TUGAS AKHIR PERANCANGAN ROBOT PEMADAM API BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PERANCANGAN ROBOT PEMADAM API BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51 Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departeman Teknik Elektro Oleh: Raymond T. Simanjuntak DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

2 PERANCANGAN ROBOT PEMADAM API BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51 Oleh: Raymond T. Simanjuntak NIM Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro Disitujui oleh: Dosen Pembimbing, Ir. Kasmir Tanjung NIP Diketahui Oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU, Prof. Dr. Usman S. Baafai NIP DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008 i

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan atas penyertaan dan anugrah- Nya sehingga pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini berjudul Perancangan Robot Pemadam Api berbasis Mikrokontroler AT89C51. Penulis menyadari bahwa pada hakekatnya penulisan skripsi ini tidak dapat diselesaikan penulis tanpa bantuan dan dorongan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Usman Baafai selaku ketua Departemen Teknik Elektro dan Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT selaku sekretaris Departemen Teknik Elektro. 2. Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT selaku dosen wali penulis yang membimbing penulis dalam perkuliahan. 3. Bapak Kasmir Tanjung, Ir selaku dosen pembimbing penulis yang telah membimbing dan mengarahkan penulisan skripsi ini. 4. Seluruh dosen pengajar dan staf pegawai Departemen Teknik Elektro. 5. Teman-teman yang tidak henti-hentinya memberi perhatian, semangat dan waktunya untuk berdoa sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi ini. Demikianlah skripsi ini penulis selesaikan, semoga bermanfaat bagi perkembangan robotika di Indonesia. Sekian dan terimakasih. Medan, 6 Pebruari 2008 Penulis iii

4 ABSTRAK Secara umum robot dapat didefenisikan sebagai sebuah piranti mekanik yang mampu melakukan pekerjaan manusia atau berprilaku seperti manusia. Salah satu pekerjaan manusia yang dapat dilakukan robot adalah kegiatan pemadaman kebakaran. Robot Pemadam Api dirancang untuk mencari dan memadamkan api lilin yang terdapat disekitarnya. Untuk itu robot dilengkapi dengan sensor jarak dan sensor api agar dapat menjelajah ruangan tanpa menabrak benda serta dapat mendeteksi keberadaan api lilin. Program untuk menjalankan robot ditulis dalam dua bagian: bagian jelajah dan bagian penemuan_api. Pada saat tombol catu daya di- ON-kan, bagian jelajah akan dieksekusi. Robot akan menjelajah ruangan dan menghindari tabrakan dengan benda yang terdapat disekelilingnya. Pada saat robot mendeteksi keberadaan api lilin yang terdapat disekitarnya, bagian penemuan_api akan dieksekusi. Pada bagian ini, robot akan berputar kearah api lilin dan bergerak lurus mendekatinya hingga pada jarak yang mana api lilin dapat dipadamkan. Kemudian robot akan memadamkan api dan kembali menjelajah ruangan sampai tombol catu daya di-off-kan. ii

5 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... i ABSTRAK... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN... 1 I.1 Latar Belakang... 1 I.2 Tujuan Penulisan... 2 I.3 Rumusan Masalah... 2 I.4 Batasan Masalah... 3 I.5 Metodologi Perancangan... 4 I.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II MIKROKONTROLER AT89C51 DAN KOMPONEN PENDUKUNG... 6 II.1Mikrokontroler AT89C II.1.1 Susunan Pin AT89C II.1.2 Struktur Perangkat Keras AT89C II RAM Internal II Register Fungsi Khusus II.2 Sensor Infra Merah Sharp GP2D II.3 Phototransistor iv

6 II.4 OP-Amp LM II.5 Motor dc dan Motor Driver L293D II.5.1 Motor dc II.5.2 Motor Driver L293D II.6 Timer II.7 Transistor 2PA BAB III PERANCANGAN PERANGKAT KERAS III.1 Spesifikasi Sistem III.2 Rangkaian Dasar Mikrokontroler AT89C III.2.1 Rangkaian Reset III.2.2 Rangkaian Clock III.2.3 Hubungan Port-port III.3 Rangkaian Sensor Jarak III.4 Rangkaian Sensor Api III.5 Rangkaian Pembanding Tegangan III.5.1 Rangkaian Pembanding Untuk Sensor Api III.5.2 Rangkaian Pembanding Untuk Sensor Jarak III.6 Rangkaian Motor dc III.7 Rangkaian Duty Cycle Modulation III.8 Rangkaian Saklar III.9 Rangkaian Kipas Angin III.10 Rangkaian LED Indikator III.11 Rangkaian Robot Pemadam Api BAB IV PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK IV.1 Perangkat Lunak Secara Garis Besar v

7 IV.2 Bagian Jelajah IV.3 Bagian Penemuan Api BAB V IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN V.1. Implementasi V.2 Pengujian V.2.1 Pengujian Rangkaian Sensor Jarak Dengan Pembanding Tegangan V.2.2 Pengujian Rangkaian Sensor Api Dengan Pembanding Tegangan V.2.3 Pengujian Rangkaian Motor dc dengan Rangkaian DCM V.2.4 Pengujian Robot Pemadam Api BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN VI.1. Kesimpulan VI.2. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A Rangkaian Robot Pemadam Api Phoenix LAMPIRAN B Source Code LAMPIRAN C Gambar Fisik Phoenix vi

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konfigurasi Pin Mikrokontroler AT89C Gambar 2.2 Arsitektur AT89C Gambar 2.3 Susunan SFR dan Susunan RAM internal AT89C Gambar 2.4 Sensor Jarak GP2D12 dan Konfigurasi Pinnya Gambar 2.5 Grafik Karakteristik Output GP2D12 Terhadap Benda yang Terdapat Dihadapannya Gambar 2.6 Phototransistor Gambar 2.7 Grafik Karakteristik Phototransistor Gambar 2.8 Pin-pin dalam LM Gambar 2.9 Diagram Block IC L293D Gambar 2.10 Pin-pin dalam Timer Gambar 2.11 Transistor PN2222A Gambar 3.1 Diagram Blok Perancangan Perangkat Keras Gambar 3.2 Rangkaian Reset(A) dan Rangkaian Setaranya(B) Gambar 3.3 Rangkaian Clock Gambar 3.4 Hubungan Pin-pin Mikrokontroler Gambar 3.5 Rangkaian Sensor GP2D Gambar 3.6 Peletakan Sensor GP2D12 pada Badan Robot Gambar 3.7 Rangkaian Sensor Api Gambar 3.8 Susunan Phototransistor pada Badan Robot Gambar 3.9 Hasil Penggabungan Beberapa Phototransistor Gambar 3.10 Susunan Phototransistor pada Badan Robot vii

9 Gambar 3.11 Rangkaian Pembanding Tegangan Untuk Sensor Api Gambar 3.12 Rangkaian Pembanding Tegangan Untuk Sensor Api Menggunakan LM324N Gambar 3.13 Rangkaian Pembanding Untuk Sensor Jarak Gambar 3.14 Rangkaian Pembanding Tegangan Untuk Sensor Jarak Menggunakan LM324N Gambar 3.15 Rangkaian Motor dc Gambar 3.16 Gelombang Dengan Frekwensi Duty Cycle 10%, 50% dan 90% Gambar 3.17 Rangkaian Duty Cycle Modulation Gambar 3.18 Rangkaian Saklar Gambar 3.19 Rangkaian Kipas Angin Gambar 3.20 Rangkaian LED Indikator Gambar 4.1 Diagram Alir Perangkat Lunak Gambar 4.2 Diagram Alir Bagian Jelajah Gambar 4.3 Daerah Pendeteksian Sensor Api Gambar 4.4 Diagram Alir Bagian Penemuan Api viii

