1 PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI REAL SEGWAY PADA SKATEBOARD RODA SATU MENGGUNAKAN GYROSCOPE DAN ACCELEROMETER
Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (J-PTIIK)
Vol. 1, No. 1, Januari 2017, hlm. 48-56
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI REAL SEGWAY PADA SKATEBOARD RODA
SATU MENGGUNAKAN GYROSCOPE DAN ACCELEROMETER
Muhammad Kholis Fikri 1, Barlian Henryanu Prasetio, S.T., M.T.2, Rizal Maulana, S.T., M.T., M.Sc.3
Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya
Email: kholis_fikri@yahoo.co.id1, barlian@ub.ac.id2, rizal_lana@ub.ac.id3
ABSTRAK
Perkembangan teknologi membuat kualitas kehidupan manusia semakin berkembang, banyak dari perusahaan yang
saling berlomba dalam membuat teknologi yang dapat memudahkan kehidupan manusia, salah satu teknologinya
adalah alat transportasi. Alat transportasi sangat bermacam-macam dari yang di darat, laut ataupun udara semua
menggunakan teknologi. Transportasi darat sekarang ini tidak hanya difungsikan sebagai alat transportasi pada
umumnya tetapi dibuat gaya hidup. Alat transportasi yang sedang banyak dikembangkan adalah alat transportsi satu
roda atau sering disebut Segway, teknologi ini dapat digunakan jarak pendek, karena bebannya yang cukup berat
sehingga sulit untuk dibawa kemana. Dari masalah tersebut pada penelitian ini dibuat alat transportasi yang cukup
ringan dan memenuhi daya hidup yaitu skateboard beroda satu. Pada umumnya skatebord beroda empat, untuk
memenuhi gaya hidup dibuat skatebord dengan sentuhan teknologi yaitu sakteboard beroda satu. Skateboard ini
memanfaatkan gyroscope dan accelerometer sebagai sensor untuk menyeimbangkan badan dari skateboard. Roda
memanfaatkan motor BLDC dan driver motor IBT2, arduino nano sebagai mikrokontrollernya dan PID sebagai metode
kontroller. Dengan menggunakan metode proporsional integratif derivatif yang ditanamkan pada kontroller arduino
uno dengan nilai Kp=6.98, Ki=4.61 dan Kd=1.15 sistem dapat berjalan sesuai yang diinginkan yaitu skateboard dapat
setimbang.
Kata kunci : segway, gyroscope, accelerometer, skateboard, arduino, PID
1.
yang ringan skateboard dapat menjadi salah satu solusi
alat transportasi, namun skateboard yang ada sekarang
memerlukan ayunan kaki agar papan skateboard dapat
berjalan. Dikarenakan skateboard masih digerakan
manual oleh manusia maka dari itu skateboard perlu di
modifikasi agar manusia tidak mengeluarkan energi pada
manusia itu sendiri yang menggunakannya (kanaristreet,
2011).
Berdasarkan permasalahan tersebut, penelitian ini
merancang tentang implementasi dan perancangan real
segway pada skateboard roda satu menggunakan
gyroscope dan accelerometer. Dari hasil tersebut, sensor
gyroscope dan sensor accelerometer membaca
pergerakkan papan skateboard dan menjadikannya
actuator pada motor DC untuk menjalankan fungsi roda
papan skateboard.
Gyroscope merupakan sebuah sensor yang berguna
untuk mengetaui kemiringan sebuah benda, sehingga
ketika benda tersebut bergerak, maka sensor gyroscope
dapat membaca berapa derajat kemiringan benda
tersebut. Gyroscope seringkali digunakan bersamaan
dengan accelerometer, dimana accelerometer memiliki
fungsi sebuah sensor yang digunakan untuk mengetaui
kecepatan alat tersebut.
Penilitian skripsi ini adalah untuk merancang dan
mengimplementasikan skateboard roda satu yang mampu
menyeimbangkan dan berjalan secara aerodinamis untuk
alat transportasi jarak dekat dan perkembangan pada
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi telah membuat kualitas
kehidupan manusia semakin tinggi. Saat ini
perkembangan teknologi telah mampu meningkatkan
kualitas maupun kuantitas berbagai industri. Dengan
adanya teknologi yang semakin berkembang, membuat
perusahaan teknologi berlomba – lomba untuk membuat
teknologi yang dapat membantu kehidupan manusia,
salah satunya yaitu dari teknologi transportasi. Dimana di
Indonesia terdapat teknologi yang sedang berkembang
yaitu segway. Penggunaan teknologi ini hanya berguna
untuk transportasi jarak dekat, namun teknologi Segway
menpunyai kelemahan berupah beban yang berat dan
mengakibatkan tidak dapat dibawa kemana – mana.
Harga pada segway juga termasuk harga untuk kalangan
orang-orang kelas atas(orang kaya). Perkembangan
teknologi transportasi terus meningkat, hal ini
mengakibatkan ketidaksesuaian terhadap kondisi
kepadatan lalu lintas. Kepadatan lalu lintas ini secara
langsung berdampak kepada polusi udara (Boediningsih,
2011).
Skateboard adalah sebuah permainan anak muda
yang memiliki empat roda, satu papan maple dan dua besi
(truck) sebagai penghubung antara roda dengan papan
sehingga papan tersebut mempunyai beban yang ringan
sehingga dapat dibawa kemana-mana. Dengan beban
1
2 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (J-PTIIK), Vol. 1, No. 1, Januari 2017, hlm. 48-56
dunia industry tanpa menyebabkan polusi udara dan
kemacetan.
2.
STUDI LITERATUR
2.1 Robot Segway
Dasar teori untuk membuat robot segway beroda dua
agar setimbang adalah dengan cara mengendalikan dua
roda searah dengan jatuhnya bagian atas sebuah alat.
Apabila proses tersebut dapat terlaksana maka robot
tersebut dapat setimbang Kataren et al,. (2015)
ditunjukan pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Balancing Segway Robot Beroda Dua
Menyeimbangkan Diri
Gambar 2.3. Konfigurasi Sensor MPU-6050
2.3 Arduino Nano
Arduino Nano adalah board mikrokontroller yang di
produksi oleh Arduino. Arduino Nano adalah board
Arduino terkecil, menggunakan mikrokontroller Atmega
328 smd untuk Arduino Nano 3.x dan Atmega 168 smd
untuk Arduino Nano 2.x, tetapi dengan desain dan ukuran
PCB yang minimalis tersebut. Arduino Nano hanya
mempunyai soket catu daya luar dan menggunakan catu
daya dari USB port mini. Arduino Nano diproduksi oleh
Gravitech yang bisa dilihat pada gambar 2.4.
Pada gambar 2.3 ketika balancing robot segway beroda
dua miring ke kanan atau condong ke depan, maka motor
akan berputar berlawanan dengan arah kemiringan yang
terjadi, sehingga robot akan kembali tegak lurus dengan
permukaan bidang datar, robot dapat seimbang jika
terdapat gaya yang di hasilkan pada putaran roda dari
motor DC.
2.2 Sensor Gyroscope dan Accelerometer
Gyroscope adalah suatu piranti elektronik yang
berfungsi untuk mengukur kecepatan sudut dengan
satuan (°/s) yang dialami oleh suatu benda pitch, roll dan
yaw. Sedangkan sensor accelerometer adalah piranti
elektronik yang berguna untuk mengukur percepatan
yang terjadi pada suatu objek. Cara menerapkan sensor
accelerometer untuk mendapatkan posisi dari suatu
benda dengan melakukan percepatan itu sendiri sebanyak
dua kali terhadap waktu (Seifert, dkk, 2007).
Tegangan yang dibutuhkan pada sensor MPU-6050
sebesar 3,3V. Modul sensor MPU-6050 ini mempunyai
regulator tegangan sendiri sebesar 3.3 v sehingga dapat
langsung dihubungkn tegangan maksimal 5V. Pada
sensor MPU-6050 ini mempunyai dua buah keluaran
yaitu SCL yang dihubungkan ke PC.0 dan SDA
dihubungkan PC.1 yang dapat ditunjukan pada gambar
2.2 dan gambar 2.2.
