F = gaya yang bekerja pada benda newton m = massa benda kg
a = percepatan pada benda mdet
2
2.7.2. Torsi
Torsi atau yang sering disebut juga momen adalah gaya putar yang menyebabkan suatu objek berputar. Sebagai contoh jika motor listrik dialiri
arus. Maka porosnya akan berputar. Disini akan didapatkan hubungan antara energy listrik dan energi mekanik yang dihantarakan. Energi akan
dianalisa sebagai torsi.
Gambar 2. 1 Sistem Torsi Torsi T dihasilkan dari perkalian gaya dan jari
– jari panjang lengan pengungkit dan diberi satuan N-m.
T = Fxr 2.2
Dimana : T = torsiNm
F = gayaN
r = jari – jarim
Dalam analisa motor listrik, torsi sering disebut dengan kerja dan satuannya joule
Torsi jangkar pada motor, T menggerak jangkar daripada motor dengan kecepatan N rps.
Jika T dalam Nw- m, maka kerja dilakukan per detik T x 2πN watt.
Tenaga yang diubah ke dalam tenaga mekanik dalam jangkar adalah = E
b
I
a
watt [5]. Jadi : T x 2πN = E
b
I
a
Atau 2.3
Dimana : T = Torsi
E
b
= Tegangan generator DC I
a
= Arus generator DC N = kecepatan putarandtk
Formula diatas berlaku untuk motor DC dan generator DC.
2.7.3. Kecepatan
Suatu objek yang bergerak akan menempuh jarak tertentu dalam waktu yang ditentukan. Kecepatan adalah perbandingan jarak tempuh dan
waktu yang digunakan untuk menempuhnya. Kecepatan mempengaruhi pada kecepatan rata
– rata dan kecepatan sesaat.
Kecepatan rata – rata adalah perbandingan antara jarak yang
ditempuh oleh suatu benda terhadap waktu yang diperlukan, dengan tidak memperhatikan jenis gerakan yang dilakukan [4].
2.4 v = kecepatan rata
– rata ms X = jarak yang ditempuh m
t = waktu yang diperlukan s
2.7.4. Percepatan
Suatu objek dapat berubah kecepatannya. Perubahan kecepatan ini disebut dengan percepatan. Percepatan hanya terjadi ketika ada perubahan
pada gaya total gaya bersih yang bekerja pada objek, yang menyebabkjan perubahan kecepatan. Suatu objek dapat juga berubah dari
kecepatan tinggi ke kecepatan yang lebih rendah. Hal ini deisebut dengan perlambatan
deceleration negative
acceleration. Percepatan
didefinisikan sebagai perubahan kecepatan persatuan waktu [4].
2.5
v = perubahan kecepatan ms t = perubahan waktu s
a = percepatan ms
2
Misalkan juga bahwa pada saat awal benda ada di x dan pada
saat t benda ada di x , maka
Sehingga
Karena perlambatan dan nilai x0 = 0, maka
2.6
2.7.5 Energi Listrik
Energi listrik dapat berubah menjadi bentuk energi lain. Untuk mengubah energi listrik menjadi energi lain diperlukan alat listrik yang
memiliki sebuah hambatan. Hambatan R yang dialiri listrik I akan menimbulkan beda tegangan V antara ujung
– ujungnya [4]. Energi listrik sebanding dengan tegangan listrik v, kuat arus listrik i, dan waktu t.
secara matematis pernyataan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut.
W = V . I. t
Karena menurut hokum ohm I = VR atau V= I.R, maka persamaan tersebut dapat diturunkan menjadi persamaan berikut.
2.7
Keterangan : W = energi listrik joule
V = tegangan listrik volt I = kuat arus listrik ampere
t = selang waktu s R = hambatan listrik ohm
2.8. Komponen pada Prototype Kendaraan Mobil Listrik
Prototype penting yang ada dalam perancangan sistem kendaraan mobil listrik ini meliputi motor DC sebagai pengendali mesin, sensor jarak
ultrasonic sebagai pembaca jarak halangan, resistor sebagai sistem rangkaian pada hambatan, relay sebagai pengubah atau saklar untuk
memindahkan arus pada hambatan, dan mnikrokontroller sebagai otak dari pengolahan program untuk mengaktifkan semua sistem.
