Perancangan Dan Pembuatan Robot Beroda Dan Berlengan Yang Dilengkapi Dengan Kamera Video Berbasis Mikrokotroler AT89S51 Ary Herisaputra, F. Yudi Limpraptono, I Komang Somawirata Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Nasional Malang e-mail: yudil@fti.itn.ac.id Abstrak Robot adalah sebuah alat yang dirancang untuk dapat membantu manusia dalam melakukan suatu pekerjaan manusia. Untuk mengenal maupun memperluas ilmu pengetahuan khususnya dalam bidang ilmu robotika, penulis berusaha untuk membuat suatu robot manual yang dapat dikendalikan secara jarak jauh. Untuk Pengendalian jarak jauh penulis akan memanfaatkan modul TLP dan RLP sebagai pengirim data. Robot ini menggunakan penggerak roda serta terdapat lengan pencapit untuk mengambil benda serta dilengkapi dengan kamera video sebagai pemantau. Robot ini dioperasikan oleh seseorang sebagai operator. jangkauan TLP434A dan RLP434A tanpa halangan mencapai ± 50 meter, jika terdapat halangan hanya mencapai ± 20 meter. jangkauan wireless-camera tanpa halangan mencapai ± 80 meter, jika terdapat halangan hanya mencapai ± 25 meter. Kata Kunci Push button, TLP dan RLP, wireless-camera I. PENDAHULUAN Kemajuan teknologi semakin berkembang sangat pesat pada kehidupan manusia pada saat ini, khususnya pada elektronika. Hal ini ditandai dengan adanya berbagai peralatan yang diciptakan dan dapat dioperasikan secara manual maupun otomatis. Kemajuan teknologi inilah maka berkembanglah suatu ilimu yang merupakan suatu pecahan dari ilmu elektronika yaitu dalam bidang robotika. Robot dapat diartikan suatu peralatan yang dioperasikan dengan atau tanpa bantuan manusia atau dengan kata lain bahwa robot merupakan suatu perangkat otomatis. Saat ini robot banyak digunakan dalm kehidupan masyarakat. Bahkan dalam beberapa tahun belakang ini diadakan suatu kontes atau perlombaan robot yang bertujuan untuk mengenal maupun memperluas ilmu pengetahuan khususnya dalam bidang ilmu robotika. Berdasarkan hal-hal tersebut penulis berusaha untuk membuat suatu robot manual yang dikendalikan menggunakan remote control dengan batasanbatasan bahwa robot yang dirancang beroda dan berlengan denan tidak membawas masalah wireless cctv. Robot ini dilengkapi dengan kamera wireless sebagai pemantau. II. KAJIAN PUSTAKA A. Transmitter TLP 434A dan Receiver RLP 434A Komunikasi data secara wireless (tanpa kabel) seringkali kita jumpai sehari-hari, terutama pada hal-hal yang berhubungan dengan komputer. Misalnya untuk wireless modem, mouse,keyboard, dll. Di dalam artikel ini akan dibahas mengenai cara penggunaan sebuah modul RF untuk komunikasi data secara wireless. Modul RF yang digunakan adalah TLP434A (Pemancar) dan RLP434A (Penerima). TLP dan RLP dipilih sebagai modul RF (Radio Frequency) karena kemampuannya di dalam pengiriman dan penerimaan data yang cukup baik, serta harganya tergolong relatif murah. B. Transmitter Transmitter TLP 434A adalah modul RF (radio Frekuensi). Modul RF ini sering sekali digunakan sebagai alat untuk komunikasi data secara wireless menggunakan media gelombang radio. Biasanya kedua modul ini dihubungkan dengan mikrokontroler atau peralatan