BAB 3 PERANCANGAN DAN SISTEM KERJA RANGKAIAN
3.1 Perancangan Diagram Blok
Secara garis besar, diagram blok dari rangkaian robot pengangkat barang ini ditunjukkan pada gambar 3.1. berikut ini:
Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian Pada robot ini terdapat 2 jenis sensor yang berbeda fungsi. Terdapat 3 buah
sensor garis, dan sebuah sensor barang. Ketiga sensor garis tersebut diletakkan pada
Hary Budianto : Robot Dengan Sistem Pendeteksi Sensor Garis Putih Dan Hitam Untuk Mengangkat Barang, 2007. USU Repository © 2009
kanan bawah, kiri bawah, dan tengah bawah pada robot. Sensor garis tersebut dihubungkan ke P2.0, P2.1 dan P3.7.
Sensor barang diletakkan di depan robot. Hal ini akan menyebabkan robot dapat mendeteksi keberadaan barang yang berada didepanya. Sensor tersebut dihubungkan
pada P2.2 dari mikrokontroler.
Untuk mengendalikan pergerakan motor, digunakan sebuah rangkaian driver penggerak motor DC yaitu jembatan H. Jembatan H ini akan memutar motor DC
searahberlawanan arah jarum jam bila diberi pulsa 1 atau 0. Dengan demikian pergerakan motor dapat dikendalikan melalui program. Pin – pin jembatan H ini
dihubungkan ke P0.0, P0.1, P0.2, dan P0.3 dari mikrokontroler AT89S51.
3.2. Perancangan Sensor Barang dan Sensor Garis
Sinar infra merah adalah radiasi elektromagnetik yang merupakan sinar tidak tampak, berada pada spektrum warna merah. Dapat dikatakan bahwa cahaya matahari
80 nya adalah sinar infra merah, karena lebarnya jangkauan gelombang sinar ini 0,75 - 1000 micron. Gelombang elektromagnetik diantara sinar tampak dan sinar mikrowave
dinamakan sinar infra merah, dengan karakteristik adalah tidak kasat mata atau tidak terlihat, bersifat linier atau menyebar, refraktif atau dapat dipantulkan dan dapat diserap
oleh beberapa obyek.
Hary Budianto : Robot Dengan Sistem Pendeteksi Sensor Garis Putih Dan Hitam Untuk Mengangkat Barang, 2007. USU Repository © 2009
Pemancar merupakan LED yang dapat memancarkan sinar infra merah, untuk memperluas jarak pemancaran sinar infra merah biasanya disertakan sebuah modul
yang berfungsi memodulasi frekuensi agar diterima oleh obyek tertentu. Sedangkan penerima merupakan photo dioda, photo dioda sejenis LED yang
tidak dapat memancarkan cahaya, photo LED hanya dapat menerima sinar infra merah sebagai pendeteksinya. Pada posisi normal yaitu tanpa ada barang, pancaran sinar infra
merah akan terus tanpa mengenai barang atau benda, sehingga penerima yang mengindikasikan tidak ada barang. Saat ada barang pancaran sinar infra merah tidak
kembali memantul kepada penerima dan ini mengindikasikan adanya barang. Rangkaian penerima infra merah ditunjukkan seperti gambar 3.2 :
VCC 5V
330k Poto dioda
4.7k C828
10k 1.0k
Q2 2SA733
10k 2SC945
4.7k 1.0k
1.0k Q4
2SA733 10k
330 LED1
P2.2
Vo
Gambar 3.2. Rangkaian Penerima sinar inframerah Pada rangkaian di atas, output dari potodioda diumpankan ke basis dari
transistor tipa NPN C828, ini berarti untuk membuat transistor tersebut aktip maka tegangan yang keluar dari potodioda harus lebih besar dari 0,7 volt. Syarat ini akan
terpenuhi jika potodioda mendapatkan sinar inframerah. Analisanya sebagai berikut:
Hary Budianto : Robot Dengan Sistem Pendeteksi Sensor Garis Putih Dan Hitam Untuk Mengangkat Barang, 2007. USU Repository © 2009
Jika tidak ada sinar inframerah yang mengenai potodioda, maka hambatan pada potodioda 15 Mohm, sehingga:
2 330.000
5 0,107
1 2
15.000.000 330.000 R
Vo xVcc
x Volt
R R
Vout akan diumpankan be basis dari transistor C828, karena tegangannya hanya 0,107
Volt maka transistor tidak aktip.
