Perancangan Sistem Radar Pendeteksi Objek Menggunakan Sensor Ultrasonik Berbasis Arduino Uno
BAB 2
Landasan Teori
2. 1. Arduino Uno R3
Arduino Uno R3 adalah papan pengembangan (development board)
mikrokontroler yang berbasis chip ATmega328P. Disebut sebagai papan
pengembangan karena board ini memang berfungsi sebagai arena prototyping
sirkuit mikrokontroller. Dengan menggunakan papan pengembangan, anda akan
lebih mudah merangkai rangkaian elektronika mikrokontroller dibanding jika
anda memulai merakit ATMega328 dari awal di breadboard.
Arduino Uno memiliki 14 digital pin input / output (atau biasa ditulis I/O, dimana
6 pin diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 pin input analog,
menggunakan crystal 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP dan tombol
reset. Hal tersebut adalah semua yang diperlukan untuk mendukung sebuah
rangkaian mikrokontroler. Cukup dengan menghubungkannya ke komputer
dengan kabel USB atau diberi power dengan adaptor AC-DC atau baterai, anda
sudah dapat bermain-main dengan Arduino UNO anda tanpa khawatir akan
melakukan sesuatu yang salah. Kemungkinan paling buruk hanyalah kerusakan
pada chip ATMega328, yang bisa anda ganti sendiri dengan mudah dan dengan
harga yang relatif murah.
Kata " Uno " berasal dari bahasa Italia yang berarti "satu", dan dipilih untuk
menandai peluncuran Software Arduino (IDE) versi 1.0. Arduino. Sejak awal
peluncuran hingga sekarang, Uno telah berkembang menjadi versi Revisi 3 atau
biasa ditulis REV 3 atau R3. Software Arduino IDE, yang bisa diinstall di
Windows maupun Mac dan Linux, berfungsi sebagai software yang membantu
anda memasukkan (upload) program ke chip ATMega328 dengan mudah.
4
Universitas Sumatera Utara
Spesifikasi
Chip mikrokontroller
ATmega328P
Tegangan operasi
5V
Tegangan input (yang direkomendasikan,
via jack DC)
Tegangan input (limit, via jack DC)
Digital I/O pin
7V - 12V
6V - 20V
14 buah, 6 diantaranya menyediakan
PWM
Analog Input pin
6 buah
Arus DC per pin I/O
20 mA
Arus DC pin 3.3V
50 mA
Memori Flash
32 KB, 0.5 KB telah digunakan untuk
bootloader
SRAM
2 KB
EEPROM
1 KB
Clock speed
16 Mhz
Dimensi
68.6 mm x 53.4 mm
Berat
25 g
Open Source Hardware
Arduino Uno adalah hardware open source (OSH - Open Source
Hardware). Dengan demikian anda dan siapapun diberi kebebasan untuk dapat
membuat sendiri Arduino kita sendiri.
Pemrograman
Pemrograman board Arduino dilakukan dengan menggunakan Arduino
Software (IDE) yang bisa anda dapatkan gratis disini. Chip ATmega328 yang
terdapat pada Arduino Uno R3 telah diisi program awal yang sering disebut
5
Universitas Sumatera Utara
bootloader. Bootloader tersebut yang bertugas untuk memudahkan anda
melakukan pemrograman lebih sederhana menggunakan Arduino Software, tanpa
harus menggunakan tambahan hardware lain. Cukup hubungkan Arduino dengan
kabel USB ke PC atau Mac/Linux anda, jalankan software Arduino Software
(IDE), dan anda sudah bisa mulai memrogram chip ATmega328. Lebih mudah
lagi, di dalam Arduino Software sudah diberikan banyak contoh program yang
memanjakan anda dalam belajar mikrokontroller
Untuk pengguna mikrokontroller yang sudah lebih mahir, anda dapat tidak
menggunakan bootloader dan melakukan pemrograman langsung via header ICSP
(In Circuit Serial Programming) dengan menggunakan Arduino ISP
Arduino Uno R3 telah dilengkapi dengan chip ATmega16U2 yang telah
diprogram sebagai konverter USB to Serial. Firmware ATmega16U2 di load oleh
DFU bootloader, dan untuk merubahnya anda dapat menggunakan software Atmel
Flip (Windows) atau DFU programmer (Mac OSX dan Linux), atau menggunakan
header ISP dengan menggunakan hardware external programmer.
