Pengaturan Kecepatan Putaran Motor AC 1 Fasa Terhadap Beban Pada Alat Putar Keramik

1 1.1 Latar Belakang

Alat putar keramik merupakan alat yang digunakan dalam proses pembuatan/pembentukan keramik (gerabah) mentah dengan cara teknik pilin. Alat putar keramik yang biasa digunakan oleh para pengrajin keramik adalah alat putar keramik konvensional, dimana alat putar keramik tersebut diputar dengan menggunakan tangan atau kaki. Bagi para pengrajin keramik (Plered), alat putar konvensional tersebut dirasakan kurang efektif, karena harus memutar ulang alat putar tersebut jika kecepatannya mulai berkurang. Dalam proses pembuatan keramik, tanah liat akan ditambah sedikit demi sedikit pada alat putar sampai dengan bentuk dan ukuran yang diinginkan. Penambahan beban (tanah liat) pada alat putar keramik tersebut mempengaruhi kecepatan alat putar, sehingga kecepatannya akan mudah berkurang apabila beban semakin berat. Stamina para pengrajin pun menjadi mudah terkuras, karena harus sering memutar ulang alat putar. Oleh karena itu, para pengrajin mengeluhkan dan membutuhkan alat putar yang efektif sebagai sarana dalam proses produksinya.

Alat putar keramik modern yang sudah ada, menggunakan motor listrik sebagai alat penggeraknya dan pedal/pijakan sebagai alat pengatur kecepatannya (variable resistor). Selama proses pembentukan awal keramik para pengrajin harus memijak pedal tersebut dan jika kecepatan alat putar berkurang karena beban pada alat putar bertambah, maka para pengrajin harus mengatur pijakan pada pedal tersebut (memijak pedal lebih dalam). Pedal pada alat putar dapat

beresiko mengalirkan arus listrik ke tubuh penggunanya, karena pedal tersebut berhubungan langsung dengan tegangan tinggi (220VAC).

Berdasarkan latar belakang diatas, maka dibutuhkan alat bantu berupa alat putar keramik yang dapat berputar dengan kecepatan konstan pada beban (tanah liat) yang berbeda-beda dan alat putar keramik tersebut tidak beresiko tinggi dari sengatan listrik tegangan tinggi. Oleh karena itu, pada tugas akhir ini akan dirancang sebuah alat pengatur kecepatan putaran pada alat putar keramik terhadap beban yang bervariasi. Alat putar keramik ini menggunakan motor AC 1 fasa sebagai tenaga penggeraknya dan kecepatan putarannya diatur oleh mikrokontroler jenis AVR tipe ATMega16. Pada proses pembuatan keramik tidak diperlukan kecepatan putaran yang terlalu tinggi, diperkirakan kecepatan putarannya hanya antara 90–150rpm. Cara mengoperasikan alat putar keramik ini sangat mudah, hanya dengan menekan tombol angka pada keypad sebesar kecepatan yang diinginkan (setpoint 60–_{150rpm) lalu menekan tombol “Start”,} maka alat putar akan berjalan. Alat putar ini akan berhenti dengan menekan tombol “Stop” dan apabila menginginkan kecepatan putaran sebesar kecepatan sebelumnya cukup dengan menekan tombol “Start” kembali.

1.2 Tujuan

Perancangan alat putar keramik ini mempunyai tujuan sebagai berikut. a. Memanfaatkan motor AC sebagai tenaga penggerak alat putar keramik. b. Mengaplikasikan mikrokontroler jenis AVR ATMega16 sebagai

komponen pengendali kecepatan putaran motor AC.

c. Mengaplikasikan semikonduktor TRIAC Optoisolators sebagai komponen pengendali motor AC.

d. Mengaplikasikan Phototransistor sebagai komponen untuk mendeteksi (sensor) kecepatan putaran alat putar keramik.

e. Merancang sebuah alat putar keramik yang dapat berputar secara konstan terhadap beban (tanah liat) yang bervariasi.

1.3 Rumusan Masalah

Berdasarkan tujuan – tujuan diatas, maka diperoleh rumusan masalah sebagai berikut.

a. Bagaimana merancang sebuah alat putar keramik dengan menggunakan motor AC 1 fasa yang berbasis mikrokontroler AVR ATMega16.

b. Bagamana cara menggunakan fitur FastPWM pada Timer/Counter 1 di mikrokontroler AVR ATMega16.

c. Bagaimana cara menggunakan fitur interupsi eksternal 1 pada mikrokontroler AVR ATMega16.

d. Bagaimana merancang rangkaian sensor kecepatan putaran dengan menggunakan Phototransistor.

e. Bagaimana merancang rangkaian pengendali motor AC dengan menggunakan TRIAC Optoisolators.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah yang perlu diperhatikan dalam perancangan alat putar keramik ini adalah sebagai berikut.

a. Mikrokontroler yang digunakan berjenis AVR dengan tipe ATMEGA16. b. LCD 16_X2 digunakan sebagi alat penampil pesan, sensor dan nilai

setpoint.

c. keypad 3_X4 digunakan sebagai alat pemberi (tombol angka) dan penghapus (tombol “*”) nilai kecepatan (setpoint), sedangkan push button digunakan sebagai tombol Startdan Stop.

d. Motor AC yang digunakan jenis Motor Capacitor Run 1 fasa 220V/50Hz 1/3hp 3000 rpm.

e. Sensor kecepatan putaran menggunakan Phototransistor tipe H21A1, sedangkan komponen utama dari rangkaian pengendali.motor AC menggunakan TRIAC Optoisolatorstipe MOC3041.

f. Beban maksimal yang dapat diberikan (tanah liat) pada alat putar keramik ini sebesar 20Kg.

g. Kecepatan yang dapat diberikan (set point) pada alat putar keramik ini sebesar antara 60-150rpm.

1.5 Metodologi Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan beberapa metode penelitian, baik untuk kebutuhan perancangan maupun mengumpulkan data yang kemudian dirangkum kedalam suatu bentuk penulisan yang sistematik. Di bawah ini adalah metode – metode penelitian yang digunakan dalam tugas akhir ini.

a. Studi Literatur

Tahapan ini dilakukan dengan cara mengumpulkan materi - materi yang diperlukan dalam melakukan penelitian dari berbagai jenis sumber kepustakaan diantaranya buku, literatur, jurnal, laporan penelitian, browsing internetdan berbagai sumber lainnya.

b. Observasi

Merupakan teknik pengumpulan data yang dilakukan dengan cara pengamatan langsung terhadap objek di tempat penelitian.

c. Interview

Merupakan metode pengumpulan data yang dilakukan dengan cara melakukan tanya jawab secara langsung kepada pihak - pihak yang terkait, guna mendapatkan keterangan - keterangan yang diperlukan.

d. Perancangan Sistem

Tahapan ini terdiri 2 tahapan, yaitu tahap pertama perancangan perangkat keras seperti alat putar keramik dan rangkaian – rangkaian elektronika, sedangkan tahap kedua adalah perancangan algoritma program (listing program) dengan menggunakan software CodeVisionAVR.

e. Pengujian Sistem

Pengujian alat akan dilakukan pada tiap blok (rangkaian elektronika sebelum diinterkoneksikan) dan pada keseluruhan rangkaian elektronika (setelah diinterkoneksikan).

1.6 Sistematika Penulisan

BAB I PENDAHULUAN, berisi tentang latar belakang atau alasan pemilihan judul/topik tugas akhir, tujuan tugas akhir, batasan masalah, metode penelitian yang digunakan, dan sistematika penulisan laporan.

BAB II TEORI DASAR, menguraikan tentang teori –teori yang berhubungan perancangan pengaturan alat putar keramik, seperti mikrokontroler AVR ATMega16, motor AC 1 fasa,driver motor AC dan sensor kecepatan putaran.

BAB III PERANCANGAN ALAT DAN PROGRAM

MIKROKONTROLER, menjelaskan tentang proses perancangan alat, seperti rangkaian sistem minimum dan downloader untuk mikrokontroler AVR ATMega16, rangkaian driver motor AC, sensor kecepatan putaran, rangkaian keypad dan LCD dan alat putar keramik. Selain itu pada bab ini membahas mengenai algoritma program mikrokontroler AVR ATMega16 untuk pengaturan kecepatan putaran alat putar keramik.

BAB IV PENGUJIAN ALAT, membahas tentang cara pengujian alat putar keramik dan membahas tentang hasil pengujian yang diperoleh.

BAB V PENUTUP, merupakan bagian akhir dari laporan tugas akhir yang berisi tentang kesimpulan yang diperoleh dari hasil pengujian dan analisa, serta berisi tentang saran-saran untuk perbaikan dan pengembangan lebih lanjut.

7 2.1 Mikrokontroler AVR ATMEGA16

AVR merupakan seri mikrokontroler Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) 8-bit buatan Atmel berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi pada program dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose,

timer/counter fleksibel dengan mode compare, interupsi internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, power saving mode, ADC dan PWM. AVR pun mempunyai In-System Programmable (ISP) Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang (read/write) dengan koneksi secara serial yang disebut Serial Peripheral Inteface(SPI).

AVR memilki keunggulan dibandingkan dengan mikrokontroler lain, keunggulan mikrokontroler AVR yaitu memiliki kecepatan dalam mengeksekusi program yang lebih cepat, karena sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock (lebih cepat dibandingkan mikrokontroler keluarga MCS 51 yang memiliki arsitektur Complex Intrukstion Set Compute).

ATMEGA16 mempunyai throughput mendekati 1 Millions Instruction Per Second (MIPS) per MHz, sehingga membuat konsumsi daya menjadi rendah terhadap kecepatan proses eksekusi perintah.

Beberapa keistimewaan dari AVR ATMEGA16 antara lain:

1. Mikrokontroler AVR 8 bit yang memilliki kemampuan tinggi dengan konsumsi daya rendah

2. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16MHz

3. Memiliki kapasitas Flash memori 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte dan SRAM 1 Kbyte

4. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu PortA, PortB, PortC dan PortD 5. CPU yang terdiri dari 32 buah register

6. Unit interupsi dan eksternal

7. PortUSART untuk komunikasi serial 8. Fitur peripheral

 Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan (compare)

 Dua buah Timer/Counter 8 bit dengan Prescaler terpisah danMode Compare

 Satu buah Timer/Counter 16 bit dengan Prescaler terpisah, Mode Compare dan Mode Capture

 Real Time Counterdengan Oscillatortersendiri  Empat kanal PWM

 8 kanal ADC

 8 Single-ended Channel dengan keluaran hasil konversi 8 dan 10 resolusi (register ADCH dan ADCL)

 7 Diferrential Channel hanya pada kemasan Thin Quad Flat Pack

(TQFP)

 2 Differential Channeldengan Programmable Gain

 Antarmuka Serial Peripheral Interface (SPI)Bus

 On-chip Analog Comparator

9. Non-volatile program memory

2.1.1 Konfigurasi PinAVR ATMEGA16

Gambar 2.1 Konfigurasi Kaki (pin) ATMEGA16

Konfigurasi pin ATMEGA16 dengan kemasan 40 pin Dual In-line Package (DIP) dapat dilihat pada Gambar 2.13. dari gambar diatas dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pinATMEGA16 sebagai berikut.

