Mekanik Elektronik Perancangan Perangkat Keras

12

BAB III PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini akan diuraikan mengenai perancangan perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan untuk membangun Mesin Pemotong Akrilik Berbasis Mikrokontroler. Dalam skripsi ini akan dirancang sebuah sebuah mesin yang dihubungkan dengan sebuah komputer dimana kerja dari mesin tersebut berdasarkan data yang dikirim dari komputer. Gambar 3.1. Blok diagram Alat

3.1 Perancangan Perangkat Keras

3.1.1 Mekanik

Bagian mekanik dibagi menjadi 3 bagian yaitu rangka, mekanik penggerak dan Bagian Pemotong a. Rangka Rangka disusun menggunakan pipa segiempat dengan ukuran 20 mm x 30 mm dengan ketebalan 1.9 mm. Dimensi rangka mempunyai ukuran panjang 80 cm x lebar 75 cm dan tinggi 25 cm Aplikasi Deskt op M ikrokont roler M ekanik Penggerak X M ekanik Pengger ak Y M ekanik Pengger ak Z Cat u Daya AC M esin Bor Cat u Daya DC 13 Gambar 3.2. Rancangan Gambar Gambar 3.3. Mekanik b. Mekanik Penggerak X,Y dan Z Masing-masing mekanik penggerak terdiri dari ulir, linear shaft dan linear bearing. Jenis ulir yang digunakan adalah jenis Ball screw. Tabel 3.1 : Ukuran ball screw Penggerak Panjang Diameter Jarak Gang X 65 cm 15 mm 10 mm 14 Y 65 cm 15 mm 10 mm Z 11.2 cm 15 mm 4 mm Gambar 3.4 Penggerak X Gambar 3.5 Penggerak Y Gambar 3.6 Penggerak Z Linear Shaft Linear Shaft Ulir 15 Untuk menjaga gerakan ball screw agar stabil digunakan Linear shaft. Linear shaft menggunakan sebuah silinder pejal dengan bahan stainless steel dengan diameter 58 inch atau 15.85 mm dan untuk bagian yang bergerak menggunakan 2 buah linear bearing yang ditanam pada sebuah balok besi pada masing-masing sisi. Gambar 3.7 Blok besi tempat linear bearing 16 c. Bagian Pemotong Bagian pemotong adalah sebuah mesin bor dan mata bor potong yang diletakkan pada penggerak Z. Mesin yang menggunakan mesin trimmer merek Makita dengan seri MT370 . Tabel 3.2. Spesifikasi mesin trimmer Makita MT370 Model MT370 Kapasitas Cekam Kolet 6.35 mm14” atau 6 mm Kecepatan tanpa beban min -1 35.000 Panjang keseluruhan 199 mm Berat Bersih 1.5 Kg Kelas Keamanan Kelas 1 Gambar 3.8 Mesin trimmer Makita MT370

