ROBOT KESEIMBANGAN DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR MPU6050 DAN KONTROL PID BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA32

Transkripsi

1 ROBOT KESEIMBANGAN DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR MPU6050 DAN KONTROL PID BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA32 LAPORAN AKHIR Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Pada Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Oleh: IRENE TARADIAS POLITEKNIK NEGERISRIWIJAYA PALEMBANG 2016 i

2 LEMBAR PENGESAHAN ROBOT KESEIMBANGAN DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR MPU6050 DAN KONTROL PID BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA32 Pembimbing I IRENE TARADIAS Palembang, Agustus 2016 Pembimbing II Amperawan,S.T.,M.T Ir. Faisal Damsi, M.T NIP NIP Ketua Jurusan Teknik Elektro Mengetahui Ketua Program Studi Teknik Elektronika Yudi Wijanarko,S.T.M.T Amperawan,S.T.,M.T NIP NIP ii

3 SURAT PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR Saya yang bertanda tangan dibawah ini: Nama : Irene Taradias NIM : Jurusan : Teknik Elektro Program Studi : Teknik Elektronika Dengan ini menyatakan bahwa tugas akhir yang berjudul "Robot Keseimbangan Dengan Menggunakan Sensor MPU6050 Dan Kontrol Pid Berbasis Mikrokontroller Atmega32" merupakan hasil penelitian saya sendiri, tidak terdapat karya yang pemah diajukan untuk memperoleh gelar ahli madya Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pemah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Palembang, Agustus 2016 Yang Menyatakan IRENE TARADIAS NIM iii

4 Motto: Tidak Semua Yang Diharapkan Akan Terwujud dan Tidak Semua Yang Ditakutkan Akan Terjadi, Nothing Is Impossible. Tetaplah Bersyukur, Karena Bersyukur Adalah Langkah Pertamamu Untuk Bahagia. Dengan rasa syukur kepada Allah SWT, Laporan Akhir ini saya persembahkan kepada: Kedua Orang tua Saya dan seluruh anggota keluarga. Bapak Amperawan dan Bapak Faisal Damsi atas lmu yang diberikan dan bimbingannya yang sangat luar biasa. Seseorang yang selalu membakar api semangat, Medlest Sahabat-sahabat yang selalu mendukung dan menganggap saya;wardah Zahra, Isny Wasylawati, Dea Monita, Siti Citra Daniska, Rizka Supriyanti, Rizky Pratiwi, Riska Damayanti, Elsa Rahmayanti, Bunga Sukmawati, Essa Kemala Helau, Ani Krisdayanti dan Yolanda Widyastuti. Almamater Terhebat, POLSRI. iv

5 ABSTRAK ROBOT KESEIMBANGAN DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR MPU 6050 DAN KONTROL PID BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA32 (2016:74Halaman+xivHalaman+DaftarPustaka+Lampiran) IRENE TARADIAS TEKNIKELEKTRO TEKNIKELEKTRONIKA POLITEKNIKNEGERI SRIWIJAYA Laporan akhir ini menjelaskan tentang Robot Keseimbangan Dengan Menggunakan Sensor MPU6050 dan Kontrol PID Berbasis Mikrokontroller ATmega32. Tujuannya adalah untuk merancang robot keseimbangan yang mampu menyeimbangkan dirinya dengan menggunakan control PID sebagai sebuah sistem control berbasis mikrokontroller ATmega32. Dengan menggunakan control PID, didapatkan hasil tuning untuk Robot keseimbangan yaitu Kp=19, Ki=4, Kd=14. Sistem robot keseimbangan ini dapat stabil yaitu mampu mempertahankan posisi berdiri dan tanpa terjatuh dalam range -30 sampai dengan 30 dari posisi tegak lurus pada sumbu Y yaitu 0. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa pengaturan keseimbangan robot roda dua dapat dengan cepat tercapai selama mekanik robotnya stabil. Keseimbangan akan sulit terpenuhi jika bagian atas robot dibebani benda berat. Katakunci: Sensor MPU6050, PID, Robot Keseimbangan v

6 ABSTRACT BALANCING ROBOT BY USING 6050-MPU SENSOR AND PID CONTROL BASED ON ATMEGA32 MICROCONTROLLER (2016;74 Page+ xiv Page+ Bibliography+ attachment) IRENE TARADIAS TEKNIKELEKTRO TEKNIKELEKTRONIKA POLITEKNIKNEGERI SRIWIJAYA This final project describes about Balancing Robot by Using 6050-MPU Sensor and PID Control Based on ATMEGA32 Microcontroller. The purpose is to devise the balancing robot which can balance itself by using a 6050-MPU sensor as the slope detector and PID control as control system based on ATMEGA32 microcontroller. By applying PID control, tuning result for balancing robot is gained. The result is kp=19, ki=4, kd=14. This robot balancing system can be stable or can mantain standing position without falling on range around 30 until 30 from standing position which is 0. From this research, it can be concluded if the setting of balancing twowheeled robot can reach fast as the mechanic robot is stable. The balance will hard to fulfill if the top of the robot is burdened by heavy object. Keyword:6050-MPU Sensor, PID, Balancing Robot vi

