KONTROL KESEIMBANGAN DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR MPU 6050 BERBASIS ARDUINO

  

KONTROL KESEIMBANGAN DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR

MPU 6050 BERBASIS ARDUINO

LAPORAN AKHIR

  Disusun Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Pada Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika

  Oleh :

  

Zarmariesyah Erman

0614 3032 1985

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

PALEMBANG

  

2017

  

HALAMAN PENGESAHAN

KONTROL KESEIMBANGAN DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR

MPU 6050 BERBASIS ARDUINO

LAPORAN AKHIR

Telah disetujui dan disahkan sebagai Laporan Akhir Pendidikan Diploma III

pada Jurusan Teknik Elektro Studi Teknik Elektronika

  Oleh :

  

Zarmariesyah Erman

061430321985

Palembang, September 2017

  

Menyetujui,

  Pembimbing I

  Niksen Alfarizal, S.T., M.Kom

  NIP. 197508162001121001 Pembimbing II

  Johansyah Al Rasyid, S.T., M.Kom NIP. 197803192006041001

Mengetahui,

  Ketua Jurusan Teknik Elektro

  Yudi Wijanarko, S.T., M.T

  NIP. 196705111992031003 Ketua Program Studi

  Teknik Elektronika

  Amperawan, S.T., M.T

  NIP. 196705231993031002 Motto :

   When Life Is Dragging You Back With Difficulties, It Means It’s Going To Launch You Into Something Great. So Just Focus, And Keep Aiming

  Dengan rasa syukur kepada Allah SWT,

Laporan akhir ini saya persembahkan kepada :

   Orang tua Saya dan seluruh anggota keluarga.

   Bapak Niksen Alfarizal dan Bapak Johansyah Al Rasyid atas ilmu yang diberikan dan bimbingan yang sangat luar biasa.

   Sahabat – sahabatku yang selalu memberikan dukungan.

   Almamater Terhebat, POLSRI.

  

ABSTRAK

Kontrol Keseimbangan Dengan Menggunakan

Sensor MPU 6050 Berbasis Arduino

  Oleh : Zarmariesyah Erman 0614 3032 1985

  Robot keseimbangan (Balancing Robot) beroda dua merupakan suatu robot mobile yang memiliki dua buah roda disisi kanan dan kirinya yang tidak akan seimbang apabila tanpa adanya kontroler. Pada penelitian ini dilakukan untuk membuat pengaturan keseimbangan robot beroda dengan kontrol PID. Didasarkan pada teori pendulum terbalik. Sebuah sistem kontrol yang sesuai yang dibutuhkan untuk mengontrol sistem sehingga seimbang dan stabil. Tujuan utama dari tugas akhir ini adalah dengan menggunakan strategi kontrol yang baik untuk menjaga robot dalam keadaan tegak lurus. Permasalahan yang timbul pada balancing robot adalah cara mempertahankan kondisi pada set point 0.

  Pada tugas akhir ini, permasalahan pada balancing robot diselesaikan dengan menerapkan sistem pengontrolan yang salah satunya kontrol PID.

  

Pengontrol PID menghitung nilai eror sebagai perbedaan antara variabel proses

terukur dan nilai yang diinginkan. Pengontrol akan mengurangi error dengan

mengatur masukan kontrol proses. Sedangkan sensor yang digunakan adalah

accelerometer dan gyroscope. Posisi setimbang pada robot beroda dua antara -5°

  sampai 5°.

  Tujuan akhir dari penelitian ini, diharapkan dengan menerapkan sensor

  

gyroscope dan accelerometer diharapkan robot keseimbangan dapat

  mempertahankan posisi pada kondisi seimbang dan tegak lurus terhadap permukaan bumi pada bidang datar. Kata Kunci : Robot Keseimbangan, Kontrol PID, Pendulum Terbalik,

  accelerometer dan gyroscope

  

ABSTRACT

Balance Control By Using Sensor MPU 6050

Based Arduino

  By : Zarmariesyah Erman 0614 3032 1985

  Robot balance (Balancing Robot) is a two-wheeled mobile robot that has two wheels on the right and left side that will not be balanced if without a controller. In this research is done to make the balance of wheeled robot with PID control. Based on reversed pendulum theory. An appropriate control system is needed to control the system so that it is balanced and stable. The main purpose of this final task is to use a good control strategy to keep the robot in a state perpendicular. The problem that arises in balancing robot is how to maintain the condition at set point 0.

  In this final project, the problem in balancing robot is solved by applying the control system which one of the PID control. The PID controller calculates the error value as the difference between the measured process variable and the desired value. The controller will reduce the error by adjusting the process control input. While the sensors used are accelerometer and gyroscope. The equilibrium position of the two-wheeled robot is between -5 ° to 5 °.

  The ultimate goal of this study, expected by applying gyroscope and accelerometer sensors is expected to balance the balance robot to maintain a position on a balanced condition and perpendicular to the surface of the earth on the plane.