Proteksi
Development board Arduino Uno R3 telah dilengkapi dengan polyfuse yang dapat
direset untuk melindungi port USB komputer/laptop anda dari korsleting atau arus
berlebih. Meskipun kebanyakan komputer telah memiliki perlindungan port
tersebut didalamnya namun sikring pelindung pada Arduino Uno memberikan
lapisan perlindungan tambahan yang membuat anda bisa dengan tenang
menghubungkan Arduino ke komputer anda. Jika lebih dari 500mA ditarik pada
port USB tersebut, sirkuit proteksi akan secara otomatis memutuskan hubungan,
dan akan menyambung kembali ketika batasan aman telah kembali.
Power Supply
Board Arduino Uno dapat ditenagai dengan power yang diperoleh dari
koneksi kabel USB, atau via power supply eksternal. Pilihan power yang
digunakan akan dilakukan secara otomatis
6
Universitas Sumatera Utara
External power supply dapat diperoleh dari adaptor AC-DC atau bahkan baterai,
melalui jack DC yang tersedia, atau menghubungkan langsung GND dan pin Vin
yang ada di board. Board dapat beroperasi dengan power dari external power
supply yang memiliki tegangan antara 6V hingga 20V. Namun ada beberapa hal
yang harus anda perhatikan dalam rentang tegangan ini. Jika diberi tegangan
kurang dari 7V, pin 5V tidak akan memberikan nilai murni 5V, yang mungkin
akan membuat rangkaian bekerja dengan tidak sempurna. Jika diberi tegangan
lebih dari 12V, regulator tegangan bisa over heat yang pada akhirnya bisa
merusak pcb. Dengan demikian, tegangan yang di rekomendasikan adalah 7V
hingga 12V
Beberapa pin power pada Arduino Uno :
GND. Ini adalah ground atau negatif.
Vin. Ini adalah pin yang digunakan jika anda ingin memberikan power
langsung ke board Arduino dengan rentang tegangan yang disarankan 7V 12V
Pin 5V. Ini adalah pin output dimana pada pin tersebut mengalir tegangan
5V yang telah melalui regulator
3V3. Ini adalah pin output dimana pada pin tersebut disediakan tegangan
3.3V yang telah melalui regulator
IOREF.
Ini
adalah
pin
yang
menyediakan
referensi
tegangan
mikrokontroller. Biasanya digunakan pada board shield untuk memperoleh
tegangan yang sesuai, apakah 5V atau 3.3V
Memori
Chip ATmega328 pada Arduino Uno R3 memiliki memori 32 KB, dengan
0.5 KB dari memori tersebut telah digunakan untuk bootloader. Jumlah SRAM 2
KB, dan EEPROM 1 KB, yang dapat di baca-tulis dengan menggunakan
EEPROM library saat melakukan pemrograman.
7
Universitas Sumatera Utara
Input dan Output (I/O)
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, Arduino Uno memiliki 14 buah
digital pin yang dapat digunakan sebagai input atau output, sengan menggunakan
fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digital(Read). Pin-pin tersebut bekerja pada
tegangan 5V, dan setiap pin dapat menyediakan atau menerima arus 20mA, dan
memiliki tahanan pull-up sekitar 20-50k ohm (secara default dalam posisi
disconnect). Nilai maximum adalah 40mA, yang sebisa mungkin dihindari untuk
menghindari kerusakan chip mikrokontroller
Beberapa pin memiliki fungsi khusus :
Serial, terdiri dari 2 pin : pin 0 (RX) dan pin 1 (TX) yang digunakan untuk
menerima (RX) dan mengirim (TX) data serial.
External Interrups, yaitu pin 2 dan pin 3. Kedua pin tersebut dapat
digunakan untuk mengaktifkan interrups. Gunakan fungsi attachInterrupt()
PWM: Pin 3, 5, 6, 9, 10, dan 11 menyediakan output PWM 8-bit dengan
menggunakan fungsi analogWrite()
SPI : Pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), dan 13 (SCK) mendukung
komunikasi SPI dengan menggunakan SPI Library
LED : Pin 13. Pada pin 13 terhubung built-in led yang dikendalikan oleh
digital pin no 13.
TWI : Pin A4 (SDA) dan pin A5 (SCL) yang mendukung komunikasi
TWI dengan menggunakan Wire Library
Arduino Uno memiliki 6 buah input analog, yang diberi tanda dengan A0, A1,
A2, A3, A4, A5. Masing-masing pin analog tersebut memiliki resolusi 10 bits
(jadi bisa memiliki 1024 nilai). Secara default, pin-pin tersebut diukur dari ground
ke 5V, namun bisa juga menggunakan pin AREF dengan menggunakan fungsi
analogReference(). Beberapa in lainnya pada board ini adalah :
AREF. Sebagai referensi tegangan untuk input analog.
Reset.
Hubungkan
ke
LOW
untuk
melakukan
reset
terhadap
mikrokontroller. Sama dengan penggunaan tombol reset yang tersedia.
