Perancangan dan Realisasi Prototipe Kursi Roda Dengan Motor Listrik.
i
PERANCANGAN DAN REALISASI PROTOTIPE KURSI RODA DENGAN MOTOR LISTRIK
Novan Susilo/0322125 Email: ns_petra@yahoo.co.id
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia
ABSTRAK
Penggunaan kursi roda dengan motor listrik dapat membantu orang yang sedang sakit atau cacat. Sebagai alat transportasi yang akan mengurangi beban bagi penggunanya dan akan memudahkan untuk dapat melakukan pergerakan maju, kiri, kanan dan mundur.
Pada tugas akhir ini telah dibuat kursi roda dengan motor listrik. Joystick sebagai media penggerak yang akan memberikan informasi data ke mikrokontroler untuk menggerakkan relay dan akan menggerakkan motor DC. Roda dapat bergerak maju, ke kiri, mundur atau ke kanan sesuai instruksi yang diberikan melalui joystick. Pergerakan roda dapat dilihat pula pada LCD dan LCD akan menampilkan persediaan power supply.
Hasil pengujian telah dilakukan pada daerah seluas 8 meter x 8 meter dan kursi roda dengan motor listrik ini dapat melewatinya dengan benar.
(2)
ii
SCHEME AND WHEEL CHAIR PROTOTYPE REALIZATION WITH ELECTRIC MOTOR
Novan Susilo/0322125 Email: ns_petra@yahoo.co.id
Department of Electrical Engineering, Maranatha Christian University Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia
ABSTRACT
Usage of wheel chair with electric motor can assist man is being ill or defect. As a means of transportation which will lessen payload for the consumer and will facilitate to be able to do movement of forward, left, right and backing-off.
At this final task has been made wheel chair with electric motor. Joystick as actuator media which will give information of data to mikrokontroler to move relay and will move electric motor. Wheel can draw away, sinistrorse, backward or dextrorse according to instruction given through joystick. Movement of visible wheel also at LCD and LCD will present stock of power supply.
Result of assaying has been done at district with a width of 8 meter x 8 meter and wheel chair with this electric motor can pass it is truly.
(3)
v
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN
PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN
LAPORAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ...vii
DAFTAR TABEL ... ix
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan ... 2
1.4. Pembatasan Masalah ... 2
1.5. Sistematika Penulisan ... 3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Operational Amplifier ... 4
2.1.1. Op-amp Sebagai Inverting Amplifier ... 4
2.1.2. Op-amp Sebagai Non Inverting Amplifier ... 5
2.1.3. Op-amp Sebagai Summing Amplifier ... 5
a. Inverting Summing Amplifier ... 5
b. Non Inverting Summing Amplifier ... 6
2.1.4. Op-amp Sebagai Voltage Follower ... 6
2.1.5. Op-amp Sebagai Komparator Tegangan ... 7
2.1.6. Op-amp Sebagai Current Amplifier ... 7
2.2. Motor DC ... 8
2.3. Mikrokontroler ... 9
(4)
vi
2.4.1. Deskripsi M1632 ... 13
2.4.1.1. Bagian Penguat Sinyal ... 14
2.4.1.2. Bagian Memori ... 15
2.4.1.3. Bagian Register ... 15
2.4.2. Kaki-Kaki Modul M1632 ... 15
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM 3.1. Diagram Blok ... 17
3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras ... 18
3.2.1. Power Supply ... 18
3.2.2. Joystick ... 19
3.2.3. Voltage Control ... 19
