BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 diperkuat oleh rangkainan op-amp. Untuk op-amp digunakan IC LM Rangkaian Penggerak Motor (Driver Motor) Untuk menjalankan motor DC digunakan sebuah IC L293D. IC L293D dapat mengontrol dua buah motor DC sekaligus. Sistem kerja dari L293D adalah dengan memberikan sinyal kontrol dalam bentuk logika atau pulsa ke jalur input Pembuatan film BST Film Ba 0,5 Sr 0,5 TiO 3 dibuat dengan cara mencampurkan Barium Asetat [Ba(CH 3 COO) 2, 99%], Stronsium Asetat [Sr(CH 3 COO) 2, 99%], Titanium Isopropoksida [Ti(C 12 O 4 H 28 ), 97.99%] dan 2-Metoksi Etanol sebagai bahan pelarut. Larutan dikocok selama satu jam dengan menggunakan Ultrasonik. Setelah itu larutan disaring dengan kertas saring untuk mendapatkan larutan yang bersifat homogen. Selanjutnya dilakukan penumbuhan film pada substrat Si (100) tipe-p yang telah dicuci. Substrat yang telah ditempatkan di atas piringan spin coating ditetesi larutan BST sebanyak 3 tetes. Proses selanjutnya adalah annealing yang bertujuan mendifusikan larutan BST dengan substrat. Proses selanjutnya adalah pembuatan kontak. Bahan kontak yang dipilih adalah pasta perak 99,99 %. Setelah kontak terbentuk maka proses selanjutnya adalah pemasangan hidder Pemrograman Pembuatan program dibuat dengan menggunakan software CodeVision AVR C. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah bahasa C. BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pembuatan Film BST Film BST dibuat dengan cara mereaksikan Barium Asetat, Stronsium Asetat dan Titanium Isopropoksida dengan 2-Metoksi Etanol sebagai bahan pelarutnya. Film BST diproses annealing dengan empat variasi waktu, yaitu: 8 jam, 15 jam, 22 jam dan 29 jam. Setiap variasi waktu terdapat empat buah sampel dan diberi label (A, B, C dan D). Sehingga dengan proses annealing 8 jam terdapat sampel 8A, 8B, 8C dan 8D. Begitu pula dengan sampel 15 jam, 22 jam dan 29 jam Uji Sensitivitas Film BST Pengukuran sensitivitas film BST, diperlukan untuk mencari film terbaik yang akan diaplikasikan pada robot line follower. Untuk menambah sensitivitas, film dirangkai dengan rangkaian jembatan wheatstone. Pada rangkaian ini film dirangkai secara seri dengan sebuah resistor yang kemudian diparalelkan dengan dua buah resistor yang dirangkai seri. Dari rangkaian tersebut didapatkan nilai tegangan keluaran yang terjadi akibat pengaruh perubahan intensitas cahaya. Pengujian dilakukan pada dua kondisi, yaitu pada kondisi terang (+ 410 lux) dan gelap (+ 2 lux). Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.1 dan Gambar 4.1. Tegangan keluaran film BST pada kondisi terang lebih besar dibandingkan pada kondisi gelap. Hal ini disebabkan karena nilai konduktivitas listrik akan meningkat dengan meningkatnya intensitas cahaya yang jatuh pada permukaan fotodioda. 19 Tabel 4.1. Hasil pengujian sensitivitas film BST Tegangan keluaran (mv) Sampel Bias Maju Bias Mundur Gelap Terang ΔV Δlux ΔV/Δlux Gelap Terang ΔV Δlux ΔV/Δlux 8A B B C B A B