1. VCC merupakan pinyang brfungsi sebagai masukan catu daya 2. GND merupakan pin Ground

3. Port A (PA0 – PA7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu merupakan pinmasukan ADC

4. Port B (PB0 – PB7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu merupakan pinkhusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 2.1 Fungsi Khusus PortB

Pin Fungsi Khusus

PB0 XCK (USART External Clock Input/Output) T0 (Timer/Counter0 External Counter Input) PB1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)

PB2 INT2 (External Interupt 2 Input)

AIN0 (Analaog Comparator Negative Input)

PB3 OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Macth Output) AIN1 (Analaog Comparator Negative Input)

PB4 (SPI Slave Select Input)

PB5 MOSI (SPI Bus Master Output /Slave Input) PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

5. Port A (PC0 – PC7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu merupakan pinkhusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 2.2 Fungsi Khusus PortC

Pin Fungsi Khusus

PC0 SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)

PC1 SDA (Two-wire Serial BusData Input/Output Line) PC2 TCK (Joint Test Action Group Test Clock)

PC3 TMS (JTAG Test Mode Select) PC4 TDO (JTAG Data Out)

PC5 TDI (JTAG Test Data In) PC6 TOSC1 (Timer Oscillator pin 1) PC7 TOSC2 (Timer Oscillator pin 2)

6. Port D (PD0 – PD7) merupakan pin input/output dua arah (full duplex) dan selain itu merupakan pinkhusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 2.3 Fungsi Khusus PortD

Pin Fungsi Khusus

PD0 RXD (USARTInput Pin) PD1 TXD (USARTOutput Pin) PD2 INT0 (External Interupt 0 Input) PD3 INT1 (External Interupt 1 Input)

PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Macth Output) PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Macth Output) PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)

PD7 OC2 (Timer/Counter2 Output Compare Macth Output)

8. XTAL1 dan XTAL2, merupakan pin masukan external clock

9. AVCC merupakan pinmasukan tegangan untuk ADC

10. AREF merupakan pinmasukan tegangan referensi untuk ADC.

2.1.2 Timer/Counter Mikrokontroler ATMEGA16

Mikrokontroler AVR ATMEGA16 memiliki tiga buah Timer/Counter, yaitu: Timer 0 (8 bit),Timer 1 (16 bit) danTimer 2 (8 bit). Namun, pada sub bab ini hanya akan membahas mengenai Timer/Counter 1 saja. Timer/Counter 1 mempunyai keunggulan dibanding Timer/Counter0 atau 2, namun cara mengatur

Timer 0, 1, 2 sama saja, yaitu pada masing-masing registernya. Timer/Counter 1

dapat menghitung sampai dengan 65536 Timer/Counter 0 atau 2 hanya sampai dengan 256. Selain itu, Timer 1 ini memiliki mode operasi sebanyak 16 mode (Tabel 2.8). Register pada Timer ini dibagi menjadi beberapa register dengan fungsi khusus, yaitu: control registerA, control registerB dan interrupt mask.

Register – register pada Timer/Counter1 yang berfungsi untuk mengatur timer dan mode operasinya. Register tersebut mempunyai fungsi masing-masing sebagai berikut.

a. Timer/Counter1 Control RegisterA (TCCR1A) Tabel 2.4 Register TCCR1A

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0

TCCR1A COM1A1 COM1A0 COM1B1 COM1B0 FOC1A FOC1B WGM11 WGM10 Keterangan:

Bit7 dan 6 : Compare Output untuk kanal A

Bit COM1 ini mempunyai Compare Output Mode pada setiap mode operasinya. Mode tersebut mempengaruhi pinI/O OC1 A dan B.

Tabel 2.5 Compare Output Mode, Non-PWM

COM1A1/COM1B1 COM1A1/COM1B1 Deskripsi

0 0 Normal Port Operation, OC1A/OC1B

disconnected

0 1 ToggleOC1A/OC1B on compare match

1 0 ClearOC1A/OC1B on compare match(low level) 1 1 SetOC1A/OC1B on compare match(high level)

Tabel 2.6 Compare Output Mode, Fast PWM

COM1A1/COM1B1 COM1A1/COM1B1 Deskripsi

0 0 Normal Port Operation, OC1A/OC1B disconnected 0 1 ToggleOC1A on compare match, OC1B disconnected

1 0

Clear OC1A/OC1B on compare match, set OC1A/OC1BatBOTTOM (non-inverting mode)

1 1

Set OC1A/OC1B on compare match, clear OC1A/OC1BatBOTTOM (inverting mode)

Tabel 2.7 Compare Output Mode

Phase Correct dan Phase Correct & Frequency PWM

COM1A1/COM1B1 COM1A1/COM1B1 Deskripsi

0 0 Normal Port Operation, OC1A/OC1B disconnected

0 1 Toggle OC1A on compare match, OC1B

disconnected

1 0 Clear OC1A/OC1B on compare match when up-counting, set

OC1A/OC1B on compare match when down-counting

1 1

Clear OC1A/OC1B on compare match when up-counting, set OC1A/OC1B on compare match when down-counting

Bit3 : Force Outputuntuk kanal A

Bit2 : Force Outputuntuk kanal B

Bit 1 dan 0 :Waveform Generation Mode

Mode operasi sebanyak 16 mode, diatur dalam bit WGM ini. Mode operasi tersebut ditunjukkan oleh Tabel 2.8 di bawah ini.

Tabel 2.8 Deskripsi BitWGM

Mode WGM13 WGM12 (CTC1)

WGM11 (PWM11)

WGM10 (PWM10)

Mode Operasi TOP Update of OCRn

TOVn Flag Set-on

0 0 0 0 0 Normal 0xFFFF Immediate MAX 1 0 0 0 1 PWM, Phase Correct 8-Bit 0x00FF TOP BOTTOM

2 0 0 1 0 PWM, Phase Correct 9-Bit 0x01FF TOP BOTTOM

3 0 0 1 1 PWM, Phase Correct 10-Bit 0x03FF TOP BOTTOM

4 0 1 0 0 CTC OCR1A Immediate MAX 5 0 1 0 1 Fast PWM, 8-Bit 0x00FF BOTTOM TOP

6 0 1 1 0 Fast PWM, 9-Bit 0x01FF BOTTOM TOP

7 0 1 1 1 Fast PWM, 10-Bit 0x03FF BOTTOM TOP

8 1 0 0 0 PWM, _CorrectPhase and Frequency ICR1 BOTTOM BOTTOM 9 1 0 0 1 PWM, _CorrectPhase and Frequency OCR1A BOTTOM BOTTOM 10 1 0 1 0 PWM, Phase Correct ICR1 TOP BOTTOM

11 1 0 1 1 PWM, Phase Correct OCR1A TOP BOTTOM

12 1 1 0 0 CTC ICR1 Immediate MAX

13 1 1 0 1 Reserved - -

-14 1 1 1 0 Fast PWM ICR1 BOTTOM TOP

15 1 1 1 1 Fast PWM OCR1A BOTTOM TOP

b. Timer/Counter Control Register1 B (TCCR1B) Tabel 2.9 TCCR1B

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0

Keterangan:

Bit7 : Input Capture Noise Canceler, ketika bit ini diset 1(high) maka

Noise Canceleraktif dan masukkan dari Input Capture Pin(ICP1) terfilter.

Bit6 : Input Capture Edge Select, bit ini digunakan untuk trigger yang disebabkan oleh edgeICP1. Jika bit ini diset 1 maka sebuah rising edge(positif) akan men-trigger capture, Jika bit ini diset 0 maka sebuah falling edge (negatif) akan men-trigger capture.

Bit 5 : Reserved, bit ini akan digunakan pada tahap pengembangan selanjutnya.

Bit 4 dan 3 : lihat deskripsi register TCCR1A.

Bit 2, 1 dan 0 : Clock Select, bitini digunakan untuk memilih jenis sumberclock

untuk digunakan pada suatutimer/counter.

Tabel 2.10 Deskripsi Clock Select Bit

CS12 CS11 CS10 Deskripsi

0 0 0 Tidak ada clock(Timer/Counter terhenti) 0 0 1 CLK_I/O/1 (tanpa Prescaling) 0 1 0 CLK_I/O/8 (dari Prescaling) 0 1 1 CLK_I/O/64 (dari Prescaling) 1 0 0 CLK_I/O/256 (dari Prescaling) 1 0 1 CLK_I/O/1024 (dari Prescaling) 1 1 0 Sumber clock(eksternal)berasal dari pin

T1, clockpada falling edge 1 1 1 Sumber clock(eksternal)berasal dari pin

T1, clockpada rising edge

c. TCNT1, digunakan untuk menyimpan nilai timer yang diinginkan. TCNT1 dibagi menjadi 2 register 8 bit, yaitu TCNT1H dan TCNT1L.

Tabel 2.11 Register TCNT1

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0

TCNT1H TCNT1[15:8]

TCNT1L TCNT1[7:0]

d. TIMSK dan TIFR, Timer Interrupt Mask Register (TIMSK) dan Timer Interrupt Flag (TIFR) digunakan untuk mengendalikan interrupt mana yang diaktifkan, dengan cara melakukan setting pada TIMSK dan untuk mengetahui interrupt mana yang sedang terjadi.

Tabel 2.12 Register TIMSK

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0

TIMSK OCIE2 TOIE2 TICIE1 OCIE1A OCIE1B TOIE1 OCIE0 TOIE0

Keterangan:

Bit7 : Timer/Counter2Output Compare Match Interrupt Enable Bit6 : Timer/Counter2 Overflow Interrupt Enable

Bit5 : Timer1 Input Capture Interrupt Enable

Bit4 : Timer/CounterA Output Compare Match Interrupt Enable Bit3 : Timer/CounterB Output Compare Match Interrupt Enable Bit2 : Timer/Counter1 Overflow Interrupt Enable

Bit1 : Timer/Counter0 Output Compare Match Interrupt Enable Bit0 : Timer/Counter0 Overflow Interrupt Enable

Tabel 2.13 Register TIFR

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0

Keterangan:

Bit7 : Output Compare Flag2

Bit6 : Timer/Counter2 Overflow Flag Bit5 : Timer1 Input Capture Interrupt Flag Bit4 : Output Compare Flag1A

Bit3 : Output Compare Flag1B

Bit2 : Timer/Counter1 Overflow Flag Bit1 : Output Compare Flag0

Bit0 : Timer/Counter0 Overflow Flag

e. OCR1n, Output Compare Register Timer 1 n (n = A, B) merupakan register yang digunakan untuk membangkitkan interupsi eksternal dengan melakukan perbandingan (Output Compare) atau juga dapat digunakan untuk membangkitkan bentuk gelombang (PWM). Fungsi tersebut di atas dikeluarkan oleh pinOC1n (n = A, B).

