PENGENDALIAN KECEPATAN DUA BUAH MOTOR DC BRUSHLESS 350W/48V BERBASIS MIKROKONTROLLER

Transkripsi

1 PENGENDALIAN KECEPATAN DUA BUAH MOTOR DC BRUSHLESS 350W/48V BERBASIS MIKROKONTROLLER SPEED CONTROLLER TWO BRUSHLESS DC MOTOR 350W/48V METHOD BASED MICROCONTROLLER Proyek Akhir Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Diploma Tiga Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Oleh : FAKHRI MUNZIAR NIM POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012

2

3 DATA PRIBADI Nama : Fakhri Munziar Tempat, tanggal lahir : Bandung, Agama : Islam Alamat : Jl. Dahlia 107 blok 5 Perum Rancaekek Kencana Kab. Bandung Hobi : Futsal dan memainkan alat musik. E mail : fhr_maxim@yahoo.com No. Telp : Pendidikan : SD Kencana Indah 2 Rancaekek SMP Negeri 3 Rancaekek SMU Negeri 20 Bandung Politeknik Negeri Bandung Pengalaman berorganisasi : Anggota Himpunan Mahasiswa Teknik Listrik ( ) Koordinator Divisi Dana Dan Usaha Himpunan ( 2010 ) Mahasiswa Teknik Listrik Anggota Forum Komunikasi Mahasiswa Elektro ( 2010 ) Se-Bandung Tahun 2010 Motto : Berfikir besar, Lakukan dari hal kecil, Bergerak cepat, Evaluasi.

4 PERSEMBAHAN Jika Allah menolong kamu, maka tak ada orang yang dapat mengalahkan kamu, jika Allah membiarkan kamu ( tidak memberi pertolangan), maka siapakah gerangan yang dapat menolong kamu (selain) dari Allah sesudah itu? Karena itu hendaknya kepada Allah saja orang-orang mukmin bertawakal. (Q.S Ali Imran : 160) Rasululah SAW bersabda, terhadap orang yang mencari ilmu, malaikat membentangkan sayap-sayapnya untuknya karena rela terhadap apa yang dicari. (HR. Ibnu Asakir) Pengalaman adalah guru yang tak pernah salah (Thomas alfa edison) Waktu adalah sesuatu yang tak pernah kembali (penulis) Orang yang kaya adalah orang yang banyak memberi dengan ikhlas kepada orang yang membutukkan, dan orang yang sering menabung walaupun sedikit (Bill gates) Berfikir besar, Lakukan dari hal kecil, Bergerak cepat, Evaluasi. (penulis) Aku persembahkan karyaku ini (proyek akhir) dengan penuh rasa syukur dan bangga kepada Orang tuaku, seluruh keluarga besarku, dan orang-orang yang menyayangiku dan orang-orang yang aku sayang.

5 ABSTRAK Motor DC adalah salah satu jenis motor yang biasa digunakan di industri disamping motor AC (induksi) seperti pada mesin conveyor, compressor, dan lain-lain. Biasanya motor DC yang sering kita jumpai adalah jenis motor brushed (bersikat) padahal sekarang sudah ada jenis motor DC Brushless (tanpa sikat) yang lebih efisien daripada Motor DC konvensional. Pada tugas akhir ini akan dilakukan aplikasi pemograman mikrokontroller untuk melakukan pengendalian kecepatan dua buah motor DC brushless. Pengendalian dua buah motor brushless ini diperlukan dalam rangkaian mobil listrik. Pengendalian kecepatan motor secara mekanik pada mobil listrik dapat dirubah dengan pengendalian secara elektris, dengan menggunakan metoda PWM (Pulse width modulation). PWM merupakan suatu metoda untuk mengatur kecepatan perputaran motor dengan cara mengatur prosentase lebar pulsa high terhadap perioda dari suatu sinyal persegi dalam bentuk tegangan periodik yang diberikan ke motor sebagai sumber daya. Semakin besar perbandingan lama sinyal high dengan perioda sinyal maka semakin cepat motor berputar. Kata Kunci : Mikrokontroler, ATMEGA 16, Motor DC Brushless, PWM

