SELF-STABILIZING 2-AXIS MENGGUNAKAN ACCELEROMETER ADXL345 BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega8

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR SELF-STABILIZING 2-AXIS MENGGUNAKAN ACCELEROMETER ADXL345 BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega8 I NYOMAN BENNY RISMAWAN NIM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015 i

2 SELF-STABILIZING 2-AXIS MENGGUNAKAN ACCELEROMETER ADXL345 BERBASIS MIKROKONTROLER ATmega8 Tugas Akhir Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana I NYOMAN BENNY RISMAWAN NIM : JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN-BALI 2015 ii

3 LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS Tugas Akhir/Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar. Nama : I Nyoman Benny Rismawan NIM : Tanda Tangan : Tanggal : 31 Juli 2015 iii

4

5 KATA PENGANTAR Om Swastyastu puji syukur kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa, karena atas segala limpahan berkat dan Rahmat-Nya, sehingga Tugas Akhir yang berjudul ʻʻSelf-Stabilizing 2-Axis Menggunakan Accelerometer ADXL345 Berbasis Mikrokontroler Atmega8 ini dapat diselesaikan dengan tepat waktu. Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk pada kesempatan ini perkenankan penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT, Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT selaku ketua jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Ir. Cok Gede Indra Partha, M.Erg., MT. selaku dosen pembimbing I yang telah banyak memberikan arahan, waktu, semangat serta saran-saran selama penyusunan laporan. 4. Bapak Yoga Divayana, Ph.D. selaku dosen pembimbing II yang telah banyak memberikan arahan, waktu, semangat serta saran-saran selama penyusunan laporan. 5. Bapak, Ibu dan keluarga terima kasih atas do a, dukungan, serta saransaran yang selalu diberikan. 6. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang diberikan sehingga laporan ini bisa selesai tepat pada waktunya. iv

6 Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis mohon maaf kepada semua pihak jika dalam pembuatan Tugas Akhir ini melakukan kesalahan baik disegaja maupun tidak disengaja. Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian laporan Tugas Akhir ini. Bukit Jimbaran, Juli 2015 Penulis v

7 ABSTRAK Pada saat ini perkembangan teknologi khususnya pada bidang teknologi elektronika sangat pesat. Hal tersebut dapat dilihat dari banyaknya riset pengembangan teknologi yang dapat dioperasikan secara manual maupun otomatis. Salah satu bentuk pengaplikasian dari teknologi adalah Self-Stabilizing 2-Axis. Self-Stabilizing 2-Axis saat ini dibutuhkan pada beberapa bidang yang memerlukan kestabilan posisi dan sudut seperti pada bidang Sinematografi. Pada bidang Sinematografi, Self-Stabilizing 2-Axis dapat digunakan sebagai hand gimbal dan control penyeimbang kamera pada pesawat tanpa awak (Unmanned Aerial Vehicle). Pada bidang Arsitektur dan Teknik Sipil Self-Stabilizing 2-Axis dapat digunakan dalam pembacaan sudut. Sistem yang dibuat dalam penelitian ini adalah Self-Stabilizing 2-Axis menggunakan accelerometer ADXL345 berbasis mikrokontroler ATmega8. Pada penelitian ini salah satu alternatif yang dapat digunakan untuk mengimplementasikan derajat kemiringan pada Self-Stabilizing 2-Axis adalah dengan menggunakan sensor accelerometer ADXL345. Sensor accelerometer ADXL345 digunakan untuk mendeteksi kemiringan sudut 2-axis (x,y). Dengan nilai masukan yang didapat dari sensor, mikrokontroler akan memberikan Output PWM untuk menggerakkan 2 motor servo untuk mendapatkan posisi stabil pada Self-Stabilizing 2-Axis. Hasil yang dicapai dalam penerapan sistem ini yaitu sensor ADXL345 yang digunakan pada Self-Stabilizing 2-Axis dapat mendeteksi sudut kemiringan dan mengirimkan data ke mikrokontroler lalu data sudut kemiringan ditampilkan pada LCD. Self-Stabilizing 2-Axis dapat menstabilkan benda yang ada di permukaan alat ketika bagian bawah alat mengalami perubahan posisi sudut. Hal ini diakibatkan oleh pergerakan motor servo yang mendapat input duty cycle dari mikrokontroler ATmega8 sesuai dengan input yang diberikan oleh sensor accelerometer ADXL345. Dari hasil pengujian beban maksimal yang dapat diterima Self-Stabilizing 2-Axis sebesar ±750 gram. Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah Self Stabilizing 2-Axis berhasil memberikan posisi yang sesuai dengan nilai setpoint ketika Self Stabilizing 2-Axis mendapat perubahan posisi sudut dengan kemampuan rotasi dari motor servo yang digunakan adalah dari +90 o hingga 90 o. Self Stabilizing 2-Axis berhasil melakukan pembacaan sudut kemiringan dengan rata rata persentase kesalahan sebesar 0,45 % pada sumbu X dan 0,05% pada sumbu Y. Pembacaan sudut dilakukan dari -90 o hingga +90 o. Kata Kunci : Self Stabilizing 2-Axis, Accelerometer, Derajat Kemiringan, ATmega8 vi