Tabel 2.14Register OCR1n

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0

OCR1nH OCR1n[15:8]

OCR1nL OCR1n[7:0]

Setiap mode timer seperti CTC, Fast PWM, Phase Correct PWM dan Phase and Frequency Correct PWM, mempunyai persamaan untuk menghitung frekuensi (clock) yang akan dihasilkannya.

a. Clear Timer On Compare Match(CTC)

fOCnA= _⁄

Dimana:

fOCnA = frekuensi mode CTC pada OCRnA (n: H atau L)

fclk_I/O = frekuensi kristal yang digunakan

N = variable prescaler factor(1, 8, 64, 256 atau 1024)

OCRnA = nilai register OCRnA (n: 1 atau 2) b. FastPWM

RFPWM= ... (2.2)

Dimana:

RFPWM = Resolusi mode FastPWM

TOP = nilai maksimal pada register TCCRn (n: A atau B)

fOCnxPWM= _⁄

∙ ...(2.3) Dimana:

fOCnxPWM = frekuensi mode FastPWM pada OCRnx (n: H atau L; x: A/B) fclk_I/O = frekuensi kristal yang digunakan

N = variable prescaler factor(1, 8, 64, 256 atau 1024)

TOP = nilai maksimal pada register TCCRn (n: A atau B) c. Phase CorrectPWM

RPCPWM = RFPWM ... (2.4)

Dimana: RPCPWM= resolusi mode Phase CorrectPWM

fOCnxPCPWM= _⁄

∙ ∙ ...(2.5) Dimana:

fOCnxPCxPWM= frekuensi mode Phase Correct PWM pada OCRnx (n: H atau L;

fclk_I/O = frekuensi kristal yang digunakan

N = variable prescaler factor(1, 8, 64, 256 atau 1024)

TOP = nilai maksimal pada register TCCRn (n: A atau B) d. Phase and Frequency CorrectPWM

RPFCPWM = RFPWM... (2.6)

Dimana: RPFCPWM= resolusi mode Phase and Frequency CorrectPWM

fOCnxPFCPWM= fOCnxPCPWM ...(2.7) Dimana: RPCPWM = frekuensi mode Phase and Frequency Correct PWM pada

OCRnx (n: H atau L; x: A atau B)

2.1.3 Interupsi Eksternal

Interupsi eksternal merupakan fitur tambahan dari mikrokontroler AVR ATMEGA 16 yang khusus difungsikan untuk interupsi. Interupsi eksternal adalah jenis interupsi asinkron yang pengaktifannya bukan dipicu dari fitur: timer/counter, ADC, komparator analog ataupun dari komunikasi antarmuka, tetapi dipicu secara logika dari luar mikrokontroler (eksternal). mikrokontroler AVR ATMEGA 16 mempunyai 3 buah pemicu interupsi eksternal, yaitu pada pin

INT0 (PORTD2), pin INT1 (PORTD3), pin INT2 (PORTB2). Interupsi eksternal tersebut dapat diaktifkan dengan cara mengatur register - register sebagai berikut.

Tabel 2.15 RegisterMCUCR

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0

MCUCR SM2 SE2 SM1 SM0 ISC11 ISC10 ISC01 ISC00

Keterangan:

Tabel 2.16 Interrupt Sense Control1

ISC11 ISC10 Deskripsi

0 0 Interupsi terjadi jika pada pin INT1 berlogika “0” (low) 0 1 Interupsi terjadi setiap perubahan logika pada pin INT1 1 0 Interupsi terjadi setiap falling edgepada pin INT1 1 1 Interupsi terjadi setiap rising edgepada pin INT1

b. ISC01 dan ISC00: Interrupt Sense Control0 Bit 1 and Bit 0 Tabel 2.17Interrupt Sense Control0

ISC01 ISC00 Deskripsi

0 0 Interupsi terjadi jika pada pin INT0 berlogika “0” (low) 0 1 Interupsi terjadi setiap perubahan logika pada pin INT0 1 0 Interupsi terjadi setiap falling edgepada pin INT0 1 1 Interupsi terjadi setiap rising edgepada pin INT0

Tabel 2.18 RegisterMCUCSR

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0

MCUCR - ISC2 - - WDRF BORF EXTRF PORF

Keterangan:

ISC02: Interrupt Sense Control2

Ketiga Interupsi eksternal ini akan aktif apabila bit-I pada register SREG dan GICR diberi logika “1” (high). Lebar pulsa minimum pada interupsi eksternal asinkron ini sebesar 50nS.

Tabel 2.19RegisterGICR

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0

MCUCR INT1 INT0 INT2 - - - IVSEL IVCE

Keterangan:

INT1, INT0, INT2: Eksternal Interrupt Request1, 0 atau 2 Enable

2.1.4 Prescaler

Pada dasarnya Timer hanya menghitung pulsa clock. Frekuensi pulsa clock

yang dihitung tersebut bias sama dengan frekuensi Kristal yang diginakan atau dapat diperlambat menggunakan prescaler dengan faktor 1, 8, 64, 256 atau 1024. Untuk memahami prescaler ini, berikut contoh penggunaan prescaler dalam menentukan waktu suatu timer.

Contoh:

Sebuah AVR menggunakan kristal dengan frekuensi 8 MHz dengan timer

yang digunakan adalah timer 16 bit, maka maksimum waktu timer tersebut adalah sebesar:

TMAX= × ℎ +... (2.8)

= , × = ,

Untuk menghasilkan waktu timer yang lebih lama, dapat digunakan

prescaler, misalnya 1024. Maka maksimum waktu timer tersebut adalah

TMAX = × ℎ +× ... (2.9)

2.1.5 Pemrograman Mikrokontroler ATMEGA16

Pengembangan sebuah system menggunakan mikrokontroler AVR buatan ATMEL menggunakan software AVR STUDIO dan CodeVision AVR. AVR STUDIO merupakan software khusus untuk bahasa assembly yang mempunyai fungsi sangat lengkap, yaitu digunakan untuk menulis program, kompilasi, simulasi dan downloadprogram ke IC mikrokontroler AVR dapat dilakukan pada CodeVision. CodeVision AVR memilki fasilitas terminal, yaitu untuk melakukan komunikasi serial dengan mikrokontroler yang sudah deprogram. Proeses

download program ke IC mikrokontroler AVR dapat menggunakan system download secara In-System Programming (ISP). ISP Flash On-chip mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.

2.1.5.1 Bahasa Assembly AVR

Bahasa assembly AVR merupakan bahasa asli/mesin yang berupa instruksi – instruksi tertentu sesuai dengan ketentuan pabrikan ATMEL. Di bawah ini merupakan contoh sebuah penulisan program dalam bahasa assembly untuk mikrokontroler AVR ATMEGA16.

.include “C:\Appmotes\m16def.inc” .org 0x0000

Rjmp main Main:

ldi r16,low(RAMEND)

out SPI,r16

ldir16,high(RAMEND)

out SPH,r16

ldir16,0xff

Inisialisasi Preprocessor

out ddrc,r16

out PORTC,r16

out ddrd,r16

out PORTD,r16

henti:

cbi PORTD,5

cbi, PORTC,0

cbi PORTC,1

nop

rjmp henti

Setiap program terdiri dari inisialisasi program dan program utama. Inisialisasi program berisi definisi chip yang digunakan, mendefinisikan nama variable, konstanta, alamat awal program, stack pointer.

2.1.5.2 Bahasa C Pada AVR ATMEGA16

Mikrokontroler AVR dapat pula menggunakan bahasa C dalam penulisan programnya, sehingga dapat memudahkan dan mempersingkat instruksi – intruksi yang digunakan dalam bahasa assembly. Dalam pembuatan program yang menggunakan fungsi atau aritmatika, Bahasa C menawarkan kemudahan dengan menyediakan fungsi – fungsi khusus, seperti: pembuatan konstanta, operator aritmatika, operatot logika, operator bitwise dan operator Assigment. Selain itu, bahasa C menyediakan Program kontrol seperti: Percabangan (if dan if…else), Percabangan switch, Looping (for, while dan do…while), Array, serta fungsi – fungsi lainnya. Di bawah ini merupakan contoh penulisan program dalam bahasa C untuk mikrokontroler AVR ATMEGA16.

//Preprocessor

#include <mega16.h> #include <delay.h>

# define tachometer PINA.0 # define motor_AC PORTB.0 //variable global

Unsigned int i,j; void main(void)

{

//inisialisasi port, timer, dsb. Char data_rx; DDRA=0x00; PORTA=0xFF; DDRB=0xFF; PORTB=0x00; … … … While(1) {

for (i=0; i<=255; i ++) {

if (tachometer==0) {motor_AC = 1;} }

}; }

Preprocessor digunakan untuk memasukkan (include) text dari file lain, mendefinisikan macro yang dapat mengurangi beban kerja pemrograman dan

Program Utama

Preprocessor

meningkatkan legability source code (mudah dibaca). Inisialisasi merupakan pengaturan awal yang akan dibutuhkan dalam membuat suatu program.

2.2 Motor Listrik AC Satu Fasa

Motor listrik AC Satu Fasa termasuk kedalam kategori mesin listrik dinamis dan merupakan sebuah perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini banyak digunakan pada pemutar

impeller pompa, blower, penggerakan kompresor, pengangkat beban, mixer, bor listrik, kipas angin, dll. Motor listrik dibagi menjadi dua jenis berdasarkan arus listriknya, yaitu: Motor arus bolak balik (AC) dan motor arus searah (DC). Berdasarkan karakteristik dari arus listrik, motor AC terdiri dari 2 jenis, yaitu: Motor listrik AC/arus bolak-balik 1 fasa dan Motor listrik AC/arus bolak-balik 3 fasa. Pembahasan teori dasar motor listrik AC dalam tugas akhir ini menitik beratkan pada motor listrik AC 1 fasa berjenis Motor Kapasitor.

2.2.1 Prinsip kerja Motor AC Satu Fasa

Cara kerja motor AC satu fasa berbeda dengan motor AC tiga fasa, dimana pada belitan stator motor AC tiga fasa terdapat tiga buah belitan yang menghasilkan medan putar, serta pada rotor sangkar terjadi induksi dan interaksi torsi yang menghasilkan putaran, sedangkan pada motor satu fasa memiliki dua belitan stator, yaitu belitan fasa utama (belitan U1-U2) dan belitan fasa bantu (belitan Z1-Z2), yang dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Belitan Stator Fasa Utama dan Belitan Stator Fasa Bantu

Belitan utama menggunakan penampang kawat tembaga lebih besar daripada penampang kawat belitan bantu, sehingga memiliki impedansi lebih kecil. Sedangkan belitan bantu terbuat dari tembaga berpenampang kecil dan jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya lebih besar dibanding impedansi belitan utama.

Grafik arus belitan bantu dan arus belitan utama berbeda fasa sebesar φ, hal ini disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua belitan tersebut. Perbedaan arus beda fasa ini menyebabkan arus total, dimana arus total merupakan penjumlahan vektor arus utama dan vektor arus bantu. Medan magnet utama yang dihasilkan belitan utama juga berbeda fasa sebesar dengan medan magnet bantu.

Belitan bantu Z1-Z2 pertama-tama dialiri arus bantu menghasilkan fluks magnet tegak lurus, beberapa saat kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama yang bernilai positip. Hasilnya adalah medan magnet yang bergeser sebesar 45° dengan arah berlawanan jarum jam. Kejadian ini berulang setiap satu siklus sinusoida, sehingga menghasilkan medan magnet yang berputar pada belitan statornya.

