibuat merupakan panduan bagi perancang untuk merancang suatu alat (Riadi, Muhammad Sugeng, 2009).
3.3 Identifikasi Masalah
Pada tahap ini penulis bertujuan untuk menajamkan permasalahan yang ada pada spesifikasi desain diatan. Adapun tahapannya sebagai berikut:
1. Data Kuantitatif dengan menghilangkan kesukaan/kesenangan pribadi dan mengilangkan persyaratan yang tidak berkaitan langsung dengan
fungsi dan batasan-batasan penting. Dari kriteria tersebut didapatkan hasil sebagai berikut :
a. Alat kontrol kecepatan motor dc berbasis mikrokontroler ATmega 328 menggunakan metode PID
b. Membaca perubahan kecepatan dan torsi ketika diberi beban c. Membaca besaran RPM dari Motor DC
d. Menggunakan Driver BTS7960B e. Menggunakan Power Supply 24V 13A f. Menggunakan mikrokontroler Arduino Uno g. Menggunakan Arduino IDE
h. Instalasi pemasangan mudah i. Biaya produksi yang terjangkau
j. Dapat memperoleh data secara realtime k. Mudah dioperasikan
2. Mengubah data kuantitatif menjadi data kualitatif dan menyatakannya dalam kalimat yang sederhana yang mewakili. Dari kriteria tersebut didapatkan hasil sebagai berikut :
a. Kontrol Kecepatan Motor DC menggunakan Metode PID b. Untuk membaca perubahan RPM dan Torsi
c. Menggunakan Serial Monitod dan Serial Plotter Arduino IDE untuk tampilan data
d. Dapat memperoleh data secara realtime
e. Daya yang dihasilkan berbentuk grafik untuk tujuan pengarsipan f. Instalasi pemasangan yang mudah dan biaya produksi yang terjangkau
3. Kemudian mengeneralisir data kuantitatif dari kriteria tersebut didapatkan hasil sebagai berikut:
a. Kontrol kecepatan Motor DC menggunakan metode PID b. Membaca perubahan RPM dan torsi motor
c. Mikrokontroler sebagai pengolah sinyal input/output
d. Menggunakan Serial Monitod dan Serial Plotter Arduino IDE untuk tampilan data
e. Bentuk nilai grafik/diagram untuk tujuan pengarsipan
4. Memformulasikan masalah. Didapatkan hasil sebagai berikut.
Perancangan sistem kendali motor DC berbasis mikrokontroler dengan menggunakan metode PID. Kemudian data akan ditampilkan pada matlab yang berbentuk grafik/diagram untuk tujuan pengarsipan
3.4 Kombinasi Dan Susunan Konsep
Hasil dari identifikasi masalah diatas apabila di ubah menjadi tabel sub- fungsi ditampilkan pada Tabel 3.2 sebagai berikut :
Tabel 3.2 Tabel Sub Fungsi
No
Prinsip Solusi/Sub Fungsi
1 2 3
1 Energi Mekanik
2 Pengukur Sensor Iduktif Sensor Optik Modul sensor
kecepatan kecepatan M2- 01
3 Penerjemah sinyal Arduino Nano Arduino Uno Arduino Mega
4 Motor Driver L298N L293D BTS7960B
5 Software Arduino Sketch
6
Perangkat Akuisisi Data
Personal Computer (PC)
LCD
Dari tabel hasil identifikasi masalah akan terlihat berbagai kemungkinan kombinasi sub-fungsi yang mungkin untuk digunakan, konsep varian untuk pengerjaan model sebagai berikut :
Varian = 1-1, 2-2, 3-2, 4-3, 5-1,6-1.
3.5 Perancangan Alat
3.5.1 Pemodelan Motor DC
Motor DC adalah aktuator listrik yang menggunakan tegangan input sebagai variable pengendali. Pengendalian motor DC ada dua jenis yaitu pengendalian medan (field-controlled) dan pengendalian jangkar (armature controlled). Motor dc yang digunakan pada skripsi ini adalah motor DC dengan pengendalian jangkar. Rangkaian pengganti untuk motor DC dengan pengendalian jangkar dapat dilihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.4 Rangkaian Motor DC
Diasumsikan bahwa input sistem adalah sumber tegangan (V) yang diterapkan pada jangkar motor, sedangkan output sistem adalah kecepatan
dari poros ( ). Rotor dan poros dianggap kaku. Selanjutnya mengansumsikan model viscous friction yaitu torsi gesekan yang sebanding dengan kecepatan sudut poros.
