21 BAB III PERENCANAAN PERANGKAT KERAS DAN LUNAK 3.1 Gambaran umum Perancangan sistem pada Odometer digital terbagi dua yaitu perancangan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Perancangan perangkat keras meliputi rangkaian elektronik yang terdiri dari rangkaian minimum sistem mikrokontroler Atmega 8535, rangkaian encoder dan mekanik yang terdiri dari roda dan piringan encoder. Perancangan perangkat lunak terdiri dari perinsip kerja, flow chart dan contoh program. 3.2 Blok Diagram Sistem Sebelum merancang perangkat lunak, yang perlu diketahui adalah susunan dari sistem itu sendiri (blok diagram sistem). Secara keseluruhan gambaran sistem yang dibangun diodometer adalah sebagai berikut: 21
22 Gambar 3.1 Sistem Diagram blok odometer Dari gambar diatas dapat diuraikan bahwa mikrokontroler ATmega8535 berfungsi sebagai unit pengontrol utama pada sistem. Perancangan sistem berdasarkan implementasi perilaku dari pergerakan odometer dengan menggunakan pendekatan perangkat lunak (software) maupun perangkat keras (hardware). Menurut blok diagram diatas odometer bergerak sesuai dengan data yang diterima oleh mikrokontroler dari pembacaan potensiometer.sistem dirancang dengan menentukan terlebih dahulu sistem kontroler yang dipakai, perencanaan memori, perencanaan port
23 yang digunakan sebagai masukan dan keluaran, selanjutnya dilakukan pembuatan program utama dan subrutin-subrutinnya. 3.3 Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras bertujuan untuk menghindari kesalahankesalahan yang terjadi. Perancangan perangkat keras sangat dibutuhkan dalam pembuatan odometer, pembuatan rangkaian-rangkaian yang dibutuhkan untuk pembuatan suatu odometer. Dalam perancangan rangkaian-rangkaian yang digunakan bantuan software isis proteus, yang sangat berguna dalam mendesain rangkaian elektronik. Isis proteus memiliki model-model komponen yang akan digunakan dalam pembuatan rangkaian yang dibutuhkan oleh odometer. Langkah ini untuk mengetahui kondisi peralatan yang akan digunakan dalam pembuatan odometer. Perancangan yang dilakukan pada bab ini antara lain : 1. perancangan suplai daya. 2. Rangkaian downloader atmega 8535. 3. Rangkaian sistem mikrokontroller. 4. Rangkaiaan Encoder. 5. Perancangan LCD. 3.3.1 Perancangan Rangkaian Power Supply Rangkaian power suplly berfungsi sebagai sumber tegangan beberapa rangkaian pendukung odometer. Seperti LCD,. Rangkaian power suplai yang dibuat untuk menghasilkan tegangan 5 volt dan 12 volt. Untuk menghasilkan tegangan 5
24 volt pada rangkaian power suplai digunakan regulator 7805. Regulator 7805 dapat menurunkan tegangan dari baterai 12 volt ke 5 volt. Tegangan 12 volt dari baterai diturunkan dengan IC regulator 7805, tegangan tersebut dapat langsung disambungkan pada mikrokontroller yang membutuhkan tegangan 5 volt. IC 7805 tidak memerlukan komponen tambahan untuk meregulasi tegangan, membuatnya mudah digunakan, ekonomis dan hemat ruang. Regulator tegangan lainnya mungkin memerlukan komponen tambahan untuk membantu peregulasian tegangan. Bahkan untuk regulator bersakelar, selain membutuhkan banyak komponen, juga membutuhkan perencanaan yang rumit. Seri IC 7805 memiliki rangkaian pengaman terhadap pembebanan lebih, panas tinggi dan hubungsingkat, membuatnya hampir tak dapat dirusak. Dalam keadaan tertentu, kemampuan pembatasan arus peranti 7805 tidak hanya melindunginya sendiri, tetapi juga melindungi rangkaian yang ditopangnya. Dari gambar 3.2 dapat dilihat gambar rangkain power suplai. Gambar 3.2 Rangkain Power Supply Rangkaian power suplai pada gambar 3.2 memiliki 3 channel 12 volt dan 5 channel 5 volt dari satu input baterai 12 volt. Digunakan satu buah led sebagai indikator bahwa adanya tegangan 5 volt pada konektor. Tegangan masukan harus
