ROBOT KESEIMBANGAN DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR MPU6050 DAN KONTROL PID BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA32 LAPORAN AKHIR Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Pada Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Oleh: IRENE TARADIAS 061330320948 POLITEKNIK NEGERISRIWIJAYA PALEMBANG 2016 i
LEMBAR PENGESAHAN ROBOT KESEIMBANGAN DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR MPU6050 DAN KONTROL PID BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA32 Pembimbing I IRENE TARADIAS 061330320948 Palembang, Agustus 2016 Pembimbing II Amperawan,S.T.,M.T Ir. Faisal Damsi, M.T NIP. 19670523 199303 1 002 NIP. 19630218 199403 1 001 Ketua Jurusan Teknik Elektro Mengetahui Ketua Program Studi Teknik Elektronika Yudi Wijanarko,S.T.M.T Amperawan,S.T.,M.T NIP. 19670511 199203 1 003 NIP. 19670523 199303 1 002 ii
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR Saya yang bertanda tangan dibawah ini: Nama : Irene Taradias NIM : 061330320948 Jurusan : Teknik Elektro Program Studi : Teknik Elektronika Dengan ini menyatakan bahwa tugas akhir yang berjudul "Robot Keseimbangan Dengan Menggunakan Sensor MPU6050 Dan Kontrol Pid Berbasis Mikrokontroller Atmega32" merupakan hasil penelitian saya sendiri, tidak terdapat karya yang pemah diajukan untuk memperoleh gelar ahli madya Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pemah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Palembang, Agustus 2016 Yang Menyatakan IRENE TARADIAS NIM. 061330320948 iii
Motto: Tidak Semua Yang Diharapkan Akan Terwujud dan Tidak Semua Yang Ditakutkan Akan Terjadi, Nothing Is Impossible. Tetaplah Bersyukur, Karena Bersyukur Adalah Langkah Pertamamu Untuk Bahagia. Dengan rasa syukur kepada Allah SWT, Laporan Akhir ini saya persembahkan kepada: Kedua Orang tua Saya dan seluruh anggota keluarga. Bapak Amperawan dan Bapak Faisal Damsi atas lmu yang diberikan dan bimbingannya yang sangat luar biasa. Seseorang yang selalu membakar api semangat, Medlest Sahabat-sahabat yang selalu mendukung dan menganggap saya;wardah Zahra, Isny Wasylawati, Dea Monita, Siti Citra Daniska, Rizka Supriyanti, Rizky Pratiwi, Riska Damayanti, Elsa Rahmayanti, Bunga Sukmawati, Essa Kemala Helau, Ani Krisdayanti dan Yolanda Widyastuti. Almamater Terhebat, POLSRI. iv
ABSTRAK ROBOT KESEIMBANGAN DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR MPU 6050 DAN KONTROL PID BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA32 (2016:74Halaman+xivHalaman+DaftarPustaka+Lampiran) IRENE TARADIAS TEKNIKELEKTRO TEKNIKELEKTRONIKA POLITEKNIKNEGERI SRIWIJAYA Laporan akhir ini menjelaskan tentang Robot Keseimbangan Dengan Menggunakan Sensor MPU6050 dan Kontrol PID Berbasis Mikrokontroller ATmega32. Tujuannya adalah untuk merancang robot keseimbangan yang mampu menyeimbangkan dirinya dengan menggunakan control PID sebagai sebuah sistem control berbasis mikrokontroller ATmega32. Dengan menggunakan control PID, didapatkan hasil tuning untuk Robot keseimbangan yaitu Kp=19, Ki=4, Kd=14. Sistem robot keseimbangan ini dapat stabil yaitu mampu mempertahankan posisi berdiri dan tanpa terjatuh dalam range -30 sampai dengan 30 dari posisi tegak lurus pada sumbu Y yaitu 0. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa pengaturan keseimbangan robot roda dua dapat dengan cepat tercapai selama mekanik robotnya stabil. Keseimbangan akan sulit terpenuhi jika bagian atas robot dibebani benda berat. Katakunci: Sensor MPU6050, PID, Robot Keseimbangan v