8 ABSTRACT At this era, the technology is becoming very rapidly, especially in the field of electronics technology. This can be seen from the many research to develop technology that can be operated manually or automatically. One form of the application of the technology is Self-Stabilizing 2-Axis. Self-Stabilizing 2-Axis is currently required in several areas that require the stability of the position and angle as in the field of cinematography. In the field of cinematography, Self- Stabilizing 2-axis can be used as hand gimbal and balancer control the camera used on the drone. In the field of Architecture and Civil Engineering it can be used in the reading corner. The system created in this research is Self-Stabilizing 2-Axis using ADXL345 accelerometer based microcontroller ATmega8. In this research, one of the alternatives that can be used to implement the degree of slope on Self- Stabilizing 2-Axis is to use ADXL345 accelerometer sensor. The sensor is used to detect the tilt angle of 2-axis (x, y). With the input value obtained from the sensor, the microcontroller will provide PWM outputs to drive 2 servo motors to obtain a stable position on Self-Stabilizing 2-Axis. The results achieved in the implementation of this system is used ADXL345 sensor, it can detect the tilt angle and sends the data to the microcontroller and the tilt angle of the data displayed on the LCD. It can stabilize objects on the surface when the bottom changes the angle position. This is caused by the movement of servo motor that gets input duty cycle from the microcontroller ATmega8 according to the input given by the ADXL345 accelerometer sensor. From the test results were acceptable maximum load of ± 750 grams. The conclusion of this research is Self - Stabilizing 2-Axis manages to give the position corresponding to the set point value when it got a change of position angle with the ability of the rotation of the servo motor used is of + 90 o to -90 o. It managed to do a reading corner with a flat slope - average percentage error of 0.45% on the X axis and 0.05% on the Y axis reading corner made from -90 o to + 90 o. Keyword : Self Stabilizing 2-Axis, Accelerometer, ATmega8 vii

9 DAFTAR ISI Halaman JUDUL... i PRASYARAT GELAR... ii HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS... iii HALAMAN PERSETUJUAN... iv KATA PENGANTAR... v ABSTRAK... vii ABSTRACT... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG... xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Manfaat Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan Mutakhir Mikrokontroler Mikrokontroler ATmega Mikrokontroler ATmega8 Menggunakan Rangkaian Arduino NG Accelerometer ADXL Fitur ADXL LCD (Liquid Crystal Display) Motor Servo Pulsa Kendali Motor Servo PWM (Pulse Widht Modulation) I 2 C (Inter-Integrated Circuit) BAB III METODE DAN PERANCANGAN SISTEM Tempat dan Waktu Penelitian Data Sumber Data Metode Pengumpulan Data Jenis Data Bahan Penelitian viii

