Aplikasi sensor thermal array TPA81 pada robot pemadam api - USD Repository

i

TUGAS AKHIR

APLIKASI SENSOR

_{THERMAL ARRAY}

TPA81 PADA

ROBOT PEMADAM API

Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh: ALDINOVA SAMUEL

NIM : 065114032

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

ii

FINAL PROJECT

THERMAL ARRAY TPA81 SENSOR APPLICATION

ON THE FIRE FIGHTING ROBOT

Presented as a Partial Fulfillment of the Requirements for S1 Degree in Electrical Engineering Department, Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University

by:

ALDINOVA SAMUEL Student Number : 065114032

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO :

“Kalau telah berusaha keras tetapi menemui kegagalan terus menerus, maka

jangan pernah berhenti mencoba. Karena kegagalan yang sebenarnya adalah

apabila berhenti untuk mencoba”

“

Apabila di dalam diri seseorang masih ada rasa malu dan takut untuk berbuat

suatu kebaikan, maka jaminan bagi orang tersebut adalah tidak akan

bertemunya ia dengan kemajuan selangkah pun. ~ Bung Karno

”

“

Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang-orang tidak menyadari

betapa dekatnya mereka dengan keberhasilan saat mereka menyerah. ~

Thomas Alva Edison

”

Tugas Akhir ini kupersembahkan untuk….

Bapa di Surga yang selalu membimbingku

viii

INTISARI

Kontes Robot Cerdas Indonesia (KRCI) adalah suatu kontes robot tingkat nasional yang diikuti oleh hampir seluruh perguruan tinggi di Indonesia. Pada KRCI 2011 dipertandingkan dua divisi yaitu divisi beroda dan divisi battle. Divisi beroda mempertandingkan robot yang bertugas untuk memadamkan lilin dalam sebuah model denah rumah. Robot bertugas untuk mencari lilin yang sudah ditempatkan pada salah satu ruangan dalam model tersebut.

Pada penelitian ini, penulis membahas tentang sensor Thermal Array TPA81 sebagai salah satu sensor yang umum digunakan dalam Kontes Robot Cerdas Indonesia sebagai sensor pendeteksi api. Dengan pengujian pemindaian titik api dalam sebuah ruangan melalui variasi dari jarak, sudut dan pemberian halangan akan menghasilkan karakteristik dari sensor TPA81. Pengambilan dan pengolahan data menggunakan mikrokontroller ATmega32,dan data ditampilkan menggunakan LCD 16×32. Setelah diketahui keberadaan dari api lilin maka pemadaman api dilakukan dengan menggunakan penyemprot air yang dibantu dengan Motor Servo agar area penyemprotan lebih luas.

Sensor Thermal Array TPA81 telah diimplementasikan pada robot pemadam api dan telah diuji. Sensor thermal array berhasil memindai api dalam ruangan dari jarak 3cm sampai dengan 210cm dan sudut 6° sampai dengan 10°. Namun robot belum bisa memadamkan api dengan baik.

ix

ABSTRACT

Indonesian smart robot contest is a robot contest in a national level which been follow by almost all of university in Indonesia. On KRCI 2011 being competed two division, that is wheeled division and battle division. On wheeled division, two robot compete to extinguish fire in a model house. The robot will be in charge to find out a candle placed in a model house.

In this research, writer discuss about Thermal Array TPA81 sensor as a one of a sensor usually use in a robotic contest as a fire detector sensor. In a fire scanning test in a room through a variation from a distance, angle and an obstacle will produce a

characteristics from the TPA81 sensor. Taking and processing the data using a Atmega 32 controller and the data shown using 16x32 LCD screen. After known the presence of the fire from the candle, then the fire extinction do using a water sprayers helped by a servo motor for a wider spraying area.

The thermal array sensor has been implemented on the fire fighting robot and tested. The thermal array sensor was able to scan fire in a room from distance 3cm to 210cm and from 6° until 10°. But the robot was not able to extinguish the fire.

x

KATA PENGANTAR

Ucapan syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala penyertaan

dan bimbingannya sehingga tugas akhir dengan judul “APLIKASI SENSOR THERMAL ARRAY TPA81 PADA ROBOT PEMADAM API” ini dapat diselesaikan dengan baik.

Selama menulis tugas akhir ini, penulis menyadari bahwa ada begitu banyak pihak yang telah memberikan bantuan dengan cara masing-masing, sehingga tugas akhir ini bisa diselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :

1. Orangtua dan adik-adik ku tercinta atas doa dan kesabarannya.

2. Bapak Martanto,S.T.,M.T., selaku pembimbing yang penuh kesabaran memberikan saran dan kritik yang membantu penulis menyelesaikan tulisan ini.

3. Ibu Prima Ari Setiyani selaku pembimbing akademik Teknik Elektro yang telah banyak memberikan saran dalam pembuatan tulisan ini.

4. Ibu Wuri Harini sebagai ketua jurusan Teknik Elektro yang telah banyak memberikan saran dalam pembuatan tulisan ini.

5. Bapak Tjendro selaku dosen Teknik Elektro yang telah banyak memberikan saran dalam pembuatan tulisan ini.

6. Teman-temanku sekalian, Christian Andi sebagai kakak pertama dan Yohanes Osie Handoyo sebagai kakak kedua yang banyak memberikan dorongan dan semangat juga memberikan pinjaman jas untuk ujian.

7. Seluruh dosen dan laboran teknik elektro yang memberikan ilmu dan pengetahuan selama kuliah, dan pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu penulis.

Dengan rendah hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini sangat diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Terima Kasih

Yogyakarta, 18 Oktober 2011

xi

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTO HIDUP ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi

xii

2.3. Mikrokontroller ATmega32 ... 11

xiii

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN _{... 37}

4.1. Hasil Pengujian Plant ... 37

4.2. Hasil Pengujian Plant Terhadap Gangguan ... 43

4.3. Tampilan Pada LCD ... 45

4.4. Pengujian Pemadaman Api ... 45

4.3.1. Kecepatan Pemindaian Sensor ... 46

4.3.2. Pengecekan Ruangan ... 46

4.3.3. Pemadaman Api ... 46

4.5. Pengujian Driver Motor DC ... 48

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN _{... 49}

DAFTAR PUSTAKA _{... 50}

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Sudut pandang TPA81 [1] ... 4

Gambar 2.11 Regulator dengan eksternal pass transistor [6] ... 15

Gambar 2.12 Rangkaian Driver Pompa Air DC [8] ... 16

Gambar 3.3 Skematik minimum sistem ATmega32 ... 27

Gambar 3.4 Pengkabelan jalur I2C ... 28

Gambar 3.5 Skematik driver motor penyemprot ... 28

Gambar 3.6 Regulator dengan Eksternal pass transistor ... 29

xv

Gambar 3.8 Rancangan Penggerak robot ... 31

Gambar 3.9 Flowchart Robot Fire Fighter ... 32

Gambar 3.10 Flowchart Pengecekan Ruangan ... 34

Gambar 3.11 Flowchart Sub Sistem TPA81[1] ... 36

Gambar 4.1 Bentuk Robot yang Digunakan ... 37

Gambar 4.2 Grafik Pengujian dengan sudut titik api 0˚ terhadap robot 38

Gambar 4.3 Grafik Pengujian dengan sudut titik api 10˚ terhadap robot 39 Gambar 4.4 Grafik Pengujian dengan sudut titik api 20˚ terhadap robot 40 Gambar 4.5 Grafik Pengujian dengan sudut titik api -10˚ terhadap robot 40 Gambar 4.6 Grafik Pengujian dengan sudut titik api -20˚ terhadap robot 41 Gambar 4.7 Skema Pengujian Pemindaian Titik Api dengan Halangan 43 Gambar 4.8 Grafik Pengujian dengan halangan ... 44

Gambar 4.9 Hasil tampilan LCD ... 45

xvi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Register pada TPA81 [1] ... 5

Tabel 2.2 Deskripsi pin LCD ... 18

Tabel 4.1 Pengujian dengan sudut titik api 0˚ terhadap robot ... 38

Tabel 4.2 Pengujian dengan sudut titik api 10˚ terhadap robot ... 39

Tabel 4.3 Pengujian dengan sudut titik api 20˚ terhadap robot ... 39

Tabel 4.4 Pengujian dengan sudut titik api -10˚ terhadap robot ... 40

Tabel 4.5 Pengujian dengan sudut titik api -20˚ terhadap robot ... 41

Tabel 4.6 Sudut dan Pixel yang mendeteksi ... 42

Tabel 4.7 Pengujian dengan halangan ... 44

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Kontes Robot Cerdas Indonesia (KRCI) adalah suatu kontes robot tingkat nasional

yang diikuti oleh hampir seluruh perguruan tinggi di Indonesia.Pada KRCI 2010

dipertandingkan dua divisi yaitu divisi beroda dan divisi battle.Divisi beroda

mempertandingkan robot yang bertugas untuk memadamkan lilin dalam sebuah model denah

rumah.Robot bertugas untuk mencari lilin yang sudah ditempatkan pada salah satu ruangan

dalam model tersebut.