digital yang lainnya. Masukan data untuk modul TLP adalah serial. Jangkauan komunikasi maksimum dari pasangan modul RF ini adalah 100 meter tanpa halangan dan 30 meter di dalam gedung. Ukuran ini dapat dipengaruhi oleh faktor antena, kebisingan, dan tegangan kerja dari pemancar. Panjang antenna yang digunakan adalah 18 cm. Spesifikasi dan penjelasan dari transmitter TLP 434A antara lain sebagai berikut : Operation Voltage antara 2-12 volt DC. Bekerja pada frekuensi 433,92 MHz. Case temperature : 25 C. Data rate sampai 4.8Kbps. Gambar 1. Modul dan Ukuran Dimensi TLP 434A (sumber : Datasheet TLP/RLP 434A). C. Receiver Receiver adalah suatu hardware yang berfungsi menerima sinyal informasi yang dikirim oleh suatu pemancar yang memiiki frekuensi yang sama antara pemancar dan penerima. Spesifikasi dan penjelasan dari receiver RLP 434A antara lain sebagai berikut: Operation voltage 3,3-6 volt DC. Bekerja pada frekuensi 433,92 Hz. Operation temperature antara -20 C sampai 80 C. 137
Data Rate sampai 4.8 Kbps. Gambar 2. Modul RLP 434A. Gambar 3. Ukuran Dimensi RLP 434A (sumber : Datasheet TLP/RLP 434A). D. Motor DC Arus yang mengalir melalui sebuah konduktor akan menghasilkan medan magnet. Degnan kaidah tangan kiri, kita dapat menentukan arah medan magnet. Ibu jari tangan dapat mewakili arah medan magnet yang timbul, seperti yang ditunjukkan Gambar 4. Untuk mengubah arah putaran motor dc dari searah jarum jam menjadi berlawanan arah jarum jam dapat dilakukan dengan cara membalik arah arus motor tersebut dengan tegangan sumber, yaitu kutub positif pada motor dihubungkan pada kutub negatif tegangan sumber dan kutub negatif pada motor dihubungkan pada kutub positif tegangan sumber, maka motor dc akan berputar berlawanan arah jarum jam yaitu dari kiri ke kanan. F. Driver Motor H-Bridge Rangkaian H-bridge adalah rangkaian untuk mengendali motor yang menghasilkan keluaran putaran motor yang dapat berputar searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam. Untuk perancangan driver H-Bridge ini digunakan IC L298 yang berisi dua rangkaian H-Bridge. IC L298 ini digunakan sebagai driver untuk menggerakkan motor DC seperti diperlihatkan Gambar 7. Gambar 7. Konfigurasi Pin-Pin L298 (Sumber: Datasheet L298). III. IC HT12E (ENCODER) DAN HT12D (DECODER) Gambar 4. Kaidah tangan kanan. Untuk menunjukkan arah arus yang mengalir didalam sebuah konduktor, dapat digunakan kaidah tangan kanan. Jari tengah menunjukan arah arus yang mengalir pada konduktor, jari telunjuk menunjukan arah medan magnet dan ibu jari menunjukan arah gaya putar, seperti diperlihatkan Gambar 5. A. IC HT12E HT12E adalah hardware yang memiliki fungsi sebagai encoder. IC HT12E disini digunakan sebagai encoder yang terhubung dengan transmitter TLP 434A yang berfungsi untuk mengubah addres dan data paralel ke data serial. IC HT12E memiliki 8-address dan 4-address/data input. Data input yang berupa 4 buah data biner yang akan dikodekan menjadi data serial sehingga data dapat ditransmisikan oleh transmitter TLP 434A, seperti diperlihatkan Gambar 8. Gambar 8. Konfigurasi Pin HT12E (Sumber: datasheet HT12E). Gambar 5. Konstruksi Dasar Motor DC (Sumber: www.collcircuit.com). E. Pengendalian Arah Putaran Motor DC. Putaran motor dc sebenarnya dari arah kanan ke kiri atau searah jarum jam. B. IC HT12D IC HT12D adalah IC decoder yang biasanya dipasangkan dengan IC encoder yang mempunyai address dan data yang sama bit-nya, seperti Gambar 9. Gambar 6. Arah Putaran Motor DC (Sumber: www.collcircuit.com). Gambar 9. Konfigurasi Pin HT12D (Sumber : datasheet HT12D). 138