Rotor motor satu fasa sama dengan rotor motor tiga fasa yaitu berbentuk batang - batang kawat yang pada bagian ujungnya dihubung singkatkan dan menyerupai bentuk sangkar tupai, maka sering disebut rotor sangkar tupai.

Gambar 2.5 Rotor Sangkar

Belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator menghasilkan tegangan induksi, interaksi antara medan putar stator dan medan magnet rotor akan menghasilkan torsi putar pada rotor.

2.2.2 Motor Kapasitor

Motor kapasitor satu fasa banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci, motor lemari es, motor Air Conditioning. Konstruksinya sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220VAC, oleh karena itu menjadikan motor kapasitor ini banyak digunakan pada peralatan rumah tangga.

Gambar 2.6 Motor Kapasitor

Belitan stator terdiri atas belitan utama dengan notasi terminal U1-U2, dan belitan bantu dengan notasi terminal Z1-Z2. Jala-jala L1 terhubung dengan

terminal U1 dan kawat netral N terhubung dengan terminal U2. kapasitor kerja (Cb) berfungsi agar perbedaan sudut phasa belitan utama dengan belitan bantu mendekati 90°.

Pengaturan arah putaran motor kapasitor dapat dilakukan dengan:

 Untuk menghasilkan putaran ke kiri (berlawanan jarum jam) kapasitor kerja CB disambungkan ke terminal U1 dan Z2 dan terminal Z1 dikopel dengan terminal U2.

 Untuk menghasilkan putaran ke kanan (searah jarum jam) kapasitor kerja disambung kan ke terminal U1 dan Z1 dan terminal Z2 dikopel dengan terminal U2.

Gambar 2.7 Pengawatan Motor Kapasitor Dengan Pembalik Putaran

Motor kapasitor dengan daya diatas 1 KW di lengkapi dengan dua buah kondensator dan satu buah saklar sentrifugal. Belitan utama U1-U2 dihubungkan langsung dengan jala-jala L1 dan Netral N. Belitan bantu Z1-Z2 dihubungkan secara seri dengan kapasitor kerja Cb dan kontak Normally Close (NC) dari saklar sentrifugal terhubung seri dengan sebuah kapasitor starting Ca (Gambar 2.7).

Pada saat pertama kali motor mendapatkan tegangan, buah kapasitor Cb dan Ca membentuk loop tertutup sehingga rotor mulai berputar, ketika putaran mendekati 70% putaran normalnya saklar sentrifugal akan membuka, sehingga memutuskan kapasitor bantu Ca.

Gambar 2.8 Pengawatan Dengan Dua Kapasitor

Fungsi dari dua kondensator yang disambungkan secara paralel adalah untuk meningkatkan nilai torsi awal pada saat mengangkat beban. Setelah putaran motor mencapai 70% putaran, saklar sentrifugal terputus sehingga hanya kondensator kerja CB saja yang tetap bekerja. Jika kedua kondensator rusak maka torsi motor akan menurun drastis (Gambar 2.11).

Gambar 2.9 Karakteristik Torsi Motor Kapasitor

2.3 Driver Motor AC

Motor AC bekerja pada saat siklus tegangan positif dan siklus tegangan negatif (gelombang sinus). Siklus – siklus tersebut mempunyai periode/frekuensi tertentu atau dengan kata lain mempunyai lebar pulsa pada tiap siklus/polaritas tegangannya. Lebar pulsa pada tiap siklus tersebut dapat diatur dan dimanfaatkan untuk pengaturan kecepatan motor AC. Cara mengatur lebar pulsa dari suatu frekuensi dikenal dengan metode Pulse Width Modulation (PWM). Dengan menggunakan prinsip PWM ini, lebar pulsa dari frekuensi tegangan AC tersebut dapat diatur dengan syarat panjang periode (frekuensi) dan titik nol (zero point) dari gelombang AC tersebut dideteksi terlebih dahulu. Sinyal PWM akan memicu/mengatur lebar pulsa setiap siklus tegangan AC, dimulai dari perpotongan titik nol pada tegangan AC tersebut.

2.3.1 Metode Zero Crossing Detection Metode zero crossing

mengetahui frekuensi/periode menentukan frekuensi

point pada suatu rentang berfungsi untuk mendeteksi

dengan zero point tegangan AC tersebut, sehingga dapat saat dimulainya pemicuan

crossing detector ini, kita sinyal sinusoidal (sine

titik nol yang dideteksi a

negatif dan peralihan dari siklus negatif menuju siklus positif. Dalam rangkaian

digunakan sebagai

mikrokontroler akan mengatur

gate TRIAC Opto Osillator

Gambar 2.

Crossing Detection

zero crossing detection adalah metode paling

frekuensi/periode suatu gelombang. Metode ini berfungsi frekuensi suatu gelombang dengan cara mendeteksi ban

suatu rentang waktu. Zero crossing detector adalah rangkaian untuk mendeteksi perpotongan gelombang sinus pada

tegangan AC tersebut, sehingga dapat memberikan sinyal acuan dimulainya pemicuan sinyal PWM. Dengan menggunakan rangkaian

ini, kita dapat mendeteksi zero pointsekaligus mengubah

sine wave) menjadi sinyal kotak (square wave

ng dideteksi adalah pada saat peralihan dari siklus positif menuju siklus negatif dan peralihan dari siklus negatif menuju siklus positif.

rangkaian driver motor ini, sinyal acuan (zero

interupsi eksternal mikrokontroler dan akan mengatur dan membangkitkan sinyal PWM

Opto Osillator.

Gambar 2.10 Prinsip kerja Metode Zero Cross Detection

paling umum untuk ini berfungsi untuk mendeteksi banyaknya zero

adalah rangkaian yang sinus pada tegangan AC memberikan sinyal acuan menggunakan rangkaian zero

sekaligus mengubah suatu

wave). Perpotongan positif menuju siklus

zero point) akan mikrokontroler dan selanjutnya PWM untuk memicu

Gambar 2.1

Gambar 2.12 Hasil Deteksi

2.3.2 TRIAC

Pada sub bab ini membahas

penggunaan TRIAC dan TRIAC jenis

2.3.2.1 Pengertian TRIAC TRIAC merupakan artinya adalah saklar

Sinyal Sinyal

Gambar 2.11 Contoh Rangkaian Zero Cross Detector

Hasil Deteksi Zero Point Oleh Rangkaian Zero Cross Detector

ini membahas tentang pengertian TRIAC, karakteristik penggunaan TRIAC dan TRIAC jenis Optoisolators.

Pengertian TRIAC

merupakan singkatan dari TRIode Alternating

aklar triodeuntuk arus bolak-balik. TRIAC adalah

Sinyal masukan (Sine Wave)

Zero Point

Sinyal keluaran (Square Wave)

Detector

Zero Cross Detector

karakteristik TRIAC,

Alternating Current, yang adalah pengembangan

dari pendahulunya yaitu Diode Alternating Current (DIAC) dan Silicon Control Rectifier (SCR). Ketiganya merupakan sub-jenis dari Thyristor, piranti berbahan silikon yang umum digunakan sebagai saklar elektronik, disamping transistor dan

Field Effect Transistor (FET). Perbedaan diantara ketiganya adalah dalam penggabungan unsur-unsur penyusunnya, serta dalam segi arah penghantaran arus listrik yang melaluinya. TRIAC sebenarnya adalah gabungan dua buah SCR atau

Thyristor yang dirancang anti paralel dengan satu buah elektroda gerbang (gate electrode) yang menyatu. SCR merupakan piranti zat padat (solid state) yang berfungsi sebagai sakelar daya berkecepatan tinggi.

Gambar 2.13 Sruktur dan Simbol TRIAC

2.3.2.2 Karakteristik TRIAC

TRIAC memiliki karakteristik swicthing seperti pada SCR, kecuali bahwa TRIAC dapat berkonduksi dalam berbagai arah. TRIAC dapat digunakan untuk mengontrol aliran arus dalam rangkaian AC. Elemen seperti penyearah dalam dua arah menunjukkan kemungkinan dua aliran arus antara terminal utama

M1 dan M2. Pengaturan dilakukan dengan memberi sinyal antara gate (gerbang) dan M1.

Gambar 1.14 Karakteristik TRIAC

Karena dapat bersifat konduktif dalam dua arah, biasanya TRIAC digunakan untuk mengendalikan fasa arus AC. Selain itu, karena TRIAC merupakan

bidirectional device, terminalnya tidak dapat ditentukan sebagai anode atau katode. Jika terminal MT2 positif terhadap terminal MT1, TRIAC dapat dimatikan dengan memberikan sinyal gerbang positif antara gerbang Gate dan MT1, sebaliknya jika terminal MT2 negatif terhadap MT1 maka TRIAC akan dapat dihidupkan dengan memberikan sinyal pulsa negatif antara gerbang G dan terminal MT1.

Gambar 2.15 Kuadran Operasi TRIAC

Dalam kenyataannya, sensitifitas bervariasi antara satu kuadran dengan kuadran lain dan TRIAC biasanya beroperasi di kuadran I+ (tegangan dan arus gerbang positif) atau kuadran III- (tegangan dan arus gerbang negatif). Arus pada terminal M1 dan M2 akan mengalir sesuai dengan besar arus yang di berikan pada terminal gate. Semakin besar tegangan pada terminal gate, semakin besar pula arus tegangan yang mengalir pada M2 ke M1, dengan syarat tegangan yang diberikan pada terminal gate tersebut tidak lebih kecil atau melebihi tegangan yang diberikan pada terminal M1 dan M2.

2.3.2.3 Penggunaan TRIAC

Piranti TRIAC dipakai secara luas untuk menggantikan ke-dudukan relai dan saklar mekanik konvensional. TRIAC dapat digunakan sebagai penyearah, tergantung dari cara pemakaian gerbangnya. TRIAC juga banyak dipakai untuk mengatur siklus piksel LCD, dengan menyambung/memutus arus yang mengalir ke setiap piksel (picture element) dalam satuan milidetik. Pengembangan karakteristik unsur penyusun TRIAC dapat menghasilkan waktu on-off yang lebih singkat.

TRIAC kebanyakan digunakan dalam rangkaian kontrol gelombang penuh AC, karena TRIAC memberikan dua kelebihan dibandingkan dengan dua thyristor. Kelebihan TRIAC tersebut adalah rancangan keping pendingin yang lebih sederhana dan rangkaian pemicu yang relatif lebih ekonomis.

2.3.2.4 TRIAC Optoisolators

TRIode Alternating Current (TRIAC) Optoisolators merupakan jenis TRIAC yang mempunyai prinsip kerja seperti saklar elektronik yang diaktifkan oleh cahaya (LED). TRIAC ini tertanam bersama sebuah LED dalam sebuah rangkaian terintegrasi (Integrated Circuit). Perbedaan TRIAC Optoisolators

dengan TRIAC biasa yaitu terletak dari cara pengaktifannya. TRIAC pada umumnya diaktifkan dengan cara memberi arus listrik secara langsung pada terminal gate TRIAC tersebut, sehingga mengakibatkan arus pada terminal M1 dan terminal M2 terhubung. Pada TRIAC Optoisolators, terminal gatetidak diberi arus listrik secara langsung, akan tetapi terminal gate yang berupa optik terisolasi diaktifkan oleh cahaya dari sebuah LED. Salah satu contoh dari IC TRIAC

Optoisolators adalah IC tipe MOC3011 yang mempunyai konfigurasi seperti gambar dibawah ini.

