BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT Dalam bab ini akan dibahas mengenai proses perancangan mekanik pembersih lantai otomatis serta penyusunan rangkaian untuk merealisasikan sistem alat. Dalam hal ini Ultrasonic Sensor berguna sebagai pendeteksi adanya halangan di depan robot. Adapun sistem robot yang dibuat dan dirancang sesuai blok diagram. 3.1 Blok Diagram Rangkaian Dalam pembuatan robot tentunya tidak terlepas dari sistem elektrikal. Oleh karena itu untuk mendapatkan sistem elektrikal sesuai kebutuhan maka diperlukan rancangan. Adapun perancangan disini adalah pembuatan regulator, pembuatan motor driver, pemasangan untrasonik sensor, pemasangan liquid crystal display, pemasangan push button, pemasangan baterai, dan komponen-komponen pendukung lainnya. 21
22 Untuk merealisasikan pembersih lantai otomatis yang akan diuji, maka secara sistem keseluruhan rangkaian pembersih lantai otomatis berbasis Arduino menggunakan Sensor Ultrasonik. Berikut adalah blok diagram sistem elektrikal pada robot pembersih lantai. Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian Fungsi dari diagram blok rangkaian di atas adalah sebagai berikut : 1. Adaptor Adaptor 12V berfungsi sebagai sumber tegangan ke rangkaian Arduino Uno dan driver motor shield. Ketika tegangan 12 VDC masuk ke dan motor driver dan Arduino Uno. Tegangan 12 V DC yang masuk ke arduino diturunkan tegangannya oleh IC 7805 yang terdapat pada modul arduino. Tegangan tersebut akan terbagi untuk : - Sensor Ultrasonik - Reley - Atmega 328
23 - IC L298 - LCD 2. Arduino Uno Arduino Uno berfungsi sebagai sistem kontrol dari semua rangkaian pengontrol Robot Pembersih Lantai. 3. Motor Driver Motor driver (motor shield) berfungsi sebagai pengatur tegangan dan arus yang masuk ke motor DC. 4. Dua Motor DC dengan Roda Motor DC dan Roda berfungsi sebagai penggerak robot maju, mundur, kanan kiri dan berhenti. 5. Motor DC dengan pengepel Motor DC dan pengepel sebagai pembersih lantai. Dengan gerakan memutar motor DC, pengepel akan menggosok permukaan lantai. 6. Relay Relay berfungsi untuk mengaktifkan Motor DC pengepel guna membersihkan lantai. 7. Sensor Jarak Ultrasonik Sensor Jarak Ultrasonik berfungsi sebagai penanda adanya halangan atau tembok di depan robot. 8. LCD Liquid Crystal Display berfungsi sebagai penampil data yang diperlukan untuk mempermudah penggunaan.
24 9. Tombol Push button berfungsi sebagai human interface atau komunkasi antara robot dan manusia untuk mengatur beberapa variabel dalam robot. 3.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) Dalam perancangannya, pembersih lantai otomatis ini menggunakan Arduino UNO sebagai dasar utamanya, sehingga diperlukan sebuah modul Arduino UNO untuk menjadi otak dasarnya. Perancangan perangkat keras ini dilakukan untuk mewujudkan terciptanya sebuah pembersih lantai otomatis yang simple dan dapat di operasikan dengan sensor ultrasonik. Adapun sistem robot yang dibuat dan dirancang sesuai blok diagram. Pembahasan dititik beratkan pada perancangan robot yang dibuat berdasarkan pemikiran dan mengacu pada sumber yang berhubung dengan alat. 3.2.1 Arduino UNO Arduino UNO adalah sebuah mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega 328 (datasheet). Arduino UNO seperti yang terlihat pada Gambar 3.2 mempunyai 14 pin digital input/output (6 diantaranya dapat diguanakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah oscillator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ISCP header, dan sebuah tombol reset.
