Rancang Bangun Robot Keseimbangan Menggunakan Sensor Mpu6050 Berbasis Atmega328
RANCANG BANGUN ROBOT KESEIMBANGAN
MENGGUNAKAN SENSOR MPU6050 BERBASIS ATMEGA328
SKRIPSI
FATHURRAHMAN
150821016
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
RANCANG BANGUN ROBOT KESEIMBANGAN
MENGGUNAKAN SENSOR MPU6050 BERBASIS ATMEGA328
SKRIPSI
Diajukan Untuk Melengkapai Tugas dan Memenuhi Syarat Mencapai Gelar
Sarjana Sains
FATHURRAHMAN
150821016
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
i
PERSETUJUAN
Judul
: RANCANG BANGUN ROBOT
KESEIMBANGAN MENGGUNAKAN SENSOR
MPU6050 BERBASIS ATMEGA328
Kategori
: Skripsi
Nama
: Fathurrahman
Nomor Induk Mahasiswa
: 150821016
Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, 2017
Diketahui/disetuji oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Pembimbing
Ketua,
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS
NIP.195903101987031002
Drs. Kurnia Brahmana, M.Si
NIP. 196009201986011001
Universitas Sumatera Utara
ii
PERNYATAAN
RANCANG BANGUN ROBOT KESEIMBANGAN MENGGUNAKAN
SENSOR MPU6050 BERBASIS ATMEGA328
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan
ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan,
2017
Fathurrahman
150821016
Universitas Sumatera Utara
iii
PENGHARGAAN
Alhamdulillahirabbil’alamiin, puji dan syukur kepada Allah SWT dan
Shalawat berangkaiankan salam kepada junjungan kita Rasulullah Muhammad SAW,
semoga kita mendapatkan syafa’atnya dikemudian hari kelak. Aamiin.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan rasa hormat maupun ucapan
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada pihak yang telah membantu hingga
terselesaikannya skripsi ini. Terimakasih penulis ucapkan terkhusus untuk kedua
orang tua tercinta, atas do’a, kepercayaan, dukungan, semangat, dan materi yang
telah diberikan kepada penulis. Dan tak lupa pula penulis ingin mengucapkan
terimakasih kepada :
1. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, sebagai ketua Departemen Fisika
FMIPA USU
2. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Si selaku sebagai pembimbing yang telah
membantu penulis dalam memberikan ide, saran, kritik dan juga
bimbingannya.
3. Dosen-dosen di Departemen Fisika yang telah memberikan ilmu selama
dalam perkuliahan.
4. Pegawai-pegawai di Departemen Fisika yang telah memberikan petunjuk
dan arahan selama dalam perkuliahan.
5. Teman-teman dan para sahabat yang telah menjadi keluarga kedua penulis
selama ini.
6. Ilfa Husna Pulungan yang telah menjadi sosok seorang yang paling banyak
membantu dalam penulisan skripsi ini. Dan sekaligus menjadi keluarga dalam
kehidupan penulis.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan skripsi ini masih jauh
dari kesempurnaan, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat
penulis harapkan dari para pembaca.
Medan, Juli 2017
Fathurrahman
Universitas Sumatera Utara
iv
PERANCANGAN SISTEM INVENTARISASI ALAT LABORATORIUM
BERBASIS MIKROKONTROLER Pada LABORATORIUM TERPADU
FMIPA USU
ABSTRAK
Telah dirancang
sebuah robot yang dapat menyeimbangkan dan
mempertahankan posisi beridiri dengan dua buah roda atau sering disebut dengan
robot self balancing. Robot telah didesain untuk mempertahankan posisinya pada
posisi seimbang dengan cara maju dan muncur. Agar robot dapat memperhanakan
posisinya maka dibutuhkan sensor accerlerometer dan gyroscop yang kemudian
output dari sensor tersebut digabungkan dengan persamaan complamantary filter
untuk mendapatkan sudut yang sebenarnya. Pergerakan motor dapat diperhalus
dengan sebuah sistem control PID. Pada penelitian ini robot dapat berdiri seimbang
dengan mempertahankan posisinya -5o sampai dengan 5o dan dapat dikontrol unutk
maju, mundur dan belok melalui android.