2 14 Tegangan Keluaraan (mv) Bias Maju 40 Bias Mundur A 8B 15B 15C 22B 29A 29B Sampel Gambar 4.1. Perubahan tegangan jatuh film BST pada rangkaian bias maju dan mundur. Dengan meningkatnya intensitas cahaya maka semakin banyak elektron yang tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi. 20 Elektron yang tereksitasi ke pita konduksi ini akan meningkatkan pembawa muatan yang pada akhirnya akan meningkatkan konduktivitas listrik. 21 Sensitivitas adalah perubahan parameter input minimum yang diperlukan untuk menghasilkan perubahan output yang dapat dideteksi. 22 Atau perbandingan antara perubahan output dengan perubahan input (ΔV/Δlux). Semakin besar perubahan output maka film semakin sensitif. Dari hasil pengujian, film BST yang diannealing selama 29 jam memiliki sensitivitas yang tertinggi. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.2, dimana film yang diannealing selama 29 jam memiliki perbedaan tegangan yang cukup signifikan yang mengindikasikan bahwa film tersebut memiliki sensitivitas yang tinggi Rancangan Film BST Sebagai Sensor Garis Robot line follower pada penelitian ini menggunakan dua buah film BST sebagai sensor cahaya untuk membaca garis pada lintasan untuk menentukan arah gerak robot. Perubahan tegangan jatuh film BST yang kecil perlu diperkuat oleh rangkaian penguat agar dapat dibaca oleh mikrokontroler. Skema rangkaian elektronika lengkap robot line follower ditunjukan oleh Gambar 4.3. Rangkaian penguat pada penelitian ini digunakan rangkaian penguat diferensial dan penguat noninverting yang ditunjukan pada Gambar 4.4. Rangkaian penguat pertama adalah rangkaian penguat diferensial. Rangkaian penguat diferensial adalah rangkaian yang membandingkan dua inputan yang masuk. 16 Digunakan rangkaian ΔV/Δlux 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 8A 8B 15B 15C 22B 29A 29B Sampel Bias Maju Bias Mundur Gambar 4.2. Sensitivitas film BST (ΔV/Δlux) pada rangkaian bias maju dan mundur..

3 15

4 16 diferensial pada tahap awal karena film BST dirangkai dengan jembatan wheatstone yang memiliki dua keluaran yaitu v 1 dan v 2. Rangkaian diferensial merupakan gabungan antara rangkaian noninverting (OpAmp 1) dan inverting (OpAmp 2). Gain atau penguatan untuk rangkaian noninverting adalah: (2.4) Sedangkan untuk rangkaian inverting (2.2) Pada rangkaian inverting (OpAmp2), karena tegangan referensi diberi tegangan referensi positif (v2) maka nilai penguatanya akan berharga positif. Sehingga penguatan total untuk rangkaian diferensial adalah : Kali. (4.1) Untuk rangkaian penguat kedua, yaitu rangkaian penguat noninverting (OpAmp 3). Penguatannya adalah: Kali (2.4) Sehingga penguatan total rangkaian sensor garis adalah 2 x 11 = 22 kali. Setelah sinyal keluaran film BST diperkuat oleh rangkaian penguat, film BST kemudian diaplikasikan pada detektor garis. Prinsip dari detektor garis adalah dengan cara memberikan cahaya pada suatu bidang. Cahaya hasil pemantulan inilah yang akan dideteksi oleh film BST. Gambar 4.5 adalah ilustrasi dari detektor garis. Cahaya dari LED akan dipantulkan oleh bidang pantul yang kemudian ditangkap oleh film BST. Tegangan keluaran hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.3; 4.4; 4.5 dan 4.6. Semakin banyak cahaya yang dipantulkan, maka intensitas yang ditangkap film BST semakin banyak