Jika ada sinar inframerah yang mengenai potodioda, maka hambatan pada potodioda 300 Kohm, sehingga:
2 330.000
5 2,619
1 2
300.000 330.000 R
Vo xVcc
x Volt
R R
Vout akan diumpankan ke basis dari transistor C828, karena tegangannya lebih besar dari 0,7 volt yaitu 2,619 Volt maka transistor akan aktip.
Aktipnya transistor C828 akan menyebabkan colektornya terhubung ke emitor, sehingga colektor mandapat tegangan 0 volt dari ground, tegangan ini diumpankan ke
basis dari transistor ke-2 tipe PNP A733, sehingga transistor ini juga aktip. Seterusnya aktipnya transistor A733 akan menyebabkan colektornya terhubung ke emitor,
sehingga colektor mandapat tegangan 5 volt dari Vcc, tegangan ini diumpankan ke basis dari transistor ke-3 tipe NPN C945, sehingga transistor ini juga aktip.
Kolektor dari transistor C945 dihubungkan mikrokontroler AT89S51 sehingga jika transistor ini aktip, maka kolektor akan mendapatkan tegangan 0 volt dari ground.
Hary Budianto : Robot Dengan Sistem Pendeteksi Sensor Garis Putih Dan Hitam Untuk Mengangkat Barang, 2007. USU Repository © 2009
Tegangan 0 volt inilah yang merupakan sinyal low 0 yang diumpankan ke mikrokontroler AT89S51, sehingga mikrokontroler dapat mengetahui bahwa sensor ini
mengirimkan sinyal, yang berarti bahwa sensor ini telah berada dekan dengan penghalang atau dinding.
Transistor ke-4 tipe PNP A733 berfungsi untuk menyalakan LED sebagai indikator bahwa sensor ini menerima pantulan sinar inframerah dari pemancar.
LED ini akan menyala jika sensor menerima sinar inframerah, dan akan mati jika sensor tidak menerima sinar inframerah.
Dasar Sistem Robot Pengikut Garis mengacu pada dasar sistem robot bergerak otonom. Secara umum, struktur robot bergerak otonom yang tipikal digambarkan
dalam gambar 3.3.
Gambar 3.3. Struktur robot bergerak otonom tipikal
Berdasarkan gambar 3.3, struktur robot adalah kalang tertutup melalui dunia luar yang terdiri atas sensor, persepsi perception, basis pengetahuan knowledge base
dan kendali control, dan aktuasi actuation. Komunikasi berfungsi untuk
Hary Budianto : Robot Dengan Sistem Pendeteksi Sensor Garis Putih Dan Hitam Untuk Mengangkat Barang, 2007. USU Repository © 2009
berhubungan dengan robot lain atau untuk menerima tugas-tugas khusus dari pusat kendali. Subsistem sensor menyediakan pengukuran kuantitatif terhadap kenyataan di
dalam lingkungan.
Pemilihan sensor sebaiknya disesuaikan dengan misi yang akan dijalankan. Selanjutnya subsistem persepsi melakukan proses ekstraksi informasi dari sensor dan
interpretasi informasi. Hasil pemrosesan memberikan deskripsi tentang lingkungan secara terbatas sesuai dengan sensor yang dipakai. Keluarannya lalu diberikan ke
subsistem basis pengetahuan untuk menentukan aksi yang akan dilakukan sesuai misinya. Oleh subsistem perencanaan dan kendali, perintah tersebut diproses lebih
lanjut untuk mengendalikan subsistem aktuasi.
Sensor pendeteksi garis yang digunakan dalam robot pengikut garis biasanya mendasarkan pada prinsip pemantulan cahaya untuk membedakan warna garis dengan
latar belakangnya. Seperti ditunjukkan pada gambar 3.4 :
Gambar 3.4. Prinsip pemantulan cahaya untuk membedakan warna
Hary Budianto : Robot Dengan Sistem Pendeteksi Sensor Garis Putih Dan Hitam Untuk Mengangkat Barang, 2007. USU Repository © 2009
Pada warna gelap penyerapan cahaya lebih besar daripada warna putih sehingga cahaya terpantul ke sensor menjadi lebih kecil. Cahaya yang digunakan untuk
pengenalan garis biasanya adalah cahaya tampak dan infra-merah. Sensor untuk cahaya tampak yang umum digunakan adalah inframerah yaitu transistor cahaya
phototransistor dan dioda foto photodiode.