3.5.2 Prinsip Kerja
Prinsip Kerja dari Perancangan Sistem Kencali Motor DC berbasis Mikrokontroler dengan menggunakan Metode PID dapat dilihat Pada flow chart Gambar 3.3. Dengan memasukkan nilai pwm dari program Arduino IDE, lalu motor berputar sesuai dengan pwm yang dimasukkan. Pada saat motor berputar, respon akan mengikuti pwm, apabila respond tidak mengikuti maka akan diproses oleh PID dan masuk kembali sampai respon mengikuti pwm yang diinginkan. Kemudian motor akan berputar dan respon akan sesuai dengan setpoint yang ditentukan, sehingga proses kendali selesai.
Gambar 3.3 Flow Chart Sistem Kendali Motor DC Mulai
i
Input pwm
Motor Bergerak
Pembacaan Sensor
Respon = 1500 RPM
Motor Bergerak sesuai respon
Selesai
PID
3.5.3 Rancangan dan Pemilihan Hardware
Pada penelitian ini menggunakan beberapa komponen yang terdiri dari : 1. Motor DC
2. Mikrokontroler Arduino Uno 3. Bread Board
4. Power Supply 24V 13A 5. Driver Motor BTS7960B 6. Jumper Wire
7. Sensor Optik
Berdasarkan spesifikasi sistem dibutuhkan Encoder untuk mengukur besar kecepatan Motor DC. Pada bagian kontrol, Arduino Uno digunakan karena memiliki spesifikasi untuk berbagai sensor, pada bagian output menggunakan Motor DC Encoder 12V. Berikut adalah spesifikasi dari Motor DC Encoder
• Operating Voltage : 24 V
• Nominal Voltage : 24 V
• Free-Run Speed at 12V : 2566 RPM
• Free-run Current at 12 V : 1370 mA
• Stall current at 12 V : - mA
• Stall Torque at 12 V : 2.2 kg.cm
• Reductor Size : 19 mm
• Weight : g
• Shaft Diameter : 5 mm
3.5.4 Diagram Skematik Rangkaian Sistem Kendali Motor DC
Perancangan Sistem Kendali Motor DC berbasis Mikrokontroler Dengan Menggunakan Metode PID digambarkan dalam sebuah rangkaian skematik seperti pada Gambar 3.4. Rangkaian skematik ini merupakan gabungan antara Motor DC Encoder, Arduino UNO, Diode, Transistor (MOSFET), breadboard. Rangkaian skematik ini merupakan suatu metode analisis sistem kerja komponen elektronika yang sering digunakan sebelum melakukan perakitan. Rangkaian skematik ini dibuat untuk lebih mudah memahami tata letak komponen serta hubungan antara satu komponen dengan komponen lainnya. Gambar 3.4 merupakan rangkaian skematik dan layout Sistem kendali Motor DC.
Gambar 3.4 Diagram Skematik Rangkaian Sistem Kendali Motor DC Motor
Power Suply
3.6 Proses Pengerjaan
3.6.1 Proses Pengerjaan dan Perancangan Sistem Kendali Motor DC
Perancangan komponen elektronika meliputi penggabungan seluruh komponen elektrikal pada perlengkapan uji. Pada sesi ini buat komponen yang awal kali dirakit ialah rangkaian motor dengan Driver motor L298N.
menghubungkan power positif(+) serta power negative(-) pada motor ke Out1 serta Out2 di Driver motor. Pemasangan power motor DC pada driver motor bisa dibolak-balik dimana nanti yang berganti merupakan arah putaran poros motor. Setelah itu menghubungkan Adaptor DC 12 V selaku power supply motor ke bagian pin+12V buat power positif(+) serta GND buat power Negatif(-). Dan menghubungkan pin ENA, In1, In2 pada driver motor ke Arduino cocok dengan Diagram Skematik pada Foto 3. 4. yang terakhir merupakan memasang encoder ke Arduino dengan metode menghubungkan gnd encoder ke gnd Arduino, vcc encoder ke vcc 5 v Arduino, serta EncA ke pin digital 3 pada Arduino. Berikut adalah hasil dari rangkaian keseluruhan yang terlihat pada Gambar 3.4 .