Gambar 2.2 Sensor MPU-6050 3-Axis Accelerometer+
3-Axis Gyroscope
Gambar 2.4 Arduino Nano
2.4 Kontroler PID
PID
(proportional-integral-derivative)
adalah
kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem
instrumentasi dan implementasi dengan karakter respon
pada sistem. Pada PID terbagi menjadi tiga macam yaitu
Proportional, Integrative dan Derivatif dan mempunyai
keunggulan dan kelemahan sendiri-sendiri. ketiganya
bisa digunakan secara bersamaan maupun bergantian
tergantung pada respon yang kita inginkan terhadap suatu
plant yang di dapat dilihat pada gambar 2.5
Gambar 2.5 Diagram blok kontroler PID
Muhammad Kholis F., Barlian Henryanu P., Rizal Maulana, Perancangan Dan Implementasi Real Segway …
3
2.5 Driver Motor IBT 2 H-Bridge
Sistem
kontrol
dan
analisisnya
banyak
kegunaannya dalam aplikasi nyata yaitu pengaturan
motor DC melalui H-Bridge driver motor. Pada
penggunaan H-Bridge dilakukan oleh karena rangkaian
dan metode kontrolnya tersebut sederhana dengan
memberikan PWM dan bit High/Low pada H-Bridge,
motor DC yang dapat dikontrol pergerakan sesuai dengan
yang diinginkan. Berikut ini adalah gambar rangkaian HBridge Mosfet yang digunakan ditunjukan pada gambar
2.5.
Gambar 2.6. Prinsip Kerja Motor DC
3
PERANCANGAN SISTEM
Perancangan sistem ini akan dilakukan langkahlangkah dalam perancangan yang meliputi. Perancangan
physical,
perancangan
Elektronik,
perancangan
komunikasi, dan juga perancangan tunning PID, untuk
lebih jelasnya dapat melihat digram blok berikut ini:
Gambar 2.5. Motor Driver IBT 2 H-Bridge
Tabel 2.1 Karakteristik IBT 2 H-Bridge
Input Voltage
6V – 27 V
Maximum Current
43 A
Input Level
3.3V – 5V
2.6 Motor DC
Perangkat elektromagnet yang mengubah energi
listrik menjadi energi mekanika biasa disebut Motor
listrik. Contoh penerapan energi elektromagnetik berupa
kompresor, perputaran impeller pompa, dan lain-lain.
Motor listrik biasanya digunakan untuk kebutuhan rumah
tangga seperti : mixer, bor listrik, fan angin dan biasanya
digunakan pada dunia industri.
Suplai tegangan yang searah pada kumparan medan
untuk diubah menjadi energi mekanik diperlukan pada
motor DC. Stator (bagian yang tidak berputar) adalah
Kumparan medan pada motor dc dan rotor (bagian yang
berputar) adalah kumparan jangkar. Ditimbulkan
tegangan yang berubah-ubah arah pada setiap setengah
putaran yang bisasa disebut dengan tegangan bolak balik
dikarenakan putaran pada kumparan jangkar pada
peredaran medan magnet. Bentuk motor yang paling
sederhana yaitu memiliki kumparan satu lilitan yang bisa
berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen
yang dapat ditunjukan pada gambar 2.6.
Gambar 3.2 Diagram Alir Perancangan Skateboard
One Wheel
3.1
3.1.1
Perancangan Physical (Frame dan Propeller)
Perancangan Frame
Perancangan desain mekanik pada Skateboard One
Wheel menggunakan aplikasi SketchUpMake, di desain
ini tercantum semua tempat bagian seperti :
mikrokontroler, driver motor sensor,dan roda.
4 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (J-PTIIK), Vol. 1, No. 1, Januari 2017, hlm. 48-56
Gambar 3.3 Desain Frame Skateboard One Wheel
Pada gambar 4.4 menggambarkan keseluruhan bagian
frame Skateboard one wheel. Di karenakan ada beberapa
komponen yang tidak support, pada rancangan dan
aplikatif rangka tidah jauh berbeda, hanya pada dinamo
dan roda digabungkan menjadi satu. Rangka dengan
ukuran frame 89 cm x 20 cm.
3.1.2
Gambar 3.5 Skematik Rangkaian Mikrokontroler
Skateboard One Wheel
Perancangan Propeller Velg
Pada skateboard one wheel ini, menggunakan propeller
ukuran diameter 10 cm. Desain pada rancangan ini
menggunakan aplikasi SketchUpMake. Dapat dilihat
seperti dibawah ini
Gambar 3.6 Skematik Rangkaian IMU6050 Skateboard
One Wheel
Gambar 3.4 Desain Propeller Velg
Pada gambar 4.5 terdapat 2 penompang karet roda agar
karet roda ketika di beri beban karet roda tidak lepas atau
kempes. Bahan yang digunakan adalah baja dan Velg
menempel dengan dinamo motor agar daya tompang bada
karet roda menjadi lebih kuat.
3.1.3
Perancangan Elektrik
Perangkat electrik yang digunakan dalam skateboard
one wheel yaitu sensor IMU6050, driver motor IBT 2 Hbridge, buzzer, dan push button. Mikrokontroler yang
digunakan yaitu arduino nano. Pada Gambar 3.5
dijelaskan rangkaian mikrokontroler skateboard one
wheel.
Gambar 3.7 Skematik Rangkaian IMU6050 Skateboard
One Wheel
Pada gambar 3.5 rangkaian arduino nano
membutuhkan Tegangan input 5 volt dengan
menggunakan regulator IC7805. Sedangkan pada gambar
4.8 tegangan pada driver motor untuk output PWM yang
dikeluarkan pada arduino nano. Tegangan yang
dibutuhkan pada motor sebesar 24 volt. Pada gambar 4.7
sensor mpu6050 diberi tegangan sebesar 3,3 volt yang
telah ada pada modul arduino nano.
3.1.4
Perancangan Komunikasi
Pada arduino nano memiliki fasilitas untuk komunikasi
dengan computer atau berkomunikasi dengan arduino
lainnya. Chip Atmega328 menyediakan komunikasi
serial UART TTL (5V) yang tersedia di pin 0 (RX) dan
pin 1 (TX). Sebuah chip FTDI yang terdapat pada board
berfungsi menterjemahkan bentuk komunikasi ini
Muhammad Kholis F., Barlian Henryanu P., Rizal Maulana, Perancangan Dan Implementasi Real Segway …
•
melalui USB dan akan tampil sebagai Virtual Port di
komputer.
Pada Arduino Software (IDE) terdapat monitor serial
yang memudahkan data textual untuk dikirim menuju
Arduino atau keluar dari Arduino. Terdapat Lampu led
TX dan RX yang akan menyala berkedip-kedip ketika ada
data yang ditransmisikan melalui chip FTDI USB to
Serial via kabel USB ke komputer. Untuk menggunakan
komunikasi
serial
dari
digital
pin,
gunakan SoftwareSerial library.
•
•
•
4
Gambar 3.8 Port USB mini B
Pada gambar 3.8 menggambarkan port usb mini B yang
connect dengan computer, pada bagian ini apabila led
pada arduino nano berwarna kuning, itu berarti sudah
terpairing dengan komputer rx yang berada pada arduino
nano.
3.1.5
Perancangan Kontroller PID
Start
Pusat pengendalian sistem adalah Arduino nano
yang memberikan sinyal PWM pada motor
BLDC melalui driver mosfet H-Bridge.
Aktuator menggunakan satu motor BLDC 24V
yang berfungsi untuk menyeimbangkan
skateboard yang mendapat sinyal masukan dari
output PWM driver mofet H-Bridge.
Sensor IMU 6050 untuk menentukan kecepatan
posisi dan kesimbangan pada skateboard roda
satu dengan range yang sudah dilakukan saat
penelitian.