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Keterangan Pin Out AT89C Tabel 2.2 Karakteristik GP2D Tabel 2.3 Kegunaan pin-pin pada Timer Tabel 3.1 Hubungan pin Enable, Input dan Output IC L293D Tabel 4.1 Logika Pergerakan Robot Berdasarkan Pembacaan Sensor Jarak Tabel 4.2 Logika Pergerakan Robot Berdasarkan Pembacaan Sensor Api ix

11 BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Teknologi adalah cara untuk mendapatkan sesuatu dengan kualitas lebih baik (lebih mudah, lebih murah, lebih cepat dan lebih menyenangkan). Salah satu teknologi yang berkembang pesat saat ini adalah teknologi dibidang kerobotan. Robot berguna untuk membantu manusia dalam melakukan pekerjaan tertentu misalnya untuk melakukan pekerjaan yang memerlukan ketelitian tinggi, beresiko tinggi, membosankan atau yang membutuhkan tenaga besar. Menurut buku The Robot Builder's Bonanza yang ditulis oleh Gordon McComb secara umum robot dapat didefenisikan sebagai sebuah piranti mekanik yang mampu melakukan pekerjaan manusia atau berprilaku seperti manusia. Salah satu pekerjaan manusia yang dapat dilakukan robot adalah kegiatan pemadaman kebakaran. Jenis pekerjaan ini membutuhkan reaksi cepat karena kebakaran dapat dihindari apabila api dapat dipadamkan ketika belum menyebar. Ketika api telah menyebar pekerjaan pemadaman kebakaran akan menjadi pekerjaan yang sulit dan beresiko tinggi. Masalah kebakaran dapat dikurangi apabila sumber api dapat ditemukan dan dimatikan dalam waktu singkat. Dengan latar belakang tersebut maka penulis membuat Perancangan robot pemadam api berbasis mikrokontroler AT89C51. Dalam perancangan ini, api yang akan dipadamkan adalah api lilin.

12 2 I.2 Tujuan Penulisan Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk merancang robot berbasis mikrokontroler AT89C51 yang dapat mencari dan memadamkan api lilin yang berada disekitarnya. 2. Mengaplikasikan pelajaran digital, elektronika dan mikroprosesor yang telah dipelajari selama perkuliahan. 3. Memperkaya pengetahuan penulis dan pembaca tentang mikrokontroler dan aplikasinya. I.3 Rumusan Masalah Robot bertugas untuk mencari dan memadamkan api lilin yang terdapat disekitarnya. Agar dapat melakukan tugas tersebut maka robot harus mampu menjelajah ruangan tanpa menabrak dinding atau benda lainnya, mendeteksi keberadaan api lilin yang terdapat disekitarnya, mendekati dan memadamkan api lilin itu kemudian kembali menjelajah ruangan. Pembuatan robot pemadam api meliputi perancangan perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras robot dirancang agar mikrokontroler dapat menerima masukan dari sensor jarak dan sensor api kemudian memutuskan pergerakan motor dc melalui H-bridge L293D dan transistor hingga fungsi robot untuk memadamkan api lilin yang terdapat disekitarnya tercapai. Untuk mendeteksi dinding atau benda yang terdapat disekitar robot digunakan sensor infra merah, sedangkan untuk mendeteksi keberadaan api lilin digunakan phototransistor. Robot menggunakan dua buah motor dc sebagai penggerak roda dan sebuah motor dc untuk menggerakkan kipas angin

13 3 yang akan memadamkan api lilin. Sebagai pengendali robot digunakan mikrokontroler AT89C51. Sedangkan perangkat lunak ditulis agar mikrokontroler AT89C51 dapat mengontrol proses pendeteksian benda disekitar robot, keberadaan api lilin dan mengendalikan ketiga motor dc sehingga robot dapat melakukan tugas mencari dan memadamkan api lilin dengan baik. I.4 Batasan Masalah Agar perancangan yang dibahas dalam tugas akhir ini tidak terlalu luas dan menyimpang dari topik yang telah ditentukan, maka penulis perlu membatasi permasalahan sebagai berikut: 1. Pembahasan tentang mikrokontroler AT89C51 hanya sebatas yang berkaitan dengan perancangan ini. 2. Pembahasan mengenai komponen pendukung yang meliputi: sensor infra merah GP2D12, phototransistor (sensor api), OP-AMP LM324N, motor dc, motor driver L293D, timer 555, dan komponen lainnya hanya sebatas teori umum dan yang berkaitan dengan perancangan robot pemadam api. 3. Api yang akan dipadamkan robot adalah api lilin. Lilin yang dipakai adalah lilin putih dengan tinggi 14,5 cm dan berdiameter 1,5 cm. 4. Pembahasan cara kerja robot hanya sebatas menurut kebutuhan yang meliputi analisis rangkaian tiap-tiap blok baik secara perangkat keras maupun perangkat lunak.

14 4 I.5 Metodologi Perancangan Metode perancangan yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Studi literatur dan diskusi Pada tahap pertama perancangan ini penulis akan mempelajari literatur yang berhubungan dengan perancangan robot pemadam api, mikrokontroler AT89C51 dan komponen pendukung yang digunakan. Penulis juga berdiskusi dengan dosen dan teman untuk memperkaya wawasan penulis mengenai perancangan robot pemadam api. 2. Perancang perangkat keras Rangkaian yang akan dirancang meliputi rangkaian minimum mikrokontroler, rangkaian pengendali sensor dan rangkaian pengendali motor. 3. Perancang perangkat lunak Setelah semua perangkat keras selesai dirakit maka akan dilakukan perancangan perangkat lunak yang terdiri dari diagram alir dan listing program. 4. Pengujian robot Setelah perangkat keras dan perangkat lunak selesai dibuat, maka tahap berikutnya adalah pengujian robot. Jika hasil pengujian tidak sesuai dengan yang diharapkan, akan dilakukan perbaikan hingga tujuan tercapai. I.6 Sistematika Penulisan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan kerangka penulisan sebagai berikut: BAB I : PENDAHULUAN Pada bab ini akan diuraikan mengenai latar belakang, tujuan, batasan masalah dan sistematika penulisan.

15 5 BAB II : MIKROKONTROLER AT89C51 DAN KOMPONEN PENDUKUNG Bab ini berisi pembahasan mengenai mikrokontroler AT89C51 dan komponen pendukung yang digunakan dalam perancangan ini. BAB III : PERANCANGAN PERANGKAT KERAS Bab ini berisi perancangan perangkat keras robot pemadam api. BAB IV : PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK Bab ini berisi pembahasan mengenai perangkat lunak yang ditulis agar robot pemadam api dapat bekerja dengan baik. BAB V : IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN Bab ini berisi implementasi perancangan, pengujian komponen-komponen secara terpisah dan pengujian robot. BAB VI : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dan saran yang bermanfaat bagi perbaikan dan pengembangan robot pemadam api.