25 Gambar 3.2 Rangkaian Arduino UNO Untuk mengetahui data-data Arduino UNO secara ringkas bisa dilihat pada tabel 3.1. Tabel 3.1 Ringkasan Arduino UNO Mikrokontroler ATmega 328 Tegangan Pengoperasian 5 V Tegangan Input Yang 7-12 V Disarankan Batas Tegangan Input 6 20 V Jumlah Pin I/O Digital 14 (6 diantaranya menyediakan keluaran PWM) Jumlah Pin Input Analog 6 Clock Speed 16 MHz
26 Untuk mengetahui koneksi pin ATmega 328 dengan pin Arduino UNO bisa dilihat pada tabel 3.2. Tabel 3.2 Koneksi Pin ATmega 328 dengan Pin Arduino UNO PIN Atmega328 PIN Arduino PIN Arduino PIN ATmega328 UNO UNO 1 15 9 (PWM) 2 0 (RX) 16 10 (PWM) 3 1 (TX) 17 11 (PWM) 4 2 18 12 5 3 (PWM) 19 13 6 4 20 7 21 8 22 9 23 1 analog IN 10 24 2 analog IN 11 5 (PWM) 25 3 analog IN 12 6 (PWM) 26 4 analog IN 13 7 27 5 analog IN 14 8 28 6 analog IN 3.2.2 Motor Shield L298 Untuk menggerakkan robot menggunakan motor DC yang dihubungkan langsung dengan Motor Shield L298 dan dikendalikan langsung oleh keluaran dari mikrokontroler. Gambar rangkaian motor driver L298 terlihat pada gambar 3.3 dibawah ini.
27 Gambar 3.3 Rangkaian Driver Motor Shield Untuk mengatur arah putaran motor DC sesuai yang diinginkan, dibutuhkan pemahaman tentang logika pada motor DC. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada tabel 3.3. Tabel 3.3 Kondisi Putaran Motor Logika A Logika B Arah Putaran 0 0 Diam 0 1 Berlawanan Jarum Jam 1 0 Searah Jarum Jam 1 1 Dilarang Pada saat robot bergerak maju maka kedua motor DC harus berputar dengan kecepatan yang sama dan arah yang sama yaitu arah ke depan dan sebaliknya pada saat mundur kedua motor bergerak ke belakang. Pada saat belok
28 kanan, kondisi motor kanan berhenti/diam sedangkan motor kiri bergerak dan sebaliknya pada saat belok kiri motor kiri berhenti/diam dan motor kanan bergerak. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada tabel 3.4. Tabel 3.4 Kondisi Putaran Motor Terhadap Arah Pergerakan Motor Motor Kiri Motor Kanan Arah Pergerakkan Maju Belok Kanan Belok Kiri Mundur Berhenti 3.2.3 Sensor Ultrasonik Sensor Ultrasonic adalah sebuah sensor yang memanfaatkan pancaran gelombang ultrasonic. Sensor ultrasonic ini terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonic yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonic disebut receiver. Sensor PING dapat mendeteksi jarak obyek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 KHz dan kemudian mendeteksi pantulannya. Sensor ini dapat mengukur jarak antara 3 cm sampai 300 cm. keluaran dari sensor ini berupa pulsa yang lebarnya merepresentasikan jarak. Lebar pulsanya bervariasi dari 115 us sampai 18,5 ms. Pada dasanya, sensor ini terdiri
29 dari sebuah chip pembangkit sinyal 40KHz, sebuah speaker ultrasonik dan sebuah mikropon ultrasonik. Speaker ultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi suara sementara mikropon ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan suaranya. Cara kerja Sensor Ultrasonik terlihat pada gambar 3.4 dibawah ini. Gambar 3.4 Cara Kerja Sensor Ultrasonik Pin signal dapat langsung dihubungkan dengan mikrokontroler tanpa tambahan komponen apapun. Ping hanya akan mengirimkan suara ultrasonik ketika ada pulsa trigger dari mikrokontroler (Pulsa high selama 5uS). Suara ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40KHz akan dipancarkan selama 200uS. Suara ini akan merambat di udara dengan kecepatan 344.424m/detik (atau 1cm setiap 29.034uS), mengenai objek untuk kemudian terpantul kembali ke Ping. Selama menunggu pantulan, Ping akan menghasilkan sebuah pulsa. Pulsa ini akan berhenti (low) ketika suara pantulan terdeteksi oleh Ping. Oleh karena itulah lebar pulsa tersebut dapat merepresentasikan jarak antara Ping dengan objek.
