BAB III PERANCANGAN Gambaran Alat

Transkripsi

1 BAB III PERANCANGAN Pada bab ini penulis menjelaskan mengenai perancangan dan realisasi sistem bagaimana kursi roda elektrik mampu melaksanakan perintah suara dan melakukan pengereman otomatis apabila mendeteksi halangan. Bahasan perancangan dimulai dengan penjelasan alat secara keseluruhan yaitu penjelasan singkat bagaimana alat bekerja. Pembahasan selanjutnya mengenai penjelasan perancangan dari sistem elektroniknya, yaitu perancangan mikrokontroler sebagai pengendali utama serta komponen lain yang terhubung pada mikrokontroler. Kemudian pembahasan diakhiri dengan penjelasan perancangan perangkat lunak, berupa program pada mikrokontroler untuk mengolah data Voice Recognition V3 Module dan sensor ultrasonik Gambaran Alat Sistem yang dirancang oleh penulis yaitu sebuah alat yang mengadopsi bentuk dari kursi roda manual pada umumnya, hanya ada beberapa modifikasi yaitu ditambahkan motor DC pada dua roda belakangnya. Pada kursi roda elektrik ini terdapat Voice Recognition V3 Module sebagai modul pengenal suara dari perintah yang diucapkan oleh pengguna. Serta terdapat 6 buah sensor ultrasonik yang berfungsi sebagai pendeteksi jarak antara kursi roda elektrik dengan penghalang, motor DC yang menjadi penggerak kursi roda elektrik,dan sebuah buzzer yang akan berbunyi memberikan peringatan pada pengguna bahwa di depan atau di belakangnya terdapat penghalang. Bagian-bagian pada sistem ini antara lain Voice Recognition V3 Module, modul sensor ultrasonik, motor DC dan Buzzer terhubung pada mikrokontroler dengan blok diagram sebagai berikut: 16

2 Gambar 3.1. Blok diagram sistem. Secara garis besar, data yang diperoleh dari Voice Recognition V3 Module akan diolah oleh mikrokontroler menjadi data perintah yang akan menggerakan kursi roda elektrik.mikrokontroler juga akan mengolah data dari sensor ultrasonik yang berada di depan maupun belakang dari kursi roda elektrik, supaya kursi roda elektrik mampu mendeteksi penghalang, dan akan menyalakan Buzzer sebagai peringatan bagi pengguna apabila ada penghalang Perancangan Perangkat Keras Perangkat keras yang dirancang mengadopsi dari kursi roda yang banyak terdapat di pasaran yang kemudian akan dimodifikasi dengan menambahkan beberapa komponen elektronik. Di bagian belakang terdapat 2 buah roda aktif yang dengan motor DC di tiap roda nya. Di bagian depan terdapat 2 buah roda pasif dan terpasang pula pada kursi roda elektrik komponen elektronik lain yaitu: Voice Recognition V3 Module sebagai modul pengenal suara. Modul sensor ultrasonik SRF-04 sebagai pendeteksi jarak. Board mikrokontroler jenis Arduino Mega. Buzzer. 17

3 Berikut sketsa perancangan perangkat keras yang dibuat. Gambar 3.2. Sketsa Kursi Roda Elektrik tampak depan. Gambar 3.3. Sketsa Kursi Roda Elektrik tampak belakang 18

4 . Gambar 3.4. Sketsa Kursi Roda Elektrik tampak samping. Gambar 3.5. Realisasi Kursi Roda Elektrik Tampak Depan. 19

5 Gambar 3.6. Realisasi Kursi Roda Elektrik Tampak Belakang. Karena diinginkan kursi roda elektrik mampu melaju dengan kecepatan 1 Km/jam- 2 Km/jam. Disediakan 2 motor DC high torgue dengan kecepatan dan jari-jari poros yaitu 60 Rpm dan 1 cm tiap motor nya. Kecepatan dari motor tersebut dapat diketahui V= ω r 2 = = 6,28 cm/s = cm/jam = 0,22608 km/jam Dimana: V = kecepatan ω = kecepatan sudut r = jari-jari poros yang berputar 20

