39 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Gambaran Umum Pada bab ini akan dibahas mengenai perencanaan perangkat keras elektronik (hardware) dan pembuatan mekanik Eskalator. Sedangkan untuk pembuatan perangkat lunak dirancang dengan menggunakan bahasa pemrograman C dan software pendukungnya yaitu CodeVision AVR. Pembuatan perangkat mekanik terdiri dari perencanaan desain mekanis yang mendukung aksi Eskalator. Perencanaan ini terdiri dari pengaturan peletakan posisi sensor (sensor Infrared) agar Eskalator dapat bergerak dengan baik, pemasangan anak tangga sebagai penggerak utama pada Eskalator, pengaturan posisi anak tangga agar gerakan Eskalator lebih dinamis dan seimbang, pengaturan sistem panbel yang ada di anak tangga. Yang bergerak turun-naik, maupun yang bergerak maju-mundur. Sedangkan pembuatan perangkat keras elektronik terdiri dari pembuatan rangkaian sistem minimum mikrokontroller Atmega8535 sebagai pusat pengontrolan gerak Eskalator Pembuatan rangkaian downloader sebagai interface mikrokontroller dengan PC, pembuatan rangkaian sensor, dan pembuatan rangkaian driver motor DC. 3.2 Konfigurasi Sistem Eskalator ini terdiri dari sebuah, anak tangga agar gerakan Eskalator lebih dinamis dan seimbang, pengaturan sistem panbel yang ada di anak tangga. Yang bergerak turun-naik, maupun yang bergerak maju-mundur. Dan satu buah panbel penggerak yang terletak di bawah tangga Eskalator. Sebagai penggerak digunakan motor DC dengan torsi yang cukup besar. Eskalator dapat bergerak secara otomatis sesuai orang yang naik dan turun. Dibuat dengan mengandalkan dua pasang sensor Infrared yang ada di tiang atas dan bawah Esakalator, sensor tersebut dapat mendeteksi keberadaan orang turun dan naik secara otomatis. 39
40 Semua sistem diatas dikontrol oleh sebuah mikrokontroller ATmega 8535 sesuai dengan instruksi program yang dituliskan pada mikrokontroller tersebut. Mikrokontroller berinteraksi dengan PC melalui komunikasi paralel menggunakan downloader DB25. 3.3 Diagram Blok Sistem Gambar berikut ini memperlihatkan diagram blok sistem keseluruhan dari Eskalator Otomatis. BAGAN ESKALATOR OTOMATIS Sensor 1 Microcontroller ATMEGA 8535 Motor Sensor 2 Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Dari blok diagram diatas dapat dilihat bahwa mikrokontroller bertindak sebagai pusat dari semua sistem, mikrokontroller mengatur semua kegiatan input/output sistem. Sensor Infrared berfungsi memberikan tanda kalau ada benda atau orang yang lewat di dapanya. kepada mikrokontroller berupa sinyal input 5 volt untuk kondisi high dan 0 volt untuk kondisi low. Sensor ini bekerja berdasarkan ada benda atau orang yang melintas di depannya.
41 3.4 Perencanaan Perangkat Keras Elektronik 3.4.1 Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroller ATmega8535 Rangkaian sistem minimum mikrokontroller berfungsi sebagai pengontrol semua peralatan yang ada dalam sistem dengan acuan pembacaan data dari sensor Infrared maupun limit switch. Pembacaan dari sensor Infrared dan limit switch langsung dimasukkan ke dalam mikrokontroler yang kemudian diproses dan dijadikan acuan untuk pengambilan keputusan, yang dalam hal ini adalah menentukan arah pergerakan Esakalator dan kerja dari anak tangga. Subrutin inilah yang nantinya mengontrol perputaran dari motor DC pada Esakalator otomatis. Rangkaian minimum sistem mikrokontroler ini terdiri dari rangkaian osilator, rangkaian reset dan rangkiaian power supply seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut. Gambar 3.2 Sistem Minimum Atmega8535
42 Rangkaian osilator pada sistem minimum dihubungkan dengan pin 12 dan 13, osilator berasal dari kristal. Pada tugas akhir ini dibuat rangkaian osilator yang berasal dari kristal 11.0592 MHz, sedangkan nilai kapasitor C1 dan C2 masing-masing 33pf. Kapasitor yang digunakan merupakan kapasitor keramik (non-polar). Untuk rangkaian reset dihubungkan dengan pin 9, reset pada mikrokontroller terjadi apabila ada logika 1 (high) pada pin RESET. Setelah kondisi pin RESET kembali 0 (low), maka mikrokontroller akan menjalankan program kembali. Sebagai sumber tegangan +5 volt yang dibutuhkan oleh rangkaian mikrokontroller, digunakan IC regulator 7805 yang berfungsi menurunkan. Tegangan input sebesar 12 volt dari power supply (accu). Pada kaki input maupun output IC regulator dipasangkan kapasitor (elco) dengan nilai masing-masing 22uf/50V dan 22uf/16V. 3.4.2 Rangkaian Downloader Rangkaian ini merupakan perangkat yang menghubungkan antara PC dengan mikrokontroller, yang berfungsi untuk menyimpan program pada mikrokontroller tersebut. Gambar 3.3 Rangkaian Downoader DB25
