Perancangan Dan Implementasi Prototype Penyeimbang Mobil Pada Saat Drifting
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Banyaknya kasus kecelakaan roda empat di Indonesia, diakibatkan oleh dua faktor berbeda. Faktor pertama, diakibatkan oleh pengemudi yang tidak dapat mengendalikan kendaraannya dikarenakan jalan licin, pengereman mendadak, dan ban pecah. Faktor kedua, diakibatkan kendaraan yang belum menerapkan teknologi sistem penyeimbang pada saat terjadi drifting pada sistem pengereman dan steering.
Penelitian tugas akhir ini, memodelkan sistem kendaraan yang dapat mengurangi terjadinya drifting. Sensor untuk mendeteksi proses terjadinya
drifting digunakan accelerometer dan gyroscope tipe MPU 6050. Drifting terjadi akibat ban belakang tergelincir dengan alur yang lebih besar dari pada ban depan. Perubahan data pada sensor yang diakibatkan perubahan gerak secara mendadak akan direspon oleh mikrokontroller arduino leonardo. Selanjutnya mikrokontroller akan mengendalikan steering dan rem agar mobil tidak terjadi drifting yang berlebihan. Komponen steering dan rem dimodelkan dengan motor servo dc standar.
Dari permasalahan tersebut maka dirancang suatu sistem yang dapat membantu pengemudi untuk menstabilkan kendaraan secara otomatis pada saat terjadi drifting sehingga kendaraan tidak lepas kendali, maka peneliti mengangkat judul “Perancangan dan Implementasi Prototype Penyeimbang Mobil Pada Saat Drifting” sebagai tema dari Tugas Akhir ini.
(2)
1.2 Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan, maka identifikasi permasalahan dalam tugas akhir ini yaitu, dibutuhkan suatu sistem kendaraan yang dapat mengurangi terjadinya drifting yang berlebihan untuk mengurangi resiko kecelakaan.
1.3 Rumusan Masalah
Berdasarkan identifikasi masalah diatas, maka dapat didapatkan rumusan masalah pada tugas akhir ini yaitu, bagaimana membuat suatu sistem kendaraan yang dapat mengurangi drifting yang berlebihan pada saat terjadi perubahan gerak secara mendadak.
1.4 Tujuan
Tujuan dari tugas akhir ini yaitu, membangun suatu sistem kendaraan yang dapat membantu pengemudi untuk mengurangi drifting yang berlebihan pada saat terjadi perubahan gerak secara mendadak.
1.5 Batasan Masalah
Beberapa batasan masalah yang didefinisikan oleh penulis sebagai pembatasan “beban” penelitian adalah sebagai berikut.
Alat ini diuji cobakan pada mobil RC.
Sistem dimodelkan untuk kendaraan latihan mengemudi.
Sistem diuji pada lintasan yang luas sehingga tidak menimbulkan tabrakan.
(3)
3
1.6 Metoda Penelitian
Metode penelitian yang dilakukan penulis adalah eksperimental dengan tahapan sebagai berikut.
1. Tinjauan pustaka
Suatu metode pengumpulan data dengan membaca atau mempelajari buku-buku yang berhubungan dengan masalah yang menjadi topik dalam skripsi.
2. Survey
Proses pengamatan secara langsung terhadap permasalahan yang dihadapi.
3. Pengumpulan data
Metode untuk mendapatkan data dari topik yang diambil dengan cara mengajukan pertanyaan secara langsung kepada pihak-pihak yang berkompeten mengenai hal-hal yang dipelajari selama pengerjaan tugas akhir.
4. Pengolahan data
Proses untuk mengolah data-data yang didapat dari hasil pengumpulan data, untuk dijadikan referensi dalam pengerjaan tugas akhir.
5. Perancangan
Mengaplikasikan teori yang didapat dari studi pustaka dan dari hasil bimbingan, sehingga tersusun suatu perancangan sistem untuk bagian perangkat keras juga untuk perangkat lunak.
(4)
6. Pembuatan
Merupakan tahap pengerjaan alat yang sebelumnya telah dirancang. 7. Pengujian
Merupakan metode untuk mengetahui hasil dari perancangan sistem yang dibuat, uji coba dilakukan berkali-kali sehingga di dapatkan data yang akurat, dilakukan pada bagian perangkat keras juga pada perangkat lunak.
8. Analisa
Proses pendalaman terhadap alat yang dibuat apakah sudah berhasil sesuai dengan yang direncanakan atau belum, selanjutnya akan dilakukan pengujian baik secara teoritis ataupun praktis, dan jika terdapat kekurangan maka akan dilakukan beberapa perbaikan sistem sehingga akhirnya penulis dapat mengambil sebuah kesimpulan dari penelitian ini.
1.7 Sistematika Penulisan Laporan
Sistematika penulisan skripsi ini disusun untuk memberikan gambaran umum tentang penelitian yang dijalankan.Sistematika penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut.
BAB I PENDAHULUAN
Menguraikan latar belakang, identifikasi masalah, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, kegunaan penelitian, metoda penelitian, dan sistematika penulisan laporan yang digunakan dalam pembuatan laporan ini.
(5)
5
BAB II DASAR TEORI
Bab ini berisi tentang teori-teori penunjang yang berkaitan dengan masalah yang dibahas.
BAB III PERANCANGAN ALAT
Bab ini berisi tentang perancangan hardware maupun software dari sistem yang akan dibuat.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS
Bab ini berisi tentang hasil uji coba sistem, baik hardware maupun
software secara keseluruhan serta hasil analisanya. BAB V PENUTUP
Bab ini berisi kesimpulan dari pembahasan serta analisa yang diperoleh, untuk meningkatkan mutu dari sistem yang telah dibuat serta saran-saran untuk perbaikan dan penyempurnaan sistem.
(6)
Pada bab ini berisi tentang teori mengenai permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini, dimulai dari definisi Sensor MPU6050, remote control (RX dan TX), Arduino Leonardo, Pulse With Modulation (PWM), PID, motor servo,
LiquidCrystalDisplay (LCD), dan motor DC. 2.1 Sensor MPU 6050
Sensor MPU 6050 merupakan combo sensor antara accelerometer dan
gyroscope yang terintegrasi dalam satu chip. Sensor ini merupakan 6 axis motion processing unit dengan penambahan regulator tegangan dan 3,3V sehingga bisa langsung dihubungkan ke tegangan 5V. Sensor MPU 6050 memiliki dua buah
output yaitu SCL dan SDA.
(7)
7
Fitur yang ditawarkan sensor ini antara lain :
- Sensifitas accelerometer yang dapat dipilih mulai 2/4/8 sampai 16 g. - Sensitifitas gyroscope yang dapat dipilih mulai 250/500/1000 sampai
2000 derajat/s .
- Range 16 bit untuk kedua sensor.
- Sensitivitas percepatan linier dari gyroscope 0,1 derajat/s
- Data rate output hingga 1000Hz, dilengkapi digital low pass filter
dan memiliki frekuensi sudut maksimum 256 Hz.
2.2 Remote Control (TX – RX)
Remote Control gelombang radio terdiri dari 2 bagian, yaitu pesawat pemancar (TX) dan pesawat penerima (RX). Pada remote control ini digunakan supaya mobil bergerak maju-mundur, belok ke kiri, belok ke kanan, dan sebagai
on/off sistem.
(8)
Remote control ini memiliki 3-channel dengan jangkauan 2,4GHz digital radio dengan telemetri. Remote ini aktif pada tegangan input 4,4 V – 8,6 V. 2.3 Arduino Leonardo
Arduino Leonardo adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega32u4. Arduino Leonardo memiliki 20 digital pin input / output (yang mana 7 pin dapat digunakan sebagai output PWM dan 12 pin sebagai input analog), 16 MHz kristal osilator, koneksi mikro USB, jack power suplay tegangan, header ICSP, dan tombol reset.
Gambar 2.3 Remote Control Track Star 46
(9)
9
Leonardo berbeda dari semua papan Arduino yang lainnya karena ATmega32u4 secara terintegrasi (built-in) telah memiliki komunikasi USB.
Tabel 2.1 Spesifikasi Arduino Leonardo : Mikrokontroler ATmega32u4
Tegangan Operasi 5V
Input Voltage (disarankan) 7-12V
Input Voltage (limit) 6-20V Digital I/O Pin 20 pin
Channel PWM 7 pin
Input Analog 12 pin
Arus DC per pin I/O 40 mA Arus DC untuk pin 3.3V 50 mA
Flash Memory 32 KB (ATmega32u4) 4 KB digunakan bootloader
SRAM 2.5 KB (ATmega32u4) EEPROM 1 KB (ATmega32u4)
Clock Speed 16 MHz
Tabel 2.2 dibawah menunjukkan perbandingan Arduino Leonardo, Arduino Uno, dan Arduino Mega.
Tabel 2.2 Uraian Perbandingan Jenis Arduino
Spesifikasi
Jenis Arduino Arduino Uno Arduino
Leonardo Arduino Mega
Flash memory 32 kb 32 kb 256 kb
SRAM 2 kb 2,5 kb 8 kb
I/O 14 32 54
Harga Rp. 185.000,00 Rp. 200.000,00 Rp. 585.000,00
2.3.1 Sumber Daya Arduino Leonardo
Arduino leonardo dapat diaktifkan melalui koneksi USB mikro atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Sumber daya
eksternal (non-USB) dapat berasal baik dari adaptor AC-DC atau baterai. Papan arduino leonardo dapat beroperasi dengan pasokan daya eksternal 6 Volt sampai
(10)
20 volt. Jika diberi tegangan kurang dari 7 Volt, maka, pin 5 Volt mungkin akan menghasilkan tegangan kurang dari 5 Volt dan ini akan membuat papan menjadi tidak stabil. Jika sumber tegangan menggunakan lebih dari 12 Volt, regulator tegangan akan mengalami panas berlebihan dan bisa merusak papan. Rentang sumber tegangan yang dianjurkan adalah 7 Volt sampai 12 Volt.
Pin tegangan yang tersedia pada papan arduino leonardo adalah sebagai berikut:
Vin: Adalah input tegangan untuk papan arduino ketika menggunakan sumber daya eksternal (sebagai ‘saingan’ tegangan 5 Volt dari koneksi
USB atau sumber daya ter-regulator lainnya). Anda dapat memberikan tegangan melalui pin ini, atau jika memasok tegangan untuk papan melalui jack power, kita bisa mengakses/mengambil tegangan melalui pin ini.
