Rancang Bangun Sistem Pengendalian Nirkabel Pada Pengemudian Traktor Mini
RANCANG BANGUN SISTEM PENGENDALIAN NIRKABEL
PADA PENGEMUDIAN TRAKTOR MINI
SKRIPSI
BINTARJO AGUS PRIYADI
F14080089
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
(2)
DESIGN OF WIRELESS CONTROLLING SYSTEM ON MINI
TRACTOR OPERATION
Bintarjo Agus Priyadi and Radite Praeko Agus Setiawan
Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO Box 220, Bogor, West Java, Indonesia
Phone 62 857 80542246, e-mail: bintarjoagusp_ipb@yahoo.com
ABSTRACT
The research dealt with the development of wireless control tractor operation based on SPC Wireless Gamepad Interface module. Two operation were controlled, those were steering of tractor and operation of throttle. Steering was controlled using DC gear motor 38 Watt. Mechanism to rotate the steering wheel was using pulley and timing belt. Mechanism to control throttle was using linkage mechanism.
Several sensors were attached to the tractor, those were obstacle detection sensors and turning angle sensors. Ultrasonic sensors for obstacle detection, measure the distance of obstacle in front of the tractor. The distance can be measured by ultrasonic sensors between 2 until 300 cms. This system was controlled by a microcontroller unit. When there was an obstacle in front of a tractor
≤150 cm, then buzzer will ringing. The ringing of buzzer indicate that the tractor within danger. To know turning angle of tractor used linear potentiometer through results recitation of ADC (Analog to Digital Converter). From the test result shown that ADC data was linear when tractor turn to the left or to the right. It was can be seen from equation Yleft=0.0282X+885.8 and Yright=-0.266X+885.8.
Similarly, control throttle mechanism was also installed linear potentiometer to determine percentage of throttle, the test results showed that the linear equation Y=-0.838X +916.8.
The maximum range of tractor controlling system with SPC Wireless Gamepad Interface module was 125 meters.
(3)
Bintarjo Agus Priyadi.F14080089. Rancang Bangun Sistem Pengendalian Nirkabel Pada Pengemudian Traktor Mini. Di bawah bimbingan Radite Praeko Agus Setiawan. 2012
RINGKASAN
Perkembangan teknologi memungkinkan penerapannya dalam semua aspek kehidupan. Hal ini ditunjukkan dengan penggunaan sistem kontrol otomatis. Penggunaan sistem kontrol otomatis memiliki keunggulan dibandingkan dengan sistem kontrol manual. Yaitu dari segi kecepatan dan ketepatan respon. Sistem kontrol otomatis dapat bekerja dengan kecepatan tinggi dan memiliki ketepatan respon yang tinggi pula. Dalam bidang pertanian, sistem kontrol otomatis dapat diterapkan pada pengoperasian traktor di lahan pertanian. Penerapan sistem kontrol otomatis pada traktor diharapkan mudah dalam pengoperasiannya dan dapat dikendalikan dari jarak jauh untuk tempat yang tidak dapat dijangkau oleh manusia. Adanya kontrol otomatis akan mengurangi tingkat kelelahan pada operator traktor. Sehingga dapat meningkatkan ketelitian dalam melakukan pekerjaan di lahan dan meningkatkan produktivitas dalam kegiatan budidaya pertanian.
Penelitian ini bertujuan untuk melakukan modifikasi sistem kemudi traktor mini secara manual menjadi sistem kendali kemudi otomatis yang dapat di kendalikan jarak jauh dengan bantuan seperangkat modul SPC Wireless Gamepad Interface, dan mengoptimalkan penggunaan mikrokontroler ATMega 128L BMS sebagai kontrol dan pengumpul data pada sistem kendali kemudi traktor.
Metode yang digunakan dalam penelitian ini ada beberapa tahapan yaitu perancangan sistem kendali, perancangan rangkaian elektronika sistem kendali, pembuatan prototipe, perakitan pada traktor dan pengujian kinerja sistem.
Ada dua bagian yang dikendalikan dalam sistem pengendalian kemudi traktor secara nirkabel yaitu roda kemudi traktor untuk mengatur belok dan tuas gas untuk mengatur besarnya kecepatan putar motor. Mekanisme sistem penyaluran tenaga dari motor ke roda kemudi menggunakan transmisi sabuk dan puli berbentuk Timing Belt dan mekanisme pada tuas kemudi menggunakan mekanisme batang hubung. Selain itu juga digunakan beberapa sensor tambahan yang di pasang pada traktor seperti sensor ultrasonik sebagai deteksi rintangan, sensor suhu, potensiometer sebagai sensor posisi dan modul penyimpanan data. Sensor-sensor tersebut dikendalikan oleh Mikrokontroler ATmega 128L.
Prinsip kerja dari sistem kendali kemudi dengan SPC Wireless Gamepad Interface adalah pada modul transmitter dikirim logika dalam bentuk sinyal PWM (Pulse Width Modulation) yang akan diterima oleh modul Receiver, pengiriman logika tersebut dapat diatur menggunakan mode operasi yang ada pada Gamepad, dimana dalam hal ini digunakan mode digital yaitu arah atas dan bawah untuk kendali gas serta arah kanan dan kiri untuk kendali belok. PWM yang diterima oleh
Receiver digunakan untuk memutar motor melalui driver motor (EMS H Bridge 30 A). Motor tersebut akan memutar roda kemudi sebagai kendali belok traktor melalui transmisi timing belt dan juga tuas gas sebagai kendali kecepatan putar motor melalui mekanisme tarikan. Besar kecilnya putaran motor tergantung dari PWM yang dihasilkan. Semakin lama menekan tombol pada Gamepad maka semakin besar PWM yang dihasilkan. Jarak jangkauan maksimum kendali traktor dengan SPC Wireless Gamepad Interface adalah 87 m (tanpa silinder parabolik) dan 125 m (dengan silinder parabolik).
Dalam pengujian di lapangan untuk mengetahui besar sudut belok pada traktor digunakan sensor posisi berupa potensiometer linier. Hasil pengujian menunjukkan data ADC yang linier ketika
(4)
traktor belok ke kiri maupun ke kanan yaitu dapat dilihat dari persamaan Ykiri=0.0282X+885.8 dan
Ykanan=-0.266X+885.8, dimana Y menunjukkan data ADC dan X menunjukkan besar sudut belok.
Begitu pula pada mekanisme kendali tuas gas juga di pasang potensiometer linier untuk mengetahui besar presentase akselerasi yang digunakan, hasil pengujian menunjukkan persamaan linier yaitu Y=-0.838X+916.8, dimana Y adalah data ADC dan X adalah besar presentase akselerasi.
Pada traktor juga di pasang sistem pendeteksi rintangan yaitu dengan sensor ultrasonik dan buzzer. Sensor ultrasonik sebagai pendeteksi rintangan melalui mekanisme pengukuran jarak objek terhadap sensor. Jarak jangkauan sensor antara 2 – 300 cm. Sistem ini dikendalikan oleh Mikrokontroler. Apabila di depan traktor terdapat rintangan yang berjarak ≤ 150 cm, maka buzzer akan berbunyi yang menunjukkan traktor dalam jarak bahaya. Pada dasarnya kinerja sensor ultrasonik dipengaruhi oleh suhu lingkungan, pada suhu yang tinggi akan terjadi peregangan pada gelombang ultrasonik dan pada suhu yang rendah akan terjadi pemampatan gelombang ultrasonik. Sehingga untuk mengatasi hal tersebut perlu dilakukan kalibrasi sensor ultrasonik, setelah dilakukan kalibrasi dengan berbagai perubahan suhu, sensor dapat bekerja dengan baik dan pengaruh suhu hanya sedikit.
Penggunaan sensor ultrasonik sebagai pendeteksi rintangan memiliki beberapa kelemahan seperti jarak jangkau terbatas antara 2 – 300 cm, keakuratan pengukuran di pengaruhi oleh tingkat kekasaran permukaan objek. Apabila permukaan objek tersebut rata (halus), maka gelombang ultrasonik yang dipancarkan akan di pantulkan kembali secara sempurna dan hasil pengukuran akurat. Tetapi jika permukaan objek tidak rata, maka gelombang ultrasonik yang dipancarkan belum tentu akan diterima kembali hasil pantulannya karena pada permukaan yang tidak rata akan terjadi pemantulan yang acak.
Modifikasi sistem kendali manual traktor menjadi sistem kendali kemudi secara nirkabel telah berhasil dibuat dan dilakukan pengujian.
(5)
RANCANG BANGUN SISTEM PENGENDALIAN NIRKABEL
PADA PENGEMUDIAN TRAKTOR MINI
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,
Fakultas Teknologi Pertanian,
Institut Pertanian Bogor
Oleh
BINTARJO AGUS PRIYADI
F14080089
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
(6)
Judul Skripsi : Rancang Bangun Sistem Pengendalian Nirkabel Pada Pengemudian Traktor Mini Nama : Bintarjo Agus Priyadi
NIM : F14080089
Menyetujui,
Pembimbing,
(Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M. Agr) NIP. 19621223 198601 1 001
Mengetahui: Ketua Departemen,
(Dr. Ir. Desrial, M.Eng) NIP. 19661201 199103 1 004
(7)
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Rancang Bangun Sistem Pengendalian Nirkabel Pada Pengemudian Traktor Mini adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Bogor, Desember 2012 Yang membuat pernyataan
Bintarjo Agus Priyadi F14080089
(8)
© Hak Cipta milik Bintarjo Agus Priyadi, tahun 2012 Hak Cipta Dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruh dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, microfilm dan sebagainya
(9)
BIODATA PENULIS
Bintarjo Agus Priyadi dilahirkan di Pati, 11 November 1990 dari ayah bernama Kasim dan ibu Suyani sebagai putra pertama dari dua bersaudara. Penulis menamatkan SMA pada tahun 2008 dari SMA Negeri 1 Tayu - Pati, Jawa Tengah dan pada tahun yang sama diterima di IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Pada tahun 2009 penulis memasuki Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Mayor Teknik Pertanian dan pada tahun 2011 penulis memasuki Laboratorium Teknik Mesin dan Otomasi. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif dalam berbagai kegiatan kemahasiswaan yaitu sebagai Pengurus Organisasi Mahasiswa Daerah Pati pada periode tahun 2008/2009, Anggota Electronic Robotic Club (ERC) IPB pada periode tahun 2010/2011, staf Divisi tutorial Agricultural Engineering Design Club (AEDC) periode 2010-2011, Ketua Divisi Engineering di Engineering design Club (EDC) tahun 2011/2012. Selain itu, penulis juga aktif sebagai asisten mata kuliah Gambar Teknik pada tahun 2011 dan 2012, dan Teknik Mesin Budidaya Pertanian tahun 2012. Penulis melaksanakan praktik lapang pada tahun 2011 di PG. Poerwodadie PTPN XI dengan judul Aspek Keteknikan Pada Budidaya Tebu dan Produksi Gula di PG Poerwodadie Magetan, Jawa Timur. Dan sebagai syarat untuk memperoleh gelar sarjana, penulis melakukan penelitian dengan judul Rancang Bangun Sistem Pengendalian Nirkabel Pada Pengemudian Traktor Mini.
(10)
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur dipanjatkan ke hadapan Allah SWT atas kharunia-Nya sehingga penelitian ini berhasil diselesaikan. Penelitian dengan judul “Rancang Bangun Sistem Pengendalian Nirkabel Pada Pengemudian Traktor Mini” telah dilaksanakan di Lab. Lapang “Siswadhi Soepardjo” dan Lab. Mekatronika dan Robotika, pada bulan April sampai Juli 2012.
