TUGAS AKHIR - Robot pengendali bor otomatis berbasis AT89S51 - USD Repository

  

TUGAS AKHIR

ROBOT PENGENDALI BOR OTOMATIS

BERBASIS AT89S51

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

  

Program Studi Teknik Elektro

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

disusun oleh :

  

YOHAN KUNCORO

NIM : 055114031

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

  

FINAL PROJECT

AUTOMATIC DRILL CONTROLLING ROBOT

BASED ON AT89S51

In Partial Fullfilment of the requierments

for the degree of Sarjana Teknik

  

Electrical Engineering Study Program

Electrical Engineering Department

Science and Technology Faculty Sanata Dharma University

  

By :

YOHAN KUNCORO

NIM : 055114031

  

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya

atau bagian karya dari orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar

pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, 24 Juni 2010 Yohan Kuncoro

  

Halaman Persembahan dan Motto Hidup

Motto

  

Hal yang benar-benar kita yakini pasti akan terjadi, dan keyakinan akan suatu hal

itulah yang menyebabkanya terjadi.

  (Frank Loyd Wright) Tugas Akhir ini kupersembahkan untuk…

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Yohan Kuncoro

  Nomor Mahasiswa : 055114031

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

ROBOT PENGENDALI BOR OTOMATIS BERBASIS AT89S51

  

Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam

bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara

terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis

tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap

mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 24 Juni 2010

  

INTISARI

Otomatisasi peralatan produksi sangat dibutuhkan pada masa sekarang. Hal ini

bertujuan untuk meningkatkan kualitas SDM yang ada. Dengan latar belakang tersebut

maka dibuatlah robot pengendali bor otomatis. Robot pengendali bor otomatis merupakan

robot lengan yang berfungsi untuk melakukan pengeboran secara otomatis sesuai dengan

masukan dari operator. Karena alat gerak robot ini berupa lengan-lengan robot ini memiliki

beberapa kelebihan yaitu mampu melakukan pengeboran dengan variasi sudut dan mampu

melakukan pengeboran dengan variasi titik koordinat pengeboran.

  Robot ini merupakan robot yang sudah memiliki memori gerakan didalamnya.

Didalam memori robot tersebut sudah tersimpan data base logika gerakan setiap lengan

robot yang harus dilakukan untuk mencapai set poin sasaran pengeboran. Data base logika

gerakan robot meliputi urutan pengaktifan motor, arah putaran motor dan jumlah cacahan

putaran motor yang harus dilakukan setiap penggerak lengan. Sebagai penggerak lengan

robot ini menggunakan motor DC yang dilengkapi dengan gear box berulir, sedangkan

sebagai sensor pencacah robot ini menggunakan sensor optokopler yang dipasangkan

langsung pada ulir penggerak lengan robot.

  Hasil pengamatan pada alat menunjukkan bahwa sensor pencacah sudah mampu

bekerja mendeteksi putaran motor sesuai dengan putaran yang dilakukan oleh motor

sebenarnya dan motor penggerak juga sudah mampu berputar dan berhenti sesuai dengan

arah dan jumlah putaran motor yang ditentukan. Pada beberapa hasil percobaan gerak

pengeboran, robot sudah mampu melakukan pengeboran pada set poin sasaran pengeboran

yang telah ditentukan.

  Kata kunci : Robot pengebor, jangkauan pengeboran, motor penggerak, pencacah

  

ABSTRACT

Nowadays, otomatization of production equipment is needed. This matter aim to

increase human source quality. With the such background therefore be made automatic

drill controlling robot. An automatic drill controlling robot is an arm robot which has

function to doing drilling automatically according to the input from operator. Because

robot’s appliance move in the form of robot’s arm that have many excesses, is able to drill

by variation corner of drilling and also doing drilling by variation point of drilling

coordinat.

  This robot represent robot that has movement memory in it. Within robot’s memory

has in on file the movement logic database of each robot’s arms that must be done to reach

set drilling target point .Robot movement logic database covering sequence activation of

motor, motor rotation direction, and amount of counter of motor rotation which must be

done by each arm activator. As arm activator this robot use DC motor and provided with

gear box have thread, While as the counter censor this robot uses optokopler censor that set

directly on activator thread of robot’s arm.

  Result on perception of appliance show that counter censor have able to detect

motor rotation according to rotation that done by true motor and motor of activator can

rotate and stop according to the direction and amount of determined motor rotation. At

some result of drilling move attemps, robot has could doing drilling at has determined

drilling target set pont.