Metode untuk membuat Robot Pengikut Garis dapat mengikuti garis ada beberapa cara. Cara pertama adalah membuat garis berada di antara deretan sensor.
Kedua, dengan membuat sensor berada di atas garis. Ketiga, dengan cara selalu
mendeteksi tepi garis.
Untuk dapat mengikuti garis dan mendeteksi barang, maka robot dilengkapi dengan 3 buah sensor garis dan 1 buah sensor barang. Semua sensor ini mempunyai
rangkaian yang sama, hanya penempatannya saja yang berbeda.
Masing-masing sensor menggunakan 3 buah pemancar inframerah dan sebuah potodioda. Sensor ini memanfaatkan pantulan dari pemancar inframerah yang diterima
oleh potodioda. Digunakan 3 buah pemancar inframerah pada masing-masing sensor bertujuan agar sinyal pantulan semakin kuat, sehingga posisi halangan maupun garis
dapat terdeteksi dengan baik.
Garis yang digunakan adalah garis putih dan lantainya berwarna hitam, dengan demikian ketika sensor mengenai garis putih, maka pantulan dari inframerah akan
mengenai potodioda. Sedangkan jika sensor mengenai lantai hitam, maka pancaran sinar inframerah lebih banyak yang diserap oleh garis hitam, sehingga pantulannya
menjadi lemah dan tidak mengenai potodioda. Demikian pula halnya ketika robot
Hary Budianto : Robot Dengan Sistem Pendeteksi Sensor Garis Putih Dan Hitam Untuk Mengangkat Barang, 2007. USU Repository © 2009
VCC 5V
Infra Me rah 100
100
Infra M erah 100
mendeteksi barang. Ketika sinar inframerah mengenai barang khususnya yang berwarna hitam, sinar akan diserap. Perbedaan intensitas pantulan inilah yang
digunakan untuk mendeteksi adanya barang ataupun garis.
Setiap pantulan yang diterima oleh potodioda akan diolah dan dijadikan data digital, sehingga bila potodioda mendapatkan pantulan dari pemancar inframerah, maka
akan mengirimkan sinyal low ke mikrokontroler AT89S51. Dengan demikian mikrokontroler dapat mendeteksi sensor yang mengirimkan sinyal low dan kemudian
memutuskan melakukan manuver kekiri ataupun kekanan atau untuk mengangkat dan menurunkan barang.
Rangkaian pemancar inframerah tampak seperti gambar di bawah ini:
Gambar 3.5. Rangkaian Pemancar inframerah
Pada rangkaian di atas digunakan 3 buah LED inframerah yang diparalelkan, dengan demikian maka intensitas yang dipancarkan oleh inframerah semakin kuat,
karena merupakan gabungan dari 3 buah LED inframerah.
Hary Budianto : Robot Dengan Sistem Pendeteksi Sensor Garis Putih Dan Hitam Untuk Mengangkat Barang, 2007. USU Repository © 2009
Resistor yang digunakan adalah 100 ohm sehingga arus yang mengalir pada masing-masing LED inframerah adalah sebesar:
5 0, 05
50 100
V i
A atau mA
R
Dengan besarnya arus yang mengalir ke LED inframerah, maka intensitas pancaran inframerah akan semakin kuat, yang menyebabkan jarak pantulannya akan semakin
jauh.
Pantulan dari sinar inframerah akan diterima oleh potodioda, kemudian akan diolah oleh rangkaian penerima agar menghasilkan data biner, dimana jika potodioda
menerima pantulan sinar inframerah maka output dari rangkaian penerima ini akan mengeluarkan logika low 0, namun jika potodioda tidak menerima pantulan sinar
inframerah, maka output dari rangkaian penerima akan mengeluarkan logika high 1.
Potodioda memiliki hambatan sekitar 15 sd 20 Mohm jika tidak terkena sinar inframerah, dan hambatannya akan berubah menjadi sekitar 80 sd 300 Kohm jika
terkena sinar inframerah tergantung dari besarnya intensitas yang mengenainya. Semakin besar intensitasnya, maka hambatannya semakin kecil.
Hary Budianto : Robot Dengan Sistem Pendeteksi Sensor Garis Putih Dan Hitam Untuk Mengangkat Barang, 2007. USU Repository © 2009
3.3. Perancangan Driver penggerak Motor DC dan penggerak Motor Stepper Jembatan H
Kategori