BAB II TEORI DASAR 2.1 Restaurant Asal-usul penggunaan nama restaurant bisa ditelurusi ke abad ke-16, ketika istilah ini pertama kali ditemukan di Prancis sampai zaman Romawi Kuno (abad ke-2) berasal dari kata Prancis restaurer atau restore yang artinya pembangkitkan tenaga. Spesifiknya istilah ini dipakai untuk sajian sup yang sarat kaldu. Terobosan konsep terjadi sekitar tahun 1782, ketika restaurant yang terletak di Rue De Richelieu, Paris, menulis daftar makanan dalam menu. Makanan kemudian disajikan dalam porsi personal dan setiap tamu dilayani satu per satu. Menu yang dikeluarkan pun tidak sekaligus, melainkan bertahap. Perkembangan pesat terjadi justru karena Revolusi Prancis. 5
6 Gambar 2.1 Contoh Restaurant 2.2 Robot Robot adalah sebuah alat mekanik yang dapat melakukan tugas fisik, baik menggunakan pengawasan dan kontrol manusia, ataupun menggunakan program yang telah didefinisikan terlebih dulu (kecerdasan buatan). Istilah robot berawal bahasa Cheko robota yang berarti pekerja atau kuli yang tidak mengenal lelah atau bosan. Robot biasanya digunakan untuk tugas yang berat, berbahaya, pekerjaan yang berulang dan kotor. Biasanya kebanyakan robot industri digunakan dalam bidang produksi. Penggunaan robot lainnya termasuk untuk pembersihan limbah beracun, penjelajahan bawah air dan luar angkasa, pertambangan, pekerjaan "cari dan tolong" (search and rescue), dan untuk pencarian tambang. Gambar 2.2 Perkembangan Robot 2.3 Robot Line Follower
7 Robot line follower merupakan robot yang dapat berjalan mengikuti sebuah lintasan, ada yang menyebutnya dengan Line Tracker, Line Tracer Robot dan sebagainya. Garis yang dimaksud adalah garis berwarna hitam diatas permukaan berwarna putih atau sebaliknya, ada juga lintasan dengan warna lain dengan permukaan yang kontras (gelap-terang) dengan warna garisnya.. Gambar 2.3 Contoh Robot Line Follower 2.4 Gambaran Umum Pada dasarnya terdiri tiga bagian pokok yang terdapat pada robot untuk dijadikan skema bagaimana robot tersebut dapat berjalan, diantaranya adalah masukan atau biasa disebut sebagai input biasanya berupa perintah yang akan dijalankan oleh robot, kemudian proses berupa pengolahan perintah pada input agar dapat diterjemahkan dan menghasilkan keluaran yang diinginkan atau biasa disebut output. Sehingga dalam pembahasan akan dapat dipermudah dengan menggolongkan beberapa perangkatnya berdasarkan peranan perangkat tersebut dalam kesatuan sistem kerja alat. INPUT PROSES OUTPUT Gambar 2.4 Blok Diagram Kesatuan Kerja Robot
8 2.5 Mekanik Mekanik merupakan komponen dari pembuatan robot yang dibuat sebagai design ataupun model awal dari pembuatan robot itu sendiri. Pada line follower pramusaji yang akan dibuat kali ini, mekanik yang akan digunakan adalah mekanik berbahan akrilik yang dilengkapi dengan roda yang terhubung pada motor DC. Dalam perancangannya line follower tersebut akan menggandeng sebuah forklift. Sedangkan pada forklift menggunakan mekanik berbahan akrilik yang dilengkapi dengan slider dan katrol. 2.5.1 Akrilik Acrylic atau akrilik adalah jenis plastik yang transparan. Hal ini dapat digunakan untuk membuat bentuk dan ukuran disesuaikan yang tidak dapat dicapai oleh bahan lainnya. Akrilik mempunyai bentuk yang mirip dengan kaca namun lebih elastis, lebih ringan dan tidak mudah pecah dibandingkan kaca karena sifatnya akrilik yang elastis membuat bahan akrilik mudah dibentuk, saat ini banyak digunakan dalam dunia industri untuk membuat suatu produk dengan bahan dasar akrilik.