30 3.2.4 Perancangan Kerangka Robot Perancangan mekanik robot menggunakan bahan material papan kayu dengan ketebalan dua milimeter. Penggunaan papan kayu dipilih karena bahan tersebut relatif mudah dibentuk dan ringan. Perancangan bentuk robot yang dibuat memiliki 2 buah roda dan satu buah roller. Dua buah roda dihubungkan ke motor DC yang berfungsi sebagai penggerak robot untuk bergerak maju, mundur, belok kiri dan belok kanan. Kedua roda yang dihubungkan ke motor DC berada pada bagian belakang sedangkan roda yang satu lagi berada pada bagian depan sebagai penghalus dan penopang robot agar seimbang. Robot di desain memiliki ukuran panjang 20 cm, lebar 10 cm dan tinggi 7 cm. Beberapa gambar hasil realisasi perancangan robot pembersih lantai terlihat pada gambar 3.5 sampai 3.7 dibawah ini. Gambar 3.5 Kerangka Dasar Robot tampak depan
31 Gambar 3.6 Kerangka Dasar Robot tampak belakang Gambar 3.6 Kerangka Dasar Robot tampak samping Gambar 3.7 Kerangka Dasar Robot tampak atas
32 3.3 Perancangan Elektrik Langkah berikutnya adalah merealisasikan rangkaian setiap blok, rangkaian yang akan dibuat yaitu sebagai berikut : Rangkaian LCD Rangkaian Push Button Rangkaian Keseluruhan 3.3.1 Rangkaian LCD LCD yang dipakai pada perancangan ini adalah LCD dengan ukuran 16 x 2. Terdapat 16 pin pada LCD ini. Rangkaian LCD terlihat pada gambar 3.8 dibawah ini. Gambar 3.8 Rangkaian LCD Pin yang digunakan untuk pemrograman arduino ada 6 yakni RS, Enable, D4, D5, D6 dan D7. Untuk lebih jelasnya, keterangan pin LCD yang masuk ke arduino tertera pada tabel 3.5 dibawah ini.
33 Tabel 3.5 Keterangan pin LCD ke Arduino No Pin Pada LCD Pin Pada Arduino 1 RS 3 2 Enable 2 3 D4 A0 4 D5 A1 5 D6 A2 6 D7 A3 3.3.2 Rangkaian Push Button Perancangan Push batton pada penelitian ini menggunakan prinsip common ground. Pin input arduino di setting HIGH. Jika tombol tertekan maka tegangan akan turun ke ground menyebabkan input menjai LOW. Rangkaian Push button terlihat pada gambar 3.9 dibawah ini. Gambar 3.9 Rangkaian Push Button
34 3.3.3 Rangkaian Keseluruhan Rangkaian keseluruhan robot pembersih lantai terlihat pada gambar 3.10 dibawah ini. Gambar 3.10 Rangkaian Keseluruhan Robot Pembersih Lantai 3.4 Perancangan Program Pemograman robot pada umumnya dilakukan ditahap akhir, setelah perancangan mekanik dan elektrik terselesaikan. Karena dalam proses pemograman pada umumnya programmer melakukan dengan cara uji coba alat. Sehingga untuk melakukanya komponen perangkat robot harus dapat dioprasikan. Pemograman adalah memasukkan suatu informasi atau kode-kode (coding)
