Rancang Bangun Prototype Alat Sistem Pengontrol Kemudi Kapal Berbasis Mikrokontroler

Transkripsi

1 Rancang Bangun Prototype Alat Sistem Pengontrol Kemudi Kapal Berbasis Mikrokontroler Muhammad Taufiqurrohman Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik dan Ilmu Kelautan Universitas Hang Tuah Jl. Arif Rahman Hakim 150 Surabaya 60111, Indonesia Abstract: In the prototype of this tool all the signal processing done by the minimum AT89s51 system. Minimum system will get the binary code to control the direction of motion of the ship. By controlling the steering angle through the steering wheel of the ship so the ship can be detected movement can be monitored by viewing the display, so if there is no movement of ships in accordance with the input code will be detected early so that expected if this system is applied to the actual system will be able to reduce accidents caused by the fault direction of motion of the ship. By utilizing the technology acquired ditigital the 0.97% error rate, so it is possible this system to be realized. Keywords: prototype, minimum system, steering angle, steering wheel. PENDAHULUAN Kemudi pada kapal merupakan komponen yang sangat penting bagi suatu gerakan kapal. Sebagai alat yang vital alat ini akan bekerja terus-menerus dan diharuskan mempunyai kehandalan dan ketelitian yang sangat tinggi, karena ketika terjadi kesalahan perhitungan maka akan menyebabkan musibah. Selain dari itu yang terjadi adalah kurangnya kehandalan kontrol kemudi, yaitu antara perinyah kemudi tidak sesuai dengan sudut aktual kemudi. Kontrol kemudi kapal berbasis mikrokontroler ini merupakan alat yang mampu mengendalikan kemudi kapal dengan menggunakan sistem digital. Pengolahan sinyal dan semua proses pengendalian kemudi kapal diproses pada mikrokontroler AT89c51sebagai pusat kontrolnya. Sistem ini saat sekarang sudah banyak digunakan pada kapal-kapal modern. Mikrokontroler akan berfungsi sebagai unit pemrosesan sinyal dan unit feedback daun kemudi. Pemrosesan sinyal ini menggunakan perangkat lunak (software) dan hasilnya akan ditampilkan pada indikator sudut digital (display). Dengan adanya indikator tersebut diharapkan dapat memudahkan juru kemudi dalam proses pengontrolan arah gerak kapal. Mikrokontroler juga mengatur kerja aktuator untuk menggerakkan kemudi kapal ke kanan atau ke kiri dari perbedaan sudut steering dan sudut feedback kemudi sehingga posisi kemudi selalu sesuai dengan sudut yang diinginkan. Kemampuan mikrokontroler antara lain adalah mampu multitasking dan real time operation sehingga sangat dimungkinkan untuk melakukan beberapa tugas secara simultan atau serentak, real time yang berarti mampu untuk merespon sinyal dari luar dan juga mampu mengirim sinyal hasil pemrosesan dengan cepat ke peripheral lainnya (Rachmad, 2008) 24

2 METODE PENELITIAN Prinsip kerja dari sistem control kemudi kapal ini dimulai dari adanya tegangan atau data yang dihasilkan oleh potensio steering kemudi yang kemudian diterima oleh rangkaian ADDA untuk diubah dari besaran analog ke digital. Sinyal digital ini akan dikirimkan ke modul mikrokontroler AT89c51 melalui port 1.7 dan port 1.8 untuk diproses sesuai dengan program yang sudah ada pada memori mikrokontroler AT89c51. Output dari mikrokontroler dimasukkan ke dalam rangkaian display yang berupa deret seven segment. Selain itu mikrokontroler juga akan dihubungkan kedalam rangkaian buffer actuator kemudi supaya bisa menggerakkan relay motor DC. Relay ini akan menggerakkan daun kemudi sesuai dengan permintaan data yang telah menjadi masukan dari steering kemudi melalui actuator (motor DC) yang sudah dihubungkan ke daun kemudi. Prinsip kerja dari sistem ini dapat dilihat pada diagram blok dibawah ini. Dispaly Buffer actuator kemudi Actuator Minimum system AT89c51 Daun kemudi Steering unit Modul ADDA Feedback sudut kemudi Gambar 1. Diagram blok sistem pengontrol kemudi kapal Rangkaian Steering Kemudi Rangkaian steering kemudi ini merupakan rangkaian pengubah sinyal posisi derajat sudut kemudi menjadi besaran listrik sebesar 0-2.5V. Sinyal tegangan yang dihasilkan steering kemudi ini akan dimasukkan ke modul ADDA. Karena input range tegangan modul ADDA adalah 0-2.5V, maka potensio unit steering akan diberikan tegangan sebesar 2.5V DC. Rangkain steering kemudi dapat dilihat pada Gambar 2. Rancang Bangun Prototype Alat... 25