Kontroler yang digunakan adalah Kontrol PID
dengan menggunakan Hard tunning.
IMPLEMENTASI
Implementasi sistem ini akan dilakukan sesuai
dengan perancangan sistem yang telah dibuat
sebelumnya. Pada bagian ini terdapat berbagai macam
proses implementasi yaitu pertama sensor gyroscope dan
accelerometer mendeteksi keseimbangan dari badan
skatebard,
setelah
mendapatkan
nilai
derajat
keseimbangan, nilai dikirim ke arduino sebagai
controller, arduino mengolah nilai tersebut untuk dikirim
ke driver motor dan driver motor mengirim sinyal ke
motor untuk bergerak maju atau mundur untuk mencapai
keseimbangan badan skateboard. Implementasi ini
meluputi implementasi perangkat keras dan perangkat
lunak.
A
4.1
Menentukan
Setpoint
5
AnalogWrite = PWM
Current sensor = feedback
Err = setpoint - feedback
Implementasi Perangkat Keras
Pada bagian ini akan menjelaskan tentang spesifikasi
pembuatan yang ada pada skateboard roda satu yang
meliputi:
1. Skema pembuatan perangkat keras
sinyal kontrol = err*PID
PWM = sinyal
kontroll
A
Gambar 3.9 Diagram Blok Sistem
Keterangan dari diagram blok sistem dalam Gambar
3.9 adalah sebagai berikut:
• Setpoint sistem adalah nilai keseimbangan dan
kecepatan posisi pada skateboard dan kecepatan
motor yang dihasilkan oleh karakteristik driver
motor dengan tegangan sebesar 24 volt.
• Skateboard dengan ukuran 89 cmx 20 cm dan
berat 8 kg, sebagai plant pada system ini.
Gambar 4.10 Skema Pembuatan Perangkat Keras
2. Penentuan modul elektronik yang digunakan
meliputi:
• Power supply / Baterai.
• Arduino nano dan Sensor IMU 6050
• Driver motor
• Motor BLDC
6 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (J-PTIIK), Vol. 1, No. 1, Januari 2017, hlm. 48-56
Pada aplikasi Matlab 2012b di gunakan untuk
melihat grafik kurva S hasil pengujian pada percobaan
PID dengan memberikan nilai-nilai yang di dapatkan
dari serial monitor arduino IDE.
Prinsip kerja sistem adalah sebagai berikut:
1. Catu daya atau baterai dengan tegangan 24 VDC
sebagai suplai rangkaian driver motor dan motor
BLDC.
2. Sistem diberi catu daya. Catu daya sebesar 5V
dari mikrokontroler digunakan untuk mencatu
sensor IMU 6050, dan mikrokontroler arduino
nano.
3. Sinyal kontrol dari Arduino nano masuk ke
driver motor mosfet H-BRIDGE. Driver motor
berfungsi untuk menguatkan sinyal yang
dihasilkan mikrokontroler Arduino nano dari 05 V menjadi 0-24 V.
4. Sinyal keluaran rangkaian penguat sebagai
masukan Arduino nano yang kemudian diproses
menggunakan kontroller PID.
5. Keluaran Arduino Uno berupa sinyal pulse
width modulation (PWM) Pulse Width
Modulation diberikan ke driver motor.
4.2
Gambar 4.12 Tampilan Awal
Implementasi Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang digunakan dalam penelitian ini
yaitu:
1. Arduino IDE
Arduino IDE berikut ini merupakan tampilan
awal program yang ada pada software:
Pada gambar 4.12 merupakan tampilan awal dari
software Matlab 2012b , pada gambar awal ini tempat
untuk memberi nilai yang telah di hasilkan oleh serial
monitor arduino IDE.
5
PENGUJIAN
5.1 Pengujian Keseluruhan Sistem
Pengujian keseluruhan bertujuan untuk mengetahui
kinerja dari perangkat keras dan perangkat lunak untuk
menghasilkan data-data yang diinginkan. Pengujian
keseluruhan sistem meliputi pengujian parameter PID
dan pengujian akurasi sensor terhadap pwm dan rpm
motor.
5.2 Pengujian keseluruhan parameter PID
Gambar 4.11 Tampilan Arduino IDE
Pada gambar 4.11 merupakan tampilan awal dari
software Arduino IDE, pada gambar awal ini
disediakan tempat sourcode dengan menggunakan
bahasa C dan terdapat fungsi-fungsi toolbar untuk
membantu pembuatan program skateboard roda satu.
2. Matlab
Pengujian dilakukan untuk menguji apakah parameter
yang sudah ditentukan dapat diaplikasikan pada alat dan
sudah sesuai dengan nilai setpoint. Pada pengujian ini
semua blok rangkaian dihubungkan setelah itu
memasukkan nilai parameter yang telah ditentukan, serta
mengamati dan menganalisa hasil kinerja alat. Untuk
perhitungan pada nilai L dan T dicari pada 5 kali
percobaan Kp, Ki dan Kd dengan grafik yang paling
bagus.
Setelah mendapatkan parameter yang dibutuhkan
maka bias didapatkan fungsi alih plant seperti yang
ditunjukkan dalam persamaan.
L = 0.33 s
T = 1.92 s
𝐺(𝑠) =
𝐾𝑒 −𝐿𝑠
3.92𝑒 −0.33𝑠
=
𝑇𝑠 + 1
1.92𝑠 + 1
Muhammad Kholis F., Barlian Henryanu P., Rizal Maulana, Perancangan Dan Implementasi Real Segway …
7
Dan diperoleh nilai Kp, Ki, Kd:
𝐾𝑝 = 1.2×
𝐾𝑖 =
1.92
𝑇
= 1.2×
= 6.98
0.33
𝐿
20
6.98
𝐾𝑝
=
=
= 4.61
𝑇𝑖 2×𝐿 0.66
𝐾𝑑 = 𝐾𝑝×𝑇𝑑 = 6.98×(0.5×𝐿) = 6.98×0.165
= 1.15
Dengan perhitungan di atas mendapatkan grafik seperti
gambar 4.1
Gambar 4.1 Grafik Akhir Perhitungan
Dari grafik output respon sistem yang ditunjukkan
dalam Gambar 4.1 dapat disimpulkan waktu keadaan
mantap (ts) selama 0,1784156 detik, waktu naik (tr)
selama 0,002264 detik dan overshoot sebesar 1.12%.
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑝𝑢𝑛𝑐𝑎𝑘−𝑆𝑒𝑡𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡
rumus 𝑂𝑣𝑒𝑟𝑠ℎ𝑜𝑜𝑡 =
𝑥 100%
contoh 𝑂𝑣𝑒𝑟𝑠ℎ𝑜𝑜𝑡 =
𝑆𝑒𝑡𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡
180−178
178
𝑥 100% = 1.1236%
5.3 Pengujian keseluruhan akurasi sensor terhadap
PWM dan RPM
Untuk melakukan pengujian sensor yang diuji adalah
perubahan sudut gyroscope dan accelerometer yang
berada sensor MPU-6050. Pengujian gyroscope dan
accelerometer bertujuan untuk mengetahui tingkat
keakuratan dari gyroscope dan accelerometer dalam
membaca perubahan sudut skateboard.
Sensor terpasang pada skateboard dan terhubung
dengan mikrokontroller arduino nano dan kemudian data
dari keluaran sensor akan dibuat input dan keluarannya
adalah nilai pwm. Kemiringan skateboard dapat diubah –
ubah sesuai dengan papan sudut yang sudah disediakan.
Gambar 4.2 Cara Mendapatkan Data Sensor MPU6050
Perubahan sudut yang terjadi akan ditampilkan lewat
serial monitor arduino uno pada komputer. Cara
pengambilan data terhadap sensor MPU-6050. Gambar
4.2 menunjukan cara pengambilan data pada sensor
MPU6050 dan pwm. Pada tabel 4.1 menunjukan hasil
pengujian terhadap sensor MPU-6050.
