Perangkat Keras Perancangan Sensor Garis

BAB 3 PERANCANGAN ALAT DAN PERANCANGAN PROGRAM

3.1 Perangkat Keras

3.1.1 Diagram Blok Rangkaian

Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian

3.2 Perancangan Sensor Garis

Universitas Sumatera Utara VCC 5V Infra Merah 100  100  Infra Merah 100  Untuk dapat mendeteksi garis, maka robot dilengkapi dengan 2 buah sensor garis. 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 garis dapat terdeteksi dengan baik. Garis yang digunakan adalah garis putih dan lantainya berwarna gelap 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 lantai hitam, sehingga pantulannya menjadi lemah dan tidak mengenai potodioda. Perbedaan intensitas dari pantulan inilah yang digunakan untuk mendeteksi garis. Setiap pantulan yang diterima oleh photodioda 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 mengambil tindakan untuk mengatur putaran roda ke kanan atau ke kiri. Rangkaian pemancar inframerah tampak seperti gambar di bawah ini: Universitas Sumatera Utara Gambar 3.2 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. 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. Rangkaian penerima inframerah seperti gambar di bawah ini: 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 AT89S51 Universitas Sumatera Utara Gambar 3.3 Rangkaian Penerima sinar inframerah Photodioda 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. Pada rangkaian di atas, output dari potodioda diumpankan ke basis dari transistor tipa NPN C828, ini berarti untuk membuat transistor tersebut aktif 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: 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.Maka mikrokontroler AT89S51 akan menerima sinyal high. Universitas Sumatera Utara 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      V out akan diumpankan ke basis dari transistor C828, karena tegangannya lebih besar dari 0,7 volt yaitu 2,619 Volt maka transistor akan aktif. Aktifnya 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 aktif. Seterusnya aktifnya 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 aktif. Kolektor dari transistor C945 dihubungkan mikrokontroler AT89S51 sehingga jika transistor ini aktif, maka kolektor akan mendapatkan tegangan 0 volt dari ground. 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 pada garis putih. Transistor ke-4 tipe PNP A733 berfungsi untuk menyalakan LED sebagai indikator bahwa sensor ini menerima pantulan sinar inframerah dari pemancar. Universitas Sumatera Utara LED ini akan menyala jika sensor menerima sinar inframerah, dan akan mati jika sensor tidak menerima sinar inframerah.