Gambar 2.16 Konfigurasi IC MOC 3011

TRIAC akan mengalirkan arus pada M1 dan M2 (pin 4 dan 6) apabila tidak ada arus yang mengalir pada pin1 dan 2 (LED padam). Apabila pada pin1 dan 2 diberi arus (LED menyala), maka TRIAC tidak akan mengalirkan arus pada M1 dan M2 (pin4 dan 6).

Berdasarkan tegangan kerjanya, TRIAC Optoisolators ini mempunyai daerah tegangan kerja yang berbeda-beda, contohnya TRIAC tipe MOC3011 di atas, mempunyai daerah tegangan kerja maksimal sebesar 250VAC. Berbeda halnya dengan TRIAC tipe MOC3041, TRIAC ini memiliki fitur lain. Selain bekerja dapat bekerja pada level tegangan 400VAC, MOC3041 memiliki rangkaian zero crossing. Rangkaian zero crossingini berfungsi untuk mendeteksi perpotongan gelombang sinus pada tegangan AC dengan titik nol pada tegangan tersebut (zero point), sehingga dapat memberikan acuan untuk memulai waktu pen-trigger-an. Konfigurasi IC MOC3041 dan rangkaian TRIAC Opto Osillator

Gambar 2.17 Bentuk dan Konfigurasi IC MOC3041

TRIAC Optoisolators banyak diaplikasikan pada Selenoid/Valve Controls, Lighting Controls, Statics Power Switches, AC Motor Drivers, Temperature Controls, AC Motor starters, Solid State Relays.

Gambar 2.18 Rangkaian aplikasi TRIAC Optoisolatorsuntuk kontrol

Untuk mengontrol tegangan AC dapat dilakukan dengan cara memberikan sinyal PWM pada Pin2 pada IC MOC3041.

2.4 Sensor Kecepatan Putaran

Sensor kecepatan putaran merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi atau mengukur kecepatan putaran suatu benda putar. Pada pokok bahasan kali ini akan membahas tentang sensor kecepatan putaran dengan menggunakan

phototransistor. Phototransistor merupakan komponen elektronika yang mempunyai prinsip kerja seperti saklar, namun saklar tersebut diaktifkan oleh cahaya. Bentuk dan skematik dari phototransistorseperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.19 Bentuk dan skematik phototransistor

Phototransistor akan aktif jika diberi tegangan sebesar ± 1,7V pada kaki 1 dan kaki 2. Pada saat keadaan aktif tersebut, jika celah antara dioda cahaya dan transistor tidak terhalangi suatu benda padat (tidak transparan), maka transistor cahaya akan meloloskan arus dari kaki kolektor ke kaki emitor. Besar maksimal tegangan yang diijinkan dari kaki kolektor dan emitor (forward VCE) tersebut sebesar ±30V.

Untuk mendeteksi putaran suatu benda putar, pada umumnya dengan cara membuat piringan yang dilubangi pada tiap sisinya dengan ukuran tertentu, kemudian poros piringan sensor tersebut disatukan dengan poros benda putar.

Gambar 2.2

Gambar 2.20 Piringan Sensor

2.5 Pulse Width Modulation(PWM)

Pulse Width Modulation (PWM) adalah sebuah metode memanipulasi lebar sinyal atau tegangan yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu periode. Aplikasi PWM sangatlah luas, mulai dari speed control (kendali kecepatan),

power control (kendali sistem tenaga), measurement and communication

(pengukuran dan telekomunikasi). regulator tegangan, audio effect, penguatan, serta aplikasi-aplikasi lainnya. Pengaturan lebar pulsa modulasi merupakan salah satu teknik yang digunakan dalam sistem kendali (control system) saat ini. PWM dicapai/diperoleh dengan bantuan sebuah gelombang kotak yang mana siklus kerja (Duty cycle) gelombang dapat diubah-ubah untuk mendapatkan sebuah tegangan keluaran yang bervariasi yang merupakan nilai rata-rata dari gelombang tersebut. Penjelasan lebih lanjut ditunjukkan pada Gambar 2.22 dibawah ini,

Gambar 2.22 Sinyal PWM

Ton adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi (baca: high

atau 1) dan Toffadalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah

(baca: low atau 0). Ttotal adalah waktu satu siklus atau penjumlahan Ton dan Toff,

biasa dikenal dengan istilah “periode satu gelombang”.

Siklus kerja (Duty cycle) sebuah gelombang dapat didefinisikan sebagai berikut.

= = ... (2.11)

Gambar 2.23 dibawah ini menunjukan beberapa sinyal PWM dengan nilai duty cycle(satuan: %) yang berbeda-beda.

Gambar 2.23 Sinyal PWM Dengan Nilai Duty Cycleyang Berbeda-beda

Pada Gambar 2.23 (a) terlihat bahwa, lebar pulsa highper periodenya sangat kecil (10%). Pada Gambar 2.23 (b) terlihat bahwa, lebar pulsa highsama dengan lebar pulsa low(50%). Pada Gambar 2.23 (c) terlihat bahwa sinyal highlebih besar dari sinyal low (90%). Jika tinggi tegangan pada Gambar 2.23 di atas dimisalkan sebesar 5V dan sinyal PWM tersebut diaplikasikan pada pengontrolan kecepatan motor DC, maka kecepatan motor dengan besar duty cycle 90% akan lebih cepat dibandingkan dengan besar duty cycle 50% dan 10%. Kecepatan motor dengan besar duty cycle50% akan lebih cepat dibandingkan dengan besar duty cycle 10% atau dengan kata lain kecepatan motor dengan besar duty cycle 10% akan lebih lambat dibandingkan dengan besar duty cycle50% dan 90%.

(c) (a)

44

Pada tahap perancangan ini dibagi menjadi 2 tahap perancangan. Tahap pertama adalah perancangan perangkat keras (hardware), yang meliputi rangkaian – rangkaian elektronika dan alat putar keramik. Tahap kedua adalah perancangan algoritma, listing program pada software Code Vision AVR dan penanaman listing program pada mikrokontroler AVR ATMega16 dengan menggunakan softwareISP Programmer.

3.1 Perancangan Perangkat Keras

Seluruh perangkat atau komponen yang digunakan dalam perancangan pengaturan kecepatan pada alat putar keramik menggunakan motor AC ini, tersusun seperti pada blok diagram di bawah ini.

Gambar 3.1 Blok Diagram Pengaturan Kecepatan Motor AC Pada Alat Putar Keramik

Blok diagram diatas, secara garis besar dapat dijelaskan sebagai berikut.

1. Keypad digunakan sebagai alat untuk memasukkan nilai kecepatan putaran yang diinginkan (nilai setpoint). Keypad dihubungkan ke PORTB mikrokontroler AVR ATMega16. Nilai dari keypad tersebut mewakili nilai kecepatan putaran dengan satuan rotation per minute(rpm). Nilai yang diijinkan sebesar antara 60–150rpm. 2. Nilai setpoint akan diolah sedemikian rupa dengan menggunakan suatu program

yang ditanamkan pada mikrokontroler AVR ATMega16, sehingga nilai tersebut dapat ditampilkan pada LCD dan digunakan pada register OCR1A yang berfungsi untuk membangkitkan sinyal PWM.

3. Sinyal PWM dibangkitkan setelah nilai pada register OCR1A terisi (OCR1A ≠ 0) dan sinyal PWM dikeluarkan melalui Pin 19 PORTD.5 (OC1A) pada mikrokontroler AVR ATMega16.

4. Sinyal PWM tersebut akan memicu TRIAC Optoisilator pada rangkaian driver motor AC. Rangkaian zero crossing detector telah tersedia dalam satu paket (On -package) IC TRIAC Optoisolators MOC3041, sehingga titik acuan sinyal PWM pada saat mengatur sinyal sinusoidal (tegangan AC) dimulai pada saat perpotongan titik nol (zero crossing). Keluaran dari TRIAC Optoisolators tersebut (pin6) akan memicu gateTRIAC (Q4004LT) sehingga memberikan arus pada motor AC.

5. Motor AC akan menggerakkan alat putar keramik dan alat putar tersebut akan dideteksi putarannya setiap 1 detik (Timer0) oleh sensor putaran (phototransistor). Pendeteksian putaran alat putar ini bertujuan untuk mengetahui apakah kecepatan putaran alat putar sama dengan nilai setpoint yang diberikan.Kecepatan alat putar akan dipengaruhi oleh beban (tanah liat) yang bervariasi. Kecepatan akan berkurang apabila beban semakin berat, oleh karena itu sensor pun berfungsi untuk

mengetahui kecepatan fitur interupsi mikrokontroler akan 6. Program pengaturan

membandingkan time). Jika sensor setpoint-nya, maka OCR1A dan jika kecepatan setpoint registerOCR1A.

3.1.1 Perancangan Rangkaian

Mikrokontroler AVR beberapa komponen elektronika Mikrokontroler dan komponen

rangkaian yang disebut sebagai rangkaian sistem minimum.

Gambar 3.2 Rangkaian Sistem Minimum AVR ATMega16 kecepatan alat putar terhadap beban. Sensor putaran interupsi eksternal 1 pada mikrokontroler ATMEGA16,

akan mengetahui setiap kali sensor memberikan respon (logika 0). pengaturan alat putar pada mikrokontroler ATMega16

membandingkan antara kecepatan setpoint dan kecepatan yang sensor mendeteksi kecepatan alat putar lebih cepat nya, maka program akan mengatur (mengurangi)

dan jika sensor mendeteksi kecepatan alat putar lebih setpoint-nya, maka program akan mengatur (menambahi) OCR1A.

Rangkaian Sistem Minimum AVR ATMega16

Mikrokontroler AVR ATMega16 dapat dioperasikan dengan komponen elektronika yang berfungsi sebagai komponen

dan komponen – komponen pendukung tersebut tergabung rangkaian yang disebut sebagai rangkaian sistem minimum.

Gambar 3.2 Rangkaian Sistem Minimum AVR ATMega16

Sensor putaran ini menggunakan ATMEGA16, sehingga setiap kali sensor memberikan respon (logika 0).

ATMega16 akan mengatur dan kecepatan yang sesungguhnya (real lebih cepat dari pada kecepatan (mengurangi) nilai pada register

putar lebih lambat dari pada mengatur (menambahi) nilai pada

Sistem Minimum AVR ATMega16

dengan cara menambahkan komponen pendukungnya. tersebut tergabung dalam satu

Kristal yang digunakan pada rangkaian sistem minimum di atas, mengunakan frekuensi 4 MHz. Kristal tersebut digunakan untuk pembangkit clock(osilator), dimana setiap 1 intruksi/perintah dalam program dieksekusi dalam 1 siklus clock. Pin RESET dihubungkan dengan rangkaian kombinasi RC dan push button, yang bertujuan agar mikrokontroler dapat di-reset.Fungsi dari port - portlainnya adalah sebagai berikut.