6 KATA PENGANTAR Alhamdulillahi rabbil alamiin, puji syukur kita panjatkan ke hadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Karena dengan rahmat dan hidayahnya, sehingga proyek akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Proyek akhir ini berjudul Pengendalian Kecepatan Dua Buah Motor Dc Brushless 350W/48V Berbasis Mikrokontroller. Tulisan karya ilmiah ini merupakan laporan dari pengerjaan Tugas Akhir yang telah dilaksanakan juga merupakan salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Diploma III program studi Teknik Listrik, jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung. Dengan selesainya tugas akhir ini, tak lupa dengan segala kerendahan hati penulis mengucapkan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Hari Purnama, Ir., M.Eng.. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung, 2. Bapak Sunarto, ST, M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung, 3. Bapak Drs. Sofian Yahya.,SST.,MT, sebagai pembimbing utama atas segala dorongan, kesabaran, pengertian dan bimbingannya dalam membantu penulis untuk menyelesaikan proyek akhir ini, 4. Bapak Drs. Kartono Wijayanto,ST.,MT, sebagai pembimbing pendamping yang telah memberikan petunjuk, pengertian dan pengarahan sehingga Penulis dapat menyelesaikan proyek akhir ini, 5. Seluruh Staf Dosen Program Studi Teknik Listrik dengan kesediaannya memberikan ilmu dan pengetahuan kepada penulis selama ini, 6. Seluruh Staf Teknisi Laboratorium yang telah bersedia membantu penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir ini,

7 7. Keluarga, Ibu dan Bapak yang selalu memberikan perhatian dan dukungan terhadap penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. 8. Nyonya Yuke Fathurohmah yang senantiasa memberikan semangat, dan motivasi, sabar dalam menemani penulis. 9. Semua pihak yang telah membantu penulis dan tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis yakin tugas akhir ini jauh dari kesempurnaan, karena kesempurnaan hanyalah milik Allah SWT. Oleh karena itu Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Pembaca dan semoga Proyek Akhir ini dapat bermanfaat bagi Penulis serta bagi seluruh Pembaca. Bandung, Juli 2012 Penulis

8 DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL... LEMBAR PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... DATA PRIBADI... KATA MUTIARA... ABSTRAK... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR LAMPIRAN... i ii iii v vi vii viii xiii xvii xviii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Metode Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI Motor DC Brushless Bagian-Bagian Motor DC brushless Hukum Tarik-Menarik dan Tolak-Menolak Magnet Prinsip Kerja Motor DC Brushless Keunggulan Motor DC Brushless Kerugian Motor DC Brushless Mikrokontroler... 20

9 2.3 Mikrokontroler Atmega Analog To Digital Converter (ADC) PWM (Pulse Width Modulation) Komunikasi parallel antar mikrocontroller Baskom AVR Transformator Step Down LCD IC regulator IC AND BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT Pendahuluan Tujuan Perancangan Spesifikasi Alat Blok Diagram Skema Eksitasi Motor DC Brushless Perancangan Perangkat Keras (Hardware) Perancangan Sistim minimum Mikrocontroller Atmega Perancangan Penguat (Op-Amp) Perancangan Rangkaian Catu Daya motor Perancangan Catu daya control (microcontroller) Rangkaian AND PWM Realisasi Perangkat Keras Pengetesan Rangkaian pada Protoboard Realisasi Rangkaian dengan PCB Realisasi Komponen Pelengkap Perancangan software BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS Tujuan... 72