Hardware ini akan menerima informasi dari satu pin input saja untuk kemudian dikeluarkan menjadi beberapa data (untuk HT12D maksimal data yang diterima 4-bit). IC HT12D ini digunakan sebagai decoder yang terhubung dengan receiver RLP 434A yang berfungsi untuk merubah data serial yang diterima menjadi data paralel. C. Kamera Wireless Kamera disini berfungsi sebagai pengambil gambar dan suara dengan dengan model seperti diperlihatkan Gambar 10. Gambar 10. Kamera Wireless. IV. PERANCANGAN ALAT Gambar 10 berikut ini memperlihatkan diagram sistem yang akan dirancang dengan bagian-bagian sebagai berikut. kemudian diteruskan/dikirim pada mikrokontroller. Digunakan IC Dncoder HT12D dari Holtek Semiconductor. AT89S51. Mikrokontroller pusat pengendali atau pengontrol semua piranti yang termasuk dalam sistem. Driver. Berfungsi untuk mengendalikan putaran motor dc yang digunakan. Motor DC roda kanan. Sebagai kemudi roda depan sebelah kanan. Motor DC roda kiri. Sebagai kemudi roda depan sebelah kiri. Motor DC lengan. Sebagai penggerak lengan robot, dimana lengan robot dapat diturunkan dan dinaikan. Motor DC Penjapit. Sebagai penggerak pencapit lengan robot yang mana pencapit ini dapat membuka dan menutup. Motor DC kamera putar kiri-kanan. Sebagai penggerak kamera wireless untuk berputar kekanan dan kekiri. Motor DC kamera putar atas-bawah. Sebagai penggerak kamera wireless untuk berputar keatas dan kebawah. A. Perancangan Blok Pengirim Untuk perancangan pada bagian pengirim ini terdiri dari beberapa Hardware utama yaitu push button, Encoder HT12E dan pemancar TLP434A. Rangkaian blok pengirim diperlihatkan Gambar 11. Gambar 11. Rangkaian Blok Pengirim. Gambar 10. Diagram Blok Sistem. Push Button. Sebagai alat pengendali robot dari jarak jauh. Terdiri dari 12 push button yang masing masing mempunyai fungsi yang berbeda untuk setiap penekanannya. IC-HT12E. IC Encoder yang berfungsi untuk memproses beberapa bit input data menjadi keluaran 1 bit sebelum diteruskan/dikirim pada transmitter. Digunakan IC Encoder HT12E dari Holtek Semiconductor. TLP 434A. Berfungsi sebagai pengirim data melalui frekuensi tertentu radio frekuensi (433.92 MHz). Digunakan hardware TLP434A. RLP 434A. Berfungsi sebagai penerima data melalui frekuensi tertentu radio frekuensi (433.92 MHz). Digunakan hardware RLP434A. IC-HT12D. IC Decoder yang berfungsi untuk memproses 1 bit input data menjadi beberapa bit data output B. Perancangan Push Button Push button digunakan sebagai kendali gerak robot yang terdiri dari 12 buah tombol yang terdiri dari 4 buah tombol untuk navigasi roda (maju, mundur, belok kanan, belok kiri), 4 buah tombol untuk gerak kamera wireless (Putar kanan, putar kiri, putar atas, putar bawah), 2 buah tombol untuk lengan (naik dan turum) dan 2 buah tombol untuk pencapit (buka dan menutup). Konfigurasi tombol kendali motor dc diperlihatkan Tabel I, sedangkan rangkaian push button diperlihatkan Gambar 12. 139