6 Gambar 3.7. sketsa konfigurasi perbandingan gear. Untuk menambah torsi dan mencapai kecepatan yang diinginkan yaitu 1 km/jam-2km/jam maka ditambahkan gear external dengan perbandingan gear 10 : 30 maka rpm roda yang dihasilkan adalah Driver Gear RPM Driver Gear = Driven Gear RPM Driven Gear = 30 RPM Driven Gear RPM Driven Gear = 30 = 20 21

7 Roda pada kursi roda elektrik berjari-jari 17 cm. Maka perhitungannya menjadi: V= ω r 2 = = 35,58 cm/s = cm/jam = 1,28 km/jam dengan perancangan seperti ini diharapkan kursi roda elektrik mampu melaju dengan kecepatan 1 Km/jam 2 Km/jam Perancangan Elektronika Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan elektronika yang dipakai dalam sistem yang akan dibuat. Perancangan elektronika dalam pembuatan tugas akhir ini terdiri dari bagian-bagian utama sebagai berikut: 1. Mikrokontroler jenis Arduino Mega sebagai pengendali utama. 2. Sensor Ultrasonik SRF Driver Motor Pengendali Utama Pengendali utama pada tugas akhir ini menggunakan board Arduino Mega dengan IC mikrokontroler ATmega Sebagai pengendali utama, tugas mikrokontroler antara lain: 1. Mengambil data dari Voice Recognition V3 Module. 2. Mengambil data dari Sensor Ultrasonik. 3. Mengolah data yang didapat darivoice Recognition V3 Module maupun dari Sensor Ultrasonik. 4. Menggerakan motor DC. 22

8 Tabel 3.1. Konfigurasi Pin Mikrokontroler Nomor Pin Fungsi 11 RX Voice Recognition V3 Module 12 TX Voice Recognition V3 Module 32 Pin Trigger sensor ultrasonik belakang kanan 33 Pin Echo sensor ultrasonik belakang kanan 34 Pin Trigger sensor ultrasonik belakang kiri 35 Pin Echo sensor ultrasonik belakang kiri 39 Buzzer 44 Pin Trigger sensor ultrasonik belakang tengah 45 Pin Echo sensor ultrasonik belakang tengah 46 Pin Trigger sensor ultrasonik depan kanan 47 Pin Echo sensor ultrasonik depan kanan 48 Pin Trigger sensor ultrasonik depan kiri 49 Pin Echo sensor ultrasonik depan kiri 50 Pin Trigger sensor ultrasonik depan tengah 51 Pin Echo sensor ultrasonik belakang tengah Pada Tabel 3.1 dijelaskan mengenai konfigurasi pin antara mikrokontroler AVR ATmega 2560 dengan Voice Recognition V3 Module, buzzer dan modul sensor ultrasonik SRF

9 Voice Recognition V3 Module Voice Recognition V3 Module digunakan untuk melaksanakan proses pengenalan suara. Pengguna akan mengucapkan suatu perintah lewat modul ini, selanjutnya perintah tersebut akan membuat kursi roda elektrik untuk bergerak. Voice Recognition V3 Module adalah sebuah modul pengenal suara yang bersifat dependent speaker.modul ini dapat mendukung sampai 80 perintah suara secara keseluruhan.maksimal 7 perintah suara yang dapat bekerja pada waktu bersamaan.suara apapun dapat direkam sebagai perintah dengan catatan suara yang direkam mempunyai lama waktu pengucapan selama 1500 ms. Pengguna harus merekam suara pada modul terlebih dahulu sebelum modul ini dapat mengenali setiap perintah suara yang diucapkan oleh pengguna. Selanjutnya perintah suara yang tersimpan dapat digunakan sebagai perintah untuk mengendalikan kursi roda elektrik. Skema konfigurasi pin antara Voice Recognition V3 Module dengan Arduino Mega. Gambar 3.8. Skema Konfigurasi Pin Voice Recognition V3 Module dengan Arduino Mega. 24