5V: Tegangan listrik ter-regulator yang digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen lainnya pada papan arduino. Tegangan dapat menggunakan pin Vin melalui regulator on-board, atau dipasok oleh USB atau power suplay lain dengan besar tegangan 5V ter-regulator.
3V3: Sebuah pin yang menghasilkan tegangan 3,3 Volt. Tegangan ini dihasilkan oleh regulator yang terdapat pada papan (on-board). Arus maksimum yang dihasilkan adalah 50 mA.
GND: Pin Ground atau Massa.
IOREF: Pin ini pada papan arduino berfungsi untuk memberikan referensi tegangan yang beroperasi pada mikrokontroler (atau VCC untuk papan). Pin ini bertegangan 5V pada arduino leonardo.
(11)
11
2.3.2 Memori Arduino Leonardo
ATmega32u4 memiliki memori sebesar 32 KB (4 KB digunakan untuk
bootloader). Juga memiliki 2,5 KB SRAM dan 1 KB EEPROM (yang dapat dibaca dan ditulis dengan perpustakaan EEPROM).
2.3.3 Input dan Output Arduino Leonardo
20 pin digital I/O pada Leonardo dapat digunakan sebagai input atau
output, menggunakan fungsi pin mode, digital write, dan digital read. Mereka beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal sebesar 20-50 kOhm yang terputus secara default. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus, yaitu:
Serial: Pin 0 (RX) dan pin 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) data serial TTL menggunakan hardware
ATmega32U4 yang memiliki kemampuan serial didalamnya.
TWI: Pin 2 (SDA) dan pin 3 (SCL). Dukungan komunikasi TWI menggunakan perpustakaan wire.
Eksternal Interupsi: Pin 3 (interrupt 0), pin 2 (interrupt 1), pin 0 (interrupt 2), pin 1 (interrupt 3) dan pin 7 (interrupt 4). Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interupsi pada nilai yang rendah, meningkat atau menurun, atau merubah nilai.
PWM: Pin 3, 5, 6, 9, 10, 11, dan 13. Menyediakan 8-bit output PWM dengan fungsi analog write.
(12)
SPI: Pin pada header ICSP ini mendukung komunikasi SPI menggunakan perpustakaan SPI. Perhatikan bahwa pin SPI tidak terhubung ke salah satu pun pin digital I/O karena yang terhubung langsung hanya pada arduino uno. Mereka hanya menyediakan konektor ICSP. Ini berarti bahwa jika Anda memiliki shield yang menggunakan SPI, tetapi tidak terdapat 6 pin konektor ICSP yang terhubung ke 6 pin ICSP header arduino leonardo, maka shield tidak akan bekerja.
LED: Pin 13. Tersedia secara built-in pada papan Arduino ATmega2560. LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin diset bernilai high, maka LED menyala (on), dan ketika pin diset bernilai low, maka LED padam (off).
Input Analog: Pin A0-A5, Pin A6 - A11 (pada pin digital 4, 6, 8, 9, 10, dan 12). arduino leonardo memiliki 12 input analog, berlabel A0 sampai A11, yang semuanya juga dapat digunakan sebagai digital I/O. Pin A0-A5 terdapat di lokasi yang sama seperti pada arduino uno. Pin input A6-A11 masing-masing ada pada digital I/O pin 4, 6, 8, 9, 10, dan 12. Masing-masing pin menyediakan resolusi 10 bit (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Secara default pin ini dapat diukur/diatur dari mulai ground
sampai dengan 5 Volt, juga memungkinkan untuk mengubah titik jangkauan tertinggi atau terendah mereka menggunakan pin AREF dan fungsi analog reference.
(13)
13
Masih ada beberapa pin lainnya pada arduino leonardo, yaitu:
AREF: Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan fungsi
analog reference.
RESET: Jalur Low ini digunakan untuk me-reset (menghidupkan ulang) mikrokontroler. Jalur ini biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset pada shield yang menghalangi papan utama arduino.
2.4 Pulse Width Modulation (PWM)
PWM merupakan sebuah metoda untuk membangkitkan sinyal keluaran berupa pulsa yang periodenya berulang antara high atau low dimana kita dapat mengontrol durasi sinyal high atau low sesua dengan yang kita inginkan. PWM bisa dibangkitkan secara software maupun hardware, sehingga dapat dibentuk gelombang dengan duty cycle yang dapat diatur sesuai dengan program.
Gambar 2.6 Sinyal PWM
(14)
Duty cycle merupakan perbandingan periode lamanya suatu sistem bernilai logika high dan low. Variasi duty cycle ini memberikan harga tegangan rata–rata yang berbeda–beda. Sinyal PWM dengan duty cycle yang besar memiliki nilai rata-rata tegangan yang lebih besar dibandingkan dengan duty cycle kecil. Nilai tegangan yang diberikan sebanding dengan nilai duty cycle yang diberikan. Adapun rumus duty cycle, yaitu:
� � � = ℎ�� ℎ
( ℎ�� ℎ+ ���)× 100%...(2.1)
Sedangkan untuk menghitung nilai tegangan rata-rata output dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
�� = � � � �� ��...(2.2) Dimana Vtotal merupakan tegangan yang diberikan untuk mengaktifkan motor. 2.5 Kendali Proportional - Integral - Derivative (PID)
PID merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tersebut. Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu proportional, integratif dan
derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu plant, sehingga kelemahan-kelemahan pada salah satu komponen dapat ditutupi oleh komponen yang lain. Komponen I dan D tidak dapat berdiri sendiri dan selalu dikombinasikan dengan komponen P, menjadi pengontrol PI atau PID. Pengontrol PID akan mengeluarkan aksi kontrol dengan membandingkan kesalahan atau error yang merupakan selisih dari process variable dan setpoint, yang akan digunakan sebagai masukan pengontrol untuk mengeluarkan sinyal kontrol (u(t)).
(15)
15
Secara umum bentuk persamaan pengontrol PID dapat dinyatakan oleh persamaan 2.3 berikut:
mv(t)= manipulated variable keluaran dari pengontrol PID
Kp = penguatan proporsional
Ti = waktu integral
Td = waktu derivatif
e(t) = error = setpoint– keluaran 2.5.1 Kendali Proportional
Kontrol P jika G(s) = kp, dengan k adalah konstanta. Jika u = G(s) • e maka u = Kp • e dengan Kp adalah konstanta proporsional. Kp berlaku sebagai
Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time.
Pengaruh pada sistem :
1. Menambah atau mengurangi kestabilan.
2. Dapat memperbaiki respon transien khususnya : rise time, settling time
3. Mengurangi (bukan menghilangkan) error steady state
(16)
2.5.2 Kendali Integrative
Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai = [ . ]�� dengan Ki adalah konstanta integral, dan dari persamaan di atas, G(s) dapat dinyatakan sebagai = � . ∅
∅ . Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki
error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde sistem. Pengaruh pada sistem :
1. Menghilangkan Error Steady State
2. Respon lebih lambat (dibandingkan dengan P)
3. Dapat menambah ketidakstabilan (karena menambah orde pada sistem)
2.5.3 Kendali Derivative
Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai
� = .� . Dari persamaan di atas, tampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks "kecepatan" atau rate dari error. Dengan sifat ini, dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error
statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler
(17)
17
Pengaruh pada sistem :
1. Memberikan efek redaman pada sistem yang berosilasi sehingga bisa memperbesar pemberian nilai Kp.
2. Memperbaiki respon transien, karena memberikan aksi saat ada perubahan error.
3. D hanya berubah saat ada perubahan error, sehingga saat ada error
statis D tidak beraksi. Sehingga D tidak boleh digunakan sendiri. 2.6 Motor Servo
Motor servo adalah sebuah motor DC dengan sistem umpan balik tertutup dimana posisi rotornya akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, potensiometer, dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Pada motor servo biasanya terdapat tiga buah kabel, yang pertama untuk tegangan masukkan, yang kedua untuk menerima sinyal PWM, dan yang ketiga untuk ground.
(18)
Motor servo ini terbagi menjadi 2 jenis, yaitu : a. Motor servo standard
Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW)
dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90° sehingga total defleksi sudut dari kanan – tengah – kiri adalah 180°.
b. Motor servo continous
Motor servo jenis ini mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (dapat berputar secara kontinyu).
Dari kedua jenis motor servo tersebut, metoda PWM dapat digunakan untuk menentukan posisi sudut motor, hanya saja terdapat perbedaan pada besarnya arah puataran motor.
Pada motor servo standard hanya dapat bergerak sebesar 180° yaitu dari 0°-180° atau (-90°)-90°. Secara umum untuk mengakses motor servo tipe standard adalah dengan cara memberikan pulsa high selama 1,5 ms dan mengulangnya setiap 20 ms, maka posisi servo akan berada ditengah atau netral (0°). Untuk pulsa 1 ms maka akan bergerak berkebalikan arah jarum jam dengan sudut -90°. Dan pulsa high selama 2 ms akan bergerak searah jarum jam sebesar 90° seperti terlihat pada gambar 2.8
(19)
19
Pengaturan pergerakan motor servo continous tidak jauh berbeda dengan pengaturan pengendalian motor servo standard, secara umum untuk berputar (rotasi) searah jarum jam harus diberi pulsa high selama 1,3 ms. Sedangkan untuk berputar berlawanan arah jarum jam harus diberi logika high selama 1,7 ms. Jika motor servo continous diberi pulsa high selama 1,5 ms maka akan berhenti. Pin signal pada motor servo dapat dikoneksi ke pin mikrokontroler sebagai pengendali dari pergerakan motor servo ini.
2.7 Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid Crystal Display (LCD) adalah satu layar bagian dari modul peraga yang menampilkan karakter yang diinginkan. Layar LCD menggunakan 2 buah lembaran bahan yang dapat mempolarisasikan dan kristal cair diantara kedua lembaran tersebut. Arus listrik yang melewati cairan menyebabkan kristal merata sehingga cahaya tidak dapat melalui setiap kristal. Sehingga dapat mengubah bentuk kristal cairnya membentuk tampilan angka atau huruf pada layar.
Dalam tugas akhir ini LCD character digunakan untuk menampilkan informasi data sensor, data nilai PID, dan indikator nilai PWM,. Bentuk LCD
character 16x2 ini dapat dilihat pada gambar 2.9.