1. PORTA, digunakan sebagai pinmasukkan untuk Keypad 3X4 2. PORTB, digunakan sebagai pinkeluaran untuk LCD

3. PORTD.0 dan PORTD.1, digunakan sebagai pin masukan untuk tombol START dan tombol STOP

4. PORTD.3, digunakan sebagai pinmasukkan untuk sensor putaran (Ext. Interrupt) 5. PORTD.5 dan PORTD.6, digunakan sebagai pinkeluaran untuk sinyal PWM.

3.1.2 Perancangan Rangkaian Downloader

Rangkaian downloader merupakan rangkaian penghubung antara komputer dan mikrokontroler yang berfungsi untuk memasukan listing program (berupa bit – bit logika) ke dalam mikrokontroler. Listing program yang dikirim oleh software dari komputer ke dalam mikrokontroler biasanya berbentuk file *.hex (heksadesimal). Pada umumnya rangkaian downloader terdiri dari kabel penghubung jenis DB25 atau jenis DB9. Sinkronisasi tegangan antara tegangan dari komputer dan tegangan mikrokontroler menggunakan sebuah buffer. Rangkaian downloaderditunjukkan seperti Gambar 3.3 dan Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Rangkaian Rangkaian di atas

antara komputer dan sebagai buffer. Software

dalam mikrokontroler ini adalah

Gambar 3.3 Rangkaian Downloader(DB25)

Gambar 3.4 Rangkaian Downloader (Mikrokontroler) Rangkaian di atas menggunakan sebuah port DB25 sebagai

komputer dan rangkaian downloader, sedangkan IC 74HCT244 Software yang digunakan untuk men-download program dalam mikrokontroler ini adalah ISP Programmer (Adam Dybkowsky).

(DB25)

(Mikrokontroler)

DB25 sebagai alat penghubung IC 74HCT244 digunakan program (file: *.hex) ke (Adam Dybkowsky).

Gambar 3.5 Tampilan SoftwareISP Programmer (Adam Dybkowsky)

3.1.3 Perancangan Rangkaian Keypad dan LCD

Keypadmerupakan tombol elektronik yang terdiri dari kombinasi beberapa saklar yang terrangkai dalam bentuk kolom dan baris. Pada perancangan alat putar ini, keypad digunakan sebagai alat untuk masukan nilai setpoint kecepatan putaran alat putar keramik. Keypad yang digunakan adalah keypad 3×4 yang terdiri dari 3 kolom dan 4 baris (7 pin). Untuk mengetahui tombol mana yang sedang ditekan, keypad diatur oleh mikrokontroler dengan cara memberikan bit – bit logika pada baris atau kolomnya. Keypad ini dihubungkan melalui kabel pin (7 pin) ke salah satu port mikrokontroler. Rangkaian keypadditunjukkan seperti Gambar 3.6 di bawah ini.

Keypad ini akan mikrokontroler (PORTB1…7). mikrokontroler, sedangkan pada mikrokontroler AVR sehingga apabila salah

kolom, maka akan memberikan mendeteksi bit – bituntuk bag

Liquid Crystal tampilan yang menggunakan ini, LCD akan digunakaan berdasarkan masukkan

16230 Data Vision (Taiwan).

tetapi dapat diatur kekontrasannya. gambar di bawah ini.

Gambar 3.6 Rangkaian Keypad3×4

ini akan diaktifkan dan dideteksi oleh bit – bit logika (PORTB1…7). Bagian kolom Keypadakan diberi logika

sedangkan bagian baris akan diberi logika high (“1”). mikrokontroler AVR ATMega16, telah terintegrasi rangkaian

apabila salah satu baris dari keypad terhubung (short akan memberikan logika low pada baris yang terhubung

untuk bagian baris tersebut menggunakan teknik Crystal Display atau disingkat LCD merupakan menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. digunakaan sebagai alat penampil kode ASCII (huruf masukkan dari keypad. LCD yang digunakan berjenis

Vision (Taiwan). LCD ini tidak memiliki cahaya latar diatur kekontrasannya. Bentuk dan rangkaian LCD

logika dari port – port diberi logika low(“0”) oleh

(“1”). Pada setiap port rangkaian pull-up resistor, short) dengan salah satu yang terhubung tersebut. Cara ian baris tersebut menggunakan teknik scanning port.

merupakan suatu jenis media utama. Pada perancangan ASCII (huruf dan angka) yang berjenis LCD 16×2 seri DV-cahaya latar (back light) akan

Software Code I/O LCD, sehingga tidak programnya. LCD akan putaran dan nilai register

3.1.4 Perancangan Rangkaian

Komponen utama Optoisolators Tipe MOC3041 digunakan telah memiliki motor AC akan memicu

Gambar 3.7 Bentuk LCD 16×2

Gambar 3.8 Rangkaian LCD 16×2 Code Vision AVR telah menyediakan fitur LCD sehingga tidak akan banyak mengalami kesulitan dalam

LCD akan menampilkan nilai kecepatan (setpoint), registerOCR1A untuk mengatur duty cycle Fast

Rangkaian DriverMotor AC

Komponen utama dari rangkaian driver motor AC ini MOC3041 dan TRIAC Tipe Q4004LT. TRIAC telah memiliki rangkaian zero crossing di dalamnya.. akan memicu motor AC jika pin 2 pada IC MOC3041

LCD untuk mengatur port dalam merancang instruksi

), hasil deteksi sensor FastPMW.

AC ini adalah IC TRIAC TRIAC Optoisolators yang dalamnya.. Rangkaian driver

(low). Bit– bitlogika oleh registerOCR1A

ditunjukkan oleh Gambar 3.9 di bawah ini.

Rangkaian Zero

menentukan titik nol gelombang

acuan untuk dimulainya pemicuan oleh sinyal PWM.

3.1.5 Perancangan Rangkaian Sensor Putaran

Rangkaian sensor Phototransistortipe H21A1

Gambar 3.10 Pemasangan Sensor Putaran Pada Alat Putar Keramik logika yang diberikan pada IC tersebut berupa sinya

OCR1A (duty cycle) pada mikrokontroler. Rangkaian ditunjukkan oleh Gambar 3.9 di bawah ini.

Gambar 3.9 Rangkaian DriverMotor AC

Zero Crossing yang terdapat IC MOC3041 titik nol gelombang sinusoidal, dimana titik nol tersebut acuan untuk dimulainya pemicuan oleh sinyal PWM.

Rangkaian Sensor Putaran

Rangkaian sensor untuk mendeteksi putaran alat putar tipe H21A1 dan piringan sensor dengan lubang seban

Gambar 3.10 Pemasangan Sensor Putaran Pada Alat Putar Keramik

berupa sinyal PWM yang diatur Rangkaian drivermotor AC ini

MOC3041 berfungsi untuk nol tersebut merupakan titik

alat putar ini, terdiri dari lubang sebanyak 12 lubang.

Sensor putaran phototransistor mendeteksi pada saat celah pada

piringan sensor dari keenam yang dideteksi sensor

(Contoh: 60rpm = 12 kecepatan antara kecepatan

menggunakan fitur interupsi eksternal 0 (

3.1.6 Perancangan Alat Putar Keramik

Alat putar keramik berporoskan batang besi. piringan sensor. Pulley

(belt). Gambar 3.12 di bawah ini

Gambar 3.11 Rangkaian Phototransistor putaran akan memberikan logika “0” pada

mendeteksi lubang dan sensor putaran akan memberikan pada phototransistor tidak mendeteksi lubang. Jarak

dari keenam lubang tersebut mewakili 5rpm dan sensor akan dijumlahkan setiap 1 detik sekali oleh

12 lubang per detik). Hal ini bertujuan untuk antara kecepatan setpoint dan kecepatan real time

menggunakan fitur interupsi eksternal 0 (pinINT0) pada mikrokontroler ATMEGA 16.

Alat Putar Keramik

putar keramik yang akan dirancang terbuat dari batang besi. Pada bagian besi poros tersebut dipasang

Pulley dihubungkan motor AC dengan menggunakan

di bawah ini menunjukkan gambar rancangan alat putar keramik. pada saat celah pada akan memberikan logika “1” Jarak antar lubang pada rpm dan banyaknya lubang sekali oleh interupsi Timer 0 bertujuan untuk membandingkan time. Pendeteksian ini INT0) pada mikrokontroler ATMEGA 16.

terbuat dari bahan semen dan dipasangibearing, pulleydan menggunakan tali penghubung menunjukkan gambar rancangan alat putar keramik.

Rangka terbuat didesain sedemikian rupa

menyimpan dan menyangga alat putar, motor AC dan sensor.

3.2 Perancangan Program Mikrokontroler

Tahap kedua dari

yang bertujuan untuk mengolah suatu karakter pada LCD, menjadi sinyal FastPW

Program mikrokontroler bahasa assemblypada

AC terhadap beban bervariasi adalah seperti

Gambar 3.12 Rancangan Alat Putar Keramik Rangka terbuat dari besi pipih yang dihubungkan dengan mur

sedemikian rupa (Gambar 3.12), sehingga kokoh dan dapat menyimpan dan menyangga alat putar, motor AC dan sensor.

Perancangan Program Mikrokontroler

kedua dari perancangan ini adalah merancang suatu program untuk mengolah nilai suatu variabel (keypad dan

pada LCD, mengatur interupsi eksternal 1, mengubah PWM dan mengatur kecepatan motor AC.

mikrokontroler yang akan dibuat menggunakan bahasa pada software Code Vision. Cara kerja dari program AC terhadap beban bervariasi adalah seperti flowchartdi bawah ini.

Gambar 3.12 Rancangan Alat Putar Keramik

mur dan baud. Rangka dan dapat digunakan untuk

suatu program mikrokontroler dan sensor), menampilkan , mengubah nilai setpoint

menggunakan bahasa C dan beberapa program pengaturan motor di bawah ini.

Gambar 3.15 FlowchartPengaturan Kecepatan Putaran Alat Putar Keramik (LanjutanII) Interupsi eksternal 0 digunakan untuk mendeteksi bit “0” pada PORD.3 (pinINT0). Banyaknya bit “0” yang masuk pada PORD.3 akan dihitung dan disimpan dalam register “sensor” setiap 1 detik sekali. Dengan kata lain, nilai pada register “sensor” akan dinolkan terlebih dahulu jika sudah mencapai 1 detik.

Interupsi timer 1 digunakan untuk membuat interupsi setiap 1 detik. Pada saat interupsi timer 1 ini terjadi, nilai pada register “sensor” akan di-update dan dibandingkan dengan nilai register “PWM”. Nilai register OCR1A akan diubah (ditambah/dikurangi) apabila hasil perbandingan berbeda.

Timer/Counter 1A berfungsi sebagai pembangkit sinyal Fast PWM. Besar duty cycle dari Fast PWM ini diatur oleh register OCR1A, sehingga dari register inilah motor AC dapat diatur kecepatannya.

3.2.1 Program Keypad

Listing program keypad yang digunakan pada perancangan alat putar ini dapat dilihat pada potongan program dibawah ini.

Gambar 3.16 RancanganListingProgram KeypadPada Code VisionAVR

Keypaddiaktifkan dengan cara memberikan bit lowpada bagian kolom keypaddan memindai bit lowpada bagian baris.