16 BAB II MIKROKONTROLER AT89C51 DAN KOMPONEN PENDUKUNG Dalam perancangan robot pemadam api digunakan mikrokontroler AT89C51 dan komponen pendukung seperti: sensor infra merah GP2D12, phototransistor (sensor api), OP-AMP LM324N, motor dc, motor driver L293D, timer 555, dan transistor 2PA773. Berikut penjelasannya. II.1 Mikrokontroler AT89C51 AT89C51 merupakan mikrokontroler CMOS 8 bit dengan 4K bytes memori flash, 128 byte RAM internal, 32 pin Input-Output, dua buah timer / counter 16 bit, dan 6 sumber interupsi. Alasan pemilihan mikrokontroler ini sebagai komponen utama robot pemadam api adalah sebagai berikut: 1. Mempunyai 32 pin I/O 2. Kompatibel dengan produk MCS-51 lainnya 3. Harga perunitnya murah dan masih tetap diproduksi II.1.1 Susunan Pin AT89C51 Gambar 2.1 Konfigurasi Pin Mikrokontroler AT89C51

17 7 berikut. Kegunaan setiap pin pada mikrokontroller AT89C51 dapat dilihat pada tabel Tabel 2.1 Keterangan pin out AT89C51 No. Pin Nama Pin Alternatif Keterangan 20 GND Ground 40 VCC Power supply P0.7 P P1.0 P1.7 D7 D0 dan A7 A P2.0 P2.7 A8 A15 Pada fungsi sebagai I/O biasa port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat diubah sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut. Pada fungsi sebagai low order multiplex address, data port ini akan mempunyai internal pull up. Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1 sebagai output port ini dapat memberikan output sink keempat buah input TTL. Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan output sink keempat buah input TTL Port P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 9 RST RXD TXD INT 0 INT 1 T0 T1 WR RD 30 ALE PROG 29 PSEN 31 EA VPP 19 XTAL 1 Input osilator. 18 XTAL 2 Output osilator. Sebagai I/O biasa port 3 mempunyai sifat yang sama dengan port 1 maupun port 2. Sedangkan sebagai fungsi spesial, port port ini mempunyai keterangan sebagai berikut : Port Serial Input. Port Serial Output. Port External Interupt 0. Port External Interupt 1. Port External Timer 0 input. Port External Timer 1 input. External Data Memory Write Strobe. External Data Memory Read Strobe. Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle. Pin ini dapat berfungsi sebagai address latch enable (ALE) yang me-latch low byte address pada saat mengakses memori eksternal. ALE hanya akan aktif pada saat mengakses memori eksternal (Movx & Movc). Pin ini berfungsi pada saat mengeksekusi program yang terletak pada memori eksternal. PSEN akan aktif dua kali setiap cycle. Pin ini akan berfungsi untuk menjalankan program yang ada pada memori internal pada kondisi High.

18 8 II.1.2 Struktur Perangkat Keras AT89C51 AT89C51 adalah mikrokontroler keluaran Atmel dengan 4 kbyte Flash PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory). AT89C51 merupakan memori dengan teknologi nonvolatile memory, isi memori tersebut dapat diisi ulang atau dihapus berkali-kali. Memori ini bisa digunakan untuk menyimpan instruksi (perintah) berstandar MCS-51 code sehingga memungkinkan mikrokontroler ini untuk bekerja dalam mode single chip operation yang tidak memerlukan memori eksternal untuk menyimpan source code tersebut. Gambar 2.2 menunjukkan blok diagram pada Mikrokontroler AT89C51. AT89C51 mempunyai struktur memori yang terdiri atas : 1. RAM Internal Memori sebesar 128 byte yang biasanya digunakan untuk menyimpan variabel atau data yang bersifat sementara.

19 9 Gambar 2.2 Arsitektur AT89C51 2. Special Function Register (Register fungsi khusus) Memori ini berisi register-register yang mempunyai fungsi-fungsi khusus yang disediakan oleh mikrokontroler tersebut, seperti timer, serial, dan lain-lain. 3. Flash PEROM Memori ini digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi MCS51. AT89C51 mempunyai struktur memori yang terpisah antara RAM Internal dan Flash PEROM-nya. RAM Internal dialamati oleh RAM Address Register (Register Alamat RAM), sedangkan Flash PEROM yang menyimpan perintahperintah MCS-51 dialamati oleh Program Address Register (Program Register Alamat). Dengan adanya struktur memori yang terpisah tersebut, walaupun RAM

20 10 Internal dan Flash PEROM mempunyai alamat awal yang sama yaitu alamat 00, namun secara fisiknya kedua memori tersebut tidak saling berhubungan. II RAM Internal RAM internal terdiri atas : 1. Register Banks AT89C51 mempunyai 8 buah register yang terdiri atas R0 hingga R7. Kedelapan buah register ini selalu terletak pada alamat 00H hingga 07H pada setiap kali sistem direset. Namun posisi R0 hingga R7 dapat dipindah ke bank 1 (08 hingga 0FH), bank 2 (10H hingga 17H) atau bank 3 (18H hingga 1FH) dengan mengatur bit RS0 dan RS1. 2. Bit Addressable RAM RAM pada alamat 20H hingga 2FH dapat diakses secara pengalamatan bit (bit addressable) sehingga hanya dengan sebuah instruksi saja setiap bit dalam area ini dapat di-set, di-clear, di-and dan di-or. Dalam aplikasinya, lokasi yang dapat diakses dengan pengalamatan bit ini dapat juga digunakan untuk menandai suatu lokasi bit tertentu, baik berupa Register Fungsi Khusus yang dapat dialamati secara bit (termasuk register I/O), ataupun lokasi lokasi tertentu yang dapat dialamati secara bit. 3. RAM Keperluan Umum RAM Keperluan Umum dimulai dari alamat 30H sampai 7FH dan dapat diakses dengan pengalamatan langsung maupun tak langsung. Pengalamatan langsung dilakukan ketika salah satu operand merupakan bilangan yang menunjukkan lokasi yang dialamati. Sedangkan pengalamatan secara tak langsung pada lokasi dari RAM Internal ini adalah akses data dari memori ketika alamat tersebut tersimpan dalam suatu

21 11 Register R0 atau R1. R0 dan R1 adalah dua buah register pada mikrokontroler berarsitektur MCS51 yang dapat digunakan sebagai pointer dari sebuah lokasi memori pada RAM Internal. Pengalamatan secara tak langsung biasa digunakan untuk mengakses beberapa lokasi memori dengan letak yang beraturan. II Register Fungsi Khusus AT89C51 mempunyai 21 Special Function Register (Register Fungsi Khusus) yang terletak pada antara alamat 80H hingga FFH seperti gambar 2.3. Beberapa dari register-register ini juga mampu dialamati dengan pengalamatan bit sehingga dapat dioperasikan seperti yang ada pada RAM yang lokasinya dapat dialamati dengan pengalamatan bit. Gambar 2.3 menunjukkan susunan Special Function Register dan susunan RAM internal AT89C51.

