RANCANG BANGUN PENGENDALIAN MOTOR PENGGERAK MOBIL LISTRIK DESIGN AND BUILD CONTROLLER MOTOR DRIVER ELECTRIC CAR Mohammad Lutfi Raynandy; Sofian Yahya, Drs., SST., MT ; Waluyo Musiono Bintoro, SST., M.Eng Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung Email : lutfiraynandy@ymail.com ABSTRAK Motor DC Brushless merupakan salah satu dari sekian banyak macam motor yang umumnya digunakan sebagai motor servo, dan dapat pula digunakan sebagai motor penggerak mobil listrik. Untuk mengatur kecepatan motor kiri dan kanan dapat menggunakan sistem mikrokontroller yang. ATMega16 merupakan salah satu mikrokontroller yang memiliki fitur yang cukup lengkap, mulai dari kapasitas memori program dan memori data yang cukup besar. Inputan ADC (Analog To Digital) pada PORTA digunakan sebagai inputan kecepatan dan sudut belokan untuk mengendalikan kecepatan motor pada saat pembebanan yang sama dan berbeda. BASCOM-AVR adalah program Basic Compiler berbasis windows untuk microcontroller keluarga AVR merupakan pemograman dengan bahasa tingkat tinggi basic yang dikembangkan. Kata kunci : Motor DC Brushless, Mikrokontroller, ATMega16, Bascom AVR, ADC (Analog To Digital). ABSTRACT DC Brushless Motor is one of the many kinds of motor is generally used as a servo motor, and can also be used as a motor drive electric cars. To set the speed of the motor left and right can use the mikrokontroller system. ATMega16 is one of the mikrokontroller that have features that are fairly complete, ranging from program memory capacity and memory data. Input ADC (Analog To Digital) at PORTA is used as the input speed and the angle of the bend to control motor speed at the time of imposition of the same and different. BASCOM-AVR is a windows based program Basic Compiler for the AVR microcontroller family is a programming language with a high level basic developed. Keywords : Motor DC Brushless, Mikrokontroller, ATMega16, Bascom AVR, ADC (Analog To Digital).
I. Pendahuluan Motor DC brushless merupakan salah satu dari sekian banyak macam motor yang umumnya digunakan sebagai motor servo, dan dapat pula digunakan sebagai motor penggerak mobil listrik. Karena salah satu keunggulan yang membuat motor ini banyak dipilih adalah tidak diperlukannya brush dan komutator yang menjadi menjadi permasalahan utama motor DC (Lukas, 1977). 1. Tujuan a. Merealisasikan program pengendali mikrokontroller master. b. Mengtaur perubahan kecepatan motor DC Brushless disaat trek lurus dan disaat berbelok. c. Merealisasikan sistem komunikasi antara mikrkontroller master dan mikrokontroller slave. 2. Rumusan Masalah a. Dengan memanfaatkan fasilitas PORT ADC pada AtMega16 dapat membantu dalam pengendalian motor DC Brushless. b. Perumusan nilai ADC yang dilakukan oleh mikrokontroller master akan mengatur perubahan kecepatan motor DC Brushless pada saat trek lurus dan berbelok. c. Komunikasi paralel akan membantu dalam proses komunikasi antar mikrokontroller master dan juga slave dalam hal pengiriman nilai ADC yang dirumuskan oleh mikrkontroller. 3. Batasan Masalah a. Pemanfaatan fasilitas PORT ADC pada ATMega 16 sebagai fokus dalam perancangan pengendali mikrokontroller master. b. Penentuan range bit ADC input kecepatan dan juga sudut belokan. c. Software yang digunakan adalah BASCOM AVR. II. Landasan Teori 1. Motor DC Brushless Motor DC atau motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi untuk mengubah tenaga listrik arus searah menjadi tenaga gerak atau mekanik, yang tenaga gerak tersebut berupa putaran dari rotor. Gambar Motor DC Brushless 2. Cara Kerja Motor DC Brushless Melihat prinsip kerja motor DC brushless dan cara kerja system half bridge pada proses pengenergize-an koil motor DC brushless maka cara kerja putaran motor DC brushless sekarang dapat kita gambarkan, skema cara putaran motor DC brushless adalah sebagai berikut : Gambar Posisi Komutasi Step 1 Dan 2 Pada step 1, phasa U dihubungkan ke kutub positif pada bus motor DC brushless Q1, lalu phasa V dihubungkan ke ground netral(kutub negative baterai) melalui Q4, untuk phasa W tidak terenergize, 2 buah vektor fluks dihasilkan oleh phasa U (panah merah) dan phasa V