3 Gambar 2. Rangkaian steering kemudi Hubungan antara sudut kemudi dengan tegangan pada potensiometer dapat dilihat pada Tabel 1 sebagai berikut: Tabel 1. Konversi derajat kemudi dengan tegangan output pada potensiometer Derajat kemudi Tegangan (Volt) , , , , , , , , ,5 Rangkaian Feedback Daun Kemudi Modul feedback ini sering juga disebut dengan unit aktual kemudi. Modul ini berfungsi untuk menginformasikan sudut daun kemudi supaya posisi sudut daun kemudi bisa diketahui dari anjungan kapal atau tempat lain yang letaknya terpisah dengan ruang kemudi. Sinyal output dari unit feedback ini disebut juga dengan sinyal aktual. Desain dari rangkaian feedback daun kemudi ini sama dengan rangkaian pada unit steering. Letak dari potensiometer unit feedback terdapat pada poros mekanik daun kemudi. Pergerakan daun kemudi akan menggerakkan potensio kemudi yang akan dideteksi oleh minimum system yang nantinya akan ditampilkan pada display. Prinsip kerja dari rangkaian ini adalah ketika daun kemudi menunjukkan sudut nol, maka tegangan yang akan dikeluarkan adalah 1,25 V. Sedangkan ketika daun kemudi menunjukkan 26 Neptunus, Vol. 15, No. 1, Juli 2008: 24-32

4 sudut tegangan yang akan dikeluarkan adalah 0V dan ketika 40 0 maka tegangan yang akan dikeluarkan sebesar 2.5V. Rangakaian ADDA (Analog to Digital Digital to Analog) Mikrokontroler hanya mampu mengolah sinyal digital saja (Rahmad, 2008). Sehingga sinyal yang dikeluarkan oleh unit steering dan feedback yang masih harus diubah terlebih dahulu kedalam sinyal digital agar mampu diolah oleh mikrokontroler sebagai unit pengolah sinyal. Modul ADDA merupakan rangkaian pengubah sinyal analog menjadi sinyal digital atau sebaliknya. Sinyal analog dari feedback daun kemudi dan steering ini akan dimasukkan kedalam rangkaian ADDA. Modul ADDA akan mengubah tegangan analog menjadi sinyal digital supaya bisa diproses oleh mikrokontroler. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC PFC8591 dimana IC tersebut mampu mengubah sinyal analog menjadi digital atau sebaliknya. Keunggulan dari IC ini adalah mampu mengirimkan beberapa data analog hanya dengan menggunakan 2 input dalam waktu yang relatif singkat yaitu 90uS (Rachmad, 2008) Output dari modul ADDA ini akan dikirimkan secara serial ke port 1 pada minimum system AT89c51. Rangkaian ini mempunyai 4 channel analog to digital dan 1 channel digital to analog. Tetapi dalam sistem ini hanya digunakan 2 channel saja. Rangkaian buffer motor DC Untuk menjalankan motor DC diperlukan suatu rangkaian penguat tegangan. Sinyal yang dikeluarkan oleh mikrokontroler mempunyai arus yang cukup kecil yaitu sekitar 4mA. Rangkaian buffer motor DC berfungsi sebagai penguat tegangan yang dikeluarkan oleh mikrokontroler. Transistor menguatkan sinyal dari mikrokontroler sehingga mampu menggerakkan motor DC (kemudi) sesuai dengan yang diinginkan oleh penggerak steering (Peter, 1998) Rancangan rangkain seperti terlihat pada gambar 3 diketahui Vin = +12V, 0V, -12V dan tegangan di relay 12V, sedangkan arusnya sebesar 100 ma maka relay dalam kondisi bekerja akan ada arus yang mengalir pada kolektor sebesar 100mA sehingga digunakan transistor jenis BC108 yang mempunyai arus Ib sebesar 100mA. Untuk mendapatkan harga R1 dan R2 maka dapat dicari dengan: Arus basis Ib = Ic : beta Ib = 100mA : 100 Ib = 1 ma R = Vin 0.7V Ib 12V 0.7V R = 1mA = 11.3 Kohm. Rancang Bangun Prototype Alat... 27