3.2.4. Rangkaian Pengolah ... 23
3.3. Perancangan Bentuk Kursi Roda Dengan Motor Listrik ... 26
3.3.1. Spesifikasi Kursi Roda ... 28
3.3.2. Spesifikasi Motor DC ... 29
3.4. Perhitungan Kecepatan Roda Motor ... 29
3.5. Perancangan Perangkat Lunak ... 30
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA 4.1. Pengujian Terhadap Keluaran Tegangan Power Supply1 Pada .... 33
4.2. Pengujian Lamanya Waktu Penggunaan Power Supply1 ... 34
4.3. Pengujian Keberhasilan Kursi Roda Untuk Bergerak Maju, Kiri, Mundur dan Kanan ... 35
4.4. Pengujian Kapasitas Beban Pada Kursi Roda Dengan Motor listrik .38 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 39
5.2. Saran ... 40
DAFTAR PUSTAKA ... 41 LAMPIRAN A Skema Rangkaian ... A-1 LAMPIRAN B Listing Program ... B-1 LAMPIRAN C Foto Alat ... C-1 LAMPIRAN D Data Sheet ... D-1
(5)
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Rangkaian Inverting Amplifier ... 4
Gambar 2.2. Rangkaian Non Inverting Amplifier ... 5
Gambar 2.3. Rangkaian Inverting Summing Amplifier ... 5
Gambar 2.4. Rangkaian Non Inverting Summing Amplifier ... 6
Gambar 2.5. Rangkaian Voltage Follower ... 6
Gambar 2.6. Rangkaian komparator ... 7
Gambar 2.7. Rangkaian Current Amplifier ... 7
Gambar 2.8 Cara Kerja Motor DC ... 9
Gambar 2.9 Arsitektur ATMega16 ... 10
Gambar 2.10 Pin ATMega16 ... 11
Gambar 2.11 Hubungan HD44780 dengan layar LCD ... 12
Gambar 2.12. Modul M1632 ... 13
Gambar 2.13 Blok Diagram HD44780 ... 14
Gambar 3.1 Blok Diagram Kursi Roda Dengan Motor Listrik ... 17
Gambar 3.2 Rangkaian Skematik Joystick ... 19
Gambar 3.3 Source Signal dan PWM signal ... 20
Gambar 3.4 Bentuk gelombang kotak ... 20
Gambar 3.5 Rangkaian Skematik Voltage Control ... 22
(6)
viii
Gambar 3.7 Skematik Diagram ULN2803A ... 23
Gambar 3.8 Rangkaian Pengolah ... 24
Gambar 3.9 Rangkaian Skematik ADC ... 25
Gambar 3.10 Rangkaian Pembagi Tegangan ... 26
Gambar 3.11 Posisi Motor aktif pada Kursi Roda ... 27
Gambar 3.12 Posisi Motor saat Kursi Roda Manual ... 27
Gambar 3.13 Kursi Roda ... 28
Gambar 3.14 Motor DC ... 29
Gambar 3.15 flowchart program ... 31
Gambar 4.1 Pergerakan 1 Kursi Roda Dengan Motor Listrik ... 36
(7)
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Relay Yang bekerja dalam pergerakan motor ... 18 Tabel 3.2 Spesifikasi Kursi Roda ... 28 Tabel 3.3 Spesifikasi Motor DC ... 29 Tabel 4.1 Pengujian Terhadap Keluaran Tegangan Power Supply1 Pada LCD .. 34 Tabel 4.2 Pengujian Lamanya Waktu Penggunaan Power Supply1 ... 35 Tabel 4.3 Pengujian Kapasitas Beban Pada Kursi Roda Dengan Motor listrik ... 38
(8)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kemajuan teknologi membuat dampak yang besar bagi perkembangan peralatan kesehatan. Teknologi juga mulai diterapkan ke arah biomedic. Alat – alat kesehatan juga mulai menggunakan rangkaian elektronika untuk membantu meningkatkan kinerja manusia menjadi lebih mudah. Namun hal ini juga membuat manusia semakin berpikir cara mengembangkan dan menciptakan teknologi yang terus berkembang seiring kebutuhan manusia yang terus meningkat.
Hal yang dapat dilakukan oleh manusia untuk mengimbangi kemajuan teknologi adalah dengan mengembangkan sistem yang dapat memanfaatkan teknologi tersebut. Dalam hal ini akan dikembangkan penggunaan mikrokontroler yang akan diterapkan pada kursi roda.