10 3.4 Peralatan Kerja Metode Perancangan Self-Stabilizing 2-Axis Menggunakan Sensor Accelerometer ADXL 345 Berbasis ATmega Perancangan Mekanik Self Stabilizing 2-Axis Perancangan Perangkat Keras (Hardware) Diagram Blok Self-Stabilizing 2-Axis Controller Perancangan Rangkaian Self-Stabilizing 2-Axis Controller Perancangan Rangkaian LCD Perancangan Rangkaian Push Buttom Perancangan Sensor Accelerometer ADXL345 Pada Mikrokontroler Perancangan Perangkat Lunak (Software) Diagram Alir (Flowchart) Program Ilustrasi Cara Kerja Self-Stabilizing 2-Axis BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Realisasi Hasil Perancangan Self - Stabilizing 2-Axis Pengujian dan Pembahasan Hasil Perancangan Self-Stabilizing 2-Axis Pengujian Mikrokontroler ATmega Pengujian Dan Pembahasan Rangkaian LCD Pengujian Dan Pembahasan Push Button Pengujian Kesesuaian Derajat Kemiringan Motor Servo Dalam Menentukan Posisi Set Point Pengujian Pembacaan Nilai Accelerometer ADXL Pengujian Pembangkitan Sinyal PWM Untuk Pergerakan Motor Servo Pengujian Keseluruhan Sistem Self-Stabilizing 2-Axis Berbasis ATmega Pengujian Self-Stabilizing 2-Axis Dengan Fungsi Penstabil Posisi Pengujian Self-Stabilizing 2-Axis Dengan Fungsi Pembacaan Sudut Cara Pengoperasian Self-Stabilizing 2-Axis BAB V PENUTUP Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ix

11 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Bentuk Fisik ATmega Gambar 2.2 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATmega Gambar 2.3 Accelerometer ADXL Gambar 2.4 LCD 16x2 Display Gambar 2.5 Motor Servo Gambar 2.6 Pulsa Kendali Motor Servo Gambar 2.7 Sinyal PWM dan Rumus Perhitungannya Gambar 2.8 Persentase Duty Cycle Gambar 2.9 Pengontrolan Tegangan Pulsa PWM Gambar 2.10 Konfigurasi Sistem I 2 C Gambar 2.11 Timing Diagram Sistem I 2 C Gambar 3.1 Tampilan 3D dari Self-Stabilizing 2-Axis Gambar 3.2 Diagram Blok Self-Stabilizing 2-Axis Controller Gambar 3.3 Skematik Rangkaian Self-Stabilizing 2-Axis Controller Gambar 3.4 Skematik Rangkaian LCD 16x Gambar 3.5 Skematik Rangkaian Push Button Gambar 3.6 Skematik Rangkaian Accelerometer ADXL345 Pada Mikrokontroler ATmega Gambar 3.7 Tampilan Awal Arduino Gambar 3.8 Flowchart algoritma Self-Stabilizing 2-Axis Gambar 3.9 Ilustrasi cara kerja Self-Stabilizing 2-Axis mendapatkan nilai error Gambar 3.10 Ilustrasi cara kerja Self-Stabilizing 2-Axis Dengan Media Karmera Gambar 3.11 Ilustrasi cara kerja Self-Stabilizing 2-Axis Menentukan Sudut 30 o Gambar 3.12 Ilustrasi cara kerja Self-Stabilizing 2-Axis Menentukan Sudut 30 o Dengan Mendapat Nilai Error Gambar 4.1 Rangkaian Controller Self-Stabilizing 2-Axis Gambar 4.2 Mekanik Self-Stabilizing 2-Axis (a) Tampak Depan (b) Tampak Belakang Gambar 4.3 Diagram Blok Pengujian Pengiriman Data Mikrokontroler Gambar 4.4 Hasil Pengujian Pengiriman Data Mikrokontroler ATmega Gambar 4.5 Diagram Blok Pengujian LCD Gambar 4.6 Pengujian LCD Mengampilkan Huruf dan Angka Gambar 4.7 Diagram Blok Pengujian Push Button Gambar 4.8 Tombol Push Button Self-Stabilizing 2-Axis x

