BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN III.1. Analisis Permasalahan Dalam Perancangan dan Implementasi Pemotong Rumput Lapangan Sepakbola Otomatis dengan Sensor Garis dan Dinding ini, terdapat beberapa masalah yang harus dipecahkan. Permasalahan-permasalahan tersebut antara lain : 1. Sistem Mekanik Alat Dalam merancang mekanik pemotong rumput lapangan sepakbola otomatis ini merupakan suatu hal yang cukup rumit, karena dalam perakitannya membutuhkan pola imajinasi yang tepat dalam membangun sistem mekanik alat, diantaranya membuat sistem yang berjalan secara otomatis, membuat mekanik yang mampu memotong rumput dengan baik, robot mampu bergerak lurus dan belok sesuai ukuran lapangan sepakbola, perancangan dan peletakannya, maupun proses perakitan secara keseluruhan. 2. Sistem Kerja Sistem kerja dari alat ini yaitu bergerak maju, mundur, belok kanan dan kiri menggunakan 4 buah roda yang dikendalikan oleh driver motor L298. Pergerakan robot ini berdasarkan data sensor garis dan sensor ultrasonik yang dipasang pada robot. Sedangkan alat pemotong rumputnya menggunakan baling-baling quadcopter yang dihubungkan dengan motor DC. Sensor garis yang digunakan menggunakan sensor photodioda dan sensor ultrasoniknya menggunakan HC SR04. Sensor ultrasonik di sini digunakan untuk mengetahui posisi tepi lapangan atau mendeteksi adanya halangan atau tidak. Untuk mendapatkan pergerakan belok 90 derajat yang lebih akurat, maka digunakan sensor digital compass.
III.2. Strategi Pemecahan masalah Dengan adanya permasalahan yang terjadi dalam alat dan aplikasi ini, untuk itu dibutuhkan solusi atau pemecahan masalah, antara lain: 1. Dalam perancangan mekanik, untuk mendapatkan pergerakan yang lurus digunakan 4 buah roda yang dikendalikan oleh driver motor L298. Motor DC, roda dan komponen-konponen dipasang menggunakan mekanik yang terbuat dari bahan triplek agar tidak terlalu berat dan mudah dipotong. Untuk memudahkan pembuatan sistem pemotong rumput menggunakan baling-baling dari quadcopter yang cukup tajam dan presisi dengan harga yang cukup murah. 2. Untuk mendapatkan sistem kerja alat yang optimal, dibutuhkan beberapa sensor yang digunakan sebagai acuan navigasi robot untuk bergerak maju, mundur, belok kanan dan belok kiri. Sensor yang digunakan antara lain sensor garis, menggunakan photodioda yang dirangkai bersamaan dengan infrared/led superbright yang berfungsi untuk membaca garis warna putih pada garis lapangan sepakbola. Selain itu, sensor kompas digital digunakan untuk pergerakan robot ketika belok 180 derajat atau 90 derajat. Apabila robot terhalang oleh suatu benda, maka secara otomatis robot akan mendeteksi karena telah dipasang sensor ultrasonik HC SR04 untuk mengetahui ada atau tidaknya benda di depan robot. III.3. Identifikasi Kebutuhan Adapun identifikasi kebutuhan dari Pemotong Rumput Lapangan Sepakbola Otomatis yang akan dirancang yaitu analisis kebutuhan hardware, analisis kebutuhan software dan analisis kebutuhan desain.