9 Gambar 2.5 Bahan akrilik 2.6 Elektrik Elektrik adalah perakitan komponen mencakup tentang hal-hal yang memerlukan tenaga listrik dalam penerapannya. Elektrik dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu elektrik pada input dan output yang keduanya diolah pada sebuah mikrokontroller. 2.6.1 Sensor Garis Menggunakan LDR Sensor garis atau proxymity sensor adalah sensor yang berfungsi mendeteksi warna gelap atau warna terang, dimana warna gelap atau terang tersebut terdeteksi akibat pantulan cahaya lampu ( biasanya menggunakan lampu LED ) yang terdapat pada sensor. Gambar 2.6 Sensor Garis Menggunakan LDR
10 Prinsip kerja dari sensor garis menggunakan LDR (Light Dependent Resistor) pada dasarnya sama halnya apabila menggunakan photodiode karena prinsip LDR (Light Dependent Resistor) dan photodiode adalah sama yaitu menerima ataupun mendeteksi adanya cahaya. 2.6.1.1 Rangkaian Sensor Garis Menggunakan LDR Pada perancangan robot line follower yang akan dibuat menggunakan sensor garis dengan LDR (Light Dependent Resistor) sebagai penerima cahaya yang dipantulkan dari LED (Light Emitting Diode). Prinsip kerja dari rangkaian ini adalah jika pantulan cahaya LED mengenai bagian yang berwarna terang, maka intensitas cahaya yang masuk ke LDR (R2) akan tinggi dan resistan ( hambatan menjadi rendah ) akibatnya V0 akan mempunyai tegangan yang tinggi sehingga nilainya menjadi aktif, begitu pun sebaliknya jika pantulan cahaya LED mengenai bagian yang berwarna gelap, maka nilainya menjadi pasif. Gambar 2.7 Rangkaian Sensor Garis Menggunakan LDR
11 2.6.1.2 Cara Kerja Sensor Garis Seperti layaknya manusia, bagaimana manusia dapat berjalan tanpa menabrak dan sebagainya, tentunya karena manusia memiliki mata sebagai penginderanya. Begitu juga robot line follower ini, dia memiliki sensor garis yang berfungsi seperti mata pada manusia. Gambar 2.8 Sensor Garis pada Lintasan Lurus Sensor garis ini mendeteksi adanya garis pada permukaan lintasan dengan membandingkan kondisi saat terkena permukaan gelap dan permukaan terang. Informasi yang diterima sensor garis kemudian diteruskan ke prosesor untuk diolah sedemikian rupa dan akhirnya hasil informasi hasil olahannya akan diteruskan ke penggerak atau motor agar motor dapat menyesuaikan gerak tubuh robot sesuai garis yang dideteksinya. Misalkan dalam Gambar 2.8 sensor berada di tengah, yang menjadi perhitungan adalah sensor ke 3 dan ke 4 (hitung dari kiri ke kanan) robot dikondisikan berjalan maju atau lurus, maka robot akan berbelok apabila sensor menemui kondisi yang berbeda: a) Tikungan ke kanan
12 Gambar 2.9 Kondisi Sensor Saat Berbelok ke Kanan Ketika sensor 1 dan 2 bertemu dengan permukaan terang, sedangkan sensor 5 dan 6 bertemu dengan lintasan gelap, maka motor DC kanan akan bergerak mundur sedangkan motor DC kiri akan maju sehingga robot berbelok ke kanan. Gambar 2.10 Kondisi Sensor Saat Berbelok ke Kiri b) Tikungan ke kiri Ketika sensor 1 dan 2 bertemu dengan permukaan gelap, sedangkan sensor 5 dan 6 bertemu dengan permukaan terang maka roda kiri akan berhenti sehingga robot berbelok ke kiri. 2.6.2 Regulator Tegangan