TABEL I KONFIGURASI TOMBOL KENDALI MOTOR DC C. Perancangan HT12E HT12E ini digunakan sebagai encoder dimana data 4bit akan diubah menjadi 1 bit yang nantinya akan di kirim ke receiver melalui transmitter TLP434A. Rangkaian HT12E diperlihatkan Gambar 13. Gambar 12. Rangkaian Push Button. D. Perancangan TLP434A Untuk pengiriman data digunakan TLP434A yang bekerja melalui gelombang yang mempunyai frekuensi 434MHz. Alat ini mudah digunakan karna tidak membutuhkan banyak komponen penudukung. Rangkaian TLP434A diperlihatkan Gambar 14. Gambar 13. Rangkaian HT12E. E. Perancangan Blok Penerima Blok penerima juga memiliki 2 hardware utama yaitu HT12D dan RLP434A. Blok ini terdapat pada robot bersama dengan mikrikontroller sebagai pusat pengendali. Rangkaian blok penerima diperlihatkan Gambar 15. F. Perancangan HT12D. HT12D ini digunakan sebagai dencoder dimana data 1bit yang diterima dari receiver akan diubah menjadi 4 bit data. Rangkaian HT12 diperlihatkan Gambar 16. G. Perancangan RLP434A Untuk penerimaan data digunakan RLP434A yang bekerja melalui gelombang yang mempunyai frekuensi 434MHz. Alat ini mudah digunakan karna tidak membutuhkan banyak komponen penudukung. Rangkaian RLP434A diperlihatkan Gambar 17. Gambar 14. Rangkaian TLP434A. TLP434A TRANSMITTE R TLP434A MHz H. Perancangan Mikrokontroller AT89S51 Mikrokontroller yang digunakan adalah AT89S51. Rangkaian mikrokontroler AT89S51 diperlihatkan Gambar 18. I. Perancangan Driver Motor DC. Driver motor dc yang digunakan adalah L298. L298 adalah komponen driver motor yang berbentuk seperti transistor TIP namun memiliki 15 kaki, L298 ini mudah untuk mendesainnya. di dalam IC L298D ini ada 2 buah driver motor dc. Rangkaian pengendali motor dc diperlihatkan Gambar 19. J. Perancangan Perangkat Lunak Pada perancangan perangkat lunak (software) dipaparkan dalam diagram alir secara keseluruhan dari semua sistem, diperlihatkan Gambar 20. Gambar 15. Rangkaian Blok Penerima. Gambar 16. Rangkaian HT12D. 140
V. PENGUJIAN ALAT Gambar 17. Rangkaian RLP434A. TLP434A MHz Pengujian rangkaian dilakukan perblok rangkaian dan keseluruhan rangkaian. Hal ini dilakukan untuk mengetahui apakah peralatan yang telah dibuat sesuai dengan perencanaan. A. TLP 434A dan RLP 434A Pengujian TLP434A dan RLP434A tanpa halangan dan dengan halangan (didalam rumah, gedung dll) dilakukan untuk mengetahui seberapa jauh jarak jangkauan pengiriman data seperti diperlihatkan Tabel II dan gelombang keluarannya diperlihatkan Gambar 21. TABEL II PENGUJIAN TLP434A DAN RLP434A Ket : OK : Berhasil Tanpa Halangan 1~20 m 21~ 50m >50 m OK OK X Dengan Halangan 1~10 m 11~ 20m > 20 m OK OK X X : Tidak berhasil Gambar 18. Rangkaian AT89S51. Gamabar 19. Rangkaian Keseluruhan Driver Motor DC. Gambar 21. Hasil Gelombang Output Pada TLP434a Dan RLP434A START Deklarasi Status Register AT89S51 Gambar diatas adalah salah satu bentuk gelombang output jika salah satu