  Keywords : drilling robot, drilling reach, motor activator, counter.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur terhadap Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia-Nya sehingga

penulis dapat menyelesaikan penulisan karya tugas akhir dengan judul berjudul : “Robot

Pengendali Bor Otomatis Berbasis AT89S51”.

  Penulis menyadari bahwa penyelesaian tugas akhir ini tidak lepas dari segala

bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis

ingin mengucapkan terima kasih kepada :

  

1. Ir. Th. Prima Ari Setiyani, M.T. selaku dosen pembimbing yang dengan penuh

kesabaran membimbing, memberikan saran dan kritik yang membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

  

2. Bapak dan Ibu dosen Jurusan Teknik Elektro yang telah mendidik dan mengajarkan

banyak hal yang berguna untuk masa depan penulis.

  3. Seluruh laboran dan seluruh staf sekretariat prodi TE Universitas Sanata Dharma

  

4. Ayah, Ibu dan kedua kakak penulis yang selalu memberikan motivasi dan dorongan

baik secara moral maupun material sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini tepat waktu.

  5. Risty Imaniar yang selalu memberikan semangat kepada penulis.

  

6. Aan Patria, Markus Indrayana, Abineri, Andreaswara, Pengeran, Hari dan teman-teman

2005 yang selalu ada untuk memberikan bantuan.

  

7. Semua pihak yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis dan tidak dapat

penulis sebutkan satu persatu.

  Dengan segala kerendahan hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh

dari sempurna, oleh karena itu berbagai saran dan kritik untuk memperbaiki karya tugas

akhir ini sangat diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat yang baik

bagi semua pihak. Terima kasih.

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ...................................................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN ....................................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................................ iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA......................................................................... v HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP............................................... vi LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN UNTUK PUBLIKASI KARYA

  ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ....................................................... vii

  

INTISARI ....................................................................................................................... viii

ABSTRACT ................................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR.................................................................................................... x DAFTAR ISI .................................................................................................................. xi DAFTAR GAMBAR...................................................................................................... xiv DAFTAR TABEL .......................................................................................................... xvi BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................... 1

  1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1

  1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian ............................................................... 1

  1.3 Batasan Masalah ..................................................................................... 2

  1.4 Metodologi Penelitian............................................................................. 2

  1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................. 3

  BAB I DASAR TEORI................................................................................................ 5

  2.1 Penguat Transistor .................................................................................. 5

  2.1.1 Dasar Transistor........................................................................ 5

  2.1.2 Rangkaian Fixed Bias Transistor NPN..................................... 6

  2.1.3 Karakteristik Transistor ............................................................ 8

  2.2 Penyangga Tegangan (Voltage Buffer) ................................................... 9

  2.3 Saklar Batas (Limit Switch)..................................................................... 10

  2.4

  2.6 Sensor Optokopler .................................................................................. 16

  2.7 Inverter Schmitt Triggers 74LS14 .......................................................... 17

  2.8 Mikrokontroler AT89S51 ....................................................................... 18

  2.9 Pemrograman Mikrokontroler AT89S51................................................ 20

  2.9.1 Instruksi-Instruksi MCS-51 ........................................................ 20

  2.9.2 Special Function Register (SFR)................................................ 21

  2.9.3 Program Status Word (PSW) ..................................................... 22

  2.9.4 Mode Pengalamatan ................................................................... 23

  2.10 Menghitung Error Gerakan Jangkauan Robot........................................ 24

  2.10.1 Mencari nilai Gerakan Terhadap Sumbu X .................... 24 Error

  2.10.2 Mencari nilai Gerakan Terhadap Sumbu Y. ................... 25 Error

  2.10.3 Mencari nilai Error Sudut Pengeboran..................................... 26

  BAB III PERANCANGAN PERANGKAT KERAS DAN PERANGKAT LUNAK... 27

  3.1 Perancangan Mekanik Robot .................................................................. 28 3.1.1 Kerangka Robot ........................................................................

  28

  3.1.2 Gerak Putar Maksimum Lengan Robot .................................... 29 3.1.3 Posisi Sensor .............................................................................

  31

  3.2 Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 ..................................................... 33

  3.2.1 Pembagian Fungsi Port Mikrokontroler ................................... 33

  3.2.2 Rangkaian Antarmuka Mikrokontroler dengan Motor ............. 34

  3.2.3 Antarmuka dengan Mikrokontroler ..................... 39 Limit Switch

  3.2.4 Antarmuka Tombol Kontrol Panel dengan Mikrokontroler ..... 40 3.2.5 Rangkaian Osilator ...................................................................

  41 3.2.6 Rangkaian Reset .......................................................................

  41 3.2.7 Antarmuka Optokopler dengan Mikrokontroler .......................

