ROBOT LINE FOLLOWER ANALOG

Transkripsi

1 Created by komaruzaman ROBOT LINE FOLLOWER ANALOG DASAR TEORI Komponen-komponen Line Follower Komponen-komponen pada rangkaian Line Follower terdiri dari : A. Resistor Penggunaan resistor dalam rangkaian berfungsi sebagai penghambatarus listrik, memperkecil arus dan membagi arus listrik dalam suatu rangkaian. Satuan yang dipakai untuk menentukan besar kecilnya nilai resistor adalah Ohm atau disingkat dengan Ω (Omega). Gambar 2.1. Simbol resistor B. Transistor Gambar 2.2. Garis warna resistor Transistor adalah suatu bahan yang dapat merubah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik menjadi bahan penghantar atau setengah menghantar arus listrik. Sifat ini disebut bahan semikonduktor.

2 Gambar 2.3. Bentuk transistor ( PNP ) Cara kerja transistor : ( NPN ) Gambar 2.4. Simbol transistor Untuk NPN, jika ada arus yang mengalir dari basis menuju emitor maka akan ada arus yang mengalir dari collector menuju emitor. Untuk PNP, jika ada arus yang mengalir dari emitor menuju basis maka akan ada arus yang mengalir dari emitor menuju collector. B = Ic / Ib, dimana Ic >> Ib Dimana, B : besar penguatan Ic : arus collector Ib : arus basis C. LED (Light Emiting Diode) dan LED Superbright LED biasa berfungsi sebagai lampu indikator pada saat sensor bekerja, dan bekerja pada bias forward. LED Superbright berfungsi sebagai pengirim cahaya ke garis untuk dibaca sensor. Kerjanya ketika sumber tegangan masuk pada battery on, maka arus masuk sehinnga Led superbrigth menyala dengan terang yang kemudian dibiaskan pada photodioda. Gambar 2.5 Simbol Led

3 Gambar 2.6 Led dan Superbright D. Photo Dioda Photo dioda berfungsi sebagai sensor cahaya. Cara pemasangannya dengan LED indikator yaitu terbalik. Bekerja pada bias reverse. Gambar 2.7. Simbol photo dioda Gambar 2.8. Photo dioda E. IC (Integrated Circuit) Komponen IC memilki bentuk fisik kecil, terbuat dari bahan Silikon dan berwarna hitam. Komponen IC memiliki banyak kaki dan pada umumnya jumlah kakinya sangat tergantung dari banyaknya komponen yang membentuk komponen IC tersebut. Letak kakikaki disusun dalam bentuk dua baris atau Dual In Line (DIL). IC yang digunakan adalah IC LM 324. IC disini digunakan sebagai komparator. Yaitu membandingkan antara tegangan input dari sensor dengan tegangan input dari variable resistor. Pulsa outputnya adalah high sehingga tidak diperlikan adanya pull-up pada rangkaian output.

4 Gambar 2.9. IC Gambar Op-Amp dalam rangkaian IC F. Motor Penggerak (Dinamo) Motor adalah komponen yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, dalam kasus perancangan robot, umumnya digunakan motor DC, karena jenis motor tersebut mudah untuk dikendalikan. Kecepatan yang dihasilkan oleh motor DC berbanding lurus dengan potensial yang diberikan. Untuk membalik arah putarnya cukup membalik polaritas yang diberikan. Gambar Motor PEMBAHASAN Rangkaian Line Follower Dari beberapa komponen di atas, maka dapat dihasilkan sebuah rangkaian Robot Line Follower. Rangkaian Robot Line Follower terdiri dari tiga bagian utama, yaitu rangkaian sensor, rangkaian komparator (pembanding) dan rangkaian driver.

5 Gambar 3.1. Rangkaian Line Follower Cara Kerja Line Follower Cara kerja dari rangkaian-rangkaian tersebut adalah sebagai berikut : A. Prinsip Kerja Sensor Sensor yang digunakan terdiri dari photo dioda. Sensor ini nilai resistansinya akan berkurang bila terkena cahaya dan bekerja pada kondisi riverse bias. Untuk sensor cahayanya digunakan LED Superbright, komponen ini mempunyai cahaya yang sangat terang, sehingga cukup untuk mensuplai cahaya ke photo dioda.