Kata kunci : self balancing, robot keseimbangan, complamantary filter
Universitas Sumatera Utara
v
DESIGN OF INVENTORY SYSTEM LABORATORY TOOL BASED ON
MICROCONTROLLER IN INTEGRATED LABORATORY OF FMIPA USU
ABSTRACT
It has designed a robot that can balance and maintain a stand position with
two wheels or often called a self-balancing robot. The robot has been designed to
keep its position in a balanced position by way of forward and sliding. In order for
the robot can memperhanakan position then it takes accerlerometer and gyroscop
sensor which then output from the sensor is combined with the complamantary filter
equation to get the actual angle. Motor movement can be smoothed with a PID
control system. In this study the robot can stand in balance by maintaining its
position -5o to 5o and can be controlled forward, back and back android through the
android.
Keywords: self balancing, robot balance, complementary filter
Universitas Sumatera Utara
vi
DAFTAR ISI
PERSETUJUAN
Halaman
i
PERNYATAAN
ii
PENGHARGAAN
iii
ABSTRAK
v
ABSTRACT
vi
DAFTAR ISI
vii
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR LAMPIRAN
x
BAB 1 PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang Masalah
1
1.2. Rumusan Masalah
2
1.3. Tujuan Penulisan
2
1.4. Batasan Masalah
2
1.5. Manfaat
3
BAB 2 Landasan Teori
4
2.1. Self Balancing Robot
4
2.2. Mikrokontroller
5
2.2.1. Fitur AVR Atmega328
2.2.2. Memory Mikrokontroller
2.2.3. Input/output Mikrokontroller
2.2.4. Interupsi
2.3.Pengendali PID
2.3.1. Kontrol Proposional
2.3.2. Kontrol Integral
2.3.3. Kontrol Derivatif
2.4. Sensor MPU6050
2.5. Bluetooth
2.6. Modul Bluetooth Hc-05
2.7. Mosfet
2.7.1. Jenis-jenis Mosfet
2.7.2. Bentuk Dasar Mosfet
6
9
11
12
12
13
13
14
15
16
17
19
20
22
Universitas Sumatera Utara
vii
BAB 3 PERANCANGAN ALAT
24
3.1. Diagram Blok
24
3.2. Perancangan Rangkaian Mikrokontroller Atmega328
25
3.3. Rangkaian MPU6050
26
3.4. Rangkaian Regulator
28
3.5. Rangkaian Driver Motor
29
3.6. Rangkaian Potensiometer
30
3.7. Rangkaian Bluetooth
30
3.8. Flowchart sistem
32
BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA
33
4.1. Pengujian Mikrokontroller Atmega328
33
4.2. Pengujian Rangkaian Regulator
34
4.3. Pengujian Rangkaian Potentiometer
35
4.4. Pengujian Rangkaian Driver Motor
36
4.5. Pengujian Sinkronisasi HC-05
37
4.6. Pengujian Gyroscope
38
4.7. Pengujian Accelerometer
41
4.8. Pengujian Complamantry Filter
43
4.9. Pengujian PID
48
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
41
5.1. Kesimpulan
50
5.2. Saran
50
DAFTAR PUSTAKA
51
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel
Judul
Halaman
1.
Konfigurasi PORTB
8
2.
Konfigurasi PORTC
9
3.
Konfigurasi PORTC
9
4.
Pengujian Gyroscope
39
5.
Pengujian Accelerometer
42
5.
Pengujian Complamantary Filter
45
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar
Judul
Halaman
1.
pendulum terbalik kereta beroda
4
2.
Self balancing robot beroda dua
4
3.
Arsitektur atmega328
7
4.
konfigurasi PIN
8
5.
Blok diagram PID kontrol
14
6.
MPU6050
16
7.
Modul HC-05
17
8.
Symbol transistor Mosfet Mode Deplation
20
9.
Symbol transistor mosfet mode enhancement
21
10.
Skematik mosfet type N
22
11.
Stuktur fisik type N enhancement
23
12.
Diagram blok rangkaian
24
13.
Rangkaian mikrokontroller atmega328
25
14.
Axis sudut accelerometer
26
15.
Rangkaian Modul MPU6050
27
16.
Rangkaian Regulator
28
17.
Rangkaian Driver Motor
29
18.
Rangkaian Potentiometer
30
19.
Rangkaian HC-05
31
20.
Flowchar Program
32
21.
Read signature chip atmega328
33
22.
Pengujian Output Regulator
34
23.
Sincronisasi HC-05
37
24.
Grafik Gyroscope
40
25.
Grafik Accelerometer
43
26.