8 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (J-PTIIK), Vol. 1, No. 1, Januari 2017, hlm. 48-56
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Keseluruhan
N
o
1
2
3
4
5
6
7
Nil
ai
sud
ut
sen
sor
( 0)
166
.37
171
.57
176
.56
180
.14
182
.30
185
.32
194
.36
Nil
ai
su
dut
bu
sur
(0)
16
6
17
2
17
7
18
0
18
2
18
5
19
4
1.
Nil
ai
PW
M
sen
sor
PW
M
Terh
adap
busur
Nil
ai
RP
M
sen
sor
RPM
Terh
adap
busur
Akura
si
keselu
ruhan
(%)
255
254
996
99.6%
223
220
100
0
874
862
153
151
600
592
70
64
274
250
141
178
255
-138
552
698
100
0
-541
98.62
%
98.66
%
91.24
%
98.01
%
97.71
%
99.6%
-174
-254
-682
-996
Rata- rata
97.63
%
Dari tabel 4.1 terlihat ada dua jenis nilai data yaitu
nilai terhadap sensor dan nilai terhadap busur. Yang
dimaksud nilai terhadap sensor yaitu nilai keseimbangan
pada sensor yang dikeluarkan oleh serial monitor arduino
IDE. Sedangkan nilai terhadap busur yaitu pengukuran
keseimbangan badan pada skateboard. Nilai RPM
mngikutin nilai PWM yang dihasil dengan rumus sebagai
berikut:
Nilai RPM didapat dari perhitungan 𝑅𝑃𝑀 =
𝑃𝑊𝑀
𝑥 1000
255
Contohnya 𝑅𝑃𝑀 =
153
255
𝑥 1000 = 600 𝑅𝑃𝑀
Pada persentase akurasi keseluruhan didapatkan dari
nilai RPM terhadap busur dan nilai RPM terhadap sensor
dengan rumus sebagai berikut:
Akurasi didapat dari perhitungan 𝑎𝑘𝑢𝑟𝑎𝑠𝑖 =
𝑟𝑝𝑚 𝑡𝑒𝑟ℎ𝑎𝑑𝑎𝑝 𝑏𝑢𝑠𝑢𝑟
𝑥 100%
𝑟𝑝𝑚 𝑡𝑒𝑟ℎ𝑎𝑑𝑎𝑝 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟
2.
3.
4.
5.
Hasil pengujian pertama yang sudah dilakukan
secara hard tunning akan mendapatkan nilai
L(waktu tunda)=0.33s dan T(waktu naik)=1.92s
terhadap beberapa percobaan nilai Kp, Ki dan
Kd.
Pengujian keseluruhan sistem mendapatkan
nilai Kp,kid an kd dengan menggunakan
metode zieger Nicolas 1 setelah mendapatkan
nilai L(waktu tunda) dan T(waktu naik).
Nilai akurasi keseluruhan didapatkan melalui
nilai rata-rata RPM sebesar 97.63%.
Nilai akurasi keseluruhan terjelek padak titik
sudut 180 dikarenakan perubahan nilai PWM
secara cepat dan tidak segnifikan yang
mendekati nilai nol.
Nilai RPM mengikuti nilai PWM dengan rumus
𝑅𝑃𝑀 =
𝑃𝑊𝑀
255
𝑥 1000 .
Dengan menggunakan metode PID untuk
menemukan nilai proporsional, integratif dan derivatif
yang ditanamkan pada kontroller arduino uno dengan
nilai Kp=6.98, Ki=4.61 dan Kd=1.15 sistem dapat
berjalan sesuai yang diinginkan yaitu skateboard dapat
setimbang.
7.
SARAN
Pengembangan yang lebih lanjut diharapkan dapat
menghasilkan sistem yang lebih baik dan kompleks
dengan memperbaiki kinerja sistem yang telah dibuat,
maka dari itu dapat ditarik beberapa saran sebagai
berikut:
1. Alat ini dapat di kembangkan dengan cara di
beri torsi motor yang lebih besar agar dapat di
kendarai oleh manusia.
2. Metode yang di gunakan pada pengembangan di
saran kan menggunakan metode yang berbeda
agar hasil lebih akurat.
3. Pada pengembangan selanjutnya di sarankan
berat pada alat lebih ringan agar tidak
mempengaruhi kecepatan pada dinamo motor
dc.
4. Pada pengembangan selanjutnya di sarankan
pada alat diberi sensor rotary agar mengetahui
perbedaan RPM secara matematis dan secara
Pratik pada putaran motor dc.
DAFTAR PUSTAKA
Contohnya perhitungan akurasi sensor 𝑎𝑘𝑢𝑟𝑠𝑖 =
682
𝑥 100% = 97.71%
Ketaren, Lio Prisko., et al. 2015. "Balancing Robot
Beroda Dua Menggunakan Kontrol Proposional,
Integral dan Derivatif,” ELEMENTER 1:48-39
Berdasarkan hasil perancangan, implementasi dan
pengujian yang dilakukan, maka diambil kesimpulan
sebagai berikut:
Instructables. 2015. Control DC stepper motor with
L298N Dual Motor Controller Moduler
Arduino.
Tersedia
di
:
http://www.instructables.com/id/Control-DC-
698
6.
KESIMPULAN
Muhammad Kholis F., Barlian Henryanu P., Rizal Maulana, Perancangan Dan Implementasi Real Segway …
and-stepper-motors-with-L298N-Dual-Moto/
[diakses 30 Januari 2015]
Saputri, Zaratul Nisa. 2014. Aplikasi Pengenalan Suara
Sebagai Pengendali Peralatan Listrik Berbasis
Arduino Uno. Tesis tidak diterbitkan. Malang :
Universitas Brawijaya
Hidayati, Qory. 2006. Pengaturan Kecepatan Motor DC
dengan Menggunakan Mikrokontroler Atmega
8535. Tesis tidak diterbitkan. Balikpapan :
Politeknik Negeri Balikpapan
Cahyono, Bambang Nur., et al. 2013. Self-Balancing
Scooter Menggunakan Metode Kendali
Proporsional Integral Derivatif. Tesis tidak
diterbitkan. Semarang : Universitas Diponegoro
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika
Daya. Jakarta: Gramedia, 1988 Sumanto, Mesin
Arus Searah. Jogja : Penerbit Andi Offset, 1994
Herlambang,
Anton
2011.
ArduinoUno.
Tersedia
di
:
http://blog.kedairobot.com/2011/07/02/
arduino-uno.html
Seifert, Kurt., Camacho Oscar. (2007), Implementing
Positioning Algorithms Using Accelerometers,
freescale Semiconductor, Rev 0.
Yuga
Aditya P, 2016. Implementasi Sensor
Accelerometer Gyroscope Dan Magnetometer,
Teknik Elektro : Universitas Komputer
Indonesia
InvenSense. 2008. Intergrated Dual-Axis Gyro IDG-500
Datasheet.
ANALOG DEVICES. 2009. Accelerometer ADXL-335
Datasheet.
Cookson, J. dan Church, S. eds., 2007. Leisure and the
tourist. [e-book] Wallingford: ABS Publishers.
Tersedia
di
:
Google
Books
http://booksgoogle.com
[Diakses 1 Juli 2009]
Cox, C., Brown, J.T. dan Tumpington, W.T., 2002. What
health care assistants know about clean hands.
Nursing Today, Spring Issue, pp.64-68.
Diponegoro, A., 2008. The beauty of Indonesian oceans.
[electronic
print]
Tersedia
di
:
http://adiponegoro.com/store/product_info.php
?cPath=3&
productss_id=99
[Diakses 1 Januari 2011]
Esemka,
2012.