22 12 Byte Byte Address Bit address Address Bit address FF 7F F0 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B E0 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 ACC General Purpose RAM ( GPR ) D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PSW B8 BF BE BD BC BB BA B9 B8 IP 30 B0 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P3 2F 7F 7E 7D 7C 7B 7A E A8 AF AE AD AC AB AA A9 A8 1E 2D 6F 6E 6D 6C 6B 6A C A0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 P2 2B 5F 5E 5D 5C 5B 5A A Not bit addressable SBUF 29 4F 4E 4D 4C 4B 4A F 9E 9D 9C 9B 9A SCON F 3E 3D 3C 3B 3A P F 2E 2D 2C 2B 2A D Not bit addressable TH C Not bit addressable TH0 23 1F 1E 1D 1C 1B 1A B Not bit addressable TL A Not bit addressable TL0 21 0F 0E 0D 0C 0B 0A Not bit addressable TMOD F 8E 8D 8C 8B 8A TCON 1F 87 Not bit addressable PCON B A N K Not bit addressable DPH Not bit addressable DPL B A N K 2 81 Not bit addressable SP P0 0F B A N K B A N K 0 0 Default register R0 R7 Gambar 2.3. Susunan SFR dan susunan RAM internal AT89C51 II.2 Sensor Infra Merah Sharp GP2D12 Dalam perancangan ini sensor Sharp GP2D12 digunakan pada sistem navigasi robot agar mampu menghindari tabrakan dengan benda yang terdapat didepannya dan mengikuti dinding yang terdapat disebelah kirinya. Sharp GP2D12 merupakan sensor infra merah yang bekerja dengan prinsip pemantulan, dimana pada

23 13 sensor ini terdapat pemancar dan penerima sinar infra merah. Beberapa fitur GP2D12 yang menjadi alasan pemilihan komponen ini adalah sebagai berikut: Outputnya analog Hampir tidak terpengaruh oleh warna benda yang dideteksi Pembacaan efektif 10 hingga 80 cm (lihat Gambar 2.5) Konsumsi arus rata-rata kecil, yaitu sebesar 33 ma Gambar 2.4 Sensor jarak GP2D12 dan konfigurasi pinnya Seperti yang terlihat pada Gambar 2.4 GP2D12 memiliki 3 pin: Vo, GND dan Vcc. Vo adalah tegangan keluaran GP2D12 berdasarkan jarak benda yang dibacanya. Berikut ini adalah tabel dan grafik karakteristik GP2D12 Tabel 2.2 Karakteristik GP2D12 Parameter Jarak yang diukur (L) Tegangan keluaran (Vo) Perbedaan tegangan keluaran (Vo) Rata-rata konsumsi arus Kondisi Nilai minimum Nilai maksimum Satuan Cm L = 30 cm 0,25 0,55 V Perbedaan tegangan keluaran pada L (80 cm 10 cm) 1,75 2,25 V L = 30 cm - 50 ma

24 14 Gambar 2.5 Grafik karakteristik Output GP2D12 terhadap benda yang terdapat dihadapannya II.3 Phototransistor Gambar 2.6 Phototransistor Transitor merupakan sebuah piranti yang memungkinkan sebuah arus kecil mengatur arus yang lebih besar. Pada phototransistor arus kecil itu berasal dari sinar infra merah yang mengenai permukaannya. Semakin banyak sinar infra merah yang mengenai permukaan phototransistor, maka arus yang dilewatkan akan semakin besar. Karakteristik ini dapat dilihat pada Gambar 2.7 Karena kepekaannya terhadap sinar infra merah dari api lilin dan harganya murah, dalam perancangan ini phototransistor digunakan untuk mendeteksi keberadaan api lilin.

25 15 Gambar 2.7 Grafik Karakteristik Phototransistor II.4 OP-Amp LM324 Keluaran dari OP-AMP dipengaruhi oleh perbandingan antara kedua masukannya (inverting dan non inverting). Apabila masukan inverting lebih besar daripada masukan non inverting maka keluaran OP-AMP akan bernilai LOW. Apabila masukan inverting lebih kecil daripada masukan non inverting maka keluaran OP-AMP akan bernilai HIGH. Dalam perancangan robot pemadam api, OP- AMP yang digunakan adalah LM324. Alasan pemilihan LM324 adalah karena beberapa karakteristiknya seperti: Hanya membutuhkan supply arus kecil: 375µA Rentang power supply yang lebar: +3V sampai +30V untuk catu daya tunggal dan ± 1,5V sampai ± 15V untuk catu daya ganda Dalam perancangan LM324 digunakan untuk mengubah keluaran dari sensor jarak GP2D12 dan phototransistor yang berupa sinyal analog menjadi digital. Sebuah

26 16 LM324 terdiri dari empat buah OP-AMP yang terpisah, seperti yang terlihat pada Gambar 2.8. Gambar 2.8 Pin-pin dalam LM324 II.5 Motor dc dan motor-driver L293D II.5.1 Motor dc Motor dc menerima masukan berupa arus searah. Pada perancangan ini digunakan motor dc berukuran kecil yang disebut juga dinamo. Dinamo yang dipakai adalah dinamo 5 Volt. Alasan pemilihannya adalah sebagai berikut: Ukurannya kecil dan ringan. Sumber tegangannya dapat berupa baterai kecil dan ringan sehingga memudahkan dalam perancangan robot berukuran kecil. Arah putarannya dapat dengan mudah dibalikkan dengan cara membalikkan kutub tegangan inputnya. Dapat dengan efisien dikendalikan pada tegangan 9V. Harganya murah.

27 17 II.5.2 Motor driver L293D Karena mikrokontroler tidak dapat memberikan arus yang cukup untuk menggerakkan motor dc maka digunakan motor driver L293D. IC L293D dipakai dalam perancangan ini karena L293D merupakan rangkaian H-Bridge yang dirancang untuk memudahkan dalam memberikan arus dua arah hingga 1 A dengan tegangan antara 4,5 volt hingga 36 volt kepada motor dc. IC L293D dapat digunakan untuk men-drive motor dc half-bridge sebanyak empat buah atau dua motor dc fullbridge. IC ini mempunyai empat pin input yang bersesuaian dengan empat pin outputnya. Selain itu juga terdapat dua pin enable/disable untuk pin output 1,2 dan pin output 3,4. Berikut ini adalah diagram bloknya. Gambar 2.9 Diagram Blok IC L293D II.6 Timer 555 Untuk mengendalikan kecepatan motor dc digunakan rangkaian duty cycle modulation yang menggunakan LM555. LM555 merupakan pembangkit waktu tunda

28 18 atau osilasi yang akurat dan stabil. Alasan pemilihan LM555 sebagai komponen utama pada rangkaian duty cycle modulation adalah sebagai berikut. Dapat mengatur duty cycle Dapat beroperasi pada mode astable dan monostable Dapat menghitung waktu dari mikro detik hingga berjam-jam Dapat menarik dan mengeluarkan arus listrik sebesar 200mA Dalam mode operasi waktu tunda, lamanya waktu tunda dapat ditentukan oleh sebuah resistor dan kapasitor eksternal. Sebagai osilator untuk operasi astable, frekwensi dan duty cycle dikendalikan oleh dua resistor dan sebuah kapasitor eksternal. Rangkaian dapat ditrigger atau direset pada saat pulsa clock turun, dan rangkaian output dapat menarik atau mengeluarkan arus hingga 200mA atau mengendalikan rangkaian TTL. Berikut konfigurasi pin LM555 beserta kegunaannya. 1. GND 2. Trigger 3. Output 4. Reset 5. Control Voltage 6. Threshold 7. Discharge 8. +Vcc Gambar 2.10 Pin-pin dalam Timer 555