13 Regulator tregangan adalah bagian power supply yang berfungsi untuk memberikan stabilitas output pada suatu power supply. Output tegangan DC dari penyearah tanpa regulator mempunyai kecenderungan berubah harganya saat dioperasikan. Adanya perubahan pada masukan AC dan variasi beban merupakan penyebab utama terjadinya ketidakstabilan pada power supply. Pada sebagian peralatan elektronika, terjadinya perubahan catu daya akan berakibat cukup serius. Untuk mendapatkan pencatu daya yang stabil diperlukan regulator tegangan. Regulator tegangan untuk suatu power supply paling sederhana adalah menggunakan IC. 2.6.2.1 Regulator 7809 Komponen ini pada dasarnya sama dengan IC 7805 hanya berbeda IC dan tegangan keluaran. Dengan menggunakan IC 7809 maka tegangan keluarannya menghasilkan tegangan keluaran sebesar +9VDC / -9VDC. Gambar 2.11 Rangkaian Regulator 7809 dan IC 7809 2.6.2.2 Regulator 7805 Regulator 7805 berfungsi sebagai penurun tegangan dari tegangan berlebih. Pada dasarnya fungsi dan rangkaian sama dengan regulator 7809 hanya
saja IC yang digunakan berbeda sehingga pada regulator 7805 memberikan output tegangan sebesar 5V. 14 Gambar 2.12 Rangkaian Regulator 7805 dan IC 7805 2.6.3 Motor Driver Driver motor berfungsi sebagai piranti yang bertugas untuk menjalankan motor baik mengatur arah putaran motor maupun kecepatan putar motor. Macam driver motor diantaranya adalah : Driver Kontrol Tegangan, dengan driver motor kontrol tegangan menggunakan level tegangan secara langsung untuk mengatur kecepatan dari putaran motor. Driver PWM, dengan kontrol PWM kita dapat mengatur kecepatan motor dengan memberikan pulsa dengan frekuensi yang tetap ke motor, sedangkan yang digunakan untuk mengatur kecepatan adalah duty cycle dari pulsa yang diberikan. Driver H digunakan untuk mengontrol putaran motor yang dapat diatur arah putarannya CW maupun CCW. Driver ini pada dasarnya
menggunakan 4 buah transistor untuk switching dari putaran motor dan secara bergantian untuk membalik polaritas dari motor. 15 2.6.3.1 Driver H Driver motor DC tipe H-Bridge menggunakan power driver berupa transistor. Rangkaian driver motor DC H-Bridge transistor ini dapat mengendalikan arah putaran motor DC dalam 2 arah dan dapat dikontrol dengan metode PWM (Pulse Width Modulation) maupun metode sinyal logika dasar (High) dan (Low). Untuk pengendalian motor DC dengan metode PWM maka dengan rangkaian driver motor DC ini kecepatan putaran motor DC dapat dikendalikan dengan baik. Apabila menggunakan metode logika TTL 0 dan 1 maka rangkaian ini hanya dapat mengendalikan arah putaran motor DC saja dengan kecepatan putaran motor DC maksimum. Rangkaian driver motor DC H- Bridge ini menggunakan rangkaian jembatan transistor 4 unit dengan protesi impuls tegangan induksi motor DC berupa dioda yang dipasang paralel dengan masing-masing transistor secara reverse bias.