Dengan telah selesainya penelitian ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Dr.Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr, selaku dosen pembimbing skripsi atas bimbingan dan saran kepada penulis selama ini.
2. Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr dan Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr sebagai dosen penguji dalam ujian skripsi.
3. Kedua orang tua dan sanak saudara yang telah memberikan dukungan secara moril dan materiil kepada penulis.
4. Muhammad Tahir Sapsal, S.TP, M.Si, Pandu Gunawan S.TP, Irriwad Putri S.TP dan Cecep S. S.TP atas bantuan, saran serta masukan selama jalannya penelitian.
5. Salman Al Farisi, sebagai rekan selama penelitian. 6. Khania Tria Tifani, atas dukungan dan bantuan selama ini.
7. Para teknisi (Pak Wana, Pak Darma, Pak Juli dan Mas Firman), atas bantuannya selama penelitian di lapangan.
8. Teman-teman kontrakan Griya Sakinah (Muhammad Soleh, Rizki Maulaya, Isva Ginanda P., dan Aris Adhi P.) dan Keluarga besar Magenta (TEP 45) atas bantuannya. 9. Dan semua pihak yang telah ikut membantu yang tidak dapat penulis sebutkan.
Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca, penulis juga menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih ada kekurangan, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan.
Bogor, November 2012 Penulis
(11)
iv
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ... v
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR LAMPIRAN ... viii
I. PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan... 2
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 3
2.1 Traktor Roda Empat ... 3
2.2 Sistem Kontrol ... 5
2.3 Mikrokontroler ... 6
2.4 Komunikasi data ... 8
2.5 Komunikasi Nirkabel ... 8
2.6 SPC Wireless Gamepad Interface ... 9
2.7 Rintangan ... 10
2.8 Sensor Ultrasonik ... 11
2.9 Silinder Parabolik ... 12
III. METODOLOGI PENELITIAN ... 14
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 14
3.2 Alat dan Bahan ... 14
3.3 Metode Penelitian ... 15
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 20
4.1 Rancangan Mekanisme Sistem Kendali ... 20
4.2 Rancangan Rangkaian Elektronika Sistem Kendali ... 21
4.3 Pembuatan Rangkaian Sistem Kendali ... 25
4.4 Perakitan Rangkaian Pada Traktor ... 33
4.5 Hasil Rancangan Sistem Kendali Kemudi dengan SPC Wireless Gamepad Interface ... 36
4.6 Analisis Sistem Transmitter - Receiver ... 37
4.7 Analisis Penguatan Sinyal dengan Silinder Parabolik ... 38
4.8 Analisis Sensor Ultrasonik ... 40
4.9 Analisis Sensor Posisi (Potensiometer) ... 44
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 46
5.1 Kesimpulan ... 46
5.2 Saran ... 46
DAFTAR PUSTAKA ... 47
(12)
v
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Klasifikasi traktor roda empat berdasarkan besaran daya penggerak motor diesel dan ... 3
Tabel 2. Penggolongan frekuensi berdasarkan panjang gelombang ... 9
Tabel 3. Pilihan Mode Operasi pada Gamepad ... 27
Tabel 4. Hubungan modul receiver dan EMS 30 A H Bridge ... 29
Tabel 5. Konfigurasi Pin LCD dengan Pin Mikrokontroler ... 32
Tabel 6. Hasil pengukuran jarak jangkauan transmitter dan receiver ... 39
Tabel 7.Kalibrasi pengukuran jarak dengan DT Sense Ultrasonik and Infrared Ranger ... 40 Halaman
(13)
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Bagian-bagian traktor roda empat tipe Kubota B6100 ... 4
Gambar 2. Bagian tuas dan pedal pengatur traktor roda empat ... 4
Gambar 3. Sistem kontrol loop tertutup ... 5
Gambar 4. Konfigurasi pin ATmega 128L... 6
Gambar 5. Arsitektur Mikrokontroler AVR ATmega 128L ... 7
Gambar 6.Tata letak Mikrokontroler ATmega 128 L BMS ... 8
Gambar 7. SPC Wireless Gamepad Interface ... 10
Gambar 8. Traktor dengan sensor pendeteksi rintangan ... 10
Gambar 9. Prinsip Pemantulan Gelombang Ultrasonik ... 11
Gambar 10. Irisan Kerucut ... 12
Gambar 11. Bagian Parabola ... 12
Gambar 12. Skematik Parabola ... 13
Gambar 13. Diagram alir pelaksanaan penelitian ... 15
Gambar 14. Diagram alir perancangan elektronika sistem kendali ... 16
Gambar 15. Skema Prinsip Kerja Sistem Kendali Kemudi ... 17
Gambar 16. Mekanisme kendali roda kemudi ... 20
Gambar 17. Mekanisme pengatur akselerasi ... 20
Gambar 18. Analisis gaya pada tuas akselerasi ... 21
Gambar 19. Tampilan Lembar Kerja Software Code Vision AVR V2.05.3 Standard ... 22
Gambar 20. Tampilan Proses Kompilasi Program ... 22
Gambar 21. Proses download program ke chip mikrokontroler ... 23
Gambar 22. Kotak dialog mengedit properties ATmega 128 ... 24
Gambar 23. Kotak dialog memasukkan file program ke chip mikrokontroler. ... 24
Gambar 24. Tombol kontrol panel animasi ... 24
Gambar 25. Tampilan simulasi rangkaian dengan Software ISIS Proteus 7.10SP0 ... 25
Gambar 26. Rangkain Power Supply ... 25
Gambar 27. Modul Transmiter SPC Wireless Gamepad Interface. ... 26
Gambar 28. Bagian-bagian Gamepad ... 26
Gambar 29. Rangkaian Modul Transmitter secara lengkap. ... 26
Gambar 30. Cara pengaturan mode operasi ... 27
Gambar 31. Tombol untuk tuas kendali ... 27
Gambar 32. Modul Receiver SPC Wireless Gamepad Interface ... 28
Gambar 33. Rangkaian Modul Receiver ... 28
Gambar 34. Modul EMS 30 A H-Bridge ... 29
Gambar 36. Skematik hubungan pin-pin Mikrokontroler ATmega 128L ... 30
Gambar 37. DT Sense Ultrasonic and Infrared Ranger (USIRR) ... 31
Gambar 38. Rangkaian alarm (Buzzer) ... 31
Gambar 40. Rangkaian hubungan Potensiometer dengan mikrokontroler. ... 32
Gambar 41. Rangkaian konfigurasi pin LCD dengan Mikrokontroler ... 32
Gambar 42. Modul LCD 16 x 2 ... 33
Gambar 43. Prototipe Sistem Kendali Kemudi ... 33
Gambar 44. Skematik Perakitan Rangkaian Pada Traktor ... 34
Gambar 45. (a) Pemasangan box kontrol dan (b) rangkaian di dalam box kontrol ... 34 Halaman
(14)
vii
Gambar 47. Pemasangan Sensor Ultrasonik ... 35
Gambar 48. Letak pemasangan potensiometer sebagai sensor sudut belok ... 35
Gambar 49. Potensiometer sebagai sensor putaran tuas akselerasi ... 35
Gambar 50. Pemasangan mekanisme kontrol roda kemudi... 36
Gambar 51. Hasil perancangan sistem kendali nirkabel pada pengemudian traktor mini ... 36
Gambar 52. Penekanan tombol untuk kendali tuas akselerasi ... 37
Gambar 53. Penekanan tombol untuk kendali belok ... 38
Gambar 54. Penampang silinder parabolik dengan beberapa diameter ... 38
Gambar 55. Silinder parabolik yang di pasang pada antena receiver ... 39
Gambar 56. Hasil (a) kalibrasi dan (b) validasi pengukuran jarak dengan DT Sense Ultrasonic and Infrared Ranger ... 41
Gambar 57. Grafik kalibrasi pengukuran jarak dengan sensor ultrasonik pada pengaruh getaran ... 42
Gambar 58. Grafik kalibrasi pengukuran jarak dengan sensor ultrasonik pada suhu 27 oC ... 42
Gambar 59. Grafik kalibrasi pengukuran jarak dengan sensor ultrasonik pada suhu 30oC ... 43
Gambar 60. Grafik kalibrasi pengukuran jarak dengan sensor ultrasonik pada suhu 33oC ... 43
(15)
viii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Spesifikasi traktor mini ... 50
Lampiran 2. Listing program dalam CodeVision AVR ... 51
Lampiran 3. Daftar komponen dan skematik rangkaian ... 66
Lampiran 4.Hasil kalibrasi pengukuran jarak dengan sensor USIRR ... 67
Lampiran 5. Sudut belok terhadap keluaran ADC ... 68
Lampiran 6. Kalibrasi pembacaan ADC dan RPM motor ... 69
(16)
1
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi memungkinkan penerapannya dalam semua aspek kehidupan. Salah satunya di bidang mekanisasi pertanian. Perkembangan teknologi di bidang mekanisasi dapat dilihat dengan banyaknya penggunaan alat mekanis dalam meningkatkan produksi pertanian. Alat mekanis dapat mempermudah dan meringankan pekerjaan manusia yang semula dilakukan secara manual. Keuntungan lain dari penggunaan alat mekanis adalah semakin efektifnya jam kerja untuk kapasitas yang lebih besar.
Pemakaian sistem kontrol otomatis dalam dunia industri masa kini semakin banyak dipakai. Hal ini disebabkan sistem kontrol otomatis mempunyai banyak keunggulan dibandingkan dengan sistem kontrol konvensional (manual), yaitu dari segi kecepatan, ketepatan respon dan pemakaian tenaga manusia yang efektif. Ditunjang dengan ketersediaan modul elektronika yang semakin berkembang, sistem aplikasi elektronika dalam mesin-mesin pertanian berkembang dengan pesat mulai dari sistem analog sampai sistem digital yang mempunyai tingkat keandalan dan fleksibilitas lebih tinggi. Dengan perkembangan yang lebih pesat dalam bidang mikroelektronika maka perkembangan kontrol digital menjadi relatif lebih mudah (Kholis, 2002).
Menurut Wardhana (2006), sistem kendali telah berkembang dengan sangat pesat, berbagai macam metode pengendalian telah diciptakan dan dikembangkan. Tetapi pengendalian sistem jarak jauh masih kurang, dengan demikian diperlukan adanya pengembangan sistem kendali secara jarak jauh. Keuntungan pengendalian jarak jauh secara nirkabel akan memudahkan dan meningkatkan prestasi kerja mesin, serta membantu manusia untuk menggantikan sebagian tugasnya.
Penggunaan traktor pertanian sebagai alat bantu mekanis sekarang ini semakin meluas, baik dalam kegiatan pra panen, kegiatan panen maupun kegiatan pasca panen. Dalam kegiatan tersebut penggunaan traktor pertanian dapat membuat pekerjaan menjadi lebih ringan, cepat, tepat guna serta melakukan pekerjaan-pekerjaan besar dalam waktu yang relatif singkat. Namun, di sisi lain jumlah tenaga kerja di bidang pertanian semakin terbatas, seperti jumlah tenaga yang mampu mengoperasikan traktor di lapangan sedikit.