III.3.1. Kebutuhan Perangkat Keras (Hardware) Untuk merancang Pemotong Rumput Lapangan Sepakbola Otomatis dibutuhkan perangkat keras (hardware) yang berfungsi sebagai media untuk menuliskan kode-kode program agar Pemotong Rumput Lapangan Sepakbola Otomatis dapat bekerja secara optimal. Perangkat tersebut mempunyai spesifikasi minimal sebagai berikut: 1. Komputer Acer Processor 1.70GHz 2. Harddisk : 320 GB 3. RAM : 2 GB 4. Layar Monitor dengan resolusi 1366 x 768 pixel 5. Keyboard dan Mouse III.3.2. Kebutuhan Perangkat Lunak (Software) Untuk merancang Pemotong Rumput Lapangan Sepakbola Otomatis dibutuhkan perangkat lunak (software) sebagai berikut: 1. Sistem Operasi Windows XP/7/8 2. Microsoft Visio 2007 3. Arduino IDE versi 1.6.9 III.3.3. Kebutuhan Desain Adapun kebutuhan perangkat yang digunakan untuk mendesain Pemotong Rumput Lapangan Sepakbola Otomatis antara lain : 1. Papan triplex berukuran 40x40 2. Mikrokontroler ArduinoUno ATMega 328 3. Motor DC Gearbox
4. Driver motor L298 5. LCD (Liquid Crystal Display) 6. Sensor Photodioda 7. Sensor Ultrasonik HC SR04 8. Sensor Digital Kompas 9. Rangkaian Relay 10. Lem Perekat, beberapa mur dan baut III.4. Perancangan Hardware Perancangan hardware untuk Pemotong Rumput Lapangan Sepakbola Otomatis ini dapat diawali dengan membuat diagram blok sistem. Dimana tiap-tiap blok saling berhubungan antara yang satu dengan yang lainnya. Diagram blok memiliki beberapa fungsi yakni : menjelaskan cara kerja suatu sistem secara sederhana, menganalisa cara kerja rangkaian, mempermudah memeriksa kesalahan suatu sistem yang dibangun. III.4.1. Diagram Blok Rangkaian Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar III.1 : Sensor Photodioda Display LCD 16x2 Sensor Ultrasonik Arduino UNO R3 Driver Motor L298 Motor DC Kompas Digital ATMEGA Buzzer Power Supply 328 Rangkaian Relay Pemotong Rumput
Gambar III.1. Diagram Blok Rangkaian Penjelasan dan fungsi dari masing-masing blok adalah sebagai berikut: a. Arduino Uno R3 ATMega 328 berfungsi sebagai pusat kendali dari keseluruhan sistem kerja rangkaian. b. Sensor Photodioda sebagai pembaca garis pada lapangan sepakbola. c. Sensor Ultrasonik untuk mendeteksi ada penghalang atau tidak di depan robot. d. Kompas Digital untuk mengatur navigasi robot belok kiri atau kanan 90 derajat. e. Power Supply : Sebagai sumber energi atau tegangan semua rangkaian elektronika yang telah dibuat agar bekerja sesuai perancangan. f. Buzzer : sebagai indikator suara. g. LCD berfungsi sebagai media penampil data sensor dan tulisan sesuai yang diinginkan. h. Relay berfungsi sebagai saklar on/off motor pemotong rumput. III.4.2. Perancangan I/O Sistem Minimum Arduino Uno ATMega328 Sistem minimum Arduino Uno memiliki 14 pin I/O digital dan 6 pin I/O analog. Pin-pin tersebut dapat digunakan sebagai masukan dari push button dan keluaran menuju rangkaian Relay.
Gambar III.2. Skema Rangkaian Arduino dan Input/Output Pada gambar III.2. tampak jalur-jalur yang menghubungkan setiap pin I/O menuju mikrokontroler maupun fitur lainnya pada sistem minimum Arduino Uno. III.4.3. Perancangan Rangkaian Sensor Ultrasonic Sensor Ultrasonic memiliki 4 buah pin, masing-masing yaitu Gnd, Echo, Trigger dan Vcc (5V). Dalam perancangan pembuatan Alat Pemotong Rumput Lapangan Sepakbola Otomatis ini menggunakan 1 buah sensor ultrasonic.
Gambar III.3 Rangkaian Sensor Ultrasonic Pada sensor ultrasonic, pin Trigger berfungsi sebagai pemancar, yaitu memancarkan gelombang suara ultrasonic beberapa milisecond kemudian pantulan dari gelombang suara yang dipancarkan pin Trigger akan diterima oleh pin Echo. Dari waktu pengiriman dan penerimaan gelombang suara itulah yang nantinya dimasukkan dalam rumusan perhitungan jarak. III.4.4. Perancangan Rangkaian Power Supply (PSA) Rangkaian ini berfungsi untuk mensupply tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari satu keluaran, yaitu 5 volt. Keluaran 5 volt ini digunakan untuk mensupply tegangan ke semua rangkaian. Rangkaian power supply ditunjukkan pada gambar III.4:
Gambar III.4. Skematik Rangkaian Power Supply (PSA) III.4.5 Rangkaian Driver Motor L298 Modul yang menggunakan IC driver L298 yang memiliki kemampuan menggerakkan motor DC sampai arus 4A dan tegangan maksimum 46 Volt DC untuk satu kanalnya. Rangkaian driver motor DC dengan IC L298 diperlihatkan pada gambar III.5. Pin Enable A dan B untuk mengendalikan jalan atau kecepatan motor, pin Input 1 sampai 4 untuk mengendalikan arah putaran. Pin Enable diberi VCC 5 Volt untuk kecepatan penuh dan PWM (Pulse Width Modulation) untuk kecepatan rotasi yang bervariasi tergantung dari level highnya. Ilustrasinya ditunjukkan pada gambar III.5.