Pengujian Complamantary Filter
47
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Program Lengkap
Lampiran 2 Rangkaian Lengkap
Lampiran 3 Datasheet
Universitas Sumatera Utara
MENGGUNAKAN SENSOR MPU6050 BERBASIS ATMEGA328
SKRIPSI
FATHURRAHMAN
150821016
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
RANCANG BANGUN ROBOT KESEIMBANGAN
MENGGUNAKAN SENSOR MPU6050 BERBASIS ATMEGA328
SKRIPSI
Diajukan Untuk Melengkapai Tugas dan Memenuhi Syarat Mencapai Gelar
Sarjana Sains
FATHURRAHMAN
150821016
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
i
PERSETUJUAN
Judul
: RANCANG BANGUN ROBOT
KESEIMBANGAN MENGGUNAKAN SENSOR
MPU6050 BERBASIS ATMEGA328
Kategori
: Skripsi
Nama
: Fathurrahman
Nomor Induk Mahasiswa
: 150821016
Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, 2017
Diketahui/disetuji oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Pembimbing
Ketua,
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS
NIP.195903101987031002
Drs. Kurnia Brahmana, M.Si
NIP. 196009201986011001
Universitas Sumatera Utara
ii
PERNYATAAN
RANCANG BANGUN ROBOT KESEIMBANGAN MENGGUNAKAN
SENSOR MPU6050 BERBASIS ATMEGA328
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan
ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan,
2017
Fathurrahman
150821016
Universitas Sumatera Utara
iii
PENGHARGAAN
Alhamdulillahirabbil’alamiin, puji dan syukur kepada Allah SWT dan
Shalawat berangkaiankan salam kepada junjungan kita Rasulullah Muhammad SAW,
semoga kita mendapatkan syafa’atnya dikemudian hari kelak. Aamiin.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan rasa hormat maupun ucapan
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada pihak yang telah membantu hingga
terselesaikannya skripsi ini. Terimakasih penulis ucapkan terkhusus untuk kedua
orang tua tercinta, atas do’a, kepercayaan, dukungan, semangat, dan materi yang
telah diberikan kepada penulis. Dan tak lupa pula penulis ingin mengucapkan
terimakasih kepada :
1. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, sebagai ketua Departemen Fisika
FMIPA USU
2. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Si selaku sebagai pembimbing yang telah
membantu penulis dalam memberikan ide, saran, kritik dan juga
bimbingannya.
3. Dosen-dosen di Departemen Fisika yang telah memberikan ilmu selama
dalam perkuliahan.
4. Pegawai-pegawai di Departemen Fisika yang telah memberikan petunjuk
dan arahan selama dalam perkuliahan.
5. Teman-teman dan para sahabat yang telah menjadi keluarga kedua penulis
selama ini.
6. Ilfa Husna Pulungan yang telah menjadi sosok seorang yang paling banyak
membantu dalam penulisan skripsi ini. Dan sekaligus menjadi keluarga dalam
kehidupan penulis.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan skripsi ini masih jauh
dari kesempurnaan, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat
penulis harapkan dari para pembaca.
Medan, Juli 2017
Fathurrahman
Universitas Sumatera Utara
iv
PERANCANGAN SISTEM INVENTARISASI ALAT LABORATORIUM
BERBASIS MIKROKONTROLER Pada LABORATORIUM TERPADU
FMIPA USU
ABSTRAK
Telah dirancang
sebuah robot yang dapat menyeimbangkan dan
mempertahankan posisi beridiri dengan dua buah roda atau sering disebut dengan
robot self balancing. Robot telah didesain untuk mempertahankan posisinya pada
posisi seimbang dengan cara maju dan muncur. Agar robot dapat memperhanakan
posisinya maka dibutuhkan sensor accerlerometer dan gyroscop yang kemudian
output dari sensor tersebut digabungkan dengan persamaan complamantary filter
untuk mendapatkan sudut yang sebenarnya. Pergerakan motor dapat diperhalus
dengan sebuah sistem control PID. Pada penelitian ini robot dapat berdiri seimbang
dengan mempertahankan posisinya -5o sampai dengan 5o dan dapat dikontrol unutk
maju, mundur dan belok melalui android.