2.8.1. Motor DC
Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik [3].Motor DC adalah motor listrik
yang bergerak pada direct current DC electricity atau arus listrik arus searah. Beda tegangan pada kedua terminal mengakibatkan rotor berputar
tergantung polaritas suatu tegangan tersebut. Polaritas dari tengangan yang diberikan pada dua terminal menentukan arah perputaran motor, sedangkan
besar beda tegangan pada terminal menentukan kecepatan motor. Bagian motor DC mempunyai dua macam, diantrannya:
1. Bagian yang tetap atau yang sering disebut stator. Bagian ini
menghasilkan medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan dari sebuah magnet permanen.
2. Bagian yang berputar atau yang sering disebut rotor. Bagian ini
berupa sebuah koil yang dialiri arus listrik. Dasar teori gaya yang dihasilkan motor DC menggunakan gaya
Lorenz dimana gaya akan timbul jika penghantar listrik dilewatkan pada suatu medan magnet. Arah gaya mengikuti aturan tangan kanan
ampere. Ibu jari menunjukkan arus listrik I, telunjuk menunjukkan medan magnet B, jari tengah menunjukkan gaya Lorenz F.
Gambar 2. 2 Gaya Lorentz Jika sebuah penghantar dialiri arus listrik dan berada pada medan
magnet maka akan timbul gaya magnetic atau yang sering disebut gaya Lorenz. Arah gaya Lorenz selalu tegak lurus dengan arah kuat arus listrik
I dan induksi magnetic yang adaB. Arah gaya ini akan mengikuti arah
maju skrup yang diputar dari vector arah gerak muatan listrikv kearah medan magnet.
Nilai α merupakan sudut yang dibentuk oleh nilai magnet B dan arus listrikI
Teori Lorenz ini berlaku pada motor listrik. Beda potensial atau tegangan yang dihasilkan antara dua terminal mengalirkan arus listrik dari
arus positif ke arus negative melewati terminal sikat dan lilitan. Arus listrik diimplementasikan dengan arus yang berwarna merah. Kemudian
mengikuti arus listrik yang mengalir pada lilitan dalam medan magnet dan terjadilah perputaran secara terus menerus pada motor listrik.
Gambar 2. 3 Gerak Motor DC
2.8.2. Motor DC sebagai generator
Generator adalah suatu sistem yang menghasilkan tenaga listrik dengan masukkan tenaga mekanik [5].Motor DC sebagai generator
merupakan sistem listrik dinamis dimana energy mekanis diubah menjadi energy listrik. Generator DC menghasilkan arus DC atau arus searah.
Prinsip kerja generator DC dapat melalui dua cara diantaranya menggunakan cincin serat, yang menghasilkan tegangan induksi bolak
balik dan menggunakan komulator, menghasilkan tengangan DC.
Gambar 2. 4 Generator DC Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi
perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi tersebar terjadi saat
rotor menempati posisi seperti gambar a dan c. Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar.
Sedangkan posisi jangkar pada gambar b. akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet
dengan penghantar pada jangar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.
Gambar 2. 5 Gelombang Generator DC 1sinyal AC,2sinyal DC
Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip – ring berupa dua
cincin disebut juga dengan cincin seret. Seperti ditunjukkan pada gambar 1, maka dihasilkan tegangan AC arus bolak balik berbentuk sinusoidal.
Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komulator satu cincin seperti gambar 2 dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua
gelombang positif. Rotor dengan generator DC akan menghasilkan tegangan induksi
bolak balik. Sebuah komulator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC. Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC
sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi arus penguat medan.
2.8.3. Sensor Jarak Ultrasonic PING
Sensor jarak ultrasonic ping adalah sensor yang memancarkan ultrasonic 40Khz dan memantulkannya untuk mendeteksi jarak
didepannya. Sensor tersebut biasa diaplikasikan pada pengendali robot. Sensor tersebut mempunyai empat kaki yang berguna untuk input 5v,
ground, keluaran sensor ultrasonic dan masukkan pantulan dari ultrasonic tersebut yang d program melalui mikrokontroller.
Gambar 2. 6 Sensor PING Sensor ini bekerja dengan cara mengirimkan ultrasonic 40Khz
selama waktu 200us kemudian setelah ada hambatan tembok di depannya, ultrasonic memantul dan sensor tersebut menerima pantulan tersebut.
Biasa gelombang ultrasonic dikontrol dengan mikrokontroller [9].
Spesifikasi sensor : 1.
Operating voltage DC-5v. 2.
Operating current 15mA. 3.
Operating frequency 40KHZ. 4.
Farthest range 4m. 5.
Nearest range 2cm. 6.
Measuring angle 15 Degree. 7.
Input trigger signal 10us TTL pulse.