(panah biru). Jumlah kedua vektor tersebut menghasilkan vektor fluks pada stator (panah hijau) dimana rotor akan berusaha mengikuti arah fluks stator tersebut. Hall sensor berubah dari 101 ke 001 dan pola tegangan baru tercipta pada motor DC brushless (BLDC) dimana phasa V sekarang tidak terenergize tetapi phasa W yang sekarang terhubung ke netral ground (Q6) dimana posisi vector fluks stator (panah hijau) sekarang berada pada posisi yang ditunjukan gambar step 2. 3. ATMega16 Fitur yang cukup lengkap ini memungkinkan ATMega 16 untuk digunakan dalam perancangan suatu sistem untuk kepentingan komersil, dari sistem yang sederhana sampai dengan sistem yang relatif kompleks. Berikut ini adalah fitur-fitur yang dimiliki Mikrokontroler ATMega 16 : a. Sistem Mikrokontroler AVR 8 bit yang memiliki kemampuan tinggi dengan daya rendah. b. CPU yang terdiri atas 32 register. c. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16 MHz. d. Memiliki kapasitas flash memori 16 Kbyte, SRAM 1 Kbyte, dan EEPROM 512 byte. e. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. Gambar Konfigurasi Pin ATMega 16 4. Bascom AVR BASCOM-AVR adalah program Basic Compiler berbasis windows untuk microcontroller keluarga AVR merupakan pemograman dengan bahasa tingkat tinggi basic yang dikembangkan dan dikeluarkan oleh MCS elektronika. 5. Analog To Digital (ADC) Analog to Digital Converter (ADC) adalah sebuah piranti yang dirancang untuk mengubah sinyal-sinyal analog menjadi sinyal sinyal digital. Hal-hal yang juga perlu diperhatikan dalam penggunaan ADC ini adalah tegangan maksimum yang dapat dikonversikan oleh ADC dari rangkaian pengkondisi sinyal, resolusi, pewaktu eksternal ADC, tipe keluaran, ketepatan dan waktu konversinya. III. Perancangan dan Realisasi Perancangan adalah proses menuangkan sebuah pemikiran atau gagasan berdasarkan teori-teori yang mendukungnya. 1. Spesifikasi Alat Motor yang digunakan sebagai penggerak mobil listrik adalah motor DC Brushless dengan spesifikasi sebagai berikut : Data name plate motor : Daya : 350 Watt Tegangan : 48 VDC Arus : 7 A
Gambar Motor BLDC 350 Watt Gambar Bagian Dalam Motor DC Brushless 2. Blok Diagram Gambar Blok Diagram Mikrokontroler Deskripsi Alat : Pengendali kecepatan motor DC Brushless sebagai penggerak mobil listrik menggunakan tiga mikrokontroller yaitu ATMega 16 sebagai master slave dan dua mikrokontroler sebagai slave kiri dan juga kanan. Potensiometer digunakan sebagai pengatur input ADC yang nantinya output dari ADC tersebut memberikan perintah kepada slave kiri dan kanan sebagai pengendali kedua motor DC Brushless tersebut. Mikrokontroller slave kiri dan kanan akan mengatur kecepatan motor DC Brushless sesuai dengan nilai yang diinginkan atau telah ditentukan. 