6 Gambar 3.2. Rangkaian sensor Cara kerjanya : Gambar 3.3. Sensor tidak terkena cahaya Jika photo dioda tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan besar atau dapat kita asumsikan tak hingga. Sehingga arus yang mengalir pada komparator sangat kecil atau dapat diasumsikan dengan logika 0. Gambar 3.4. Sensor terkena cahaya Jika photo dioda terkena cahaya, maka photo dioda akan bersifat sebagai sumber tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil, sehingga akan ada arus yang mengalir ke komparator dan berlogika 1. B. Prinsip Kerja Komparator Komparator pada rangaian ini menggunakan IC LM 324 yang didalamnya berisi rangkaian Op Amp digunakan untuk membandingkan input dari sensor. Dimana input akan dibandingkan dari Op Amp IC LM 324 yang output berpulsa high. Sehingga tidak perlu adanya pull up pada outputnya. IC ini dapat bekerja pad range 3 volt sampai 30 volt dan dapat bekerja dengan normal mulai tegangan 6 volt.

7 Dalam rangkaian ini juga terdapat 4 LED, yang berfungsi sebagai indikator. Untuk mengatur tagangan pada pembanding, disambungkan Variable Resistor (VR) diantara kedua OP Amp IC LM 324. Gambar 3.5. Rangkaian komparator Jika tidak ada arus yang mengalir dari rangkaian sensor ke rangkaian ini maka tegangan masukan untuk rangkaian ini adalah 0 Volt, akibatnya pada IC 1 tegangan di terminal (+) > (-), maka LED-A on, sedangkan pada IC 2 sebaliknya LED-B off. Jika ada arus yang mengalir dari rangkaian sensor ke rangkaian ini maka tegangan masukan untuk rangkaian ini mendekati Vcc, akibatnya pada IC 2 tegangan di terminal (+) < (-), maka LED-B on, sedangkan pada IC 1 sebaliknya maka LED-A off. Kondisi antara titik A dan b akan selalu keterbalikan. C. Prinsip Kerja Driver Motor Driver adalah rangkaian yang tersusun dari transistor yang digunakan untuk menggerakkan motor DC. Dimana komponen utamanya adalah transistor yang dipasang sesuai karakteristiknya. Gambar 3.6. Rangkaian driver Pada saat input A berlogika 1, maka ada arus yang mengalir pada rangkaian, akibatnya transistor 1 dan 4 on karena basis terbias, sehingga motor berputar. Sehingga saat input A berlogika 1 maka input B akan berlogika 0, jadi transistor 2 dan 3 akan off.

8 Pada saat input B berlogika 1, maka ada arus yang mengalir pada rangkaian, akibatnya transistor 2 dan 3 on karena basis terbias, sehingga motor berputar tapi dengan arah yang berlawanan. Komponen Yang Dibutuhkan Dalam pembuatan rangkaian Line Follower ini dibutuhkan beberapa komponenkomponen elektronika, yaitu sebagai berikut : Komponen 1. IC LM Resistor 33 KΩ 3. Resistor 10 KΩ 4. Resistor 560 Ω 5. Transistor (TR) Variable Resistor (VR) 7. LED Indikator 8. LED Superbright 9. Photodioda 10. Motor 3 Volt 11. PCB Metrik 12. Baterai 13. Saklar Togle Jumlah (buah)

9 Robot Line Follower Sederhana Mengenal Komponen Elektronika Resistor Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk memberikan hambatan terhadap aliran arus listrik. Dalam rangkaian listrik dibutuhkan resistor dengan spesifikasi tertentu, seperti besar hambatan, arus maksimum yang boleh dilewatkan dan karakteristik hambatan terhadap suhu dan panas. Resistor memberikan hambatan agar komponen yang diberi tegangan tidak dialiri dengan arus yang besar, serta dapat digunakan sebagai pembagi tegangan. Kapasitor kapasitor adalah komponen elektrik yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik. Salah satu jenis kapasitor adalah kapasitor keeping sejajar. Kapasitor ini terdiri dari dua buah keping metal sejajar yang dipisahkan oleh isolator yang disebut dielektrik. Bila kapasitor dihubungkan ke batere kapasitor terisi hingga beda potensial antara kedua terminalnya sama dengan tegangan batere. Jika batere dicabut, muatan-muatan listrik akan habis dalam waktu yang sangat lama, terkecuali bila sebuah konduktor dihubungkan pada kedua terminal kapasitor. Dioda Dioda adalah devais semikonduktor yang mengalirkan arus satu arah saja. Dioda terbuat dari Germanium atau Silicon yang lebih dikenal dengan Dioda Junction. Dioda juga digunakan pada adaptor yang berfungsi sebagai penyearah dari sinyal AC ke DC. LED (Light Emitting diode) LED merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula. Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah, kuning dan hijau.led berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi dayanya.