sehingga Gambar 4.5. Ilustrasi prinsip kerja sensor garis. tegangan keluarannya semakin besar. Sebaliknya, semakin sedikit cahaya yang dipantulkan maka cahaya yang ditangkap film BST akan sedikit sehingga tegangan keluarannya kecil. Pada penelitian ini digunakan variasi warna LED dan bidang pantulnya. Selain dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang dipantulkan oleh bidang pantul, konduktivitas listrik film BST juga dipengaruhi oleh panjang gelombang dari sumber cahaya. Tabel 4.2. menunjukan rentang panjang gelombang cahaya tampak. Pada gelombang elektromagnetik, Panjang gelombang berbanding terbalik dengan frekuensi. Dari persamaan energi foton (persamaan 4.2), semakin besar frekuensi maka energinya semakin besar. Berdasarkan penelitian LED biru memilki energi tertinggi selanjutnya adalah LED hijau kemudian LED merah. (4.2) Berdasarkan hasil karakteristik spektrum serapan panjang gelombang, film BST memiliki serapan pada panjang gelombang cahaya tampak. 19 Respon dari sensor cahaya pada rangkaian dimulai pada intensitas 38 lux dan sangat ekstrim pada intensitas 400 sampai 580 lux. 23 Pada penelitian ini digunakan lampu LED sebagai sumber cahaya karena LED menghasilkan cahaya pada rentang gelombang pada cahaya tampak. Tabel 4.2. Tabel warna dan panjang gelombang cahaya tampak. Ungu Biru Hijau Kuning Jingga Merah Panjang gelombang nm nm nm nm nm nm

5 17 Tabel 4.3. Hasil pengujian film pada bidang pantul dengan warna LED putih. Sensor 1 (Sampel 29 A) Putih 5,62 5,80 5,72 5,71 Hitam 3,63 3,64 3,68 3,65 Merah 4,42 4,42 4,37 4,40 Biru 5,20 5,05 5,07 5,11 Hijau 4,70 4,87 4,75 4,77 Sensor 2 (Sampel 29 B) Putih 4,44 4,75 5,26 4,82 Hitam 2,57 2,52 2,49 2,53 Merah 3,00 3,03 3,01 3,01 Biru 3,53 3,51 3,53 3,52 Hijau 3,44 3,32 3,32 3,36 Tabel 4.4. Hasil pengujian film pada bidang pantul dengan warna LED merah. Sensor 1 (Sampel 29 A) Putih 4,23 4,67 4,20 4,37 Hitam 2,94 2,77 2,68 2,80 Merah 3,50 3,32 3,32 3,38 Biru 3,30 3,14 3,14 3,19 Hijau 3,32 3,22 3,15 3,23 Sensor 2 (Sampel 29 B) Putih 4,01 3,98 3,97 3,99 Hitam 2,15 2,19 2,10 2,15 Merah 3,44 3,34 3,35 3,38 Biru 2,64 2,50 2,58 2,57 Hijau 3,13 3,09 3,09 3,10 Tabel 4.5. Hasil pengujian film pada bidang pantul dengan warna LED biru. Sensor 1 (Sampel 29 A) Putih 5,18 5,83 5,26 5,42 Hitam 2,90 3,20 3,32 3,14 Merah 3,25 4,07 3,92 3,75 Biru 4,18 5,31 4,97 4,82 Hijau 3,50 4,37 4,43 4,10 Sensor 2 (Sampel 29 B) Putih 4,50 4,64 4,57 4,57 Hitam 2,02 2,12 2,10 2,08 Merah 2,35 2,32 2,30 2,32 Biru 2,29 3,22 3,22 2,91 Hijau 2,75 2,68 2,69 2,71

6 18 Tabel 4.6. Hasil pengujian film pada bidang pantul dengan warna LED hijau. Sensor 1 (Sampel 29 A) Putih 4,97 4,20 4,28 4,48 Hitam 3,27 3,10 3,12 3,16 Merah 3,42 3,16 3,15 3,24 Biru 3,59 3,44 3,46 3,50 Hijau 3,66 3,51 3,50 3,56 Sensor 2 (Sampel 29 B) Putih 2,56 2,52 2,56 2,55 Hitam 1,69 1,68 1,70 1,69 Merah 1,70 1,73 1,73 1,72 Biru 1,81 1,92 1,90 1,88 Hijau 1,88 1,98 1,96 1,94 7,00 6,00 5,00 Putih 4,00 Hitam 3,00 Merah 2,00 1,00 Biru 0,00 Hijau LED Putih LED Merah LED Biru LED Hijau LED Gambar 4.6. Tegangan keluaran film 1 (29A) dengan variasi warna LED dan bidang pantul. 