ABSTRACT BALANCING ROBOT BY USING 6050-MPU SENSOR AND PID CONTROL BASED ON ATMEGA32 MICROCONTROLLER (2016;74 Page+ xiv Page+ Bibliography+ attachment) IRENE TARADIAS TEKNIKELEKTRO TEKNIKELEKTRONIKA POLITEKNIKNEGERI SRIWIJAYA This final project describes about Balancing Robot by Using 6050-MPU Sensor and PID Control Based on ATMEGA32 Microcontroller. The purpose is to devise the balancing robot which can balance itself by using a 6050-MPU sensor as the slope detector and PID control as control system based on ATMEGA32 microcontroller. By applying PID control, tuning result for balancing robot is gained. The result is kp=19, ki=4, kd=14. This robot balancing system can be stable or can mantain standing position without falling on range around 30 until 30 from standing position which is 0. From this research, it can be concluded if the setting of balancing twowheeled robot can reach fast as the mechanic robot is stable. The balance will hard to fulfill if the top of the robot is burdened by heavy object. Keyword:6050-MPU Sensor, PID, Balancing Robot vi
KATAPENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat kesehatan dan kekuatan serta berkat rahmat dan hidayah penulis dapat menyelesaikan Laporan Akhir ini yang berjudul Robot Keseimbangan Dengan Menggunakan Sensor Mpu 6050 Dan Kontrol Pid Berbasis Mikrokontroller Atmega32 dengan baik. Laporan Akhir ini dibuat untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikandiplomaiii pada jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya. Selama penyusunan Laporan Akhir ini penulis mendapat beberapa hambatan dan kesulitan, namun berkat dorongan dan bimbingan dari berbagai pihak, segala hambatan dan kesulitan tersebut dapat terselesaikan. Untuk itu penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada: Bapak Amperawan, S.T.,M.T. Selaku pembimbing I Bapak Ir. Faisal Damsi, M.T. Selaku pembimbing II Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat : 1. Bapak Dr. Ing. Ahmad Taqwa, M.T. selaku Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya. 2. Bapak Yudi Wijanarko, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya. 3. Bapak H. Herman Yani, S.T., M.Eng. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya. 4. Bapak Amperawan, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya 5. Kepada Orang Tua dan keluarga saya yang selama ini memberikan semangat dan dukungan moril dan materil. vii
6. Seluruh dosen, staf dan instruksi pada Program Studi teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang yang membantu penulis dalam kelancaran penulisan laporan akhir ini. 7. Teman-teman seperjuangan kelas 6 ED yang telah membantu dengan berbagai pengetahuan dalam pembuatan laporan akhirini. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan akhir ini masih terdapat kekurangan dan kekeliruan, baik mengenai isi maupun cara penulisan. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritikyang bersifat membangun. Akhir kata penulis mengharapkan semoga laporan akhir ini dapat bermanfaat bagi semua dan semoga segala bantuan serta bimbingan yang penyusun dapatkan selama ini mendapat rahmat dan ridho dari Allah SWT, Aamiin Ya Robbal A lamin. Palembang, Agustus 2016 Penulis viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN... ii LEMBAR KEASLIAN...iii MOTTO... iv ABSTRAK... v KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 3 1.3 Pembatasan Masalah... 