Dahulu kursi roda yang digerakkan secara manual menambah beban bagi penggunanya sehingga sekarang ini banyak diciptakannya kursi roda yang menggunakan motor listrik agar memudahkan penggunanya. Kursi roda dengan motor listrik ini akan dikendalikan oleh mikrokontroler. Pada dasarnya kursi roda ini digerakkan oleh motor listrik, motor ini akan dikendalikan oleh joystick untuk menentukan arah bergeraknya kursi roda tersebut. Agar arah pergerakan roda yang digerakkan oleh motor tersebut dapat sesuai maka diperlukannya mikrokontroler sebagai pusat pengendalinya.
Kursi roda dengan motor listrik ini dapat memudahkan penggunanya karena pengguna hanya tinggal menggerakkan joystick dan motor akan menggerakkan roda sehingga roda dapat bergerak maju, mundur, ke kanan dan ke kiri sesuai dengan instruksi dari joystick yang digerakkan.
(9)
2
Pada kursi roda ini motor listrik yang digunakan adalah motor dc dengan tegangan 12 volt. Motor dc ini menggunakan power supply (aki kering) 12 volt sebagai sumber tegangannya. Power Supply 12 volt ini akan ditampilkan tegangannya pada LCD melalui mikrokontroler, sehingga pengguna dapat mengetahui kapasitas power supply.
1.2. Perumusan Masalah
Dari latar belakang masalah tersebut maka masalah dalam Tugas Akhir ini dapat dirumuskan sebagai berikut :
• Bagaimana cara merancang dan membuat kursi roda dengan menggunakan motor listrik dan mikrokontroler ?
1.3. Tujuan
Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk merancang dan membuat kursi roda dengan menggunakan motor listrik dan mikrokontroler untuk mengolah pergerakan kecepatan motor serta menampilkan ke LCD (persediaan power supply dan kondisi pergerakan roda).
1.4. Pembatasan masalah
1. Kursi roda dengan motor listrik ini dapat digerakan dengan dua kondisi, yaitu secara manual dengan tangan dan dengan motor listrik.
2. Kondisi daerah atau jalur yang dilalui harus rata atau datar, tidak menanjak.
3. Beban maksimum yang menggunakan kursi roda dengan motor listrik ini adalah 100 kg.
(10)
3
roda-gigi (gear) pada motor listrik.
5. Menggunakan Mikrokontroler (ATMega 16) untuk mengolah pergerakkan kecepatan dan menampilkan persediaan tegangan pada power supply. 6. LCD untuk menampilkan persediaan power supply dan pergerakan roda
(maju, mundur, kanan, kiri)
7. Menggunakan Power supply 12 volt; 7,2Ampere (Aki Kering).
1.5. Sistematika Penulisan
Agar dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini lebih terarah dan teratur serta terstruktur maka akan dibagi dalam :
BAB I PENDAHULUAN
BAB II
Berisi latar belakang, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah dan sitematika penulisan.
LANDASAN TEORI
BAB III
Berisi teori-teori yang menunjang dalam pembuatan alat. Teori yang dimaksud adalah Mikrokontroler sebagai pengolah dari keseluruhan sistem, LCD untuk menampilkan tulisan.
PERANCANGAN
BAB IV
Berisi perancangan dan implementasi, yang membahas tentang perencanaan dan implementasi sistem yang dibangun, meliputi pembuatan rangkaian pengendali, menjalankan fungsi-fungsi mikrokontroler dan perangkat lunak untuk pengontrol perangkat keras.
DATA PENGAMATAN DAN ANALISA
Berisi hasil pengamatan dan analisa terhadap alat yang telah dirancang.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Berisi kesimpulan dan saran.
(11)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Dari hasil pengamatan dan analisa dalam tugas akhir ini, dapat diambil
kesimpulan dan saran sebagai berikut:
5.1. Kesimpulan
•
Dengan menggunakan mikrokontroler ATMega 16, kursi roda dengan motor
listrik dapat dikontrol dengan maksimal dan tingkat keberhasilan mengolah
input dan output nya tinggi.