35 kedalam suatu mikrokontroler. Dimana suatu robot dapat beroprasi sesuai perencanaan awal sebelum robot dibuat. Begitu pula dengan alat pengepel otomatis ini, diharapkan alat ini dapat beroprasi secara otomatis tanpa kendali pemiliknya sehingga alat ini mempunya kemandirian akan tugasnya. Fungsi dari robot ini adalah robot untuk membersihkan permukaan lantai yang kotor menjadi bersih. Dalam perancangan program ini robot akan bergerak maju untuk membersihkan lantai, jika robot menemukan halangan di depannya yang berjarak 15 maka robot akan berbelok ke kiri sebesar 90derajat, maju dan berbelok lagi kekiri sebesar 90derajat. Dengan memanfaatkan suatu mikrokontroler Arduino Uno. Alat ini diprogram sedemikian rupa sehingga menjadi suatu alat dengan program kecerdasan yang mandiri. Dalam proses pemograman terlebih dahulu penulis melakukan uji coba tiap-tiap program perangkat penunjang robot dalam arti program keseluran robot dilakukan setelah memprogram alat penunjang. Untuk lebih jelasnya akan dipaparkan mengenai pemograman tiap-tiap komponen perangkat alat. 3.4.1 Aplikasi Program Arduino Setelah rangkaian dipasang pada kerangka, langkah selanjutnya adalah membuat program pada aplikasi program Arduino. Program Arduino berisikan perintah-perintah yang akan dikerjakan oleh motor DC. Motor DC bergerak maju, mundur, belok kanan, dan belok kiri sedangkan motor servo bergerak ke atas dan
36 ke bawah. Keterangan pin yang dipakai pada arduino sebagai acuan dalam pemograman tertera pada tabel 3.6. Tabel 3.6 Kegunaan Pin Pada Arduino No Pin Arduino Kegunaan 1 12 Tombol 1 2 11 Tombol 2 3 10 Tombol 3 4 9 Tombol 4 5 5 PWM kanan 6 6 PWM kiri 7 4 Arah kanan 8 7 Arah kiri 9 3 RS (LCD) 10 2 Enable (LCD) 11 A0 D4 12 A1 D5 13 A2 D6 14 A3 D7 15 A5 PING(Sensor Ultrasonik) 16 8 Relay
37 Pada perancangan ini dilakukan beberapa kali percobaan atau pengetesan untuk mencoba hasil yang diinginkan. Berikut ini fungsi progam motor kanan dan motor kiri: void motor_kanan(int pwm, boolean arah) { analogwrite(pwmkanan,pwm); if(arah) { digitalwrite(arahkanan,high); } else { digitalwrite(arahkanan,low); } } void motor_kiri(int pwm, boolean arah) { analogwrite(pwmkiri,pwm); if(arah) { digitalwrite(arahkiri,high); } else { digitalwrite(arahkiri,low); } }
38 Terdapat pergerkan maju, mundur, belok kanan, belok kiri dan berhenti. Penjelasan tentang beberapa gerakkan robot terlihat pada tabel 3.7 dibawah ini. Tabel 3.7 Penjelasan Program Pergerakan Robot No Keterangan Gerakan Program Arduino 1 Maju motor_kanan(100,1) motor_kiri(100,1) 2 Mundur motor_kanan(100,0) motor_kiri(100,0) 3 Belok Kanan motor_kanan(100,0) motor_kiri(100,1) 4 Belok Kiri motor_kanan(100,1) motor_kiri(100,0) 5 Berhenti motor_kanan(0,0) motor_kiri(0,0) 3.4.2 Flowchart Untuk memahami bagaimana kinerja robot ini dalam melakukan oprasinya, berikut akan dipaparkan dalam sebuah diagram (Flow Chart).
39 Gambar 3.11 Flowchart Dari pembacaan flowchart diatas terlihat bahwa gerak motor dipengaruhi oleh motor DC. Sensor ultrasonic berfungsi untuk mendeteksi adanya halangan di depan dan alat pembersih ini akan berbelok ke kiri sebesar 90 derajat, maju dan berbelok ke kiri lagi sebesar 90 derajat.