3 1.4 Tujuan dan Manfaat... 3 1.4.1 Tujuan... 3 1.4.2 Manfaat... 3 1.5 Metodologi Penulisan... 4 1.5.1 Metode Literatur... 4 1.5.2 Metode Observasi... 4 1.5.3 Metode Wawancara... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Robot... 6 2.2 Robot Keseimbangan (Balancing Robot)... 7 2.3 Aplikasi Robot Keseimbangan (Balancing Robot)... 11 2.4 Modul MPU-6050... 12 2.4.1 Sensor Gyroscope... 13 2.4.2 Sensor Accelerometer... 14 2.5 Kontrol PID... 14 2.5.1 Kontrol Proportional... 16 2.5.2 Kontrol Integral... 18 2.5.3 Kontrol Derivative... 21 2.5.4 Realisasi Kontrol PID Pada Bahasa Pemrograman... 23 2.6 Mikrokontroller ATmega32... 25 2.6.1 Konfigurasi Pin ATmega32... 26 2.7 Motor DC... 30 2.8 IC L298 (Motor Driver)... 31 2.9 Liquid Crystal DisplayLCD)... 32 2.10 Catu Daya... 33 2.11 Basic Compiler AVR... 35 ix
2.11.1 Kontruksi Bahasa BASIC Pada Bascom-AVR... 37 2.11.2 Pengarah Preprosesor... 37 2.11.3 Tipe Data... 37 2.11.4 Konstanta dan Variable... 38 2.11.5 Deklarasi Variable, Konstanta, Fungsi dan Buatan... 38 2.11.6 Operator... 39 BAB III RANCANG BANGUN 3.1 Perancangan Robot... 40 3.1.1 Perancanga Hardware Robot... 40 3.1.2 Perancangan Software(Pemogramanan) Robot... 43 3.1.3 Perancangan Rangkaian... 44 3.1.4 Perancangan Layout... 46 3.1.4.1 Rangkaian Power supply... 47 3.1.4.2 Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroller ATmega32... 48 3.1.4.3 Rangkaian LCD 16x2... 50 3.1.4.4 Rangkaian Driver Motor... 51 3.1.4.5 Modul Sensor MPU6050... 52 3.2 Tujuan Perancangan... 52 3.3 Prinsip Kerja Alat... 53 3.4 Daftar Komponen dan Bahan... 54 BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Pengukuran dan Pengujian Alat... 55 4.1.1 Tujuan Pengukuran Alat... 55 4.1.2 Rangkaian Pengujian... 55 4.1.3 Peralatan yang Digunakan... 57 4.1.4 Langkah-langkah Pengukuran... 57 4.2 Hasil Pengukuran dan Pengujian... 58 4.2.1 Pengukuran Tegangan Baterai... 58 4.2.2 Pengukuran Tegangan Power Supply... 59 4.2.3 Pengukuran Tegangan Mikrokontroller ATmega32... 60 4.2.4 Pengukuran Tegangan Sensor MPU6050... 61 4.2.5 Pengukuran Tegangan Driver Motor... 62 4.2.6 Pengujian Kontroler PID... 63 4.2.7 Pengujian Nilai gyroscope dan PWM... 66 4.3 Analisa... 68 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 74 5.2 Saran... 74 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar Pendulum Terbalik... 8 Gambar 2.2 Desain Pendulum Terbalik... 8 Gambar 2.3 Diagram sistem kereta pendulum... 9 Gambar 2.4 Segway... 11 Gambar 2.5 Robot Penelitian Bawah Laut... 12 Gambar 2.6 Sensor Modul MPU-6050... 13 Gambar 2.7 Sumbu Sensor Gyroscope... 13 Gambar 2.8 Prinsip Kerja Accelerometer... 14 Gambar 2.9 Diagram Blok Sistem Kontrol PID... 15 Gambar 2.10 Respon PID... 16 Gambar 2.11 Diagram Blok Kp... 16 Gambar 2.12 Nilai Kp Kecil... 18 Gambar 2.13 Nilai Kp Besar... 18 Gambar 2.14 Diagram Blok Ki... 19 Gambar 2.15 PenggunaanKp danki... 20 Gambar 2.16 Diagram Blok Kd... 21 Gambar 2.17 PenggunaanKp dankd... 22 Gambar 2.18Konfugirasi pin ATMega32... 26 Gambar 2.19 Motor DC... 31 Gambar 2.20IC driver motor L298... 31 Gambar 2.21Konfigurasi Pin IC L298... 32 Gambar 2.22 Foto LCD (Liquid Crystal Dislay)... 32 Gambar 2.23 Skematik Rangkaian LCD 16x2... 