(20)
Gambar 2.9 16x2 Character LCD Module
2.8 Motor DC
Motor DC adalah mesin yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis. Bentuk fisik motor DC dapat dilihat pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Motor DC
Cepat lambatnya motor DC dapat diatur berdasarkan duty cycle yang diberikan, jika duty cycle pada sinyal PWM besar, maka akan menghasilkan rata-rata tegangan yang besar pula sehingga motor DC akan berputar cepat, begitu juga sebaliknya jika duty cycle yang diberikan kecil akan mengahasilkan tegangan rata-rata yang kecil dan motor DC akan berputar lebih lambat.
2.9 Catu Daya (Baterai)
Baterai Lithium Polimer atau biasa disebut dngan LiPo merupakan salah satu jenis baterai yang sering digunakan dalam dunia RC. Baterai ini bersifat cair (Liquid), menggunakan elektrolit polimer yang padat, dan mampu menghantarkan
(21)
21
daya lebih cepat dan jenis baterai ini adalah hasil pengembangan dari Lithium Ion. Baterai Li-Po ini disebut sebagai baterai ramah lingkungan.
Kelebihan Baterai Li-Po 1. Ramah lingkungan.
2. Memiliki kapasitas penyimpanan energi listrik yang besar. 3. Memiliki bobot yang ringan.
Kekurangan Baterai Li-Po
1. Baterai Li-Po menggunakan bahan elektrolit yang mudah terbakar. 2. Butuh perawatan khusus untuk isi ulang, seperti jangan sampai baterai
habis baru di isi ulang. 3. Usia baterai lebih pendek. 2.10 Ubec
UBEC 3A adalah mode switch DC/DC regulator, mengeluarkan voltase yang konstan dan aman untuk receiver, gyro dan servo.
(22)
Gambar 2.12 Ubec Spesifikasi :
Output voltage : 5V@3A atau 6V@3A (dipilih dengan menukarkan posisi jumper)
Input : 5.5V 26V (2-6S Lipo atau 5-18 cells NiMH / NiCd) Fitur :
Menggunakan IC yang canggih untuk switch mode DC-DC regulator Voltase sangat konstan bahkan dapat bekerja dengan baterai LiPo 4S-6S Dilindungi metal dan juga penyaring untuk memperkecil pengaruh
gelombang elektromagnetik
(23)
BAB III
PERANCANGAN ALAT
Perancangan yang baik dan dilakukan secara sistematik akan memberikan kemudahan dalam proses pembuatan alat serta dapat mempermudah dalam proses analisis dari alat yang dibuat. Pada bab ini akan dijelaskan tentang perancangan sistem baik hardware maupun software beserta alasan pemilihan komponen yang digunakan.
3.1 Perancangan Sistem
Pada perancangan sistem penyeimbang mobil pada saat drifting ini, secara umum terdiri dari 3 bagian utama, yaitu masukan (input), proses, dan keluaran (output). Setiap bagian dari sistem mempunyai fungsi masing-masing yang akan saling berkaitan dalam sistem penyeimbang mobil pada saat drifting, seperti terlihat pada gambar 3.1 dibawah.
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Penyeimbang Mobil pada saat Drifting
Secara umum cara kerja dari sistem penyeimbang mobil pada saat
drifting ini adalah pertama-tama mendeteksi pergerakan laju mobil. Proses deteksi ini menggunakan sensor MPU 6050 untuk menghitung gerak mobil terhadap
(24)
sumbu accelerometer x dan gyroscope z. Jika terjadi perubahan gerak yang mendadak dari mobil maka accelerometer x dan gyroscope z akan mendeteksi dan akan memberi nilai masukan ke arduino. Selanjutnya akan dilakukan proses pengolahan data menggunakan metode PID untuk menghitung selisih error. Keluaran error yang sudah berupa PMW digunakan untuk memberi respon terhadap posisi mobil.
Pada blok diagram terdapat 3 bagian utama dari sistem yaitu, pertama masukan berupa data nilai accelerometer dan gyroscope dari sensor MPU 6050. Kedua mikrokontroler yang akan memproses data masukan menggunakan metode PID. Dan ketiga adalah keluaran berupa respon motor servo (steering dan rem).
3.1.1 Perangkat Masukan (input)
Masukan (input) dari sistem ini terdiri dari sensor MPU 6050 dan transmitter remote control.
a. Sensor MPU 6050
Sensor MPU 6050 merupakan sensor yang memiliki 2 sensor yaitu
accelerometer dan gyroscope yang terintegrasi dalam satu chip. Sensor ini digunakan untuk mengetahui gerak mobil terhadap gerak
accelerometer x, y, z dan gerak gyroscope x, y, z. Dalam pengaplikasian alat ini digunakan accelerometer x dan gyroscope z. Sensor MPU 6050 akan terus bekerja agar dapat mengetahui jika mobil terjadi perubahan gerak secara mendadak yang berlebihan.
(25)
25
b. Transmitter
Transmitter digunakan untuk memberi perintah laju dan gerak mobil. Alat ini berfungsi untuk memproses sinyal input agar dapat ditransmisikan sesuai kanal yang diinginkan.
3.1.2 Perangkat Process
Perangkat proses dari sistem ini terdiri dari arduino leonardo dan
receiver remote control.
a. Arduino Leonardo
Arduino leonardo ini merupakan papan mikrokontroler berbasis ATMega32u4. Arduino leonardo digunakan sebagai perangkat utama untuk mengontrol sistem penyeimbang mobil pada saat terjadi drifting
dengan menggunakan metode PID. Arduino leonardo ini memproses
input dari sensor MPU 6050 dan memberikan keputusan output berupa gerak steering dan rem dalam hal ini adalahmotor servo.
b. Receiver remote control
Receiver digunakan untuk menerima dan mengolah sinyal output
sehingga sesuai yang diperintahkan. 3.1.3 Perangkat Keluaran (output)
Perangkat keluaran merupakan hasil dari beberapa input yang telah diproses pada bagian process. Pada blok diagram terlihat tiga buah output berupa LCD, motor DC, dan motor servo. Berikut penjelasan dari masing-masing output
yang digunakan:
(26)
LCD digunakan untuk menampilkan data-data sensor. LCD yang digunakan yaitu LCD 16x2 karakter.
b. Motor DC
Motor DC digunakan sebagai penggerak mobil maju atau mundur yang diperintah dari remote control. Motor DC dan mikrokontroler dihubungkan melalui modul L298 sebagai driver motor. Output yang dihasilkan ke motor DC berupa keputusan mobil untuk maju atau mundur.
c. Motor Servo
Motor servo digunakan sebagai steering dan penggerak rem pada mobil.
Input dari sensor MPU6050 ke mikrokontroler akan menghasilkan
output berupa besarnya sudut motor servo. Perubahan sudut motor servo akan berganti selama proses penyeimbang mobil berlangsung.
3.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Perancangan perangkat keras sistem penyeimbang mobil pada saat
drifting pada tugas akhir ini dimodelkan pada mobil-mobilan remote control. Model RC yang dirancang memiliki 1 buah sensor MPU 6050 sebagai pendeteksi perubahan gerak mendadak, 1 buah motor DC beserta driver ESC sebagai penggerak mobil, 3 buah motor servo (1 buah untuk steering dan 2 buah untuk penggerak rem), dan 1 buah arduino leonardo sebagai pusat pengendali mobil.
Perancangan sistem kontrol yang meliputi pembuatan rangkaian-rangkaian elektronik yang saling terintegrasi membentuk sistem kendali dengan tujuan mengendalikan kerja sistem agar dapat bekerja sesuai dengan keinginan.
(27)
27
Adapun detail hubungan antara perangkat input, proses, dan output seperti terlihat pada wiring diagram dibawah.
Gambar 3.2 Wiring Diagram Sistem Penyeimbang Mobil
Dari diagram wiring diatas masing-masing komponen terintegrasi satu dengan yang lain. Tabel 3.1 dibawah menggambarkan hubungan antara pin arduino dengan perangkat input MPU 6050. Sensor MPU 6050 berfungsi memberikan posisi accelerometer dan gyroscope pada arduino.
Tabel 3.1 Konfigurasi PIN Sensor MPU 6050 dengan Arduino
No Sensor MPU 6050 Arduino Leonardo
1 VCC 5V
2 GND GND
3 SDA SDA
4 SCL SCL
Tabel 3.2 dibawah menggambarkan antara pin arduino dengan perangkat input Remote Control. Remote control menerima data dari remote control operator
(28)
berupa frekuensi yang kemudian memberi perintah maju, mundur, kiri, kanan, dan
brake.
Tabel 3.2 Konfigurasi PIN Remote Control dengan Arduino
No Remote control Arduino Leonardo
1 Ch1 Pin 4
2 Ch2 Pin 5
3 Ch3 Pin 6
4 Ch4 Pin7
Tabel 3.3 dibawah menggambarkan hubungan antara pin arduino dengan perangkat input LCD. LCD ini menunjukkan data sensor, data PID, data RC, dan perintah peyimpanan data ke SD card.
Tabel 3.3 Konfigurasi PIN LCD dengan Arduino
No LCD Arduino Leonardo
1 K GND
2 A VCC
3 D7 8
4 D6 9
5 D5 10
6 D4 11
7 E 12
8 RS 13
Tabel 3.4 dibawah menggambarkan hubungan antara pin arduino dengan
SD Card yang digunakan untuk menyimpan semua data dari sistem penyeimbang mobil pada saat drifting ini.
Tabel 3.4 Konfigurasi PIN SD Card denganArduino
No SD Card Arduino Leonardo
1 MOSI MOSI
2 MISU MISU
3 SCK SCK
4 CS A5
(29)
29
Tabel 3.5 dibawah menggambarkan hubungan antara pin arduino dengan perangkat motor dan tombol. Motor yang digunakan yaitu motor DC standar yang terhubung pada ESC dan 3 buah motor servo. 1 motor servo untuk steering dan 2 buah motor servo untuk rem.