Pengendalian traktor di lapangan oleh operator secara terus-menerus dapat mengakibatkan kelelahan pada operator, ketika mengalami kelelahan akan menyebabkan produktivitas dalam pekerjaan menurun. Untuk mengatasi hal tersebut dibutuhkan sistem pengendalian traktor yang lebih mudah dari sistem pengendalian yang telah ada. Salah satunya adalah pengendalian traktor dari jarak jauh secara nirkabel. Penggunaan sistem kendali jarak jauh telah banyak dikembangkan selama ini, baik di bidang pertanian maupun non pertanian seperti sistem pemantauan jarak jauh lingkungan mikro tanaman dalam greenhouse (Chadirin, 2006), sistem kontrol level cairan (Almanfaluthi, 2006), kendali kendaraan bawah air dengan remote (Prihandono, 2008), pengendalian jarak jauh perangkat elektronik dengan gelombang radio (Saparno, 2008), sistem kendali jarak jauh mobil robot dengan komputer (Wardhana, ---), sistem pengaman mobil berbasis mikrokontroler dengan aktivasi kendali jarak jauh, pengembangan mobile robot kendali jarak jauh (Wijaya, 2007) dan lain sebagainya.
Otomasi pada pengoperasian traktor pertanian di masa mendatang merupakan hal yang harus dipertimbangkan. Oleh karena itu otomasi pada traktor pertanian harus memenuhi persyaratan yaitu: multi fungsi dalam pemakaian di lapangan, mudah dalam pengoperasian dan perawatan dengan biaya
(17)
2 yang terjangkau (Soetiarso et al., 2001). Penelitian ini sebagai langkah awal untuk pengembangan traktor yang dilengkapi dengan sistem pengendalian jarak jauh. Sistem kendali ini meliputi sistem kendali roda kemudi (steering), dan sistem kendali tuas akselerasi. Pengendalian secara nirkabel dilakukan dengan menggunakan bantuan seperangkat SPC Wireless Gamepad Interface melalui mekanisme putaran motor pada masing-masing kendali. Selain itu juga digunakan beberapa sensor tambahan seperti sensor ultrasonik sebagai deteksi rintangan, sensor suhu, potensiometer sebagai sensor posisi dan modul penyimpanan data. Sensor-sensor tersebut dikendalikan oleh Mikrokontroler ATmega 128L.
1.2 Tujuan
Tujuan dilakukan penelitian ini adalah:
1. Melakukan modifikasi sistem kemudi traktor mini secara manual menjadi sistem kendali kemudi otomatis.
2. Membangun sistem kendali kemudi traktor mini dengan bantuan seperangkat modul SPC Wireless Gamepad Interface.
3. Memanfaatkan mikrokontroler ATMega 128L BMS sebagai kontrol dan pengumpul data pada sistem kendali kemudi traktor.
4. Melakukan analisis dan pengujian terhadap sistem kendali kemudi traktor dengan SPC Wireless Gamepad Interface.
(18)
3
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Traktor Roda Empat
Traktor adalah suatu mesin traksi yang utamanya dirancang dan dinyatakan sebagai penyedia tenaga bagi peralatan pertanian dan perlengkapan usaha tani (Sakai et al, 1998). Traktor roda empat merupakan mesin berdaya gerak sendiri berupa motor diesel, beroda empat (ban karet atau ditambah roda sangkar dari baja) yang mempunyai tiga titik gandengan, berfungsi untuk menarik, menggerakkan, mengangkat, mendorong alat dan mesin pertanian dan juga sebagai sumber daya penggerak (SNI 7416:2010).
2.1.1
Klasifikasi traktor pertanian roda empat
Menurut SNI 7416:2010, berdasarkan besaran daya sumber penggerak motor diesel dan kategori tiga titik gandeng, traktor roda empat diklasifikasikan ke dalam empat kelas, seperti yang disajikan pada tabel di bawah ini:
Tabel 1. Klasifikasi traktor roda empat berdasarkan besaran daya penggerak motor diesel dan Kategori tiga titik gandeng
Klasifikasi traktor Daya motor (kW) Kategori tiga titik gandeng Traktor mini 9 – 15 1 Traktor kecil 15 – 35 1 Traktor sedang 30 – 75 2 Traktor besar 60 – 168 2 dan 3 Traktor sangat besar 135 – 300 3dan 4
Sumber: SNI 7416 tahun 2010
Sedangkan berdasarkan jumlah poros penggerak roda, traktor roda empat dapat diklasifikasikan ke dalam dua jenis yaitu:
a) Traktor dengan poros penggerak tunggal (two wheel drive, 2WD); yaitu traktor yang digerakkan oleh kedua roda belakang.
b) Traktor dengan poros penggerak ganda (four wheel drive, 4WD); yaitu traktor yang digerakkan oleh keempat roda.
2.1.2 Konstruksi utama traktor roda empat
Traktor roda empat terdiri dari bagian – bagian utama sebagai berikut: 1. Mesin (engine)
2. Alat untuk penyaluran tenaga (power transmission device)
3. Alat untuk bergerak (running device)
4. Alat untuk bekerja (working device)
(19)
4 Adapun spesifikasi traktor secara lengkap yang digunakan dalam penelitian ini disajikan pada Lampiran 1.
Gambar 1. Bagian-bagian traktor roda empat tipe Kubota B6100
2.1.3 Pengendali manual traktor roda empat
Gambar 2. Bagian tuas dan pedal pengatur traktor roda empat
a. Roda kemudi berfungsi untuk mengubah arah gerak traktor melalui putaran roda depan. b. Tuas akselerasi (pengatur akselerasi) berfungsi untuk menjaga agar kecepatan jalan traktor
tetap konstan pada saat dioperasikan.
c. Tuas hidrolik berfungsi untuk menggerakkan lengan pengangkat implement.
d. Tuas perseneleng utama berfungsi untuk mengatur kecepatan maju dan kecepatan mundur traktor, biasanya tuas perseneleng terdiri dari 3 atau 4 kecepatan maju dan satu kecepatan mundur.
e. Tuas perseneleng cepat lambat digunakan untuk membedakan kecepatan di lahan (pada saat mengolah tanah) dan kecepatan ketika di jalan. Dengan tuas perseneleng cepat lambat, kombinasi kecepatan menjadi 6 atau 8 maju dan 2 mundur.
f. Tuas perseneleng PTO berfungsi untuk mengubah kecepatan putar poros PTO yang diinginkan. Setiap jenis traktor memiliki jumlah kecepatan yang berbeda-beda.
g. Tuas gardan depan berfungsi untuk menyambung garden depan apabila diperlukan. Gardan depan digunakan untuk memperbesar daya tarik traktor.
(20)
5 h. Pedal kopling berfungsi untuk menghubungkan dan melepaskan hubungan antara motor
penggerak dengan transmisi.
i. Pedal rem (kanan dan kiri)berfungsi untuk membantu beloknya traktor secara tajam, baik ke kanan maupun ke kiri.
j. Pedal akselerasi berfungsi untuk mempercepat dan memperlambat putaran motor penggerak. Apabila pedal akselerasi ditekan maka putaran motor penggerak akan semakin cepat dan sebaliknya.
k. Tuas rem parkir berfungsi untuk menahan rem tetap pada posisi mengerem.
l. Pedal pengunci differensial (gardan) berfungsi untuk menyamakan putaran kedua roda belakang.
2.2 Sistem Kontrol
Sistem kontrol merupakan sekumpulan alur logika yang dibuat dengan tujuan agar alat mampu bekerja dengan optimal. Aliran prosesnya secara sederhana dimulai dari adanya perintah yang dilanjutkan dengan manipulasi proses dan berakhir pada bagian tampilan keluaran.
Berdasarkan ada atau tidaknya umpan balik (feedback), Ogata (1985) membagi sistem kontrol menjadi dua jenis yaitu sistem kontrol loop tertutup (close loop control system) dan sistem kontrol loop terbuka (open loop control system).
Sistem kontrol loop terbuka lebih sederhana dan mudah dibuat, tetapi memiliki kelemahan dalam hal merespon gangguan dari luar sistem. Apabila terjadi gangguan sistem kontrol loop terbuka tidak memiliki mekanisme pengurangan error secara otomatis. Sehingga nilai keluarannya berbeda dengan yang diperintahkan.
Sistem kontrol loop tertutup adalah sistem kontrol yang sinyal keluarannya diumpankan kembali ke masukan sehingga aksi pengontrolan dipengaruhi oleh nilai keluaran tersebut. Istilah
loop tertutup bermakna menggunakan aksi umpan balik untuk memperkecil kesalahan sistem. Nilai keluaran yang berasal dari sensor disebut sebagai nilai sebenarnya (preset value). Sebelum masuk ke dalam proses pengendalian nilai tersebut akan dikondisikan terlebih dahulu agar sesuai dengan karakteristik masukan pengendali (controller). Tahapan berikutnya adalah proses perbandingan antara preset value dengan nilai yang diperintahkan (set point) oleh
controller. Perbedaan atau selisih nilai diantara keduanya disebut sebagai kesalahan (error). Dalam sistem kontrol loop tertutup controller akan memberikan perintah untuk memperkecil error tersebut kepada bagian aksi kendali (actuator) secara otomatis. Berdasarkan proses tersebut sistem kontrol loop tertutup sering disebut sistem kontrol otomatis (automatic control system).
Gambar berikut menunjukkan proses yang terjadi pada sistem kontrol loop tertutup (Ogata 1985; Jacob 1989).
(21)
6
2.3 Mikrokontroler
Syamsurizal (2008), Menyebutkan bahwa Mikrokontroler merupakan sebuah sistem mikroprosesor lengkap yang dikemas dalam sebuah chip. Mikrokontroler dapat menggantikan fungsi komputer dalam pengendalian kerja. Keuntungan penggunaan mikrokontroler adalah sistem elektronik akan menjadi lebih mudah dan ringkas dan rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
Mikrokontroler tersusun atas mikroprosesor dan piranti pendukungnya. Sistem kerjanya diatur berdasarkan program dalam bahasa pemrograman yang digunakan, ada beberapa bahasa pemrograman yang digunakan, pada umumnya semua bahasa pemrograman dapat diaplikasikan ke mikrokontroler, akan tetapi membutuhkan compiler yang mendukung mikrokontroler tersebut. Bahasa pemrograman yang biasa digunakan dalam memprogram mikrokontroler produksi Atmel adalah bahasa Assembler, bahasa C, C++, Basic maupun turbo pascal (Bayu,2010).
Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, AT90Sxx, ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori,
peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, dapat dikatakan hampir sama.
Mikrokontroler yang digunakan dalam penelitian ini adalah DT-AVR ATmega128L
Bootloader Micro System (BMS). Mikrokontroler jenis ini merupakan sebuah modul single chip berbasis mikrokontroler ATmega 128L. DT-AVR ATmega128L BMS dilengkapi dengan program
bootloader sehingga tidak membutuhkan device programmer. Dengan menggunakan bootloader pada DT-AVR ATmega128L BMS, pengguna dapat menggunakan jalur UART sebagai jalur komunikasi dengan computer, sekaligus menggunakan untuk melakukan remote programming jika ada perbaikan program (update). Software yang digunakan untuk memprogram mikrokontroler adalah AVR Bootloader v1.0.
. Gambar 4. Konfigurasi pin ATmega 128L
(22)
7 Spesifikasi mikrokontroler DT-AVR ATmega128L BMS adalah sebagai berikut:
1. Berbasis mikrokontroler ATmega128L dengan flash memory sebesar 124 Kbyte (4 Kbyte telah digunakan untuk bootloader) dan 8 channel ADC 10 bit.