10 Gambar 3.8 menjelaskan konfigurasi pin antara Arduino Mega dengan Voice Recognition V3 Module. Voice Recognition V3 Module diberi catu sebesar 5 volt agar dapat bekerja. Kemudian pin 11 Arduino Mega dihubungkan dengan pin TX Voice Recognition V3 Module, dan pin 12 Arduino Mega terhubung dengan pin RX Voice Recognition V3 Module agar mikrokontroler dapat membaca dan mengolah data dari Voice Recognition V3 Module Sensor Ultrasonik Untuk menambah fungsi keamanan pada kursi roda elektrik supaya kursi roda elektrik tidak menabrak penghalang yang ada di depan maupun di belakang maka dipasang 3 sensor ultrasonik pada bagian depan kursi roda dan 3 sensor ultrasonik pada bagian belakang sebagai pendeteksi adanya penghalang. Pemilihan modul sensor ultrasonik SRF-04 dikarenakan modul ini tergolong umum dan mudah didapatkan di toko elektronik dan dalam penggunaannya cukup mudah. Skema konfigurasi pin antara modul sensor ultrasonik SRF-04, buzzer dengan Arduino Mega. Gambar 3.9. Skema Konfigurasi Pin Sensor Ultrasonik SRF-04, Buzzer dengan Arduino Mega. 25

11 Agar mikrokontroler dapat menerima data dari sensor ultrasonik SRF-04, pin VCC dari setiap sensor ultrasonik dihubungkan dengan pin 5V pada arduino mega. Pin ground pada tiap sensor ultrasonik juga dihubungkan dengan pin GND pada arduino mega. Selanjutnya pin trigger sensor ultrasonik belakang kanan, belakang tengah, dan belakang kiri dihubungkan dengan pin nomor 32, 44, 34 arduino mega. pin echo sensor ultrasonik belakang kanan, belakang tengah, dan belakang kiri dihubungkan dengan pin nomor 33, 45, 35 arduino mega. pin trigger sensor ultrasonik depan kanan, depan tengah, dan depan kiri dihubungkan dengan pin nomor 46, 50, 48 arduino mega. pin echo sensor ultrasonik depan kanan, depan tengah, dan depan kiri dihubungkan dengan pin nomor 47, 51, 49 arduino mega. dan pin nomor 39 pada arduino mega dihubungkan dengan buzzer Driver Motor Pada skripsi ini, kursi roda yang akan direalisasikan diharuskan untuk bergerak maju, mundur, berputar searah jarum jam/clockwise (CW), dan berputar berlawanan dengan jarum jam/counterclockwise (CCW). Maka digunakanlah driver motorh-bridge. Fungsi utama dari rangkaian H-bridge itu adalah untuk mengubah arah arus listrik di motor (M),baik dari kiri atau kanan. Perubahan arah arus tersebut digunakan untuk mengubah putaran motor, CW atau CCW. Gambar Rangkaian Driver Motor Kanan Rangkaian pada Gambar 3.10 terdiri dari dua buah Mosfet kanal P (IRF 9640) yaitu Q1 dan Q2, dan dua buah Mosfet kanal N(IRF640) yaitu Q3 dan Q4. 26

12 Prinsip kerja rangkaian ini adalah dengan mengatur mati-hidupnya ke empat Mosfet tersebut yang dikendalikan oleh 2 saklar disetiap driver motor. Saklar-saklar tersebut dihubungkan ke mikrokontroler. Bagian atas rangkaian akan dihubungkan dengan sumber daya kutub positif, sedangkan bagian bawah rangkaian akan dihubungkan dengan sumber daya kutub negatif. Tabel 3.2. Cara Kerja Driver Motor S1 S2 Gate Q1 Gate Q2 Gate Q3 Gate Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 PUTARAN MOTOR OFF OFF ON ON Berhenti OFF ON ON OFF CCW ON OFF OFF ON CW ON ON OFF OFF Berhenti Tabel 3.2 menjelaskan cara kerja dari rangkaian driver motor. Apabila S1 atau saklar 1 dan S2 atau saklar 2 diberikan inputan 0, maka semua kaki gate mosfet akan bernilai 1 karena langsung terhubung oleh VCC yang menyebabkan mosfet Q1, Q2, Q3, dan Q4 bernilai OFF, OFF, ON dan ON, sehingga kedua polaritas motor akan terhubung pada kutub negatif dari catu daya yang mengakibatkan tidak ada perbedaan tegangan pada kedua polaritas motor, sehingga motor tidak akan berputar. Ketika S1 atau saklar 1 dan S2 atau saklar 2 diberikan inputan 0 dan inputan 1, maka semua kaki gate mosfet akan bernilai 1 karena langsung terhubung oleh VCC yang menyebabkan mosfet Q1, Q2, Q3, dan Q4 bernilai OFF, ON, ON dan OFF. Maka sisi kanan motor akan terhubung dengan kutub positif dari catu daya sedangkan sisi kiri motor akan terhubung dengan kutub negatif dari catu daya. Maka motor akan berputar berlawanan arah jarum jam atau CCW. Ketika S1 atau saklar 1 dan S2 atau saklar 2 diberikan inputan 1 dan inputan 0, maka semua kaki gate mosfet akan bernilai 1 karena langsung terhubung oleh VCC yang menyebabkan mosfet Q1, Q2, Q3, dan Q4 bernilai ON, OFF, OFF dan ON. Maka sisi kiri motor akan terhubung dengan kutub positif dari catu daya 27