  42

  3.2.8 Rangkaian Catu Daya 12 Volt Variabel ................................... 44

  3.2.9 Rangkaian Catu Daya 5 Volt .................................................... 47

  3.2.10 Perancangan Rangkaian Elektronis Keseluruhan ..................... 49

  3.3 Perancangan Perangkat Lunak................................................................ 53

  BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN ........................................... 60

  4.4.1 Pengujian Rangkaian Jembatan H ............................................ 82

  93 5.2 Saran ..................................................................................................

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................... 93 5.1 Kesimpulan .............................................................................................

  4.5.3 Pemasangan Sensor Optokopler ............................................... 91

  90

  4.5.1 Pengujian Rangkaian Mekanik ................................................. 89

4.5.2 Kontrol Panel ............................................................................

  

4.5 Pengujian Bagian Robot yang Lain ........................................................ 89

  4.4.5 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler....................................... 88

  4.4.4 Pengujian Rangkaian Sensor .................................................... 87

  4.4.3 Pengujian Rangkaian Catu Daya 5 Volt ................................... 85

  4.4.2 Pengujian Rangkaian Catu Daya 12 Volt Variabel .................. 84

  

4.4 Pengujian Rangkaian Elektronis ............................................................. 81

  

4.1 Algoritma Gerak Robot........................................................................... 60

4.1.1 Analisis Program ......................................................................

  

4.3 Pengujian Kecepatan Jangkauan Lengan Robot ..................................... 80

  78

  4.2.5 Gerak Sasaran Pengeboran Ketiga............................................ 75

4.2.6 Semua Gerak.............................................................................

  4.2.4 Gerak Sasaran Pengeboran Kedua............................................ 72

  4.2.3 Gerak Sasaran Pengeboran Pertama ......................................... 69

  4.2.2 Start Position ............................................................................ 67

  65

  

4.2 Pengujian Algoritma Gerak Robot.......................................................... 65

4.2.1 Posisi Kalibrasi .........................................................................

  4.1.2 Pencarian Algoritma Gerak Robot............................................ 62

  61

  93 Daftar Pustaka ................................................................................................................ 94 Lampiran......................................................................................................................... 95

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Modul Pengeboran Tiga Macam Gerakan ............................................. 2Gambar 2.1 Transistor NPN dan Transistor PNP....................................................... 5Gambar 2.2 Rangkaian Fixed Bias............................................................................. 6Gambar 2.3 Rangkaian Ekivalen DC dari Gambar 2.2 .............................................. 6Gambar 2.4 Basis-Emiter .................................................................................. 7

  Loop

Gambar 2.5 Loop kolektor emitter ............................................................................. 7

  _dc

Gambar 2.6 Kurva Transistor dengan Nilai 100 .............................................. 8 β ≈Gambar 2.7 Kondisi pada Fixed-Bias.............................................................. 9

  I _C (sat )