Sebagai pendeteksi keberadaan api, robot dilengkapi dengan sensor api. Pada robot

dapat digunakan satu atau lebih sensor api untuk mendapatkan pembacaan yang akurat. Sensor

yang umum dipakai adalah UVTron dan Thermal Array TPA81. Masing-masing sensor

memiliki karakteristik pembacaan api yang berbeda satu dengan yang lainnya.

Pada penelitian ini penulis memilih sensor TPA81karena bila dibandingkan dengan

UVTron, sensor ini memiliki beberapa kelebihan, sebagai contoh adalah dari dimensi sensor

TPA81yang lebih kecil yang memberikan keuntungan dalam penempatannya pada robot.

Salah satu kelebihanlain sensor jenis Thermal Array TPA81dengan sensor api jenis

lain, sebagai contoh UVTron adalah sensor Thermal Array TPA81dapat mendeteksi suhu pada

8 titik sekaligus.Hal ini dikarenakan didalam TPA81terdapat 8 buah sensor Thermopile yang

masing-masing memiliki sudut pandang (Field of View) tertentu[1].Kelebihan lain dari sensor

ini adalah sensor ini menggunakan jalur komunikasi data teknologi I2C (Inter Intergrated

Circuit) yang hanya menggunakan dua buah kabel saja yaitu SDA untuk jalur data dan

SCKuntuk jalur clock.Penggunaan jalur komunikasi I2C sangat menguntungkan apabila

sensor akandihubungkan ke microcontroller, TPA81dapat dipasang sebanyak 8 buah secara

paralel tanpa menambah jalur komunikasi.Selain dapat mengeluarkan data suhu,TPA81juga

2

Dalam proses pemadaman api, penyemprot menggunakan motor DC sebagai

penyemprot air. Pergerakan penyemprot air dibantu dengan motor servo. Hal ini dimaksudkan

agar area penyemprotan lebih luas, sehingga api padam.

1.2

Tujuan dan Manfaat

Tujuan dilakukan penelitian ini adalah mendapatkan karakteristik dari sensor TPA81

dalam pembacaan api pada robot pemadam api.

Manfaat dari penelitian ini adalah

a) Untuk melakukan pembacaan api yang akurat.

b) Dapat digunakan sebagai referensi oleh mahasiswa lain untuk mengembangkan

kreatifitas yang berhubungan dengan sensor api.

1.3

Batasan Masalah

Batasan masalah pada penelitian ini adalah :

a) Sensor api menggunakan Thermal Array TPA81.

b) Jalur penghubung antara sensor Thermal Array TPA81 menggunakan sistem jalur

komunikasi I2C.

c) Mikrokontroller ATMega 32

d) MotorServoTower Pro SG-5010digunakan sebagai penggerak penyemprot.

e) Penyemprot air menggunakan pompa air DC.

1.4

Metodologi Penelitian

Metode yang digunakan dalam penelitian adalah mengumpulkan referensi dari

berbagai sumber, buku literatur, internet dan sebagainya. Kemudian menyusun perancangan

dan melakukan serangkaian percobaan untuk menguji hasil rancangan.

Pengujian dilakukan dengan memberikan gangguan pada sistem dengan cara merubah

posisi letak api terhadap sensor, jarak, sudut, halangan, menguji kecepatan baca sensor

terhadap perubahan posisi letak api dan pengujian terhadap pompa dan driver motor.

Hasil yang ingin dicapai adalah menghasilkan suatu data karakteristik pembacaan api

3

1.5

Sistematika Penulisan

Tugas Akhir ini memiliki sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I : Pendahuluan

BAB ini berisi latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat penelitian, batasan

masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II : DASAR TEORI

BAB ini berisi tentang studi pustaka landasan teori penelitian Sensor api Thermal

Array TPA81, Sistem jalur komunikasi I2C, Mikrokontroller ATMega 32, MotorServoTower

Pro SG-5010, driver motor DC yang digunakan sebagai pompa penyemprot air.

BAB III : RANCANGAN PENELITIAN

BAB ini berisi tentang diagram blok perancangan, perancangan perangkat keras

(Hardware) dan perancangan perangkat lunak (Software) dari peralatan yang akan dibuat.

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

BAB ini berisi tentang hasil perancangan perangkat keras, data hasil pengujian,

analisis data dan pembahasan.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

BAB ini berisi tentang kesimpulan akhir dan saran-saran penulis tentang alat

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1

Sensor Api

Thermal Array TPA81

2.1.1

Karakteristik

Thermal Array

TPA81 [1]

TPA81 dapat mendeteksi sinar inframerah dengan panjang gelombang 2µm-22µm

(1mikrometer = sepersejuta meter)[1]. Panjang gelombang ini dihasilkan oleh benda-benda

yang panas.Oleh karena yang dideteksi adalah radiasi panasnya saja, maka TPA81 dapat

mengukur suhu panas tanpa harus menyentuh sumber panas. Sebagai gambaran, TPA81 dapat

mendeteksi suhu api lilin dalam jarak 2 meter tanpa terpengaruh cahaya ruangan.

2.1.2

Field of View (FOV)

TPA81dapat mendeteksi suhu pada 8 titik sekaligus. Karena didalam TPA81 terdapat 8

buah sensor thermophile yang masing-masing memiliki sudut pandang (Field of View) 5,12˚

terhadap sumbu horizontal dan 6˚ terhadap sumbu vertikal. Jadi dapat dilihat dari gambar 2.1

total sudut pandangnya adalah 41˚ pada posisi horizontal dengan 6˚ pada posisi vertical.

5

2.1.3

Jalur Komunikasi [1]

Jalur komunikasi data TPA81 menggunakan teknologi I2C (Inter-Intergrated Circuit)

yang menggunakan 2 kabel saja yaitu SDA untuk jalur data dan SCK untuk jalur clock. Jika

dihubungkan dengan Mikrokontroller, TPA81 dapat dipasang paralel sebanyak 8 buah tanpa

menambahkan jalur komunikasi. Hanya perlu menambahkan resistor pull-up 1K8 pada jalur

SDA dan SCK. Selain dapat mengeluarkan data suhu, TPA81 dapat juga mengendalikan

sebuah motor servo.

Gambar 2.2. Konfigurasi Pin TPA81 [1]

2.1.4

Register [1]

Didalam TPA81 terdapa 10 buah register yang dapat kit abaca maupun kita tulisi, yaitu

Tabel 2.1 Register pada TPA81 [1]

Register Read Write

0 Software Revision Command Register

1 Ambient Temperature Servo Range

2 Pixel 1 Temperature ˚C N/A

3 Pixel 2 Temperature ˚C N/A

4 Pixel 3 Temperature ˚C N/A

6

Tabel 2.1 (Lanjutan) Register pada TPA81 [1]

Register Read Write

6 Pixel 5 Temperature ˚C N/A

7 Pixel 6 Temperature ˚C N/A

8 Pixel 7 Temperature ˚C N/A

9 Pixel 8 Temperature ˚C N/A

Hanya register 0 dan 1 yang dapat ditulisi. Register 0 adalah command register yang

digunakan untuk mengatur posisi servo dan untuk mengubah addressTPA81. Register ini tidak

bisa dibaca. Membaca register 0 akan menghasilkan pembacaan Software Revision. Menulisi

Register 1 akan mengatur range servo. Membaca register 1 akan membaca suhu ambient.

Ada 9 suhu yang bisa dibaca, semuanya dalam derajat celcius (˚C). Register 1

menyimpan suhu ambient yang dibaca sensor. Register 2-9 adalah 8 pixel suhu. Pembacaan

suhu akan akurat setelah 40ms sensor mengarah pada posisi baru.

2.2

Sistem jalur komunikasi I2C

2.2.1

Latar Belakang dan Konsep I2C

Tujuan dari pembuatan desain jalur komunikasi I2C adalah agar didapatkan desain

elektronikringkas dan fleksibelsehingga ukuran fisik IC diperkecil dan jumlah pin

diminimalkan[2].