13 sedangkan sisi kanan motor akan terhubung dengan kutub negatif dari catu daya. Maka motor akan berputar searah jarum jam atau CW. Apabila S1 atau saklar 1 dan S2 atau saklar 2 diberikan inputan 1, maka semua kaki gate mosfet akan bernilai 0 karena langsung terhubung oleh ground yang menyebabkan mosfet Q1, Q2, Q3, dan Q4 bernilai ON, ON OFF dan OFF. Konfigurasi ini akan menyebabkan sisi kiri dan kanan motor terhubung pada kutub yang sama yaitu kutub positif sehingga tidak ada perbedaan tegangan diantara dua buah polaritas motor, sehingga motor akan diam Perancangan Perangkat Lunak Pada bagian ini kan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak yang digunakan pada sistem yang dibuat. Yaitu akan membahas mengenai bagaimana mikrokontroler bekerja sebagai pengolah data dan pengendali utama Program Mikrokontroler Perancangan perangkat lunak mikrokontroler menggunakan IC ATmega 2560 yang terdapat pada board mikrokontroler Arduino Mega. Pada mikrokontroler ATmega 2560 dirancang sebuah program untuk mengambil data dari Voice Recognition V3 Module dan membaca data yang dikirimkan oleh sensor ultrasonik guna memberikan perintah pada kursi roda elektrik untuk bergerak dan memberikan peringatan kepada pengguna saat sensor ultrasonik mendeteksi penghalang. Program diawali dengan pengambilan data dari Voice Recognition V3 Module dan mengolahnya, apabila pengguna mengucapkan perintah Maju maka kursi roda elektrik akan bergerak maju, apabila pengguna mengucapkan perintah Mundur maka kursi roda elektrik akan bergerak mundur, apabila pengguna mengucapkan perintah Kanan maka kursi roda elektrik akan berotasike kanan, apabila pengguna mengucapkan perintah Kiri maka kursi roda elektrik akan berotasi ke kiri dan apabila pengguna mengucapkan perintah Stop maka kursi roda elektrik akan berhenti. Kemudian program akan mengambil data dari sensor ultrasonik, kemudian mengolah nya untuk mendapatkan jarak antara kursi roda elektrik dengan penghalang yang ada di depannya maupun belakangnya, apabila jarak antara kursi roda elektrik dengan penghalang <50cm, maka sistem akan 28

14 memberikan peringatan kepada pengguna dengan menghidupkan Buzzer, kemudian akan melakukan pengereman otomatis. Selanjutnya program akan kembali melakukan pengambilan data pada Voice Recognition V3 Module. Berikut adalah diagram alir program mikrokontroler pada sistem yang dirancang. Gambar Diagram Alir Mikrokontroler. 29