Gambar 2.8 Rangkaian Buffer Tegangan ................................................................... 10Gambar 2.9 Kondisi Limit Switch NO dan Kondisi Limit Switch NC ....................... 10Gambar 2.10 Kontrol Motor DC Menggunakan Jembatan H ...................................... 11Gambar 2.11 Rangkaian Jembatan H. .......................................................................... 12Gambar 2.12 Analisis DC Rangkaian Jembatan H. ..................................................... 13Gambar 2.13 Simbol Komponen LED ......................................................................... 16Gambar 2.14 Sensor Optokopler .................................................................................. 16Gambar 2.15 Pemasangan Mekanik Sensor Optokopler.............................................. 16Gambar 2.16 Hasil Gelombang Picu Schimit Trigger.................................................. 17Gambar 2.17 Diagram Blok IC 74LS14....................................................................... 17Gambar 2.18 Konfigurasi Pin Mikrokontroler AT89S51 ............................................ 19Gambar 2.19 Mencari Nilai Error Gerakan Terhadap Sumbu X................................. 24Gambar 2.20 Mencari nilai Error terhadap sumbu Y .................................................. 25Gambar 2.21 Mencari nilai Error Sudut Pengeboran .................................................. 26Gambar 3.1 Diagram Kotak Robot Pengendali Bor Otomatis ................................... 27Gambar 3.2 Kerangka Robot Pengendali Bor Otomatis ............................................ 29Gambar 3.3 Jangkauan Maksimum Gerak Robot ...................................................... 30Gambar 3.4 Posisi Sensor Robot Pengendali Bor Otomatis ...................................... 31Gambar 3.9 Rangkaian Osilator ................................................................................. 41Gambar 3.10 Rangkaian RESET .................................................................................. 41Gambar 3.11 Rangkaian Sensor Optokopler Sebagai Pencacah .................................. 43Gambar 3.12 Catu Daya 12 Volt .................................................................................. 45Gambar 3.13 Rangkaian Catu Daya 5 Volt .................................................................. 48Gambar 3.14 Rangkaian Sensor Pencacah ................................................................... 49Gambar 3.15 Rangkaian Sakar Elektris Motor Drill.................................................... 50Gambar 3.16 Rangkaian Jembatan H Untuk Motor DC............................................... 50Gambar 3.17 Perancangan Rangkaian Mikrokontroler Secara Keseluruhan ............... 51Gambar 3.18 Diagram Alir Utama Mikrokontroler .................................................... 52Gambar 3.19 Subrutin Gerak_A................................................................................... 54Gambar 3.20 Subrutin GERAK_D............................................................................... 55Gambar 3.21 Subrutin Posisi Kalibrasi ........................................................................ 56Gambar 3.22 Contoh Algoritma Gerak Robot ............................................................. 58Gambar 4.1 Hasil Pembuatan Robot Pengendali Bor Otomatis................................. 60Gambar 4.2 Robot Dalam Keadaan Posisi Kalibrasi.................................................. 66Gambar 4.3 Robot Dalam Keadaan Start Position..................................................... 68Gambar 4.4 Robot Mencapai Titik Pengeboran Sasaran Pertama ............................. 70Gambar 4.5 Robot Mencapai Titik Pengeboran Sasaran Kedua ................................ 73Gambar 4.6 Robot Mencapai Titik Pengeboran Sasaran Ketiga................................ 71Gambar 4.7 Blok Rangkaian Elektronis Pengontrol Robot ....................................... 82Gambar 4.8 Kontrol Panel Pengendali Robot ............................................................ 90Gambar 4.9 Posisi Sensor Pada Ulir Motor ............................................................... 91

  DAFTAR TABEL

  64 Tabel 4.5 Data Hasil Percobaan Posisi Kalibrasi ................................................... 67

Tabel 4.14 Data Hasil Percobaan Gerak Sasaran Pengeboran Kedua ...................... 74Tabel 4.13 Parameter Jangkauan dan Set Point Sasaran Pengeboran Kedua ........... 74Tabel 4.12 Hasil Uji Data Base Pengaktifan Motor Sasaran Bor Kedua................. 72Tabel 4.11 Data Hasil Percobaan Gerak Sasaran Pengeboran Pertama ................... 71

  70 Tabel 4.10 Parameter Jangkauan dan Set Point Sasaran Pengeboran Pertama ........ 71

Tabel 4.9 Hasil Pengujian Data Base Pengaktifan Motor Sasaran Pengeboran Pertama ...................................................................................................Tabel 4.8 Data Hasil Percobaan Start Position ...................................................... 69

  68 Tabel 4.7 Parameter Jangkauan dan Set Point Start Position................................. 69

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Data Base Pengaktifan Motor Robot Menuju Start Position...................................................................................................

  Data Base Urutan Pengaktifan Motor Robot Menuju Sasaran Bor Ketiga .....................................................................................................

Tabel 2.1 Tabel Kebenaran Jembatan H................................................................. 12Tabel 4.3 Data Base Pengaktifan Motor Robot Menuju Sasaran Bor Kedua ........ 63 Tabel 4.4

  Data Base Urutan Pengaktifan Motor Robot Menuju Sasaran Bor

Pertama ................................................................................................... 63

Tabel 4.1 Data Base Urutan Pengaktifan Motor Robot Menuju Start Position..... 62 Tabel 4.2Tabel 3.4 Contoh Algoritma Gerak Robot ............................................................. 59Tabel 3.3 Pembagian Fungsi Port Mikrokontroler ................................................. 33Tabel 3.2 Ukuran Mekanik Kerangka Robot.......................................................... 31Tabel 3.1 Tombol Panel Kontrol pada Mikrokontroler .......................................... 28Tabel 2.4 Fitur Khusus Port 3................................................................................ 20Tabel 2.3 Tabel Kebenaran IC 74LS14 .................................................................. 18Tabel 2.2 Warna dan Nilai Tegangan Ambang LED ............................................. 15Tabel 4.15 Hasil Uji Data Base Pengaktifan Motor Sasaran Bor Ketiga................. 75Tabel 4.19 Data Hasil Pengujian Kecepatan Jangkauan Lengan Robot................... 80Tabel 4.20 Hasil Data Pengujian Pembebanan Rangkaian Jembatan H................... 83Tabel 4.21 Hasil Data Pengujian Pembebanan Jembatan H dengan Motor DC....... 84Tabel 4.22 Hasil Data Pengujian Pembebanan Catu Daya 12 Volt.......................... 85Tabel 4.23 Hasil Data Pengujian Catu Daya 5 Volt ................................................. 86Tabel 4.24 Hasil Data Pengujian Rangkaian Sensor ................................................ 87Tabel 4.25 Hasil Data Pengujian Rangkaian Mikrokontroler .................................. 88Tabel 4.26 Data Hasil Pengukuran Mekanik Robot ................................................. 89Tabel 4.27 Data Hasil Pengukuran Besar Sudut Jangkauan Minimum Antar Lengan ....................................................................................................