7 KATAPENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat kesehatan dan kekuatan serta berkat rahmat dan hidayah penulis dapat menyelesaikan Laporan Akhir ini yang berjudul Robot Keseimbangan Dengan Menggunakan Sensor Mpu 6050 Dan Kontrol Pid Berbasis Mikrokontroller Atmega32 dengan baik. Laporan Akhir ini dibuat untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikandiplomaiii pada jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya. Selama penyusunan Laporan Akhir ini penulis mendapat beberapa hambatan dan kesulitan, namun berkat dorongan dan bimbingan dari berbagai pihak, segala hambatan dan kesulitan tersebut dapat terselesaikan. Untuk itu penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada: Bapak Amperawan, S.T.,M.T. Selaku pembimbing I Bapak Ir. Faisal Damsi, M.T. Selaku pembimbing II Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat : 1. Bapak Dr. Ing. Ahmad Taqwa, M.T. selaku Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya. 2. Bapak Yudi Wijanarko, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya. 3. Bapak H. Herman Yani, S.T., M.Eng. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya. 4. Bapak Amperawan, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya 5. Kepada Orang Tua dan keluarga saya yang selama ini memberikan semangat dan dukungan moril dan materil. vii

8 6. Seluruh dosen, staf dan instruksi pada Program Studi teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang yang membantu penulis dalam kelancaran penulisan laporan akhir ini. 7. Teman-teman seperjuangan kelas 6 ED yang telah membantu dengan berbagai pengetahuan dalam pembuatan laporan akhirini. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan akhir ini masih terdapat kekurangan dan kekeliruan, baik mengenai isi maupun cara penulisan. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritikyang bersifat membangun. Akhir kata penulis mengharapkan semoga laporan akhir ini dapat bermanfaat bagi semua dan semoga segala bantuan serta bimbingan yang penyusun dapatkan selama ini mendapat rahmat dan ridho dari Allah SWT, Aamiin Ya Robbal A lamin. Palembang, Agustus 2016 Penulis viii

9 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN... ii LEMBAR KEASLIAN...iii MOTTO... iv ABSTRAK... v KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Tujuan dan Manfaat Tujuan Manfaat Metodologi Penulisan Metode Literatur Metode Observasi Metode Wawancara Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Robot Robot Keseimbangan (Balancing Robot) Aplikasi Robot Keseimbangan (Balancing Robot) Modul MPU Sensor Gyroscope Sensor Accelerometer Kontrol PID Kontrol Proportional Kontrol Integral Kontrol Derivative Realisasi Kontrol PID Pada Bahasa Pemrograman Mikrokontroller ATmega Konfigurasi Pin ATmega Motor DC IC L298 (Motor Driver) Liquid Crystal DisplayLCD) Catu Daya Basic Compiler AVR ix