10 4.2. Metode Pengujian Penggunaan Alat Ukur Pengukuran dan Analisis Perangkat elektronik Pengujian system minimum atmega Pengujian LCD Pengujian Mikrokontroler atmega Pengujian Op-Amp Pengujian catu daya mikrokontroler Pengujian Sensor Hall BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Motor DC Tanpa Sikat Magnet Permanen... 6 Gambar 2.2 Rotor Motor DC Brushless... 7 Gambar 2.3 Stator Motor DC Brushless... 8 Gambar 2.4 EMF Balik Trapezoidal Yang Dihasilkan Bldc Motor... 9 Gambar 2.5 Posisi Penempatan Sensor Hall... 9 Gambar 2.6 Pola Garis Medan Magnet Permanen Gambar 2.7 Daerah Netral Pada Magnet Permanen Gambar 2.8 Perbedaan Besi Biasa Dan Magnet Permanen Gambar 2.9 Pola Garis Medan Magnet Tolak-Menolak Gambar 2.10 Pola Garis Medan Magnet Tarik-Menarik Gambar 2.11 Garis Medan Magnet Utara-Selatan Gambar 2.12 Garis Gaya Magnet Pada Permukaan Rata Dan Silinder Gambar 2.13 Rangkaian Swiching Gambar 2.14 Tegangan Yang Diberikan Ke Motor BLDC 3 Fasa Gambar 2.15 Posisi Komutasi Step 1 Dan Gambar 2.16 Posisi Komutasi Step 3 Dan Gambar 2.17 Posisi Komutasi Step 5 Dan Gambar 2.18 Blok Microcontroller Secara Umum Gambar 2.19 Susunan Kaki-Kaki Microcontroller Atmega Gambar 2.20 Hubungan Nilai Duty Cycle Dengan Tegangan Rata-Rata Gambar 2.21 Ilustrasi Komunikasi Parallel Gambar 2.22 Tampilan Jendela Program Baskom-AVR Gambar 2.23 Tampilan Simulasi Baskom-AVR Gambar 2.24 Tranformator Step Down Gambar 2.25 LCD 16x Gambar 2.26 Konfigurasi Pin Dari LCD Gambar 2.27 Rangkaian IC Regulator Gambar 2.28 Gerbang AND Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Perencangan Dan Pembuatan Alat... 50

12 Gambar 3.2 Input Kecepatan Dan Belokan Gambar 3.3 Pengontrolan Master Slave Gambar 3.4 Gelombang Q1 dan Q Gambar 3.5 Gelombang Q2 dan Q Gambar 3.6 Gelombang Q3 dan Q Gambar 3.7 Gelombang Q4 dan Q Gambar 3.8 Gelombang Q5 dan Q Gambar 3.9 Tegangan Keluaran Dari Sensor Hall Gambar 3.10 Perancangan Sismin atmega Gambar 3.11 Perancangan Rangkaian Skematik Op-Amp Gambar 3.12 Rangkaian Catu Daya Mikrokontroler Gambar 3.13 PWM Distribution Logic Gambar 3.14 Perancangan Rangkaian AND PWM Gambar 3.15 Pengetesan Catu Daya 5 Volt Pada Protoboard Gambar 3.16 Realisasi Rangkaian Elektronika Gambar 3.17 Panel Pelengkap Pengendali Gambar 3.18 Diagram Alur Rancangan Perangkat Lunak Sistem Gambar 4.1 Pengujian I/O Atmega Dengan LED Posisi On Gambar 4.2 Pengujian I/O Atmega Dengan LED Posisi Off Gambar 4.3 Tampilan LCD Gambar 4.4 Tampilan Nilai ADC Gambar 4.5 Pembacaan Duty Cycle PWM Atmega Gambar 4.6 Rangkaian Power Supply 5 V Gambar 4.7 Pengujian Sensor Hall Gambar 4.8 Hall Pada Posisi 101/Step Gambar 4.9 Hall Pada Posisi 001/Step Gambar 4.10 Hall Pada Posisi 011/Step Gambar 4.11 Hall Pada Posisi 010/Step Gambar 4.12 Hall Pada Posisi 110/Step Gambar 4.13 Hall Pada Posisi 100/Step Gambar 4.14 Pemetaan Input Data Untuk Menentukan Sudut Belokan 83

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Urutan Sensor Hall Tabel 2.2 Urutan Hall 1 Putaran Penuh Tabel 2.3 Deskripsi Pin Atmega Tabel 2.4 Karakter Yang Digunakan Dalam Baskom-Avr Tabel 2.5 Tipe Data Yang Dimiliki Baskom-AVR Tabel 2.6 Beberapa Instruksi Dasar Baskom-AVR Tabel 2.7 Konfigurasi Pin LCD Tabel 2.8 Tabel Spesifikasi IC Regulator Tabel 3.1 Spesifikasi Plant (Motor DC Brushless) Dan Alat Kontrol Tabel 3.2 Komponen Alat Kontrol Tabel 3.3 Penggunaan I/O Mikrocontroller Atmega Tabel 3.4 Komponen Pembuatan Sistem Minimum Tabel 3.5 Komponen Rangkaian Op-Amp Tabel 3.6 Komponen Rangkaian Catu Daya Tabel 4.1 Hasil pengukuran I/O atmega Tabel 4.2 Pengujian Op-amp Tabel 4.3 Hasil Percobaan Supply Mikrocontroller Tabel 4.4 Urutan Kerja Dari Sensor Hall Tabel 4.5 Saat ADC Kecepatan 100% Tabel 4.6 Saat ADC Kecepatan 75% Tabel 4.7 Saat ADC Kecepatan 50% Tabel 4.8 Saat ADC Kecepatan 25% Tabel 4.9 Saat ADC Kecepatan 0% Tabel 4.10 ADC Kecepatan 100%, Lurus, Motor Kanan Tabel 4.11 ADC Kecepatan 100%, Lurus, Motor Kiri Tabel 4.12 ADC Kecepatan 100%, Belok Kanan, Motor Kiri... 88