29 19 Tabel 2.3Kegunaan pin-pin pada Timer 555 Pin Gambaran Kegunaan 1 Ground Dihubungkan ke ground 2 Trigger 3 Output 4 Reset 5 Control Voltage 6 Threshold 7 Discharge Pin ini mencatu kapan memulai perhitungan waktu. Ketika nilainya LOW, pin output akan HIGH. Triger ini diaktifkan pada saat tegangan turun dan mencapai 1/3 dari tegangan positif pada pin 8. Pin output berguna untuk mengendalikan rangkaian eksternal. Pin ini mempunyai konfigurasi totem pole, yang membuatnya dapat mengeluarkan atau menarik arus. Pin Output akan bernilai HIGH saat pin trigger bernilai LOW dan akan bernilai LOW apabila pin treshold bernilai HIGH, atau jika pin reset bernilai LOW. Pin reset berguna untuk membuat pin output bernilai LOW. saat tidak digunakan, pin reset harus dihubungkan ke +V. Pin control voltage memungkinkan masukan dari tegangan eksternal untuk mempengaruhi perhitungan waktu timer 555. ketika tidak digunakan, pin ini harus dihubungkan ke kapasitor 0,01 uf dan ke ground. Pin treshold akan membuat keluaran pin output bernilai LOW saat tegangan pada pin ini dibawah 2/3 dari +V. Pin discharge akan terhubung ke ground ketika output pin bernilai HIGH. Pada umumnya pin ini digunakan untuk mengosongkan kapasitor selama asilasi. 8 +V Tegangan positif (3-18 Volt). II.7 Transistor PN2222A Dalam perancangan ini transistor digunakan sebagai saklar elektronik yang akan menghidupkan dan mematikan kipas angin. Gambar 2.11 menunjukkan tiga buah kaki transistor, yaitu basis, kolektor, dan emiter. Cara kerjanya adalah sebagai berikut: apabila basis diberi logika HIGH, maka arus akan mengalir dari kolektor ke emiter. Ketika basis diberi logika LOW, transistor akan tidak mengalirkan arus dari kolektor ke emiter. Pada perancangan ini digunakan Transistor NPN tipe PN2222A karena kemampuannya untuk melewatkan arus hingga 1A.

30 20 Gambar 2.11 Transistor PN2222A

31 BAB III PERANCANGAN PERANGKAT KERAS III.1 Spesifikasi Sistem Dalam perancangan robot pemadam api mikrokontroler AT89C51 digunakan sebagai komponen utama yang mengatur komponen lainnya seperti: sensor jarak SHARP GP2D12, phototransistor (sensor api), motor dc, dan motor driver L293D. Hardware robot dirancang agar mikrokontroler dapat menerima masukan dari sensor jarak dan sensor api kemudian memutuskan pergerakan motor dc melalui H-bridge L293D hingga fungsi robot untuk memadamkan api lilin yang terdapat disekitarnya tercapai. Hardware robot dirancang sesuai diagram blok yang terdapat pada Gambar 3.1. Gambar 3.1 Diagram Blok Perancangan Perangkat Keras Mikrokontroler menerima sinyal masukan dari dua sumber, yaitu sensor api (photo transistor) dan sensor jarak GP2D12. Agar mikrokontroler dapat membaca keluaran dari sensor api dan sensor jarak yang keluarannya analog, digunakan

32 22 L324N sebagai analog to digital converter. Swich digunakan untuk memberi masukan pada mikrokontroler agar dapat menentukan mode robot, hal ini akan dibahas lebih lanjut pada bab IV. Berdasarkan masukan dari sensor jarak dan sensor api, mikrokontroler menggerakkan tiga buah motor dc: motor dc penggerak roda kanan dan kiri serta kipas angin. Dalam hal ini motor penggerak roda kanan dan kiri robot dikendalikan melalui H-Bridge L293D, dan untuk mengendalikan kecepatannya digunakan rangkaian Duty Cycle Modulation. Sedangkan kipas angin dikendalikan melalui transistor 2PA733. Berikut adalah penjelasan diagram blok pada Gambar 3.1 bagian demi bagian. III.2 Rangkaian Dasar Mikrokontroler AT89C51 Rangkaian sistem mikrokontroler AT89C51 berfungsi sebagai pusat kontrol yang membaca sensor untuk menentukan keluaran yang berupa sinyal kontrol yang mengendalikan motor dc. Untuk membuat sistem mikrokontroler bekerja, dibutuhkan komponen-komponen tambahan. Untuk mereset mikrokontroler secara otomatis setiap kali catu daya dinyalakan digunakan rangkaian reset. Dan sebagai penggerak osilator internal digunakan rangkaian clock yang terdiri dari sebuah kristal dan dua buah kapasitor. Berikut akan dijelaskan rangkaian reset dan rangkaian clock secara khusus. III.2.1 Rangkaian Reset Rangkaian reset diperlukan untuk mereset mikrokontroler secara otomatis setiap kali catu daya dinyalakan, hal ini akan me-reset program counter sehingga

33 23 perintah program yang dieksekusi dimulai pada alamat 0h. Ketika catu daya diaktifkan, rangkaian reset menahan logika tinggi pin RST dengan jangka waktu yang ditentukan oleh lamanya pengisian muatan C. Jika pin RST diberi logika high selama dua siklus mesin maka mikrokontroler akan direset. Satu siklus mesin ( 12 ) membutuhkan waktu 1,085 µs, sehingga untuk mereset mikrokontroler f.osc dibutuhkan waktu minimal 2,17 µs. Tegangan RST yang diijinkan sebesar 0,7 Vcc hingga Vcc + 0,5. Jika tegangan RST minimal 3,5 V maka tegangan pada kapasitor maksimal 1,5 V untuk dapat me-reset mikrokontroler. Rangkaian reset dibentuk dengan rangkaian RC yang dapat dilihat dalam Gambar 3.2 +vcc C vcc RST R GND Gambar 3.2 Rangkaian Reset(A) dan Rangkaian Setaranya(B) Dari rangkaian setara diperoleh: Vo = R. Vi 1 R + sc (3.1) Vo = scr. Vi scr +1 (3.2) dengan tegangan Vi adalah Vcc yaitu 5V, dalam fungsi Laplace adalah s 5 sehingga:

34 24 Vo = 5 scr CR 1. = 5. = 5. s scr + 1 scr + 1 s + 1 RC t Vo = 5.e RC t 5 RC Vo = e ln 5 Vo = t RC t = RC 5 ln (3.3) Vo dengan Vo adalah tegangan logika nominal yang diijinkan pin RST di mana sehingga Vo = 0,7 x Vcc = 0,7 x 5 volt = 3,5 volt t = RC ln 5 3,5 t = 0,357.R.C (3.4) dengan menggunakan pemisalan R = 10K dan t minimum adalah 2 µs maka untuk amannya dimisalkan = 4 µs maka: = 0,357 x 10 K x C C = 1.1nF telah memenuhi syarat minimal untuk dapat me-reset mikrokontroler AT89C51. III.2.2 Rangkaian Clock Kecepatan proses kerja mikrokontroler ditentukan oleh sumber clock (pewaktuan) yang mengendalikan mikrokontroler tersebut. AT89C51 telah menyediakan osilator internal yang dapat digunakan untuk membangkitkan pulsa