Tersedia
Esemka
bisa. [image
di
online]
:
9
http://www.esemka.co.id/esemkabisa.aspx
[Diakses 31 Januari 2011]
Goalie, D. 2008. Remote sensing technology for modern
soccer. Popular science and Technology,
[online]
Tersedia di : http://www.popsci.com/b012378/
soccer.html
[Diakses 1 Juli 2009]
Vol. 1, No. 1, Januari 2017, hlm. 48-56
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI REAL SEGWAY PADA SKATEBOARD RODA
SATU MENGGUNAKAN GYROSCOPE DAN ACCELEROMETER
Muhammad Kholis Fikri 1, Barlian Henryanu Prasetio, S.T., M.T.2, Rizal Maulana, S.T., M.T., M.Sc.3
Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya
Email: kholis_fikri@yahoo.co.id1, barlian@ub.ac.id2, rizal_lana@ub.ac.id3
ABSTRAK
Perkembangan teknologi membuat kualitas kehidupan manusia semakin berkembang, banyak dari perusahaan yang
saling berlomba dalam membuat teknologi yang dapat memudahkan kehidupan manusia, salah satu teknologinya
adalah alat transportasi. Alat transportasi sangat bermacam-macam dari yang di darat, laut ataupun udara semua
menggunakan teknologi. Transportasi darat sekarang ini tidak hanya difungsikan sebagai alat transportasi pada
umumnya tetapi dibuat gaya hidup. Alat transportasi yang sedang banyak dikembangkan adalah alat transportsi satu
roda atau sering disebut Segway, teknologi ini dapat digunakan jarak pendek, karena bebannya yang cukup berat
sehingga sulit untuk dibawa kemana. Dari masalah tersebut pada penelitian ini dibuat alat transportasi yang cukup
ringan dan memenuhi daya hidup yaitu skateboard beroda satu. Pada umumnya skatebord beroda empat, untuk
memenuhi gaya hidup dibuat skatebord dengan sentuhan teknologi yaitu sakteboard beroda satu. Skateboard ini
memanfaatkan gyroscope dan accelerometer sebagai sensor untuk menyeimbangkan badan dari skateboard. Roda
memanfaatkan motor BLDC dan driver motor IBT2, arduino nano sebagai mikrokontrollernya dan PID sebagai metode
kontroller. Dengan menggunakan metode proporsional integratif derivatif yang ditanamkan pada kontroller arduino
uno dengan nilai Kp=6.98, Ki=4.61 dan Kd=1.15 sistem dapat berjalan sesuai yang diinginkan yaitu skateboard dapat
setimbang.
Kata kunci : segway, gyroscope, accelerometer, skateboard, arduino, PID
1.
yang ringan skateboard dapat menjadi salah satu solusi
alat transportasi, namun skateboard yang ada sekarang
memerlukan ayunan kaki agar papan skateboard dapat
berjalan. Dikarenakan skateboard masih digerakan
manual oleh manusia maka dari itu skateboard perlu di
modifikasi agar manusia tidak mengeluarkan energi pada
manusia itu sendiri yang menggunakannya (kanaristreet,
2011).
Berdasarkan permasalahan tersebut, penelitian ini
merancang tentang implementasi dan perancangan real
segway pada skateboard roda satu menggunakan
gyroscope dan accelerometer. Dari hasil tersebut, sensor
gyroscope dan sensor accelerometer membaca
pergerakkan papan skateboard dan menjadikannya
actuator pada motor DC untuk menjalankan fungsi roda
papan skateboard.
Gyroscope merupakan sebuah sensor yang berguna
untuk mengetaui kemiringan sebuah benda, sehingga
ketika benda tersebut bergerak, maka sensor gyroscope
dapat membaca berapa derajat kemiringan benda
tersebut. Gyroscope seringkali digunakan bersamaan
dengan accelerometer, dimana accelerometer memiliki
fungsi sebuah sensor yang digunakan untuk mengetaui
kecepatan alat tersebut.
Penilitian skripsi ini adalah untuk merancang dan
mengimplementasikan skateboard roda satu yang mampu
menyeimbangkan dan berjalan secara aerodinamis untuk
alat transportasi jarak dekat dan perkembangan pada
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi telah membuat kualitas
kehidupan manusia semakin tinggi. Saat ini
perkembangan teknologi telah mampu meningkatkan
kualitas maupun kuantitas berbagai industri. Dengan
adanya teknologi yang semakin berkembang, membuat
perusahaan teknologi berlomba – lomba untuk membuat
teknologi yang dapat membantu kehidupan manusia,
salah satunya yaitu dari teknologi transportasi. Dimana di
Indonesia terdapat teknologi yang sedang berkembang
yaitu segway. Penggunaan teknologi ini hanya berguna
untuk transportasi jarak dekat, namun teknologi Segway
menpunyai kelemahan berupah beban yang berat dan
mengakibatkan tidak dapat dibawa kemana – mana.
Harga pada segway juga termasuk harga untuk kalangan
orang-orang kelas atas(orang kaya). Perkembangan
teknologi transportasi terus meningkat, hal ini
mengakibatkan ketidaksesuaian terhadap kondisi
kepadatan lalu lintas. Kepadatan lalu lintas ini secara
langsung berdampak kepada polusi udara (Boediningsih,
2011).
Skateboard adalah sebuah permainan anak muda
yang memiliki empat roda, satu papan maple dan dua besi
(truck) sebagai penghubung antara roda dengan papan
sehingga papan tersebut mempunyai beban yang ringan
sehingga dapat dibawa kemana-mana. Dengan beban
1
2 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (J-PTIIK), Vol. 1, No. 1, Januari 2017, hlm. 48-56
dunia industry tanpa menyebabkan polusi udara dan
kemacetan.
2.
STUDI LITERATUR
2.1 Robot Segway
Dasar teori untuk membuat robot segway beroda dua
agar setimbang adalah dengan cara mengendalikan dua
roda searah dengan jatuhnya bagian atas sebuah alat.
Apabila proses tersebut dapat terlaksana maka robot
tersebut dapat setimbang Kataren et al,. (2015)
ditunjukan pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Balancing Segway Robot Beroda Dua
Menyeimbangkan Diri
Gambar 2.3. Konfigurasi Sensor MPU-6050
2.3 Arduino Nano
Arduino Nano adalah board mikrokontroller yang di
produksi oleh Arduino. Arduino Nano adalah board
Arduino terkecil, menggunakan mikrokontroller Atmega
328 smd untuk Arduino Nano 3.x dan Atmega 168 smd
untuk Arduino Nano 2.x, tetapi dengan desain dan ukuran
PCB yang minimalis tersebut. Arduino Nano hanya
mempunyai soket catu daya luar dan menggunakan catu
daya dari USB port mini. Arduino Nano diproduksi oleh
Gravitech yang bisa dilihat pada gambar 2.4.
Pada gambar 2.3 ketika balancing robot segway beroda
dua miring ke kanan atau condong ke depan, maka motor
akan berputar berlawanan dengan arah kemiringan yang
terjadi, sehingga robot akan kembali tegak lurus dengan
permukaan bidang datar, robot dapat seimbang jika
terdapat gaya yang di hasilkan pada putaran roda dari
motor DC.
2.2 Sensor Gyroscope dan Accelerometer
Gyroscope adalah suatu piranti elektronik yang
berfungsi untuk mengukur kecepatan sudut dengan
satuan (°/s) yang dialami oleh suatu benda pitch, roll dan
yaw. Sedangkan sensor accelerometer adalah piranti
elektronik yang berguna untuk mengukur percepatan
yang terjadi pada suatu objek. Cara menerapkan sensor
accelerometer untuk mendapatkan posisi dari suatu
benda dengan melakukan percepatan itu sendiri sebanyak
dua kali terhadap waktu (Seifert, dkk, 2007).
Tegangan yang dibutuhkan pada sensor MPU-6050
sebesar 3,3V. Modul sensor MPU-6050 ini mempunyai
regulator tegangan sendiri sebesar 3.3 v sehingga dapat
langsung dihubungkn tegangan maksimal 5V. Pada
sensor MPU-6050 ini mempunyai dua buah keluaran
yaitu SCL yang dihubungkan ke PC.0 dan SDA
dihubungkan PC.1 yang dapat ditunjukan pada gambar
2.2 dan gambar 2.2.