•
Pergerakan kecepatan roda pada keadaan awal digerakan sedikit
tersendat-sendat walaupun sudah menggunakan fasilitas PWM pada mikrokontroler
ATMega 16, hal ini disebabkan oleh pergerakan coil pada relay sedikit lambat
sehingga terasa arus yang terpurtus- putus.
•
LCD menampilkan persediaan power supply dan kondisi pergerakan roda
dengan tampilan yang baik dan jelas dibaca.
•
Hasil perancangan kursi roda dengan motor listrik ini tidak dapat digunakan
pada kondisi jalan yang menanjak dan beban maksimumnya adalah 100 kg,
apabila semua kondisi tersebut diabaikan maka akan mengakibatkan
kerusakan pada motor listriknya.
(12)
40
5.2. Saran
•
Sebaiknya menggunakan sensor infrared agar dapat menghindari benda asing
dan agar keamanan lebih terjaga.
•
Sebaiknya menggunakan motor DC yang arusnya dan tegangannya lebih
besar agar lebih kuat tenaganya untuk dapat melalui daerah yang menaik dan
menurun.
•
Penggunaan relay sebaiknya diganti oleh PLC atau alat yang mempunyai
(13)
41
DAFTAR PUSTAKA
1. Peatman, John B, “ Design with Microcontrollers “, United states, 1976. 2. Spasov, Peter, “ Microcontroller Technology “, Prentice-Hall Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458.
3. Texas Instrument, “Data Sheet”, 2005. http://www.ti.com/
4. http://www.datasheet4u.com.
(1)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kemajuan teknologi membuat dampak yang besar bagi perkembangan peralatan kesehatan. Teknologi juga mulai diterapkan ke arah biomedic. Alat – alat kesehatan juga mulai menggunakan rangkaian elektronika untuk membantu meningkatkan kinerja manusia menjadi lebih mudah. Namun hal ini juga membuat manusia semakin berpikir cara mengembangkan dan menciptakan teknologi yang terus berkembang seiring kebutuhan manusia yang terus meningkat.
Hal yang dapat dilakukan oleh manusia untuk mengimbangi kemajuan teknologi adalah dengan mengembangkan sistem yang dapat memanfaatkan teknologi tersebut. Dalam hal ini akan dikembangkan penggunaan mikrokontroler yang akan diterapkan pada kursi roda.
Dahulu kursi roda yang digerakkan secara manual menambah beban bagi penggunanya sehingga sekarang ini banyak diciptakannya kursi roda yang menggunakan motor listrik agar memudahkan penggunanya. Kursi roda dengan motor listrik ini akan dikendalikan oleh mikrokontroler. Pada dasarnya kursi roda ini digerakkan oleh motor listrik, motor ini akan dikendalikan oleh joystick untuk menentukan arah bergeraknya kursi roda tersebut. Agar arah pergerakan roda yang digerakkan oleh motor tersebut dapat sesuai maka diperlukannya mikrokontroler sebagai pusat pengendalinya.
Kursi roda dengan motor listrik ini dapat memudahkan penggunanya karena pengguna hanya tinggal menggerakkan joystick dan motor akan menggerakkan roda sehingga roda dapat bergerak maju, mundur, ke kanan dan ke kiri sesuai dengan instruksi dari joystick yang digerakkan.
(2)
Pada kursi roda ini motor listrik yang digunakan adalah motor dc dengan tegangan 12 volt. Motor dc ini menggunakan power supply (aki kering) 12 volt sebagai sumber tegangannya. Power Supply 12 volt ini akan ditampilkan tegangannya pada LCD melalui mikrokontroler, sehingga pengguna dapat mengetahui kapasitas power supply.
1.2. Perumusan Masalah
Dari latar belakang masalah tersebut maka masalah dalam Tugas Akhir ini dapat dirumuskan sebagai berikut :
• Bagaimana cara merancang dan membuat kursi roda dengan menggunakan motor listrik dan mikrokontroler ?