35 25 clock. Untuk menentukan frekuensi osilatornya digunakan kristal yang dihubungkan ke pin XTAL 1 dan pin XTAL 2, serta menghubungkan pin tersebut dengan kapasitor yang dihubungkan ke ground. Besar kapasitansi kapasitor disesuaikan dengan spesifikasi pada datasheet AT89C51, yaitu sebesar 30pF ± 10pF. Karena kapasitor 30pF tidak tersedia dipasaran, maka digunakan kapasitor 33pF. Pemilihan besar frekuensi disesuaikan dengan kebutuhan. Untuk mempermudah perhitungan maka digunakan kristal 12MHz. Penggunaan kristal 12MHz akan mengakibatkan satu siklus mesin (12 periode) paling lama dapat dikerjakan dalam waktu 1s atau 1 12 = 1µ s. Rangkaian clock dalam 12MHz perancangan ini ditunjukkan dalam Gambar 3.3. Gambar 3.3 Rangkaian clock III.2.3 Hubungan Port-port Mikrokontroler AT89C51 mempunyai empat buah port I/O yang dapat digunakan. Dalam perancangan sistem mikrokontroler ini pin-pin I/O digunakan adalah sebagai berikut: 1. Pin 0.0 Pin 0.4 digunakan sebagai penerima masukan dari phototransistor (sensor api).

36 26 2. Pin 1.0 Pin 1.3 digunakan sebagai penerima masukan dari sensor jarak GP2D Pin 2.0 Pin 2.4 digunakan sebagai pengendali motor driver L293D. Dan Pin 2.5 sebagai pengendali kipas angin. 4. Pin 1.4 dihubungkan ke saklar yang menentukan robot bekerja dalam mode jelajah atau dalam mode ruangan. 5. Pin 3.0 dan Pin 3.7 dan pin 1.5 digunakan untuk menyalakan dan memadamkan LED indikator. Hubungan pin-pin mikrokontroler ditunjukkan pada Gambar , "#$% (&)* & %' (&)* (&)* (&)* (&)* (&)* (&)* (&)* (&)*! Gambar 3.4 Hubungan pin-pin mikrokontroler

37 27 Pada rangkaian di atas, karena port 0 bersifat open drain, maka ketika mengeluarkan logika 0 maka akan terbaca sebagai logika ambang. Untuk itu dibutuhkan resistor pull up agar bisa memberikan logika 0. Ketika memberikan logika 0 maka tegangan keluaran (V OL ) seharusnya adalah 0,5 V. Karena arus yang dibutuhkan ketika logika 0 (I OL ) adalah 3,2 ma dan catu daya yang digunakan (Vcc) adalah 5V, maka nilai R pull up yang dibutuhkan adalah: R Vcc V = OL pull _ up (3.5) I OL R pull _ up 5V 0,5V = 3,2mA R = 1406,25 Ω 1, kω pull _ up 5 III.3 Rangkaian Sensor Jarak Dalam perancangan ini dibutuhkan empat buah sensor GP2D12. Sensor jarak GP2D12 memiliki tiga buah pin keluaran: Vo (tegangan keluaran), Vcc dan GND. Pin Vcc dihubungkan dengan sumber tegangan 5V. Pin GND dihubungkan ke ground, dan Vo keempat sensor jarak dihubungkan ke pin 1.0 pin 1.3 pada mikrokontroler AT89C51 melalui rangkaian pembanding. Gambar 3.5 dan Gambar 3.6 berikut menunjukkan hubungan pin-pin GP2D12 dan posisinya pada badan robot. Gambar 3.5 Rangkaian Sensor GP2D12

38 28 Gambar 3.6 Peletakan Sensor GP2D12 pada Badan Robot Keuntungan yang diperoleh dari penyusunan phototransistor seperti Gambar 3.6 adalah robot dapat menghindari tabrakan dengan benda di depan, di depan kiri dan didepan kanan serta mengikuti dinding yang terdapat disebelah kiri dengan hanya menggunakan empat buah sensor jarak. III.4 Rangkaian Sensor Api Rangkaian sensor api berfungsi untuk memberitahu mikrokontroler apabila ada api yang terdeteksi disekitar robot. Komponen utama dari rangkaian ini adalah phototransistor. Apabila api lilin terdeteksi, phototransistor akan mengalirkan arus dari Vcc ke ground sehingga tegangan outputnya akan LOW. Output rangkaian sensor api dihubungkan ke rangkaian pembanding. Berikut adalah rangkaian phototransistor (sensor api).

39 29 Gambar 3.7 Rangkaian Sensor Api Keluaran rangkaian akan menjadi masukan pada rangkaian pembanding. Rangkaian pembanding dapat menerima masukan dengan tegangan -0.3 V hingga 5,03 V dan arus maksimum 50 ma. Sedangkan arus maksimum yang dapat melewati phototransistor tidak diketahui karena ketidaktersediaan datasheetnya. Resistor R akan membatasi arus yang mengalir pada phototransistor dan rangkaian pembanding. Supaya aman, nilai arus yang melewati phototransistor dibatasi hingga 0,5 ma. Dengan demikian besar tahanan minimum yang dibutuhkan adalah sebagai berikut. V = I R 5V R = 0,5mA R = 10 kω Sebuah phototransistor dapat mendeteksi api lilin dalam sudut pandang Sehingga agar dapat mendeteksi api dalam dibutuhkan paling sedikit 8 buah phototransistor yang masing-masing mendeteksi api dalam sudut Hal ini dapat dilihat pada Gambar 3.8

40 30 -! %)) *)* Gambar 3.8 Susunan Phototransistor pada badan robot Keuntungan yang diperoleh dari penyusunan phototransistor seperti Gambar 3.9 adalah keberadaan api dapat langsung diketahui sekaligus dengan posisinya terhadap robot. Dengan demikian robot dapat berputar kearah lilin. Untuk menyederhanakan pemrograman, kedelapan phototransistor itu dibagi dalam empat kelompok. Yaitu dengan cara menyatukan keluaran phototransistor 1, 2, dan 3 serta transistor 6, 7, dan 8. Hasilnya diperlihatkan pada Gambar 3.9. Keempat kelompok itu adalah A, B, C, dan D. Gambar 3.9 Hasil Penggabungan Beberapa Phototransistor Posisi phototransistor seperti pada gambar diatas membuat robot dapat berputar kearah api lilin, tetapi untuk membuat robot dapat bergerak lurus mendekati

41 31 api lilin itu, diperlukan sebuah phototransistor lagi (phototransistor C) yang mengarah tepat kedepan robot seperti yang ditunjukkan pada Gambar Gambar 3.10 Susunan 9 Phototransistor pada Badan Robot Gambar 3.10 menunjukkan bahwa antara phototransistor B dan D terdapat celah sempit. Celah sempit ini adalah garis yang akan diikuti robot untuk mendekati lilin. Hal ini akan dibahas lebih lanjut pada BAB IV. III.5 Rangkaian Pembanding Tegangan Pembanding tegangan berfungsi untuk membandingkan tegangan masukan, dalam hal ini sinyal dari sensor jarak dan sensor api. Pembanding tegangan dalam perancangan ini menggunakan penguat operasional LM324N. III.5.1 Rangkaian Pembanding Untuk Sensor Api Sinyal dari sensor sensor api dijadikan masukan bagi pembanding dengan menghubungkannya ke masukan inverting IC LM324N. Saat tegangan masukan pembanding berada di atas tegangan referensi, maka keluaran pembanding adalah LOW (0V). Sebaliknya jika tegangan masukan pembanding di bawah tegangan referensi, maka keluaran pembanding adalah HIGH (5V). Mikrokontroler akan membaca sinyal HIGH sebagai tanda bahwa ada api lilin yang terdeteksi.