16 Gambar 2.13 Rangkaian Driver H Bridge 2.6.4 Light Emiting Diode (LED) Light Emiting Diode (LED) dapat mengeluarkan cahaya bila diberikan forward bias. Dioda jenis ini banyak digunakan sebagai indikator dan display. Misalnya dapat digunakan untuk seven segment (display angka). Gambar 2.14 Simbol dan fisik LED LED yang digunakan untuk penerima sensor adalah dari jenis superbright 5mm. Kelebihannya adalah memiliki intensitas dan focus yang lebih baik daripada LED biasa. Sedangkan untuk keperluan indicator digunakan LED kecil biasa 3mm. 2.6.5 LDR (Light Dependent Resistor) Merupakan jenis komponen elektronika resistor jenis variable yang resistansinya tergantung tingkat intensistas cahaya yang masuk pada komponen tersebut. Pada dasarnya LDR(Light Dependent Resistor) terbuat dari sebuah cakram semikonduktor yang mempunyai dua buah elektroda pada permukaannya. Pada saat gelap atau intensitas cahaya rendah, bahan tersebut menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya sedikit elektron yang dihasilkan untuk mengangkut muatan elektrik. Hal ini berarti, pada saat keadaan gelap atau intensitas cahaya rendah, maka LDR(Light Dependent Resistor) akan menjadi konduktor yang buruk, sehingga LDR(Light Dependent
Resistor) memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau intensitas cahaya rendah. 17 Gambar 2.15 Bentuk Fisik LDR(Light Dependent Resistor) Begitu sebaliknya pada saat terang atau intensitas cahaya tinggi, bahan tersebut lebih banyak menghasilkan elektron yang lepas dari atom. Sehingga akan lebih banyak elektron yang dihasilkan untuk mengangkut muatan elektrik. Hal ini berarti, pada saat terang atau intensitas cahaya tinggi, maka LDR(Light Dependent Resistor) menjadi konduktor yang baik, sehingga LDR(Light Dependent Resistor) memiliki resistansiyang kecil pada saat terang atau intensistas cahaya tinggi. 2.7 Komponen Pendukung Komponen pendukung merupakan beberapa perangkat tambahan untuk menjadikan sebuah alat menjadi lebih variatif dan dapat dijalankan sebagaimana mestinya. Komponen tambahan yang digunakan agar line follower ini dapat berjalan menyerupai kerja dari seorang pramusaji diantaranya adalah push button, LCD, dan forklift. 2.7.1 Push Button
18 Push Button adalah saklar tekan yang berfungsi untuk menghubungkan atau memisahkan bagian bagian dari suatu instalasi listrik seperti rangkaian pengendali dan pengaturan. Suatu sistem saklar tekan push button terdiri dari saklar tekan start, stop, reset dan saklar tekan untuk emergency. Push button memiliki kontak NC (normally close) dan NO (normally open). Gambar 2.16 Macam macam Push Button Pada umumnya Push Button NO berwarna hijau dan untuk Push Button NC berwarna merah. Prinsip kerja Push Button NO adalah apabila dalam keadaan normal (tidak ditekan) maka kontak tidak berubah atau bisa dikatakan jika tidak ditekan maka tidak akan ada aliran listrik namun apabila di tekan maka akan ada aliran listrik yang lewat. Sedangkan prinsip kerja Push Button NC adalah
19 kebalikan dari Push Button NO yaitu sebelum ditekan aliran listrik sudah ada (mengalir) namun jika ditekan berarti kita memutuskan aliran listrik teresebut. Kontak NC akan berfungsi sebagai memberhentikan dan kontak NO akan berfungsi sebagai start (menjalankan) biasanya digunakan pada sistem pengontrolan motor motor induksi untuk menjalankan mematikan motor pada industri industri. Push Button pada umumnya memiliki konstruksi yang terdiri dari kontak bergerak dan kontak tetap. Dari konstruksinya, maka push button dibedakan menjadi beberapa tipe yaitu: Tipe Normally Open (NO) Tombol ini disebut juga dengan tombol start karena kontak akan menutup bila ditekan dan kembali terbuka bila dilepaskan. Bila tombol ditekan maka kontak bergerak akan menyentuh kontak tetap sehingga arus listrik akan mengalir. Gambar 2.17 Push Button NO Tipe Normally Close (NC)
20 Tombol ini disebut juga dengan tombol stop karena kontak akan membuka bila ditekan dan kembali tertutup bila dilepaskan. Kontak bergerak akan lepas dari kontak tetap sehingga arus listrik akan terputus. Gambar 2.18 Push Button NC Tipe NC dan NO Tipe ini kontak memiliki 4 buah terminal baut, sehingga bila tombol tidak ditekan maka sepasang kontak akan NC dan kontak lain akan NO, bila tombol ditekan maka kontak tertutup akan membuka dan kontak yang membuka akan tertutup.
