PEMASANGAN MOTOR DC PADA SEKUTER DENGAN PENGENDALI PULSE WIDTH MODULATION TUGAS AKHIR Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Program Studi S-1 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh: Aris Pujiono D 400 080 023 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2014 i
ii
iii
KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb. Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kenikmatan, hidayah serta inayah, sehingga sampai saat ini masih diberikan kesempatan untuk beribadah dan meyembah pada-nya dan telah menjadikanku manusia yang berakal dan berguna dalam dunia ini. Sholawat dan salam senantasa tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad SAW, yang kita nanti nantikan syafaatnya di hari akhir kelak. Alhamdulillah hanya pada-mu ya Allah, dengan hidayah-mu penulis dapat menyelesaikan dan menyusun laporan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini disusun dan diajukan sebagai syarat untuk kelulusan dan mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. Adapun judul yang penulis ajukan adalah PEMASANGAN MOTOR DC PADA SEKUTER DENGAN PENGENDALI PULSE WIDTH MODULATION. Terlaksananya penulisan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan, dukungan dan saran dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada: 1. Bapak Prof. Bambang Setiadji, selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta. iv
2. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Ir. Jatmiko, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. 4. Ibu Ratnasari Nur R, ST, MT. selaku Pembimbing I dalam Tugas Akhir ini. 5. Bapak Hasyim Asy ari, ST, MT. Selaku Pembimbing II dalam Tugas Akhir ini. 6. Bapak/Ibu Dosen selaku dewan penguji dalam Tugas Akhir ini. 7. Bapak/Ibu Dosen yang telah membimbing dan memberikan pencerahan ilmu selama ini di Universitas Muhammadiyah Surakarta. 8. Seluruh Staf Tata Usaha, Akademik maupun non Akademik, yang telah banyak membantu dan memberikan kemudahan kepada penulis selama menempuh studi di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. 9. Teman-teman di KMTE Robot Research Universitas Muhammadiyah Surakarta dan teman-teman Elektro angkatan 2008 yang telah berbagi suka duka selama ini. 10. Keluarga Mahasiswa Teknik Elektro (KMTE) UMS v
11. Laboratorium Teknik Elektro yang telah memberikan fasilitas dalam penyelesaian Tugas Akhir ini serta teman teman Asisten Laboratorium Teknik Elektro yang telah memberikan banyak inspirasi kepada penulis. 12. Seluruh pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Dengan segala kerendahan hati penulis berharap semoga karya ini memberikan manfaat kepada semua pihak dan bagi penulis sendiri pada khususnya, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bermanfaat dan bersifat membangun dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata. Wassalamu alaikum Wr. Wb. Surakarta, Januari 2014 Penulis vi
MOTTO Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai dari sesuatu urusan maka kerjakanlah dengan sungguh-sungguh urusan yang lain. Dan hanya kepada Tuhanmu kamu berharap (QS. Alam Nasyrah (94) : 6-8) Dan bahwasannya seorang manusia tiada memperoleh selain apa yang telah diusahakannya. (An Najm (53) : 39) MUSTAHIL itu bukan fakta, tapi hanya OPINI (Muhammad Ali) Jangan Merangkak dalam keraguan, berlarilah dengan keyakinan (Rangga Umara) vii