Tabel 3.5 Konfigurasi PIN Arduino dengan Motor dan Tombol
No Arduino Leonardo Keterangan
1 A0 ESC (motor)
2 A1 Servo Steering
3 A2 Servo rem kiri
4 A3 Servo rem kanan
5 A4 Tombol/button
3.3 Implentasi Hardware
Implementasi hardware dari sistem ini terbagi menjadi beberapa bagian yang meliputi, implementasi remote control, implementasi power supply (baterai), implementasi Arduino Leonardo, implementasi sensor MPU 6050 (accelerometer
dan gyroscope), implementasi servo steering, implementasi servo rem, implementasi dan motor DC, implementasi media penyimpanan data, dan implementasi LCD. Bentuk fisik dari protoype penyeimbang mobil pada saat
drifting ditunjukkan pada gambar 3.3 dibawah.
Gambar 3.3 Prototype Penyeimbang Mobil pada saat Drifting 1
2
3 4 5
6 7
(30)
Bagian-bagian hardware pada protoype sistem penyeimbang mobil pada saat drifting yaitu:
1. Remote control
2. Modul penerima radio frekuensi dari remote control
3. Motor servo steering
4. Driver motor
5. Sensor MPU 6050 (accelerometer & gyroscope) 6. LCD
7. SD card
8. Motor servo rem 3.3.1 Implementasi Catu Daya
Semua komponen pada sistem ini mempunyai kebutuhan daya antara 5V smpai 7,4V. Catu daya untuk menyuplai daya servo, motor, dan board arduino. Atas dasar kebutuhan daya tersebut, maka cukup digunakan baterai dengan kapasitas 3000 mAh seperti pada gambar 3.4 dibawah.
(31)
31
3.3.2 Implementasi Sistem Minimum Arduino Leonardo
Sistem minimum Arduino Leonardo menggunakan mikrokontroler ATMega32u4. Arduino terhubung dengan komponen yang lain, antara lain sensor MPU 6050, motor servo steering, motor servo rem, driver motor, tombol, remote control, LCD, dan sd card. Untuk konfigurasi pin dari mikrokontroler dapat dilihat di tabel 3.1 sampai tabel 3.5. Tampilan papan Arduino Leonardo ditunjukkan pada gambar 3.5 dibawah.
Gambar 3.5 Papan Arduino Leonardo yang Terhubung Kebeberapa Komponen 3.3.3 Implementasi Sensor MPU 6050
Sensor MPU 6050 merupakan combo sensor antara accelerometer dan
gyroscope yang terintegrasi dalam satu chip. Sensor MPU 6050 memiliki dua buah output yaitu SCL dan SDA. Pin SCL terhubung ke pin SCL pada Arduino dan pin SDA terhubung ke pin SDA pada Arduino. Bentuk fisik sensor Arduino dapat dilihat pada gambar 3.6.
(32)
Gambar 3.6 Tampilan Sensor MPU 6050 (Accelerometer dan Gyroscope) 3.3.4 Implementasi Motor Servo Steering
Motor servo pada steering membutuhkan daya 5V. Motor servo steering
akan bekerja setelah menerima pulsa dari remote control. Motor servo ini akan bergerak 45° ke kiri dan 45° ke kanan. Motor servo steering terhubung ke pin A1 pada Arduino. Motor servo yang terpasang pada protoype penyeimbang mobil pada saat drifting dapat dilihat pada gambar 3.7 dibawah.
(33)
33
3.3.5 Implementasi Motor Servo Rem
Motor servo rem terdapat dua buah motor servo yang terdiri motor servo rem kiri dan motor servo rem kanan. Motor servo rem kiri terhubung ke pin A2 dan motor servo kanan terhubung ke pin A3 papan Arduino. Motor servo rem akan bekerja pada sistem automatis. Motor servo ini akan aktif jika terjadi drifting
dan akan melakukan pengereman pada roda yang memiliki gaya gesek yang besar. Servo rem kiri dan kanan diam pada nilai PWM 1500. Servo rem kiri bekerja jika ada nilai input PWM 1300. Servo rem kanan akan bekerja jika ada nilai input
PWM 1700. Gambar 3.8 dibawah menunjukkan motor servo rem yang telah terpasang.
Gambar 3.8 Tampilan Motor Servo Rem 3.3.6 Implementasi Motor DC
Motor DC pada perancangan dan implementasi prototype penyeimbang mobil pada saat drifting, berfungsi sebagai penggerak maju dan mundur prototype mobil. Motor DC bergerak jika diberi sinyal dari remote control. Cepat lambatnya motor DC, diatur berdasarkan duty cycle yang diberikan. Jika duty cycle pada sinyal PWM besar, maka akan menghasilkan rata-rata tegangan yang besar juga
(34)
sehingga motor DC akan berputar cepat. Begitu juga sebaliknya, jika duty cycle
yang diberikan kecil akan menghasilkan tegangan rata-rata yang kecil dan motor DC akan berputar lebih lambat. Pada implementasinya, motor akan diam pada nilai PWM 1300. Motor akan bergerak maju jika input nilai PWM lebih besar dari 1300 dan akan bergerak mundur pada nilai input PWM kurang dari 1300.
Gambar 3.9 Tampilan motor DC 3.3.7 Implementasi Media Penyimpanan Data
Media penyimpanan data yang digunakan yaitu modul sd card. Sd card
ini digunakan untuk mendapatkan data sensor, motor servo steering¸ motorservo rem, dan data dari remote control selama sistem aktif. Pin yang terhubung ke papan Arduino dapat dilihat pada tabel 3.4. Gambar 3.10 dibawah menampilkan modul sd card yang telah terpasang.
(35)
35
Gambar 3.10 Tampilan modul sd card
3.3.8 Implementasi LCD
LCD yang dipakai yaitu 16x2 karakter. LCD digunakan untuk menampilkan data sensor, data nilai PID, dan nilai PWM dari remote. Pin LCD yang terhubung ke pin Arduino dapat dilihat pada tabel 3.3. Untuk baris pertama menunjukkan data sensor gyroscope x, y, z. Dan baris kedua menunjukkan data sensor accelerometer x, y, z. Dibawah ini adalah gambar LCD yang terpasang pada prototype mobil.
(36)
Tidak
Tidak
Tidak Tidak
Ya
Ya 3.4 Perancangan Software
Perancangan perangkat lunak (software) bertujuan untuk menentukan setiap alur eksekusi dari perangkat sistem penyeimbang mobil pada saat drifting. Setiap input akan diterima dan diproses oleh software yang nantinya akan menentukan output dari sistem. Berikut alur kerja (flowchart) dari sistem yang dirancang.
Gambar 3.12 Flowchart Sistem Penyeimbang Mobil pada saat Drifting Mulai
Inisialisasi hardware
Mode automatis?
Setting Menu?
Jalankan RC
berdasarkan input
remote
Jalankan RC
berdasarkan input
remote
Cek : remote
control, sensor Tulis : konstanta
PID to EEPROM,
data to sd card.
Jalankan RC
berdasarkan input
remote
Gerak accelero
dan gyro ? Melakukan
perhitungan PID dengan konstanta yang
telah ditulis di EEPROM dan output
berupa penyeimbang steering automatis
(37)
37
Dari flowchart diatas, sistem dihidupkan kemudian akan menginisialisasi hardware.Jika tidak menggunakan mode automatis maka sistem akan menggunakan mode manual dimana RC bergerak sesuai input remote. Jika memilih mode automatis maka akan muncul setting menu. Setting menu antara lain cek input remote, cek sensor aktif atau tidak, apakah akan melakukan seting konstanta PID atau tidak, dan apakah akan menyimpan data ke sd card atau tidak. Jika sudah RC akan bergerak sesuai input remote. Sensor accelerometer dan
gyroscope akan mengambil data dari pergerakan RC. Jika terjadi perubahan gerak mendadak pada RC, maka akan melakukan perhitungan menggunakan kontrol PID.
3.4.1 Algoritma
Perancangan algoritma perangkat lunak merupakan tahap pengkodean antara perangkat input, output terhadap sistem kendali proses (arduino) yang akan digunakan untuk program penyeimbang mobil pada saat drifting. Perancangan
coding pada sistem prototype penyeimbang mobil ini bisa dilihat pada halaman lampiran.
(38)
Pada bab ini dibahas mengenai pengujian dan analisa dari sistem yang telah dibuat. Pengujian meliputi implementasi algoritma PID pada hardware yang bertujuan untuk mengetahui respon sistem pada saat terjadi drifting. Pengujian
hardware pada lintasan datar meliputi pengujian manual, pengujian menggunakan kontrol PD, PI, dan PID.
4.1 Pengujian Hardware
Tahapan pengujian hardware meliputi pengujian algoritma PD, PI, dan PID. Berikut penjelasan data hasil pengujian, seperti pada table dan grafik dibawah ini.
4.1.1 Pengujian Sistem Manual
Pengujian menggunakan sistem manual diujicobakan karena untuk melihat seberapa besar tingkat drifting yang dapat dilihat dari data sensor accelero x dan gyroscope z yang di kendalikan oleh pengemudi. Selanjutnya akan diketahui waktu untuk kembali ke posisi lurus.
Tabel 4.1 Pengujian Sistem Manual
Accelero x Gyroscope z Servo (pulsa PWM) Rem Kiri (pulsa PWM) Rem Kanan (pulsa PWM) 7 6 37 -13 -89 -39 -81 36 -86 -85 0 0 -5 -6 -67 -165 -126 -113 -111 -107 1695 1700 1611 1607 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
(39)
39
Accelero x Gyroscope z Servo (pulsa PWM) Rem Kiri (pulsa PWM) Rem Kanan (pulsa PWM) -8 43 -234 -242 -353 -217 -311 -98 -143 -151 -63 -93 -127 -56 -221 -37 -27 10 -109 18 123 -48 25 28 41 31 16 19 11 14 -144 -178 -161 -129 -85 -62 -60 -152 -224 -238 -217 -218 -168 -90 -74 -112 -101 -105 -50 -73 -47 -6 -7 0 62 1 -3 1 0 0 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1603 1610 1609 1603 1716 1635 1605 1603 1716 1700 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
Tabel 4.1 diatas merupakan data dari prototype mobil penyeimbang mobil pada saat drifting. Data yang diperolah antara lain data nilai accelero x, gyroscope z,servo steering, servo rem kiri, dan servo rem kanan. Nilai accelero
akan berubah-ubah sesuai pergerakan mobil kekiri atau kekanan. Untuk nilai
accelero nilai pada saat diam tidak pasti karena tergantung pada kemiringan dan pergeseran mobil. Untuk nilai gyroscope yaitu 0 karena nilai gyroscope akan
(40)
berubah ketika ada hentakan atau perubahan gerak secara mendadak. Ketika prototype mobil berjalan lurus, nilai dari servo steering yaitu 1700. Sedangkan untuk nilai servo rem kiri dan servo rem kanan dalam keadaan diam yaitu 1500.