2.8.4. Miktokontroller AVR ATmega8535
Mikrokontroller ATmega8535
merupakan mikrokontroller
berteknologi CMOS 8-bit dengan kebutuhan daya rendah berbasis arsitekture enchanced RISC AVR [6]. Sebagian besar menggunakan satu
siklus clock dan prosenya menggabungkan intruksi dengan 32 register umum general purpose register, GPRs [7].
Beberapa fitur yang ada pada mikrokontroller ATmega8535 yaitu : 1.
Port IO 32 bit, dikelompokkan dalam portA, portB, portC, dan portD.
2. Analog to digital converter 10-bit sebanyak 8 input.
3. Timercounter berisi 3 buah.
4. CPU 8bit terdiri dari 32 register.
5. Watchdog timer dengan osilator internal.
6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memory flash sebesar 8Kbyte dengan kemampuan read while
write. 8.
Interrupt internal maupun eksternal. 9.
Port komunikasi SPI. 10.
EEPROM sebesar 512 byte yang dapat deprogram saat operasi. 11.
Analog comparator.
12. Komunikasi serial standar USART dengan kecepatan maksimal
2,5 Mbps. 13.
Frekwensi clock maksimum 16MHz.
2.8.4.1. Konfigurasi Pin ATmega8535
Konfigurasi pin mokrokontroller AVR ATmega8535 40 pin DIPdual in line package.
Gambar 2. 7 PIN Mikrokontroler Tabel 2.1 Konfigurasi pin ATmega8535
No. Pin Nama PIN
Keterangan
10 VCC
Catu Daya 11
GND Ground
40 - 33 PortA : PA0 - PA7
ADC0 - ADC7 Port IO dua arah dilengkapi
internal pull up
Tabel 2.1 Konfigurasi pin ATmega8535lanjutan resistor. Port ini dimultipleks
dengan masukkan analog ke ADC 8 kanal
1 – 7
PortB : PB0 - PB7 Port IO dua arah dilengkapi
internal pull up resistor. Fungsi lain dari port ini masing - masing
adalah:
PB0 = T0 timer counter0 external counter input
PB1 = T1 timer counter1 external counter input
PB2 = AIN0 analog comparator positive input
PB3 = AIN1 analog comparator positive input
PB4 = SS SPI slave select input
PB5 = MISO SPI bus master output slave input
PB6 = MISO PSI bus master input slave output
PB7 = SCK bs serial clock 22 - 29
PortC : PC0 - PC7 Port IO dua arah dilengkapi
internal pull up resistor. Dua pin yaitu PC6 dan PC7 berfungsi
sebagai osilator eksternal
Tabel 2.1 Konfigurasi pin ATmega8535lanjutan untuk timer counter2
14 - 21 PortD : PD0 - PD7
Port IO dua arah dilengkapi internal pull up resistor. Fungsi
lain dari port ini masing - masing adalah:
PD0 = RXD UART input line PD1 = TXD UART output line
PD2 = INT0 eksternal interrupt 0 input
PD3 = INT1 eksternal interrupt 1 input
PD4 = OC1B timer counter output compareA match output
PD5 = OC1A timer counter1 output comapreA match output
PD6 = ICP timer counter imput capture pin
PD7 = OC2 timer counter2 output compare match output
9 RESET
Masukkan reset. Sebuah reset terjadi jika pin ini diberi logika
low melebihi periode minimum yang diperlukan
13 XTAL1
Masukkan ke invwerting oscillator amplifier
Tabel 2.1 Konfigurasi pin ATmega8535lanjutan 12
XTAL2 Keluaran dair inverting
oscillator amplifier
30 AVCC
Catu daya untuk port A dan ADC
31 AGND
Analog ground 32
AREF Referensi masukkan analog
untuk ADC
2.8.4.2.Peta Memory Atmega 8535
Mikrokontroller atmenga8535 mempunyai dua memory diantaranya memory programmemori flash dan memory dataSRAM. Mikro ini
juga dilengkapi dengan memory EEPROM electrically Erasable programmable Read Only Memory untuk penyimpanan data nonvolatile.
Memory EEPROM mempunyai lokasi terpisah dengan sistem register alaamat, register data dan register control yang dibuat khusus untuk
EEPROM.
G a
m b
a r
2. 8 Peta Memori Mikrokontroler
2.8.4.3. Memory Data
Memory data dibagi menjadi 3 bagian, diantarannya:
1. Mempunyai 32 register keperluan umum general
purpose register –GPR biasa disebut register file
didalam teknologi RISC. 2.