25 lebih tinggi dari tegangan keluaran (biasanya 2-3 volt). Ini membuatnya tidak tepat digunakan untuk penggunaan tegangan rendah, misalnya regulasi 5 volt dari sumber baterai 6 volt tidak akan bekerja dengan 7805. Sebagaimana regulator linier lainnya, arus masukan sama dengan arus keluaran. Karena tegangan masukan lebih tinggi daripada tegangan keluaran, berarti ada daya yang diboroskan. Dalam perencanaan rangkaian regulator digunakan software isis proteus dalam membuat rangkaian power supply. Setelah dibuat dalam program isis proteus, dibuat rangkaian layout PCB menggunakan ares proteus. 3.3.2 Rangkaian Downloader Atmega 8535 Rangkaian ini digunakan untuk men-download-kan program ke mikrokontroller untuk pengontrolan arah putaran motor DC. Pemrograman secara In System Programming adalah programmer tidak perlu melepas IC mikrokontroller pada waktu akan di-download-kan, hal ini berarti pendownload-an program dapat langsung dilakukan pada rangkaian aplikasi. Yaitu dengan memanfaatkan pin-pin pada mikrokontroller ATmega8535. Untuk dapat menyimpan program yang telah kita buat pada memori mikrokontroller dibutuhkan perangkat tambahan yang menghubungkan antara PC dan mikrokontroller. Perangkat interface ini disebut isp_dongle yang menghubungkan port parallel PC dan port SPI (Serial Peripheral Interface) mikrokontroller.
26 Gambar 3.3 Rangkain downloader atmega 8535. Dalam pembuatan rangkaiaan downloader digunakan terminal db 25 yang support dengan computer. Dari gambar akan dibuat 6 keluaran untuk mendownload program kedalam mikrokontroller. Rangkaian downloader ini biasa dipakai langsung pada computer yang memiliki parallel port. 3.3.3 Rangkaian Sistem Mikrokontroller Pada Odometer ini menggunakan IC Mikrokontroler jenis Atmega 8535 dimana pembahasan mengenai IC tersebut telah dibahas pada bab sebelumnya. Ada dua port utama yang digunakan yaitu port A dan port B. Kedua port tersebut berfungsi sebagai input data yang dikirim dari sensor encoder. Berikut ini adalah gambar rangkaian pada Mikrokontroler :
27 Gambar 3.4 Sistem minimum rangkaian mikrokontroller. Mikrokontroler Atmega 8535 dalam proyek akhir ini digunakan untuk mengolah data dari masukan sensor dan kemudian diolah menjadi data keluaran. Atmega 8535 merupakan mikrokontroler keluarga AVR ATmega termasuk tipe CMOS 8 bit dengan 8 Kbytes Flash PEROM (Programmable Erasable Read Only Memory). ATmega8535 mempunyai komponen memori sebagai berikut : 1. RAM Internal, memori sebesar 512 bytes yang biasanya digunakan untuk menyimpan program atau data yang sedang berjalan dan bersifat sementara. 2. Special Function Register (SFR) disebut juga register fungsi khusus karena memori ini berisi register-register yang mempunyai fungsi-fungsi khusus yang disediakan oleh mikrokontroler tersebut seperti timer, serial dan lain-lain. 3. Flash PEROM, memori yang digunakan untuk menyimpan instruksi/program dasar dari sebuah mikrokontroler. ATmega mempunyai struktur memori yang terpisah antara RAM internal dan Flash PEROM-nya, RAM internal dialamati oleh RAM address register sedang FLASH PEROM dialamati oleh Program address register.