21 Gambar 2.19 Push Button NO dan NC 2.7.1.1 Saklar Push On Saklar Push ON Saklar merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan dua titik atau lebih dalam suatu rangkaian elektronika. Salah satu jenis saklar adalah saklar Push ON yaitu saklar yang hanya akan menghubungkan dua titik atau lebih pada saat tombolnya ditekan dan pada saat tombolnya tidak ditekan maka akan memutuskan dua titik atau lebih dalam suatu rangkaian elektronika. Simbol saklar Push ON ditunjukan pada gambar berikut. Gambar 2.20 Saklar Push ON Simbol Dan Bentuk Saklar Push ON Saklar push ON dapat berbentuk berbagai macam, ada yang menggunakan tuas dan ada yang tanpa tuas. Saklar push ON sering diaplikasikan pada tombol-tombol perangkat elektronik digital. Saklar push ON juga dikenal sebagai saklar push button. Salah satu contoh penggunaan saklar push ON adalah pada keyboard komputer, keypad printer, matrik keypad, tombol kontrol pada DVD player dan lain sebagainya.
22 2.7.2 LCD (Liquid Crystal Display) 2x16 LCD (Liquid Crystal Display) adalah modul penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik. LCD yang paling banyak digunakan saat ini ialah tipe M1632 karena harganya cukup murah. LCD M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 2 16 (2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD.Untuk rangkaian interfacing, LCD tidak banyak memerlukan komponen pendukung. Hanya diperlukan satu variable resistor untuk memberi tegangan kontras pada matriks LCD. Gambar 2.21 Konfigurasi LCD 2x16 2.7.3 Forklift
23 Forklift merupakan sistem pengangkat gabungan dari dua batang rail vertikal sebagai penuntun yang bergerak naik ataupun turun dengan dibantu oleh motor DC yang dihubungkan pada tali melalui dua buah katrol. Motor DC yang digunakan akan menarik atau menurunkan batang rail tersebut yang biasa disebut dengan slider. Gambar 2.22 Forklift 2.8 Mikrokontroller Sebagai Pengontrol Semua jenis perangkat elektronika baik yang bekerja otomatis maupun semi-otomatis semuanya menggunakan mikrokontroller yang bertugas sebagai jantung dari sistem. Mikrokontroller mampu menghubungkan masukan-masukan untuk diproses dan kemudian di jadikan pemicu terjadinya peristiwa kerja pada keluarannya.
24 Secara umum mikrokontroller di artikan sebagai sebuah perangkat elektronika yang dapat menerima masukan dan memberikan perintah menjadi sebuah keluaran dari perangkat. Sehingga seringkali mikrokontroller digunakan untuk menjadi otak pada robot dengan memanfaatkan segala keunggulannya. Pada mikrokontroller inilah segala keinginan manusia terhadap kerja robot dapat ditanamkan dengan bahasa pemrograman tertentu. Hal ini didasari oleh keberadaan suatu chip yang terdapat pada mikrokontroller tersebut. Fasilitas dasar yang dimiliki oleh mikrokontroller. 1. ALU(Aritmatic-Logic-Unit) atau Unit Aritmatika dan Logika Rangkaian-rangkaian logika yang melaksanakan operasi penjumlahan, pengurangan dan berbagai operasai logika lainnya. 2. Memori Terdapat beragam memori tetapi pada dasarnya hanya terdapat dua tipe utama piranti memori, yaitu RAM(Random Access Memory) dan ROM(Read Only Memory). RAM (Random Access Memory) digunakan untuk menyimpan data secara temporer. Dalam arti data akan hilang ketika pasokan daya ke piranti diputuskan. ROM (Read Only Memory) digunakan untuk menyimpan beberapa instruksi-instruksi dalam bentuk biner yang dapat dipahami oleh kontroler bersifat sedikit lebih permanen. 3. Timer dan Counter Sebuah fasilitas yang dapat dijadikan batasan waktu dan juga dapat mencacah deretan periode yang dibangkitkan oleh sistem clock.
25 4. Clock Sebuah kondisi detakan pulsa tetap yang dihasilkan oleh komponen tertentu yang dijadikan sebagai wadah terjadinya kejadian-kejadian pada mikrokontroller. Kejadian akan menempati waktu-waktu tertentu didalamnya. 5. Input dan Output Pin-pin yang dapat dihubungkan dengan masukan dan keluaran. Seperti untuk sensor dan aktuator dan indikator. Arduino sendiri adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR(Advenced Versatile RISC) dari perusahaan Atmel. 2.8.1 Arduino Uno Bermacam-macam jenis arduino yang dapat dijumpai dipasaran saat ini salah satunya adalah arduino uno. Arduino uno adalah salah satu jenis mikrokontroller yang sering digunakan karena faktor didalamnya, baik dari bentuk fisik dan kemudahan dalam penggunaannya. Jenis mikrokontroller ini memiliki beberapa hal unik seperti dalam cara penggunaanya yang berbeda dengan kebanyakan mikrokontroller lainnya. Mempunyai kemudahan dalam menanam program dengan bahasa pengembangan yang ditujukan untuk mempermudah pengguna dan software khusus yang compatible dengan arduino.
