SISTEM KENDALI GERAK SEGWAY BERBASIS MIKROKONTROLER. oleh Dede Irawan NIM :

Transkripsi

1 SISTEM KENDALI GERAK SEGWAY BERBASIS MIKROKONTROLER oleh Dede Irawan NIM : Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga JULI 2013

2

3

4 PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT Saya, yang bertanda tangan di bawah ini: NAMA: Dede Irawan NIM: JUDUL SKRIPSI: SISTEM KENDALI GERAK SEGWAY BERBASIS MIKROKONTROLER Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata ditemukan di unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi apa pun sesuai aturan yang berlaku. Salatiga, 1 JULI 2013 Meterai Rp. 6000,- Tanda Tangan Dede Irawan

5 INTISARI Segway adalah sebuah kendaraan personal yang memiliki bentuk yang unik dengan dua roda di sisi kiri dan kanan, serta memiliki sebuah stang. Segway ini umumnya digunakan di daerah perkotaan, sebab segway ini tidak akan menimbulkan polusi udara dan dapat bermanuver dengan mudah pada jalanan yang padat. Namun di Indonesia, produk tersebut masih jarang ditemui karena harganya yang mahal. Dengan dilandasi oleh faktor tersebut maka diperlukan suatu perancangan sistem kendali seperti yang digunakan pada kendaraan ini dengan cara mengamati cara pengendaliannya. Dengan harapan, hasil yang didapat bisa digunakan sebagai pedoman untuk memproduksi kendaraan sejenis walau menggunakan bahan yang berbeda dari segway import. Hasil yang didapat dari perancangan ini antara lain, beban maksimum yang dapat ditampung adalah sebesar 70 kg. Kecepatan maksimum sistem sebesar 5.5 km/jam pada jalan datar. Serta saat digunakan pada kecepatan 2.7 km/jam dengan beban 53 kg dapat bertahan selama 60 menit. i

6 ABSTRACT Segway is a personal vehicle which has a unique shape with two wheels at the left and the right sides, and has a handlebar. Segway is generally used on city areas, because it is an easily controlled vehicle and will not contaminate the air. But, because of the price, it is still be a rare product in Indonesia. Therefore, it needs a planning to make the same segway control system by observing the controlling ways. So the results can be used as a reference to make the similar vehicle, although it uses different matters. The system which has been realized shows some results, they are 70 kg maximum load and 5.5 km/hour maximum speed on a flat road. Besides of those, when used at 2.7 km/hour average speed and 53 kg load, it can be ridden for 60 minute. ii

7 KATA PENGANTAR Berbagai usaha telah dilakukan untuk merealisasikan skripsi ini, semua usaha tersebut akan sia-sia jika tanpa dukungan dari semua pihak. Oleh sebab itu secara pribadi saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Allah Bapa, Yesus Kristus, Bunda Maria dan Roh Kudus, kepada keluarga besar dan kerabat terutama yang disebutkan di bawah ini: 1. Kedua orang tua saya tercinta yang berada di Ketapang, Kalimantan Barat. 2. Kakak saya Ernawati dan keluarga, Alm. Abang saya Hartono, Abang saya Edy Gunawan dan Adik saya Widyawati. 3. Tunangan saya tercinta yang selalu sabar menanti. 4. Dosen pembimbing saya Pak Lukas dan Koh Deddy. 5. Teman-teman satu kost saya Syamsu, Amat, Toras, Yonathan, Mario, Vici, Daniel, Bivo, Heri, Hendi, Theo, Iwan, dan teman-teman lain. 6. Teman-teman saya di FTEK Theo, Heri, Suryo, Vincensius, Herditya, Satya, Indra, Putu, dan teman-teman semua angkatan. iii

8 DAFTAR ISI INTISARI...i ABSTRACT...ii KATA PENGANTAR...iii DAFTAR ISI...iv DAFTAR GAMBAR...vi DAFTAR TABEL...viii DAFTAR SIMBOL...ix DAFTAR SINGKATAN...x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Batasan Skripsi Sistematika Penulisan...2 BAB II SISTEM KENDALI GERAK SEGWAY Gambaran Segway Mekanisme Gerak Segway Konsep Pengendalian Segway Komponen Sistem Kendali Gerak Segway...6 BAB III PERANCANGAN SISTEM Mekanik Body Stang Roda Gear Elektrik Mikrokontroler Sensor Accelerometer Sensor Gyroscope Sensor Potensiometer Driver Motor Motor Catu Daya...24 iv