3.1.2 Elektronik

a. Modul Mikrokontroler Mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega32 . Mikrokontroler ini mempunyai saluran IO sebanyak 32 buah yang terbagi dalam 4 port yaitu port A, port B, port C, dan port D. Jumlah itu cukup untuk mengontrol 3 buah motor stepper yang masing-masing memerlukan 4 pin kontrol. Untuk komunikasi data digunakan port USART pada port D0 dan portD1 dan untuk input sensor digunakan port C. Untuk pembagian port dapat dilihat pada Tabel 3.3. 17 Gambar 3.9 Mikrokontroler Atmega 32. Gambar 3.10. Skematik Modul Pengendali Mikrokontroler Atmega32 18 Tabel 3.3. Konfigurasi port mikrokontroler. PORT Fungsi Koneksi ke Modul PortA.0 Output Driver Motor X input 1 PortA.1 Output Driver Motor X input 2 PortA.2 Output Driver Motor X input 3 PortA.3 Output Driver Motor X input 4 PortA.4 Output Driver Motor Y input 1 PortA.5 Output Driver Motor Y input 2 PortA.6 Output Driver Motor Y input 3 PortA.7 Output Driver Motor Y input 4 PortB.0 Output Driver Motor Z input 1 PortB.1 Output Driver Motor Z input 2 PortB.2 Output Driver Motor Z input 3 PortB.3 Output Driver Motor Z input 4 PortC.0 Input Photo Interrupter Batas Atas PortC.1 Input Photo Interrupter Batas Bawah PortC.6 Input Photo Interrupter X titik 0 PortC.7 Input Photo Interrupter Y titik 0 PortD.0 Serial Serial terima data PortD.1 Serial Serial kirim data b. Modul Driver Motor Driver motor menggunakan transistor BC546 dan MOSFET IRF 640 sebagai komponen utamanya. Transistor BC546 difungsikan sebagai saklar dengan menerima input dari mikrokontroler. 19 Gambar 3.11. Skematik modul transistor sebagai saklar Karena difungsikan sebagai saklar, maka transistor harus dibuat dalam kondisi saturasi low dan cutoff high. Berikut adalah perhitungannya: ℎ = = 12 3.1 = = = 109 3.2 Nilai hfe BC 546 pada datasheet adalah 110-800. = = . = 4311 Ω 3.3 Dari perhitungan didapatkan nilai maksimal RB untuk mencapai nilai saturasi adalah 4311 Ω. Output tegangan kolektor masuk di gate MOSFET. Tegangan ini untuk membuat channel di antara source dan drain, sehingga elektron dapat mengalir dari source ke drain. 20 Gambar 3.12. Grafik hubungan V DS , I D dan V GS MOSFET. Gambar 3.13. Skematik Modul Driver Motor Stepper 21 c. Modul Sensor Photo Interrupter Sensor photo interrupter yang digunakan adalah tipe H21A3. Pada saat photo interrupter terhalang, maka tidak ada cahaya yang ditangkap oleh photo transistor. Hal ini menyebabkan photo transistor dalam kondisi cutoff. Nilai tegangan kolektor sama dengan tegangan sumber sehingga V CE = 5 volt. Namun pada saat photo interrrupter tidak terhalang maka photo transistor dalam keadaan saturasi sehingga nilai tegangan kolektor sama dengan tegangan emitor = 0 volt. Gambar 3.14. Skematik Modul Sensor Photo Interrupter Dua buah sensor digunakan untuk mendeteksi titik acuan atau 0,0 dari X dan Y dan 2 buah sensor untuk mendeteksi batas atas dan batas bawah posisi bor. Gambar 3.15. Photo interrupter pembatas atas dan bawah O +V VCC 5V U1 OPTOISO R2 4k7 R1 100 22 Gambar 3.16. Sensor Photo Interrupter X d. Motor Stepper Motor stepper yang digunakan adalah motor stepper unipolar 2 phase merek Sanyo Denki seri 103H7124. Motor stepper ini mempunyai resolusi gerak 1.8° sehingga mempunyai 200 step dalam 1 putaran [6]. Terdapat 6 buah kabel yaitu hitam, putih, merah,biru, kuning dan orange. Gambar 3.17. Motor Stepper Sanyo Denki Gambar 3.18. Lilitan berdasarkan warna kabel 23 Gambar 3.19. Lilitan berdasarkan urutan kabel Untuk mengontrol gerakan motor stepper digunakan metode half step. Dengan menggunakan metoode half step, akan didapatkan resolusi dua kali lebih kecil dari resolusi jika menggunakan full step. Tabel 3.4 Half Step Step Konektor Hitam Putih Merah Biru Kuning Orange 1 1 1 1 1 2 1 1 1 3 1 1 1 1 4 1 1 1 5 1 1 1 1 6 1 1 1 7 1 1 1 1 8 1 1 1 24

3.2. Perancangan perangkat lunak