2. Dilengkapi dengan program bootloader yang dapat diprogram menggunakan software AVR Bootloader v1.0.
3. Memiliki sampai 52 jalur Input/output.
4. Tersedia jalur komunikasi serial UART melalui USB atau UART RS-232 melalui konektor RJ45, sekaligus sebagai jalur untuk pemrograman mikrokontroler.
5. Frekuensi osilator 7.3728 Mhz.
6. Tersedia rangkaian reset manual dengan tactile switch.
7. Dilengkapi dengan pilihan regulator 3.3 v atau 5V dengan arus maksimum 800mA. 8. Tersedia pilihan catu daya input yaitu 6 – 12 VDC (via regulator) atau 3.3 – 5.5 VDC
(tanpa regulator).
9. Tersedia terminal tegangan output.
(23)
8 Gambar 6.Tata letak Mikrokontroler ATmega 128 L BMS
2.4 Komunikasi data
Komunikasi data merupakan transmisi pesan digital ke peralatan eksternal dari sebuah sumber pesan (Strangio, 2006). Jarak perpindahan data dapat bervariasi dari seperseribu inchi sampai ribuan kilometer. Saluran komunikasi merupakan panduan agar informasi dapat dipindahkan. Secara fisik saluran komunikasi ini berupa kawat, radio, laser maupun pancaran sumber energi yang tidak tampak. Informasi yang dikirim melalui saluran komunikasi memiliki sumber dari mana informasi berasal dan tujuan ke mana informasi akan diantar apakah ke satu atau banyak tujuan tergantung dari jumlah stasiun penerima yang terhubung dan energy untuk melakukan proses transmisi sinyal (Strangio, 2006). Pada saluran komunikasi digital informasi diwakili oleh satu bit data yang mungkin disatukan dalam unit pesan multi bit (Awad, E.M.1996). Komunikasi data pada sistem kendali traktor ini dilakukan secara nirkabel dengan menggunakan wireless.
2.5 Komunikasi Nirkabel
Jaringan wireless (nirkabel) adalah teknologi jaringan yang memanfaatkan gelombang elektromagnetik melalui udara sebagai media untuk mengirimkan informasi dari pengirim ke penerima. Teknologi ini muncul sebagai jawaban atas keterbatasan jaringan wireline. Mobilitas manusia yang tinggi dan informasi yang selalu dekat menjadi faktor pendorong utama berkembangnya teknologi ini (Sukmaaji, 2008).
Menurut Wardhana et al (2012), komunikasi wireless (nirkabel) yaitu koneksi antar suatu perangkat lainnya tanpa menggunakan kabel atau metode untuk mengirimkan sinyal melalui suatu ruangan bukan menggunakan kabel. Gelombang radio dan sinar infra merah biasa digunakan untuk komunikasi wireless. Dalam sistem komunikasi wireless terdapat perangkat atau bagian umum gelombang yang berperan yang menjadi bagian utuh dari sistem komunikasi ini yaitu; gelombang elektromagnetik, gelombang mikro, gelombang radio, infra merah dan satelit.
Komunikasi wireless (nirkabel) memiliki beberapa karakteristik yaitu sebagai berikut: 1. Menggunakan sebuah media antena dalam mengirim dan menerima sinyal
elektromagnetik. 2. Rentan interferensi.
(24)
9 3. Umumnya menggunakan frekuensi 2 GHz – 40 GHz.
4. Point to point, point to multi point, access point.
5. Semakin tinggi frekuensi yang digunakan maka semakin besar potensial bandwidth dan
rate datanya namun semakin pendek jaraknya.
Ada 3 range frekuensi umum yang dalam transmisi wireless yaitu:
1. Frekuensi microwave dengan range 2 – 40 GHz, untuk transmisi point to point.
2. Frekuensi dalam range 30 MHz – 1 GHz, untuk aplikasi omnidirectional. Range ini ditujukan untuk range broadcast radio.
3. Range frekuensi lain yaitu antara 300 – 200000 GHz untuk aplikasi lokal, adalah spektrum inframerah. Infra merah sangat berguna untuk aplikasi point to point dan multi point dalam area terbatas, seperti sebuah ruangan.
Dalam Octavian (2011), berdasarkan sifat perambatannya, frekuensi-frekuensi radio dapat dibagi dalam beberapa daerah atau band, seperti yang terlihat pada tabel berikut ini:
Tabel 2. Penggolongan frekuensi berdasarkan panjang gelombang
Nama Frekuensi Panjang Gelombang
Very Low Frequency (VLF) < 30 KHz > 10 Km
Low Frequency (LF) 30 – 300 KHz 1 – 10 Km
Medium Frequency (MF) 300 – 3000KHz 100 – 1000 m
High Frequency (HF) 3 – 30 MHz 10 – 100 m
Very High Frequency (VHF) 30 – 300 MHz 1 – 10 m
Ultra High Frequency (UHF) 300 – 3000 MHz 10 – 100 cm
Super High Frequency (SHF) 3 – 30 GHz 1 – 10 cm
Extremely High Frequency (EHF) 30 – 300 GHz 1 – 10 mm
2.6
SPC Wireless Gamepad Interface
Smart Peripheral Controller (SPC) Wireless Gamepad Interface merupakan sebuah modul antarmuka antara manusia dengan peralatan elektronika, robot, maupun mesin-mesin listrik lainnya. Sistem ini terdiri dari sebuah gamepad yang biasa digunakan pada console PlayStation®, sebuah modul berbasis mikrokontroler (modul TX) yang digunakan untuk membaca data-data penekanan pada tombol-tombol digital dan joystick analog di gamepad dan memancarkan data-data tersebut pada Radio Frequency (RF), serta sebuah modul berbasis mikrokontroler (modul RX) yang digunakan untuk menerima data-data yang dipancarkan tersebut dan menerjemahkannya menjadi sinyal-sinyal digital dan Pulse Width Modulation (PWM).
Adapun spesifikasi SPC Wireless Gamepad Interface sebagai berikut:
• Daya bisa diperoleh dari baterai4,8 – 5,4 Volt atau sumber catu daya lain dengan tegangan 9 – 12 V. • Bekerja pada pita frekuensi 433 Mhz.
• Jangkauan maksimum 100 m (line of sight).
• Tersedia 60 kanal komunikasi.
• Autoscanning kanal komunikasi yang kosong (secara bergantian).
• Tersedia antarmuka UART untuk mengirimkan data tambahan secara wireless.
• Pin Input/Output kompatibel dengan level tegangan TTL dan CMOS. • Kompatibel dengan modul-modul EMS H-Bridge.
(25)
10 • Terdapat 2 set output PWM dengan frekuensi 300 Hz.
• Kompatibel dengan gamepad DUALSHOCK® 2 untuk PlayStation® 2.
• Mendukung 12 tombol aksi, 4 tombol arah, dan 2 joystick analog pada gamepad.
• Mendukung mode getar pada gamepad.
Gambar 7. SPC Wireless Gamepad Interface
2.7 Rintangan
Menurut Saksono (2011), rintangan merupakan suatu objek yang tidak diharapkan ada yang akan menghambat proses suatu pengerjaan. Dalam hubungannya dengan smart tractor, rintangan yang mungkin ada atau muncul dalam lahan adalah dapat berupa pohon, galangan, batu besar, lubang besar, dan juga berupa objek lain yang akan memberikan efek hambatan terhadap laju traktor di lahan.
Menurut Robert et al (1999), Rintangan sebagai sesuatu yang akan menyebabkan perilaku yang tidak diinginkan atau berbahaya jika terkena kendaraan yang dipasang sistem deteksi hambatan. Ada tiga kelas umum yang termasuk rintangan yaitu orang-orang, kendaraan lain, dan hambatan jalan lainnya. Kelas ketiga dari rintangan dapat mencakup apa pun dari batu yang berada di tengah jalan yang dapat mengganggu dalam pekerjaan pengangkutan. Objek hanya boleh dipertimbangkan sebagai hambatan atau rintangan jika sebuah kendaraan mungkin akan bertabrakan dengan objek dalam waktu dekat.
Gambar 8. Traktor dengan sensor pendeteksi rintangan
Pengujian pada berbagai studi penelitian di bidang kendaraan otomatis atau robot menyebutkan bahwa ada 5 – 6 tipe sensor yang dapat digunakan sebagai pendeteksi halangan secara efektif. Sensor tersebut mulai dari harga yang murah sampai mahal dan memiliki kelebihan dan kekurangan tersendiri untuk penggunaan yang berbeda. Yang termasuk dalam sensor deteksi halangan
Rintangan
► ◄
(26)
11 atau rintangan adalah CCD Camera, Ultrasonic Sensors, Scanning Laser, 3D Scanning Lasers, and Millimeter Wave Radar(Gray,2000).
2.8 Sensor Ultrasonik
Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar frekuensi gelombang suara (speech signals) yaitu lebih dari 20 KHz. Gelombang ultrasonik dapat merambat dalam medium padat, cair dan gas. Reflektivitas dari gelombang ultrasonik ini di permukaan cairan hampir sama dengan permukaan padat, tapi pada tekstil dan busa, jenis gelombang ini akan diserap. Cepat rambat gelombang ultrasonik di udara adalah 344 m/s.
Sensor ultrasonik adalah sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, dimana sensor menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar peinderaannya. Sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik atau receiver (Sidauruket. al,
2011). Struktur unit pemancar dan penerima sangat sederhana, sebuah Kristal piezoelectric
dihubungkan dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar. Tegangan bolak – balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz – 400 KHz diberikan pada plat logam. Struktur atom dari Kristal piezoelectric akan berkontraksi, mengembang atau menyusut terhadap polaritas dengan efek piezoelectric (Hani, 2010).
Menurut Sidauruket. al (2011), prinsip kerja sensor ultrasonik adalah sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi di atas 20 KHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40 KHz. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal/gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik. Setelah sinyal sampai di penerima ultrasonik, lalu akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan persamaan: S=340.t/2, dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik.
(27)
12
2.9 Silinder Parabolik
Menurut Adiyanto (2008), Parabola merupakan irisan kerucut yang berbentuk kurva yang dihasilkan oleh perpotongan menyilang yang sejajar terhadap permukaan kerucut (Gambar 10).Sedangkan dalam matematika seperti yang di kemukakan oleh Stewart (2003), sebuah parabola merupakan himpunan titik-titik di suatu bidang yang berjarak sama dari suatu titik tetap F (disebut titik fokus) dan garis tetap (disebut direktriks). Definisi ini diilustrasikan oleh Gambar 11, pada gambar tersebut titik tengah di antara fokus dan direktriks terletak pada parabola; titik ini disebut titik puncak. Garis yang melalui fokus dan tegak lurus terhadap direktriks disebut sumbu parabola.