Kata kunci : self balancing, robot keseimbangan, complamantary filter
Universitas Sumatera Utara
v
DESIGN OF INVENTORY SYSTEM LABORATORY TOOL BASED ON
MICROCONTROLLER IN INTEGRATED LABORATORY OF FMIPA USU
ABSTRACT
It has designed a robot that can balance and maintain a stand position with
two wheels or often called a self-balancing robot. The robot has been designed to
keep its position in a balanced position by way of forward and sliding. In order for
the robot can memperhanakan position then it takes accerlerometer and gyroscop
sensor which then output from the sensor is combined with the complamantary filter
equation to get the actual angle. Motor movement can be smoothed with a PID
control system. In this study the robot can stand in balance by maintaining its
position -5o to 5o and can be controlled forward, back and back android through the
android.
Keywords: self balancing, robot balance, complementary filter
Universitas Sumatera Utara
vi
DAFTAR ISI
PERSETUJUAN
Halaman
i
PERNYATAAN
ii
PENGHARGAAN
iii
ABSTRAK
v
ABSTRACT
vi
DAFTAR ISI
vii
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR LAMPIRAN
x
BAB 1 PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang Masalah
1
1.2. Rumusan Masalah
2
1.3. Tujuan Penulisan
2
1.4. Batasan Masalah
2
1.5. Manfaat
3
BAB 2 Landasan Teori
4
2.1. Self Balancing Robot
4
2.2. Mikrokontroller
5
2.2.1. Fitur AVR Atmega328
2.2.2. Memory Mikrokontroller
2.2.3. Input/output Mikrokontroller
2.2.4. Interupsi
2.3.Pengendali PID
2.3.1. Kontrol Proposional
2.3.2. Kontrol Integral
2.3.3. Kontrol Derivatif
2.4. Sensor MPU6050
2.5. Bluetooth
2.6. Modul Bluetooth Hc-05
2.7. Mosfet
2.7.1. Jenis-jenis Mosfet
2.7.2. Bentuk Dasar Mosfet
6
9
11
12
12
13
13
14
15
16
17
19
20
22
Universitas Sumatera Utara
vii
BAB 3 PERANCANGAN ALAT
24
3.1. Diagram Blok
24
3.2. Perancangan Rangkaian Mikrokontroller Atmega328
25
3.3. Rangkaian MPU6050
26
3.4. Rangkaian Regulator
28
3.5. Rangkaian Driver Motor
29
3.6. Rangkaian Potensiometer
30
3.7. Rangkaian Bluetooth
30
3.8. Flowchart sistem
32
BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA
33
4.1. Pengujian Mikrokontroller Atmega328
33
4.2. Pengujian Rangkaian Regulator
34
4.3. Pengujian Rangkaian Potentiometer
35
4.4. Pengujian Rangkaian Driver Motor
36
4.5. Pengujian Sinkronisasi HC-05
37
4.6. Pengujian Gyroscope
38
4.7. Pengujian Accelerometer
41
4.8. Pengujian Complamantry Filter
43
4.9. Pengujian PID
48
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
41
5.1. Kesimpulan
50
5.2. Saran
50
DAFTAR PUSTAKA
51
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel
Judul
Halaman
1.
Konfigurasi PORTB
8
2.
Konfigurasi PORTC
9
3.
Konfigurasi PORTC
9
4.
Pengujian Gyroscope
39
5.
Pengujian Accelerometer
42
5.
Pengujian Complamantary Filter
45
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar
Judul
Halaman
1.
pendulum terbalik kereta beroda
4
2.
Self balancing robot beroda dua
4
3.
Arsitektur atmega328
7
4.
konfigurasi PIN
8
5.
Blok diagram PID kontrol
14
6.
MPU6050
16
7.
Modul HC-05
17
8.
Symbol transistor Mosfet Mode Deplation
20
9.
Symbol transistor mosfet mode enhancement
21
10.
Skematik mosfet type N
22
11.
Stuktur fisik type N enhancement
23
12.
Diagram blok rangkaian
24
13.
Rangkaian mikrokontroller atmega328
25
14.
Axis sudut accelerometer
26
15.
Rangkaian Modul MPU6050
27
16.
Rangkaian Regulator
28
17.
Rangkaian Driver Motor
29
18.
Rangkaian Potentiometer
30
19.
Rangkaian HC-05
31
20.
Flowchar Program
32
21.
Read signature chip atmega328
33
22.
Pengujian Output Regulator
34
23.
Sincronisasi HC-05
37
24.
Grafik Gyroscope
40
25.
Grafik Accelerometer
43
26.
Pengujian Complamantary Filter
47
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Program Lengkap
Lampiran 2 Rangkaian Lengkap
Lampiran 3 Datasheet
Universitas Sumatera Utara