PERSEMBAHAN Sedikit karya ini kupersembahkan untuk: 1. Allah SWT, yang menguasai langit, bumi dan yang diantaranya. Atas karunia-nyalah aku bisa berjalan sampai di sini. 2. Bapak dan Ibuku tercinta, berjuta kata sayang, maaf dan terima kasih takkan mampu membalas jasa dan pengorbanan kalian kepadaku. Terima kasih ya ALLAH, lindungilah mereka selalu. 3. Adikku, yang telah memberi motivasi dan do anya. 4. Mbah Putri, yang telah mendidikku dengan penuh kasih sayang serta kesabaran. 5. Sahabat sahabatku, Fajar, Amirudin, Taufiq, Danar, Ginanjar, Okky, Purwoko dan teman teman elektro 08, yang telah berbagi dalam suka duka selama ini. 6. Teman - teman KMTE Robot Research UMS. viii
DAFTAR KONTRIBUSI Assalamu alaikum Wr. Wb. Dalam mengerjakan Tugas Akhir dengan judul PEMASANGAN MOTOR DC PADA SEKUTER DENGAN PENGENDALI PULSE WIDTH MODULATION, saya menyatakan bahwa: 1. Judul Tugas Akhir ini merupakan ide dari penulis atas masukan Ibu Ratnasari Nur R, ST, MT sebagai Dosen pembimbing. 2. Penulisan laporan banyak mendapatkan bantuan dari sahabat Fajar Satrio Nugroho. 3. Perancangan jalur rangkaian pada PCB penulis buat dengan menggunakan software Novarm Diptrace versi 2.2.0.9. 4. Simulasi dan gambar rangkaian penulis buat dengan menggunakan software Proteus versi 7.7 5. Perhitungan timer menggunakan software aplikasi KAVRCalc versi 1.15. 6. Pemrograman Mikrokontroler ATMega8535 ini mendapatkan bantuan dari sahabat Muhammad Amiruddien dengan menggunakan CodevisionAVR versi 1.25.3. ix
x
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul PEMASANGAN MOTOR DC PADA SEKUTER DENGAN PENGENDALI PULSE WIDTH MODULATION yang dibuat guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan program Sarjana jenjang pendidikan Strata-Satu (S1) pada Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektronika Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah di publikasikan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya. Surakarta, Januari 2014 Yang menyatakan Aris Pujiono
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... HALAMAN PERSETUJUAN... HALAMAN PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... MOTTO... PERSEMBAHAN... DAFTAR KONTRIBUSI... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... ABSTRAKSI... i ii iii iv vii viii ix xi xiv xv xvii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Batasan Masalah... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Telaah Penelitian... 5 2.2 Landasan Teori... 6 2.2.1. Motor DC... 6 xi
2.2.2. Mikrokontroler Atmega 8535... 7 2.2.3. Pulse Width Modulation... 9 2.2.5. LCD 2x16... 14 BAB III METODE PENELITIAN... 16 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian... 16 3.2 Peralatan dan Bahan... 17 3.3 Alur PenelitianTugas Akhir...... 18 3.4 Flowchart Penelitian... 19 3.5 Perancangan Tugas Akhir... 20 3.5.1 Perancangan Desain... 21 3.5.2 Perancangan Hardware.... 23 3.5.3 Perancangan Software... 26 BAB IV HASIL DAN ANALISA... 34 4.1 Hasil Penelitian... 34 4.2 Pengujian Sistem dan Analisa... 36 4.2.1 Pengujian dan Analisa Tegangan PWM tanpa Beban... 36 4.2.2 Pengujian dan Analisa Tengangan PWM dengan Beban... 38 4.2.3 Pengujian dan Analisa Sinyal PWM... 41 4.2.4 Pengujian dan Analisa duty cycle terhadap kecepatan... 49 4.2.5 Pengujian dan Analisa Berat Beban terhadap Kecepatan... 51 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.... 55 5.1 Kesimpulan... 55 5.2 Saran... 55 xii