push button ditekan. Inisialisasi Nama Bit Data =01H? YES Penjapit japit NO Data =02H? NO Data =03H? NO Data =04H? YA YA YA Penjapit Lengan Naik Lengan Turun Lepas B. Motor DC Motor dc yang digunakan sebagai penggerak mempunyai spesifikasi sebagai berikut. Tegangan (V) sebesar 12 Volt, dengan arus (I) sebesar 1 A. Pada kondisi ON, tegangannya sebesar 11.93 Volt, sedangkan arusnya sebesar 296.7 ma. NO NO NO NO Data = 5H Data = 6H Data = 7H Data = 8H YES YES YES YES Bawah Kanan atas Kiri NO NO NO NO Data = 9H Data = AH Data = BH Data = CH YES YES YES YES Gambar 22. Pengujian motor roda penggerak roda kiri. Belok Kiri Mundur Belok Kanan Maju END Gambar 20. Diagram alir sistem. Untuk hasil pengukuran beberapa parameter pada motor dc diperlihatkan oleh Tabel III, dan pengujian wireless camera diperlihatkan Tabel IV. 141
MOTOR Roda Penggerak Kiri Roda Penggerak Kanan Kamera Naik/Turun Kamera Kiri/Kanan Lengan Naik/Turun Lengan Japit/Lepas Ket : OK : Berhasil TABEL III HASIL PENGUJIAN MOTOR DC Spesifikasi Waktu ON V (V) I (A) V (V) I (ma) 12 1 11, 93 296,7 12 1 11, 93 297,5 12 1 11,76 145,4 12 1 11,76 143,7 12 1 11, 93 249,4 12 1 11,93 246,8 TABEL IV PENGUJIAN WIRELESS-CAMERA Tanpa Halangan 1~20 m 21~ 80m > 80 m 0k 0k X Dengan Halangan 1~15 m 16~ 25m 26 ~ 30 m 0k 0k X X : Tidak berhasil VI. PENUTUP Dari rancangan dan pembuatan serta pengujian yang dilakukan pada robot beroda dan berlengan yang berbasiskan mikrokontroler AT89S51 yang dilengkapi dengan video kamera, dapat diambil beberapa kesimpulan dan saran sebagai berikut. A. Kesimpulan Beberapa kesimpulan dapat diambil dari rangcangan robot tersebut antara lain: 1. Pada Perencanaan robot ini digunakan 12 push button sebagai tombol perintah, namun pada ic HT12E hanya memiliki 4 pin data. Maka dilakukan kombinasi biner. 2. jangkauan TLP434A dan RLP434A tanpa halangan mencapai ± 50 meter, tetapi jika terdapat halangan hanya mencapai ± 20 meter. 3. jangkauan wireless-camera tanpa halangan mencapai ± 80 meter, tetapi jika terdapat halangan hanya mencapai ± 25 meter. B. Saran Alat yang dibuat ini masih memiliki keterbatasan, nantinya diharapkan dapat dikembangkan untuk mengatasi keterbatasan itu. Untuk mendapatkan alat yang diharapkan dapat mendekati alat yang ideal, maka 1. Bagi peneliti selanjutnya diharapkan bisa mengaplikasikan modul wireless TLP434A dan TLP 434A. 2. Untuk pemakaian Rosc pada IC HT12E dan HT12D harus disesuakan dengan tegangan yang diberikan. 3. Pemilihan motor harus disesuaikan dengan kebutuhan. A B DAFTAR PUSTAKA Gambar 22. Hasil wireless-camera (a) dalam jangkauan dan (b) di luar jangkauan. Sedangkan robot hasil rancangannya diperlihatkan Gambar 23. [1] Tim Lab. Mikroprosesor. 2006. Pemograman mikrokontroller AT89S51 dengan C/C++ dan Assembler. Yogyakarta. Andi Offset. [2] Suhata, ST. Aplikasi Mikrokontroller Sebagai Pengendali Peralatan Elektronik via Line telepon. Jakarta. PT Elex Media Komputindo. [3] Harianto Dwi S.SI., M.Kom. Visual Downloader untuk mikrokontroller AT89c2051. Yogyakarta. Andi Offset [4] http://www.robotindonesia.com [5] http://www.elektroniclab.com Gambar 23. Bentuk robot yang telah dibuat. 142