28 3.3.4 Rangkaiaan Encoder Encoder ialah sebuah sensor cahaya sensitif untuk digunakan pada aplikasi robot, misalnya sebagai sensor encoder pada odometer penghitung jumlah putaran. Sensor ini dibuat untuk membedakan bidang putih memantulkan cahaya, yaitu saat intensitas cahaya yang masuk ke dalam phototransistor cukup tinggi, dan menyebabkan phototransistor mengalirkan arus yang cukup besar. Kapasitor pun akan diisi dengan cepat (sekian puluh mikrodetik), dan menyebabkan tegangan pada pin data turun di bawah level logika low. Sebaliknya, pada bidang gelap, arus yang mengalir cukup kecil, sehingga pengisian kapasitor berlangsung lambat (beberapa milidetik). Sensor encoder hanya membedakan saat adanya lubang pada putaran (piringan di buat berlubang yang memiliki jarak 1 cm antar lubang). Gambar 3.5 Rangkaian encoder. Arus yang mengalir pada rangkaian ini menyebabkan IR memancarkan cahaya, pantulannya yang mengenai phototransistor menyebabkan arus yang mengalir ke phototransistor itu berubah, sehingga terjadi perubahan logika high/low. Anda juga dapat membuat sensor ini cukup dengan komponen pemancar dan penerima IR,
29 resistor serta transistor, rangkaian ini banyak digunakan dalam aplikasi pembuatan sensor garis. 3.3.5 Perancangan LCD Perancangan LCD terhubung pada port c mikrokontroller, port c pada mikrokontroller difungsikan untuk menampilkan suatu karakter pada LCD yang sudah disetting dalam codewizardavr. Dapat dilihat hubungan antara mikrokontroller dengan LCD pada isis proteus. Untuk koneksi keluar, modul LCD ini dilengkapi dengan 16 pin. LCD ini dilengkapi dengan jalur data bus (yaitu DB.0..DB7) yang dapat digunakan untuk menyalurkan data ke LCD.selain itu LCD dilengkapi dengan pin E, R/W dan RS sehingga kompatibel dengan mikroprosesor. RS merupakan singkatan dari register select yang berfungsi untuk membedakan data yang akan diterima oleh LCD. Jika RS=0,data yang dikirim adalah perintah yang mengatur kerja LCD, Sedangkan jika RS=1,data yang dikirim adalah data yang akan ditampilkan pada panel LCD. Gambar 3.6 Rangkaian lcd.
30 Mikrokontroler hanya perlu untuk mengirimkan data-data yang merupakan karakter yang akan ditampilkan pada layar LCD maupun perintah-perintah pengaturan tampilan LCD. Pada LCD kaki 15 dan 16 akan ditambahkan suplai 5 volt untuk menyalakan itensitas cahaya. Pada rangkaian LCD membutuhkan 5 volt sebagai suplai dan potensiometer untuk mengatur kontras/kecerahan dari LCD tersebut. Pada input LED, dipasang resisistor sebagai penguat arus, sehingga dapat menampilkan cahaya LED yang cukup terang. 3.3.6 Perancangan Sistem Mekanik Odometer Pada odometer memiliki sebuah tuas dan roda sebagai inti dari mekanik, tuas sebagai handle atau pegangan untuk mendorong dan roda sebagai landasan perputaran sebuah sistem mekanik.dudukkan roda dihubungkan oleh sebuah screw dan nut yang tidak terlihat. Pada tampilan display menggunakan arcrylic transparan agar lcd dapat terlihat tapi tetap terlindungi. Odometer memiliki spesifikasi fisik yaitu: Diameter roda : 8 cm. Diameter Plat Rotary Encoder : 4 cm Tinggi Alat Odometer : 90 cm. Tampilan LCD : 2 X 16 cm.