Perusahaan semikonduktor mengembangkan cara baru komunikasi antar IC yang lebih

akomodatif terhadap tuntutan diatas, maka sebagai alternatif dari hubungan antar IC secara

paralel (parallel bus). Salah satu metode adalah IIC (sering ditulis juga I2C) singkatan dari

Inter Integrated Circuit bus dikembangkan oleh Philips Semiconductor 1992.

konsep dasar komunikasi 2 arah antar IC dan/atau antar sistem secara serial

menggunakan 2 kabel.Sistem bus Inter-IC, yang umumnya dikenal sebagai bus I2C, adalah

7

sebuah sistem dengan menggunakan pin yang sangat sedikit. Sistem ini dikembangkan oleh

Philips pada awal tahun 1980-an, bus dua kabel sederhana ini dengan bantuan sebuah protokol

software-defined telah menjadi standar di seluruh dunia untuk sistem kontrol mengenai

berbagai macam hal mulai sensor temperatur sampai dengan EEPROM, general-purpose I/O,

A/D and D/A converters, dan semua jenis microprocessors.

Gambar 2.3 menunjukkan implementasi dari jalur I2C. Dengan I2C hanya

membutuhkan dua jalur untuk berkomunikasi antar perangkat. Kita tidak memerlukan address

decoder untuk mengimplementasi jalur I2C. Dua jalur tersebut adalah SDA (Serial

Data) danSCL (Serial Clock). SCL merupakan jalur yang digunakan untuk mensinkronisasi

transfer data pada jalur I2C, sedangkan SDA merupakan jalur untuk data[3]. Beberapa

perangkat dapat terhubung ke dalam jalur I2C yang sama dimana SCL dan SDA terhubung ke

semua perangkat tersebut, hanya ada satu perangkat yang mengontrol SCL yaitu perangkat

master. Jalur dari SCL dan SDA ini terhubung dengan pull-up resistor yang besar

resistansinya tidak menjadi masalah (bisa 1K, 1.8K, 4.7K, 10K, 47K atau nilai diantara range

tersebut).

Gambar 2.3 Implementasi Jalur I2C [3]

Dengan adanya pull-up disini, jalur SCL dan SDA menjadi open drain, yang

maksudnya adalah perangkat hanya perlu memberikan output 0 (LOW) untuk membuat jalur

menjadi LOW, dan dengan membiarkannya pull-up resistor sudah membuatnya HIGH.

Umumnya dalam I2C ada satu perangkat yang berperan menjadi master (meskipun

dimungkinkan beberapa perangkat, dalam jalur I2C yang sama, menjadi master) dan satu atau

beberapa perangkat slave. Dalam jalur I2C, hanya perangkat master yang dapat mengontrol

jalur SCL yang berarti transfer data harus diinisialisasi terlebih dahulu oleh perangkat master

melalui serangkaian pulsa clock (slave tidak bisa, tapi ada satu kasus yang disebut

8

memberi data ke master dan menerima data dari master setelah server melakukan inisialisasi.

Misalkan mikrokontroler (uC) adalah perangkat master yang terhubung dalam satu I2C

dengan perangkat-perangkat slave seperti modul pengendali motor servo, modul kompas,

sensor TPA81 dan sensor lainnya.

Gambar 2.4 menunjukkan sinyal untuk start dan stop. Sebagaimana telah dijelaskan

sebelumnya, bahwa master terlebih dahulu menginisialisasi sebelum memulai transfer data

antara slave-nya. Inisialisasi diawali dengan sinyal START (transisi high ke low pada jalur

SDA dan kondisi high pada jalur SCL, lambang S pada gambar 2), lalu transfer data dan

sinyal STOP (transisi low ke high pada jalur SDA dan kondisi high pada jalur SCL, lambang P

pada gambar 2) untuk menandakan akhir transfer data.

Gambar 2.4 Gambar untuk sinyal Start dan Stop [3]

Gambar 2.5 menunjukkan transfer bit pada jalur I2C͘Banyaknya byte yang dapat

dikirimkan dalam satu transfer data itu tidak ada aturannya. Jika transfer data yang ingin

dilakukan sebesar 2 byte, maka pengiriman pertama adalah 1 byte dan setelah itu 1 byte. Setiap

byte yang di transfer harus diikuti dengan bit Acknowledge (ACK) dari si penerima,

menandakan data berhasil diterima. Byte yang dikirim dari pengirim diawali dari bit MSB.

Saat bit dikirim, pulsa clock (SCL) di set ke HIGH lalu ke LOW. Bit yang dikirim pada jalur

SDA tersebut harus stabil saat periode clock (SCL) HIGH. Kondisi HIGH atau LOW dari jalur

9

Gambar 2.5 Transfer Bit pada jalur I2C [3]

Gambar 2.6 menunjukkan data transfer pada jalur I2C. Setiap pulsa clock itu

dihasilkan (di jalur SCL) untuk setiap bit (di jalur SDA) yang ditransfer. Jadi untuk

pengiriman 8 bit akan ada 9 pulsa clock yang harus dihasilkan (1 lagi untuk bit ACK).

Kronologi sebelum perangkat penerima memberikan sinyal ACK adalah sebagai berikut: saat

pengirim selesai mengirimkan bit ke-8, pengirim melepaskan jalur SDA ke pull-up sehingga

menjadi HIGH. Saat kondisi tersebut terjadi, penerima harus memberikan kondisi LOW ke

SDA saat pulsa clock ke-9 berada dalam kondisi HIGH.

Gambar 2.6 Data Transfer Pada Jalur I2C[3]

Jika SDA tetap dalam kondisi HIGH saat pulsa clock ke-9, maka ini didefinisikan

sebagai sinyal Not Acknowledge (NACK). Master dapat menghasilkan sinyal STOP untuk

menyudahi transfer, atau mengulang sinyal START untuk memulai transfer data yang baru.

Ada 5 kondisi yang menyebabkan NACK:

1. Tidak adanya penerima dengan alamat yang diminta pada jalur, sehingga tidak ada

perangkat yang merespon ACK.

2. Penerima tidak dapat menerima atau mengirim karena sedang mengeksekusi fungsi

10

3. Pada saat transfer data, penerima mendapatkan data atau perintah yang tidak

dimengerti oleh penerima.

4. Pada saat transfer data, penerima tidak dapat menerima lagi byte data yang

dikirimkan.

5. Penerima-master perlu memberi sinyal pengakhiran transfer data ke

penerima-slave.

Gambar 2.7 menunjukkan sinyal alamat dan data. Pengalamatan dalam I2C bisa 7 bit

atau 10 bit. Pengalamatan 10 bit jarang digunakan dan juga tidak dibahas di sini. Semua

perangkat (uC dan modul-modul) yang terhubung ke dalam jalur I2C yang sama dapat

dialamati sebanyak 7 bit. Ini berarti sebuah jalur I2C dengan pengalamatan 7 bit dapat

menampung 128 (2^7) perangkat. Saat mengirimkan data alamat (yang 7 bit itu), kita tetap

mengirim data 1 byte (8 bit). 1 bit lagi digunakan untuk menginformasikan perangkat slave

apakah master menulis (write) data ke slave atau membaca (read) data dari slave. Jika bit

tersebut 0, maka master menulis data ke slave. Jika bit tersebut 1, maka master membaca data

dari slave. Bit ini (untuk infomasi tulis/baca) merupakan LSB, sedangkan sisanya adalah data

alamat 7 bit. Berikut adalah contoh sinyal yang dimulai dengan data alamat lalu data yang

ingin ditransfer ke alamat tersebut:

11

2.3

Mikrokontroller ATMega 32

Mikrokontroler adalah sebuah sistem mikroprosesor dimana didalamnya sudah

terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock dan peralatan internal lainnya yang sudah saling

terhubung dan terorganisasi dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan dikemas dalam satu chip

yang siap pakai. Gambar 2.2 menunjukkan konfigurasi dari port-port yang terdapat pada

ATmega 32.

Gambar 2.8ATmega32 [4]

2.3.1

Fitur ATmega32

Berbagai macam fitur dihadirkan dalam sebuah IC ATmega32, yang terdapat

didalamnya adalah dua buah 8-bit Timer/counter dengan prescaler terpisah dan mode

pembanding, Satu buah 16-bit Timer/Counter dengan prescaler terpisah, mode pembanding,

dan mode penangkap, Real Time counter dengan oscillator terpisah, PWM 4-channel,

8-channel, 10 bit ADC, Orientasi Byte untuk Two wire Serial Interface, Programmable Serial

USART, Master/slave SPI Serial Interface, Programmable watchdog timer dengan on-chip

12

2.3.2

Arsitektur AVR [4]

Aritmetic Logic Unit (ALU) adalah processor yang bertugas mengeksekusi kode

program yang ditunjuk oleh program counter. Gambar 2.3 adalah gambaran blok diagram pada

ATmega32.