12 Gambar 4.9 Pengujian Pengukuran Tegangan Push Button (a) Kondisi Push Button ON (b) Kondisi Push Button OFF Gambar 4.10 Diagram Blok Rangkaian Mikrokontroler ATmega8 Dengan Output Motor Servo Gambar 4.11 Pengujian Derajat Kemiringan Motor Servo Menentukan Set Point Sumbu X (a) Pengujian Dengan Alat Ukur Busur (b) Tampilan LCD Dengan Set Point Sumbu X 30 o Gambar 4.12 Pengujian Derajat Kemiringan Motor Servo Menentukan Set Point Sumbu Y (a) Pengujian Dengan Alat Ukur Busur (b) Tampilan LCD Dengan Set Point Sumbu Y 150 o Gambar 4.13 Grafik Pengujian Derajat Kemiringan Motor Servo Menentukan SetPoint Sumbu X Gambar 4.14 Grafik Pengujian Derajat Kemiringan Motor Servo Menentukan SetPoint Sumbu Y Gambar 4.15 Blok Diagram Pengujian Sensor Accelerometer ADXL Gambar 4.16 Pengujian Pembacaan Nilai Sensor Accelerometer ADXL345 (a) Pengujian Pada Sumbu X (b) Pengujian Pada Sumbu Y Gambar 4.17 Grafik Pengujian Derajat Kemiringan Sensor Pada Sumbu X dan Sumbu Y Gambar 4.18 Blok Diagram Pengujian Pembangkitan Sinyal PWM Gambar 4.19 Proses Pengujian Pembangkitan Sinyal PWM Self-Stabilizing 2-Axis Gambar 4.20 Input PWM Untuk Membuat Motor Servo Bergerak (a) Sebesar 0 o Pada Sumbu X dan Sumbu Y (b) Sebesar 30 o Pada Sumbu X dan Sumbu Y Gambar 4.21 Input PWM Untuk Membuat Motor Servo Bergerak (a) Sebesar 60 o Pada Sumbu X dan Sumbu Y (b) Sebesar -30 o Pada Sumbu X dan Sumbu Y Gambar 4.22 Input PWM Untuk Membuat Motor Servo Bergerak (a) Sebesar -60 o Pada Sumbu X dan Sumbu Y (b) Sebesar -80 o Pada Sumbu X dan Sumbu Y Gambar 4.23 Proses Pengujian Tegangan Duty Cycle Motor Servo Pada 0 o. 62 Gambar 4.24 Grafik Persentase Duty Cycle Pada Motor Servo Sumbu X Dan Sumbu Y Gambar 4.25 Grafik Tegangan Duty Cycle Pada Motor Servo Sumbu X Dan Sumbu Y o Gambar 4.26 Pengujian Kestabilan Posisi Pada Sumbu X (a) Derajat Kemiringan Bagian Bawah (b) Derajat Kemiringan Permukaan Alat xi

13 Gambar 4.27 Pengujian Kestabilan Posisi Pada Sumbu Y (a) Derajat Kemiringan Bagian Bawah (b) Derajat Kemiringan Permukaan Alat Gambar 4.28 Grafik Dari Kestabilan Pada Sumbu X Dan Sumbu Y Dengan Setpoint 0 o Gambar 4.29 Grafik Dari Kestabilan Pada Sumbu X Dan Sumbu Y Dengan Setpoint 45 o Gambar 4.30 Grafik Dari Kestabilan Pada Sumbu X Dan Sumbu Y Dengan Setpoint 90 o Gambar 4.31 Grafik Dari Kestabilan Pada Sumbu X Dan Sumbu Y Dengan Setpoint -45 o Gambar 4.32 Pengujian Pembacaaan Sudut Kemiringan Pada Sumbu X Gambar 4.33 Pengujian Pembacaaan Sudut Kemiringan Pada Sumbu Y Gambar 4.34 Grafik Pembacaan Sudut Kemiringan Pada Sumbu X dan Sumbu Y xii