31 Gambar 3.7 Piringan Rotary Encoder Gambar 3.8 Fisik Piringan Encoder dan Odometer tampak depan
32 Gambar 3.9 Fisik Piringan Encoder dan Odometer tampak kanan Gambar 3.10 Fisik Piringan Encoder dan Odometer tampak kiri
33 Gambar 3.11 Roda dan Encoder Gambar 3.12 Roda depan 3.4 Perancangan Perangkat Lunak Perancangan optimasi program menggunakan software codevision compiler. Bagaian yang dikendalikan dari sistem yang dikerjakan meliputi sensor dan fungsi dari beberapa pushbutton. Aspek-aspek yang mendukung satu kesatuan menjadi
34 sebuah fungsi yang berhubungan satu dengan yang lainnya. Program juga dapat membantu untuk pembacaan suatu kondisi pada sensor dan mengisi tampilan pada display di LCD. LCD menampilkan nilai realtime dalam pengukuran, akhir dari proses pengukuran akan kembali ke proses pengukuran awal. 3.4.1 Perencanaan Masukan Dan Keluaran Pada Mikrokontroler Atmega8535 terdapat 4 buah port I/O 8 bit, yaitu port A, port B, port C, dan port D. Dimana dalam pengerjaan tugas akhir ini konfigurasi port port yang digunakan adalah sebagai berikut : Port A pada mikrokontroller : Port A: 2 bit dari port A ini digunakan sebagai 2 chanel digunakan sebagai input dari push button dan encoder. Port C : 6 bit dari Port C ini digunakan sebagai keluaran port untuk LCD. 3.4.2 Program Utama Program yang dirancang untuk mengendalikan proses kerja sistem, dalam hal ini adalah pergerakan dari odometer itu sendiri. Program utama ini terdiri atas beberapa sub program yang akan menyusun susunan program yang terintegrasi. Eksekusi terhadap program utama dilakukan setelah alat diaktifkan atau direset secara hardware. Yang perlu diperhatikan sebelum membuat program adalah sebagai berikut: 1) Persiapan Pendefinisian port A sebagai input dari parameter encoder saat maju atau mundur dan sebagai input dari encoder.
35 2) Proses pengambilan data masukan Proses pengambilan data masukan dari pembacaan encoder melalui input port A.0. pembacaan encoder kemudian diolah dalam program utama menjadi suatu data untuk memilih jenis pergerakan yang ada, yaitu gerak lurus maju atau gerak mundur. 3) Proses kerja sistem Proses kerja sistem berisi program utama yang akan menentukan alur kerja sistem secara keseluruhan. START TAMPILKAN LCD PUTARAN = 0 TEKAN TOMBOL MUNDUR YA TIDAK TAMPILKAN LCD DATA ENCODER MAJU TAMPILKAN LCD DATA ENCODER MUNDUR Gambar 3.13 Flow chart diagram odometer
36 Pada Gambar diatas adalah flowchart Odometer dari awal hingga akhir. Proses yang dilakukan adalah pertama kita lakukan adalah menekan tombol ON pada tampilan display Odometer, setelah menekan tombol start maka akan otomatis program akan menampilkan nilai pengukuran, Odometer dapat mengukur mundur jika diinginkan. Setiap akhir pengukuran diakhiri dengan tombol stop. Akhir dari program akan mengembalikan ke fungsi pengukuran awal. 3.4.3 Perancangan Encoder Perancangan encoder ini dengan beberapa perancangan sebagaimana dapat dilihat sebagai berikut : Encoder : Roda : Diameter : 4cm Diameter : 8cm Lubang : 2 KL = 2.π.r KL = 2.π.r = = 25,1 cm = = 12,5 cm Terdapat 2 buah lubang = 6,25 cm 1 meter = 100 cm = 16 lubang = 8 lubang 1 putaran = 2 lubang
37 = 4 putaran roda Encoder : Roda : Diameter = 4 Diameter = 8 Lubang = 4 KL = 2.π.r KL = 2.π.r = = 25,1 cm = = 12,5 cm Terdapat 4 buah lubang = 3,125 cm 1 meter = 100 cm =32 lubang = 16 lubang 1 putaran = 4 lubang = 4 putaran Roda Encoder : Roda : Diameter = 4 cm Diameter = 8 cm Lubang = 8 cm KL = 2.π.r KL = 2.π.r = = 25,1 cm
38 Terdapat 8 buah lubang 1 meter = 100cm 1 Putaran = 8 Lubang