Program memori adalah memori flash PEROM yang bertugas menyimpan program

(software) yang dibuat dalam bentuk kode-kode program (berisi alamat memori serta kode

program dalam ruangan memori alamat tersebut) yang telah di compile berupa bilangan

heksadesimal atau biner.

Gambar 2.9Blok diagram Mikrokontroler AVR [4]

Program Counter (PC)adalah komponen yang bertugas menunjukan ke ALU alamat

memori yang harus diterjemahkan kode programnya dan dieksekusi. Sifat dasar dari PC

adalah menghitung naik satu bilangan yang bergantung pada alamat awal.

32 General Purphose Working Register (GPR) adalah register file atau register kerja

(R0-R31) yang mempunyai ruangan 8-bit. Tugas GPR adalah sebagai tempat ALU mengeksekusi kode-kode program, setiap instruksi pada ALU melibatkan GPR.

Static Random Accses Memory (SRAM) adalah RAM yang bertugas untuk menyimpan

data sementara sama seperti RAM pada umumnya mempunyai alamat dan ruangan data.

Internal Pheripheral adalah peralatan/modul internal yang ada dalam mikrokontroler

13

peralatan internal mempunyai registerport (resister I/O) yang menggendalikan peralatan

internal tersebut.

2.3.3

Memori AVR

Gambar 2.4 menunjukkan peta memori dari ATmega 32. Memori ATmega terbagi

menjadi tiga,yaitu:

Gambar 2.10 Peta Memori ATmega [4]

1. Memori Flash

Adalah memori ROM tempat kode-kode program berada. Kata flash menunjukan jenis

ROM yang dapat ditulis dan dihapus secara elektrik. Memori flash terbagi dua bagian

yaitu bagian aplikasi dan bagian boot. Bagian aplikasi adalah bagian kode-kode program

aplikasi berada. Bagian boot adalah bagian yang digunakan khusus untuk booting awal

yang dapat deprogram untuk menulis bagian aplikasi tanpa melalui

programmer/downloader, misalnya melalui USART.

2. Memori Data

Adalah memori RAM yang digunakan untuk keperluan program. Memori data terbagi

14

Additional I/O register dan internal RAM. 32 General Purphose Working Register (GPR)

adalah register khusus yang bertugas untuk membantu mengeksekusi program oleh ALU.

I/O register dab Additional I/O register adalah register yang difungsikan untuk

mengendalikan berbagai pheripheral dalam mikrokontroler.

3. EEPROM

Adalah memori data yang dapat mengendap ketika chip mati (off), digunakan untuk

keperluan penyimpanan data yang tahan terhadap gangguan catu daya.

2.3.4

Jalur I2C [5]

1. SDA, Port C bit 1

SDA, Two Wire Data Interface, ketika bit TWEN dalam TWCR di set untuk

mengaktifkan Two Wire Serial Interface, pin PC1 menjadi tidak terkoneksi dari port dan

menjadi serial data I/O untuk Two Wire Serial Interface. Didalam mode ini, ada sebuah spike

filter pada pin untuk menahan spike yang lebih pendek dari 50nS dari sinyal input, dan pin

dikendalikan oleh sebuah open drain driver dengan batasan slew rate. Ketika pin ini

digunakan sebagai Two Wire Serial Interface, pull up tetap dapat dikendalikan oleh bit

PORTC1 [5].

2. SCL, Port C bit 0

SCL, Two Wire Serial Interface Clock, , ketika bit TWEN dalam TWCR di set untuk

mengaktifkan Two Wire Serial Interface, pin PC0 menjadi tidak terkoneksi dari port dan

menjadi serial clock I/O untuk Two Wire Serial Interface. Didalam mode ini, ada sebuah spike

filter pada pin untuk menahan spike yang lebih pendek dari 50nS dari sinyal input, dan pin

dikendalikan oleh sebuah open drain driver dengan batasan slew rate. Ketika pin ini

digunakan sebagai Two Wire Serial Interface, pull up tetap dapat dikendalikan oleh bit

2.4

Regulator Tegan

2.4.1

Regulator Tegan

Perangkat elektronik

yg digunakan memiliki nil

regulator tegangan agar

berlebihan. Untuk mereg

menurunkan level teganga

menurunkan tegangan, IC r

keluaran arus IC seri 78x

perangkat keras pada robot

yang berlebihan bahkan d

output arus yang lebih besa

terminal, diberikan sebuah p

Nilai dari R2 diperh

yang diinginkan[6]. Arus in

ada output arus kecil yang

transistor. Ketika arus pa

mengaktifkan transistor. Se

tidak berhubungan dengan

tegangan yang di set oleh re

Untuk menentukan n Gambar 2.11

15

angan dan

Driver

Motor Pompa

angan

nika rata-rata memerlukan tegangan 5VDC, se

nilai tegangan lebih dari 5VDC. Oleh karena

r tidak merusak komponen elektronika a

egulasi tegangan digunakan sebuah IC 7

gan sampai dengan kurang lebih 5VDC. S

regulator juga harus dapat mensuplai daya ya

8xx hanya berkisar 1A, maka apabila total

ot mencapai 1A atau bahkan lebih dari 1A dap

dapat merusakkan perangkat regulator. Keti

sar dari kemampuan standar yang dapat diberi

h pass transistor eksternal seperti yang tampak

rhitungkan sehingga transistor dapat mulai bek

ini ditentukan oleh batasan arus dan daya da

ng ditarik, tidak ada cukup tegangan pada R

pada beban meningkat, akan mencapai su

Sejak transistor menjadi sumber arus, maka te

an tegangan pada basis dan emitter, sehingg

regulator.

n nilai R2 digunakan persamaan sebagai beriku 11 Regulator dengan External pass transistor

sedangkan sumber daya

a itu diperlukan sebuah

akibat tegangan yang

7805 yang berfungsi

. Selain berfungsi untk

yang besar. Kemampuan

tal kebutuhan arus dari

apat menimbulkan panas

etika diperlukan sebuah

rikan oleh regulator tiga

k pada gambar 2.4.

ekerja pada batasan arus

dari IC regulator. Ketika

R2 untuk mengaktifkan

suatu titik yang akan

tegangan pada kolektor

gga kolektor tetap pada

16

ܴʹ ൌ

௏

ூ (2.1)

Dengan V = tegangan untuk mengaktifkan transistor.

I = batas arus yang akan dilewatkan oleh regulator.

Disipasi daya resistor :

ܲ݀݅ݏݏ ൌ ሺܸሻǤ ሺܫሻ (2.2)

Dengan V = tegangan untuk mengaktifkan transistor.

I = batas arus yang akan dilewatkan oleh regulator.

Untuk menentukan nilai dari kapasitor C1 dan C2 dapat mengacu pada datasheet yaitu

C1=0,33µF dan C2 = 0,01µF [7].

2.4.2

Driver

Pompa Air DC

Gambar 2.12 Rangkaian Driver Pompa Air DC [8]

Sebagai pemadam api lilin digunakan sebuah motor DC yang berfungsi sebagai pompa

untuk menyemprotkan air. Gambar 2.13 menunjukkan rangkaian driverpompa penyemprot.

Karena kemampuan tegangan keluaran hanya 5v dan arus keluaran dari port ATmega 32

hanya berkisar 20mA saja. Sedangkan motor DC yang digunakan memerlukan tegangan

12VDC dan arus yang melebihi kemampuan output dari port Atmega32, oleh karena itu

diperlukan sebuah penguat arus agar motor DC dapat dikendalikan oleh

mikrokontroler.Penguat menggunakan metode switching transistor yang memakai TIP122

digunakan sebagai penguat

darlington internal.

Untuk menentukan

menggunakan persamaan :

Arus yang melewati R4 :

Tegangan pada R4 :

Maka nilai R4 :

2.5

Driver

Motor D

G

17

at arus. TIP122 merupakan transistor NPN den

an nilai R4 berdasarkan spesifikasi yan

:

(2.3)

(2.4)

(2.5)

(2.6)

DC

Gambar 2.13 Rangkaian Driver Motor DC

engan rangkaian

ang diinginkan dapat

18

Sebagai penggerak robot, menggunakan 2 buah motor DC. Karena kebutuhan arus

untuk menggerakkan motor DC melebihi kapasitas kemampuan dari port mikrokontroler,

maka diperlukan driver untuk meneruskan perintah dari kontroler. Untuk driver motor

tersebut menggunakan IC driver L298 Dual Full-Bridge Driver. IC ini memiliki kemampuan

sebagai driver tegangan tinggi dan arus yang tinggi yang didesain untuk menerima level

logika standar TTL dan mengendalikan beban induktif seperti : relay, solenoid, motor DC dan

motor stepper. Dua buah input enable disediakan untuk meng-enable atau men-disable

perangkat secara independen dari input sinyal [11]. Dalam pengoperasian standar maka setiap

output dapat mensuplai arus sampai dengan 2 ampere.Untuk kebutuhan arus dari beban yang

lebih besar dari 2 ampere, maka port output dapat diparalel. Konfigurasi ini dapat mensuplai

beban sampai dengan 3 ampere pada operasi DC [11].