14 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Fungsi-fungsi Port pada Mikrokontroler ATmega Tabel 2.1 Lanjutan... 9 Tabel 2.2 Fungsi Port I/O ATmega8 Pada Rangkaian Arduino... 9 Tabel 2.2 Lanjutan Tabel 2.3 Keterangan Motor Servo HS-805BB Tabel 3.1 Tabel Hubungan Input Output Self-Stabilizing 2-Axis Controler. 24 Tabel 3.1 Lanjutan Tabel 3.2 Tabel Hubungan Input Output Rangkaian LCD Dan Rencana Tampilan LCD Tabel 3.3 Perencanaan Fungsi Masing-Masing Tombol Tabel 4.1 Spesifikasi Self-Stabilizing 2-Axis Tabel 4.2 Fungsi Masing Masing Tombol Self-Stabilizing 2-Axis Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tegangan Push Button Tabel 4.4 Hasil Pengujian kesesuaian derajat kemiringan motor servo dalam menentukan set point pada sumbu X Tabel 4.4 Lanjutan Tabel 4.5 Hasil Pengujian Kesesuaian Derajat Kemiringan Motor Servo Dalam Menentukan Set Point Pada Sumbu Y Tabel 4.5 Lanjutan Tabel 4.6 Hasil Pengujian Nilai Sensor Accelerometer ADXL345 Pada Sumbu X dan Sumbu Y Tabel 4.6 Lanjutan Tabel 4.7 Hasil Pengujian Pembangkitan Sinyal PWM Self-Stabilizing 2- Axis Tabel 4.7 Lanjutan Tabel 4.8 Hasil Pengujian Kestabilan Pada Sumbu X dan Y Dengan Nilai Setpoint 0 o Tabel 4.8 Lanjutan Tabel 4.9 Hasil Pengujian Kestabilan Pada Sumbu X dan Sumbu Y Dengan Nilai Setpoint 45 o Tabel 4.9 Lanjutan Tabel 4.10 Hasil Pengujian Kestabilan Pada Sumbu X dan Sumbu Y Dengan Nilai Setpoint 90 o Tabel 4.11 Hasil Pengujian Kestabilan Pada Sumbu X dan Sumbu Y Dengan Nilai Setpoint -45 o Tabel 4.11 Lanjutan xiii

15 Tabel 4.12 Hasil Pengujian Pembacaan Sudut Kemiringan Pada Sumbu X dan Sumbu Y Tabel 4.12 Lanjutan xiv

16 DAFTAR SINGKATAN ADC ASCII AVR CISC CCW CW DC D IN D OUT FeCl 3 FIFO I 2 C IDE ISP GND LED LCD MISO MOSI PC PCB PWM R/W RST RSTDISBL RS RX SCK SPI TX USB V CC XTAL = Analog Digital Converter = American Standard Code for Information Interchange = Alf and Vegard RISC = Complex Instruction Set = Counter Clock Wise = Clock Wise = Direct Current = Data input = Data Output = feriklorida = first-in, first-out = Inter-Integrated Circuit = Integrated Development Environment = In-System Programing = Ground = Light Emitting Dioda = Liquid Crystal Display = Master Input/Slave Output = Master Output/Slave Input = Personal Computer = Printing Circuit Board = Pulse Width Modulation = Read or Write = Reset = Reset Disable = Register Select = Receiver = Serial Clock = Serial Peripheral Interface = Transmitter = Universal Serial Bus = Voltage Common Collector = Crystal xv