Gambar 2.2 Sensor MPU-6050 3-Axis Accelerometer+
3-Axis Gyroscope
Gambar 2.4 Arduino Nano
2.4 Kontroler PID
PID
(proportional-integral-derivative)
adalah
kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem
instrumentasi dan implementasi dengan karakter respon
pada sistem. Pada PID terbagi menjadi tiga macam yaitu
Proportional, Integrative dan Derivatif dan mempunyai
keunggulan dan kelemahan sendiri-sendiri. ketiganya
bisa digunakan secara bersamaan maupun bergantian
tergantung pada respon yang kita inginkan terhadap suatu
plant yang di dapat dilihat pada gambar 2.5
Gambar 2.5 Diagram blok kontroler PID
Muhammad Kholis F., Barlian Henryanu P., Rizal Maulana, Perancangan Dan Implementasi Real Segway …
3
2.5 Driver Motor IBT 2 H-Bridge
Sistem
kontrol
dan
analisisnya
banyak
kegunaannya dalam aplikasi nyata yaitu pengaturan
motor DC melalui H-Bridge driver motor. Pada
penggunaan H-Bridge dilakukan oleh karena rangkaian
dan metode kontrolnya tersebut sederhana dengan
memberikan PWM dan bit High/Low pada H-Bridge,
motor DC yang dapat dikontrol pergerakan sesuai dengan
yang diinginkan. Berikut ini adalah gambar rangkaian HBridge Mosfet yang digunakan ditunjukan pada gambar
2.5.
Gambar 2.6. Prinsip Kerja Motor DC
3
PERANCANGAN SISTEM
Perancangan sistem ini akan dilakukan langkahlangkah dalam perancangan yang meliputi. Perancangan
physical,
perancangan
Elektronik,
perancangan
komunikasi, dan juga perancangan tunning PID, untuk
lebih jelasnya dapat melihat digram blok berikut ini:
Gambar 2.5. Motor Driver IBT 2 H-Bridge
Tabel 2.1 Karakteristik IBT 2 H-Bridge
Input Voltage
6V – 27 V
Maximum Current
43 A
Input Level
3.3V – 5V
2.6 Motor DC
Perangkat elektromagnet yang mengubah energi
listrik menjadi energi mekanika biasa disebut Motor
listrik. Contoh penerapan energi elektromagnetik berupa
kompresor, perputaran impeller pompa, dan lain-lain.
Motor listrik biasanya digunakan untuk kebutuhan rumah
tangga seperti : mixer, bor listrik, fan angin dan biasanya
digunakan pada dunia industri.
Suplai tegangan yang searah pada kumparan medan
untuk diubah menjadi energi mekanik diperlukan pada
motor DC. Stator (bagian yang tidak berputar) adalah
Kumparan medan pada motor dc dan rotor (bagian yang
berputar) adalah kumparan jangkar. Ditimbulkan
tegangan yang berubah-ubah arah pada setiap setengah
putaran yang bisasa disebut dengan tegangan bolak balik
dikarenakan putaran pada kumparan jangkar pada
peredaran medan magnet. Bentuk motor yang paling
sederhana yaitu memiliki kumparan satu lilitan yang bisa
berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen
yang dapat ditunjukan pada gambar 2.6.
Gambar 3.2 Diagram Alir Perancangan Skateboard
One Wheel
3.1
3.1.1
Perancangan Physical (Frame dan Propeller)
Perancangan Frame
Perancangan desain mekanik pada Skateboard One
Wheel menggunakan aplikasi SketchUpMake, di desain
ini tercantum semua tempat bagian seperti :
mikrokontroler, driver motor sensor,dan roda.
4 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (J-PTIIK), Vol. 1, No. 1, Januari 2017, hlm. 48-56
Gambar 3.3 Desain Frame Skateboard One Wheel
Pada gambar 4.4 menggambarkan keseluruhan bagian
frame Skateboard one wheel. Di karenakan ada beberapa
komponen yang tidak support, pada rancangan dan
aplikatif rangka tidah jauh berbeda, hanya pada dinamo
dan roda digabungkan menjadi satu. Rangka dengan
ukuran frame 89 cm x 20 cm.
3.1.2
Gambar 3.5 Skematik Rangkaian Mikrokontroler
Skateboard One Wheel
Perancangan Propeller Velg
Pada skateboard one wheel ini, menggunakan propeller
ukuran diameter 10 cm. Desain pada rancangan ini
menggunakan aplikasi SketchUpMake. Dapat dilihat
seperti dibawah ini
Gambar 3.6 Skematik Rangkaian IMU6050 Skateboard
One Wheel
Gambar 3.4 Desain Propeller Velg
Pada gambar 4.5 terdapat 2 penompang karet roda agar
karet roda ketika di beri beban karet roda tidak lepas atau
kempes. Bahan yang digunakan adalah baja dan Velg
menempel dengan dinamo motor agar daya tompang bada
karet roda menjadi lebih kuat.
3.1.3
Perancangan Elektrik
Perangkat electrik yang digunakan dalam skateboard
one wheel yaitu sensor IMU6050, driver motor IBT 2 Hbridge, buzzer, dan push button. Mikrokontroler yang
digunakan yaitu arduino nano. Pada Gambar 3.5
dijelaskan rangkaian mikrokontroler skateboard one
wheel.
Gambar 3.7 Skematik Rangkaian IMU6050 Skateboard
One Wheel
Pada gambar 3.5 rangkaian arduino nano
membutuhkan Tegangan input 5 volt dengan
menggunakan regulator IC7805. Sedangkan pada gambar
4.8 tegangan pada driver motor untuk output PWM yang
dikeluarkan pada arduino nano. Tegangan yang
dibutuhkan pada motor sebesar 24 volt. Pada gambar 4.7
sensor mpu6050 diberi tegangan sebesar 3,3 volt yang
telah ada pada modul arduino nano.
3.1.4
Perancangan Komunikasi
Pada arduino nano memiliki fasilitas untuk komunikasi
dengan computer atau berkomunikasi dengan arduino
lainnya. Chip Atmega328 menyediakan komunikasi
serial UART TTL (5V) yang tersedia di pin 0 (RX) dan
pin 1 (TX). Sebuah chip FTDI yang terdapat pada board
berfungsi menterjemahkan bentuk komunikasi ini
Muhammad Kholis F., Barlian Henryanu P., Rizal Maulana, Perancangan Dan Implementasi Real Segway …
•
melalui USB dan akan tampil sebagai Virtual Port di
komputer.
Pada Arduino Software (IDE) terdapat monitor serial
yang memudahkan data textual untuk dikirim menuju
Arduino atau keluar dari Arduino. Terdapat Lampu led
TX dan RX yang akan menyala berkedip-kedip ketika ada
data yang ditransmisikan melalui chip FTDI USB to
Serial via kabel USB ke komputer. Untuk menggunakan
komunikasi
serial
dari
digital
pin,
gunakan SoftwareSerial library.
•
•
•
4
Gambar 3.8 Port USB mini B
Pada gambar 3.8 menggambarkan port usb mini B yang
connect dengan computer, pada bagian ini apabila led
pada arduino nano berwarna kuning, itu berarti sudah
terpairing dengan komputer rx yang berada pada arduino
nano.
3.1.5
Perancangan Kontroller PID
Start
Pusat pengendalian sistem adalah Arduino nano
yang memberikan sinyal PWM pada motor
BLDC melalui driver mosfet H-Bridge.
Aktuator menggunakan satu motor BLDC 24V
yang berfungsi untuk menyeimbangkan
skateboard yang mendapat sinyal masukan dari
output PWM driver mofet H-Bridge.
Sensor IMU 6050 untuk menentukan kecepatan
posisi dan kesimbangan pada skateboard roda
satu dengan range yang sudah dilakukan saat
penelitian.
Kontroler yang digunakan adalah Kontrol PID
dengan menggunakan Hard tunning.