7,00 6,00 5,00 4,00 Putih 3,00 Hitam 2,00 Merah 1,00 Biru 0,00 Hijau LED Putih LED Merah LED Biru LED Hijau LED Gambar 4.7. Tegangan keluaran film 2 (29B) dengan variasi warna LED dan bidang pantul. Pengujian pada penelitian ini digunakan lampu LED berwarna putih, biru, merah dan hijau. Pemilihan lampu LED dikarenakan LED memiliki intensitas cahaya yang tinggi yang fokus. Berdasarkan pengukuran dengan Luxmeter didapat intensitas LED putih 1984 lux, LED merah 423 lux, LED biru 724 lux dan Led hijau 1294 lux. Sebagai bidang pantul uji digunakan bidang berwarna putih, hitam, merah, biru dan hijau. Pada Gambar 4.6 dan 4.7 didapat untuk semua LED, bidang pantul berwarna putih menghasilkan tegangan keluaran yang terbesar dan bidang pantul berwarna hitam menghasilkan tegangan keluaran yang terkecil.

7 19 Hal ini disebabkan karena bidang pantul berwarna putih akan memantulkan hampir semua panjang gelombang cahaya sehingga intensitas yang diterima film besar. Sebaliknya, bidang berwarna hitam menyerap hampir semua panjang gelombang cahaya sehingga cahaya yang diterima film BST sedikit.untuk LED berwarna merah, didapatkan tegangan pada bidang berwarna merah merupakan tertinggi kedua setelah putih. Hal ini disebabkan karena bidang merah akan memantulkan cahaya merah dan menyerap cahaya lainnya. LED merah memancarkan cahaya merah yang akan dipantulkan kembali oleh bidang berwarna merah sehingga pada bidang merah cahaya yang ditangkap film BST banyak. Demikian pula untuk LED biru dan hijau, akan memiliki tegangan keluaran yang besar pada bidang pantul yang memiliki warna yang sama dengan sumber cahayanya. LED biru memiliki perbedaan tegangan yang terbesar untuk masing-masing bidang pantul dibandingkan LED lainnya sehingga pada penelitian ini dipakai LED biru sebagai sumber cahaya pada rangkaian sensor garis Rangkaian Driver Motor DC Rangkaian driver motor dc terdiri dari sebuah IC L293D. Gerak kedua motor ditentukan oleh input yang diberikan pada IC. Terdapat enam jalur input pada IC L293D yang terdiri atas dua jalur PWM (pulse width modulator) untuk pengaturan kecepatan dan empat jalur untuk arah pergerakan motor. Kecepatan motor akan diatur oleh variasi lebar pulsa yang diberikan oleh mikrokontroler sebagai input PWM. Dari hasil pengujian didapat beberapa kemungkinan kondisi input yang dapat diberikan dan arah pergerakan motor. Tabel 4.7 menunjukan hasil pengujian kemungkinan input dan output yang dihasilkan Rangkaian Pengendali Sistem Rangkaian penengendali sistem adalah sebuah mikrokontroler 8 bit Atmega8535 yang akan mengendalikan rangkaian pendukung pada sistem robot. Tegangan keluaran dari rangkaian sensor garis adalah sinyal inputan bagi mikrokontroler. Mikrokontroler menggunakan ADC dengan resolusi 8 bit = 255 desimal. Dengan tegangan referensi 4,8 volt maka mikrokontroler dapat membedakan tegangan yang masuk sebesar 0,0188 volt.untuk bisa membedakan garis, pertama pada kondisi awal robot berada pada bidang hitam dan mikrokontroler akan membaca tegangan input. Tegangan awal ini akan diartikan bahwa sensor sedang berada di atas bidang hitam. Jika tegangan input mengalami kenaikan yang cukup signifikan maka mikrokontroler akan menyimpulkan