3.2.2 Program LCD

Listing program LCD yang digunakan pada perancangan alat putar ini dapat dilihat pada potongan program dibawah ini.

Gambar 3.17 Rancangan ListingProgram LCD Pada Code VisionAVR

3.2.3 Program Interupsi Eksternal 1 dan Timer/Counter0

Program interupsi eksternal 1 diatur oleh fitur interupsi eksternal 0 (INT0) ATMEGA16. Interupsi eksternal 1 ini akan berfungsi jika register – register yang berhubungan dengan interupsi eksternal 1 diatur. Interupsi eksternal 1 akan terjadi apabila PORTD.3 diberi logika 0 (clear bit). Listingprogram Interupsi Eksternal 1 yang digunakan pada perancangan alat putar ini dapat dilihat pada potongan program dibawah ini.

Gambar 3.18 Rancangan Program Sensor Putaran Pada Code VisionAVR

Jika phototransistor mendeteksi lubang pada piringan sensor, maka rangkaian sensor akan memberikan logika “0” ke PORTD.3 dan logika 1 jika tidak mendeteksi lubang.

Program Timer/Counter 1 pada perancangan ini digunakan untuk membuat interupsi setiap 1 detik. Besarnya waktu selama 1 detik ini dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.9). Timer/Counter 0 (TCNT0) hanya mempunyai register sebesar FF (255), sehingga TMAXdapat dihitung sebagai berikut.

= × ℎ + × = _. × × = ∙ ×

= , ms.

Untuk mempermudah mendapatkan waktu 1 detik dapat dilakukan dengan cara membuat interupsi setiap 20mS, kemudian pada program interupsi tersebut ditambahkan program counteruntuk menghitung kejadian interupsi sebanyak 50 kali. Contoh listing program interupsi pada Timer/Counter 0 seperti dibawah ini.

3.2.4 Program Fast PWM

Motor AC yang digunakan untuk memutar alat putar keramik, menggunakan listrik bertegangan 220VAC dengan frekuensi sebesar 50Hz. Tegangan tersebut akan diatur oleh sinyal PMW dari mikrokontroler dengan memanfaatkan fitur Timer/Counter 1 dengan mode Fast PWM. Tegangan AC dalam satu periode mempunyai 2 siklus, yaitu siklus positif dan siklus negatif. Sinyal PWM akan mengatur tegangan AC tersebut setiap 1 siklus (positif dan negatif), dimana 1 siklus tegangan AC tersebut mempunyai periode sebesar:

= = = =

= =

Maka, Fast PWM yang diatur oleh Timer/Counter 1 akan mengatur kedua siklus tersebut setiap 10mS sekali. Tatacara untuk mengatur FastPWM tersebut telah dibahas dalam Bab II. Dengan menggunakan persamaan (2.3), maka diperoleh hasil perhitungan FastPWM sebagai berikut.

fOCnxPWM= _∙ _⁄

50Hz=

∙ = ∙

N= = ,

Nilai prescaler yang tersedia hanya sebesar 0, 1, 8, 64, 256 dan 1024, maka diambil yang nilai lebih mendekati nilai tersebut, yaitu 64.

Listing program Fast PWM yang digunakan pada perancangan alat putar ini dapat dilihat pada potongan program dibawah ini.

Gambar 3.20 Rancangan ListingProgram Fast PWM Pada Code VisionAVR

3.2.5 Program Pengaturan Kecepatan Motor AC

Listing program pengaturan motor AC yang digunakan pada perancangan alat putar ini dapat dilihat pada potongan program dibawah ini.

Gambar 3.21 Rancangan ListingProgram Pengaturan Kecepatan Motor AC Pada Code VisionAVR

3.2.6 Pengisian Program Ke Mikrokontroler

Listing program yang telah di-compile ke dalam bentuk file *.hex oleh Code Vision AVR dapat langsung diisikan ke dalam mikrokontroler. Berikut ini langkah – langkah pengisian program ke mikrokontroler ATMega 16 dengan menggunakan softwareISP Programmer.

1. Rangkaian downloader (DB25) dihubungkan terlebih dahulu ke port DB25 (komputer) menggunakan kabel konektor DB25 dan rangkaian downloader (mikrokontroler) menggunakan kabel konektor 6 pin.

2. Rangkaian downloaderdiberi tegangan sebesar 5V.

3. Komputer diaktifkan dan Software ISP Programmer dijalankan, sehingga tampil jendela seperti Gambar 3.5, kemudian pilih “AVR” pada List Box di sebelah “Current RESET Status” dan pilih frekuensi sebesar 4MHz.

4. Untuk mengetahui apakah rangkaian downloader berfungsi dan mikrokontroler terbaca, tombol “Read signature:” ditekan. Jika mikrokontroler belum terbaca, maka akan tampil seperti Gambar 3.22 di bawah ini. Jika mikrokontroler terbaca, maka akan tampil seperti Gambar 3.23.

Gambar 3.22 Tampilan Jika Mikrokontroler Belum Terbaca

Gambar 3.23 Tampilan Jika Mikrokontroler Sudah Terbaca

5. File *.hex yang akan diisikan pada mikrokontroler diambil dari “File for programming Flash:”, pilih fileyang akan digunakan seperti gambar di bawah ini.

Mikrokontroler belum terbaca

Gambar 3.24 Cara Pengambilan File *.HexPada FlashISP Prog.

6. Jika langkah – langkah diatas telah berhasil, maka mikrokontroler siap untuk diisikan program. Tombol “Erase & Program All” ditekan terlebih dahulu, kemudian “Restart” dan tombol “Pgm Flash” ditekan. Proses pengisian selesai jika tampil gambar seperti dibawah ini.

Gambar 3.25 Tampilan Jika Mikrokontroler Telah Selesai/Berhasil Diisi Pengambilan file *.hex

Proses Pengisian Berhasil Tampilan fileyang diambil

71

Hasil pengujian pada pengaturan alat putar keramik terhadap beban telah dilakukan dan diamati, sehingga diperoleh kesimpulan dan saran yang diharapkan dapat berguna bagi penyempurnaan alat ini.

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari hasil pengujian pada pengaturan alat putar putar keramik terhadap beban ini adalah sebagai berikut.

1. Sensor putaran (phototransistor) yang digunakan dapat mendeteksi keenam lubang pada piringan sensor, namun memerlukan bouncing delay

yang berbeda–beda pada kecepatan tertentu. Pada kecepatan ≤135rpm membutuhkan bouncing delay sebesar 10ms, kecepatan antara ≤150rpm membutuhkan bouncing delay sebesar 2ms dan kecepatan antara ≤300rpm membutuhkan bouncing delay sebesar 800µs.

2. Kecepatan alat putar keramik tanpa dipengaruhi beban sesuai atau mendekati nilai setpoint yang diberikan dari keypad. Hal tersebut dibuktikan oleh sensor yang mendeteksi banyaknya lubang (setiap 1 detik) sesuai dengan nilai kecepatan yang diberikan. Contoh: 90rpm = 18 lubang. Pada saat pengujian kecepatan 140-150rpm terjadi error yang mengakibatkan kecepata alat putar keramik jauh dari kecepatan setpoint. 3. Pada saat alat putar keramik dipengaruhi oleh beban tanah liat, alat putar

90-110rpm, namun pada saat kecepatan 120-150rpm, alat putar keramik terganggu oleh getaran yang disebabkan oleh beban (tanah liat : 15-20Kg). 4. Pada saat alat putar keramik berputar dengan kecepatan dan beban

tertentu, terjadi panas pada kabel sumber tegangan AC. Hal tersebut dikarenakan pembebanan daya listrik yang dikonsumsi oleh motor AC sangat besar, sehingga menimbulkan energi panas dan energi tersebut tersalurkan/terbuang ke kabel sumber tegangan AC.

5. Motor AC jenis Capasitor Run mempunyai kelemahan pada putarannya yang kasar jika diberi beban tertentu, sehingga sulit untuk mengatur putarannya menjadi halus dan konstan.

6. Pengaturan kecepatan Motor AC dengan cara mengatur sinyal sinusoidal dengan bantuan TRIAC Optoisolators ini (Metode Zero Crossing Detection), dirasakan kurang baik, karena pemicuan sinyal tidak selalu tepat pada perpotongan titik nol.

5.2 Saran

Saran bagi pengembangan perangkat alat putar ini adalah sebagai berikut.

1. Agar kecepatan alat putar keramik dapat berputar lebih presisi (60, 61, …, 300rpm), piringan sensor pada sensor putaran harus mempunyai 60 lubang. Selain itu, dapat menggunakan sensor seperti tachometeragar nilai kecepatan terbaca lebih akurat.

2. Rangkaian Zero Crossing Detector sebaiknya dirancang terpisah (eksternal), karena jika mengunakan Rangkaian Zero Crossing yang terdapat pada TRIAC MOC3041, kita tidak dapat mengetahui dengan pasti

apakah awal pemicuan sinyal sinusoidal selalu tepat pada saat perpotongan titik nol.

3. Rangka alat putar harus didesain sekokoh mungkin, sehingga mampu menahan getaran yang disebabkan oleh beban.

4. Penggunaan kabel listrik perlu disesuaikan dengan konsumsi daya yang diserap oleh motor AC. Ketidak-efektifan pemakaian kabel listrik mengakibatkan panas, meleleh dan berakibat hubungan arus listrik pendek.

TUGAS AKHIR

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk melaksanakan Tugas Akhir pada Jurusan Teknik Elektro

Oleh :

MOCHAMAD BOBY HASAN 13109701

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER

UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA

BANDUNG

2010

74

1. Gibilisco, Stan. 1999, “Teach Yourself Electricity and Electronics”, 3

Edition. New York: McGraw - Hill.

2. Tokheim. 1999, “Digital Electronics:Principles and Applications”, 4th

Edition. New York: McGraw - Hill.

3. _______http://www.dunia-listrik.blogspot.com. (22/04/2010, 16:36) 4. _______http://www.atmel.com/literature (17/04/2010, 21:17)

5. _______http://www.8051projects.info/datasheets (03/05/2010, 17:36) 6. _______http://www.fairchildsemi.com (18/05/2010, 13:52)

66

Dalam bab ini membahas tentang pengujian kecepatan alat putar keramik tanpa beban (tanah liat) dan pengujian kecepatan alat putar keramik terhadap beban (tanah liat) 5Kg, 10Kg, 15Kg dan 20Kg.

4.1 Pengujian Kecepatan Alat Putar Keramik

Pengujian kecepatan alat putar keramik ini bertujuan untuk mencari kecepatan yang sesuai dengan kecepatan putaran yang diinginkan (setpoint). Pada pengujian ini, kecepatan alat putar hanya diuji pada kecepatan 60rpm, 90rpm, 120rpm dan 150rpm saja. Langkah – langkah pengujian kecepatan alat putar keramik ini adalah sebagai berikut.

1. Rangkaian sistem minimum AVR ATMega16 (Gambar 3.2), Rangkaian

Keypad 3×4 (Gambar 3.6), Rangkaian LCD 16×2 (Gambar 3.8),

Rangkaian sensor putaran (Gambar 3.11), Rangkaian Driver Motor AC

(Gambar 3.9) dan Alat Putar Keramik (Gambar 3.12) dihubungkan.