33 Gambar 2.24 Baterai Li-Po... 35 Gambar 2.25 Logo Bascom-AVR... 36 Gambar 2.26 Tampilan Jendela Program BASCOM-AVR... 36 Gambar 3.1 Tampilan Mekanik Secara Keseluruhan... 40 Gambar 3.2 Tampak Atas Robot... 41 Gambar 3.3 Tampak Samping Robot... 41 Gambar 3.4 Tampak Depan Robot... 42 Gambar 3.5 Diagram Blok Robot Keseimbangan... 43 Gambar 3.6 Diagram Alir Robot Keseimbangan... 44 Gambar 3.7 Rangkaian Keseluruhan Robot Keseimbangan... 45 Gambar 3.8 Skematik Rangkaian Power Supply... 47 Gambar 3.9 Layout Rangkaian Power Supply... 47 Gambar 3.10 Tata Letak Komponen Rangkaian Power Supply... 48 Gambar 3.11 Skematik Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroller ATmega32... 48 Gambar 3.12 Layout Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroller ATmega32... 49 xi
Gambar 3.13 Tata Letak Komponen Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroller ATmega32... 49 Gambar 3.14 Skematik Rangkaian LCD 16x2... 50 Gambar 3.15 Layout Rangkaian LCD 16x2... 50 Gambar 3.16 Tata Letak Komponen Rangkaian LCD 16x2... 51 Gambar 3.17 Skematik Rangkaian Driver Motor L298... 51 Gambar 3.18 Modul Driver Motor L298... 52 Gambar 3.19 Modul Sensor MPU6050... 52 Gambar 4.1 Titik Pengukuran (TP) Robot Keseimbangan... 56 Gambar 4.2 Grafik Hasil Tegangan Baterai... 58 Gambar 4.3 Grafik Hasil Tegangan Power Supply... 59 Gambar 4.4 Grafik Hasil Tegangan Mikrokontroller ATmega32... 60 Gambar 4.5 Grafik Hasil Tegangan Sensor MPU6050... 62 Gambar 4.6 Pengujian Tanpa Kontroler... 63 Gambar 4.7 Nilai Kp Mulai Diberikan... 64 Gambar 4.8 Nilai Ki Mulai Diberikan... 64 Gambar 4.9 Nilai Kd Mulai Diberikan... 65 Gambar 4.10 Pengujian Robot dengan nilai Kp=19, Ki=4, Kd=14... 65 Gambar 4.11 Pengujian Robot Ketika Diberi Gangguan... 66 Gambar 4.12 Busur derajat yang digunakan... 66 Gambar 4.13Cara Mendapatkan Data... 67 Gambar 4.14Hasil Pengujian Sensor ditampilkan pada LCD... 67 Gambar 4.15Grafik Hasil Pengukuran Nilai Output MPU6050... 68 Gambar 4.16 Proses pemetaan (mapping)... 69 xii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel Penjelasan pin padamikrokontroler ATMega32... 26 Tabel 2.2 Tabel Penjelasan pin padaport A... 28 Tabel 2.3 Tabel Penjelasan pin padaportb... 28 Tabel 2.4 Tabel Penjelasan pin padaportc... 29 Tabel 2.5 Tabel Penjelasan pin padaportd... 30 Tabel 2.6 TipeData padabascom AVR... 37 Tabel 2.7 Operator-Operator Relasi Pada Bascom-AVR... 39 Tabel 2.8 Operator-Operator Logika Pada Bascom-AVR... 39 Tabel 3.1 Daftar Komponen dan Bahan... 54 Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Tegangan Baterai... 58 Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Tegangan Power Supply... 59 Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Tegangan Mikrokontroller ATmega32... 60 Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Tegangan Sensor MPU6050... 61 Tabel 4.5 Hail Pengukuran Tegangan pada Inputan Driver Motor... 62 Tabel 4.6 Hasil Pengujian Sensor gyroscope MPU6050... 67 Tabel 4.7 Hasil Pemetaan (mapping)... 69 xiii
DAFTAR LAMPIRAN 1. Lembar Kesepakatan Bimbingan Laporan Akhir Pembimbing 1 2. Lembar Kesepakatan Bimbingan Laporan Akhir Pembimbing 2 3. Lembar Konsultasi Laporan Akhir Pembimbing 1 4. Lembar Konsultasi Laporan Akhir Pembimbing 2 5. Lembar Rekomendasi Sidang Laporan Akhir 6. Lembar Pengesahan Revisi Laporan Akhir 7. Skema Rangkaian Keseluruhan 8. Program Bascom AVR ATMega32 9. DataSheet MPU6050 xiv