2.6

Rangkaian LCD

Untuk menampilkan data-data yang diproses dalam mikrokontroller diperlukan LCD.

Pada robot digunakan LCD display 16x2. Setiap karakter dibentuk oleh 8x5 atau 10x5 pixel.

Tabel 2.1 menujukkan deskripsi dari tiap pin pada LCD. Gambar 2.15 menunjukkan rangkaian

LCD pada PCB.

Tabel 2.2 Deskripsi pin LCD

2.7

Motor Servo Tow

Motor servo adalah

dari motor akan diinformas

Motor ini terdiri dari seb

kontrol. Potensiometer berf

sudut dari sumbu motor ser

dari kabel motor [9].

Gam

19

Tabel 2.2 (Lanjutan) Deskripsi pin LCD

ĞƐŬƌŝƉƐŝ

asikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada

ebuah motor DC, serangkaian gear, potensio

rfungsi untuk menentukan batas sudut dari put

servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikir

ambar 2.15 Konfigurasi kabel motor servo [9] Gambar 2.14 Rangkaian LCD

ĂĐŬůŝŐŚƚ

ďĂĐŬůŝŐŚƚ

k tertutup dimana posisi

da di dalam motor servo.

siometer dan rangkaian

utaran servo. Sedangkan

20

Karena motor DC servo merupakan alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi

mekanik, maka magnit permanent motor DC servolah yang mengubah energi listrik ke dalam

energi mekanik melalui interaksi dari dua medan magnit. Salah satu medan dihasilkan oleh

magnit permanen dan yang satunya dihasilkan oleh arus yang mengalir dalam kumparan

motor. Resultan dari dua medan magnit tersebut menghasilkan torsi yang membangkitkan

putaran motor tersebut. Saat motor berputar, arus pada kumparan motor menghasilkan torsi

yang nilainya konstan.

Secara umum terdapat 2 jenis motor servo. Yaitu motor servo standard dan motor

servo continous. Servo motor tipe standar hanya mampu berputar 180 derajat. Motor servo

standard sering dipakai pada sistim robotika misalnya untuk membuat “ Robot Arm” ( Robot

Lengan ), sedangkan servo motor continuous dapat berputar sebesar 360 derajat. Motor servo

continous sering dipakai untuk “Mobile Robot”.

2.8

Denah Ruangan

21

Lapangan mensimulasikan interior dari sebuah rumah dengan 4 ruangan. Lapangan

terbuat dari papan multipleks dengan ketebalan 1,8 sampai dengan 2 cm dan berukuran 248cm

x 248cm x 30cm. Didalam lapangan terdapat 4 ruangan dengan posisi tetap yang 2 diantaranya

memiliki pintu yang dapat digeser posisinya (ruang 1 dan 4).

Untuk penomoran ruangan adalah sebagai berikut : ruang 1 (room 1) adalah ruangan

dengan ukuran terbesar, berturut- turut ruang 2 ( room 2), ruang 3 (room 3), ruang 4 (room 4)

adalah ruangan yang berada searah jarum jam dengan ruang 1. Untuk menandai masuk

keruangan yang akan dipindai, pada bagian depan ruangan diberi penanda sebuah garis putih

dengan tebal ± 3cm.

2.9

Lilin

Untuk mensimulasikan titik api dalam ruangan. Titik lilin (belum termasuk sumbu api)

berkisar antara 15-20cm dengan diameter 2-3cm. Lilin berjumlah 1 buah yang diletakkan di

salah satu ruangan dari 4 ruangan yg ada. Bila lilin telah diletakkan pada dudukannya, maka

yang dimaksud tinggi lilin adalah antara 15 sampai dengan 20 cm terhitung dari lantai sampai

dengan bagian tertinggi dari lilin (bukan sumbu apinya).

22

2.10 Alas Lilin

Robot atau sebagian badan robot harus berada pada jarak kurang dari 30cm untuk

memadamkan lilin, untuk itu akan ada alas lilin berbentuk lingkaran atau juring lingkaran di

sekeliling lilin. Lingkaran ini posisinya berpindah-pindah mengikuti posisi liliAlas lilin

berbentuk lingkaran atau juring lingkaran solid berjari-jari 30cm, terbuat dari karton warna

putih. Agar karton tidak bergelombang dan mudah dipindah-pindah maka karton tersebut

ditempelkan pada sebuah plat alumunium dengan ketebalan 1,5mm sampai dengan 2mm

berukuran sama dengan karton. Agar plat tersebut tidak mudah bergeser maka di bawah

platharus dilapisi alas karet anti slip. Detail bentuk dan ukuran alas lilin dapat dilihat pada

gambar 2.18.

Kemungkinan posisi lingkaran diruangan cukup banyak. Sehingga ada posisi-posisi

yangtidak memungkinkan satu lingkaran penuh ditempatkan, misalnya posisi yang dekat Gambar 2.18 Bentuk dan Ukuran Alas Lilin

23

dengan dinding atau posisi yang lain. Oleh karena itu, lingkaran akan berbentuk “juring”

(potongan lingkaran). Juring ada 2 jenis yaitu : lingkaran dan lingkaran. Bentuk dan

ukuran ketiga juring dapat dilihat pada gambar 2.19.

2.11 Dudukan Lilin

Lilin ditempatkan pada suatu dudukan terbuat dari kayu, berbentuk silinder dan

berdiameter 5cm dengan ketinggian 5cm dan kedalaman lubang 4cm. Ditengah-tengah

dudukan terdapat lubang yang memungkinkan liin berdiri. Dudukan lilin berjumlah 1

buah.Bentuk dan ukuran dudukan lilin dapat dilihat pada gambar 2.18.

2.12 Furniture

Furniture berfungsi untuk mensimulasikan benda-benda yang berada disuatu ruangan

dan bertujuan untuk menguji kemampuan bermanuver robot dalam ruangan dalam rangka

bergerak mendekati api. Furniture adalah sebuah silinder berwarna kuning terang terbuat dari

potongan pipa PVC/paralon berdiamater 11cm dengan tinggi 30cm. Silinder paralon ini

kemudian di cor dengan adukan semen dan pasir supaya menjadi berat dan tidak mudah

tergeser atau terjatuh ketika tertabrak robot

24

Furniture berjumlah 4buah yang masing-masing diletakkan disetiap ruangan baik yang

25

BAB III

RANCANGAN PENELITIAN

3.1

Diagram Blok

Gambar 3.1 di bawah menunjukkan diagram blok perancangan sistem penggunaan

sensor api Thermal Array TPA81 dengan menggunakan mikrokontroller AVR seri

ATmega32.

Pada awal inisialisasi program diberikan sebuah nilai set point untuk pembacaan suhu.

Set point inilah yang nanti akan digunakan sebagai refrensi untuk menentukan ada dan

tidaknya sumber api di depan robot. Mikrokontroller mengirimkan perintah dan membaca

hasil dari proses scanning sensor api kemudian menampilkannya pada tampilan LCD.

Pengiriman data menggunakan jalur I2C. Apabila dari hasil pembacaan sensor sudah sama

dengan atau lebih besar dari set point yang telah ditentukan sebelumnya, maka

mikrokontroller akan memberikan perintah untuk mengaktifkan motor DC penyemprot air

dengan cara memberi masukan logika tinggi kepada penguat arus. Bersamaan dengan

dilakukannya penyemprotan air, mikrokontroller memberikan pulsa untuk mengaktifkan

motor servo dengan tujuan untuk menggerakkan ujung penyemprot air sehingga didapatkan

26

mikrokontroller akan memberikan perintah kepada sensor untuk melakukan pengecekan lagi,

apakah api sudah padam atau belum. Apabila hasil pembacaan menunjukkan bahwa api sudah

padam maka mikrokontroller akan menjalankan perintah untuk mengembalikan robot ke posisi

home. Sebaliknya apabila dari hasil pembacaan didapatkan bahwa api masih menyala, maka

akan dilakukan proses penyemprotan sekali lagi.

3.2

Perancangan Hardware

3.2.1 Spesifikasi Robot

Robot dirancang memiliki dimensi panjang x lebar x tinggi = 19cm x 15,8cm x 19 cm

seperti yang tampak pada gambar 3.2. Robot menggunakan penggerak motor DC dengan roda

tank sebagai alasnya. Sensor TPA81 terpasang pada ketinggian 18cm dari permukaan tanah

agar dapat membaca titik api pada ketinggian 15cm sampai dengan 20cm yang mengacu pada

peraturan lomba KRCI.

