PERANCANGAN ROBOT PEMADAM KEBAKARAN BERBASIS LINE FOLLOWER

BAB V PERANCANGAN ROBOT PEMADAM KEBAKARAN BERBASIS LINE FOLLOWER

Membangun Sistem Robot Pemmadam Kebakarab Berbasis Line Follower

a. Tujuan Pembelajaran

Mempelajari serta menerapkan beberapa rangkaian pada robot line follower

b. Komponen Yang Digunakan

- Arduino MEGA 2560

x1 buah

- Photodiode 3mm

x15 buah

- Mosfet IRF 9540

x6 buah

- Mosfet IRF 540

x6 buah

- IC regulator 7805

x2 buah

- LED 3mm merah

x5 buah

- LED 3mm putih super bright

x15 buah

- Resistor 4k7 ohm

x20 buah

- Resistor 1K ohm

x5 buah

- Resistor 330 ohm

x5 buah

- Resistor variable 20K ohm

x2 buah

- Transistor 59013

x7 buah

- Transistor BD193

x3 buah

- Transistor TIP31

x3 buah

- Diode 1N4004

x2 buah

- Kapasitor 100 uF / 16V

x3 buah

- Kapasitor 10 uF / 16V

x3 buah

- Pin header male lurus

x2 buah

- Pin header male bengkok

x2 buah

- Pin header female

x2 buah

- Kabel pelangi 6 jalur

x1 meter

- Black housing 4 pin

x4 buah

- Black housing 6 pin

x6 buah

- Push button 2 kaki

x7 buah

- Slongsong kabel 3mm

x1 meter

- IC NOR

CD 4001

x1 buah

- Socket ic 14 pin

x2 buah

- Lcd 16x2

x1 buah

- Baterai lipo 850 mAH

x1 buah

- Roda + gearbox + motor

x1 pasang

- Mor dan baut

x10 buah

- Akrilik (50x100 cm 2 )

x1 lembar

c. Teori Singkat

Line follower Robot adalah jenis robot yang di desain untuk bekerja secara autonomous dan memiliki kemampuan dapat mendeteksi dan bergerak mengikuti garis yang ada di permukaan lintasan. Sistem kendali yang digunakan dirancang untuk iod merasakan jalur garis yang ada dan melakukan iode ry gerakan agar tetap iod mengikuti garis tersebut. Dalam bidang iode ry, robot jenis ini sering digunakan untuk untuk memindahkan barang dari satu tempat ke tempat yang lain.

Pada prinsipnya, bekerja dengan mengandalkan sensor photo iode (Dioda Cahaya). Sensor Photo Dioda adalah sensor yang membaca besaran cahaya yang ditangkapnya dalam bentuk angka analog.

Gambar

5.1 Robot Line Follower

Sensor Pada Robot Line Follower

Gambar 5.2 Ilustrasi Kerja Sensor pada Line Follower

Sensor, dapat dianalogikan sebagai “mata” sebuah robot yang berfungsi untuk membaca garis hitam/putih dari track robot. Sehingga robot mampu mengetahui kapan dia akan berbelok ke kanan, kapan dia berbelok ke kiri dan kapan dia berhenti. Sensor yang digunakan adalah sensor cahaya yang dipasang di bagian depan bawah robot, sehingga mampu mengetahui garis terang dari latar belakang gelap atau sebaliknya. Sensor yang dipakai biasanya photo reflector, LDR (Light Dependant Resistor), Photo Dioda, dan Photo Transistor – yang dipasang dua atau lebih dibagian depan bawah robot line follower. Ada juga yang menggunakan kamera sebagi sensor (atau image sensor) agar resolusi pembacaan garis lebih tinggi, sehingga menjadikan gerakan robot lebih akurat. Namun pada pembahasan kali ini dikhususkan untuk sensor Photo Dioda