8
Universitas Sumatera Utara
Komunikasi
Arduino Uno R3 memiliki beberapa fasilitas untuk berkomunikasi dengan
komputer, berkomunikasi dengan Arduino lainnya, atau dengan mikrokontroller
lain nya. Chip Atmega328 menyediakan komunikasi serial UART TTL (5V) yang
tersedia di pin 0 (RX) dan pin 1 (TX). Chip ATmega16U2 yang terdapat pada
board berfungsi menterjemahkan bentuk komunikasi ini melalui USB dan akan
tampil sebagai Virtual Port di komputer. Firmware 16U2 menggunakan driver
USB standar sehingga tidak membutuhkan driver tambahan.
Pada Arduino Software (IDE) terdapat monitor serial yang memudahkan data
textual untuk dikirim menuju Arduino atau keluar dari Arduino. Led TX dan RX
akan menyala berkedip-kedip ketika ada data yang ditransmisikan melalui chip
USB to Serial via kabel USB ke komputer. Untuk menggunakan komunikasi
serial dari digital pin, gunakan SoftwareSerial library
Chip ATmega328 juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Di dalam
Arduino Software (IDE) sudah termasuk Wire Library untuk memudahkan anda
menggunakan bus I2C. Untuk menggunakan komunikasi SPI, gunakan SPI
library.
Reset Otomatis (software)
Biasanya, ketika anda melakukan pemrograman mikrokontroller, anda
harus menekan tombol reset sesaat sebelum melakukan upload program. Pada
Arduino Uno, hal ini tidak lagi merepotkan anda. Arduino Uno telah dilengkapi
dengan auto reset yang dikendalikan oleh software pada komputer yang
terkoneksi. Salah satu jalur flow control (DTR) dari ATmega16U pada Arduino
Uno R3 terhubung dengan jalur reset pada ATmega328 melalui sebuah kapasitor
100nF. Ketika jalur tersebut diberi nilai LOW, mikrokontroller akan di reset.
Dengan demikian proses upload akan jauh lebih mudah dan anda tidak harus
menekan tombol reset pada saat yang tepat seperti biasanya.
9
Universitas Sumatera Utara
2.2. Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah
besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara kerja sensor ini
didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat
dipakai untuk menafsirkan eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi
tertentu. Disebut sebagai sensor ultrasonik karena sensor ini menggunakan
gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik).
Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi sangat
tinggi yaitu 20.000 Hz. Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga
manusia. Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh anjing, kucing, kelelawar, dan
lumba-lumba.
Bunyi ultrasonik nisa merambat melalui zat padat, cair dan gas. Reflektivitas
bunyi ultrasonik di permukaan zat padat hampir sama dengan reflektivitas bunyi
ultrasonik di permukaan zat cair. Akan tetapi, gelombang bunyi ultrasonik akan
diserap oleh tekstil dan busa.
2.2.1. Cara Kerja Sensor Ultrasonik
Pada sensor ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah
alat yang disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu. Piezoelektrik ini
akan menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40kHz) ketika
sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Secara umum, alat ini akan
menembakkan gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target.
Setelah gelombang menyentuh permukaan target, maka target akan memantulkan
kembali gelombang tersebut.
10
Universitas Sumatera Utara
Gelombang pantulan dari target akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor
menghitung selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang
pantul diterima.
Gambar 2.1. cara kerja sensor ultrasonik dengan transmitter dan receiver (atas),
sensor ultrasonik dengan single sensor yang berfungsi sebagai transmitter dan
receiver sekaligus
Secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:
Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi tertentu
dan dengan durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas
20kHz. Untuk mengukur jarak benda (sensor jarak), frekuensi yang umum
digunakan adalah 40kHz.
Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan
kecepatan sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu benda, maka sinyal
tersebut akan dipantulkan oleh benda tersebut.
11
Universitas Sumatera Utara
Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut
akan diproses untuk menghitung jarak benda tersebut. Jarak benda
dihitung berdasarkan rumus :
S = 340.t/2
dimana S merupakan jarak antara sensor ultrasonik dengan benda (bidang pantul),
dan t adalah selisih antara waktu pemancaran gelombang oleh transmitter dan
waktu ketika gelombang pantul diterima receiver.
2.2.2. Aplikasi Sensor Ultrasonik
Dalam bidang kesehatan, gelombang ultrasonik bisa digunakan untuk
melihat organ-organ dalam tubuh manusia seperti untuk mendeteksi tumor, liver,
otak dan menghancurkan batu ginjal. Gelombang ultrasonik juga dimanfaatkan
pada alat USG (ultrasonografi) yang biasa digunakan oleh dokter kandungan.