Pada tabel 4.1 nilai accelero x yaitu 7, 6, 37, -13 dan seterusnya menunjukkan pergerakan mobil dan pergeseran mobil terhadap sumbu x. Nilai
gyroscope z yaitu 0, 0, -5, -6, dan seterusnya menunjukkan perubahan gerak mobil secara mendadak. Nilai gyroscope bernilai negatif jika pergerakan mobil berputar berlawanan dengan arah jarum jam dan akan bernilai positif jika searah jarum jam. Servo steering pada tabel 4.1 diperoleh nilai 1695, 1700,1611,1607, dan seterusnya. Saat nilai servo 1700, servo steering bergerak lurus. Jika nilai servo
steering dibawah 1700, mobil berbelok ke kiri dan jika servo bernilai diatas 1700, maka mobil berbelok ke kanan.
Gambar 4.1 menunjukkan grafik respon sensor gyroscope z. Sensor mendeteksi adanya perubahan gerak yang mendadak pada waktu ke 156 ms dan lurus kembali pada waktu ke 2028 ms. Pengujian sistem secara manual bisa
-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100
52
156 260 364 468 572 676 780 884 988
1092 1196 1300 1404 1508 1612 1716 1820 1924 2028
G
yro
sc
o
p
e
z
Time (ms)
Gambar 4.1 Grafik Respon Sensor Gyroscope z terhadap Waktu Menggunakan Sistem Manual
(41)
41
waktu 1872 ms. Perubahan gyroscope z ke nilai negatif karena mobil berputar berlawanan arah jarum jam.
Gambar 4.2 diatas menggambarkan grafik respon steering pada saat terjadi drifting. Pada proses steering ini menggunakan mode manual atau dikendalikan oleh pengemudi. Pada saat terjadi drifting sampai kembali stabil membutuhkan waktu 1924 ms.
4.1.2 Pengujian Sistem Menggunakan Kendali PD
Pengujian menggunakan algoritma PD dilakukan untuk membandingkan hasil output yang di dapat dari pengambilan data sensor pada prototype mobil RC. Adapun pengaturan nilai Kp = 42 dan Kd = 12. Berikut tabel 4.2, gambar 4.3 dan 4.4 menjelaskan respon sensor dan steering hasil pengujian menggunakan kontrol PD.
1300 1400 1500 1600 1700 1800
52
156 260 364 468 572 676 780 884 988
1092 1196 1300 1404 1508 1612 1716 1820 1924 2028
St
e
e
ri
n
g
Time (ms)
Gambar 4.2 Grafik Respon Steering terhadap Waktu Menggunakan Sistem Manual
(42)
Tabel 4.2 Pengujian Sistem Menggunakan Kendali PD
Accelero x Gyroscope z (pulsa PWM) Servo (pulsa PWM) Rem Kiri (pulsa PWM) Rem Kanan 12 16 7 0 -4 66 14 51 -61 210 82 154 150 2 -36 59 108 78 84 15 -135 -122 -84 8 -1 4 2 1 1 1 0 1 1 -1 4 76 107 126 151 143 98 135 128 78 168 294 381 400 621 551 462 406 304 221 42 2 0 0 0 0 1697 1700 1700 1689 1685 1775 1763 1784 1729 1341 1315 1315 1329 1745 1708 1737 1728 1786 1733 1742 1730 1737 1710 1695 1703 1700 1696 1700 1722 1701 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1300 1300 1300 1300 1500 1500 1300 1300 1300 1300 1300 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
Tabel 4.2 diatas menunjukkan hasil pengambilan data sistem automatis menggunakan kontrol PD. Data gyroscope z menunjukkan nilai 4, 76, 107, dan seterusnya, menunjukkan bahwa prototype mobil terjadi drifting ke arah kiri atau searah dengan jarum jam. Pada saat terjadi drifting berlebihan, servo rem akan
(43)
43
membantu mengurangi putaran roda yang berlebihan agar posisi mobil cepat kembali lurus. Pada saat rem kiri aktif maka servo akan bernilai 1300.
Dari grafik respon sensor gyroscope z diatas, drifting terjadi pada waktu ke 260 ms dan dapat stabil pada waktu ke 1404 ms. Sehingga membutuhkan waktu 1144 ms untuk memperbaiki drifting ke posisi stabil atau lurus kembali.
Gambar 4.4 Grafik Respon Steering terhadap Waktu Menggunakan Kendali PD
-100 0 100 200 300 400 500 600 700
52 156 260 364 468 572 676 780 884 988 1092 1196 1300 1404 1508
G
yro
sc
o
p
e
z
Time (ms)
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
52 156 260 364 468 572 676 780 884 988 1092 1196 1300 1404 1508
St
e
e
ri
n
g
Time (ms)
Gambar 4.3 Grafik Respon Sensor Gyroscope z terhadap Waktu Menggunakan Kendali PD
(44)
Dari grafik respon steering diatas, menghasilkan respon steering selama 1196 ms. Sistem mendeteksi adanya drifting pada wawktu ke 260 ms dan dapat kembali stabil pada waktu ke 1352 ms. Respon steering menggunakan kontrol PD tidak terjadi osilasi yang sangat besar.
4.1.3 Pengujian Sistem Menggunakan Kendali PI
Pengujian menggunakan algoritma PI dilakukan untuk membandingkan hasil output yang di dapat dari pengambilan data sensor pada prototype mobil RC. Adapun pengaturan nilai Kp = 42 dan Ki = 22. Berikut tabel 4.3, gambar 4.5 dan 4.6 menjelaskan respon sensor dan steering hasil algoritma PI.
Tabel 4.3 Pengujian Sistem Menggunakan Kendali PI
Accelero x Gyroscope z Servo (pulsa PWM) Rem Kiri (pulsa PWM) Rem Kanan (pulsa PWM) 10 6 -19 29 23 99 35 61 6 83 144 121 -86 -7 -12 25 4 28 21 10 25 -9 10 39 0 2 -1 -4 29 58 84 78 81 104 109 48 -71 -26 2 -2 -1 -1 -1 -10 -2 -1 0 2 1696 1671 1710 1755 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1713 1800 1699 1700 1693 1689 1686 1626 1737 1672 1716 1698 1701 1500 1500 1500 1500 1500 1300 1500 1500 1500 1300 1300 1300 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1700 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
(45)
45
Accelero x 17
1
Gyroscope z 0 0
Servo (pulsa PWM)
1693 1699
Rem Kiri (pulsa PWM)
1500 1500
Rem Kanan (pulsa PWM)
1500 1500
Tabel 4.3 menunjukkan hasil data pengujian sistem menggunakan kontrol PI. Dapat terlihat dari data gyroscope z, bahwa ketika terjadi drifting sistem dengan cepat memperbaiki error. Akan tetapi terjadi overhoot yang ditunjukkan dari nilai gyroscope z yang awalnya positif berubah ke nilai negatif.
Respon sensor pada gambar 4.5 diatas terjadi pada waktu ke 156 ms dan kembali lurus pada waktu ke 1196 ms. Sistem dapat menyeimbangkan prototype mobil dalam waktu 1040 ms. Kontrol PI memberikan respon sistem yang baik, tetapi terjadi overshoot dan masih terjadi osilasi.
Gambar 4.5 Grafik Respon Sensor Gyroscope z terhadap Waktu Menggunakan Kendali PI
-100 -50 0 50 100 150
G
y
ro
sc
o
p
e
z
(46)
Gambar 4.6 diatas menujukkan respon steering yang cepat pada saat terjadi error. Pada waktu ke 52 ms, sistem mendeteksi error dan kembali stabil pada waktu ke 1248. Jadi waktu yang dibutuhkan sebanyak 1196 ms untuk kembali ke posisi stabil menggunakan kontrol PI.
4.1.4 Pengujian Sistem Menggunakan Kendali PID
Pengujian menggunakan algoritma PID dilakukan untuk membandingkan hasil output yang di dapat dari pengambilan data sensor pada prototype mobil RC. Adapun pengaturan nilai Kp = 42, Ki = 22, dan Kd = 12. Berikut tabel 4.4, gambar 4.7 dan 4.8 menjelaskan respon sensor dan steering hasil pengujian sistem menggunakan kontrol PID.
1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850
52
104 156 208 260 312 364 416 468 520 572 624 676 728 780 832 884 936 988
1040 1092 1144 1196 1248 1300 1352
S
te
e
ri
n
g
Time (ms)
Gambar 4.6 Grafik Respon Steering terhadap Waktu Menggunakan Kendali PI
(47)
47
Tabel 4.4 Pengujian Menggunakan Kendali PID
Accelero x Gyroscope z (pulsa PWM) Servo (pulsa PWM) Rem Kiri (pulsa PWM) Rem Kanan 5 3 4 24 31 -25 27 15 11 -28 -84 -53 -66 -179 -276 114 -81 -9 -158 -23 -67 43 3 34 42 -46 9 16 -2 7 7 7 5 7 0 0 0 -3 -52 -26 -44 -33 -15 -23 -83 -121 -121 -199 -165 -137 -130 -118 -120 -115 -91 -111 -111 -86 -13 -3 -2 5 -1 0 0 0 0 0 1696 1696 1700 1691 1663 1639 1688 1675 1695 1622 1450 1450 1450 1562 1611 1580 1460 1487 1575 1513 1508 1496 1480 1676 1697 1701 1697 1700 1688 1696 1694 1693 1697 1697 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1700 1500 1500 1700 1700 1700 1700 1500 1700 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
Dari tabel 4.4 diatas, dapat dilihat dari data nilai gyroscope z bernilai negatif menandakan gerak mobil berputar berlawanan arah jarum jam. Untuk
(48)
mengetahui berapa waktu yang dibutuhkan sistem memperbaiki posisi dapat dilihat digambar 4.7 dan 4.8 dibawah.
Gambar 4.7 Grafik Respon Gyroscope terhadap Waktu Menggunakan Kendali PID
Dari gambar 4.7 dapat dilihat bahwa mobil mulai tidak stabil pada waktu ke 208 ms dan kembali pada keadaan stabil pada waktu ke 1508 ms. Sehingga membutuhkan waktu 1300 ms untuk membuat mobil ke keadaan stabil. Dan dari grafik respon gyroscope z diatas hanya sedikit osilasi yang terjadi.