  89 Tabel 4.28 Data Hasil Pengukuran Kemampuan Sudut Jangkauan Putar Lengan .. 89

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang

  Otomatisasi peralatan produksi sangat dibutuhkan pada masa sekarang. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan kualitas SDM yang ada.

  Karena kurangnya otomatisasi peralatan tidak jarang untuk setiap satu bagian proses produksi harus dipegang oleh beberapa orang dan pekerjaan yang dilakukan sama berulang-ulang secara terus menerus tanpa ada perubahan. Jika bagian proses produksi tersebut mampu dikerjakan oleh sebuah mesin, maka SDM yang ada dapat lebih dimanfaatkan untuk menjadi pemikir ide baru dan tidak hanya sebagai pekerja tenaga kasar saja.

  Dengan latar belakang itulah maka penulis merancang suatu alat produksi yang mempermudah seseorang dalam melakukan pekerjaan pengeboran secara otomatis. Pekerjaan pengeboran ini dilakukan oleh robot pengendali bor otomatis. Robot ini menggunakan lengan-lengan untuk mengatur posisi mata bor sehingga pengeboran dapat dilakukan tepat pada titik sasaran. Kelebihan robot ini adalah karena terdiri dari tiga lengan, maka robot ini mampu menjangkau objek pengeboran dua absis yang berlekuk.

  Di dalam memori robot pengendali bor otomatis sudah dilengkapi program- program gerakan pengeboran yang mampu dilakukan oleh robot. Untuk memilih program gerakan tersebut, disediakan sebuah kontrol panel yang berisi tombol-tombol gerakan pengeboran. Jika operator menginginkan salah satu gerakan robot yang sudah tersimpan pada memori, operator hanya cukup menekan salah satu tombol gerakan yang diinginkan pada kontrol panel.

  1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian

  Tujuan yang akan dicapai yaitu merancang dan membuat suatu model lengan robot pengendali bor otomatis dengan memanfaatkan motor DC sebagai penggerak robot, AT89S51 sebagai pengendali dan penyimpan memori. Selain itu diharapkan penelitian ini

  1) Meningkatkan pemanfaatan SDM di bidang industri. 2) Sebagai acuan untuk dapat lebih memahami fungsi dan karakteristik komponen- kompenen elektronik maupun mekanik yang digunakan dalam perancangan sehingga memperdalam ilmu pengetahuan di bidang robotika.

  1.3 Batasan Masalah

  Secara menyeluruh penelitian ini dibatasi pada: 1) Mikrokontroler AT89S51 digunakan sebagai pengendali utama robot. 2) Menggunakan motor DC sebagai penggerak utama setiap lengan robot. 3) Operator memilih gerakan robot melalui tombol-tombol pada kontrol panel. 4) Robot memiliki kemampuan menyimpan tiga macam gerakan pengeboran. 5) Modul pengeboran untuk tiga gerakan robot seperti pada gambar 1.1.

Gambar 1.1 Modul Pengeboran Tiga Macam Gerakan

  1.4 Metodologi penelitian

  Metodologi penelitian yang digunakan dalam penyusunan dan penulisan tugas akhir ini adalah:

  1) Studi kepustakaan mencakup literatur – literatur, dan gambar-gambar manual yang didapat dari perpustakaan, buku, dan internet. 2) Perancangan dan pembuatan sebuah sistem rangkaian elektronika yang meliputi rangkaian jembatan H, rangkaian mikrokontroler dan rangkaian sensor optokopler. 3) Perancangan dan pembuatan sebuah sistem mekanik berupa lengan robot yang mampu bergerak dalam dua absis bidang gerak. 4) Perancangan dan pembuatan software mikrokontroler AT89S51 dengan menggunakan bahasa Asembly. 5) Pengambilan data kinerja alat yang telah dibuat, meliputi jangkauan gerak robot,

  output sensor optokopler dan besar konsumsi daya yang dibutuhkan pada beberapa bagian komponen elektronik.