26 Gambar 2.23 Arduino Uno Pada arduino uno terdapat berbagai fasilitas yang mendukung peralatan sebagai mikrokontroller,. Rincian secara umum dari fasilitas tersebut terlihat pada tabel 2.2. Tabel 2.1 Fasilitas pada Arduino Uno Mikrokontroler Tegangan Operasi ATmega328 5V Tegangan Masukan 7-12V Tegangan Masukan (batas) Pin Digital Pin Analog 6 Arus DC(Direct Current) per Pin I / O 6-20V 14 (dimana 6 memberikan output PWM) 40 Ma DC saat ini untuk 3.3V Pin 50 Ma
27 Flash Memory SRAM EEPROM 32 KB (ATmega328) yang 0,5 KB digunakan oleh bootloader 2 KB (ATmega328) 1 KB (ATmega328) Kecepatan Clock 16 MHz Pada tabel 2.2 menjelaskan bahwa pada arduino uno menggunakan IC (Intergrated Circuit) mikrontroller keluaran perusahan besar atmel yaitu ATmega328P. 2.8.2 ATmega328P Merupakan chip mikrokontroller AVR(Advenced Vertile RISC) keluaran perusahaan Atmel. Berdasarkan data sheet ATmega328P terdapat beberapa kemampuan yang terdapat didalamnya. Hal inilah yang kemudian dikembangkan dalam bentuk papan arduino, kemampuan-kemampuan tersebut seperti halnya kemampuan chip mikrokontroller pada umumnya. Beberapa fasilitas inilah yang dikemas dalam satu chip yang kemudian dipasang pada papan arduino uno dengan penambahan-penambahan komponen lain seperti penyediaan sumber tegangan, indikator dan crystal sebagai pembangkit clock. Perancangan papan arduino uno sendiri dengan memanfaatkan port-port pada ATmega328P dengan jalur rangkaian yang disesuaikan untuk mempermudah penggunaannya.
28 Gambar 2.24 Pemetaan port Atmega-328 dengan pin Arduino Uno Berdasarkan gambar diatas arduino mulai dirancang sedemikian rupa dengan membedakan beberapa port dengan penggantian istilah nama. Hal ini terlihat pada arduino uno sendiri yang hanya akan dijumpai pin digital dan analog saja bukan lagi port pada istilah yang digunakan pada ATmega. Hal ini juga didukung dengan rancangan software khusus yang disebut dengan sketch IDE yang tentu sangat selaras dengan nama dan istilah-itilah yang ada pada papan arduino uno. 2.8.3 Sketch IDE (Integrated Development Environment)
29 Merupakan software yang dirancang untuk memenuhi penggunaan papan arduino dengan bahasa pemrograman sendiri. Pemrograman untuk arduino dengan menggunakan software ini akan memudahkan para pengguna karena bahasa pemrograman yang dirancang untuk lebih mudah dimengerti. Selain itu keunggulan pada software ini adalah tersedianya beberapa contoh pemrograman untuk sejumlah perangkat seperti blink, motor servo, LCD(Liquid Cristal Display), sensor ultrasonic dan lain sebagainya. Karena pada Sketch IDE(Integrated Development Environment) merupakan bagian software yang opensuorce sehingga memungkinkan kita untuk memprogram bahasa arduino dalam bahasa C/C++ sehingga tidak terbatas dengan penggunaan bahasa pokoknya. Software IDE(Integrated Development Environment) ini juga memungkinkan untuk menulis sebuah program secara bertahap yang diakhiri dengan langkah penanaman program pada ATmega328. Gambar 2.25 Sketch IDE(Integrated Development Environment)