Dalam bidang industri, gelombang ultrasonik digunakan untuk mendeteksi
keretakan pada logam, meratakan campuran besi dan timah, meratakan campuran
susu agar homogen, mensterilkan makanan yang diawetkan dalam kaleng, dan
membersihkan benda benda yang sangat halus. Gelombang ultrasonik juga bisa
digunakan untuk mendeteksi keberadaan mineral maupun minyak bumi yang
tersimpan di dalam perut bumi.
Dalam bidang pertahanan, gelombang ultrasonik digunakan sebagai radar
atau navigasi, di darat maupun di dalam air. Gelombang ultrasonik digunakan oleh
kapal pemburu untuk mengetahui keberadaan kapal selam, dipasang pada kapal
selam untuk mengetahui keberadaan kapal yang berada di atas permukaan air,
mengukur kedalaman palung laut, mendeteksi ranjau, dan menentukan posisi
sekelompok ikan.
12
Universitas Sumatera Utara
2.2.3. Rangkaian Sensor Ultrasonik
Piezoelektrik
Piezoelektrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Bahan piezoelektrik adalah material yang memproduksi medan listrik ketika
dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik diterapkan,
maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan mekanis. Jika
rangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama,
maka dapat digunakan sebagai transmitter dan reiceiver. Frekuensi yang
ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari
masing-masing
transduser.
Karena
kelebihannya
inilah
maka
tranduser
piezoelektrik lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.
Transmitter
Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar
gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu (misal, sebesar 40 kHz) yang
dibangkitkan dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus
di buat sebuah rangkaian osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju
penguat sinyal. Besarnya frekuensi ditentukan oleh komponen RLC / kristal
tergantung dari disain osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan memberikan
sebuah sinyal listrik yang diumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik
sehingga bergetar dan memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar
frekuensi pada osilator.
Gambar2.2. rangkaian dasar dari transmitter ultrasonik
13
Universitas Sumatera Utara
Receiver
Receiver
terdiri
dari
transduser
ultrasonik
menggunakan
bahan
piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal
dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang
langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik
memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan
listrik pada saat gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan
menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.
Gambar 2.3. rangkaian dasar receiver sensor ultrasonik
2.3 Sensor Ultrasonik HC-SR04
Sensor ini merupakan sensor ultrasonik siap pakai, satu alat yang berfungsi
sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa
digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat
ini memiliki 4 pin, pin Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo.
14
Universitas Sumatera Utara
Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd untuk ground-nya. Pin Trigger untuk trigger
keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari
benda.
Gambar 2.4. sensor ultrasonik HC-SR04
Cara menggunakan alat ini yaitu: ketika kita memberikan tegangan positif pada
pin Trigger selama 10uS, maka sensor akan mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik
dengan frekuensi 40kHz. Selanjutnya, sinyal akan diterima pada pin Echo. Untuk
mengukur jarak benda yang memantulkan sinyal tersebut, maka selisih waktu
ketika mengirim dan menerima sinyal digunakan untuk menentukan jarak benda
tersebut. Rumus untuk menghitungnya sudah saya sampaikan di atas.
Berikut adalah visualisasi dari sinyal yang dikirimkan oleh sensor HC-SR04
Gambar 2.5. sistem pewaktu pada sensor HC-SR04
15
Universitas Sumatera Utara
2.4. Bread Board
Project Board atau yang sering disebut sebagai BreadBoard adalah dasar
konstruksi sebuah sirkuit elektronik dan merupakan prototipe dari suatu rangkaian
elektronik. Di zaman modern istilah ini sering digunakan untuk merujuk pada
jenis tertentu dari papan tempat merangkai komponen, dimana papan ini tidak
memerlukan proses menyolder ( langsung tancap ).
Karena papan ini solderless alias tidak memerlukan solder sehingga dapat
digunakan kembali, dan dengan demikian dapat digunakan untuk prototipe
sementara serta membantu dalam bereksperimen desain sirkuit elektronika.
Berbagai sistem elektronik dapat di prototipekan dengan menggunakan
breadboard, mulai dari sirkuit analog dan digital kecil sampai membuat unit
pengolahan terpusat (CPU).
Secara umum breadbord memiliki jalur seperti berikut ini :
Gambar 2.6. Jalur Breadboard
Penjelasan :
2 Pasang jalur Atas dan bawah terhubung secara horisontal sampai ke
bagian tengah dari breadboard. Biasanya jalur ini digunakan sebagai jalur
power atau jalur sinyal yg umum digunakan seperti clock atau jalur
komunikasi.