Gambar 10. Irisan Kerucut
Gambar 11. Bagian Parabola
Berdasarkan teorema dalam kalkulus (Stewart,2003), Misalkan pada Gambar 11. F titik tetap (disebut fokus), l garis tetap (disebut direktriks) pada suatu bidang dan e bilangan positif tetap (disebut eksentrisitas). Himpunan semua titik P pada bidang sedemikian rupa sehingga
(28)
(yakni, rasio jarak dari F kerucut merupakan sebuah
Dari gamba
Penguatan anten panjang gelombang dari s antena parabola dihitung memancarkan sinyal sam patokan yang mana keba dengan satuan desibel iso penguatan antena paraboli
Dimana:
G = penguatan an k = faktor efisien D = diameter refl
λ = panjang gelo
|PF| |P |
F terhadap jarak dari l adalah konstanta e) adalah suat uah elips jika e<1, parabola jika e=1, dan hiperbola jika
Gambar 12. Skematik Parabola
bar di atas dapat diketahui persamaan polar untuk sebuah
1 cos
tena parabolik dapat dihitung dengan mudah dari d i sinyal yang dipancarkan, dan perkiraan efisiensi anten g sebagai penguatan atas sumber isotropik, yaitu relatif ama di segala penjuru. Ini adalah sumber teoritis ya banyakan antena dibandingkan, penguatan dilambang isotropic (dB). Persamaan standar yang dapat digunak olik adalah:
G 10 log 10k πD
λ
antena parabolik (dBi)
ensi yang umumnya sekitar 50% sampai 60%. eflektor parabolik (m)
elombang sinyal (m)
13 atu irisan kerucut. Irisan a e>1.
uah parabola adalah:
diameter parabola (D), ena. Penguatan Reflektor f terhadap sumber yang yang digunakan sebagai ngkan dengan G (Gain) nakan untuk menghitung
(29)
14
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan Lab. Lapang “Siswadhi Soepardjo” dan Lab. Mekatronika dan Robotika, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fateta-IPB, selama empat bulan terhitung dari bulan April sampai bulan Juli 2012.
3.2 Alat dan Bahan
Alat:
1. Traktor Kubota B6100
2. Accu 12 Volt 3. Peralatan Solder 4. Komputer 5. Tang Potong 6. Tang Jepit 7. Timbangan 8.Tachometer
9. Meteran 10. Multimeter 11. Accu 12 Volt
12. Software CodeVision AVR V2.05.3 13. Software ISIS Proteus 7.10 SP0 Bahan:
1. SPC Wireless Gamepad Interface 1 buah
2. Mikrokontroler AVR ATmega 128L BMS 1 buah
3.DT Sense Ultrasonic Infra Red Ranger (USIRR) 2 buah
4.EMS Data Flash Memory 1 buah
5.EMS 30 A H – Bridge 2 buah
6. Modul LCD 16 x 2 1 buah 7. Sensor suhu LM 35 1 buah
8. Buzzer 1 buah
9. Potensiometer linier 10 kΩ (10 putaran) 2 buah 10. Kabel pelangi 3 m 11. Motor DC 12 Volt 2 buah
12. Saklar 3 buah
13. PCB 1mm 2 buah
14. Papan Acrylic 5mm (50 cm x 50 cm) 1 buah 15. Papan Acrylic 3mm (50 cm x 50 cm) 1 buah 16. Black housing 1 pin 100 buah 17. Rangkaian pembagi tegangan 12 V menjadi 5 V 1 buah
(30)
15
3.3 Metode Penelitian
Tahapan – tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini secara umum meliputi perancangan mekanisme sistem kendali, perancangan rangkaian elektronika sistem kendali, inventarisai peralatan yang digunakan, pembuatan prototipe rancangan, kalibrasi dan uji fungsional dan yang terakhir pengujian dilapangan. Diagram alir jalannya penelitian disajikan pada gambar dibawah ini;
(31)
16
3.3.1 Perancangan mekanisme sistem kendali
Perancangan mekanisme sistem kendali dimaksudkan untuk menentukan bagian-bagian dari traktor yang akan dimodifikasi, dalam hal ini yang dimodifikasi adalah bagian kendali roda kemudi dan kendali tuas gas (akselerasi). Dalam perancangan mekanisme sistem kendali meliputi beberapa tahapan yaitu sebagai berikut:
a.Penentuan Kebutuhan Daya
Dalam perancangan mekanisme memutar roda kemudi dan menggerakkan tuas akselerasi diperlukan perhitungan kebutuhan daya maksimum. Kebutuhan daya maksimum pada roda kemudi yaitu pada kondisi roda kemudi memutar ke kanan atau ke kiri secara penuh, sedangkan kebutuhan daya maksimum pada tuas akselerasi yaitu ketika tuas akselerasi digerakkan ke depan atau ke belakang secara penuh. Perhitungan daya dimaksudkan untuk menentukan jenis motor yang tepat agar mekanisme dapat bekerja dengan baik.
Perhitungan kebutuhan daya untuk memutar roda kemudi mengacu pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Annas (2012), karena sistem kendali yang digunakan masih sama. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Annas (2012), kebutuhan daya maksimum untuk memutar kemudi adalah 22.87 Watt. Daya yang harus dimiliki oleh motor agar dapat memutar kemudi harus lebih besar dari daya hasil pengukuran, sehingga digunakan motor listrik yang memiliki daya lebih besar yaitu 48.5 Watt.
Penentuan kebutuhan daya untuk menggerakkan tuas akselerasi dihitung dari besarnya gaya tarik dari tuas akselerasi tersebut, berdasarkan hasil pengukuran tarikan maksimum tuas akselerasi adalah sebesar 19.62 Kg m/s2.
b. Penentuan mekanisme penyaluran tenaga
Mekanisme penyaluran tenaga pada roda kemudi menggunakan timing belt (T-Belt) sesuai yang telah dirancang sebelumnya oleh Annas(2012). Dasar pemilihan mekanisme ini adalah perbandingan tenaga yang ditransmisikan dari sumber penggerak dengan komponen yang akan digerakkan besarnya sama, karena transmisi T-Belt tidak terjadi slip saat berputar jika di bandingkan dengan transmisi V-Belt. Sedangkan pada transmisi daya untuk menggerakkan tuas akselerasi menggunakan transmisi tali yang ditarik oleh motor, untuk menggerakkan tuas akselerasi.
3.3.2 Perancangan rangkaian elektronika sistem kendali
(32)
17 Pada Gambar 14 menunjukkan tahapan –tahapan dalam perancangan rangkaian elektronika sistem kendali yang terdiri dari perancangan diagram blok sistem kendali, perancangan perangkat lunak sistem kendali, pembuatan simulasi prototipe, dan pembuatan prototipe.
3.3.2.1 Perancangan diagram blok sistem kendali
Diagram blok dibuat untuk mempermudah dalam mempelajari dan memahami cara kerja dari sistem kendali kemudi, dimana dalam setiap blok memiliki fungsi dan kerja tertentu. Antara blok yang satu dengan blok yang lain saling berhubungan dan mendukung, sehingga akan terbentuk suatu sistem yang memiliki fungsi dan kerja yang khusus. Pada tahapan ini pula dijadikan acuan dalam penentuan kebutuhan komponen-komponen yang akan digunakan dalam pembuatan sistem kendali. Adapun diagram blok tersebut disajikan pada Gambar 15.
Gambar 15. Skema Prinsip Kerja Sistem Kendali Kemudi
3.3.2.2 Perancangan perangkat lunak sistem kendali
Perancangan perangkat lunak terdiri atas pemilihan bahasa pemrograman, pembuatan algoritma program, penulisan program, kompilasi program dan proses mendownloadkan program ke chip mikrokontroler.Dalam pembuatan program digunakan bahasa C, karena bahasa C merupakan bahasa pemrograman level tinggi yang umum digunakan pada bidangmikrokontroler. Kode program dalam bahasa C ditulis dalam software CodeVision AVR V2.05.3 Standard, pada software CodeVisionAVR sudah terdapat library Mikrokontroler yang digunakan. Dalam hal ini digunakan mikrokontroler jenis AVR Atmega 128 L. Kode yang telah dibuat kemudian dikompilasi dan didownloadkan ke chip mikrokontroler.
3.3.2.3 Pembuatan simulasi prototipe
Sebelum melakukan perancangan prototipe dilapangan, pembuatan simulasi perlu dilakukan untuk mengetahui berfungsi atau tidak sistem yang dirancang. Simulasi rangkaian menggunakan software ISIS Proteus 7.10 SP0. Apabila simulasi telah berjalan lancar selanjutnya melakukan pembuatan prototipe rangkaian sistem.
(33)
18
3.3.2.4 Pembuatan prototipe
Pembuatan prototipe terdiri atas beberapa bagian yaitu pembuatan rangkaian power supply dan rangkaian sensor-sensor.
3.3.3 Pembuatan silinder
parabolic
Pembuatan antena parabolik bertujuan untuk meningkatkan penangkapan sinyal pada Receiver. Ada tiga hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan antena parabolik yaitu letak titik fokus, direktriks dan jari-jari.Penentuan nilai dari ketiga parameter tersebut dapat di hitung menggunakan persaman umum parabola:
1 + cos
Dimana:
r = jari-jari pada parabola d = direktriks parabola e = eksentrisitas, e = 1
3.3.4 Pengujian Prototipe dan Kalibrasi Sensor
3.3.4.1 Pengujian Prototipe
Prototipe yang telah dirangkai kemudian dilakukan pengujian untuk memastikan semua rangkaian tersambung tanpa adanya masalah. Pengujian prototipe terbagi menjadi dua yaitu pengujian modul transmitter-receiver dan pengujian rangkain sensor.
Langkah pengujian modul transmitter dan receiver adalah:
1) Menghubungkan sumber catu daya pada modul Transmitter dan Receiver. 2) Apabila catu daya telah terhubung akan ditandai LED Merah yang menyala
pada modul Transmitter-Receiver dan nyala LED hijau pada modul Transmitter
yang menunjukkan anatara Transmitter dan Receiver telah terkoneksi.
3) Mengatur mode operasi SPC Wireless Gamepad Interface, dalam hal ini digunakan mode digital (analog non aktif).
4) Melakukann pengujian tombol arah digital pada mode axis control dengan menekan tombol arah atas dan bawah. Apabila tombol arah atas ditekan, motor belakang pada prototipe berputar searah jarum jam dan mobil bergerak ke depan. Dan begitu juga sebaliknya.
5) Pengujian steering control dengan menekan tombol arah kiri untuk belok kiri dan arah kanan untuk belok kanan.
Langkah pengujian rangkaian sensor:
1) Menghubungkan catu daya ke rangkaian sensor.
2) Memeriksa hubungan pin – pin pada setiap sensor, apabila rangkaian telah terhubung semua ditandai nyala LED pada setiap rangkaian dan nyala lampu pada LCD.
(34)
19 3) Menguji sensor ultrasonik dengan memberikan halangan di depan sensor, jika
sensor dalam keadaan aktif akan mendeteksi adanya halangan dan mengukur jarak halangan tersebut lalu menampilkan data tersebut pada layar LCD. 4) Apabila jarak yang terukur ≤1500 mm, alarm (buzzer) akan berbunyi.
3.3.4.2 Kalibrasi Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan perambatan kecepatan suara di udara, padahal kecepatan suara dipengaruhi oleh beberapa hal diantaranya adalah tinggi rendahnya temperature dan tekanan udara, tingkat refleksitas dari objek yang dideteksi, dan tingkat luminasi cahaya yang mengenai objek tersebut. Jadi agar pengukuran jarak lebih akurat perlu adanya kalibrasi hasil pengukuran. Cara untuk melakukan kalibrasi sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:
1) Mengaktifkan modul DT Sense Ultrasonic and Infrared Ranger dan memicu modul tersebut untuk mulai melakukan pengukuran jarak.
2) Meletakkan objek atau rintangan pada jarak 30 cm di depan sensor ultrasonik.
3) Membaca hasil pengukuran modul DT Sense Ultrasonic and Infrared Ranger yang ditampilkan pada LCD.