27

3.2.2 Sistem Minimum

Microcontroller tidak dapat langsung digunakan karena selain memerlukan supply

tegangan, tegangan refrensi untuk ADC (Analog to Digital Converter), juga diperlukan

sumber clock., oleh karena itu digunakan sebuah perangkat sistem sederhana yg berfungsi

sebagai penghubung microcontroller dengan sumber tegangan dan sumber clock. Selain itu

perangkat ini juga membantu menghubungkan microcontroller dengan perangkat input

(sensor) dan output (LCD, driver). Rangkaian minimum sistem dapat dilihat pada gambar 3.3

dibawah.

Gambar 3.3 Skematik Sistem Minimum ATmega32

Sistem minimum menggunakan catu daya 5v. Untuk tiap port diberi pin deret untuk

memudahkan menghubungkan ke perangkat sensor dan perangkat pendukung lainnya.

Perancangan minimum sistem ini banyak mengacu pada ketentuan datasheet. Port xtal1 dan

xtal 2 dihubungkan dengan crystal oscillator dan diberi 2 buah capasitor. Crystal oscillator

menggunakan nilai 12Mhz dan nilai C1 dan C2 mengacu pada datasheet. Port AREV sebagai

28

dengan sumber 5v walau ADC tidak digunakan, dan apabila ADC digunakan harus

dihubungkan ke sumber 5V melalui sebuah low-pass filter. Untuk fasilitas downloader

diberikan sebuah pin sendiri yang dihubungkan dengan port MISO, MOSI, SCK, RESET,

GND dan 5v.

3.2.3 Jalur I2C

Gambar 3.4 Pengkabelan jalur komunikasi I2C

Gambar 3.3 diatas adalah pengkabelan untuk jalur komunikasi I2C. Untuk besarnya

nilai resistor pull up mengacu pada dasar teori yaitu 1,8k untuk jalur SDA dan SCL.

3.2.4 Driver Pompa Air DC

Gambar 3.5 Skematik driver Pompa Air DC

Gambar 3.4 diatas menujukkan rancangan skematik untuk switching transistor yang

digunakan sebagai driver motor DC penyemprot air. Untuk mencari nilai dari resistor R4

dapat mengacu pada dasar teori menggunakan persamaan berikut :

Arus yang melewati R4 :

݄݂݁ ൌ ܫܿ

29

ܫܾ ൌ ܫܿ

݄݂݁

Besarnya Ic adalah besarnya arus yang dibutuhkan motor DC saat beroperasi. Setelah

dilakukan percobaan untuk mencari besarnya arus yang dibutuhkan motor DC didapatkan

nilainya I=1,3 A. Besarnya hfe mengacu pada datasheet [10] hfe = 1000. Besarnya Ib dapat

dihitung dengan mengacu pada persamaan 2.4 :

ܫܾ ൌ ͳǡ͵

ͳͲͲͲൌ ͲǡͲͲͳ͵

Nilai Vin = 5v, dan Vbe=0,6, dengan mengacu pada persamaan 2.5, maka :

ܸݎͶ ൌ ͷ െ Ͳǡ͸

ܸݎͶ ൌ ͶǤͶݒ

Maka nilai R4 mengacu pada persamaan 2.6 :

ܴͶ ൌ ͶǡͶ

ͲǡͲͲͳ͵ൌ ͵͵ͺͶǡ͸ͳͷȳ

Karena tidak ada nilai resistor seperti pada perhitungan di atas, maka dibuat nilai

pendekatan. Nilai R4 = 3k3 Ÿ.

3.2.5 Regulator Tegangan

Gambar 3.4 menunjukkan rancangan skematik regulator dengan eksternal pass

transistor sebagai penguat arus. Untuk menentukan nilai-nilai komponen yang digunakan

dapat mengacu pada dasar teori.

Dengan nilai tegang

akan dilewatkan oleh regu

persamaan 2.1 :

Daya disipasi resisto

Mengacu pada dasar

3.2.6

Driver

Motor D

Sebagai penggerak

memiliki spesifikasi tegang

30

ngan untuk mengaktifkan transistor V=0.6 vol

gulator I=500mA. Maka dapat dihitung nilai

stor dapat dihitung dengan mengacu persamaan

sar teori untuk nilai C1 dan C2, C1=0,33µF da

DC

Gambar 3.7 Rangkaian Driver Motor DC

k robot, menggunakan 2 buah motor DC yang

ngan 12Vdc dan arus sebesar 2,5 ampere dari h

olt, dan batas arus yang

lai R2 dengan mengacu

an 2.2:

dan C2 = 0,01µF.

ng masing-masing motor

31

pengoperasian standar maka setiap output dapat mensuplai arus sampai dengan 2 ampere.

Untuk kebutuhan arus dari beban yang lebih besar dari 2 ampere seperti pada penggunaan

motor ini, maka port output dapat diparalel. Konfigurasi ini dapat mensuplai beban sampai

dengan 3 ampere pada operasi DC [11]. Berikut adalah rangkaian driver dengan konfigurasi

parallel.

3.2.7 Aktuator

Robot ini menggunakan system penggerak dua roda dengan masing-masing satu buah

motor DC disetiap sisi pada bagian belakang robot. Sebagai roda digunakan sistem roda tank

dengan rantai sebagai transfer gerak dari motor DC ke roda-rodanya. Roda menggunakan

bahan akrilik dengan diberi bantalan karet agar tidak selip saat berjalan.

Gambar 3.6 menunjukkan skema dari perangcangan aktuator robot. Motor Dc

dihubungkan langsung dengan roda yang dilengkapi oleh gear dan menggunakan rantai

32

3.3

Perancangan

Software

3.3.1

Flowchart

Robot

Fire Fighter

Agar dapat bekerja sesuai keinginan, mikrokontroler harus deprogram terlebih dahulu.

Untuk memudahkan dalam pembuatan program, maka perlu dibuat sebuah flowchart. Gambar

3.8 menunjukkan flowchart utama dari robot pemadam api secara keseluruhan, yang berisi

rancangan program robot mulai dari titik start awal ke titik api berada.

Gambar 3.9 Flowchart Robot Fire Fighter

33

Secara umum program dimulai dengan proses inisialisasi. Proses ini penting untuk

mendefinisikan PORT pada mikrokontroler sebagai input maupun output, variable-variabel

yang akan digunakan serta inisialisasi dari LCD, TIMER dan juga PWM agar perangkat keras

dapat bekerja dengan baik.

Program dimulai dengan penempatan posisi robot pada titik start kemudian dilakukan

pembacaan oleh sensor jarak (PING) untuk mengetahui apakah posisi robot sudah benar atau

belum untuk berjalan maju.

Apabila posisi belum tepat maka robot akan mencari posisi yang benar dengan cara

berbelok ke kanan atau ke kiri dan kemudian saat sudah mendapatkan posisi yang benar akan

dilanjutkan dengan berjalan menuju ke ruangan pertama. Setelah sampai pada ruangan

pertama, robot akan melakukan pengecekan apakah ada titik api di ruangan atau tidak. Apabila

terbaca ada titik api pada ruangan, maka akan dilanjutkan proses untuk pemadaman api. Tetapi

apabila pada saat pengecekan tidak ditemukan adanya titik api pada ruangan pertama, maka

robot akan menuju ke ruangan berikutnya. Apabila pada ruangan kedua ditemukan api, maka

akan dilakukan pemadaman api oleh robot, tetapi bila tidak ditemukan robot akan meuju ke

ruangan ketiga. Proses berulang sampai dengan ruangan keempat. Sensor jarak digunakan

sebagai alat navigasi robot agar robot tidak menabrak dinding atau halangan lainnya disekitar

robot. Sebagai sensor jarak digunakan sensor PING. Proses pembacaan ruangan menggunakan

sensor api TPA81. Bagian flowchart yang diberi tanda dengan garis putus-putus adalah saat

proses pengecekan ruangan menggunakan sensor TPA81

3.3.2

Flowchart

Pengecekan Ruangan

Flowchart dari sistem pengecekan ruangan dapat dilihat pada gambar 3.2. Proses ini

melakukan pembacaan ruangan apakah di dalam ruangan terdapat api atau tidak. Setelah

pendeteksian garis oleh sensor garis maka program akan memerintahkan robot untuk berhenti

34

Gambar 3.10 Flowchart Pengecekan Ruangan

Agar didapatkan pembacaan ruangan secara menyeluruh, maka dilakukan 5 kali

pembacaan ruangan. Setelah pengecekan pertama, robot di program untuk berbelok ke kanan

sampai didapatkan posisi baru dan memulai pembacaan lagi. Apabila setelah 5 kali pembacaan