  Keywords: Robot Balance, PID Control, Inverted Pendulum, accelerometer and gyroscope

  Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat kesehatan dan kekuatan serta berkat rahmat dan hidayah penulis dapat menyelesaikan Laporan Akhir ini yang berjudul

  “Kontrol Keseimbangan Dengan Menggunakan Sensor MPU 6050 Berbasis A rduino”

  dengan baik. Laporan Akhir ini dibuat untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Diploma III pada jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya. Selama penyusunan Laporan Akhir ini penulis mendapat beberapa hambatan dan kesulitan, namun berkat dorongan dan bimbingan dari berbagai pihak, segala hambatan dan kesuliatan tersebut dapat terselesaikan. Untuk itu penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar - besarnya kepada :

  Bapak Niksen Alfarizal, S.T.,M.Kom Selaku Pembimbing I

Bapak Johansyah Al Rasyid, S.T., M.Kom Selaku Pembimbing II

  Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat : 1.

  Bapak Dr. Ing. Ahmad Taqwa, M.T. selaku Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya 2. Bapak Yudi Wijanarko, S.T.,M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro

  Politeknik Negeri Sriwijaya 3. Bapak H. Herman Yani, S.T., M.Eng. selaku Sekretaris Jurusan Teknik

  Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya 4. Bapak Amperawan, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik

  Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya 5. Kepada Orang Tua dan Keluarga saya yang selama ini memberikan semangat dan dukungan moril dan materil.

  6. Seluruh Dosen, Staf dan Teknisi pada Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya yang membantu penulis dalam kelancaran penulisan laporan ini.

  7. Teman – teman seperjuangan kelas 6 ED yang telah membantu dengan berbagai pengetahuan dalam pembuatan laporan akhir ini.

  Panulis menyadari bahwa dalam penyusunaan Laporan Akhir ini masih terdapat kekurangan dan kekeliruan, baik mengenai isi maupun cara penulisan. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun.

  Akhir kata penulis mengharapkan semoga Laporan Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua dan semoga segala bantuan serta bimbingan yang penyusun dapatkan selama ini mendapat rahmat dan ridho Allah SWT, Aamiin Ya Robbal ‘alamin.

  Palembang, September 2017 Penulis

• – Jenis Motor DC ..................................................................... 17

  2.7.2.Komponen Utama Motor DC ............................................................ 18

  Battery Primer .......................................................................... 20 2.8.1.2. Battery Sekunder ...................................................................... 21

  2.8.1.Jenis

  2.8 Battery ........................................................................................................... 20

  2.7.3.Prinsip Kerja Motor DC .................................................................... 19

  2.7.2.3 Komutator Motor DC ............................................................... 19

  2.7.2.2 Kumparan Motor DC ............................................................... 19

  2.7.2.1 Kutup Medan Magnet .............................................................. 19

  2.7.1.4 Motor Dc Kompon / Gabungan ............................................... 18

  2.7.1.3 Motor DC Seri .......................................................................... 17

  2.7.1.2 Motor DC Sumber Daya Sendiri .............................................. 17

  2.7.1.1 Motor DC Sumber Daya Terpisah ........................................... 17

  2.7.1.Jenis

  BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ........................................................................................... 1 1.2. Tujuan dan Manfaat ................................................................................... 2 1.3. Perumusan Masalah ................................................................................... 2 1.4. Batasan Masalah ........................................................................................ 2 1.5. Metodelogi Penulisan ................................................................................. 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Robot Keseimbangan (Balancing Robot) .................................................. 4 2.2. Sensor Gyroscope dan Accelerometer ....................................................... 5 2.3. Modul MPU 6050 6-Axis Gyroscope & Accelerometer Module ............... 7 2.4. Sejarah Arduino ......................................................................................... 9 2.5. Arduino Mega 2560 ................................................................................... 12 2.6. Driver Motor L298 ..................................................................................... 14 2.7. Motor DC ................................................................................................... 16

  HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i

LEMBARAN PENGESAHAN............................................................................... ii

MOTTO ................................................................................................................... iii

ABSTRAK ............................................................................................................... iv

KATA PENGANTAR ............................................................................................ vi

DAFTAR ISI ............................................................................................................ viii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... x

DAFTAR TABEL ................................................................................................... xii

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xiii

  Halaman

  

DAFTAR ISI

• – Jenis Battery .......................................................................... 20 2.8.1.1.

  2.9

  2.9.1.PID Digital ........................................................................................ 22

  35

  5.2 Saran ............................................................................................................ 45

  5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 45

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  4.4 Analisa .......................................................................................................... 43

  42

  4.3 Pergerakan Motor Robot Balancing Terhadap Sensor Gyroscope dan Accelerometer ...............................................................................................