16
Universitas Sumatera Utara
5 lobang komponen di tengah merupakan tempat merangkai komponen.
Jalur ke 5 lobang ini terhubung vertikal sampai bagian tengah dari
breadboard.
Pembatas tengah breadboard biasanya digunakan sebagai tempat
menancapkan komponen IC
2.4. Motor Servo
Motor servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang
dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo), sehingga
dapat di set-up atau di atur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dari
poros output motor. motor servo merupakan perangkat yang terdiri dari motor
DC, serangkaian gear, rangkaian kontrol dan potensiometer.
Serangkaian gear yang melekat pada poros motor DC akan memperlambat
putaran poros dan meningkatkan torsi motor servo, sedangkan potensiometer
dengan perubahan resistansinya saat motor berputar berfungsi sebagai penentu
batas posisi putaran poros motor servo.
Penggunaan sistem kontrol loop tertutup pada motor servo berguna untuk
mengontrol gerakan dan posisi akhir dari poros motor servo. Penjelasan
sederhananya begini, posisi poros output akan di sensor untuk mengetahui posisi
poros sudah tepat seperti yang di inginkan atau belum, dan jika belum, maka
kontrol input akan mengirim sinyal kendali untuk membuat posisi poros tersebut
tepat pada posisi yang diinginkan.
Untuk lebih jelasnya mengenai sistem kontrol loop tertutup, perhatikan
contoh sederhana beberapa aplikasi lain dari sistem kontrol loop tertutup, seperti
penyetelan suhu pada AC, kulkas, setrika dan lain sebagainya.
17
Universitas Sumatera Utara
Motor servo biasa digunakan dalam aplikasi-aplikasi di industri, selain itu juga
digunakan dalam berbagai aplikasi lain seperti pada mobil mainan radio kontrol,
robot, pesawat, dan lain sebagainya.
Gambar 2.7. Komponen Motor Servo
Ada dua jenis motor servo, yaitu motor servo AC dan DC. Motor servo AC lebih
dapat menangani arus yang tinggi atau beban berat, sehingga sering diaplikasikan
pada mesin-mesin industri. Sedangkan motor servo DC biasanya lebih cocok
untuk digunakan pada aplikasi-aplikasi yang lebih kecil. Dan bila dibedakan
menurut rotasinya, umumnya terdapat dua jenis motor servo yang dan terdapat di
pasaran, yaitu motor servo rotation 180⁰ dan servo rotation continuous.
Motor servo standard (servo rotation 180⁰) adalah jenis yang paling
umum dari motor servo, dimana putaran poros outputnya terbatas hanya
90⁰ kearah kanan dan 90⁰ kearah kiri. Dengan kata lain total putarannya
hanya setengah lingkaran atau 180⁰.
Motor servo rotation continuous merupakan jenis motor servo yang
sebenarnya sama dengan jenis servo standard, hanya saja perputaran
porosnya tanpa batasan atau dengan kata lain dapat berputar terus, baik ke
arah kanan maupun kiri.
18
Universitas Sumatera Utara
Prinsip kerja motor servo
Motor servo dikendalikan dengan memberikan sinyal modulasi lebar pulsa
(Pulse Wide Modulation / PWM) melalui kabel kontrol. Lebar pulsa sinyal
kontrol yang diberikan akan menentukan posisi sudut putaran dari poros motor
servo. Sebagai contoh, lebar pulsa dengan waktu 1,5 ms (mili detik) akan
memutar poros motor servo ke posisi sudut 90⁰.
Bila pulsa lebih pendek dari 1,5 ms maka akan berputar ke arah posisi 0⁰ atau ke
kiri (berlawanan dengan arah jarum jam), sedangkan bila pulsa yang diberikan
lebih lama dari 1,5 ms maka poros motor servo akan berputar ke arah posisi 180⁰
atau ke kanan (searah jarum jam). Lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.
Gambar 2.8. Poros motor Servo
Ketika lebar pulsa kendali telah diberikan, maka poros motor servo akan
bergerak atau berputar ke posisi yang telah diperintahkan, dan berhenti pada
posisi tersebut dan akan tetap bertahan pada posisi tersebut. Jika ada kekuatan
eksternal yang mencoba memutar atau mengubah posisi tersebut, maka motor
servo akan mencoba menahan atau melawan dengan besarnya kekuatan torsi yang
dimilikinya (rating torsi servo).
19
Universitas Sumatera Utara
Namun motor servo tidak akan mempertahankan posisinya untuk selamanya,
sinyal lebar pulsa kendali harus diulang setiap 20 ms (mili detik) untuk
menginstruksikan agar posisi poros motor servo tetap bertahan pada posisinya.