43 Perangkat yang digunakan yaitu konektor DB25, pin 18 sampai dengan pin 25 dihubungkan secara seri terhadap GROUND. Pin 6 sebagai SCK, pin 7 sebagai MOSI, pin 9 sebagai RESET dan pin 10 sebagai MISO. Semua pin tersebut dihubung seri dengan tahanan berupa resistor 330 ohm. Untuk proses download digunakan software CodeVision AVR dengan fasilitas AVR Chip Programmer dengan tipe Kanda System STK200+/300. Gambar 3.4 Sensor tidak mediteksi benda Gambar 3.5 Sensor mengenai benda Sifat dari photodioda adalah semakin banyak cahaya yang diterima, maka nilai resistansi diodanya semakin kecil. Agar dapat dibaca oleh mikrokontroller, maka tegangan keluaran sensor harus disesuaikan dengan level tegangan TTL yaitu 0-1 volt untuk logika 0 (low) dan 3-5 volt untuk logika 1 (high). Hal ini dilakukan dengan memasang operational amplifier LM339 yang difungsikan sebagai komparator. Output dari photodioda yang
44 masuk ke input inverting op-amp akan dibandingkan dengan tegangan tertentu dari variable resistor (VR). Variable resistor ini berfungsi untuk mengatur kepekaan sensor terhadap garis terang dan gelap. Resistor yang dipasangkan pada LED berfungsi sebagai pembatas arus untuk menjaga arus LED dibawah arus maksimum, nilai R ditentukan oleh rumus berikut : Keterangan : R I F V R = CC : Nilai Resistansi V I : Arus yang melalui LED V F : Tegangan LED (1.2 V 1.3 V) V CC : Tegangan input F F Sedangkan untuk resistor yang dipasangkan pada Photodioda berfungsi sebagai resistor beban ( R L ) yang membatasi arus ( I E ) pada Photodioda. Berikut rumus untuk menghitung nilai R L : Keterangan : R L R L = V I CC : Nilai resistansi resistor beban V CC : Tegangan input I E : Arus yang melalui Photodioda E 3.4.4 Rangkaian Driver Motor L298 Motor DC yang digunakan pada robot ini adalah motor DC 12 volt, untuk mendapatkan gerakan yang sesuai dengan keadaan arena diperlukan driver yang dapat mengatur kecepatan motor. Dalam hal ini digunakan IC L298, rangkaian driver IC L298 digunakan untuk menggerakan motor DC yang terpasang pada roda robot. Rangkaiannya dapat dilihat pada gambar 3.7.
45 Gambar 3.6 Rangkaian Driver Motor L298 IC driver L298 memiliki kemampuan menggerakkan motor DC sampai arus 2A dan tegangan maksimum 40 volt DC untuk satu kanalnya. Pin Enable A dan B untuk mengendalikan jalan atau kecepatan motor, pin Input 1 sampai 4 digunakan untuk mengendalikan arah putaran. Pin output pada IC L298 dihubungkan ke motor DC yang sebelumnya melalui dioda yang disusun secara H-bridge. Pengaturan kecepatan motor digunakan teknik PWM (Pulse Width Modulation) yang diinputkan dari mikrokontroller melalui pin Enable. PWM untuk kecepatan rotasi yang bervariasi tergantung dari level highnya. Ilustrasinya ditunjukkan pada gambar 3.8. Gambar 3.7 Ilustrasi Pulse Width Modulation Dari gambar 4 dapat dijelaskan jika dikehendaki kecepatan penuh maka diberikan 5 Volt konstan, jika dikehendaki kecepatan bervariasi maka
46 diberikan pulsa yang lebar high dan low-nya bervariasi. Satu periode pulsa memiliki waktu yang sama sehingga dalam contoh diatas, kecepatan motor akan berubah dari setengah kecepatan penuh menjadi mendekati kecepatan penuh. Didalam chip L298, untuk mengendalikan arah putaran motor digunakan metode bridge-h dari kombinasi transistor, jadi dengan metode demikian arus yang mengalir kemotor polaritasnya dapat diatur dengan memberikan logika ke transistor Q1 sampai Q4. Pengaturannya seperti tabel kebenaran disamping gambar 5. Kondisi high untuk semua input tidak diijinkan sebab akan mengakibatkan semua transistor aktif dan akan merusakkan transistor karena secara otomatis arus dari kolektor Q1 dan Q2 langsung mengalir ke Q2 san Q3 sehingga arus sangat besar tanpa melalui beban motor DC. Berikut ilustrasi pengendalian motor DC didalam IC L298. Gambar 3.8 Ilustrasi Pengendalian Motor didalam IC Driver Motor Gambar 3.9 Rancangan Mekanik Eskalator
47 3.5 Perancangan Mekanik 3.5.1 Perancangan Base Eskalator Rancangan base eskalator dibuat kokoh agar mampu menopang seluruh mekanik yang ada diatasnya. Bagian-bagian base eskalator dibuat dari batang-batang aluminium yang disusun sedemikian rupa hingga membentuk kerangka base eskalator. Pada bagian base terdapat gir penggerak utama, gir atas bawah, tiang untuk panbel ada anak tangga eskalator. Gambar 3.10 Motor dan Gir Rantai Penggerak Tangga Pergerakan Eskalator ke arah depan (maju), ke arah belakang (mundur), Untuk pergerakan ke arah depan (maju) satu motor berputar maju dan mundur, pergerakan eskalator kearah belakang (mundur) satu motor berputar. Sedangkan untuk pergerakan ke arah depan (maju) satu motor berputar. Berikut ilustrasi gerakan eskalator.
48 Gambar 3.11 Pergerakan Maju Gambar 3.12 Pergerakan Mundur
49 Gambar 3.13 Sistem Eskalator Tampak Samping Gambar 3.14 Sistem Eskalator Tampak Depan Untuk pergerakkan naik-turun eskalator digunakan motor DC dengan sistem penarik menggunakan rantai gir.