  6) Menganalisa hasil pengujian dan membandingkannya dengan teori yang ada. 7) Mengambil kesimpulan dari perancangan dan pengujian yang telah dilakukan.

1.5 Sistematika Penulisan

  Sistematika penulisan karya ilmiah ini terdiri dari 3 bab yang tersusun sebagai berikut :

  BAB I : Pendahuluan Pendahuluan berisi tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian serta sistematika penulisan. Dasar Teori BAB II : Dasar teori yang membahas tentang gambaran secara umum, teori dasar mengenai robot pengendali bor otomatis yang mencakup dasar teori untuk bagian-bagian secara garis besar.

  BAB III: Perancangan Robot Pengendali bor Otomatis Bab ini menguraikan mengenai blok diagram perancangan alat, perancangan perangkat keras, dan flowchart perangkat lunak yang mendukung bekerjanya peralatan sesuai dengan sistem perancangannya.

  BAB IV: Hasil dan Pembahasan Bab ini berisi hasil pengujian dan pembahasan dari pengujian yang telah

  Kesimpulan dan Saran

  BAB V : Bab ini berisi kesimpulan yang diambil dari analisis data pengujian yang telah dibuat dan saran untuk pengembangan alat lebih lanjut.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Penguat Transistor

  Untuk menguatkan arus keluaran dari mikroposesor, dapat menggunakan transistor bipolar yang disusun secara bertingkat supaya diperoleh penguatan arus yang besar. Selain sebagai penguat arus, rangkaian transistor ini juga dapat dimanfaatkan sebagai rangkaian penyaklar elektris.

2.1.1 Dasar Transistor

  Transistor adalah komponen tiga terminal. Ketiga terminal tersebut disebut Basis (B), Kolektor (C), dan emiter (E). Ada 2 jenis transistor yaitu PNP dan NPN seperti terlihat pada gambar 2.1. [1]

  C E E C B B

  (a) (b)

Gambar 2.1 (a) Transistor NPN dan (b) Transistor PNP Dalam dasar teori ini, transistor yang akan dibahas adalah transistor jenis NPN.

  Ada beberapa syarat untuk membuat transistor tipe NPN dapat bekerja antara lain : [1] 1) Sambungan basis-emiter harus diberi bias maju. (dengan kondisi tegangan bias maju

  > 0.7 volt untuk transistor silikon dan tegangan bias maju > 0.3 Volt untuk transistor germanium). 2) Sambungan basis-kolektor harus dibias balik dengan kondisi tegangan bias balik yang masih berada dalam batas kemampuan komponen.

  Rangkaian fixed-bias sering digunakan sebagai rangkaian pembias transistor NPN supaya dapat bekerja baik dalam kondisi saturasi, cut-off maupun pada titik kerja linear.

2.1.2 Rangkaian Fixed Bias Transistor NPN

  

VCC

  IC

  IB RB RC C

• B

  VCE

• +

  VBE E - -

  Gambar 2.2

  Rangkaian Fixed Bias [1]

  Fixed-bias adalah salah satu bias DC transistor yang praktis. Model rangkaian fixed-bias

  dapat dilihat seperti pada gambar 2.2. Untuk memudahkan dalam menganalisa rangkaian pada gambar 2.2, maka catu tegangan Vcc dapat dipisahkan menjadi 2 buah catu tegangan, yaitu masing-masing Vcc terhubung dengan R dan R seperti ditunjuk pada _{C B}

gambar 2.3. Pada rangkaian gambar 2.3 terdapat dua buah loop arus yang membias transistor yaitu loop arus

  I dan loop arus _{B C}

I .

  VCC

  VCC

  IC RB

  

IB RC

C

• B

  VCE

• +

  VBE E - -

  Gambar 2.3

  Rangkaian Ekivalen DC dari Gambar 2.2 [1]

  Bias Maju Basis-Emiter

  Gambar 2.4

  Loop Basis-Emiter [1] Dengan menerapkan Hukum Kirchoff, dapat diperoleh persamaan : [1]

  V =

  I R _{RB B B} ....................................................................................................................(2.1)

  V V

  − − = ......................................................................................................(2.2)

  V _{CC RB BE}

• − − = ................................................................................................(2.3) *

  V _{CC B B BE}

  I R

  V V

  −

  V _{CC BE}

  

I = ................................................................................................................(2.4)

_B R _B Loop Kolektor-Emiter

  Gambar 2.5

  Loop kolektor emitter [1] Terdapat penguatan arus pada transistor yang dilambangkan dengan β . Hubungan

  I I _{C B} = β .......................................................................................................................(2.5) *

  Dengan begitu dapat diketahui bahwa pada dasarnya besar nilai arus

  I sangat tergantung _C

  I I

  dengan besar nilai arus . Jika diketahui besarnya nilai arus seperti pada persamaan _{B C} (2.5), kita dapat menganalisa rangkaian pada gambar 2.5 yang merupakan loop arus pada kaki kolektor hasil pemisahan dari gambar 2.3.