Gambar 2.9. Motor Servo
Keunggulan Motor Servo
Keunggulan dari penggunaan motor servo adalah :
Tidak bergetar dan tidak ber-resonansi saat beroperasi.
Daya yang dihasilkan sebanding dengan ukuran dan berat motor.
Penggunaan arus listik sebanding dengan beban yang diberikan.
Resolusi dan akurasi dapat diubah dengan hanya mengganti encoder yang
dipakai.
Kelemahan Motor Servo
Keunggulan dari penggunaan motor servo adalah :
Tidak bergetar dan tidak ber-resonansi saat beroperasi.
Daya yang dihasilkan sebanding dengan ukuran dan berat motor.
Penggunaan arus listik sebanding dengan beban yang diberikan.
20
Universitas Sumatera Utara
Resolusi dan akurasi dapat diubah dengan hanya mengganti encoder yang
dipakai.
Tidak berisik saat beroperasi dengan kecepatan tinggi.
Aplikasi Motor Servo
Motor servo dapat dimanfaatkan pada pembuatan robot, salah satunya sebagai
penggerak kaki robot. Motor servo dipilih sebagai penggerak pada kaki robot
karena motor servo memiliki tenaga atau torsi yang besar, sehingga dapat
menggerakan kaki robot dengan beban yang cukup berat. Pada umumnya motor
servo yang digunakan sebagai pengerak pada robot adalah motor servo 180o
.
Gambar 2.10. Contoh motor servo 180o yang sering digunakan untuk kaki robot
21
Universitas Sumatera Utara
Landasan Teori
2. 1. Arduino Uno R3
Arduino Uno R3 adalah papan pengembangan (development board)
mikrokontroler yang berbasis chip ATmega328P. Disebut sebagai papan
pengembangan karena board ini memang berfungsi sebagai arena prototyping
sirkuit mikrokontroller. Dengan menggunakan papan pengembangan, anda akan
lebih mudah merangkai rangkaian elektronika mikrokontroller dibanding jika
anda memulai merakit ATMega328 dari awal di breadboard.
Arduino Uno memiliki 14 digital pin input / output (atau biasa ditulis I/O, dimana
6 pin diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 pin input analog,
menggunakan crystal 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP dan tombol
reset. Hal tersebut adalah semua yang diperlukan untuk mendukung sebuah
rangkaian mikrokontroler. Cukup dengan menghubungkannya ke komputer
dengan kabel USB atau diberi power dengan adaptor AC-DC atau baterai, anda
sudah dapat bermain-main dengan Arduino UNO anda tanpa khawatir akan
melakukan sesuatu yang salah. Kemungkinan paling buruk hanyalah kerusakan
pada chip ATMega328, yang bisa anda ganti sendiri dengan mudah dan dengan
harga yang relatif murah.
Kata " Uno " berasal dari bahasa Italia yang berarti "satu", dan dipilih untuk
menandai peluncuran Software Arduino (IDE) versi 1.0. Arduino. Sejak awal
peluncuran hingga sekarang, Uno telah berkembang menjadi versi Revisi 3 atau
biasa ditulis REV 3 atau R3. Software Arduino IDE, yang bisa diinstall di
Windows maupun Mac dan Linux, berfungsi sebagai software yang membantu
anda memasukkan (upload) program ke chip ATMega328 dengan mudah.
4
Universitas Sumatera Utara
Spesifikasi
Chip mikrokontroller
ATmega328P
Tegangan operasi
5V
Tegangan input (yang direkomendasikan,
via jack DC)
Tegangan input (limit, via jack DC)
Digital I/O pin
7V - 12V
6V - 20V
14 buah, 6 diantaranya menyediakan
PWM
Analog Input pin
6 buah
Arus DC per pin I/O
20 mA
Arus DC pin 3.3V
50 mA
Memori Flash
32 KB, 0.5 KB telah digunakan untuk
bootloader
SRAM
2 KB
EEPROM
1 KB
Clock speed
16 Mhz
Dimensi
68.6 mm x 53.4 mm
Berat
25 g
Open Source Hardware
Arduino Uno adalah hardware open source (OSH - Open Source
Hardware). Dengan demikian anda dan siapapun diberi kebebasan untuk dapat
membuat sendiri Arduino kita sendiri.