14 Tabel 4.13 ADC Kecepatan 100%, Belok Kanan, Motor Kanan Tabel 4.14 ADC Kecepatan 100%, Belok Kiri, Motor Kiri Tabel 4.15 ADC Kecepatan 100%, Belok Kiri, Motor Kanan Tabel 4.16 ADC Kecepatan 75%, Lurus, Motor Kanan Tabel 4.17 ADC Kecepatan 75%, Lurus, Motor Kiri Tabel 4.18 ADC Kecepatan 75%, Belok Kanan, Motor Kiri Tabel 4.19 ADC Kecepatan 75%, Belok Kanan, Motor Kanan Tabel 4.20 ADC Kecepatan 75%, Belok Kiri, Motor Kiri Tabel 4.21 ADC Kecepatan 75%, Belok Kiri, Motor Kanan Tabel 4.22 ADC Kecepatan 50%, Lurus, Motor Kanan Tabel 4.23 ADC Kecepatan 50%, Lurus, Motor Kiri Tabel 4.24 ADC Kecepatan 50%, Belok Kanan, Motor Kiri Tabel 4.25 ADC Kecepatan 50%, Belok Kanan, Motor Kanan Tabel 4.26 ADC Kecepatan 50%, Belok Kiri, Motor Kiri Tabel 4.27 ADC Kecepatan 50%, Belok Kiri, Motor Kanan Tabel 4.28 ADC Kecepatan 25%, Lurus, Motor Kanan Tabel 4.29 ADC Kecepatan 25%, Lurus, Motor Kiri Tabel 4.30 ADC Kecepatan 25%, Belok Kanan, Motor Kiri Tabel 4.31 ADC Kecepatan 25%, Belok Kanan, Motor Kanan Tabel 4.32 ADC Kecepatan 25%, Belok Kiri, Motor Kiri Tabel 4.33 ADC Kecepatan 25%, Belok Kiri, Motor Kanan 99

15 DAFTAR PUSTAKA [1] Hadi, Moh. Sholihul Mengenal Mikrokontroler AVR ATMega164.(komunitas elearning Ilmu computer.com) [2] Hartono, Puji Analisa Pengendali Kecepatan Motor DC Pencatudayaan PWM. Bandung : Institute Teknologi Bandung. [3] Kusdarwanto, Hendra. Rancang Bangun Sistem Kedali Motor DC Menggunakan Fuzzy Logic Berbasis Mikrokontroler. Malang: Universitas Brawijaya Malang [4] Kusumadewi, Sri dan Purnomo, Hari.2010.Aplikasi Logika Fuzzy untuk Pendukung Keputusan. Yogyakarta : Graha Ilmu. [5] Mozef, Eril Pedoman Penulisan, Pengajuan dan Penilaian Proposal Proyek Akhir. Bandung : Politeknik Negeri Bandung. [6] Winoto, Ardi Mikrokontroler AVR ATmega8/16/32/8535 dan Pemogramannya dengan Bahasa C Pada winavr. Bandung : Informatika. [7] [8] [9] Basri, Hasan Sistem Distribusi Daya Listrik. Jakarta Selatan : ISTN. [10] Edminister,A. Joseph dan Mahmood Nahvi Rangkaian Listrik Edisi Keempat. Erlangga. [11] Kumara, Satya Modeling Pengaturan Kecepatan Motor DC dengan Simulink. Kampus Bukit Jimbaran : Bali. [12] Nono, Dedi. Modul Rangkaian Listrik. Bandung [13] Sarjono W. J., Dedi N. S., Dedi Aming Teori Dasar Sistem Kendali. Politeknik Negeri Bandung : Bandung.