4) Mencatat hasil yang ditampilkan oleh modul LCD.
5) Selanjutnya objek dipindahkan setiap 1 cm sampai objek tepat di depan sensor ultrasonik dan dibaca kembali hasil pengukurannya.
6) Membandingkan hasil pengukuran jarak sebenarnya dengan pengukuran jarak dengan ultrasonik.
7) Hasil perbandingan tersebut dihitung menggunakan persamaan linear dan persamaan tersebut dimasukkan ke dalam bahasa pemrograman untuk kalibrasi hasil.
(35)
4.1 Rancangan Mekan
Rancangan mek mengendalikan roda kem akselerator sebagai peng kendali roda kemudi diat mekanisme ini didasarka dengan komponen yang a berputar jika di bandingk roda kemudi ke kanan dan roda kemudi di tunjukkan
Rancangan meka hubung yang ditarik meng hasilkan. Ketika menggun motor tidak kuat untuk m menggunakan tali yang di
(a)
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
ekanisme Sistem Kendali
ekanisme sistem kendali terbagi atas dua bagian ya emudi sebagai kendali belok dan mekanisme untuk ngatur besar kecilnya putaran mesin yang diinginka iatur oleh putaran motor DC 38 Watt dengan mekani kan pada perbandingan tenaga yang ditransmisikan d akan digerakkan besarnya sama, karena transmisi T-Be
gkan dengan transmisi V-Belt. Putaran motor yang diha an ke kiri adalah rata – rata sebesar 11 rpm. Adapun has an pada Gambar 16.
Gambar 16. Mekanisme kendali roda kemudi anisme pengendalian pada tuas akselerasi menggunak enggunakan tali, mekanisme ini dipilih sesuai dengan t
unakan meknisme batang hubung tanpa menggunakan t memutar mekanisme. Kemudian dicoba menggunakan ditarik motor Gambar 17(b).
(b)
Gambar 17. Mekanisme pengatur akselerasi
20 yaitu mekanisme untuk tuk mengendalikan tuas kan. Pada penelitian ini nisme T-Belt. Pemilihan dari sumber penggerak
Belt tidak terjadi slip saat ihasilkan untuk memutar asil perancangan kendali
akan mekanisme batang torsi motor DC yang di n tali pada Gambar 17(a), an mekanisme lain yaitu
(36)
21 Penentuan kebutuhan tenaga untuk menggerakkan pengatur akselerasi digunakan perhitungan berikut:
Gambar 18. Analisis gaya pada tuas akselerasi F1 = 19.62 N
α = 24o
F2 = F1 × sin 24
F2 = 19.62 × sin 24
F2 = 7.98 N
Berdasarkan perhitungan di atas dapat diketahui untuk menggerakkan tuas aklserasi harus digunakan motor yang memiliki torsi lebih dari 1.36 N.
4.2 Rancangan Rangkaian Elektronika Sistem Kendali
4.2.1 Rancangan Perangkat Lunak Sistem Kendali
Perancangan perangkat lunak terdiri atas pemilihan bahasa pemrograman, pembuatan algoritma program, penulisan program, kompilasi program dan proses mendownloadkan program ke chip mikrokontroler. Dalam pembuatan program digunakan bahasa C, karena bahasa C merupakan bahasa pemrograman level tinggi yang umum digunakan pada bidangmikrokontroler. Kode program dalam bahasa C ditulis dalam software CodeVision AVR V2.05.3 Standard, pada software CodeVisionAVR sudah terdapat library Mikrokontroler yang digunakan. Dalam hal ini digunakan mikrokontroler jenis AVR Atmega 128 L. Kode yang telah dibuat kemudian dikompilasi dan didownloadkan ke chip mikrokontroler.
Program yang dibangun meliputi beberapa bagian yaitu program untuk mengukur jarak dengan ultrasonik, membaca besar sudut belok, membaca besar putaran motor, menyimpan dan mengirim data, dan mengaktifkan buzzer. Pembuatan program secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 1.Tampilan penulisan program dalam CodeVision AVR dapat dilihat pada Gambar 19. Setelah program dibuat, kemudian dilakukan kompilasi untuk mengubah bahasa C menjadi bahasa mesin (.HEX) agar instruksi yang ada dapat dibaca oleh modul elektronik untuk melakukan suatu pekerjaan tertentu. Proses kompilasi program seperti yang ditunjukkan Gambar 20.
F2
F1
l
α
Poros putar tuas akselerasi
Motor DC
T = F2 ×
T = 7.98 × 0.17
(37)
22 Gambar 19. Tampilan Lembar Kerja Software Code Vision AVR V2.05.3 Standard
(38)
23 Gambar 21. Proses download program ke chip mikrokontroler
Pada Gambar 21 menunjukkan proses pengunduhan program yang telah dikompilasi ke dalam chip mikrokontroler. Program yang telah diunduhkan akan disimpan oleh mikrokontroler dalam Flash.
4.2.2 Pembuatan simulasi kinerja sistem
Sebelum melakukan perancangan prototipe dilapangan, pembuatan simulasi perlu dilakukan untuk mengetahui berfungsi atau tidak sistem yang dirancang. Simulasi rangkaian menggunakan software ISIS Proteus 7.10SP0. Intelligent Schematic Input System Proteus (ISIS) merupakan sebuah program untuk mendesain dan melakukan simulasi rangkaian elektronika (rangkaian analog dan digital) secara interaktif berdasarkan hubungan dari seluruh komponen yang ada dalam rangkaian tersebut (Rangkuti, 2011). ISIS dapat melakukan simulasi kinerja mikroposesor dan mikrokontroler, termasuk mikrokontroler jenis AVR. Selain itu, pada program ISIS dilengkapi program compiler, sehingga dapat melakukan kompilasi program dari file kode sumber yang di tulis menggunakan CodeVision AVR. Tahapan dalam pembuatan simulasi kinerja sistem adalah:
1) Membuat rangkaian elektronika pada lembar kerja Sofware ISIS Proteus 7.10SP0 sesuai dengan komponen yang akan digunakan. Komponen dan rangkaian secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 3.
2) Setelah rangkaian semua telah terhubung, tahap selanjutnya memasukkan file program .HEX yang telah dibuat pada CodeVision ke dalam chip mikrokontroler. Yaitu dengan double klik pada chip mikrokontroler yang akan dimasukkan program, sampai keluar kotak dialog seperti dibawah ini.
(39)
24 Gambar 22. Kotak dialog mengedit properties ATmega 128
3) Pada kotak dialog seperti diatas, di klik tombol open yang terdapat pada ”Program File”. Lalu di pilih file simulasi yang berekstensi .COFF, untuk memasukkan file tersebut pada skematik rangkaian.
Gambar 23. Kotak dialog memasukkan file program ke chip mikrokontroler.
4) Setelah file .COFF dimuat, lalu di klik tombol PLAY yang terdapat pada kontrol panel animasi.
(40)
Apabila simulasi telah ber
Gambar 25. Ta
4.3 Pembuatan Rangk
4.3.1 Rangkaian Pow
Power supply be supply yang dibuat terdir menggerakkan motor dan
supply yang telah dibuat s
Sumber teganga digunakan beberapa kom tegangan keluaran tetap 5 untuk meratakan arus yan dan LED sebagai indikato
erjalan lancar selanjutnya melakukan pembuatan protot
Tampilan simulasi rangkaian dengan Software ISIS Prot
angkaian Sistem Kendali
ower Supply
berfungsi sebagai sumber tegangan untuk seluruh rangk diri dua keluaran yaitu 12 volt dan 5 volt. Output 12 an output 5 volt untuk mensupply tegangan ke sensor-se
t seperti Gambar 26.
Gambar 26. Rangkain Power Supply gan power supply berasal dari Accu Traktor 12 V mponen elektronika seperti IC 7805 yang berfungsi re 5 Volt meskipun tegangan yang masuk berkurang. Kap ang masuk ke rangkaian, Resistor 330 ohm sebagai reg tor bahwa rangkaian dalam keadaan berfungsi baik.
25 otipe rangkaian sistem.
oteus 7.10SP0
gkaian. Rangkaian power 12 volt digunakan untuk sensor. Rangkaian power
Volt. Dalam rangkaian regulator tegangan, agar apasitor 10mF berfungsi regulator penyalaan LED
(41)
4.3.2 Rangkaian
Tran
Rangkaian utam transmitter untuk mengiri rangkaian EMS H – BridgModul transmitte
– perintah ke modul rece
melalui wireless dengan dihubungkan dengan Gam
Gamba
Gam
ransmitter
dan
Receiver
ama kontrol kendali secara nirkabel terdiri tiga ba irim perintah, rangkaian receiver untuk menerima dan m
dge untuk menggerakkan motor berdasarkan perintah da
itter merupakan sebuah perangkat yang berfungsi untuk
ceiver, perintah tersebut dalam bentuk logika high mau n frekuensi kerja 433 Mhz. Untuk mengirimkan perin
amepad (Joystick) yang dapat diset mode operasinya ses
bar 27. Modul Transmiter SPC Wireless Gamepad Interf
Gambar 28. Bagian-bagian Gamepad
ambar 29. Rangkaian Modul Transmitter secara lengkap Keterangan tom 1. Tombo 2. Joystic
3. Joystic
4. Tombo 5. Tombo 6. Tombo 7. Tombo
26 bagian yaitu rangkaian n mengolah perintah, dan dari receiver.
uk mengirimkan perintah aupun low yang dikirim intah, modul transmitter
esuai dengan keinginan.
terface.
ap. mbol:
bol arah digital
tick analog kiri
tick analog kanan bol aksi ( ) bol Left (L1 dan L2) bol Right (R1 dan R2) bol select analog
(42)
27 Perubahan mode operasi dapat dilakukan dalam waktu maksimum 10 detik pertama setelah koneksi pertama kali berhasil dilakukan yang ditandai dengan menyalanya LED koneksi. Perubahan dapat dilakukan dengan menekan kombinasi tombol secara bersamaan. Kombinasi masing – masing mode operasi dijelaskan pada tabel berikut ini. Apabila perubahan mode operasi berhasil dilakukan maka LED indikator mode analog atau digital pada gamepad akan berkedip 1 kali.
Berikut ini deskripsi pilihan mode yang dapat dipilih dan kombinasi tombol untuk mengaktifkannya:
Tabel 3. Pilihan Mode Operasi pada Gamepad
Mode Kombinasi Tombol Steering Axis Control Pengendali Output Pengendali Output 0 L1 + L2 + + Digital PWM A Analog Kanan PWM B 1 L1 + L2 + + Digital PWM B Analog Kanan PWM A 2 L1 + L2 + X + Analog Kiri PWM A Analog Kanan PWM B 3 L1 + L2 + X + Analog Kiri PWM B Analog Kanan PWM A 4 L1 + L2 + X + Analog Kanan PWM A Analog Kiri PWM B 5 L1 + L2 + + Analog Kanan PWM B Analog Kiri PWM A 6 L1 + L2 + + + Analog Kanan PWM A Digital PWM B 7 L1 + L2 + ++ X Analog Kanan PWM B Digital PWM A
Sumber: Innovative Electronics,2012.
Pada penelitian ini mode operasi yang digunakan adalah mode 6, cara pengaturan mode operasi 6 ditunjukkan pada Gambar 30. Mode 6 memiliki keluaran PWMA pada analog kanan dan PWM B pada digital.PWM B dipakai untuk kendali belok dan kendali tuas akselerasi, maka tombol digital digunakan sebagai tombol kendali. Arah kanan – kiri untuk kendali belok dan arah atas – bawah untuk kendali tuas akselerasi (Gambar 31).