Pemrograman
Pemrograman board Arduino dilakukan dengan menggunakan Arduino
Software (IDE) yang bisa anda dapatkan gratis disini. Chip ATmega328 yang
terdapat pada Arduino Uno R3 telah diisi program awal yang sering disebut
5
Universitas Sumatera Utara
bootloader. Bootloader tersebut yang bertugas untuk memudahkan anda
melakukan pemrograman lebih sederhana menggunakan Arduino Software, tanpa
harus menggunakan tambahan hardware lain. Cukup hubungkan Arduino dengan
kabel USB ke PC atau Mac/Linux anda, jalankan software Arduino Software
(IDE), dan anda sudah bisa mulai memrogram chip ATmega328. Lebih mudah
lagi, di dalam Arduino Software sudah diberikan banyak contoh program yang
memanjakan anda dalam belajar mikrokontroller
Untuk pengguna mikrokontroller yang sudah lebih mahir, anda dapat tidak
menggunakan bootloader dan melakukan pemrograman langsung via header ICSP
(In Circuit Serial Programming) dengan menggunakan Arduino ISP
Arduino Uno R3 telah dilengkapi dengan chip ATmega16U2 yang telah
diprogram sebagai konverter USB to Serial. Firmware ATmega16U2 di load oleh
DFU bootloader, dan untuk merubahnya anda dapat menggunakan software Atmel
Flip (Windows) atau DFU programmer (Mac OSX dan Linux), atau menggunakan
header ISP dengan menggunakan hardware external programmer.
Proteksi
Development board Arduino Uno R3 telah dilengkapi dengan polyfuse yang dapat
direset untuk melindungi port USB komputer/laptop anda dari korsleting atau arus
berlebih. Meskipun kebanyakan komputer telah memiliki perlindungan port
tersebut didalamnya namun sikring pelindung pada Arduino Uno memberikan
lapisan perlindungan tambahan yang membuat anda bisa dengan tenang
menghubungkan Arduino ke komputer anda. Jika lebih dari 500mA ditarik pada
port USB tersebut, sirkuit proteksi akan secara otomatis memutuskan hubungan,
dan akan menyambung kembali ketika batasan aman telah kembali.
Power Supply
Board Arduino Uno dapat ditenagai dengan power yang diperoleh dari
koneksi kabel USB, atau via power supply eksternal. Pilihan power yang
digunakan akan dilakukan secara otomatis
6
Universitas Sumatera Utara
External power supply dapat diperoleh dari adaptor AC-DC atau bahkan baterai,
melalui jack DC yang tersedia, atau menghubungkan langsung GND dan pin Vin
yang ada di board. Board dapat beroperasi dengan power dari external power
supply yang memiliki tegangan antara 6V hingga 20V. Namun ada beberapa hal
yang harus anda perhatikan dalam rentang tegangan ini. Jika diberi tegangan
kurang dari 7V, pin 5V tidak akan memberikan nilai murni 5V, yang mungkin
akan membuat rangkaian bekerja dengan tidak sempurna. Jika diberi tegangan
lebih dari 12V, regulator tegangan bisa over heat yang pada akhirnya bisa
merusak pcb. Dengan demikian, tegangan yang di rekomendasikan adalah 7V
hingga 12V
Beberapa pin power pada Arduino Uno :
GND. Ini adalah ground atau negatif.
Vin. Ini adalah pin yang digunakan jika anda ingin memberikan power
langsung ke board Arduino dengan rentang tegangan yang disarankan 7V 12V
Pin 5V. Ini adalah pin output dimana pada pin tersebut mengalir tegangan
5V yang telah melalui regulator
3V3. Ini adalah pin output dimana pada pin tersebut disediakan tegangan
3.3V yang telah melalui regulator
IOREF.
Ini
adalah
pin
yang
menyediakan
referensi
tegangan
mikrokontroller. Biasanya digunakan pada board shield untuk memperoleh
tegangan yang sesuai, apakah 5V atau 3.3V
Memori
Chip ATmega328 pada Arduino Uno R3 memiliki memori 32 KB, dengan
0.5 KB dari memori tersebut telah digunakan untuk bootloader. Jumlah SRAM 2
KB, dan EEPROM 1 KB, yang dapat di baca-tulis dengan menggunakan
EEPROM library saat melakukan pemrograman.
7
Universitas Sumatera Utara
Input dan Output (I/O)
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, Arduino Uno memiliki 14 buah
digital pin yang dapat digunakan sebagai input atau output, sengan menggunakan
fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digital(Read). Pin-pin tersebut bekerja pada
tegangan 5V, dan setiap pin dapat menyediakan atau menerima arus 20mA, dan
memiliki tahanan pull-up sekitar 20-50k ohm (secara default dalam posisi
disconnect). Nilai maximum adalah 40mA, yang sebisa mungkin dihindari untuk
menghindari kerusakan chip mikrokontroller
Beberapa pin memiliki fungsi khusus :
Serial, terdiri dari 2 pin : pin 0 (RX) dan pin 1 (TX) yang digunakan untuk
menerima (RX) dan mengirim (TX) data serial.