IMPLEMENTASI
Implementasi sistem ini akan dilakukan sesuai
dengan perancangan sistem yang telah dibuat
sebelumnya. Pada bagian ini terdapat berbagai macam
proses implementasi yaitu pertama sensor gyroscope dan
accelerometer mendeteksi keseimbangan dari badan
skatebard,
setelah
mendapatkan
nilai
derajat
keseimbangan, nilai dikirim ke arduino sebagai
controller, arduino mengolah nilai tersebut untuk dikirim
ke driver motor dan driver motor mengirim sinyal ke
motor untuk bergerak maju atau mundur untuk mencapai
keseimbangan badan skateboard. Implementasi ini
meluputi implementasi perangkat keras dan perangkat
lunak.
A
4.1
Menentukan
Setpoint
5
AnalogWrite = PWM
Current sensor = feedback
Err = setpoint - feedback
Implementasi Perangkat Keras
Pada bagian ini akan menjelaskan tentang spesifikasi
pembuatan yang ada pada skateboard roda satu yang
meliputi:
1. Skema pembuatan perangkat keras
sinyal kontrol = err*PID
PWM = sinyal
kontroll
A
Gambar 3.9 Diagram Blok Sistem
Keterangan dari diagram blok sistem dalam Gambar
3.9 adalah sebagai berikut:
• Setpoint sistem adalah nilai keseimbangan dan
kecepatan posisi pada skateboard dan kecepatan
motor yang dihasilkan oleh karakteristik driver
motor dengan tegangan sebesar 24 volt.
• Skateboard dengan ukuran 89 cmx 20 cm dan
berat 8 kg, sebagai plant pada system ini.
Gambar 4.10 Skema Pembuatan Perangkat Keras
2. Penentuan modul elektronik yang digunakan
meliputi:
• Power supply / Baterai.
• Arduino nano dan Sensor IMU 6050
• Driver motor
• Motor BLDC
6 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (J-PTIIK), Vol. 1, No. 1, Januari 2017, hlm. 48-56
Pada aplikasi Matlab 2012b di gunakan untuk
melihat grafik kurva S hasil pengujian pada percobaan
PID dengan memberikan nilai-nilai yang di dapatkan
dari serial monitor arduino IDE.
Prinsip kerja sistem adalah sebagai berikut:
1. Catu daya atau baterai dengan tegangan 24 VDC
sebagai suplai rangkaian driver motor dan motor
BLDC.
2. Sistem diberi catu daya. Catu daya sebesar 5V
dari mikrokontroler digunakan untuk mencatu
sensor IMU 6050, dan mikrokontroler arduino
nano.
3. Sinyal kontrol dari Arduino nano masuk ke
driver motor mosfet H-BRIDGE. Driver motor
berfungsi untuk menguatkan sinyal yang
dihasilkan mikrokontroler Arduino nano dari 05 V menjadi 0-24 V.
4. Sinyal keluaran rangkaian penguat sebagai
masukan Arduino nano yang kemudian diproses
menggunakan kontroller PID.
5. Keluaran Arduino Uno berupa sinyal pulse
width modulation (PWM) Pulse Width
Modulation diberikan ke driver motor.
4.2
Gambar 4.12 Tampilan Awal
Implementasi Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang digunakan dalam penelitian ini
yaitu:
1. Arduino IDE
Arduino IDE berikut ini merupakan tampilan
awal program yang ada pada software:
Pada gambar 4.12 merupakan tampilan awal dari
software Matlab 2012b , pada gambar awal ini tempat
untuk memberi nilai yang telah di hasilkan oleh serial
monitor arduino IDE.
5
PENGUJIAN
5.1 Pengujian Keseluruhan Sistem
Pengujian keseluruhan bertujuan untuk mengetahui
kinerja dari perangkat keras dan perangkat lunak untuk
menghasilkan data-data yang diinginkan. Pengujian
keseluruhan sistem meliputi pengujian parameter PID
dan pengujian akurasi sensor terhadap pwm dan rpm
motor.
5.2 Pengujian keseluruhan parameter PID
Gambar 4.11 Tampilan Arduino IDE
Pada gambar 4.11 merupakan tampilan awal dari
software Arduino IDE, pada gambar awal ini
disediakan tempat sourcode dengan menggunakan
bahasa C dan terdapat fungsi-fungsi toolbar untuk
membantu pembuatan program skateboard roda satu.
2. Matlab
Pengujian dilakukan untuk menguji apakah parameter
yang sudah ditentukan dapat diaplikasikan pada alat dan
sudah sesuai dengan nilai setpoint. Pada pengujian ini
semua blok rangkaian dihubungkan setelah itu
memasukkan nilai parameter yang telah ditentukan, serta
mengamati dan menganalisa hasil kinerja alat. Untuk
perhitungan pada nilai L dan T dicari pada 5 kali
percobaan Kp, Ki dan Kd dengan grafik yang paling
bagus.
Setelah mendapatkan parameter yang dibutuhkan
maka bias didapatkan fungsi alih plant seperti yang
ditunjukkan dalam persamaan.
L = 0.33 s
T = 1.92 s
𝐺(𝑠) =
𝐾𝑒 −𝐿𝑠
3.92𝑒 −0.33𝑠
=
𝑇𝑠 + 1
1.92𝑠 + 1
Muhammad Kholis F., Barlian Henryanu P., Rizal Maulana, Perancangan Dan Implementasi Real Segway …
7
Dan diperoleh nilai Kp, Ki, Kd:
𝐾𝑝 = 1.2×
𝐾𝑖 =
1.92
𝑇
= 1.2×
= 6.98
0.33
𝐿
20
6.98
𝐾𝑝
=
=
= 4.61
𝑇𝑖 2×𝐿 0.66
𝐾𝑑 = 𝐾𝑝×𝑇𝑑 = 6.98×(0.5×𝐿) = 6.98×0.165
= 1.15
Dengan perhitungan di atas mendapatkan grafik seperti
gambar 4.1
Gambar 4.1 Grafik Akhir Perhitungan
Dari grafik output respon sistem yang ditunjukkan
dalam Gambar 4.1 dapat disimpulkan waktu keadaan
mantap (ts) selama 0,1784156 detik, waktu naik (tr)
selama 0,002264 detik dan overshoot sebesar 1.12%.
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑝𝑢𝑛𝑐𝑎𝑘−𝑆𝑒𝑡𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡
rumus 𝑂𝑣𝑒𝑟𝑠ℎ𝑜𝑜𝑡 =
𝑥 100%
contoh 𝑂𝑣𝑒𝑟𝑠ℎ𝑜𝑜𝑡 =
𝑆𝑒𝑡𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡
180−178
178
𝑥 100% = 1.1236%
5.3 Pengujian keseluruhan akurasi sensor terhadap
PWM dan RPM
Untuk melakukan pengujian sensor yang diuji adalah
perubahan sudut gyroscope dan accelerometer yang
berada sensor MPU-6050. Pengujian gyroscope dan
accelerometer bertujuan untuk mengetahui tingkat
keakuratan dari gyroscope dan accelerometer dalam
membaca perubahan sudut skateboard.
Sensor terpasang pada skateboard dan terhubung
dengan mikrokontroller arduino nano dan kemudian data
dari keluaran sensor akan dibuat input dan keluarannya
adalah nilai pwm. Kemiringan skateboard dapat diubah –
ubah sesuai dengan papan sudut yang sudah disediakan.
Gambar 4.2 Cara Mendapatkan Data Sensor MPU6050
Perubahan sudut yang terjadi akan ditampilkan lewat
serial monitor arduino uno pada komputer. Cara
pengambilan data terhadap sensor MPU-6050. Gambar
4.2 menunjukan cara pengambilan data pada sensor
MPU6050 dan pwm. Pada tabel 4.1 menunjukan hasil
pengujian terhadap sensor MPU-6050.
