RANCANGAN ALAT PENGONTROL KECEPATAN PUTAR MOTOR LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52 SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains GILANG PERKASA RIZKI 060801015 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
PERSETUJUAN Judul : RANCANGAN ALAT PENGONTROL KECEPATAN PUTAR MOTOR LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52 Kategori : SKRIPSI Nama : GILANG PERKASA RIZKI Nomor Induk Mahasiswa : 060801015 Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen : FISIKA Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Diluluskan di Medan, Diketahui/ Disetujui oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua Pembimbing DR. Marhaposan Situmorang DR. Marhaposan Situmorang NIP : 195510301980031003 NIP : 195510301980031003
PERNYATAAN RANCANGAN ALAT PENGONTROL KECEPATAN PUTAR MOTOR LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52 SKRIPSI Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, GILANG PERKASA RIZKI 060801015
PENGHARGAAN Segala puji dan sukur saya ucapkan kepada Allah SWT Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan karunia-nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan dalam waktu yang telah ditetapkan. Ucapan terimakasih saya sampaikan kepada Bpk DR. Marhaposan Situmorang, selaku ketua Departeman Fisika USU sekaligus sebagai pembimbing yang telah banyak membimbing dan memberi masukan serta koreksi kepada saya dalam menyelesaikan skripsi ini. Ucapan terimakasih juga saya ajukan kepada Bpk Drs. Takdir Tamba M.Eng,Sc, Bpk Dr. Nasruddin M.Eng,Sc dan Bpk Dr. Kerista Tarigan M.Eng,Sc, selaku dosen pembanding yang banyak memberikan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini. Ucapan terimakasih juga saya ajukan kepada Bpk Drs. Kurnia Sembiring MS selaku dosen wali saya selama mengikuti perkuliahan, dan terimakasih banyak kepada Ibu Dra. Yustinon MS, Dekan dan Pembantu Dekan FMIPA, serta semua dosen dan Staf pada Departemen Fisika FMIPA USU. Temanku di Lab digital Abdullah, Oki, bang Reza dan kak Nadra serta semua rekan-rekan Fisika seperjuangan Khususnya Angkatan 2006 yang saya banggakan. Akhirnya, yang tidak terlupakan dan yang teristimewa kepada Ayah Bunda Tercinta, Hendri Zas dan Eki Trikoryati, Abang dan Kakak saya Fajar dan Bunga. Terimakasih atas doa, dukungan serta semangat yang telah diberikan. Semoga Allah SWT juga yang akan membalasnya. Amin Ya Rabbal Alamin
DESIGN ISTRUMENT OF CONTROL SPEED ROTARY ELECTRIC MOTOR BASEC MICROCONTROLLER AT89S52 ABSTRACT Had design a instrument who can measure and controlled of electric motor who active otomaticly. The Instrument controlled electric motor before with control voltage gived at motor. This instrument design for defend stability speed rotary motor although motor have interference by different load. All the part from this research instrument are stand of from optocoupler sensor, microcontroller and stepper motor. The instrument also have good carefulness in measuring with 0,83%. The weakness of the instrument is Instrument just can measure and control speed rotary adjust with input data, and have time response 1 second.
RANCANGAN ALAT PENGONTROL KECEPATAN PUTAR MOTOR LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52 ABSTRAK Telah dirancang alat yang dapat mengukur dan pengendali kecepatan motor listrik yang dapat bekerja secara otomatis. Alat ini mengendalikan kecepatan motor listrik berdasarkan pengaturan pasokan tegangan yang diberikan pada motor. Alat ini dirancang untuk mempertahankan kestabilan kecepatan putar motor walaupun motor mengalami gangguan berupa perubahan pembebanan. Secara garis besar alat ini terdiri dari, sensor optocoupler, mikrokontroler dan motor stepper. Alat ini memiliki ketelitian cukup baik dalam mengukur kecepatan putar dengan kesalahan 0,83%. Kelemahan dlri alat ini adalah hanya mengukur dan mengontrol kecepatan putar sesuia dengan data yang diinginkan serta memiliki waktu respon sebesar 1 detik.
DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstract Abstrak Daftar isi Daftar tabel Daftar Gambar Daftar Grafik Halaman ii iii iv v vi vii viii ix x Bab 1 Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Batasan Masalah 2 1.3. Tujuan Penelitian 2 1.4. Manfaat Penelitian 3 1.5. Tempat Penelitian 3 1.6. Sistematika Penulisan 3 Bab 2 Landasan Teori 2.1. Motor 5 2.2. Motor DC 5 2.2.1. Prinsip kerja motor dc 7 2.2.2. Karakteristik motor dc 10 2.3. Motor stepper 11 2.4. Sensor Optocoupler 13 2.5. Mikrokontroler 16 2.5.1. Mikrokkontroler AT89S52 16 2.5.2. Instruksi Transfer data 21 2.5.3. Instruksi Aritmatik 22 2.5.4. Instruksi Logika 22 2.5.5. Instruksi Percabangan 23 2.6. Liquid Crystal Display (LCD) 24 2.7. Transistor 25 2.7.1. Prinsip Kerja Transistor 26 2.7.2. Common Emiter (CE) 27 2.7.3. Kurva Base 28 2.7.4. Kurva Kolektor 29 2.7.5. Daerah Aktif 29 2.7.6. Daerah Saturasi dan daerah cut-off 30 Bab 3 Perancangan Alat 3.1. Diagram Blok 32 3.1.1. Flowchart 34 3.2. Sensor Optocoupler 35
3.3. Rangkaian Mikrokontroler AT89S52 36 3.4. Display LCD Character 2 x 16 37 3.5. Keypad 39 3.6. Motor Stepper 40 Bab 4 Hasil dan Pembahasan 4.1. Rangkaian Penguji Mikrokontroler 43 4.2. Interfacing LCD 2 x 16 46 4.3. Pengujian Motor Stepper 48 4.4. Pengujian Keypad 49 4.5. Hasil Pengukuran Alat 51 4.5.1 Pengukuran Kecepatan Putar (rpm) 51 4.6. Analisa Ketelitian Alat 53 4.7. Hasil pengaturan kecepatan putar alat 56 Bab 5 Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan 70 5.2. Saran 71 Bab 6 Daftar Pustaka 72 Lampiran
DAFTAR TABEL Halama n Tabel 2.1 Motor Stepper Dengan Gerakan Full Step 12 Tabel 2.2 Fungsi Khusus port 3 19 Tabel 3.1 fungsi pin LCD carakcter 2 x 16 38 Tabel 3.2 data untuk menggerakkan motor stepper 41 Table 4.1 Waktu pengeksekusian routin delay 45 Tabel 4.2 Hasil pengamatan pada pengujian keypad 50 Tabel 4.3 Perbandingan Kec motor dc pada alat dan pada multimeter 51 Tabel 4.4 Penyimpangan dan % kesalahan pada pengukuran kec. Putar 54 Tabel 4.5 Pengontrolan Motor tanpa beban dengan kec referensi tetap 57 Tabel 4.6 Pengontrolan Motor tanpa beban dengan kec referensi berubah 59 Tabel 4.7 Hubungan Beban dengan Kec motor. Tanpa pengontrolan 65 Tabel 4.8 Pengamatan terhadap pengontrolan kecepatan putar motor 67
DAFTAR GAMBAR Halama n Gambar 2.1 Struktur motor dc sederhana 6 Gambar 2.2 motor dc 7 Gambar 2.3 medan magnet yang membawa arus mengelilingi motor dc 7 Gambar 2.4 medan magnet mengelilingi konduktor diantara dua kutub 8 Gambar 2.5 Reaksi garis fluks 8 Gambar 2.6 Prinsip kerja motor dc 9 Gambar 2.7 Kurva torsi vs kecepatan motor dc 10 Gambar 2.8 Motor stepper 12 Gambar 2.9 Optocoupler 15 Gambar 2.10 Blok diagram fungsional AT89S52 17 Gambar 2.11 Konfigurasi pin AT89S52 18 Gambar 2.12 Blok tampilan Kristal cair (LCD) 24 Gambar 2.13 Ilustrasi Transistor sebagai kran listrik 25 Gambar 2.14 Arus Emitor 26 Gambar 2.15 Rangkaian CE 27 Gambar 2.16 Kurva IB-Vbe 28 Gambar 2.17 Kurva Kolektor 29 Gambar 2.18 Rangkaian Diver LED 31 Gambar 3.1 Diagram blok alat pengontrol kecepatan putar motor 32 Gambar 3.2 Diagram alir program Alat pengontrol kecepatan putar 34 Gambar 3.3 Rancangan sensor optocoupler pada motor dc 35 Gambar 3.4 Rangkaian pengkondisi sinyal optocoupler 36 Gambar 3.5 Rangkaian Skematik system minimum Mikrokontroler AT89S52 36 Gambar 3.6 LCD 2 x 16 38 Gambar 3.7 Peta memory LCD character 2 x 16 39 Gambar 3.8 Konstruksi keypad 4 x 3 40 Gambar 3.9 Pulsa untuk menggerakkan motor stepper 40 Gambar 3.10 Motor stepper Unipolar 41 Gambar 3.11 Rangkaian IC ULN2803 untuk motor stepper 41 Gambar 3.12 Rancangan hubungan Motor stepper dengan PSA variabel 42 Gambar 4.1 Rangkaian Pengujian Mikrokontroler 43 Gambar 4.2 Rangkaian Pengujian LCD 47 Gambar 4.3 Pulsa yang diberikan untuk menggerakkan motor stepper 48 Gambar 4.4 Rangkaian Pengujian Motor stepper 49 Gambar 4.5 Keypad Matriks 4 x 3 50
DAFTAR GRAFIK n Halama Grafik 4.1 Hubungan Kec. Putar motor pada LCD dan Kec. pada multimeter 53 Grafik 4.2 Kec. Putar motor vs waktu 58 Grafik 4.3 Tegangan motor vs waktu 58 Grafik 4.4 Kecepatan aktual motor vs waktu, pada putaran stepper = 1 step 60 Grafik 4.5 Tegangan vs waktu pada putaran stepper = 1 step 61 Grafik 4.6 Kec. Aktual vs waktu pada putaran stepper = 3 step 61 Grafik 4.7 Kec. Aktual vs waktu pada putaran stepper = 5 step 62 Grafik 4.8 Kec. Aktual vs waktu Grafik 4.9 dengan putaran stepper (step) = abs[kec. Actual kec. Referensi]/5 63 Kec. Aktual vs waktu dengan putaran stepper (step) = abs[kec. Actual kec. Referensi]/2 63 Grafik 4.10 Kec. Aktual vs waktu dengan putaran stepper (step) = abs[kec. Actual kec. Referensi] 64 Grafik 4.11 Kec. Motor vs beban, tanpa pengontrolan 65 Grafik 4.12 Kec. Putar motor vs waktu pada beban 1 kg dengan putaran stepper (step) = abs[kec. Actual kec. Referensi]/2 68 Grafik 4.13 Kec. Putar motor vs waktu pada beban 0,7 kg dengan putaran stepper (step) = abs[kec. Actual kec. Referensi]/2 69 Grafik 4.14 Kec. Putar motor vs waktu pada beban 0,3 kg dengan putaran stepper (step) = abs[kec. Actual kec. Referensi]/2 69