3.2.1 Rangkaian Pengendali Pergerakan Motor Jembatan H

Untuk dapat bergerak, maka robot harus dapat mengendalikan perputaran rodanya. Robot menggunakan 2 buah motor DC 6 volt untuk menggerakkan rodanya, dimana 1 motor untuk menggerakkan roda sebelah kanan dan 1 motor lagi untuk menggerakkan roda sebelah kiri. Motor DC akan berputar searahberlawanan arah dengan jarum jam jika salah satu kutubnya diberi tegangan positip dan kutub yang lainnya diberi tegangan negatip atau ground. Dan motor DC akan berputar kearah sebaliknya jika polaritasnya dibalik. Dengan sipat yang demikian maka dibutuhkan suatu rangkaian yang dapat membalikkan polaritas yang diberikan ke motor DC tersebut, sehingga perputaran motor DC dapat dikendalikan oleh rangkaian tersebut. Dan jika rangkaian tersebut dihubungkan dengan mikrokontroler AT89S51, maka pergerakan motor dapat dikendalikan oleh program. Rangkaian untuk mengendalikan perputaran motor DC tersebut adalah sebuah rangkaian yang dikenal dengan jembatan H. Jembatan H ini terdiri dari 4 buah transistor, dimana 2 buah transistor bertipe NPN dan 2 buah transistor lagi bertipe PNP. Ke-4 transistor ini dirangkai sedemikian rupa sehingga dengan Universitas Sumatera Utara memberikan sinyal low atau high pada rangkaian maka perputaran motor dapat diatur. Untuk perintah maju, maka robot akan memutar maju kedua motor, motor kanan dan kiri. Untuk perintah mundur, maka robot akan memutar mundur kedua motor. Sedangkan untuk memutarberbelok kekanan, maka robot akan memutar maju motor sebelah kiri dan memutar mundur motor sebelah kanan, sehingga dengan demikian maka robot akan memutarberbelok kearah kanan. Hal sebaliknya dilakukan jika robot berputar ke sebelah kiri. Rangkaian jembatan H, ditunjukkan pada gambar berikut ini: Gambar 3.4 Rangkaian jembatan H Pada rangkaian di atas, jika P0.4 diset high yang berarti P0.4 mendapat tegangan 5 volt, maka kedua transistor tipe NPN C945 yang disebelah kiri akan aktif. Hal ini akan membuat kolektor dari kedua transistor C945 itu akan mendapat tegangan 0 volt dari ground. Kolektor dari transistor C945 yang berada Universitas Sumatera Utara di sebelah kiri atas diumpankan ke basis dari transistor tipe PNP TIP 127 sehingga basis dari transistor TIP 127 mendapatkan tegangan 0 volt yang menyebabkan transistor ini aktif transistor tipe PNP akan aktip jika tegangan pada basis lebih kecil dari 4,34 volt. Aktipnya transistor PNP TIP 127 ini akan mengakibatkan kolektornya terhubung ke emitor sehingga kolektor mendapatkan tegangan 5 volt dari Vcc. Sedangkan kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kiri bawah diumpankan ke basis dari transistor tipe NPN TIP 122 sehingga basis dari transistor TIP 122 mendapatkan tegangan 0 volt yang menyebabkan transistor ini tidak aktif transistor tipe NPN akan aktip jika tegangan pada basis lebih besar dari 0,7 volt. Karena transistor TIP 122 ini tidak aktif, maka kolektornya tidak terhubung ke emitor, sehingga kolektor tidak mendapatkan tegangan 0 volt dari ground. Karena kolektor TIP 122 dihubungkan dengan kolektor TIP 127 yang mendapatkan teganagan 5 volt dari Vcc, maka kolektor dari TIP 122 juga mendapatkan tegangan yang sama. Hal ini menyebabkan kaki motor sebelah kiri mendapatkan tegangan 5 volt polaritas positip. Pada rangkaian di atas, jika P0.4 diset low yang berarti P0.4 mendapat tegangan 0 volt, maka kedua transistor tipe NPN C945 yang disebelah kanan tidak akan aktip. Hal ini akan membuat kolektor dari kedua transistor C945 itu akan mendapat tegangan 5 volt dari Vcc. Kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kanan atas diumpankan ke basis dari transistor tipe PNP TIP 127 sehingga Universitas Sumatera Utara basis dari transistor TIP 127 mendapatkan tegangan 5 volt yang menyebabkan transistor ini tidak aktif Karena transistor PNP TIP 127 tidak aktif maka kolektornya tidak terhubung ke emitor sehingga kolektor tidak mendapatkan tegangan 5 volt dari Vcc, tetapi mendapatkan tegangan yang berasal dari transistor TIP 122 yang berada di bawahnya. Sedangkan kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kiri bawah diumpankan ke basis dari transistor tipe NPN TIP 122 sehingga basis dari transistor TIP 122 mendapatkan tegangan 5 volt yang menyebabkan transistor ini menjadi aktif. Karena transistor TIP 122 ini menjadi aktip, menyebabkan kolektornya terhubung ke emitor, sehingga kolektor mendapatkan tegangan 0 volt dari ground. Karena kolektor TIP 122 yang mendapatkan teganagan 0 volt dari ground dihubungkan dengan kolektor TIP 127, maka kolektor dari TIP 127 juga mendapatkan tegangan yang sama. Hal ini menyebabkan kaki motor sebelah kanan mendapatkan tegangan 0 volt polaritas negatip. Hal ini akan menyebabkan motor akan berputar ke satu arah tertentu. Sedangkan untuk memutar motor ke arah sebaliknya, maka logika yang diberikan ke P0.4 adalah low 0 dan logika yang diberikan ke P0.5 adalah high 1.

3.3 Rangkaian Catu Daya PSA