Gambar 4.8 Grafik Respon Steering terhadap Waktu Menggunakan Kendali PID Gambar 4.8 diatas menunjukkan grafik respon steering menggunakan kontrol PID. Sistem mulai terjadi drifting pada waktu ke 156 ms dan mulai stabil pada waktu ke 1352 ms. Sehingga membutuhkan waktu 1196 ms untuk memperbaiki posisi mobil mejadi stabil kembali.
1300 1400 1500 1600 1700 1800
St
e
e
ri
n
g
Time (ms)
-250 -200 -150 -100 -50 0 50
G
yr
o
sc
o
p
e
z
(49)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil perancangan dan pengujian serta analisis data dari sistem penyeimbang mobil pada saat drifting yang dibahas pada penulisan laporan tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulan yang berkaitan dengan hasil analisis data yang mengacu kepada tujuan perancangan dan implementasi prototype penyeimbang mobil pada saat drifting ini.
1. Respon pengujian sistem secara manual membutuhkan waktu yang lama untuk membuat mobil stabil kembali karena tidak dibantu dengan steering
dan rem automatis. Pengujian sistem secara manual membutuhkan waktu 2028 ms.
2. Respon pengujian sistem menggunakan kontrol PD membutuhkan waktu 1144 ms untuk kembali ke posisi stabil. Sistem menggunakan kontrol PD, ketika terjadi drifting langsung menurunkan error namun responnya lambat dan masih terjadi osilasi.
3. Respon pengujian sistem menggunakan kontrol PI membutuhkan waktu 1040 ms. Sistem mengunakan kontrol PI memiliki respon yang cepat untuk menurukan error, namun bisa terjadi overshoot dan osilasi.
4. Respon pengujian sistem menggunakan kontrol PID membutuhkan waktu 1300 ms untuk kembali ke posisi stabil. Pengujian menggunakan kontrol PID relatif tidak terjadi osilasi namun membutuhkan waktu agak lama dibandingkan menggunakan kontrol PI dan PD.
(50)
5.2 Saran
Untuk pengembangan dan peningkatan lebih lanjut dari perancangan dan implementasi prototype penyeimbang mobil pada saat drifting ini ada beberapa point yang perlu diperhatikan dalam perancangannya.
1. Untuk pengembangan lebih lanjut, sebaiknya menggunakan mekanik yang lebih baik khususnya pada bagian steering.
2. Sensor gyroscope memiliki nilai bias, sebaiknya ditambahkan filter.
(51)
LAPORAN TUGAS AKHIR
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI PROTOTYPE
PENYEIMBANG MOBIL PADA SAAT
DRIFTING
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan menempuh pendidikan program Sarjana di Program Studi Teknik Elektro
Oleh :
AMIRUDIN FANANI 1.31.10.017
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER
UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA
(52)
Nama : Amirudin Fanani Tempat, Tanggal Lahir : Madiun,
Jenis Kelamin : Laki-laki
Agama : Islam
Alamat Asal : Perum. Bumi Mojopurno Indah Jalan Mojo Asri Blok B.0 nomor 66, Madiun – Jawa Timur Nomor Telepon : [Handphone] 082226166687
E-mail : fanani.12@gmail.com
2010 – 2016 : Teknik Elektro, Universitas Komputer Indonesia 2007 – 2010 : SMA Negeri 4 Madiun
2004 – 2007 : SMP Negeri 10 Madiun
1998 – 2004 : SD Negeri 1 Mangkujayan Ponorogo 1996 – 1998 : TK Pembina Ponorogo
2013 : Kerja Praktek di PT. Perusahaan Listrik Negara (PLN) Region Ponorogo
IDENTITAS DIRI
PENDIDIKAN FORMAL
(53)
DAFTARISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN... i ABSTRAK... ii ABSTRACT... iii KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xii BAB I. PENDAHULUAN... 1
1.1Latar Belakang... 1 1.2Identifikasi Masalah... 2 1.3Rumusan Masalah... 2 1.4Tujuan... 2 1.5Batasan Masalah... 2 1.6Metoda Penelitian... 3 1.7Sistematika Penulisan Laporan... 4
BAB II. LANDASAN TEORI... 6 2.1Sensor MPU 6050... 6 2.2Remote Control (TX-RX)... 7 2.3Arduino Leonardo... 8 2.3.1 Sumber Daya Arduino Leonardo... 9
(54)
2.4Pulse Width Modulation (PWM)... 13 2.5KendaliProportional - Integral - Derivative (PID)... 14 2.5.1 KendaliProportional... 15 2.5.2 KendaliIntegrative... 16 2.5.3 KendaliDerivative... 16 2.6Motor Servo... 17 2.7Liquid Crystal Display (LCD)... 19 2.8Motor DC... 20 2.9Catu Daya (Baterai)... 20 2.10 Ubec... 21 BAB III. PERANCANGAN ALAT... 23 3.1Perancangan Sistem... 23 3.1.1 Perangkat Masukan (input)... 24 3.1.2 Perangkat Process... 25 3.1.3 PerangkatKeluaran (output)... 25 3.2Perancangan Perangkat Keras (Hardware)... 26 3.3Implementasi Hardware... 29 3.3.1 Implementasi Catu Daya... 30 3.3.2 Implementasi Sistem Minimum Arduino Leonardo... 31 3.3.3 Implementasi Senso MPU 6050... 31 3.3.4 Implementasi Motor Servo Steering... 32
(55)
3.3.5 Implementasi Motor Servo Rem... 33
3.3.6 Implementasi Motor DC... 33
3.3.7 Implementasi Media Penyimpanan Data... 34
3.3.8 Implementasi LCD... 35
3.4 Perancangan Software... 36
3.4.1 Algoritma... 37
BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS... 38
4.1 Pengujian hardware... 38
4.1.1 Pengujian Sistem Manual... 38
4.1.2 Pengujian Sistem Menggunakan Kendali PD... 41
4.1.3 Pengujian Sistem Menggunakan Kendali PI... 44
4.1.4 Pengujian Sistem Menggunakan Kendali PID... 46
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN... 49
5.1 Kesimpulan... 49
5.2 Saran... 50
DAFTAR PUSTAKA... 51 LAMPIRAN
(56)
Gambar 2.1 Sensor MPU 6050... 6
Gambar 2.2 Cara Kerja Sensor terhadap Axis x, y, z... 7
Gambar 2.3 Remote control Track Star 46... 8
Gambar 2.4 Arduino Leonardo... 8
Gambar 2.5 Pemetaan Pin Arduino Leonardo... 13
Gambar 2.6 Sinyal PWM... 13
Gambar 2.7 Motor Servo... 17
Gambar 2.8 Sinyal Kontrol Motor Servo... 19
Gambar 2.9 16x2 Character LCD Module... 20
Gambar 2.10 Motor DC... 20
Gambar 2.11 Baterai Li-Po... 21
Gambar 2.12 Ubec... 22
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem... 23
Gambar 3.2 Wiring diagram sistem... 27
Gambar 3.3 Prototype Penyeimbang Mobilpada saat Drifting... 29
Gambar 3.4 Tampilan Baterai sebagai Sumber Daya Prototype Mobil... 30
Gambar 3.5 Papan Arduino Leonardo yang Terhubung Kebeberapa Komponen... 31
Gambar 3.6 Tampilan Sensor MPU 6050... 32
Gambar 3.7 Motor Servo Steering... 32
(57)
Gambar 3.9 Tampilan Motor DC... 34
Gambar 3.10 Tampilan Modul Sd Card... 35
Gambar 3.11 Tampilan LCD 16x2 Karakter... 35
Gambar 3.12 Flowchart Sistem... 36
Gambar 4.1 Grafik Respon SensorGyroscope z terhadap Waktu Menggunakan Sistem Manual... 40
Gambar 4.2 Grafik Respon Steeringterhadap WaktuMenggunakan Sistem Manual... 41
Gambar 4.3 Grafik Respon Sensor Gyroscope z terhadap WaktuMenggunakan Kendali PD... 43
Gambar 4.4 Grafik Respon Steering terhadap Waktu MenggunakanKendali PD... 43
Gambar 4.5 Grafik Respon Sensor Gyroscope z terhadap Waktu Menggunakan Kendali PI... 45
Gambar 4.6 Grafik Respon Steering terhadap WaktuMenggunakanKendali PI... 46
Gambar 4.7 Grafik Respon Gyroscopeterhadap Waktu Menggunakan Kendali PID... 48
Gambar 4.8 Grafik Respon Steering terhadap Waktu Menggunakan Kendali PID... 48
(58)
Tabel 2.1 Spesifikasi Arduino Loenardo... 9
Tabel 2.2 Uraian Perbandingan Jenis Arduino... 9
Tabel 3.1 Konfigurasi PIN Sensor MPU 6050 dengan Arduino... 27
Tabel 3.2 Konfigurasi PIN Remote Control dengan Arduino... 28
Tabel 3.3 Konfigurasi PIN LCD dengan Arduino... 28
Tabel 3.4 Konfigurasi PIN SD Card dengan Arduino... 28
Tabel 3.5 Konfigurasi PIN Arduino dengan Motor dan Tombol... 29
Tabel 4.1 Pengujian Sistem Manual... 38
Tabel 4.2 PengujianSistem Menggunakan Kendali PD... 42
Tabel 4.3 Pengujian Sistem Menggunakan Kendali PI... 44
(59)
DAFTAR PUSTAKA
[1] Hidayat, Rahmat, Rancang Bangun Sistem Penstabil Kamera Untuk Foto Udara Berbasis Wahana Udara Quadcopter
[2] Kompasiana, teknologi mengenal system keselamatan pada mobil. [Online] Avalaible:teknologi.kompasiana.com/otomotif/2014/08/14/mengenal-sistem-keselamatan-pada-mobil-680181.html
[3] Accelerator and gyroscope. [Online]. Available:http://siska-theanalyst. blogspot.com/2012/05/accelerator-and-gyroscop.html
[4] Keseimbangan Robot Menggunakan Sensor GyroGS-12 danAccelerometer
DE-ACCM3D
[5] Axis gyroscope-accelerometer [Online].