  Dengan mengaplikasikan Hukum Kirchoff Tegangan pada gambar 2.5, dapat diperoleh persamaan :[1]

  I R

• V

  − = * ...................................................................................................(2.6)

  V _{CE C C CC}

  V _{CE CC C C}

  = − *

  V I R .........................................................................................................(2.7)

2.1.3 Karakteristik Transistor

  I V

  I Kurva karakteristik kolektor merelasikan dan dengan sebagai parameter. _{C CE B}

  Pada gambar 2.6 terlihat bahwa kurva kolektor terbagi menjadi tiga daerah kerja, yaitu kondisi transistor jenuh, transistor aktif dan dan transistor cut-off . [1]

  Gambar 2.6

  Kurva Transistor dengan Nilai β ≈ 100 _dc 1) Daerah jenuh (saturasi), adalah daerah dengan VCE kurang dari tegangan lutut

  V

  (knee) . Daerah jenuh terjadi bila sambungan emiter dan sambungan basis _K

  2) Daerah aktif adalah daerah antara tegangan lutut _K

  dengan nilai tegangan pada _CC

  pada Fixed-Bias [1]

  I

  Kondisi _{) ( sat C}

  Gambar 2.7

  ....................................................................................................................(2.8)

  V I = _{) (}

  R

  2.7 adalah : [1] _{C CC C sat}

  I ) kolektor dari rangkaian fixed bias pada gambar

  ). [1] Besarnya nilai arus saturasi ( _{) ( sat C}

  V V =

  ( _{CC RC}

  V

  R sama

  V

  ≅ 0, maka seolah-olah antara kaki kolektor dan emiter terhubung singkat (lihat rangkaian gambar 2.7) dan nilai tegangan pada _C

  V

  ≅ 0. Karena nilai tegangan _{) ( sat CE}

  V

  Titik saturasi transistor dapat dilihat pada kurva gambar 2.6 dengan nilai tegangan _{) ( sat CE}

  Titik Saturasi Transistor

  I I I = = .

  I ; _{B CO C}

  sambungan kolektor berprasikap balik. Pada daerah ini = _E

  I I = . Sambungan emiter dan

  diberi prasikap maju dan sambungan kolektor diberi prasikap balik. Pada daerah aktif arus kolektor sebanding dengan arus basis. Penguatan sinyal masukan menjadi sinyal keluaran yang paling baik terjadi pada daerah aktif. 3) Daerah cut-off (putus) terletak di bawah _{CO B}

  I I = . Daerah aktif terjadi bila sambungan emiter

  V serta di atas _{CO B}

  dan tegangan dadal (breakdown) _BR

2.2 Penyangga Tegangan ( Voltage Buffer)

  sinyal masukan dari sebuah beban dengan menggunakan rangkaian yang memiliki unity

  

voltage gain , dengan tanpa pembalikkan fasa atau polaritas, dan bekerja sebagai rangkaian

ideal dengan impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang rendah.

Gambar 2.8 menunjukkan koneksi op-amp yang menunjukan operasi buffer amplifier.

  Tegangan keluaran pada buffer akan sama dengan tegangan masukannya.[1]

Gambar 2.8 Rangkaian Buffer Tegangan

2.3 Saklar Batas ( Limit Switch)

  Saklar batas atau lebih dikenal dengan Limit switch merupakan salah satu jenis kontak yaitu komponen yang berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan arus. Sifat dari limit switch ini yaitu kontak yang terputus atau tersambung saat ditekan dan akan kembali ke keadaan semula saat tidak ditekan (momentary contact). Pada limit switch terdapat tiga terminal yaitu common (COM), terminal normally open (NO) dan terminal normally closed (NC).