42 32 Tegangan referensi diperoleh dengan memanfaatkan potensiometer sebagai pembagi tegangan. Karena arus input maksimum LM324 adalah 50mA dan agar lebih aman arus dibatasi hingga 5mA, maka nilai potensiometer minimum yang dibutuhkan adalah sebagai berikut. bawah ini. V = I R 5V R = 5 ma R = 1 kω Rangkaian pembanding untuk sensor api ditunjukkan dalam Gambar 3.11 di Gambar 3.11 Rangkaian Pembanding Tegangan Untuk Sensor Api Gambar 3.12 menunjukkan rangkaian pembanding untuk sensor api menggunakan LM324N.

43 33 Gambar 3.12 Rangkaian Pembanding Tegangan Untuk Sensor Api Menggunakan LM324N III.5.2 Rangkaian Pembanding Untuk Sensor Jarak Rangkaian pembanding untuk sensor jarak memiliki sedikit perbedaan dengan rangkaian pembanding sebelumnya. Rangkaian ini disusun untuk menghasilkan sinyal keluaran LM324N yang stabil sehingga dapat dibaca mikrokontroler dengan baik. Pada rangkaian ini keluaran dari sensor jarak GP2D12 dihubungkan ke masukan non inverting IC LM324N. Sehingga saat tegangan masukan pembanding berada di atas tegangan referensi, maka keluaran pembanding adalah HIGH (5V). Sebaliknya jika tegangan masukan pembanding di bawah tegangan referensi, maka keluaran pembanding adalah LOW (0V). Mikrokontroler akan membaca sinyal LOW itu sebagai tanda bahwa ada benda yang terdeteksi. Rangkaian pembanding untuk sensor jarak ditunjukkan dalam Gambar 3.13 pada halaman berikutnya.

44 34 Gambar 3.13 Rangkaian Pembanding Untuk Sensor Jarak Rangkaian pembanding untuk sensor jarak mempunyai konfigurasi schmitt trigger untuk menghilangkan derau pada keluarannya. Untuk menghitung besar treshold digunakan rumus: T R1 = V sat (3.6) R 2 Dimisalkan R1 = 100k Ohm dan R2 = 1 M Ohm dan Vsat = 5V, maka Ω T = 5V 6 10 Ω Ω T = 5V 6 10 Ω T = 0. 5V Pada gambar di halaman berikutnya digunakan dua buah potensiometer. Sebuah digunakan untuk mengatur kepekaan sensor jarak bagian belakang (A dan D) dan satu lagi digunakan untuk mengatur kepekaan sensor jarak bagian depan (B dan C). Gambar 3.14 menunjukkan rangkaian pembanding untuk sensor api menggunakan LM324N.

45 35 Gambar 3.14 Rangkaian Pembanding Tegangan Untuk Sensor Jarak Menggunakan LM324N III.6 Rangkaian Motor dc Rangkaian motor dc dirancang dengan menggunakan IC L293D karena mikrokontroler tidak mampu men-drive beban induktif seperti motor dc secara langsung. Hai ini disebabkan pin keluaran dari mikrokontroler tidak mampu memberi arus yang cukup untuk motor dc. Input L293D berasal dari mikrokontroler dan pada Gambar 3.15 terlihat bahwa keluarannya yang bersesuaian dihubungkan dengan motor dc, dimana pin output 1 dan pin output 2 dihubungkan ke motor kiri, sedangkan pin output 3 dan 4 dihubungkan ke ke motor kanan.

46 36 Gambar 3.15 Rangkaian motor dc IC L293D memiliki 2 pin enable. Pin enable 1 untuk mengaktifkan pin output 1 dan 2, sedangkan pin enable 2 digunakan untuk mengaktifkan pin output 3 dan 4. kedua pin enable ini dipararelkan dan dihubungkan ke rangkaian Duty Cycle Modulation, agar kecepatan motor dc dapat diatur. Besarnya tegangan yang diberikan oleh L293D ke motor sama dengan besar tegangan yang diberikan pada pin Vs (Vcc2) yaitu sebesar 9 volt. Sedangkan pin Vss (Vcc1) digunakan sebagai sumber tegangan IC L293D. Untuk mengendalikan arah putaran motor, pin input 1-4 pada L293D dihubungkan ke pin 2.0 pin 2.3 pada mikrokontroler AT89C51. Arah putaran motor kiri ditentukan oleh pin input 1 dan 2, sedangkan arah putaran motor kanan ditukan oleh pin input 3 dan 4. Tabel 3.1 berikut menunjukkan hubungan pin enable, pin input dan pin output pada IC L293D.

47 37 Tabel 3.1 Hubungan pin enable, input dan output IC L293D Enable 1 dan 2 Input 1 Input 2 Output 1 Output 2 Gerakan Motor 0 x x 0 0 Diam Diam Berputar ke kanan Berputar ke kiri Diam III.7 Rangkaian Duty Cycle Modulation Rangkaian Duty Cycle Modulation digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor dc. Cara kerjanya adalah dengan mengirim sinyal yang meng-on dan meng-off-kan motor driver L293D dengan frekwensi tertentu. Waktu ON dan OFF ini dikenal sebagai duty cycle. Gambar berikut menunjukkan bentuk gelombang dengan frekwensi duty cycle 10%, 50% dan 90%. Gambar 3.16 Gelombang Dengan Frekwensi Duty Cycle 10%, 50% dan 90% Dapat dilihat bahwa pada duty cycle 10% sinyal akan HIGH selama 10% dari panjang gelombang dan LOW pada 90% dari penjang gelombang berikutnya. Sinyal ini akan dikirimkan ke motor driver L293D dengan frekwensi yang cukup tinggi sehingga pulsa itu tidak berpengaruh pada kestabilan putaran motor. Hasil akhir dari Duty Cycle Modulation adalah pengendalian kecepatan motor dc secara stabil dan efisien. Berikut adalah gambar rangkaian Duty Cycle Modulation sederhana dengan menggunakan Timer 555.

48 38 Gambar 3.17 Rangkaian Duty Cycle Modulation Pada gambar diatas timer 555 difungsikan sebagai osilator astable. Artinya pada saat di-on-kan, timer 555 akan terus berosilasi tanpa ada interupsi dari luar. Dapat dilihat bahwa Pin reset (pin 4) dihubungkan ke +V, sehingga tidak mempengaruhi operasi rangkaian. Pin discharge dihubungkan ke resistor pull up R2 agar dapat men-drive driver motor dc L293D. Besar tahanan R2 ditentukan oleh arus yang dibutuhkan oleh pin enable/disable L293D sehingga berlogika HIGH, yaitu sebesar 5 ma. Dengan demikian besar tahanan yang dibutuhkan adalah sebagai berikut. V = I R 5V R = 5 ma R = 10 kω Cara kerja rangkaian adalah seperti berikut. Pada saat rangkaian di-on-kan, pin trigger (pin 2) akan LOW karena kapasitor C1 dikosongkan. Hal ini akan memulai osilasi dan membuat pin output (pin 3) HIGH. Ketika pin output HIGH, kapasitor C1 akan diisi kembali sesuai dengan bagian bawah R1 dan dioda D2. Ketika tegangan C1 mencapai 2/3 dari +V, treshold (pin 6) akan diaktifkan.