2. Listing program keypad, LCD, Interupsi Eksternal 1, Timer/Counter 0,

Fast PWM dan pengaturan kecepatan Motor AC digabungkan sesuai

dengan aturan penulisan pada software Code VisionAVR.

3. Port DB25 (Komputer), Rangkaian Downloader (DB25) dan Rangkaian

Downloader (Mikrokontroler) dihubungkan.

4. Mikrokontroler ATMEGA16 diisikan program pengaturan kecepatan

-langkah pengisiian program dilakukan seperti -langkah “Pengisian Program Ke Mikrokontroler” pada Bab III.

5. Setelah pen-download-an berhasil, mikrokontroler ATMega16

dipindahkan ke rangkaian sistem minimum AVR ATMega16.

6. Perangkat diaktifkan (saklar ON), kemudian nilai kecepatan (setpoint) diisikan melalui keypadsebesar 60rpm dan tombol “Start” ditekan.

7. Kecepatan putaran alat putar keramik diamati pada layar LCD (“Sensor:”).

Setelah nilai Duty Cycle PWM pada layar LDC (“PWM:”) konstan atau

mendekati konstan, maka nilai tersebut dicatat.

8. Pengujian diulangi untuk nilai kecepatan sebesar 90, 120 dan 150rpm. Hasil dari pengujian kecepatan alat putar keramik ini dicatat pada Tabel 4.1 di bawah ini.

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kecepatan Alat Putar Keramik

No. Nilai Kecepatan (setpoint)

(rpm)

Nilai Duty CyclePWM

(%)

Sensor Putaran (rpm)

1 60rpm ≈ 3,91 55-60

2 90rpm ≈ 5,08 85-90

3 120rpm ≈4,49 115-120

4 150rpm error error

Hasil yang diperoleh dari penguian ini menunjukan bahwa, setiap nilai kecepatan (setpoint) dinaikkan maka nilai duty cyclePWM menjadi naik. Sensor putaran dapat mendeteksi putaran alat putar dengan nilai mendekati nilai kecepatan (setpoint), hal tersebut dibuktikan oleh pembacaan nilai sensor pada layar LCD. Akan tetapi, pada saat nilai kecepatan (setpoint) sebesar 150rpm,

1. Gibilisco, Stan. 1999, “Teach Yourself Electricity and Electronics”, 3rd Edition. New York: McGraw - Hill.

2. Tokheim. 1999, “Digital Electronics:Principles and Applications”, 4th Edition. New York: McGraw - Hill.

3. _______http://www.dunia-listrik.blogspot.com. (22/04/2010, 16:36) 4. _______http://www.atmel.com/literature (17/04/2010, 21:17)

5. _______http://www.8051projects.info/datasheets (03/05/2010, 17:36) 6. _______http://www.fairchildsemi.com (18/05/2010, 13:52)

66

PENGUJIAN ALAT

Dalam bab ini membahas tentang pengujian kecepatan alat putar keramik tanpa beban (tanah liat) dan pengujian kecepatan alat putar keramik terhadap beban (tanah liat) 5Kg, 10Kg, 15Kg dan 20Kg.

4.1 Pengujian Kecepatan Alat Putar Keramik

Pengujian kecepatan alat putar keramik ini bertujuan untuk mencari kecepatan yang sesuai dengan kecepatan putaran yang diinginkan (setpoint). Pada pengujian ini, kecepatan alat putar hanya diuji pada kecepatan 60rpm, 90rpm, 120rpm dan 150rpm saja. Langkah – langkah pengujian kecepatan alat putar keramik ini adalah sebagai berikut.

1. Rangkaian sistem minimum AVR ATMega16 (Gambar 3.2), Rangkaian Keypad 3×4 (Gambar 3.6), Rangkaian LCD 16×2 (Gambar 3.8), Rangkaian sensor putaran (Gambar 3.11), Rangkaian Driver Motor AC (Gambar 3.9) dan Alat Putar Keramik (Gambar 3.12) dihubungkan.

2. Listing program keypad, LCD, Interupsi Eksternal 1, Timer/Counter 0, Fast PWM dan pengaturan kecepatan Motor AC digabungkan sesuai dengan aturan penulisan pada software Code VisionAVR.

3. Port DB25 (Komputer), Rangkaian Downloader (DB25) dan Rangkaian Downloader (Mikrokontroler) dihubungkan.

4. Mikrokontroler ATMEGA16 diisikan program pengaturan kecepatan motor AC melalui software ISP Programmer pada komputer. Langkah

-langkah pengisiian program dilakukan seperti -langkah “Pengisian Program Ke Mikrokontroler” pada Bab III.

5. Setelah pen-download-an berhasil, mikrokontroler ATMega16 dipindahkan ke rangkaian sistem minimum AVR ATMega16.

6. Perangkat diaktifkan (saklar ON), kemudian nilai kecepatan (setpoint) diisikan melalui keypadsebesar 60rpm dan tombol “Start” ditekan.

7. Kecepatan putaran alat putar keramik diamati pada layar LCD (“Sensor:”). Setelah nilai Duty Cycle PWM pada layar LDC (“PWM:”) konstan atau mendekati konstan, maka nilai tersebut dicatat.

8. Pengujian diulangi untuk nilai kecepatan sebesar 90, 120 dan 150rpm. Hasil dari pengujian kecepatan alat putar keramik ini dicatat pada Tabel 4.1 di bawah ini.

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kecepatan Alat Putar Keramik

No. Nilai Kecepatan (setpoint) (rpm)

Nilai Duty CyclePWM (%)

Sensor Putaran (rpm)

1 60rpm ≈ 3,91 55-60

2 90rpm ≈ 5,08 85-90

3 120rpm ≈4,49 115-120

4 150rpm error error

Hasil yang diperoleh dari penguian ini menunjukan bahwa, setiap nilai kecepatan (setpoint) dinaikkan maka nilai duty cyclePWM menjadi naik. Sensor putaran dapat mendeteksi putaran alat putar dengan nilai mendekati nilai kecepatan (setpoint), hal tersebut dibuktikan oleh pembacaan nilai sensor pada

terjadi error pada nilai duty cycle PWM (tidak beraturan) sehingga mengakibatkan kecepatan putaran alat putar meningkat dengan cepat atau jauh dari nilai kecepatan (setpoint). Hal ini dapat disebabkan oleh motor AC dan TRIAC 4004LT panas, serta TRIAC Optoisolators (zero crossing circuit) tidak tepat memberikan pada titik picu (nol) untuk sinyal PWM, sehingga hal tersebut dapat menimbulkan ketidak-konstanan kecepatan putaran alat putar. Hal ini dapat disebabkan oleh motor AC dan TRIAC 4004LT panas, serta TRIAC Optoisolators (zero crossing circuit) tidak tepat memberikan pada titik picu (nol) untuk sinyal PWM, sehingga hal tersebut dapat menimbulkan ketidak-konstanan kecepatan putaran alat putar.

4.2 Pengujian Kecepatan Alat Putar Keramik Terhadap Beban

Beban yang digunakan untuk pengujian ini adalah tanah liat basah untuk proses pembuatan keramik. Pengujian hanya dilakukan pada beberapa kecepatan saja dengan nilai beban tanah liat yang berbeda-beda pada tiap nilai kecepatannya (kelipatan 5Kg). Hasil penelitian dan peninjauan lapangan menunjukkan bahwa, kecepatan putaran yang pada umumnya digunakan oleh para pengrajin sekitar antara 90–150rpm. Oleh karena itu, pada pengujian ini hanya menguji kecepatan alat putar keramik terhadap beban pada kecepatan 90–150rpm saja. Langkah pengujian kecepatan alat putar keramik terhadap beban ini adalah sebagai berikut.

1. Langkah 1 sampai langkah 5 dengan pada sub bab 4.1 dilakukan kembali, kemudian perangkat diaktifkan (saklar ON).

3. Kecepatan (setpoint) diisikan melalui keypad sebesar 90rpm kemudian tombol “Start” ditekan.

4. Kecepatan alat putar diamati dengan cara melihat nilai Duty Cycle PWM pada layar LDC (“PWM:”). Setelah nilai tersebut konstan atau mendekati konstan, maka nilai tersebut dicatat.

5. Tombol “Stop” ditekan dan pengujian ini diulangi untuk nilai kecepatan (setpoint): 90, 100, 110, 120, 130, 140 dan 150rpm.

6. Pengujian diulangi untuk beban tanah liat seberat: 10Kg, 15Kg dan 20Kg. Hasil pengujian pengujian kecepatan alat putar keramik terhadap beban ini, dicatat pada Tabel 4.2 di bawah ini.

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Kecepatan Alat Putar Keramik Terhadap Beban

No. Kecepatan alat putar (rpm)

Beban Tanah Liat (Kg)

Nilai Duty CyclePWM (%)

Sensor Putaran (rpm)

1 90

5 ≈ 4.49 85-90

10 ≈ 4.59 85-90

15 ≈ 4.88 85-90

20 ≈ 4.98 85-90

2 100

5 ≈ 6.15 95-100

10 ≈ 6.34 95-100

15 ≈ 6.34 95-100

20 ≈ 6.34 95-100

3 110

5 ≈ 7.03 105-110

10 ≈ 7.03 105-110

15 ≈ 7.13 105-110

20 ≈ 7.13 105-110

4 120

5 ≈ 7.23 115-120

10 ≈ 7.23 115-120

15 ≈ 7.32 115-120

20 ≈ 7.52 115-120

5 130

5 ≈ 8.70 125-130

10 ≈ 8.79 125-130

15 ≈ 8.98 125-130

20 ≈ 8.98 125-130

Hasil yang diperoleh dari penguian ini menunjukan bahwa, setiap berat beban (tanah liat) dinaikkan pada kecepatan (setpoint) tertentu, maka nilai duty cycle PWM menjadi naik. Sensor putaran dapat mendeteksi putaran dengan nilai mendekati nilai kecepatan (setpoint), hal tersebut dibuktikan oleh pembacaan nilai sensor pada layar LCD. Pada saat kecepatan (setpoint) sebesar 100rpm dengan beban seberat 10-20Kg, nilai duty cycle PWM konstan sebesar ≈ 6.34% dan kecepatan alat putar mendekati nilai kecepatan (setpoint). Akan tetapi, pada saat nilai kecepatan (setpoint) sebesar 140rpm dan 150rpm, terjadi error pada nilai duty cyclePWM (tidak beraturan) sehingga mengakibatkan kecepatan putaran alat putar meningkat dengan cepat atau jauh dari nilai kecepatan (setpoint). Hal ini dapat disebabkan oleh motor AC dan TRIAC 4004LT panas, serta TRIAC Optoisolators (zero crossing circuit) tidak tepat memberikan pada titik picu (nol) untuk sinyal PWM, sehingga hal tersebut dapat menimbulkan ketidak-konstanan kecepatan putaran alat putar. Selain itu, pada kecepatan antara 130-150rpm dengan beban 20Kg, terjadi getaran pada alat putar (rangka) yang mengakibatkan alat putar keramik bergoyang. Hal ini disebabkan kurang kokohnya rangka sehingga tidak mampu menahan getaran yang ditimbulkan oleh motor dan beban.