Gambar 5.3 LED dan Fotodioda sebagai Sensor Prinsip kerja dari sensor tersebut sederhana, Ketika LED memancarkan cahaya ke bidang berwarna putih, cahaya akan dipantulkan hampir semuanya oleh bidang berwarna putih tersebut. Sebaliknya, ketika LED memancarkan cahaya ke bidang berwarna gelap atau hitam, maka cahaya akan banyak diserap oleh bidang gelap tersebut, sehingga cahaya yang masuk ke Photo Dioda tinggal sedikit. Cahaya ini dibaca oleh Photo Dioda dan diubah menjadi nilai analog. Ketika Photo Dioda menerima cahaya, maka resistansinya menjadi kecil sehingga arus akan dialirkan menuju mikrokontroller. Begitupula sebaliknya. Agar mampu dibaca oleh mikrokontroler, maka nilai output

(analog) dari sensor perlu dikonversikan menjadi logika 0-1. Hal ini bisa dilakukan dengan menggunakan program ADC (Analog to Digital Converter) pada mikrokontroller. Ketika sensor di kiri robot bernilai 1 dan sensor di kanan robot bernilai 0, maka motor roda kiri berputar dan motor roda kanan berhenti. Akibatnya, robot akan berbelok ke kanan. Sedangkan ketika sensor di kiri robot bernilai 0 dan sensor di kanan robot bernilai 1, maka motor roda kanan berputar dan motor roda kiri berhenti. Akibatnya, robot akan berbelok ke kiri. Lalu ketika lurus, kedua motor akan berputar.

Motor Penggerak Pada Robot Line Follower Untuk menggerakkan line follower dapat digunakan 2 pilihan motor yaitu motor DC

atau motor servo. Jika ingin menggunakan motor DC, maka harus ditambahkan dengan gear dan gearboxnya.

Roda Penggerak Pada Robot Line Follower Roda yang digunakan dalam line follower ini bisa bermacam – macam jenisnya,

mulai dari merek, tipe, dimensi dan lain sebagainya. Umumnya Robot Line Follower dikategorikan berdasarkan jumlah roda yang dimilikinya. Mulai dari robot dengan dua roda, tiga roda atau empat roda. Namun yang umum digunakan adalah robot dengan konfigurasi tiga atau empat roda. Juga berdasarkan sistem kerjanya, analog maupun digital.

Gambar 5.4 Roda pada Line Follower

Sepasang roda yang ditempatkan dibelakang dihubungkan dengan dua motor yang masing – masing memiliki gerak yang berdiri sendiri (independent). Hal ini penting agar robot mampu berbelok ke kiri dan kekanan serta mengatur rotasi putaran yang diinginkan. Sedangkan roda depan bisa menggunakan roda caster yang berfungsi sebagai penyangga. Selain itu dapat pula digunakan roll yang biasa digunakan untuk deodorant atau minyak aroma therapy.

Mikrokontroler Dalam Robot Line Follower Banyak jenis mikrokontroller yang bisa digunakan pada robot line follower,

beberapa contoh diantaranya adalah AT89C2051 (8051 Core), AT89C51 (8051 Core), ATMega8 (AVR Core), ATmega16 (AVR Core ) dan masih banyak lagi. Namun pada KRPY ini, digunakan mikrokontroller Arduino MEGA 2560. Pada mikrokontroller, program akan dimasukkan sehingga robot mampu mengatur kecepatan rotasi masing-masing motor dan mampu melakukan gerakan seperti yang diinginkan. Karena kecepatan robot line follower cukup tinggi, maka beberapa algoritma kontrol perlu diterapkan agar robot mampu berjalan mulus. Kontrol itu bisa berupa continous control, PID, fuzzy logic, atau yang lainnya. Pengaturan kecepatan ini penting terutama jika menghadapi pergantian lintasan, dari lintasan lurus ke tikungan atau sebaliknya dari tikungan ke lintasan lurus. Seperti halnya ketika robot bergerak cepat kemudian menemui tikungan, maka tentu robot akan terpelanting. Juga untuk mengontrol lintasan melingkar, invers, tanjakan, dan sebagainya. Untuk itu dibutuhkan rangkaian pengatur kecepatan motor yang dinamis tergantung dari jenis lintasan yang dilalui. Jika robot berjalan lurus, kecepatan robot diusahakan pada tingkat yang maksimal. Jika dalam kondisi tikungan, maka kecepatan dikurangi bergantung pada tingkat ketajaman tikungan. Pada intinya, kecepatan dari robot dibuat fleksibel menurut situasi yang ada dilapangan. Pada robot, pengurangan kecepatan dapat dilakukan dengan menggunakan PWM (Pulse Widht Modulation) controller, yaitu pengurangan kecepatan dengan cara mengurangi arus ke motor.