8 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (J-PTIIK), Vol. 1, No. 1, Januari 2017, hlm. 48-56
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Keseluruhan
N
o
1
2
3
4
5
6
7
Nil
ai
sud
ut
sen
sor
( 0)
166
.37
171
.57
176
.56
180
.14
182
.30
185
.32
194
.36
Nil
ai
su
dut
bu
sur
(0)
16
6
17
2
17
7
18
0
18
2
18
5
19
4
1.
Nil
ai
PW
M
sen
sor
PW
M
Terh
adap
busur
Nil
ai
RP
M
sen
sor
RPM
Terh
adap
busur
Akura
si
keselu
ruhan
(%)
255
254
996
99.6%
223
220
100
0
874
862
153
151
600
592
70
64
274
250
141
178
255
-138
552
698
100
0
-541
98.62
%
98.66
%
91.24
%
98.01
%
97.71
%
99.6%
-174
-254
-682
-996
Rata- rata
97.63
%
Dari tabel 4.1 terlihat ada dua jenis nilai data yaitu
nilai terhadap sensor dan nilai terhadap busur. Yang
dimaksud nilai terhadap sensor yaitu nilai keseimbangan
pada sensor yang dikeluarkan oleh serial monitor arduino
IDE. Sedangkan nilai terhadap busur yaitu pengukuran
keseimbangan badan pada skateboard. Nilai RPM
mngikutin nilai PWM yang dihasil dengan rumus sebagai
berikut:
Nilai RPM didapat dari perhitungan 𝑅𝑃𝑀 =
𝑃𝑊𝑀
𝑥 1000
255
Contohnya 𝑅𝑃𝑀 =
153
255
𝑥 1000 = 600 𝑅𝑃𝑀
Pada persentase akurasi keseluruhan didapatkan dari
nilai RPM terhadap busur dan nilai RPM terhadap sensor
dengan rumus sebagai berikut:
Akurasi didapat dari perhitungan 𝑎𝑘𝑢𝑟𝑎𝑠𝑖 =
𝑟𝑝𝑚 𝑡𝑒𝑟ℎ𝑎𝑑𝑎𝑝 𝑏𝑢𝑠𝑢𝑟
𝑥 100%
𝑟𝑝𝑚 𝑡𝑒𝑟ℎ𝑎𝑑𝑎𝑝 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟
2.
3.
4.
5.
Hasil pengujian pertama yang sudah dilakukan
secara hard tunning akan mendapatkan nilai
L(waktu tunda)=0.33s dan T(waktu naik)=1.92s
terhadap beberapa percobaan nilai Kp, Ki dan
Kd.
Pengujian keseluruhan sistem mendapatkan
nilai Kp,kid an kd dengan menggunakan
metode zieger Nicolas 1 setelah mendapatkan
nilai L(waktu tunda) dan T(waktu naik).
Nilai akurasi keseluruhan didapatkan melalui
nilai rata-rata RPM sebesar 97.63%.
Nilai akurasi keseluruhan terjelek padak titik
sudut 180 dikarenakan perubahan nilai PWM
secara cepat dan tidak segnifikan yang
mendekati nilai nol.
Nilai RPM mengikuti nilai PWM dengan rumus
𝑅𝑃𝑀 =
𝑃𝑊𝑀
255
𝑥 1000 .
Dengan menggunakan metode PID untuk
menemukan nilai proporsional, integratif dan derivatif
yang ditanamkan pada kontroller arduino uno dengan
nilai Kp=6.98, Ki=4.61 dan Kd=1.15 sistem dapat
berjalan sesuai yang diinginkan yaitu skateboard dapat
setimbang.
7.
SARAN
Pengembangan yang lebih lanjut diharapkan dapat
menghasilkan sistem yang lebih baik dan kompleks
dengan memperbaiki kinerja sistem yang telah dibuat,
maka dari itu dapat ditarik beberapa saran sebagai
berikut:
1. Alat ini dapat di kembangkan dengan cara di
beri torsi motor yang lebih besar agar dapat di
kendarai oleh manusia.
2. Metode yang di gunakan pada pengembangan di
saran kan menggunakan metode yang berbeda
agar hasil lebih akurat.
3. Pada pengembangan selanjutnya di sarankan
berat pada alat lebih ringan agar tidak
mempengaruhi kecepatan pada dinamo motor
dc.
4. Pada pengembangan selanjutnya di sarankan
pada alat diberi sensor rotary agar mengetahui
perbedaan RPM secara matematis dan secara
Pratik pada putaran motor dc.
DAFTAR PUSTAKA
Contohnya perhitungan akurasi sensor 𝑎𝑘𝑢𝑟𝑠𝑖 =
682
𝑥 100% = 97.71%
Ketaren, Lio Prisko., et al. 2015. "Balancing Robot
Beroda Dua Menggunakan Kontrol Proposional,
Integral dan Derivatif,” ELEMENTER 1:48-39
Berdasarkan hasil perancangan, implementasi dan
pengujian yang dilakukan, maka diambil kesimpulan
sebagai berikut:
Instructables. 2015. Control DC stepper motor with
L298N Dual Motor Controller Moduler
Arduino.
Tersedia
di
:
http://www.instructables.com/id/Control-DC-
698
6.
KESIMPULAN
Muhammad Kholis F., Barlian Henryanu P., Rizal Maulana, Perancangan Dan Implementasi Real Segway …
and-stepper-motors-with-L298N-Dual-Moto/
[diakses 30 Januari 2015]
Saputri, Zaratul Nisa. 2014. Aplikasi Pengenalan Suara
Sebagai Pengendali Peralatan Listrik Berbasis
Arduino Uno. Tesis tidak diterbitkan. Malang :
Universitas Brawijaya
Hidayati, Qory. 2006. Pengaturan Kecepatan Motor DC
dengan Menggunakan Mikrokontroler Atmega
8535. Tesis tidak diterbitkan. Balikpapan :
Politeknik Negeri Balikpapan
Cahyono, Bambang Nur., et al. 2013. Self-Balancing
Scooter Menggunakan Metode Kendali
Proporsional Integral Derivatif. Tesis tidak
diterbitkan. Semarang : Universitas Diponegoro
Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika
Daya. Jakarta: Gramedia, 1988 Sumanto, Mesin
Arus Searah. Jogja : Penerbit Andi Offset, 1994
Herlambang,
Anton
2011.
ArduinoUno.
Tersedia
di
:
http://blog.kedairobot.com/2011/07/02/
arduino-uno.html
Seifert, Kurt., Camacho Oscar. (2007), Implementing
Positioning Algorithms Using Accelerometers,
freescale Semiconductor, Rev 0.
Yuga
Aditya P, 2016. Implementasi Sensor
Accelerometer Gyroscope Dan Magnetometer,
Teknik Elektro : Universitas Komputer
Indonesia
InvenSense. 2008. Intergrated Dual-Axis Gyro IDG-500
Datasheet.
ANALOG DEVICES. 2009. Accelerometer ADXL-335
Datasheet.
Cookson, J. dan Church, S. eds., 2007. Leisure and the
tourist. [e-book] Wallingford: ABS Publishers.
Tersedia
di
:
Books
http://booksgoogle.com
[Diakses 1 Juli 2009]
Cox, C., Brown, J.T. dan Tumpington, W.T., 2002. What
health care assistants know about clean hands.
Nursing Today, Spring Issue, pp.64-68.
Diponegoro, A., 2008. The beauty of Indonesian oceans.
[electronic
print]
Tersedia
di
:
http://adiponegoro.com/store/product_info.php
?cPath=3&
productss_id=99
[Diakses 1 Januari 2011]
Esemka,
2012.
Tersedia
Esemka
bisa. [image
di
online]
:
9
http://www.esemka.co.id/esemkabisa.aspx
[Diakses 31 Januari 2011]
Goalie, D. 2008. Remote sensing technology for modern
soccer. Popular science and Technology,
[online]
Tersedia di : http://www.popsci.com/b012378/
soccer.html
[Diakses 1 Juli 2009]