Mempunyai 64
register untuk
keperluan inputoutput IO register.
3.
Mempunyai 512 byte SRAM internal.
G a
m b
a r
2 .
9
Data Mikrikontroler
BAB III
PERANCANGAN ALAT
3.1. Perancangan Sistem
Perancangan sistem untuk mengukur pengereman pada motor listrik ini mempunyai bagan sebagai berikut :
Gambar 3. 1 Sistem Model Pengereman Motor DC Kegunaan sistem pengereman motor listrik ini bertujuan untuk
mengendalikan pengereman motor saat berjalan dan menghadapi halangan. Mekanisme sistem ini dengan cara motor DC aktif untuk menjalankan
kendaraan. Kemudian terdapat hambatan yang menghalangi. Sensor PING mendeteksi hambatan tersebut dengan cara mengirimkan gelombang yang
dipancarakan kemudian diterima kembali pada sensor tersebut. Setelah itu sensor mengirim data kepada minimum sistem. Minimum sistem menerima
data kemudian mengoperasikan program yang diperintahkan yang dimana program itu untuk mengaktifkan sistem pada modul relay. Modul relay
menerima perintah kemudian arus pada supplay diputus dan diswitch ke
pembebanan pada modul relay sehingga terjadi pengereman bertahap dengan pembebanan.
1. Hambatan
Hambatan ini merupakan sarana untuk mengaktifkan sensor. Dengan hambatan ini sensor bisa membaca apa yang berada di
depannya. Hambatan ini bisa berupa tembok, papan, atau yang lainnya yang bersifat padat.
2. Sensor ping
Sensor ini merupakan piranti penting untuk mengirim dan menerima data yang di proses mikrokontroller. dari komponen ini
semua sistem aktif dengan pengendalinya. 3.
Mikrokontroller ATmega8535 Minimum sistem ini merupakan otak dari rancangan komponen
pengereman motor listrik. Dalam minimum sistem, mikrokontroller atmega8538 dipasang dan diprogram sesuai dengan kebutuhan.
4. Motor DC
Komponen ini merupakan pengendali atau penggerak kendaraan motor listrik. Kecepatan motor ini dipengaruhi oleh arus yang masuk
dari motor. Arus yang masuk dari motor dipengaruhi oleh modul relay yang telah dikendalikan oleh minimum sistem.
5. Power Supply
Alat ini berfungsi untuk menyupai aliran listrik ke beberapa sistem dalam table tersebut. Sistem itu diantaranya adalah sensor ping,
minimum sistem, modul relay, dan motor DC.
6. Modul relay
Rangkaian ini berfungsi untuk mengendalikan sistem pada pengereman. Modul relay ini dikendalikan oleh mikrokontroller
ATmega8535. Dari data yang diberikan sensor masuk ke mikro lalu mengendalikan rangkaian ini sesuai kebutuhan.
3.2. Perancangan Modul Relay
Perancangan modul ini mempunyai lima variasi sebagai pemicunya dimana tiap variasi ini mempunyai hambatan yang berbeda
– beda. Rancangan modul relay ini mempunyai lima variasi dimana variasi ini
dikendalikan oleh mikrokontroller.
Gambar 3. 2 Rangkaian Modul Relay
Pada gambar 3.2, input 1 terdapat vcc dan input motor. Input vcc masukkan dari sumber daya untuk mengaktifkan relay tersebut, kemudian
input motor adalah masukkan dari arus motor yang telah diputus dengan saklar kemudian motor DC menjadi generator DC dan masuk ke
pembebanan yang sudah diaktifkan oleh mikrokontroller. disini terjadilah pengereman dengan pembebanan dengan resistor. Pada input 2 terdapat
ground dan input mikro. Input mikro mengendalikan aktif tidaknya relay tersebut. Untuk rangkaian ini menggunakan transistor 2n2222 untuk
penyearah dan diode 1n41. Resistor dengan nilai minimal untuk mengamankan led menggunakan 330ohm.
3.3 Rangkaian Relay Sebagai Saklar
Pada gambar 3.3 rangkaian relay sebagai saklar bertujuan untuk memutus aliran listrik pada motor lalu dihubungkan oleh rangkaian
pembebanan yang suah dijelaskan pada gambar sebelumnya. Rangkaian ini menghubungkan sumber arus puwer supply kemudian memutus dengan
pengendali mikrokontroller sebagai pemicunya.
Gambar 3. 3 Rangkaian Pemutus Arus