Mekanisme Pemadaman Api

Gambar 5.5 Skematik pada driver motor menggunakan IC 400

Pada kompetisi KRPY kali ini, robot line follower dimodifikasi menjadi robot pemadam. Ketika robot menemui sumber api, maka motor kipas akan diberi logika 1 sehingga kipas menyala dalam jangka waktu tertentu hingga sumber api padam. Mekanisme pemadaman api ini dapat menggunakan berbagai metode otomatis seperti sensor visual camera (vision), sensor cahaya, sensor suhu, maupun metode manual seperti timer atau mapping

Untuk mengendalikan gerak dari robot, aktuator utama yang digunakan berupa 2 buah motor DC. Untuk mendapatkan gerak robot yang sesuai, maka arah putaran dan kecepatan putaran dari motor DC harus diatur sedemikian rupa. Perintah yang berisi arah putaran dan juga kecepatan putar diberikan oleh microcontroler robot dengan metode Pulse Width Modulation (PWM). Data PWM berupa tegangan antara 0 sampai dengan 5 volt. Tegangan ini dikeluarkan oleh pin PWM dari microcontroler. Data PWM tidak langsung dihibingkan dengan motor DC, namun diolah terlebih dahulu oleh driver motor. Driver motor inilah yang akan menerjemahkan data PWM menjadi kecepatan dan arah putar motor.

Gambar 5.6 Koneksi PWM dengan Motor

Komponen Komponen yang digunakan untuk rangkaian driver motor ini adalah MOS- FET(metal oxyde semiconductor-field effect transistor). Mosfet merupakan transistor yang prinsip kerjanya seperti keran air. Dengan memberikan tegangan yang kecil, kita dapat mengatur tegangan yang lebih besar(metode switching). Pada rangkaian driver motor ini digunakan metode demikian karena tegangan PWM yang dikeluarkan oleh microcontroler tidak punya cukup arus untuk dapat menggerakkan motor dc. Maka dari itu diberikan MOSFET untuk dapat melakukan “switch” sehingga tegangan yang masuk ke motor dc merupakan tegangan baterai secara langsung.

Gambar 5.7 H-Bridge untuk Motor DC

Q1-4 adalah MOFSET yang digunakan. Terdapat 2 tipe MOSFET, yaitu p-channel dan n-channel. Q1 dan Q2 merupakan p-channel sedangkan Q3 dan Q4 merupakan n- channel. Saat pin D1 dan D2 tidak diberi data PWM dari mikcrocontroler, maka motor akan tetap diam. Hal ini dikarenakan tidak ada arus yang mengalir melalui motor. Saat D1 diberikan data PWM dan D2 tidak diberi data(LOW), maka Q2 dan Q3 akan aktif sehingga arus akan mengalir dari baterai  Q2  motor  Q3  GND, sehingga motor akan berputar searah jarum jam(permisalan). Sebaliknya, jika D2 yang diberi data dan D1 dibiarkan dalam keadaan LOW, maka arus akan mengalir dari baterai  Q1  motor 

Q4  GND, sehingga motor akan berputar berlawanan dengan arah jarum jam(permisalan). Arah putaran motor dapat berbeda karena arah arus yang mengalir juga berbeda. Misalkan jika diberi arus dari arah kanan ke kiri motor akan berputar kea rah kiri, sedangkan jika diberi arus dari arah sebaliknya maka arah putaran motor juga akan berbalik.

Selain memberikan arah, nilai PWM yang masuk ke driver juga mempengaruhi laju putaran motor. Saat nilai PWM yang diberikan adalah 0 volt, maka arus yang dialirkan dari baterai juga 0 volt. Saat nilai PWM di-set ke nilai maksimal(5 volt) maka arus yang akan dialirkan dari baterai juga maksimal. Data PWM yang diberikan(antara 0 – 5 volt) dapat diibaratkan seperti seberapa besar keran air dibuka. Semakin besar keran dibuka, maka air yang mengalir akan semakin deras pula.

Layout PCB