49 39 Akibatnya output (pin 3) dan pin discharge (pin 7) bernilai LOW. Ketika pin output bernilai LOW, kapasitor C1 diisi melalui bagian atas R1 dan D1. Ketika tegangan pada C1 turun hingga dibawah 1/3 dari +V, pin output dan pin discharge akan bernilai HIGH, dan siklus akan berulang. Pin 5 tidak digunakan sebagai input tegangan luar, sehingga di bypass ke ground melalui kapasitor 0,10 uf. Kapasitor C1 dikosongkan melalui satu sisi dari R1 dan diisi melalui sisi R1 yang lain. Jumlah tahanan pengosongan dan pengisian selalu sama, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan selalu sama. R1 hanya memvariasikan duty cycle. Frekwensi Duty Cycle dari rangkaian ini bergantung pada nilai R1 dan C1. Sesuai dengan rumus: Frekwensi = 1,44 R1* C1 (3.7) Dengan R1 sebesar 100 k dan C1 sebesar 0.1 µf, maka: 1,44 Frekwensi = , Frekwensi = 144Hz Diperoleh frekwensi pada rangkaian ini adalah 144 Hz. Pin output digunakan untuk mengisi dan mengosongkan C1, dari pada pin discharge (pin 7). Hal ini dilakukan karena pin output mempunyai konfigurasi totem pole. Ia dapat mengeluarkan dan menarik arus, sementara pin discharge hanya dapat menarik arus. Dengan catatan bahwa pin output dan pin discharge bernilai HIGH dan LOW pada waktu yang bersamaan. III.8 Rangkaian Saklar Rangakaian saklar yang terhubung ke pin 1.4 adalah seperti Gambar 3.18 berikut. Dapat dilihat bahwa rangkaian saklar memiliki resistor pulldown sebesar 10k

50 40 Ohm. Apabila saklar terbuka Pin 3.2 akan berlogika LOW apabila saklar ditutup Pin3.2 akan berlogika HIGH. Gambar 3.18 Rangkaian Saklar Pada saat saklar terbuka Pin 3.2 akan berlogika HIGH dan ketika saklar ditutup pin 3.2 akan berlogika LOW. Tahanan R berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir ke mikrokontroler agar mikrokontroler tidak terbakar. Nilai arus dibatasi sehingga nilai maksimumnya 0,5 ma. V = I R 5V R = 0,5mA R = 10 kω III.9 Rangkaian Kipas Angin Kipas angin yang berupa motor dc digunakan sebagai piranti yang akan memadamkan api. Motor dc mempunyai dua buah kutub, kutub positif dan kutub negatif. Kutub positif motot dc dihubungkan ke catu daya 5V sedangkan kutub negatifnya dihubungkan ke emiter transistor. Basis transistor dihubungkan ke pin 2.4 pada mikrokontroler AT89C51, sedangkan kolektornya dihubungkan ke ground. Dengan demikian kipas angin akan active LOW.

51 41 Karena motor dc mempunyai hambatan dalam 10kOhm, maka arus yang akan melewati transistor adalah sebesar: V = I R 5V I = 10 Ω I = 0, 5A Dengan demikian, transistor yang dipasang harus mampu melewatkan arus lebih dari 0,5 A. Pada perancangan ini transistor PN2222A yang dipakai dapat melewatkan arus hingga 1A. Sebuah dioda dipasang pararel dengan motor dc dan berlawanan arah dengan arah arus yang mengalir didalam motor untuk menghilangkan arus induksi yang dihasilkan. Gambar 3.19 berikut menunjukkan rangkaian kipas angin. Gambar 3.19 Rangkaian Kipas Angin III.10 Rangkaian LED Indikator LED indikator adalah LED yang menunjukkan pembacaan sensor. Apabila sensor yang bersesuaian mendeteksi keberadaan api atau benda disekeliling robot, maka LED indikator akan menyala.karena ada lima kelompok sensor api dan empat

52 42 buah sensor jarak, maka terdapat sembilan buah LED status. Gambar 3.20 menunjukkan rangkaian LED indikator. Gambar 3.20 Rangkaian LED Indikator LED dapat dinyalakan dengan cara membuat pin mikrokontroler yang terhubung dengannya bernilai LOW. Resistor digunakan untuk membatasi arus yang mengalir ke mikrokontroler. Agar LED tidak rusak, maka arus yang mengalir melaluinya harus dibatasi agar tidak lebih dari 20 ma. Agar lebih aman arus dibatasi hingga 10 ma. Sehingga nilai resistor yang dibutuhkan adalah: V = I R 5V = R 3 R = 500Ω A III.11 Rangkaian Robot Pemadam Api Rangkaian robot pemadam api adalah rangkaian hasil penggabungan semua rangkaian yang dijelaskan diatas. Rangkaian ini membutuhkan sebuah mikrokontroler AT89C51, sebuah motor driver L293D, tiga OP-AMP LM324N, sebuah Timer 555, sembilan sensor api (photo transistor) empat sensor jarak SHARP GP2D12, tiga motor dc dan komponen lainnya. Rangkaian robot pemadam api ditunjukkan pada Lampiran A.

53 BAB IV PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK Perancangan perangkat lunak dalam sistem ini bertujuan agar mikrokontroler AT89C51 dapat mengontrol proses pendeteksian benda disekitar robot, keberadaan api lilin dan mengendalikan ketiga motor dc sehingga robot dapat melakukan tugas mencari dan memadamkan api lilin dengan baik. Software ini ditulis dalam bahasa assembly dan akan ditanamkan pada mikrokontroler AT89C51. Software yang digunakan sebagai assembler untuk menghasilkan file HEX dari bahasa assembly yang digunakan adalah 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE) Evaluation Vertion 1.20 dari AceBus. IV.1 Perangkat Lunak Secara Garis Besar Perancangan perangkat lunak robot pemadam api dilakukan dengan metode poling. Dengan demikian mikrokontroler akan memeriksa pembacaan sensor jarak dan sensor api lalu memutuskan pergerakan robot. Hal ini dapat dilihat dari souce codenya yang terdapat pada Lampiran B. Secara sederhana program dapat dijelaskan melalui diagram alir yang terdapat pada Gambar 4.1 Ketika tombol power di-on-kan, robot akan bekerja dan mikrokontroler akan direset sehingga program akan mulai dijalankan dari alamat 0h. Kemudian mikrokontroler akan memberi nilai awal pada setiap port I/O. Setelah itu keluaran setiap sensor dibaca dan LED indikator yang bersesuaian dengan sensor yang mendeteksi keberadaan api atau benda dinyalakan. LED indikator ini berfungsi untuk menunjukkan pembacaan setiap sensor oleh mikrokontroler.

54 44 Gambar 4.1 Diagram Alir Perangkat Lunak Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa bagian jelajah menjadi prioritas utama. Hanya jika ada api lilin yang terdeteksi dan tidak ada benda didepan robot, program jump ke bagian penemuan_api. Bagian jelajah dibagi dua, yaitu mode ruangan dan mode lapangan. Kedua mode ini diatur dengan meng-on/off-kan saklar yang terhubung dengan pin 1.4 pada mikrokontroler AT89C51. Sesuai dengan namanya mode ruangan diaktifkan jika robot berada dalam ruangan dan harus menelusuri ruangan itu