Gambar 30. Cara pengaturan mode operasi
Gambar 31. Tombol untuk tuas kendali Akselerasi
Belok Tombol
Digital
= ditekan bersamaan
(43)
28 Modul receiver berfungsi sebagai penerima logika yang dikirim oleh modul transmitter, lalu mengolahnya menjadi set output dalam bentuk sinyal PWM (Pulse Width Modulation) yang terdiri dari PWM A dan PWM B. Penekanan tombol akan menghasilkan sinyal PWM100%. PWM tersebut berfungsi sebagai penggerak dan menentukan arah putaran motor. Dalam mengendalikan putaran motor diperlukan modul EMS 30A H Bridge.
Gambar 32. Modul Receiver SPC Wireless Gamepad Interface
Gambar 33. Rangkaian Modul Receiver
Embedded Module Series (EMS)30 A H-Bridge merupakan H-Bridge berbasis IC VNH3SP30 yang didesain untuk menghasilkan drive 2 arah dengan arus kontinu sampai dengan 30 A pada tegangan 5.5 Volt sampai 16 Volt. Modul jenis ini dipilih karena sesuai untuk menggerakkan motor DC 12 Volt, modul ini hanya mampu menggerakkan 1 buah motor. Maka untuk mengendalikan 2 buah motor diperlukan 2 buah modul EMS 30A H Bridge. Pada penelitian ini digunakan 2 buah modul
EMS yaitu modul 1 untuk menggerakkan motor pada roda kemudi dan modul 2 untuk menggerakkan motor pada tuas akselerasi. Modul Receiver sendiri dapat dihubungkan dengan 4 buah modul EMS 30A H Bridge, sehingga dapat mengendalikan 4 buah motor sekaligus.
(44)
Hubungan Pin p bawah ini:
Tabe Modul Receiver
(J9) Pin Nama
1 M3DIR1 2 M3DIR2 3 M3PWM 4 VCC
5 GND 8
Sumber: Innovative Electronics,
4.3.3 Rangkaian Mik
Rangkaian mikro pengolahan dan penyim Mikrokontroler DT AVR Rangkaian Alarm (LED d atau konfigurasi pin-pin d a. Rangkaian Mikrokon
DT AVR ATmeg kendali dari seluruh sistem sensor suhu, dan potensio dan EMS Data Flash mem
Gambar 34. Modul EMS 30 A H-Bridge
pada Modul Receiver dengan EMS 30 A H-Bridge d bel 4. Hubungan modul receiver dan EMS 30 A H Bridg
EMS 30 A H Bridge
ke -1 (J1)
Modul Receiver
(J9)
EM
Pin Nama Pin Nama Pi 1 MIN1 6 GND 8 ata 2 MIN2 7 M4DIR1 1 6 MPWM 8 M4DIR2 2 7 atau 9 VCC 9 M4PWM 6 8 atau 10 PGND 10 VCC 7 ata
cs, 2012.
ikrokontroler dan Sensor – sensor
krokontroler dan sensor – sensor berfungsi sebagai bag impanan data. Komponen – komponen yang di R ATmega 128L, Potensiometer, Sensor Ultrasonik, dan Buzzer) dan EMS Data Flash Memory. Adapun hu ditunjukkan Lampiran 3.
ontroler
ega 128 L merupakan unit mikrokontroler AVR yang b tem, untuk menerima data-data input dari hasil penguk
iometer lalu mengolah data tersebut dan ditampilkan ke
emory.
29 disajikan pada Tabel di
idge
MS 30 A H Bridge
ke -2 (J1) Pin Nama tau 10 PGND
1 MIN1 2 MIN2 6 MPWM atau 9 VCC
agian sistem pembacaan, digunakan terdiri dari ik, Modul LCD 16 x 2, hubungan tiap komponen
g berfungsi sebagai pusat ukuran sensor ultrasonik, ke LCD Display, Buzzer
(45)
Gamb Pada gambar ra membunyikan buzzer, PA – PC.3 digunakan sebag tampilan LCD, serta PF.0 sebagai input dari Potensi b. Rangkaian Sensor U Sensor yang digu
Ranger (USIRR). Yang m ultrasonik. Spesifikasi dar Terdiri Infrared Memilik Pulse W I2C-bus Dapat d I2C-bus Single su Supply C Aktif: 17 Reduced Power D Power D Pembaca Spesifik Jangkau Objek 0
bar 35. Skematik hubungan pin-pin Mikrokontroler AT rangkaian Mikrokontroler di atas, PA.0 berfungsi A.1- PA.5 dihubungkan ke EMS Data Flash Memory, agai input dari sensor ultrasonik, PD.0 – PD.7 dipa .0 merupakan input pembacaan sensor suhu LM 35, sed siometer.
Ultrasonik
igunakan pada rangkaian ini adalah sensor DT Sense U
merupakan modul pengukur jarak non kontak dengan p ari USIRR adalah:
ri dari sebuah Ultrasonik Ranger dan dapat dihubungkan
red Ranger GP2D12 (opsional).
iliki 2 buah antarmuka yang dapat aktif bersama yaitu:
Width / Lebar Pulsa (10 µs/mm) us
di-cascade hingga 8 modul dengan hanya 2 pin I/O (m us).
e supply 5 VDC.
ly Current (tanpa sensor infrared ranger): 17 mA typ.
ced Operation: 13 mA typ.
r Down: 7 mA typ.
r Down + Reduced Operation: 2 mA typ. acaan dapat dilakukan tiap 25 ms (40 Hz rate). fikasi Ultrasonic Ranger:
auan: 2 cm hingga 3 m 0 – 2 cm diukur berjarak 2 cm.
30 ATmega 128L
i sebagai output untuk y, PB.2 – PB.3 dan PC.2 pakai sebagai output ke sedangkan PF.1 dan PF.2
Ultrasonic and Infrared
pemancaran gelombang an dengan 2 buah sensor
(46)
DT Sense Ultras
sebagai titik referensi Gro
pin 4 (Busy/ready) sebag buah pin mikrokontroler dihubungkan ke Port B ultrasonik 2 ke Port C M ultrasonik adalah PWM. pada gambar di bawah ini
Gamba Pada penelitian i di depan traktor, sensor ultrasonik 2 dipasang pada
c. Rangkaian Buzzer Buzzer dalam ra depan traktor dari hasil p ketika mendeteksi objek dihubungkan dengan PA.0
rasonic and Infrared Ranger (USIRR) memiliki 4 bua
round, pin 2 sebagai input tegangan 5 Volt, pin 3 (SIG agai pin output. Untuk memicu dan membaca data pe r yang terhubung ke pin 3 (SIG) pada USIRR. Pin – B Mikrokontroler yaitu pin 3 (Port B.2) dan pin 4 Mikrokontroler. Yang dibaca pada sistem pengukura
. Rangkaian hubungan sensor ultrasonik dengan mikro ini:
bar 36. DT Sense Ultrasonic and Infrared Ranger (USIR
n ini digunakan 2 buah sensor ultrasonik sebagai pende r ultrasonik 1 dipasang pada bagian atas depan chas ada bagian bawah dari rangka traktor.
rangkaian sistem kendali ini berfungsi sebagai outpu
l pengukuran sensor ultrasonik yang telah diolah oleh m jek ≤1500 mm, buzzer akan aktif dan sebalikny
.0 pada mikrokontroler.
Gambar 37. Rangkaian alarm (Buzzer)
31 uah pin. Pin 1 berfungsi G) sebagai pin pulsa dan pengukuran diperlukan 1 pin sensor ultrasonik 1 4 (Port B.4), sedangkan ran jarak dengan sensor rokontroler dapat dilihat
SIRR)
deteksi adanya rintangan assis traktor dan sensor
tput adanya halangan di h mikrokontroler dimana nya. Rangkaian Buzzer
(47)
d. Rangkaian Sensor po Potensiometer di sudut putar 3600, tetapi de digunakan adalah potens sangat halus dengan juml VCC, pin GND dan pin O pin Output dihubungkan k keluaran dari potensiom membaca putaran motor d dihubungkan ke pin ADC putaran sudut roda depan,
Gamba e. Rangkaian modul LC LCD 16 x 2 meru x 2 baris. Dalam penel pengukuran oleh sensor mengaktifkan LCD 16 x 2 ini pin yang digunakan disajikan pada tabel di baw
Tab Pin Mikrok PD PD PD PD PD PD PD PD Gambar posisi (Potensiometer)
digunakan sebagai pengatur posisi sudut, karena potensi dengan desain khusus sudut putarnya bisa melebihi 360 nsiometer linear 10k karena potensiometer jenis ini mlah putaran sebanyak 10 kali. Potensiometer linier m
Output. Pin VCC dan GND dihubungkan dengan catu n ke pin ADC (Analog to Digital Converter) pada mikro
meter dan diubah menjadi data digital. Potensiomet r dalam menggerakkan tuas akselerasi, dimana pin outp DC1 (Port F.1). Sedangkan potensiometer 2 berfungsi
n, pin output potensiometer 2 dihubungkan ke pin ADC
bar 38. Rangkaian hubungan Potensiometer dengan mik LCD (Liquid Crystal Display)
erupakan modul LCD untuk menampilkan karakter deng elitian ini modul LCD digunakan untuk menampilk r dan mengetahui kinerja dari sensor dalam melakuk x 2, modul ini dikonfigurasikan dengan pin-pin pada mik n adalah pin pada Port.D (PD.0 – PD.7). konfiguras
awah ini:
abel 5. Konfigurasi Pin LCD dengan Pin Mikrokontrole rokontroler Pin LCD Keterangan
D.0 RS Data/Instructi
D.1 RW Read/Write
D.2 E Chip enable s
D.3 - -
D.4 D4 Data bit 4 D.5 D5 Data bit 5 D.6 D6 Data bit 6 D.7 D7 Data bit 7
ar 39. Rangkaian konfigurasi pin LCD dengan Mikrokon
32 nsiometer ini mempunyai 600. Potensiometer yang i perubahan tahanannya memiliki 3 pin yaitu pin tu daya 5 volt, sedangkan rokontroler untuk dibaca eter 1 berfungsi untuk utput potensiometer 1 ini gsi sebagai sensor posisi
C2 (Port F.2).
ikrokontroler.
engan ukuran 16 karakter ilkan data – data hasil ukan pengukuran. Untuk ikrokontroler. dalam hal asi dari pin-pin tersebut
ler
ction code e signal
(48)
33 Gambar 40. Modul LCD 16 x 2
Pada Gambar 37 menunjukkan data hasil pengukuran oleh sensor – sensor. U1 dan U2 adalah hasil pengukuran jarak dalam satuan mm oleh sensor ultrasonik dan T adalah data pengukuran suhu oleh sensor Suhu LM 35. Data suhu tersebut digunakan dalam kalibrasi pengukuran jarak.