15 Penjelasan diagram alir mikrokontroler: 1. Program pada mikrokontroler akan langsung berjalan saat mendapatkan catu daya. 2. Setelah mendapatkan catu, mikrokontroler langsung membaca data dari Voice Recognition V3 Module. Kemudian pengguna memilih mode pada Voice Recognition V3 Module yang akan digunakan, ada 4 mode yang tersedia yaitu tambah perintah, hapus perintah, lihat perintah dan coba perintah. 3. Mode tambah perintah digunakan untuk menambah perintah suara yang akan digunakan. 4. Mode hapus perintah digunakan untuk menghapus perintah suara yang telah disimpan sebelumnya. 5. Mode lihat perintah digunakan untuk melihat perintah suara yang disimpan sebelumnya. 6. Mode coba perintah digunakan untuk mencoba perintah suara yang telah disimpan. 7. Apabila ada perintah suara dari pengguna, program akan mengecek apakah input suara yang diberikan adalah input suara Maju, apabila benar maka motor kanan dan motor kiri akan bergerak maju. Apabila bukan perintah Maju yang diucapkan maka akan mengecek lagi perintah suara yang diucapkan. 8. Kemudian sensor ultrasonik bagian depan akan mengecek jarak antara kursi roda elektrik bagian depan dengan penghalang didepannya. Apabila ada halangan berjarak kurang dari 50cm dari bagian depan dari kursi roda elektrik. Maka sistem akan mengaktifkan Buzzer sebagai peringatan kepada pengguna, dan kursi roda elektrik akan melakukan pengereman otomatis. 9. Apabila jarak antara sensor ultrasonik bagian depan dengan penghalang didepannya lebih dari 50cm, maka kursi roda elektrik tetap bergerak maju. 10. Apabila ada perintah suara Mundur dari pengguna, program akan mengecek apakah input suara yang diberikan adalah input suara Mundur, apabila benar maka motor kanan dan motor kiri akan bergerak mundur. 30

16 Apabila bukan perintah Mundur yang diucapkan maka akan mengecek lagi perintah suara yang diucapkan. 11. Kemudian sensor ultrasonik bagian belakang akan mengecek jarak antara kursi roda elektrik bagian depan dengan penghalang dibelakangnya. Apabila ada halangan berjarak kurang dari 50cm dari bagian belakang dari kursi roda elektrik. Maka sistem akan mengaktifkan Buzzer sebagai peringatan kepada pengguna, dan kursi roda elektrik akan melakukan pengereman otomatis. 12. Apabila jarak antara sensor ultrasonik bagian depan dengan penghalang dibelakangnya lebih dari 50cm, maka kursi roda elektrik tetap bergerak mundur. 13. Apabila ada perintah suara Kanan, maka program akan mengecek apakah input suara yang diberikan adalah input suara Kanan, apabila benar maka motor kanan akan bergerak mundur dan motor kiri akan bergerak maju. Apabila bukan perintah Kanan yang diucapkan maka akan mengecek lagi perintah suara yang diucapkan. 14. Kemudian sensor ultrasonik bagian depan akan mengecek jarak antara kursi roda elektrik bagian depan dengan penghalang didepannya. Apabila ada halangan berjarak kurang dari 50cm dari bagian depan dari kursi roda elektrik. Maka sistem akan mengaktifkan Buzzer sebagai peringatan kepada pengguna, dan kursi roda elektrik akan melakukan pengereman otomatis. 15. Apabila jarak antara sensor ultrasonik bagian depan dengan penghalang didepannya lebih dari 50cm, maka kursi roda elektrik tetap berotasi kea rah kanan. 16. Apabila ada perintah suara Kiri, maka program akan mengecek apakah input suara yang diberikan adalah input suara Kiri, apabila benar maka motor kanan akan bergerak maju dan motor kiri akan bergerak mundur. Apabila bukan perintah Kiri yang diucapkan maka akan mengecek lagi perintah suara yang diucapkan. 17. Kemudian sensor ultrasonik bagian depan akan mengecek jarak antara kursi roda elektrik bagian depan dengan penghalang didepannya. Apabila ada halangan berjarak kurang dari 50cm dari bagian depan dari kursi roda 31

17 elektrik. Maka sistem akan mengaktifkan Buzzer sebagai peringatan kepada pengguna, dan kursi roda elektrik akan melakukan pengereman otomatis. 18. Apabila jarak antara sensor ultrasonik bagian depan dengan penghalang didepannya lebih dari 50cm, maka kursi roda elektrik tetap berotasi kea rah kiri. 19. Apabila ada perintah suara Stop, maka program akan mengecek apakah input suara yang diberikan adalah input suara Stop, apabila benar maka motor kanan akan berhenti maju dan motor kiri juga akan berhenti. Apabila bukan perintah Stop yang diucapkan maka akan mengecek lagi perintah suara yang diucapkan. 20. Program akan berulang terus menerus. 32