10 Kontruksi Bahasa BASIC Pada Bascom-AVR Pengarah Preprosesor Tipe Data Konstanta dan Variable Deklarasi Variable, Konstanta, Fungsi dan Buatan Operator BAB III RANCANG BANGUN 3.1 Perancangan Robot Perancanga Hardware Robot Perancangan Software(Pemogramanan) Robot Perancangan Rangkaian Perancangan Layout Rangkaian Power supply Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroller ATmega Rangkaian LCD 16x Rangkaian Driver Motor Modul Sensor MPU Tujuan Perancangan Prinsip Kerja Alat Daftar Komponen dan Bahan BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Pengukuran dan Pengujian Alat Tujuan Pengukuran Alat Rangkaian Pengujian Peralatan yang Digunakan Langkah-langkah Pengukuran Hasil Pengukuran dan Pengujian Pengukuran Tegangan Baterai Pengukuran Tegangan Power Supply Pengukuran Tegangan Mikrokontroller ATmega Pengukuran Tegangan Sensor MPU Pengukuran Tegangan Driver Motor Pengujian Kontroler PID Pengujian Nilai gyroscope dan PWM Analisa BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar Pendulum Terbalik... 8 Gambar 2.2 Desain Pendulum Terbalik... 8 Gambar 2.3 Diagram sistem kereta pendulum... 9 Gambar 2.4 Segway Gambar 2.5 Robot Penelitian Bawah Laut Gambar 2.6 Sensor Modul MPU Gambar 2.7 Sumbu Sensor Gyroscope Gambar 2.8 Prinsip Kerja Accelerometer Gambar 2.9 Diagram Blok Sistem Kontrol PID Gambar 2.10 Respon PID Gambar 2.11 Diagram Blok Kp Gambar 2.12 Nilai Kp Kecil Gambar 2.13 Nilai Kp Besar Gambar 2.14 Diagram Blok Ki Gambar 2.15 PenggunaanKp danki Gambar 2.16 Diagram Blok Kd Gambar 2.17 PenggunaanKp dankd Gambar 2.18Konfugirasi pin ATMega Gambar 2.19 Motor DC Gambar 2.20IC driver motor L Gambar 2.21Konfigurasi Pin IC L Gambar 2.22 Foto LCD (Liquid Crystal Dislay) Gambar 2.23 Skematik Rangkaian LCD 16x Gambar 2.24 Baterai Li-Po Gambar 2.25 Logo Bascom-AVR Gambar 2.26 Tampilan Jendela Program BASCOM-AVR Gambar 3.1 Tampilan Mekanik Secara Keseluruhan Gambar 3.2 Tampak Atas Robot Gambar 3.3 Tampak Samping Robot Gambar 3.4 Tampak Depan Robot Gambar 3.5 Diagram Blok Robot Keseimbangan Gambar 3.6 Diagram Alir Robot Keseimbangan Gambar 3.7 Rangkaian Keseluruhan Robot Keseimbangan Gambar 3.8 Skematik Rangkaian Power Supply Gambar 3.9 Layout Rangkaian Power Supply Gambar 3.10 Tata Letak Komponen Rangkaian Power Supply Gambar 3.11 Skematik Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroller ATmega Gambar 3.12 Layout Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroller ATmega xi

12 Gambar 3.13 Tata Letak Komponen Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroller ATmega Gambar 3.14 Skematik Rangkaian LCD 16x Gambar 3.15 Layout Rangkaian LCD 16x Gambar 3.16 Tata Letak Komponen Rangkaian LCD 16x Gambar 3.17 Skematik Rangkaian Driver Motor L Gambar 3.18 Modul Driver Motor L Gambar 3.19 Modul Sensor MPU Gambar 4.1 Titik Pengukuran (TP) Robot Keseimbangan Gambar 4.2 Grafik Hasil Tegangan Baterai Gambar 4.3 Grafik Hasil Tegangan Power Supply Gambar 4.4 Grafik Hasil Tegangan Mikrokontroller ATmega Gambar 4.5 Grafik Hasil Tegangan Sensor MPU Gambar 4.6 Pengujian Tanpa Kontroler Gambar 4.7 Nilai Kp Mulai Diberikan Gambar 4.8 Nilai Ki Mulai Diberikan Gambar 4.9 Nilai Kd Mulai Diberikan Gambar 4.10 Pengujian Robot dengan nilai Kp=19, Ki=4, Kd= Gambar 4.11 Pengujian Robot Ketika Diberi Gangguan Gambar 4.12 Busur derajat yang digunakan Gambar 4.13Cara Mendapatkan Data Gambar 4.14Hasil Pengujian Sensor ditampilkan pada LCD Gambar 4.15Grafik Hasil Pengukuran Nilai Output MPU Gambar 4.16 Proses pemetaan (mapping) xii

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel Penjelasan pin padamikrokontroler ATMega Tabel 2.2 Tabel Penjelasan pin padaport A Tabel 2.3 Tabel Penjelasan pin padaportb Tabel 2.4 Tabel Penjelasan pin padaportc Tabel 2.5 Tabel Penjelasan pin padaportd Tabel 2.6 TipeData padabascom AVR Tabel 2.7 Operator-Operator Relasi Pada Bascom-AVR Tabel 2.8 Operator-Operator Logika Pada Bascom-AVR Tabel 3.1 Daftar Komponen dan Bahan Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Tegangan Baterai Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Tegangan Power Supply Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Tegangan Mikrokontroller ATmega Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Tegangan Sensor MPU Tabel 4.5 Hail Pengukuran Tegangan pada Inputan Driver Motor Tabel 4.6 Hasil Pengujian Sensor gyroscope MPU Tabel 4.7 Hasil Pemetaan (mapping) xiii

14 DAFTAR LAMPIRAN 1. Lembar Kesepakatan Bimbingan Laporan Akhir Pembimbing 1 2. Lembar Kesepakatan Bimbingan Laporan Akhir Pembimbing 2 3. Lembar Konsultasi Laporan Akhir Pembimbing 1 4. Lembar Konsultasi Laporan Akhir Pembimbing 2 5. Lembar Rekomendasi Sidang Laporan Akhir 6. Lembar Pengesahan Revisi Laporan Akhir 7. Skema Rangkaian Keseluruhan 8. Program Bascom AVR ATMega32 9. DataSheet MPU6050 xiv