Sebelum dilakukan pemasangan rangkaian pada traktor, dilakukan pembuatan prototipe untuk mengetahui kinerja dari seluruh rangkaian. Dalam membangun prototipe kemudi traktor digunakan mobil-mobilan yang telah di bongkar, hanya dimanfaatkan bodi mobil-mobilan, sumber tenaga dan gear boxnya. Mobil-mobilan disini sebagai pengganti traktor. Rangkaian yang telah disambung sesuai konfigurasi pin-pin kemudian dipasang pada mobil-mobilan seperti gambar di bawah ini:
Gambar 41. Prototipe Sistem Kendali Kemudi
4.4 Perakitan Rangkaian Pada Traktor
Prototipe yang telah dirancang dan dilakukan pengujian kemudian dipasang pada traktor. Tahapan dalam perakitan rangkaian adalah meliputi pemasangan box kontrol sistem kendali, sensor ultrasonik sebagai deteksi halangan, potensiometer sebagai sensor putaran, mekanisme kontrol roda kemudi dan mekanisme kontrol akselerasi. Letak penempatan rangkaian pada traktor dapat di lihat seperti gambar berikut:
(49)
34 Gambar 42. Skematik Perakitan Rangkaian Pada Traktor
Box kontrol merupakan tempat peletakan rangkaian komponen-komponen elektronika meliputi modul ReceiverSPC Wireless Gamepad Interface, Mikrokontroler, Rangkaian LCD 16 x 2,
Catu Daya, dan rangkaian penyimpanan data. Box kontrol diletakkan pada chasing dari mesin traktor agar tidak mengganggu sistem kerja traktor. Untuk mengurangi adanya getaran yang dapat menyebabkan terganggunya rangkaian elektronika, pada dasar box kontrol diberikan alas dengan busa.
(a) (b)
Gambar 43. (a) Pemasangan box kontrol dan (b) rangkaian di dalam box kontrol
Sensor ultrasonik berfungsi sebagai pendeteksi adanya halangan di depan traktor dengan sistem pengukuran jarak halangan. Sensor ultrasonik dipasang pada bagian depan traktor yaitu bagian bawah dan bagian atas. Pemasangan sensor ultrasonik bagian bawah dan bagian atas diletakkan sejajar. Sensor ultrasonik bagian bawah berfungsi untuk mendeteksi halangan yang relatif rendah seperti batu besar, sedangkan bagian atas berfungsi sebagai sensor tambahan agar deteksi objek lebih akurat.
Sensor Ultrasonik
Potensiometer
Potensiometer dan Motor DC
Box kontrol
Motor DC dan Timing
Mikrokontroler AVR 128L Receiver SPC
Wireless EMS H Bridge
30A
EMS Data Flash Memory LCD 16 x 2 Sensor Suhu
LM 35 Buzzer Parabolik
(50)
35 Gambar 44. Pemasangan Sensor Ultrasonik
Potensiometer sebagai sensor sudut belok dipasang pada roda depan traktor bagian sebeleh kanan, tepatnya satu poros dengan poros belok roda depan traktor. Seperti yang ditunjukkan gambar dibawah ini.
Gambar 45. Letak pemasangan potensiometer sebagai sensor sudut belok
Sedangkan untuk mengetahui besar putaran tuas akselerasi juga dipasang potensiometer sebagai sensornya. Pemasangan potensiometer satu poros dengan poros motor kendali tuas akselerasi.
(51)
36 Dalam pengendalian roda kemudi traktor digunakan mekanisme hubungan sabuk dan puli bergerigi sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan Annas (2012). Puli besar dihubungkan dengan poros roda kemudi dan puli kecil terhubung dengan poros motor DC. Pemasangan mekanisme tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 47. Pemasangan mekanisme kontrol roda kemudi
4.5 Hasil Rancangan Sistem Kendali Kemudi dengan
SPC Wireless Gamepad
Interface
Gambar 48. Hasil perancangan sistem kendali nirkabel pada pengemudian traktor mini Prinsip kerja dari sistem kendali kemudi dengan SPC Wireless Gamepad Interface adalah pada modul transmitter dikirim logika high atau low melalui media wireless pada pita frekuensi 433 MHz lalu logika tersebut akan diterima oleh modul receiver dan mengubah dalam set output PWM
(Pulse Width Modulation). Pengiriman logika dapat diatur menggunakan mode operasi yang ada pada
Gamepad, dimana dalam hal ini digunakan mode digital yaitu arah atas-bawah untuk kendali akselerasi dan arah kanan-kiri untuk kendali belok. PWM dari modul receiver digunakan untuk memutar motor melalui driver motor (EMS 30 A H-Bridge ). Motor tersebut akan memutar roda
(52)
37 kemudi sebagai kendali belok traktor melalui transmisi timing belt dan juga tuas akselerasi sebagai kendali kecepatan putar mesin melalui mekanisme batang hubung. Penekanan tombol arah akan menghasilkan sinyal PWM100%.
Pada traktor dilengkapi sensor-sensor yaitu sensor ultrasonik yang dipasang di depan sebagai pendeteksi objek rintangan terhadap maju traktor, apabila objek mendeteksi halangan atau jarak bahaya maka akan membunyikan alarm (buzzer). Sensor lain yang digunakan adalah potensiometer sebagai sensor posisi putaran. Sistem kerja dari sensor – sensor dikendalikan oleh mikrokontroler ATmega 128L, mulai dari inisialisasi program, pembacaan, pengolahan dan penyimpanan data. Data hasil pengukuran akan disimpan dalam EMS DataFlash Memory dan ditampilkan pada layar LCD. Kemudian data tersebut dapat ditransfer ke computer setelah proses pengambilan data telah selesai.
4.6 Analisis Sistem
Transmitter - Receiver
Modul transmitter merupakan sebuah perangkat yang berfungsi untuk mengirimkan perintah – perintah ke modul receiver, perintah tersebut dalam bentuk logika high maupun low yang dikirim melalui wireless dengan frekuensi kerja 433 Mhz. Untuk mengirimkan perintah, modul transmitter
dihubungkan dengan Gamepad (Joystick) yang dapat diset mode operasinya. Mode operasi menentukan pengendali yang digunakan pada gamepad (tombol arah digital sebelah kiri, joystick
analog kiri atau joystick analog kanan) yang terhubung ke output PWM (PWM A atau PWM B), serta menentukan mode kerja dari masing – masing set output PWM (Steering atau Axis Control).Dalam penelitian ini mode operasi yang digunakan adalah mode digital, dimana tombol arah digital yang digunakan untuk mengontrol sebuah sistem. Tombol arah atas dan bawah berfungsi untuk mengatur besar kecilnya akselerasi yang dihasilkan, pengaturan ini diatur melalui putaran motor DC. Apabila tombol arah atas ditekan secara terus menerus maka kecepatan putar mesin akan semakin meningkat dan apabila tombol arah bawah ditekan maka kecepatan putar mesin akan menurun. Seperti yang disajikan pada Gambar 52.
Gambar 49. Penekanan tombol untuk kendali tuas akselerasi
Sedangkan tombol arah kanan dan kiri berfungsi untuk mengatur belok traktor baik belok kanan maupun belok kiri.Putaran motor diatur oleh sebuah driver motor EMS H Bridge dari output PWM yang dihasilkan pada Modul Receiver. Setiap penekanan tombol akan menghasilkan PWM 100%. Cara penekanan tombol pada gamepad untuk kendali belok dapat dilihat pada Gambar 53.
Akselerasi naik
(1)
65 printf("%u %u %.2f %.1f %u %u \n \r",jarak_ukur1, jarak_ukur2, suhu1, rps, adc2, adc3);
if(mainpage==mainpage_akhir && i==i_akhir*12){mainpage++;goto next3;} //12 }
} next3: lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("---FINISH---"); while(1){
if(s!=s1){ s1=s; goto next1;} s1=s; } }
(2)
66 Lampiran 3. Daftar komponen dan skematik rangkaian
(3)
67 Lampiran 4.Hasil kalibrasi pengukuran jarak dengan sensor USIRR
Jarak Sebenarnya
Getaran Suhu = 27 Suhu = 30.5 Suhu = 32.44 Jarak
Terukur Error
Jarak
Terukur Error
Jarak
Terukur Error
Jarak
Terukur Error
(mm) (mm) (%) (mm) (%) (mm) (%) (mm) (%)
100 117 16.80 98 -2.00 109 9.00 104 4.00
200 216 8.00 202 1.00 217 8.33 223 11.67
300 326 8.80 301 0.33 325 8.44 327 9.00
400 431 7.65 404 1.00 423 5.83 430 7.58
500 532 6.48 500 0.00 525 5.07 533 6.67
600 637 6.23 603 0.50 634 5.61 647 7.83
700 738 5.49 707 1.00 744 6.29 746 6.52
800 833 4.08 812 1.50 843 5.38 843 5.38
900 930 3.38 905 0.56 938 4.22 940 4.44
1000 1030 2.98 1006 0.60 1033 3.33 1035 3.50 1100 1129 2.65 1106 0.55 1128 2.52 1131 2.79 1200 1228 2.30 1203 0.25 1221 1.78 1223 1.94 1300 1326 2.02 1300 0.00 1320 1.56 1325 1.95 1400 1427 1.91 1401 0.07 1419 1.38 1418 1.31 1500 1530 1.97 1497 -0.20 1517 1.16 1520 1.33 1600 1622 1.38 1599 -0.06 1617 1.06 1616 1.00 1700 1718 1.07 1699 -0.06 1719 1.12 1714 0.84 1800 1809 0.51 1796 -0.22 1814 0.80 1813 0.74 1900 1909 0.49 1894 -0.32 1911 0.56 1906 0.30 2000 2006 0.29 1996 -0.20 2009 0.47 2003 0.17 2100 2103 0.12 2096 -0.19 2106 0.29 2106 0.29 2200 2208 0.35 2195 -0.23 2211 0.52 2204 0.20 2300 2302 0.10 2303 0.13 2302 0.07 2304 0.16 2400 2406 0.24 2401 0.04 2403 0.11 2407 0.28 2500 2509 0.35 2498 -0.08 2507 0.28 2502 0.08 2600 2603 0.12 2595 -0.19 2606 0.24 2602 0.06 2700 2706 0.22 2696 -0.15 2722 0.80 2728 1.04 2800 2804 0.14 2787 -0.46 2836 1.30 2840 1.43 2900 2902 0.08 2872 -0.97 2920 0.70 2905 0.18 3000 3004 0.13 2982 -0.60 3035 1.18 3019 0.62
(4)
68 Lampiran 5. Sudut belok terhadap keluaran ADC
Sudut Belok Kiri (derajat)
hasil pembacaan ADC
Rataan
1 2 3
0 886 886 886 886
10 888 888 888 888
20 892 892 892 892
30 895 895 895 895
40 897 897 897 897
45 898 898 899 898
Sudut Belok Kanan (derajat)
hasil pembacaan ADC
Rataan
1 2 3
0 886 886 886 886
10 883 883 883 883
20 880 880 880 880
30 878 878 879 878
40 876 875 876 876
(5)
69 Lampiran 6. Kalibrasi pembacaan ADC dan RPM motor
Persentase
Ulangan Pembacaan ADC
Rata-rata akselerasi
(%) 1 2 3 4 5
0 915 915 915 915 915 915
25 898 899 899 897 899 898
50 875 874 876 873 876 875
75 856 856 854 854 852 854
100 835 832 832 831 831 832
Persentase
Ulangan Pengukuran RPM
Rata-rata akselerasi
(%) 1 2 3 4 5
0 1492 1498 1486 1490 1484 1490
25 1786 1788 1789 1788 1788 1788
50 2265 2266 2264 2265 2252 2262
75 2517 2525 2535 2534 2523 2527
(6)
70 Lampiran 7. Datasheet SPC Wireless Gamepad Interface