9 3.3. Perangkat Lunak Akses Accelerometer Akses Gyroscope Metode Kendali PID Akses Potensiometer Low Pass Filter dan Waktu Sampling PWM...29 BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA Pengujian Accelerometer Pengujian Gyroscope dan Respon Sistem Pengujian PID Pengujian Beban dan Kecepatan Pengujian Bidang Miring Pengujian Ketahanan Catu Daya...39 BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran-Saran Pengembangan...41 DAFTAR PUSTAKA...42 LAMPIRAN A. PETUNJUK PENGGUNAAN ALAT...43 v

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Foto Segway...1 Gambar 2.1. Segway digunakan untuk hiburan...3 Gambar 2.2. Balancing Robot...4 Gambar 2.3. Block Diagram Konsep Pengendalian Segway...5 Gambar 2.4. Foto Penggunaan Sagway Secara Umum...6 Gambar 2.5. Block Diagram Kontroler Segway...6 Gambar 2.6. Sudut Acuan Segway...7 Gambar 2.7. Arah Kecepatan Sudut...7 Gambar 2.8. Pengaruh Kondisi Stang...8 Gambar 2.9. Block Diagram Metode Kendali...8 Gambar Grafik Hasil Low Pass Filter...9 Gambar Konsep PWM...10 Gambar 3.1. Design Mekanik Tampak Bawah dan Belakang...12 Gambar 3.2. Foto Mekanik Yang Telah Direalisasikan...13 Gambar 3.3. Foto Bagian Body...13 Gambar 3.4. Foto Bagian Stang...14 Gambar 3.5. Foto Bagian Roda...14 Gambar 3.6. Foto Bagian Gear...15 Gambar 3.7. Skematik Kontroler...16 Gambar 3.8. Foto Kontroler Yang Telah Direalisasikan...17 Gambar 3.9. Foto Modul Sensor MMA7341L 3-Axis Accelerometer 3/11g...17 Gambar Gambaran Jangkauan Sensor Accelerometer...18 Gambar Modul Sensor L3G4200D 3-Axis Gyro...19 Gambar Design Peletakan Potensiometer...20 Gambar Skematik Potensiometer...21 Gambar Skematik Driver Motor...22 Gambar Foto Motor...23 Gambar Foto Catu Daya...24 Gambar Flow Chart Perangkat Lunak...25 Gambar 4.1. Grafik Pengujian Accelerometer Dengan Koefisien Filter a= Gambar 4.2. Grafik Pengujian Accelerometer Dengan Koefisien Filter a= vi

11 Gambar 4.3. Grafik Pengujian Accelerometer Dengan Koefisien Filter a= Gambar 4.4. Grafik Pengujian Gyroscope Terhadap Nilai Sudut...34 Gambar 4.5. Grafik Pengujian Gyroscope Terhadap Nilai PID...34 Gambar 4.6. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=75 dan Kd= Gambar 4.7. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=5, Ki=75 dan Kd= Gambar 4.8. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=50 dan Kd= Gambar 4.9. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=100 dan Kd= Gambar Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=75 dan Kd= Gambar Foto Pengujian Segway di Jalan Miring...39 Gambar A.1. Foto Posisi Saklar 43 Gambar A.2. Foto Posisi Saat Mulai Naik 43 Gambar A.3. Foto Posisi di Atas Segway.44 Gambar A.4. Foto Segway Maju...44 Gambar A.5. Foto Segway Mundur...45 Gambar A.6. Foto Segway Belok Kiri..45 Gambar A.7. Foto Segway Belok Kanan..46 vii

12 DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Hasil Pengujian Beban dan Kecepatan...38 Tabel 4.2. Hasil Pengujian Catu Daya Pada Permukaan Jalan Halus...40 Tabel 4.3. Hasil Pengujian Catu Daya Pada ermukaan Jalan Kasar...40 viii

13 DAFTAR SIMBOL g n Δt u[n] e[n] Kp Ki Kd y[n] x[n] a Tc Ts gravitasi bumi variabel nomor sampling perubahan waktu sinyal keluaran metode PID sinyal error metode PID Konstanta proporsional Konstanta integral Konstanta differensial sinyal keluaran filter sinyal masukan filter koefisien filter waktu konstan (RC) waktu sampling ix

14 DAFTAR SINGKATAN PWM DC ADC I2C dps PID Pulse Width Modulation Direct Current Analog to Digital Converter Inter Integrated Circuit degree per second Proportional Integral Differential x