5 Gambar 3. Rangkaian buffer motor DC Perancangan perangkat lunak (software) Perancangan software dalam sistem ini akan digunakan untuk mengatur kerja mikrokontroler sehingga dapat menjalankan fungsi-fungsi pengontrolan peralatan masukan dan keluaran dengan baik, seperti membaca sinyal steering kemudi dan feedback daun kemudi dengan menggunakan ADC. Selain itu dalam perancangan software ini juga akan didesain penampilan hasil pengukuran ke display dan mengeluarkan sinyal output ke aktuator. Dalam merancang software ini menggunakan bahasa assembler 51 untuk keluarga MCs51. Aturan-aturan yang diterapkan oleh standar assembler, hanya ada sedikit perbedaan untuk mikrokontroler keluarga MCs51. Penggunaan bahasa assembler dimaksudkan untuk mempermudah pemrograman pada rancangan sistem yang akan dibuat. HASIL DAN PEMBAHASAN Penguian Sistem Steering Pengujian sistem dimulai pada rangkaian kemudi kapal. Yang menjadi input atau sensor dari rangkaian ini adalah potensiometer steering. Pada rangkaian ini apabila potensiometer kemudi di putar kekanan maksimal, maka tegangan yang dihasilkan bernlai 2.5V. Ketika potensiometer berada pada posisi tengah (center) maka tegangan yang dihasilkan bernilai 1.25 Volt. Potensiometer akan bernilai 0 volt ketika diputar ke arah kiri secara maksimal. 28 Neptunus, Vol. 15, No. 1, Juli 2008: 24-32

6 Start Baca sudut steering dan feedback daun kemudi Bandingkan sudut steering dengan feedback daun kemudi Kirim sinyal ke port mikrokontroler untuk menggerakkan aktuator Rubah sudut steering dan feedback sesuai dengan decoder 7 segment Kirim data steering dan feedback ke indicator 7 segment Kirim data steering dan feedback ke data serial PC S=K No End Yes Gambar 4. Flowchart sistem Selain pengujian itu juga dalam pengujian ini bisa dilakukan dengan mengukur nilai hambatan yang berada pada potensiometer yang berguna untuk mendapatkan tegangan output dari potensio steering. Dari pengujian didapatkan apabila potensiometer diputar sebesar 20 KΩ maka tegangan pada output potensio steering (Vs) bernilai 2.5 volt dan selanjutnya motor DC atau daun kemudi bergerak sampai tegangan pada output potensiometer feedback (Vf) mencapai 2,5 volt maka motor DC akan berhenti. Fungsi dari Vf adalah sebagai pembanding tegangan terhadap Vs, Rancang Bangun Prototype Alat... 29

7 jadi tegangan Vs dan Vf harus sama, apabila tegangan sama maka motor DC akan berhenti. Perbandingan antara nilai Vs dan Vf dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Pengujian tegangan pada rangkaian kemudi motor DC dengan output potensiometer Potensiometer (KΏ) Vs (Volt) Vf (Volt) Konversi derajat kemudi terhadap tegangan sangat diperlukan untuk membuat program pada master kontrolnya. Konversi derajat kemudi terhadap tegangan dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Konversi derajat kemudi terhadap tegangan Derajat kemudi Vs (volt) Neptunus, Vol. 15, No. 1, Juli 2008: 24-32

8 Derajat kemudi Vs (volt) Pengujian rangkaian kemudi otomatis dengan tegangan pada data bit IC mikrokontroler Pengujian ini dilakukan pada minimum sistem dengan memberikan data biner secara terusmenerus. Dari data biner tersebut maka dapat dilihat nilai tegangan Vs. Hasil dari pengujian minimum system dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Pengujian rangkaian minimum system Data Biner Vs (Volt) Dengan data yang didapat pada Tabel 4, maka dapat digunakan untuk mensimulasikan derajat daun kemudi yang dikontrol dengan minimum sistem. Hasil pengujian sudut kemudi dan sudut pada daun kemudi terdapat pada Tabel 5. Tabel 5. Pengujian sudut kemudi dan sudut pada daun kemudi Sudut steering kemudi Sudut feedback daun kemudi Persentase kesalahan % % % % % % % Rancang Bangun Prototype Alat... 31

9 Sudut steering kemudi Sudut feedback daun kemudi Persentase kesalahan % % Dari hasil pengujian didapatkan persentase kesalahan adalah sebagai berikut: Hasil sudut kemudi - hasil sudut daun kemudi % Kesalahan x100% Hasil sudut kemudi Sehingga didapatkan nilai persentase kesalahan rata-rata adalah 0,97%. KESIMPULAN Dengan adanya teknologi digital yang berbasis mikrokontroler maka sistem ini jauh lebih mudah untuk diimplementasikan ke dalam sistem yang sebenarnya. Kemudi kapal bisa bergerak dengan sudut maksimal 40 0 untuk cikar ke kanan dan bergerak dengan sudut maksimal untuk cikar kiri. Motor DC bekerja dengan meksimal tegangan 12V agar motor DC bisa bekerja secara maksimal dan tidak mengalami drop tegangan ketika mendapatkan beban lebih. DAFTAR PUSTAKA Peter, E Sensor for Measurement and Control. England: Nottingham. Rachmad, S Teknik Akuisisi Data. Yogyakarta: Graha Ilmu. Rachmad, S Mikrokontroler MCs51. Yogyakarta: Graha Ilmu. 32 Neptunus, Vol. 15, No. 1, Juli 2008: 24-32