  (a) (b)

  Gambar 2.9

  Kondisi Limit Switch NO (a) dan Kondisi Limit Switch NC (b) Terminal NO merupakan terminal yang pada kondisi normal berupa kontak terputus atau tidak tersambung dengan COM, sedangkan terminal NC berupa kontak yang pada kondisi normal tersambung dengan COM. Setiap titik sambungan pada limit switch terbuat dari bahan yang tahan busur api (arc) untuk menghindari kerusakan saklar akibat panas atau percikan api yang disebabkan aliran arus mendadak saat saklar terputus atau

2.4 Kontrol Arah Putaran Motor DC

  Rangkaian jembatan H diperlukan sebagai rangkaian antarmuka antara motor dengan mikrokontroler. Jembatan H disini dimanfaatkan sebagai penguat arus keluaran dari mikrokontroler sekaligus difungsikan sebagai pengontrol arah putaran motor DC.

  2.4.1 Prinsip Kontrol Motor DC Menggunakan Jembatan H Gambar 2.10

  Kontrol Motor DC Menggunakan Jembatan H [2] Pada dasarnya jembatan H bekerja seperti sebuah saklar. Cara kerja secara umum dari jembatan H ini dapat dilihat dari gambar 2.10. Ketika saklar 1, saklar 2, saklar 3 dan saklar 4 kondisi terbuka, tidak ada arus yang mengalir melalui motor dari power supply sehingga motor tidak berputar. Jika saklar 1, saklar 2 kondisi terhubung sementara saklar 3, saklar 4 kondisi terbuka, maka akan terjadi loop arus dari power supply yang masuk melalui kaki “a” motor dan keluar melalui kaki “b” motor sehingga motor akan berputar CW. Jika saklar 1, saklar 2 terbuka dan saklar 3, saklar 4 tertutup, akan terjadi loop arus yang berkebalikan yaitu arus dari power supply akan masuk melalui kaki “b” motor dan keluar melalui kaki “a” motor dan motor akan berputar CCW.

2.4.2 Rangkaian Jembatan H

Gambar 2.11 Rangkaian Jembatan H [3]

  Rangkaian jembatan H dapat dilihat seperti pada gambar 2.11. Pin masukan VA dan VB dapat dihubungkan langsung ke port keluaran mikrokontroler sebagai pengendali arah putaran motor. Keluaran rangkaian buffer digunakan sebagai sumber catu tegangan basis transistor penguat mula. Saat GND dihubungkan ke ground dan salah satu pin VA atau VB diberi catu tegangan, rangkaian jembatan H dapat aktif dan dapat memutar motor DC sesuai dengan arah loop arus yang melewati motor DC tersebut. Tabel kebenaran jembatan H ini dapat dilihat pada tabel 2.1.

  Tabel 2.1

  Tabel Kebenaran Jembatan H [3]

  Input Output

  In_A In_B A B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 Dari rangkaian gambar 2.11 jika kondisi VA dihubungkan ke sebuah sumber tegangan, VB dan GND dihubungkan ke ground dan Op-Amp yang digunakan ideal, dapat diperoleh analisa rangkaian seperti pada gambar 2.12. Ada beberapa syarat supaya rangkaian jembatan H dapat aktif, antara lain tegangan catu yang diberikan harus lebih dari

  Q Q tegangan ambang yang terdapat pada dan . _{2 3} Gambar 2.12 Analisis DC Rangkaian Jembatan H

  Perhitungan arus dan tegangan DC dari gambar 2.12 adalah sebagai berikut :

  Analisis rangkaian pada transistor Q : ₁ Jika diketahui R adalah resistor antara node A dengan kaki basis transistor Q , R _{1 1 2} Q

  V

  adalah resistor antara ground dengan kaki basis transistor , dan adalah tegangan _{1 f 1} antara kaki basis-emiter transistor Q , maka nilai ₃ I , _{B R R B 3} V , ₁ I , ₁ I dapat dicari dengan ₂ cara berikut :

  R

  ⎛ ⎞ ₂ V = In A _{R 2} * _ .................................................................................................(2.9) ⎜⎜ ⎟⎟ ₁ + R R ₂

  ⎝ ⎠

  V V _{R 2 f} − ₁

  V _{R 2} I = .......................................................................................................................(2.11) _{B 3} R ₂

• I = _{R B B}
₁ I ₁ I ................................................................................................................(2.12) ₂ Analisis rangkaian Transistor Q ₂ Transistor Q merupakan transistor penguat mula yang berfungsi untuk ₂ Q Q R mengaktifkan transistor dan . Jika diketahui adalah resistor pada kaki basis _{3 4 3} transistor Q , R adalah resistor antara kaki emiter transistor Q dengan kaki basis _{2 4 2} Q

  V Q

  V

  transistor , adalah tegangan antara kaki basis-emiter transistor dan adalah _{3 f 2 2 f 3} Q tegangan antara kaki basis-emiter transistor , maka dengan analisis rangkaian transistor ₁ dapat diperoleh perhitungan sebagai berikut :