10 Relay Transistor tidak dapat berfungsi sebagai sebagai switch (saklar) tegangan DC atau tegangan tinggi.selain itu, umumnya tidak digunakan sebagai switching untuk arus besar (>5 A). Dalam hal ini, penggunakan relay sangatlah tepat. Relay berfungsi sebagai saklar yang bekerja berdasarkan input yang dimilikinya. Keuntungan relay : dapat switch AC dan DC, transistor hanya switch DC Relay dapat switch tegangan tinggi, transistor tidak dapat Relay pilihan yang tepat untuk switching arus yang besar Relay dapat switch banyak kontak dalam 1 waktu Kekurangan relay : Relay ukurannya jauh lebih besar daripada transistor Relay tidak dapat switch dengan cepat Relay butuh daya lebih besar disbanding transistor Relay membutuhkan arus input yang besar Transistor Transistor bipolar biasanya digunakan sebagai saklar elektronik dan penguat pada rangkaian elektronika digital. Transistor memiliki 3 terminal. Transistor biasanya dibuat dari bahan silikon atau germanium. Tiga kaki yang berlainan membentuk transistor bipolar adalah emitor, basis dan kolektor. Mereka dapat dikombinasikan menjadi jenis N-P-N atau P-N-P yang menjadi satu sebagai tiga kaki transistor. Gambar di bawah memperlihatkan bentuk dan simbol untuk jenis NPN. (Pada transistor PNP, panah emitor berlawanan arah).

11 Gambar Simbol Transistor NPN dan PNP Pada rangkaian elektronik, sinyal inputnya adalah 1 atau 0 ini selalu dipakai pada basis transistor, yang mana kolektor dan emitor sebagai penghubung untuk pemutus (short) atau sebagai pembuka rangkaian. Aturan/prosedur transistor sebagai berikut: Pada transistor NPN, memberikan tegangan positif dari basis ke emitor, menyebabkan hubungan kolektor ke emitter terhubung singkat, yang menyebabkan transistor aktif (on). Memberikan tegangan negatif atau 0 V dari basis ke emitor menyebabkan hubungan kolektor dan emitor terbuka, yang disebut transistor mati (off) Pada PNP transistor PNP, memberikan tegangan negatif dari basis ke emitor ini akan menyalakan transistor (on ). Dan memberikan tegangan positif atau 0 V dari basis ke emitor ini akan membuat transistor mati (off). Mengenal Sensor Cahaya Resistor jenis lainnya adalah Light dependent resistor (LDR). Resistansi LDR berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan. LDR digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Saklar cahaya otomatis dan alarm pencuri adalah beberapa contoh alat yang menggunakan LDR. Akan tetapi karena responsnya terhadap cahaya cukup lambat, LDR tidak digunakan pada situasi dimana intesitas cahaya berubah secara drastis.

12 Gambar Sensor Cahaya LDR Sensor cahaya berfungsi untuk mendeteksi cahaya yang ada di sekitar kita. Sensor yang terkenal untuk mendeteksi cahaya ialah LDR(Light Dependent Resistor). Sensor ini akan berubah nilai hambatannya apabila ada perubahan tingkat kecerahan cahaya. Prinsip inilah yang akan kita gunakan untuk mengaktifkan transistor untuk dapat menggerakkan motor DC (mirip dengan dinamo pada mainan mobil-mobilan anak-anak). Perubahan nilai hambatan pada LDR tersebut akan menyebabkan perubahan beda tegangan pada input basis transistor, sehingga akan mengaktif/nonaktifkan transistor. Penerapan lain dari sensor LDR ini ialah pada Alarm Pencuri. Robot Line Follower Berbasis LDR Rangkaian Robot Line follower pada intinya ialah 2 buah motor DC yang aktif berdasarkan input dari sensor LDR, jika LDR mendeksi garis putih (terang) dan garis hitam(gelap) maka akan ada perubahan nilai hambatan pada LDR tersebut, yang akan mengaktif/menonaktifkan transistor 2N3904. Untuk mengatur input tegangan ke basis agar dapat membuat transistor 2N3904 saturasi, maka digunakan pembagi tegangan, dalam hal ini trimpot / potensiometer 50k-100k. Perubahan logika pada transistor 2N3904 juga akan menyebabkan LED menyala atau mati, sebagai indikator apakah LDR membaca garis hitam/putih. Perubahan logika pada kaki kolektor 2N3904 juga sebagai input pada basis 2N2907, yang akan mengaktifkan/menonaktifkan motor DC, dimana transistor 2N2907 merupakan transistor switching standar. Perhatikan gambar berikut:

13 Gambar Rangkaian Line Follower dengan LDR Anda dapat menggunakan sebagian barang bekas untuk membuat robot ini, misalnya menggunakan roda BB REXONA sebagai roda robot. Komponen dan peralatan lengkap yang diperlukan ialah : 2 buah sensor cahaya LDR PCB IC bolong 2 buah transistor 2N buah transistor 2N buah Trimpot/potensiometer 50k-100k 2 buah resistor 3.3K 2 buah resistor 1K 2 buah LED (Light Emiting Dioda) Spacer (kaki PCB) Acrilic body robot ukuran diameter 20 cm. Solder, timah solder dan kabel secukupnya Kotak baterai 6V Roda bekas penghilang BB REXONA

14 2 buah motor DC dengan gearbox GT1 dan roda untuk GT1 Atau 2 buah motor DC dengan gearbox GT5 dan rubber Wheel untuk GT5 (lebih bagus) Bor PCB Lem Lilin Multitester analog /digital Perakitan Langkah-langkah untuk merakit robot ini sebagai berikut : 1. Siapkan PCB IC bolong, lalu pasang dan solderlah komponen sesuai rangkaian diatas. 2. Beri tegangan 6V, atur pemberian cahaya pada LDR tersebut dengan membuka atau menutup permukaan LDR tersebut dengan jari atau kertas, atur trimpot/potensiometer sehingga hasilnya optimal. Bagian ini ialah bagian yang paling kritis di dalam pembuatan robo tini, karena kalau tuning tidak tepat, aka robot beralan tidak sesuai jalur yang dibuat. 3. Jika sudah selesai, pasanglah apda acrilic dengan tampilan seperti berikut : Roda depan LDR Roda

15 Gambar Desain Robot Line Follower dengan LDR 4. Pasanglah PCB dan pendukungnya pada acrilic. Hubungkan kabel motor DC ke keluaran PCB. Hubungkan baterai 6V ke input Supply PCB. Gambar Robot Line Follower dengan LDR tampak bawah

16 5. Jika sudah dirakit cobalah jalankan pada lantai yang sudah dipasang jalur hitam berkelok (dapat menggunakan lakban), maka robot akan beralan mengikuti jalur tersebut. Jika sensor kurang sensitif, putarlah perlahan-lahan trimpot/potensiometer robot tersebut, untuk hasil yang optimal. Pastikan sensor LDR berada cukup dekat dengan lantai. Jika putaran motor terlalu cepat, Anda dapat mengatur besar tegangan motor DC tersebut, misal menggunakan IC variabel regulator LM317. Gambar Hasil Robot Line follower Sederhana Latihan: Yang membuat Anda mahir elektronika, tidak lain ialah pengalaman dalam bereksprimen dan ketekunan. Untuk itu Anda diharapkan menjawab dan mengerjakan semua latihan ini. 1. Sebagai seorang pemula/pelajar, Anda membutuhkan informasi pelengkap terkini tentang dunia elektronika melalui Internet. Akseslah situs google.com / yahoo.com untuk mencari informasi komponen elektronika untuk dapat menjelaskan cara kerja dari : a. Resistor b. Kapasitor elektrolit c. Kapasitor keramik d. Transistor NPN e. Transistor PNP

17 f. MOSFET g. FET h. Sensor LDR i. IC (Integrated Circuit) 2. Pelajari fungsi dari IC TTL seperti 74LS00,74LS04,74LS08,74LS14. Jelaskan pula arti dari perbedaan simbol LS, HC dan HCT pada IC TTL. 3. Pelajari fungsi IC penguat operasional (OP-AMP) seperti LM741, LM 393N dan LM Buatlah rangkaian penguat transistor dengan penguatan Buatlah rangkaian robot pengejar cahaya berbasis sensor LDR dimana robot akan bergerak mengejar sumber cahaya. Line Tracer / Line Follower Robot Posted by Siony Labels: Our Activity /* Style Definitions */ table.msonormaltable {mso-style-name:"table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:10.0pt; font-family:"times New Roman"; mso-ansi-language:#0400;