35

sehingga tercapai posisi awal robot saat masuk ruangan, lalu robot akan mundur keluar dari

ruangan. Robot berjalan mundur sampai terdeteksi adanya garis lalu robot akan berhenti. Garis

menunjukkan robot pada posisi didepan ruangan seperti saat akan memulai pengecekan

ruangan. Saat terdeteksi ada titik api pada ruangan maka robot akan menyesuaikan posisinya

agar titik api tepat pada bagian depan penyemprot air. Karena TPA81 memiliki 8 pixel

pembacaan akan memudahkan robot untuk menyesuaikan posisinya tepat pada titik api

tersebut. Setelah didapatkan posisi yang tepat, robot akan berjalan maju menuju titik api. Pada

saat robot berjalan maju dilakukan pendeteksian garis karena disekitar titik api diberi tanda

berupa lingkaran putih. Saat terdeteksi garis, robot akan berhenti dan memulai proses

pemadaman. Penyemprotan pemadaman api menggunakan motor DC yang dibantu motor

servo untuk menggerakkan ujung penyemprot agar didapatkan area penyemprotan yang lebih

luas. Untuk memastikan apakah api sudah padam atau belum, akan dilakukan pengecekan lagi.

3.3.3

Flowchart

Sub-Sistem TPA81

Flowchart dari sistem TPA81 dapat dilihat pada gambar 3.3. Pada proses awal

program melakukan inisialisasi untuk menentukan variable-variabel yang akan digunakan

untuk proses selanjutnya. Perintah selanjutnya adalah I2C start yaitu mengirimkan sinyal start

untuk memulai semua perintah. Proses selanjutnya adalah memberikan perintah untuk

penulisan register ke dua dari perangkat TPA81. Setelah penulisan register diberikan perintah

sinyal start lagi untuk memulai pembacaan nilai register yang nilainya dihasilkan pembacaan

suhu oleh TPA81. Setelah didapatkan nilai pembacaannya diberikan sinyal stop, yaitu sinyal

yang mengakhiri semua perintah. Kemudian data ditampilkan di penampil LCD. Proses

selanjutnya adalah menaikkan nilai register awal ke register selanjutnya untuk pembacaan

register selanjutnya. Semua proses ini terus berulang sebanyak 8 kali untuk pembacaan 8

register.

36

Gambar 3.11 Flowchart Sub Sistem TPA81[1]

Flowchart ini sebenarnya adalah flowchart umum untuk mengaktifkan fungsi

37

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Suatu peralatan atau program dikatakan bekerja dengan baik apabila telah disertai

pembuktian terhadap fungsi dari kerja peralatan tersebut. Pada bab ini akan dijelaskan

mengenai cara pengujian dari perangkat keras dan lunak sesuai perancangan pada bab III

sebelumnya.

Dari pengujian didapatkan data maupun bukti-bukti hasil akhir dari kenyataan

bahwa perangkat lunak dan keras yang telah dibuat dapat bekerja dengan baik atau tidak.

Berdasarkan data dan bukti tersebut dapat dilakukan analisa terhadap proses kerja yang

nantinya dapat digunakan untuk menarik kesimpulan dari apa yang telah disajikan dalam

tugas akhir ini.

4.1

Hasil Pengujian

Plant

38

Dapat dilihat pada gambar, sensor TPA81 diletakkan pada bagian depan robot

dengan tidak terhalang sesuatu didepannya agar dengan leluasa untuk melakukan

pembacaan terhadap titik api. Pada bagian atas sensor diletakkan penyemprot air yang

dihubungkan dengan pompa air yang diletakkan pada bagian belakang robot.

Mikrokontroller diletakkan pada bagian atas robot, dan driver motor diletakkan pada

bagian bawah tepat didepan motor DC.

Pengujian dilakukan dengan cara membaca api dari jarak tertentu dan sudut tertentu

untuk mengetes sensitifitas sensor dan sudut pandang sensor. Pengujian ini bertujuan untuk

menguji kemampuan sensor untuk membaca titik api. Hasil pengujian berupa angka dalam

tampilan LCD yang menunjukkan temperatur dari obyek api.

Gambar 4.2 Grafik Pengujian dengan sudut titik api 0˚ terhadap robot

Ϭ

Tabel 4.1 Pengujian dengan sudut titik api 0˚ terhadap robot

39

Gambar 4.3 Grafik Pengujian dengan sudut titik api 10˚ terhadap robot

Tabel 4.2 Pengujian dengan sudut titik api 10˚ terhadap robot

Tabel 4.3 Pengujian dengan sudut titik api 20˚ terhadap robot

40

Gambar 4.4 Grafik Pengujian dengan sudut titik api 20˚ terhadap robot

Tabel 4.4 Pengujian dengan sudut titik api -10_° Terhadap Robot

Gambar 4.5 Grafik Pengujian dengan sudut titik api -10˚ terhadap robot

41

Tabel 4.5Pengujian dengan sudut titik api -20_° Terhadap Robot

Gambar 4.6 Grafik Pengujian dengan sudut titik api -20˚ terhadap robot

Angka-angka yang ditampilkan dalam tabel menunjukkan hasil dari pembacaan

sensor api yang kemudian ditampilkan dalam LCD. Angka-angka ini dapat diartikan

sebagai intensitas suhu dari titik api. Ketika sensor tidak membaca adanya titik api maka

LCD akan menampilkan angka yang berkisar antara 28 sampai dengan 31. Dan pada saat

membaca adanya titik api akan berada pada kisaran 32 sampai dengan 93.

Setiap perubahan sudut titik api akan berpengaruh terhadap hasil dari pembacaan

sensor juga, hal ini dikarenakan setiap pixel dari sensor memiliki sudut pandang (point of

42

view) yang berbeda juga. Seperti dapat dilihat pada tabel 4.1 saat titik api berada pada

sudut 0˚ dari robot, pixel yang membaca titik api tersebut adalah pixel 5. Hasil pembacaan

api menampilkan hasil angka pembacaan tertinggi pada jarak terdekat dengan titik api,

yaitu jarak 30 cm antara titik api dengan robot. Pada jarak terjauh dari percobaan, yaitu

210cm antara titik api dengan robot. Hasil pembacaan mulai berkurang, tetapi ini tidak

akan terlalu berpengaruh kepada kinerja pembacaan api pada saat lomba karena jarak yang

diperbolehkan untuk robot membaca api tidak akan sampai jarak 210cm.

Pada tabel 4.2, titik api diletakkan pada sudut 10_° kearah kanan dari robot. Dapat

dilihat dari tabel bahwa pada sudut 10_°, pixel yang membaca titik api adalah pixel 2,3 dan

pixel 4. Pada jarak 90cm, pixel 2 sudah tidak dapat membaca titik api. Sebaliknya pixel 3

dan 4 masih dapat membaca api terlihat dengan LCD menunjukkan angka 38 dan 40.

Sampai pada pengambilan data saat jarak 150cm, pixel yang mendeteksi api adalah pixel 4,

intensitas suhu yang ditunjukkan 35 sampai dengan 37. Pada pengujian untuk sudut 20_°,

pixel yang paling banyak membaca adanya titik api adalah pixel 1. Pixel 2 dapat membaca

titik api, tetapi tidak terlalu besar intensitasnya. Hal ini dapat terlihat pada tabel

menunjukkan angka intensitas suhu pada kisaran 33 sampai dengan 34.

Pada pengambilan data untuk sudut -10_° yang disajikan dalam tabel 4.4 (titik api

berada pada sisi kiri robot), pixel yang paling dominan membaca titik api adalah pixel 6.

Walaupun pixel 5, 7 dan 8 membaca titik api tetapi tidak terlalu besar intensitasnya. Pada

jarak yang lebih jauh, pixel terlihat mulai tidak membaca titik api. Pada tabel 4.5 dapat

dilihat bahwa pixel 8 lebih dominan dalam pembacaan titik api. Intensitas suhu berada

pada rentang 34 sampai dengan 64. Tabel 4.6 menunjukkan hasil dari pemindaian pada

sudut tertentu dan pixel yang mendeteksi api pada sudut tersebut.

Tabel 4.6 Sudut dan Pixel yang mendeteksi

No Sudut Pixel yang Mendeteksi Api

ϭ Ϭȗ 5

Ϯ ϭϬȗ ϯĂƚĂƵϰ

ϯ ϮϬȗ 1 atau 2

ϰ ͲϭϬȗ ϲĂƚĂƵϳ

43

4.2

Hasil Pengujian

Plant

Terhadap Gangguan

Untuk menguji kehandalan pembacaan sensor terhadap gangguan berupa halangan

yang berada disekitar titik api, maka dilakukan beberapa percobaan dengan meletakkan

halangan dibeberapa titik disekitar api dengan jarak dan sudut tertentu. Hasil pengujian

berupa angka dalam tampilan LCD yang menunjukkan temperatur dari objek api.