bahwa sensor sedang berada di atas bidang putih Pengujian Pengujian dilakukan secara keseluruhan pada rancangan yang sudah diintegrasikan menjadi sebuah robot line follower. Pengujian yang pertama adalah pengujian fungsional sensor. Pengujian ini untuk memeriksa kesesuaian input yang diberikan dengan output yang ditunjukan oleh pergerakan motor. Tabel 4.8 menunjukan hasil pengujian fungsional sensor. Tabel 4.7. Hasil pengujian input pada driver motor dan arah pergerakan motor Input Motor Kanan Motor Kiri Output Hex Input 1 Input 2 Input 3 Input Motor kiri mundur dan motor kanan diam Motor kiri maju dan motor kanan diam Motor kiri diam dan motor kanan maju Motor kanan maju dan motor kiri mundur Kedua motor maju Motor kiri diam dan motor kanan mundur Kedua motor mundur A Motor kanan mundur dan motor kiri maju

8 20 Tabel 4.8. Hasil pengujian fungsional sensor. No Posisi Sensor Biner Input Hasil yang diharapkan Hex Output Hasil Uji 1 Kedua sensor berada pada bidang hitam. 2 Sensor kanan berada pada bidang putih dan sensor kiri berada pada bidang hitam. 3 Sensor kanan berada pada bidang hitam dan sensor kiri berada pada bidang putih. 4 Kedua sensor berada pada bidang putih. 00 Robot bergerak maju (kedua roda bergerak maju). 01 Robor berbelok ke kiri (roda kanan bergerak maju dan roda kiri bergerak mundur). 10 Robor berbelok ke kanan (roda kanan bergerak mundur dan roda kiri bergerak maju). 11 Robot diam (kedua roda diam). 06 Berhasil 05 Berhasil 0A Berhasil 00 Berhasil (a) (b) (c) (d) Gambar 4.8. Posisi sensor dan arah pergerakan roda pada robot ketika pada (a) lintasan lurus. (b) Tikungan kekiri. (c) Tikungan kekanan. (d) Keluar lintasan. Lintasan yang yang diuji adalah garis hitam di atas bidang putih. Pada kondisi awal robot berada pada bidang putih. Jika kedua sensor berada pada bidang hitam maka pada kondisi ini robot bergerak maju (Gambar 4.8 (a)). Jika robot menemukan tikungan ke kiri maka sensor kiri akan berada pada garis atau bidang hitam dan sensor kanan berada pada bidang putih (Gambar 4.8 (b)). Pada kondisi ini roda kanan akan bergerak maju dan roda kiri bergerak mundur. Sehingga robot berputar ke kanan. Sebaliknya jika robot menemukan tikungan ke kanan maka sensor kiri yang berada pada bidang putih dan sensor kanan berada pada bidang hitam (Gambar 4.8 (c)). Sehingga pada kondisi ini robot harus diputar kekiri untuk berbelok kekiri. Kondisi terakhir adalah jika robot keluar lintasan dan kedua sensor berada pada bidang putih. Pada kondisi ini kedua roda diam sehingga robot berhenti (Gambar 4.8 (d)). Pengujian yang kedua adalah pengujian fungsional robot. Robot akan berjalan pada sebuah jalur hitam di atas bidang putih yang akan mengarahkannya bergerak ke kanan kekiri atau lurus. Tabel 4.9 menunjukan hasil pengujian fungsional robot dengan variasi sudut belokan. Berdasarkan hasil pengujian didapat bahwa kedua sensor memiliki kinerja yang sama. Pada sudut tikungan 0 sampai 60 derajat robot dapat berbelok dengan baik. Pada sudut di atas 65 derajat sudut tikungan terlalu tajam dan sensor tidak dapat mendeteksi adanya tikungan sehingga robot tidak dapat berbelok dan keluar lintasan.