18 mso-fareast-language:#0400; mso-bidi-language:#0400;} Saat ini semarak lomba robot line tracer ada dimana-mana, berbeda dengan tahun lalu, setiap kegiatan lomba robot yang saya amati, mulai tampak kemajuan dalam inovasi yang dilakukan oleh siswa-siswi SMA khusunya di Surabaya, penyelenggara mulai meningkatkan faktor kesulitan mulai dari tikungan, tanjakan yang tajam sampai dengan permukaan lintasan berbahan melamin (tentunya cahaya akan memantul) yang kalo kita tidak jeli bisa mengacaukan sensor, juga peraturan pertandingan yang sangat ketat (harus sportif yaa..??). untuk itulah saya akan membahas sedikit tentang pembuatan robot line tracer, meskipun dengan pengetahuanyang pas-pasan, tapi saya berharap informasi ini akan bermanfaat bagi kita semua, khususnya bagi kemajuan robot di Indonesia. Line Tracer Merupakan sebuah robot yang berjalan mengikuti garis dengan menggunakan sensor proximity sebagai pembaca. Garis atau jalur yang harus dilewati robot tersebut biasanya berwarna hitam diatas pemukaan putih atau sebaliknya. Blok Diagram INPUT (Sensor) Sensor proximity menggunakan pasangan LED dan Photo-dioda/Photo-transistor, dimana LED mengeluarkan cahaya yang jika mengenai permukaan berwarna putih akan dipantulkan dan diterima oleh Photo-dioda, jika cahaya mengenai permukaan berwarna hitam maka cahaya tersebut akan diserap oleh warna hitam (tidak dipantulkan kembali)

19 Photodioda memiliki sifat yang jika menerima cahaya maka resistensinya akan turun, katakanlah dari 150KOhm menjadi 10KOhm. Lihat contoh perhitungan sederhana seperti dibawah ini : Misalkan sensor memiliki resistensi Rs=150KOhm (Pada permukaan hitam) dan Rs=10KOhm (pada permukaan putih) tegangan yang dikeluarkan akan dikirm ke Comparator dengan perhitungan seperti dibawah ini : Comparator (OpAmp) : Comparator adalah perangkat/komponen yang membandingkan 2 input tegangan dan memberikan output sebagai High atau Low. Pada diagram rangkaian biasanya dinyatakan

20 dalam bentuk segitiga dan memiliki inverting input (-), Non-Inverting input (+), Vcc, Ground dan Output. Karakteristik dari komparator adalah sebagai berikut : Jika V+ > V- maka Vo = Vcc (Digital High 1 Output), Jika V+ < V- maka Vo = 0 (Digital Low 0 Output), beberapa contoh seperti dibawah ini : Tampak gambar diatas bahwa 2 input yang diminta oleh comparator, 1 input yang dikirimkan oleh sensor sedangkan satunya lagi dapat kita generate melalui Vr (potensiometer). tegangan yang kedua ini disebut juga tegangan referensi untuk sensor tersebut. Dengan tegangan referensi oleh potensiometer dapat diperoleh nilai mulai dari 0V sampai dengan Vcc. kita setting tegangan referensi sebagai nilai rata-rata dari pengukuran output sensor dengan atau tanpa cahaya seperti contoh dibawah ini : Dapat kita gambarkan rangkaian tersebut seperti dibawah ini :

21 Dari gambar diatas dapat kita lakukan perhitungan sebagai berikut : Misalkan V+ = 3,5875 V, pada jalur warna putih (dengan cahaya) diperoleh nilai V-= 0,909V karena V+>V- dan Vo=Vcc=5V maka kita peroleh nilai High, sedangkan pada jalur hitam V- =3,333V sehingga V+<V- dan Vo=0V maka kita peroleh nilai Low Untuk menguji kepekaan sensor, bisa kita lakukan dengan melakukan setting pada Vr (Potensiometer) Driver : Dari comparator, nilai high atau low tadi dikirimkan ke bagian driver yang terdiri dari relay untuk mengendalikan motor DC, dalam prakteknya, motor DC yang sering dipergunakan untuk lomba Line Tracer seperti yang ada didalam CDROM. dan tidak dapat dihubungkan langsung ke roda ban karena tidak cukup torsi, namun bisa ditambahkan gear box seperti yang ada pada mainan anak-anak Sedangkan untuk switch yang dihubungkan ke motor bisa dipergunakan transistor tipe , untuk switch yang lebih ringkas bisa dipergunakan IC LM-293D Berikut ini gambar rangkaian Robot Line Tracer (untuk satu sisi penggerak):

22