60cm

30cm

+

-Lilin

Halangan

Sensor TPA81

0

0

+10 -10

Gambar 4.7 Skema Pengujian Pemindaian Titik Api dengan Halangan

Gambar 4.2 menunjukkan skema pemindaian titik api dengan halangan yang

diletakkan didepan robot (sudut 0˚). Jarak antara robot dengan halangan adalah 30cm dan

jarak antara robot dengan lilin adalah 60cm. Nilai yang divariasi pada percobaan kali ini

adalah nilai dari sudut halangan terhadap robot, apabila halangan bergeser kekanan maka

sudutnya akan bernilai positif, sedangkan apabila bergeser kekiri sudutnya akan bernilai

negatif. Untuk pengujian ini diberikan sebuah halangan yang biasanya dipakai dalam

kompetisi robot cerdas Indonesia. Pengujian ini memvariasi sudut dari halangan supaya

didapatkan hasil pembacaan tiap pixel untuk setiap perbedaan sudut halangan. Hasil

44

Gambar 4.8 GrafikPengujian dengan halangan

Dari hasil pembacaan didapatkan bahwa sensor mengalami kesulitan pembacaan

titik api ketika terdapat halangan, apalagi ketika halangan tersebut berada pada posisi

hampir segaris dengan titik api dan robot. Dari grafik dapat dilhat bahwa pixel 5 yang

dapat membaca mulai sudut 6° sampai dengan 8°.

Ϭ

45

4.3

Tampilan Pada LCD

Ketika supply dihidupkan, maka mikrokontroller akan langsung menjalankan

programnya. Sewaktu program dijalankan maka LCD akan menampilkan identitas penulis

selama 4 detik setelah itu akan langsung melakukan pembacaan suhu sekitar untuk mencari

titik api. Hasil tampilan LCD dapat dilihat pada gambar 4-3.

Gambar 4.9 Hasil tampilan LCD (a) Tampilan LCD saat supply dihidupkan. (b) Tampilan

setelah 4 detik menampilkan pembacaan ruangan tanpa titik api, (c) Tampilan LCD saat

sensor membaca adanya titik api dalam ruangan

4.4

Pengujian Pemadaman Api

Pengujian ini bertujuan untuk menguji kemampuan robot dalam memadamkan api

lilin. Pada awal pengujian dilakukan pemindaian terhadap suhu ruangan tanpa titik api.

Setelah didapatkan suhu tanpa titik api lalu dilakukan pengujian dengan memberikan titik

api pada ruangan. Hal ini bertujuan agar diketahui pembacaan intensitas suhu minimal

untuk pendeteksian titik api, karena suhu dalam ruangan memberikan pengaruh yang

cukup besar pada penentuan set point untuk proses pembacaan titik api. Pemberian set

point memiliki tujuan untuk pengambilan keputusan untuk menentukan apakah ada api

atau tidak didalam ruangan.

(a) (b)

46

4.4.1 Kecepatan Pemindaian Sensor

Sensor memulai pemindaian dari pixel 1 sampai dengan pixel 8, kecepatan

pemindaian dari pixel 1 sampai dengan pixel 8 dihitung menggunakan stopwatch saat

proses pemindaian. Hasil pengamatan menghasilkan kecepatan baca sebesar 1 detik.

Kecepatan baca sangat dipengaruhi oleh pembuatan software untuk sensor TPA81. Untuk

menghindari pemborosan memori mikrokontroler yang disebabkan oleh program yang

terlalu panjang dan tidak efisien, digunakan sistem array untuk penulisan program.

4.4.2 Pengecekan Ruangan

Sesuai dengan perancangan pada bab 3, mengikuti alur dari flowchart pengecekan

ruangan. Saat pemindaian ruangan, robot melakukan 5 kali pembacaan ruangan. Diawali

dengan pemindaian pertama, setelah pengecekan pertama, robot diprogram untuk berbelok

ke kanan sampai didapatkan posisi baru dan memulai pembacaan lagi. Setelah terdeteksi

ada titik api dalam ruangan robot akan berjalan mendekati titik api tersebut. Karena TPA81

memiliki 8 pixel pembacaan, robot akan mudah untuk menyesuaikan posisinya tepat pada

titik api tersebut. Setelah didapatkan posisi yang tepat, robot akan berjalan maju menuju

titik api. Pada saat robot berjalan maju dilakukan pendeteksian garis karena disekitar titik

api diberi tanda berupa lingkaran putih. Saat terdeteksi garis, robot akan berhenti dan

memulai proses pemadaman. Dengan demikian pemindaian ruangan telah berhasil, terbukti

robot dapat mendeteksi api dalam ruangan.

4.4.3 Pemadaman Api

Sensor diberikan setpoint tertentu dan dapat memindai api yang ada didalam

ruangan. Driver motor penyemprot mulai bekerja saat diberikan logika tinggi oleh

mikrokontroler dan mulai menyemprotkan air. Bentuk dari penyemprot sangat

mempengaruhi keberhasilan dalam memadamkan api. Pada robot ini ujung penyemprot air

kurang menyemprotkan air secara menyebar, melainkan terlalu terfokus pada titik tertentu

47

Gambar 4.10 memperlihatkan pola penyemprotan air oleh penyemprot air. Dari

gambar terlihat bahwa pola penyemprotan terlalu fokus dan kurang menyebar, sehingga

ada kemungkinan air tidak mengenai titik api. Hal ini mengakibatkan ada kemungkinan api

tidak dapat padam. Dikarenakan lilin mempunyai range tinggi tertentu antara 15 sampai

dengan 20 cm, menjadi kesulitan tersendiri untuk merancang penyemprot air. Sebaiknya

penyemprot air dirancang untuk dapat menyemprotkan air lebih menyebar. Dari pengujian

penyemprotan air dapat diketahui bahwa driver motor penyemprot dapat bekerja dengan

baik, pada saat dideteksi adanya titik api maka mikrokontroler akan mengirimkan perintah

kepada driver untuk mengaktifkan motor penyemprot. Permasalahan lain yang timbul

apabila dalam penyemprotan pertama api tidak berhasil dipadamkan, maka akan dilakukan

pemindaian kedua dan sensor mendeteksi lagi ada api. Maka akan dilakukan pemadaman

kedua. Pada saat pemadaman kedua kemungkinan persediaan air dalam tabung air sudah

habis untuk pemadaman pertama. Sehingga penyemprot tidak akan menyemprotkan air

karena sudah habis dan api tidak dapat dipadamkan.

48

4.5

Pengujian

Driver

Motor DC

Dari hasil pengujian dapat dilihat bahwa untuk mengaktifkan driver dapat dengan

cara mengaktifkan fungsi enable pada driver dan member logika pada input. Ketika driver

sudah diberi logika tinggi pada enable nya, motor tidak akan bergerak jika belum ada

masukan logika pada pin input baik input 1 dan input 2.

Tabel 4.8 Pengujian terhadap driver motor DC

EŽ ŶĂďůĞ /ŶƉƵƚϭ /ŶƉƵƚϮ dĞŐĂŶŐĂŶ;sͿ ƌƵƐ;Ϳ ƌĂŚ'ĞƌĂŬDŽƚŽƌ

ϭ > > > Ϭ Ϭ ŝĂŵ

Ϯ > > , Ϭ Ϭ ŝĂŵ

ϯ > , > Ϭ Ϭ ŝĂŵ

ϰ , > > Ϭ Ϭ ŝĂŵ

ϱ , > , ϭϮ Ϯ͕ϱ DĂũƵ

ϲ , , > ϭϮ Ϯ͕ϱ DƵŶĚƵƌ

ϳ , , , ϭϮ Ϯ͕ϱ ŝĂŵ

Dari hasil pengujian dapat dilihat bahwa untuk mengaktifkan driver dapat dengan

cara mengaktifkan fungsi enable pada driver dan member logika pada input. Ketika driver

sudah diberi logika tinggi pada enable nya, motor tidak akan bergerak jika belum ada

masukan logika pada pin input baik input 1 dan input 2.

Setelah diberi logika tinggi pada enable dan pada input, sedangkan logika rendah

pada input 1 maka motor akan bergerak maju. Begitu pula apabila diberi masukan logika

tinggi pada enable dan input 1 dan logika rendah pada input 2 maka motor akan bergerak

mundur. Masukan pada input 1 dan 2 dapat digunakan sebagai pengatur arah gerak motor