Daftar Pustaka... 56 Lampiran... 57 xiii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Fungsi Khusus Port B... 16 Tabel 2.2 Fungsi Khusus Port C... 17 Tabel 2.3 Fungsi Khusus Port D... 18 Tabel 4.1 Output Tegangan PWM Mikrokontroler Tanpa Beban... 37 Tabel 4.2 Output Tegangan PWM dengan beban motor DC... 39 Tabel 4.3 Data perubahan duty cycle terhadap kecepatan... 50 Tabel 4.4 Data perubahan beban terhadap kecepatan... 52 xiv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Kontruksi motor DC... 7 Gambar 2.2 Prinsip Kerja motor DC... 8 Gambar 2.3 Penentuan arah gaya pada kawat berarus listrik dalam medan magnet 10 Gambar 2.4 IC ATMega8535... 15 Gambar 2.5 IC ATMega 8535 beserta pin-pin nya... 15 Gambar 2.6 Proses pembangkitan sinyal PWM dengan duty cycle rendah... 20 Gambar 2.7 Proses pembangkitan sinyal PWM dengan duty cycle tinggi... 21 Gambar 2.8 Duty cycle PWM... 23 Gambar. 2.9 Average voltage... 23 Gambar 2.10 LCD 2x16... 25 Gambar 3.1 Flowchart penelitian... 29 Gambar 3.2 Rancangan sekuter bermotor DC dengan pengendali PWM... 30 Gambar 3.3 Sistem minimum ATMega8535... 32 Gambar 3.4 Rangkaian driver motor... 32 Gambar 3.5 CodevisionAVR... 33 Gambar 4.1 Diagram blok proses kerja sistem... 34 Gambar 4.2 Tampilan LCD sistem non aktif... 35 Gambar 4.3 Tampilan LCD sistem dengan duty cycle 50%... 36 Gambar 4.4 Tampilan LCD sistem dengan duty cycle 100%... 36 Gambar 4.5 Grafik perubahan duty cycle terhadap tegangan output tanpa beban... 38 Gambar 4.6 Grafik perubahan duty cycle terhadap tegangan output dengan beban. 40 xv
Gambar 4.7 Grafik perubahan duty cycle terhadap RPM motor... 41 Gambar 4.8 Program inisialisasi timer 1... 42 Gambar 4.9 Perhitungan timer menggunakan KAVRCalc... 43 Gambar 4.10 Pengaturan PWM pada codevisionavr... 44 Gambar 4.11 Tampilan osiloskop duty cycle 10%... 45 Gambar 4.12 Pengukuran tegangan duty cycle 10%... 45 Gambar 4.13 Pengukuran RPM pada motor duty cycle 10%... 46 Gambar 4.14 Tampilan osiloskop duty cycle 50%... 46 Gambar 4.15 Pengukuran tegangan duty cycle 50%... 47 Gambar 4.16 Pengukuran RPM pada motor duty cycle 50%... 47 Gambar 4.17 Tampilan osiloskop duty cycle 100%... 48 Gambar 4.18 pengukuran tegangan duty cycle 100%... 48 Gambar 4.19 Pengukuran RPM pada motor duty cycle 100%... 49 Gambar 4.20 Grafik perubahan duty cycle terhadap kecepatan... 51 Gambar 4.21 Grafik perubahan berat beban terhadap kecepatan... 54 xvi
ABSTRAKSI Sekuter adalah mainan atau lebih tepatnya kendaraan anak-anak diantaranya usia 5 sampai 12 tahun. Selain itu sekuter merupakan alat transportasi yang ramah lingkungan karena tidak menghasilkan asap kendaraan yang menimbulkan polusi udara. Untuk meringankan beban pengendara, penulis akan merancang sekuter dengan penggerak motor DC (Direct Current). Agar pengendara merasa nyaman, dibutuhkan kendali untuk mengontrol kecepatannya. Kali ini penulis menggunakan metode Pulse Width Modulation dengan IC Mikrokontroler AVR ATMega8535. Motor DC yang akan digunakan adalah motor 120Watt. Sedangkan sumber daya yang diperlukan menggunakan Aki (accumulator). Perubahan duty cycle berbanding lurus dengan perubahan tegangan. Semakin besar duty cycle maka tegangan keluaran semakin besar yang berpengaruh terhadap RPM motor DC. Untuk duty cycle 70% menghasilkan tengangan 24.8Volt dan RPM 4251, pada sumber tegangan 26Volt. Dengan pencatudayaan PWM akan lebih efisien karena duty cycle otomatis menyesuaikan tanpa ada daya yang dibuang ke transistor seperti pada catu daya analog. Kata kunci: Motor DC, Pulse Width Modulation, ATMega8535 xvii