  Pengujian Complementary Filter ....................................................... 35 4.3.2. Pengujian Kontroler PID ................................................................... 36

  4.1 Pengujian Perangkat Lunak .......................................................................... 35 4.3.1.

  33 4.2.2.Pengujian Sensor Gyroscope ............................................................

  2.9.2.Kontrol Proporsional ......................................................................... 23

  4.2 Pengujian Perangkat Keras ........................................................................ 33 4.2.1.Pengujian Sensor Accelerometer ......................................................

  4.1 Tujuan Pembahasan ................................................................................... 33

  BAB IV PEMBAHASAN DAN ANALISA

  3.2.3.Perancangan Mekanik ....................................................................... 30 3.3. Flowchart ................................................................................................... 31

  3.2.2.Pemrograman Software ..................................................................... 29

  3.2.1.Perancangan Elektronik ................................................................... 29

  BAB III TINJAUAN PUSTAKA 3.1. Blok Diagram Rangkaian ........................................................................... 28 3.2. Tahap Perancangan .................................................................................... 29

  2.9.4.Kontrol Derivatif ............................................................................... 25

  2.9.3.Kontrol Integral ................................................................................. 24

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

  29 Gambar 3.3. Mekanik Robot Keseimbangan ...........................................................

  39 Gambar 4.9. Grafik Pengujian Kontrol PID Dengan Nilai KP = 15 KD = 680 KI = 0.01 ........................................................................................................................

  39 Gambar 4.8. Grafik Pengujian Kontrol PD Dengan Nilai KP = 15 KD = 680 ........

  38 Gambar 4.7. Grafik Pengujian Kontrol PD Dengan Nilai KP = 15 KD = 900 ........

  38 Gambar 4.6. Grafik Pengujian Kontrol PD Dengan Nilai KP = 15 KD = 200 ........

  37 Gambar 4.5. Grafik Pengujian Kontrol P Dengan Nilai KP = 35 ............................

  37 Gambar 4.4. Grafik Pengujian Kontrol P Dengan Nilai KP = 55 ............................

  36 Gambar 4.3. Grafik Pengujian Kontrol P Dengan Nilai KP = 15 ............................

  35 Gambar 4.2. Grafik Pembacaan Comeplementary Filter Pada Robot .....................

  32 Gambar 4.1. Grafik Pengujian Sensor Gyroscope. ..................................................

  31 Gambar 3.5. Flowchart. ...........................................................................................

  30 Gambar 3.4 Dimensi Mekanik Robot Keseimbangan ............................................

  28 Gambar 3.2. Rangkaian Keseluruhan Robot Keseimbangan ...................................

  Halaman Gambar 2.1. Pandulum Terbalik ..............................................................................

  26 Gambar 3.1. Diagram Blok Perancangan Perangkat Keras .....................................

  24 Gambar 2.15 Rangkaian Kontrol Derivatif ...............................................................

  23 Gambar 2.14 Rangkaian Kontrol Integral ................................................................

  15 Gambar 2.9. Kofigurasi Pin L298 ............................................................................ 15 Gambar 2.10.Konstruksi Motor DC .......................................................................... 18 Gambar 2.11.Battery ................................................................................................. 20 Gambar 2.12.Blok Diagram Kontrol PID ................................................................. 21 Gambar 2.13 Rangkaian Kontrol Proporsional ........................................................

  13 Gambar 2.8. Diagaram Blok IC L298 .....................................................................

  12 Gambar 2.7. Arduino Mega .....................................................................................

  8 Gambar 2.6. Arduino Uno .......................................................................................

  7 Gambar 2.5. Diagram Blok MPU 6050 Gyroscope dan Accelerometer ..................

  6 Gambar 2.4. Sensor Accelerometer .........................................................................

  5 Gambar 2.3. Gyroscope ...........................................................................................

  4 Gambar 2.2. Balancing Robot Beroda Dua Menyeimbangkan Diri ........................

  40

Gambar 4.10. Grafik Pengujian Kontrol PID Dengan Nilai KP = 15 KD = 680 KI = 0.8 .....................................................................................................................

  40 Gambar 4.11. Grafik Pengujian Kontrol PID Dengan Nilai KP = 15 KD = 680 KI = 0.01 ...................................................................................................................

  41 Gambar 4.12. Grafik Pengujian Kontrol PID Saat Diberi Gangguan ......................

  41

  

DAFTAR TABEL

  Halaman Tabel 2.1.Fungsi Kaki/Pin IC L298 ..........................................................................

  16 Tabel 2.2.Data Karakter Elektronis IC L298 ............................................................

  16 Tabel 2.3.Efek Pengontrol Proporsional, Integral dan Derivatif Pada Sistem Loop Tertutup .....................................................................................................................

  27 Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Sudut Kemiringan Sensor Gyroscope dan Accelerometer ...........................................................................................................

  34 Tabel 4.2. Arah Perputaran Motor DC Terhadap Sensor Gyroscope dan Accelerometer ...........................................................................................................

  42