1.3. Tujuan
Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah untuk merancang dan membuat kursi roda dengan menggunakan motor listrik dan mikrokontroler untuk mengolah pergerakan kecepatan motor serta menampilkan ke LCD (persediaan power supply dan kondisi pergerakan roda).
1.4. Pembatasan masalah
1. Kursi roda dengan motor listrik ini dapat digerakan dengan dua kondisi, yaitu secara manual dengan tangan dan dengan motor listrik.
2. Kondisi daerah atau jalur yang dilalui harus rata atau datar, tidak menanjak.
3. Beban maksimum yang menggunakan kursi roda dengan motor listrik ini adalah 100 kg.
(3)
roda-gigi (gear) pada motor listrik.
5. Menggunakan Mikrokontroler (ATMega 16) untuk mengolah pergerakkan kecepatan dan menampilkan persediaan tegangan pada power supply. 6. LCD untuk menampilkan persediaan power supply dan pergerakan roda
(maju, mundur, kanan, kiri)
7. Menggunakan Power supply 12 volt; 7,2Ampere (Aki Kering).
1.5. Sistematika Penulisan
Agar dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini lebih terarah dan teratur serta terstruktur maka akan dibagi dalam :
BAB I PENDAHULUAN
BAB II
Berisi latar belakang, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah dan sitematika penulisan.
LANDASAN TEORI
BAB III
Berisi teori-teori yang menunjang dalam pembuatan alat. Teori yang dimaksud adalah Mikrokontroler sebagai pengolah dari keseluruhan sistem, LCD untuk menampilkan tulisan.
PERANCANGAN
BAB IV
Berisi perancangan dan implementasi, yang membahas tentang perencanaan dan implementasi sistem yang dibangun, meliputi pembuatan rangkaian pengendali, menjalankan fungsi-fungsi mikrokontroler dan perangkat lunak untuk pengontrol perangkat keras.
DATA PENGAMATAN DAN ANALISA
Berisi hasil pengamatan dan analisa terhadap alat yang telah dirancang.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Berisi kesimpulan dan saran.
(4)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Dari hasil pengamatan dan analisa dalam tugas akhir ini, dapat diambil
kesimpulan dan saran sebagai berikut:
5.1. Kesimpulan
•
Dengan menggunakan mikrokontroler ATMega 16, kursi roda dengan motor
listrik dapat dikontrol dengan maksimal dan tingkat keberhasilan mengolah
input dan output nya tinggi.
•
Pergerakan kecepatan roda pada keadaan awal digerakan sedikit
tersendat-sendat walaupun sudah menggunakan fasilitas PWM pada mikrokontroler
ATMega 16, hal ini disebabkan oleh pergerakan coil pada relay sedikit lambat
sehingga terasa arus yang terpurtus- putus.
•
LCD menampilkan persediaan power supply dan kondisi pergerakan roda
dengan tampilan yang baik dan jelas dibaca.
•
Hasil perancangan kursi roda dengan motor listrik ini tidak dapat digunakan
pada kondisi jalan yang menanjak dan beban maksimumnya adalah 100 kg,
apabila semua kondisi tersebut diabaikan maka akan mengakibatkan
kerusakan pada motor listriknya.
(5)
5.2. Saran
•
Sebaiknya menggunakan sensor infrared agar dapat menghindari benda asing
dan agar keamanan lebih terjaga.
•
Sebaiknya menggunakan motor DC yang arusnya dan tegangannya lebih
besar agar lebih kuat tenaganya untuk dapat melalui daerah yang menaik dan
menurun.
•
Penggunaan relay sebaiknya diganti oleh PLC atau alat yang mempunyai
(6)
DAFTAR PUSTAKA
1. Peatman, John B, “ Design with Microcontrollers “, United states, 1976. 2. Spasov, Peter, “ Microcontroller Technology “, Prentice-Hall Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458.
3. Texas Instrument, “Data Sheet”, 2005.
http://www.ti.com/
4. http://www.datasheet4u.com.