Gambar III.5 Rangkaian Driver Motor L298 III.4.6 Rangkaian Relay Relay merupakan salah satu komponen elektronik yang terdiri dari lempengan logam sebagai saklar dan kumparan yang berfungsi untuk menghasilkan medan magnet. Pada rangkaian ini digunakan relay 12 volt, ini berarti jika positip relay (kaki 1) dihubungkan ke sumber tegangan 12 volt dan negatip relay (kaki 2) dihubungkan ke ground, maka kumparan akan menghasilkan medan magnet, dimana medan magnet ini akan menarik lempengan yang mengakibatkan saklar (kaki 3) terhubung ke kaki 4. Dengan demikian, kita dapat mengunakan kaki 3 dan kaki 4 pada relay sebagai saklar untuk menghubungkan ke sumber tegangan posistif atau negative.
Gambar III.6 Rangkaian Saklar Relay Pada rangkaian ini untuk mengaktifkan atau menon-aktifkan relay digunakan transistor tipe NPN. Dari gambar dapat dilihat bahwa negatif relay dihubungkan ke kolektor dari transistor NPN C9014, ini berarti jika transistor dalam keadaan aktif maka kolektor akan terhubung ke emitor dimana emitor langsung terhubung ke ground yang menyebabkan tegangan di kolektor menjadi 0 volt, keadaan ini akan mengakibatkan relay aktif. Sebaliknya jika transistor tidak aktif, maka kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor menjadi 12 volt, keadaan ini menyebabkan tidak aktif. Syarat transistor aktif adalah jika tegangan pada basis (V BE ) > 0.7 Volt. III.4.7 Perancangan Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) Rangkaian LCD berfungsi untuk menampilkan kalimat dan data sensor. Rangkian LCD dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar III.7 Skematik Rangkaian LCD Pada gambar III.7, pin 1 dihubungkan ke Vcc (5V), pin 2 dan 16 dihubungkan ke Gnd (Ground), pin 3 merupakan pengaturan tegangan Contrast dari LCD, pin 4 merupakan Register Select (RS), pin 5 merupakan R/W (Read/Write), pin 6 merupakan Enable, pin 11-14 merupakan data. Reset, Enable, R/W dan data dihubungkan ke mikrokontroler ATmega328. Fungsi dari potensiometer (R2) adalah untuk mengatur gelap/terangnya karakter yang ditampilkan pada LCD. III.4.8. Perancangan Rangkaian Buzzer Rangkaian buzzer ini berfungsi sebagai indikator dengan mengeluarkan bunyi suara sebagai pertanda bahwa proses kerja dimulai atau telah selesai. Rangkaian buzzer dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar III.8 Skematik Rangkaian Buzzer Pada gambar III.8 kaki negative pada buzzer dihubungkan ke ground dan kaki positif buzzer dihubungkan ke mikrokontroller. Maka untuk menghidupkan buzzer, port yang terhubung ke mikrokontroller cukup mengeluarkan logika 1 (high) dan buzzer akan mati ketika port yang terhubung ke mikrokontroller mengeluarkan logika 0 atau (low). III.5. Perancangan Software Perancangan software pada Alat Pemotong Rumput Lapangan Sepakbola Otomatis dapat dimulai dengan membuat flowchart untuk proses kerja pada alat, setelah itu akan dirancang pembuatan program untuk alat yang akan dibuat. III.5.1. Flowchart Rancangan Alat Flowchart untuk Alat Pemotong Rumput Lapangan Sepakbola Otomatis dapat dilihat pada gambar berikut :
START Inisialisasi Input/Output Membaca Tombol Start Jika Tombol Start Ditekan Tidak Ya Robot Bergerak Maju Pemotong Aktif Jika Sensor Garis Aktif atau Sensor Ultrasonik < 10 Tidak Ya Robot Belok Kanan 90 o Maju 10 cm Robot Belok Kanan 90 o Jika Sensor Garis Aktif dan Sampai Garis Finish Tidak Ya Robot Berhenti Pemotong Rumput Berhenti STOP Gambar III.9 Flowchart Alat Pemotong Rumput Lapangan Sepakbola Otomatis