Available:http://www.vcc2gnd.com/2014/02/mpu-6050-6-axis-gyroscope accelerometer.html
(60)
Amirudin Fanani
Universitas Komputer Indonesia Jl. Dipati Ukur No. 112, Bandung
Email : fanani.12@gmail.com Abstrak
Prototype penyeimbang mobil pada saat drifting memodelkan sistem kendaraan yang dapat mengurangi terjadinya drifting. Sensor untuk mendeteksi proses terjadinya drifting digunakan accelerometer dan gyroscope tipe MPU 6050. Drifting terjadi akibat ban belakang tergelincir dengan alur yang lebih besar dari pada ban depan. Perubahan data pada sensor yang diakibatkan perubahan gerak secara mendadak akan direspon oleh mikrokontroller arduino leonardo. Selanjutnya mikrokontroller akan mengendalikan steering dan rem agar mobil tidak terjadi drifting yang berlebihan. Komponen steering dan rem dimodelkan dengan motor servo dc standar.
Kata Kunci : Accelerometer, Gyroscope, Drifting, PID, Penyeimbang mobil pada saat drifting
I. PENDAHULUAN
Banyaknya kasus kecelakaan roda empat di Indonesia, diakibatkan oleh dua faktor berbeda. Faktor pertama, diakibatkan oleh pengemudi yang tidak dapat mengendalikan kendaraannya dikarenakan jalan licin, pengereman mendadak, dan ban pecah. Faktor kedua, diakibatkan kendaraan yang belum menerapkan teknologi sistem penyeimbang pada saat terjadi drifting pada sistem pengereman dan steering. Seperti kasus kecelakaan yang dialami Dul putra musisi Ahmad Dhani, dari hasil olah tempat kejadian perkara yang dilakukan pihak kepolisian di lokasi kecelakaan, mobil Mitsubishi Lancer yang dikendarai Dul tergelincir karena terdapat jejak ban yang membekas di jalan. Penelitian tugas akhir ini, memodelkan sistem kendaraan yang dapat mengurangi terjadinya drifting. Sensor untuk mendeteksi proses terjadinya drifting digunakan accelerometer dan gyroscope tipe MPU 6050. Drifting terjadi akibat ban belakang tergelincir dengan alur yang lebih besar dari pada ban depan. Perubahan data pada sensor yang
akan direspon oleh mikrokontroller arduino leonardo. Selanjutnya mikrokontroller akan mengendalikan steering dan rem agar mobil tidak terjadi drifting yang berlebihan. Komponen steering dan rem dimodelkan dengan motor servo dc standar. Dari permasalahan tersebut maka dirancang suatu sistem yang dapat membantu pengemudi untuk menstabilkan kendaraan secara otomatis pada saat terjadi drifting sehingga kendaraan tidak lepas kendali,
maka peneliti mengangkat judul “Perancangan
dan Implementasi Prototipe Penyeimbang Mobil Pada Saat Drifting” sebagai tema dari Tugas Akhir ini.
II. LANDASAN TEORI
A. Sensor MPU 6050
Sensor MPU 6050 merupakan combo sensor antara accelerometer dan gyroscope yang terintegrasi dalam satu chip. Sensor ini merupakan 6 axismotion processing unit dengan penambahan regulator tegangan dan 3,3V
(61)
tegangan 5V. Sensor MPU 6050 memiliki dua buah output yaitu SCL dan SDA.
Gambar 1. Sensor MPU 6050 – 3 axis accelerometer + 3 axis gyroscope
B. Arduino Leonardo
Arduino Leonardo adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega32u4. Arduino Leonardo memiliki 20 digital pin input/output (yang mana 7 pin dapat digunakan sebagai output PWM dan 12 pin sebagai input analog), 16 MHz kristal osilator, koneksi mikro USB, jack power suplay tegangan, tegangan operasi 5V, flash memory 32 KB, SRAM 2,5 KB,header ICSP, EEPROM 1 KB, dan tombol reset
.
Gambar 2 Arduino Leonardo
C. Pulse Width Modulation (PWM)
PWM merupakan sebuah metoda untuk membangkitkan sinyal output berupa pulsa yang periodanya berulang antara high atau low dimana kita dapat mengontrol duraasi sinyal high atau low sesuai dengan yang kita inginkan. PWM bias dibangkitkan secara software maupun hardware, sehingga dapat dibentuk gelombang dengan duty cycle yang dapat diatur sesuai
dengan program. Duty cycle merupakan perbandingan periode lamanya suatu sistem bernilai logika high atau low. Variasai duty cycle ini memberikan harga tegangan rata-rata yang berbeda-beda.
Gambar 3. Sinyal PWM
D. Kendali PID
PID merupakan kontroller untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada system tersebut. Komponen control PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu proportional, integrative, dan derivative. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun ssendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu plant, sehingga kelemahan-kelemahan pada salah satu komponen dapat ditutupi oleh komponen yang lain. Komponen I dan D tidak dapat berdiri sendiri dan selalu dikombinasikan dengan komponen P, menjadi pengontrol PI atau PID. Pengontrol PID akan mengeluarkan aksi kontrol dengan membandingkan kesalahan atau error yang merupakan selisih dari proses variable dan set point, yang akan digunakan sebagai input pengontrol untuk mengeluarkan sinyal kontrol.
E. Motor Servo
Motor servo adalah sebuah motor DC dengan sistem umpan balik tertutup dimana posisi rotornya akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, potensiometer, dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Pada motor servo biasanya terdapat tiga buah kabel, yang pertama untuk tegangan masukkan, yang kedua untuk
(62)
Gambar 4. Motor Servo
F. Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid Crystal Display (LCD) adalah satu layar bagian dari modul peraga yang menampilkan karakter yang diinginkan. Layar LCD menggunakan 2 buah lembaran bahan yang dapat mempolarisasikan dan kristal cair diantara kedua lembaran tersebut. Arus listrik yang melewati cairan menyebabkan kristal merata sehingga cahaya tidak dapat melalui setiap kristal. Sehingga dapat mengubah bentuk kristal cairnya membentuk tampilan angka atau huruf pada layar.
Gambar 5. 16x2 Character LCD Module
G. Motor DC
Motor DC adalah mesin yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis. Cepat lambatnya motor DC dapat diatur berdasarkan duty cycle yang diberikan, jika duty cycle pada sinyal PWM besar, maka akan menghasilkan rata-rata tegangan yang besar pula sehingga motor DC akan berputar cepat, begitu juga sebaliknya jika duty cycle yang diberikan kecil akan
Gambar 6. Motor DC
H. Catu Daya (Baterai)
Baterai Lithium Polimer atau biasa disebut dngan LiPo merupakan salah satu jenis baterai yang sering digunakan dalam dunia RC. Baterai ini bersifat cair (Liquid), menggunakan elektrolit polimer yang padat, dan mampu menghantarkan daya lebih cepat dan jenis baterai ini adalah hasil pengembangan dari Lithium Ion. Baterai Li-Po ini disebut sebagai baterai ramah lingkungan.
Gambar 7. Baterai Li-Po
I. Ubec
UBEC 3A adalah mode switch DC/DC regulator, mengeluarkan voltase yang konstan dan aman untuk receiver, gyro dan servo. Tegangan Output Ubec yaitu 5 Volt atau 6 Volt. Tegangan Input 5,5 V- 26 V.
(63)
III. PERANCANGAN ALAT
Pada perancangan sistem penyeimbang mobil pada saat drifting ini, secara umum terdiri dari 3 bagian utama, yaitu masukan (input), proses, dan keluaran (output). Setiap bagian dari sistem mempunyai fungsi masing-masing yang akan saling berkaitan dalam sistem penyeimbang mobil pada saat drifting, seperti terlihat pada gambar 9 dibawah.
Gambar 9. Blok Diagram Sistem
A. Perancangan Perangkat Keras
Perancangan perangkat keras sistem penyeimbang mobil pada saat drifting pada tugas akhir ini dimodelkan pada mobil-mobilan remote control. Model mobil-mobilan yang dirancang memiliki 1 buah sensor MPU 6050 sebagai pendeteksi perubahan gerak mendadak, 1 buah motor DC beserta driver ESC sebagai penggerak mobil, 3 buah motor servo (1 buah untuk
steering dan 2 buah untuk penggerak rem), dan 1 buah arduino leonardo sebagai pusat pengendali mobil. Adapun detail hubungan antara perangkat input, proses, dan output
seperti terlihat pada wiring diagram
dibawah.
Gambar 10. Wiring Diagram Sistem
Dari diagram wiring diatas masing-masing komponen terintegrasi satu dengan yang lain. Tabel 1 dibawah menggambarkan hubungan antara pin arduino dengan perangkat input MPU 6050. Sensor MPU 6050 berfungsi memberikan posisi
accelerometer dan gyroscope pada arduino. Tabel 1. Konfigurasi PIN Sensor MPU
6050 dengan Arduino No Sensor MPU
6050
Arduino Leonardo
1 VCC 5V
2 GND GND
3 SDA SDA
4 SCL SCL
Tabel 2 dibawah menggambarkan antara pin arduino dengan perangkat input
Remote Control. Remote control menerima data dari remote control operator berupa frekuensi yang kemudian memberi perintah maju, mundur, kiri, kanan, dan brake.
Tabel 2 Konfigurasi PIN remote control
dengan Arduino
No Remote control Arduino Leonardo
1 Ch1 Pin 4
2 Ch2 Pin 5
3 Ch3 Pin 6
4 Ch4 Pin7
Tabel 3 dibawah menggambarkan hubungan antara pin arduino dengan perangkat input LCD. LCDini menunjukkan data sensor, data PID, data RC, dan perintah peyimpanan data ke SD card.
Tabel 3 Konfigurasi PIN LCD dengan Arduino
No LCD Arduino Leonardo
1 K GND
2 A VCC
3 D7 8
4 D6 9
(1)
saat diam tidak pasti karena tergantung pada kemiringan dan pergeseran mobil. Untuk nilai gyroscope yaitu 0 karena nilai
gyroscope akan berubah ketika ada hentakan atau perubahan gerak secara mendadak. Ketika prototype mobil berjalan lurus, nilai dari servo steering yaitu 1700. Sedangkan untuk nilai servo rem kiri dan servo rem kanan dalam keadaan diam yaitu 1500.