3. Perancangan Program Pengendali Motor Program yang dibuat pada mikrokontroler master lebih terfokus pada pengkordinasian antara dua mikrokontroller slave, yang nantinya mikrokontroller slave ini akan menggerakkan motor BLDC. Sehingga hanya terdapat program ADC, yaitu ADC0 dan ADC1 yang masing-masing diatur melalui sebuah potensiometer. ADC0 adalah untuk masukan kecepatan yang diharapkan sedangkan ADC1 adalah sudut belokan. Nilai keluaran ADC yang dihasilkan akan digunakan sebagai masukan pada rumus yang telah dibuat. Jika masukan ADC1 berada pada rentang 112 sampai dengan 144, maka mobil berjalan lurus, artinya motor kanan akan mempunyai kecepatan yang sama dengan motor kiri. Jika nilai masukan ADC1 melebihi 144 maka mobil berbelok ke kiri, atau dengan kata lain kecepatan motor kiri dikurangi, sedangkan jika nilai masukan ADC1 kurang dari 112 maka mobil berbelok ke kanan atau kecepatan motor kanan dikurangi. Gambar Pemetaan Untuk Menentukan Sudut Belokan IV. Pengujian dan Analisa 1. Pengujian Keseluruhan Pengujian Rangkaian Kontrol dan Rangkaian Driver Pengujian tanpa beban motor DC Brushless yang bertujuan untuk mengetahui berapa tegangan inputan driver yang diatur oleh potensiometer pada rangkaian kontrol dan juga untuk
mengetahui tegangan keluaran dari rangkaian driver motor DC Brushless. Untuk mengetahui perbandingan antara sudut putar potensiometer, tegangan keluaran dan nilai bit dari ADC. 140 2,8 2,8 183 150 3,14 3,14 191 160 3,2 3,2 203 170 3,43 3,43 210 180 3,61 3,61 215 190 3,82 3,82 221 200 4,07 4,07 231 Gambar Pengujian Rangkaian Kontrol dan Rangkaian Driver Tabel Hubungan Sudut Putar Potensiometer Dengan Tegangan Output Sudut Putar Potensiometer ( ) Vkiri (Volt) Vkanan (Volt) Bit ADC 10 0,3 0,3 32 20 0,58 0,58 41 30 0,63 0,63 47 40 0,75 0,75 58 50 0,9 0,9 64 60 1,2 1,2 85 70 1,42 1,42 92 80 1,53 1,53 102 90 1,6 1,6 112 100 1,83 1,83 119 110 2,2 2,2 128 120 2,42 2,42 135 130 2,63 2,63 174 210 4,25 4,25 242 220 4,38 4,38 249 230 4,52 4,52 255 Analisa : Dari hasil pengujian didapat hasil bahwa semakin besar sudut putar dari potensiometer maka tegangan output yang dihasilkan juga akan semakin besar pula. Begitu juga derngan bit ADC yang dihasilkan akan menuju ke posisi maksimal yakni 255. V. PENUTUP 1. Kesimpulan Setelah menyelesaikan proyek akhir yang berjudul Rancang Bangun Pengendali Motor Penggerak Mobil Listrik ini penulis mendapatkan beberapa kesimpulan, antara lain : 1. Pada proyek Akhir ini telah direalisasikan program kendali kecepatan pada motor DC Brushless 48 Volt 350 watt berbasis mikrokontroler ATMega 16. 2. PINA0 dan juga PINA1 sebagai inputan ADC (Analog To Digital) bisa dimanfaatkan sebagai pengatur kecepatan dengan mengubah duty
cycle PWM yang dibangkitkan. Semakin panjang gelombang maka semakin cepat juga motor yang dikendalikan. 3. Komunikasi paralel adalah cara sederhana untuk menghubungkan antar mikrokontroller dengan manfaatkan PORTB dan PORTC pada mikrokontroller master sebagai output. 4. Semakin besar sudut putar potensiometer maka akan semakin besar pula tegangan keluaran di kedua motor kiri dan kanan, maka akan berpengaruh juga pada semakin cepatnya motor berputar. [3] Nugraha N.W. Perancangan BLDC, ITB. [4]. Hartanto, Jimmy. 2009. IO Robotics. Bandung. [5]. Eko,Ari Mikrokontroller, http://ekoari.blog.uns.ac.id/files/2009 /04/mikrokontroler.pdf 5.2 Saran Untuk pengembangan lebih lanjut penulis mempunyai beberapa saran demi tercapainya perbaikan performa proyek akhir ini di masa yang akan datang, diantaranya : 1. Pengendalian motor lebih baik dikerjakan satu orang dan dalam satu chip mikrokontroller agar lebih efisien dan tidak ketergantungan terhadap pekerjaan rekan yang lainnya. 2. Untuk mendapatkan kecepatan yang lebih baik maka gunakan motor DC Brushless dengan daya yang lebih besar. Daftar Pustaka [1]. Anonim (tt). SmartWeight Balancing Technology A Patented Feature of Hunter GSP Wheel Balancers, www.weightsaver.com [2]. Ackermann Steering, http://www.diracdelta.co.uk/science/s ource/a/c/ackermann%20steering/sou rce.html