Pada tabel 6 nilai accelero x yaitu7, 6, 37, -13 dan seterusnya menunjukkan pergerakan mobil dan pergeseran mobil terhadap sumbu x. Nilai gyroscope z yaitu 0, 0, -5, -6, dan seterusnya menunjukkan perubahan gerak mobil secara mendadak. Nilai gyroscope bernilai negatif jika pergerakan mobil berputar berlawanan dengan arah jarum jam dan akan bernilai positif jika searah jarum jam. Servo steering
pada tabel 6 diperoleh nilai 1695, 1700,1611,1607, dan seterusnya. Saat nilai servo 1700, servo steering bergerak lurus. Jika nilai servo steering dibawah 1700, mobil berbelok ke kiri dan jika servo bernilai diatas 1700, maka mobil berbelok ke kanan.
2. Pengujian Sistem Menggunakan
Kontrol PD
Pengujian menggunakan algoritma PD dilakukan untuk membandingkan hasil
output yang di dapat dari pengambilan data sensor pada prototype mobil RC. Adapun pengaturan nilai Kp = 42 dan Kd = 12. Berikut tabel 7 menjelaskan respon sensor dan steering hasil pengujian menggunakan kontrol PD.
Tabel 7. Pengujian sistem menggunakan kontrol PD
Accelero x
Gyroscope z
Servo Rem Kiri Rem Kanan 12 16 7 0 1 1 1697 1700 1700 1500 1500 1500 1500 1500 1500 0 -4 66 14 51 -61 210 82 154 150 2 -36 59 108 78 84 15 -135 -122 -84 8 -1 4 2 1 1 1 -1 4 76 107 126 151 143 98 135 128 78 168 294 381 400 621 551 462 406 304 221 42 2 0 0 0 0 1689 1685 1775 1763 1784 1729 1341 1315 1315 1329 1745 1708 1737 1728 1786 1733 1742 1730 1737 1710 1695 1703 1700 1696 1700 1722 1701 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1300 1300 1300 1300 1500 1500 1300 1300 1300 1300 1300 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
Tabel 7 diatas menunjukkan hasil pengambilan data sistem automatis menggunakan kontrol PD. Data gyroscope z
menunjukkan nilai 4, 76, 107, dan seterusnya, menunjukkan bahwa prototype mobil terjadi drifting ke arah kiri atau searah dengan jarum jam. Pada saat terjadi drifting
berlebihan, servo rem akan membantu mengurangi putaran roda yang berlebihan agar posisi mobil cepat kembali lurus. Pada saat rem kiri aktif maka servo akan bernilai 1300.
3. Pengujian Sistem Menggunakan
Kontrol PI
Pengujian menggunakan algoritma PI dilakukan untuk membandingkan hasil
output yang di dapat dari pengambilan data sensor pada prototype mobil RC. Adapun pengaturan nilai Kp = 42 dan Ki = 22. Berikut tabel 8 menjelaskan respon sensor dan steering hasil algoritma PI.
(2)
Tabel 8. Pengujian sistem menggunakan kontrol PI Accelero x Gyroscope z
Servo Rem Kiri Rem Kanan 10 6 -19 29 23 99 35 61 6 83 144 121 -86 -7 -12 25 4 28 21 10 25 -9 10 39 17 1 0 2 -1 -4 29 58 84 78 81 104 109 48 -71 -26 2 -2 -1 -1 -1 -10 -2 -1 0 2 0 0 1696 1671 1710 1755 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1713 1800 1699 1700 1693 1689 1686 1626 1737 1672 1716 1698 1701 1693 1699 1500 1500 1500 1500 1500 1300 1500 1500 1500 1300 1300 1300 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1700 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
Tabel 8 menunjukkan hasil data pengujian sistem menggunakan kontrol PI. Dapat terlihat dari data gyroscope z, bahwa ketika terjadi drifting sistem dengan cepat memperbaiki error. Akan tetapi terjadi
overhoot yang ditunjukkan dari nilai
gyroscope z yang awalnya positif berubah ke nilai negatif.
4. Pengujian Sistem Menggunakan
Kontrol PID
Pengujian menggunakan algoritma PID dilakukan untuk membandingkan hasil
output yang di dapat dari pengambilan data sensor pada prototype mobil RC. Adapun pengaturan nilai Kp = 42, Ki = 22, dan Kd = 12. Berikut tabel 9 menjelaskan respon sensor dan steering hasil pengujian sistem menggunakan kontrol PID.
Tabel 9. Pengujian sistem menggunakan kontrol PID
Accelero x
Gyroscope z
Servo Rem Kiri Rem Kanan 5 3 4 24 31 -25 27 15 11 -28 -84 -53 -66 -179 -276 114 -81 -9 -158 -23 -67 43 3 34 42 -46 9 16 -2 7 7 7 5 7 0 0 0 -3 -52 -26 -44 -33 -15 -23 -83 -121 -121 -199 -165 -137 -130 -118 -120 -115 -91 -111 -111 -86 -13 -3 -2 5 -1 0 0 0 0 0 1696 1696 1700 1691 1663 1639 1688 1675 1695 1622 1450 1450 1450 1562 1611 1580 1460 1487 1575 1513 1508 1496 1480 1676 1697 1701 1697 1700 1688 1696 1694 1693 1697 1697 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1700 1500 1500 1700 1700 1700 1700 1500 1700 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
Dari tabel 9 diatas, dapat dilihat dari data nilai gyroscope z bernilai negatif menandakan gerak mobil berputar berlawanan arah jarum jam.
(3)
V. PENUTUP A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil perancangan dan pengujian serta analisis data dari sistem penyeimbang mobil pada saat drifting yang dibahas pada penulisan laporan tugas akhir ini, dapat diambil beberapa kesimpulan yang berkaitan dengan hasil analisis data yang mengacu kepada tujuan perancangan dan implementasi prototype penyeimbang mobil pada saat drifting ini.
1. Respon pengujian sistem secara manual membutuhkan waktu yang lama untuk membuat mobil stabil kembali karena tidak dibantu dengan
steering dan rem automatis. Pengujian sistem secara manual membutuhkan waktu 2028 ms. 2. Respon pengujian sistem
menggunakan kontrol PD membutuhkan waktu 1144 ms untuk kembali ke posisi stabil. Sistem menggunakan kontrol PD, ketika terjadi drifting langsung menurunkan
error namun responnya lambat dan masih terjadi osilasi.
3. Respon pengujian sistem menggunakan kontrol PI membutuhkan waktu 1040 ms. Sistem mengunakan kontrol PI memiliki respon yang cepat untuk menurukan error, namun bisa terjadi
overshoot dan osilasi.
4. Respon pengujian sistem menggunakan kontrol PID membutuhkan waktu 1300 ms untuk kembali ke posisi stabil. Pengujian menggunakan control PID relatif tidak terjadi osilasi namaun membutuhkan waktu agak lama dibandingkian menggunakan kontrol PI dan PD.
B. Saran
Untuk pengembangan dan peningkatan lebih lanjut dari perancangan dan implementasi prototype penyeimbang mobil pada saat
drifting ini ada beberapa point yang perlu diperhatikan dalam perancangannya.
1.Untuk pengembangan lebih lanjut, sebaiknya menggunakan mekanik yang lebih baik khususnya pada bagian steering.
2.Sensor gyroscope memiliki nilai bias, sebaiknya ditambahkan filter.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Hidayat, Rahmat, Rancang Bangun Sistem Penstabil Kamera Untuk Foto Udara Berbasis Wahana Udara Quadcopter
[2] Kompasiana, teknologi mengenal sistem keselamatan pada mobil. [Online] Avalaible:teknologi.kompasiana.com/oto motif/2014/08/14/mengenal-sistem-keselamatan-pada-mobil-680181.html
[3] Accelerator and gyroscope. [Online]. Available:http://siska-theanalyst.
blogspot.com/2012/05/accelerator-and-gyroscop.html
[4] Keseimbangan Robot Menggunakan Sensor Gyro GS-12 dan Accelerometer
DE-ACCM3D
[5] Axis gyroscope-accelerometer [Online]. Available:http://www.vcc2gnd.com/201 4/02/mpu-6050-6-axis-gyroscope accelerometer.html
(4)
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT. Atas berkah, rahmat, dan karunia-Nya yang senantiasa dilimpahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan perancagan alat dan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul Perancangan Dan Implementasi Prototype Penyeimbang Mobil Pada Saat Drifting. Shalawat serta salam senantiasa tercurah kepada junjungan umat, Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan tauladan dan inspirasi di segala aspek kehidupan.
Penulisan laporan tugas akhir disusun untuk memenuhi persyaratan mencapai derajat S-1 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, Universitas Komputer Indonesia, Bandung.
Penulisan laporan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati, peulis ingin mengucapkan terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya kepada :
1. Kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini.
2. Bapak, Ibu, Nenek, Adik, dan seluruh keluarga penulis atas kasih sayang, do’a, dan motivasinya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dan laporan tugas akhir ini.
(5)
v
3. Bapak Dr. Ir. Eddy Soegoto, M.Sc. selakuRektor Universitas Komputer Indonesia Bandung.
4. Bapak Prof. Dr. H. Denny Kurniadie, Ir., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, Universitas Komputer Indonesia.
5. Bapak Muhammad Aria, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro, Universitas Komputer Indonesia.
6. Ibu Tri Rahajoeningroem, M.T. selaku Koordinator tugas akhirProgram Studi Teknik Elektro, Universitas Komputer Indonesia. 7. Bapak Rodi Hartono, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang senantiasa membantu serta mendampingi penulis selama pembuatan alat dan penulisan laporan tugas akhir ini.
8. Bapak dan Ibu dosen Program Studi Teknik Elektro, Universitas Komputer Indonesia atas didikan dan saran kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
9. Dyah Kirana Ayu, S.Pd. atas do’a, kasih sayang, serta motivasi agar penulis dapat segera menyelesaikan tugas akhir ini dan penulisan laporan tugas akhir ini.
10.Bapak Budi Setiadi, Mas Hafidh Jogja, Mas Yudi, Mas Joko, Mas Benjol, Pak Amin, atas waktu, pertolongan, masukan, inspirasi dan motivasi yang diberikan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
(6)
vi
11.Rekan-rekan maahasiswa Jurusan Teknik Elektro, atas kebersamaan, dukungan, dan bersedia berbagi ilmu.
12.Semua pihak yang selama ini telah membantu, mendukung dan menyemangati penulis hingga saat ini. Terima kasih, semoga Allah SWT membalas kebaikan Anda semua.
Bandung, 12 Maret 2016