External Interrups, yaitu pin 2 dan pin 3. Kedua pin tersebut dapat
digunakan untuk mengaktifkan interrups. Gunakan fungsi attachInterrupt()
PWM: Pin 3, 5, 6, 9, 10, dan 11 menyediakan output PWM 8-bit dengan
menggunakan fungsi analogWrite()
SPI : Pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), dan 13 (SCK) mendukung
komunikasi SPI dengan menggunakan SPI Library
LED : Pin 13. Pada pin 13 terhubung built-in led yang dikendalikan oleh
digital pin no 13.
TWI : Pin A4 (SDA) dan pin A5 (SCL) yang mendukung komunikasi
TWI dengan menggunakan Wire Library
Arduino Uno memiliki 6 buah input analog, yang diberi tanda dengan A0, A1,
A2, A3, A4, A5. Masing-masing pin analog tersebut memiliki resolusi 10 bits
(jadi bisa memiliki 1024 nilai). Secara default, pin-pin tersebut diukur dari ground
ke 5V, namun bisa juga menggunakan pin AREF dengan menggunakan fungsi
analogReference(). Beberapa in lainnya pada board ini adalah :
AREF. Sebagai referensi tegangan untuk input analog.
Reset.
Hubungkan
ke
LOW
untuk
melakukan
reset
terhadap
mikrokontroller. Sama dengan penggunaan tombol reset yang tersedia.
8
Universitas Sumatera Utara
Komunikasi
Arduino Uno R3 memiliki beberapa fasilitas untuk berkomunikasi dengan
komputer, berkomunikasi dengan Arduino lainnya, atau dengan mikrokontroller
lain nya. Chip Atmega328 menyediakan komunikasi serial UART TTL (5V) yang
tersedia di pin 0 (RX) dan pin 1 (TX). Chip ATmega16U2 yang terdapat pada
board berfungsi menterjemahkan bentuk komunikasi ini melalui USB dan akan
tampil sebagai Virtual Port di komputer. Firmware 16U2 menggunakan driver
USB standar sehingga tidak membutuhkan driver tambahan.
Pada Arduino Software (IDE) terdapat monitor serial yang memudahkan data
textual untuk dikirim menuju Arduino atau keluar dari Arduino. Led TX dan RX
akan menyala berkedip-kedip ketika ada data yang ditransmisikan melalui chip
USB to Serial via kabel USB ke komputer. Untuk menggunakan komunikasi
serial dari digital pin, gunakan SoftwareSerial library
Chip ATmega328 juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Di dalam
Arduino Software (IDE) sudah termasuk Wire Library untuk memudahkan anda
menggunakan bus I2C. Untuk menggunakan komunikasi SPI, gunakan SPI
library.
Reset Otomatis (software)
Biasanya, ketika anda melakukan pemrograman mikrokontroller, anda
harus menekan tombol reset sesaat sebelum melakukan upload program. Pada
Arduino Uno, hal ini tidak lagi merepotkan anda. Arduino Uno telah dilengkapi
dengan auto reset yang dikendalikan oleh software pada komputer yang
terkoneksi. Salah satu jalur flow control (DTR) dari ATmega16U pada Arduino
Uno R3 terhubung dengan jalur reset pada ATmega328 melalui sebuah kapasitor
100nF. Ketika jalur tersebut diberi nilai LOW, mikrokontroller akan di reset.
Dengan demikian proses upload akan jauh lebih mudah dan anda tidak harus
menekan tombol reset pada saat yang tepat seperti biasanya.
9
Universitas Sumatera Utara
2.2. Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah
besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara kerja sensor ini
didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat
dipakai untuk menafsirkan eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi
tertentu. Disebut sebagai sensor ultrasonik karena sensor ini menggunakan
gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik).
Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi sangat
tinggi yaitu 20.000 Hz. Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga
manusia. Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh anjing, kucing, kelelawar, dan
lumba-lumba.
Bunyi ultrasonik nisa merambat melalui zat padat, cair dan gas. Reflektivitas
bunyi ultrasonik di permukaan zat padat hampir sama dengan reflektivitas bunyi
ultrasonik di permukaan zat cair. Akan tetapi, gelombang bunyi ultrasonik akan
diserap oleh tekstil dan busa.
2.2.1. Cara Kerja Sensor Ultrasonik
Pada sensor ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah
alat yang disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu. Piezoelektrik ini
akan menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40kHz) ketika
sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Secara umum, alat ini akan
menembakkan gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target.
Setelah gelombang menyentuh permukaan target, maka target akan memantulkan
kembali gelombang tersebut.
10
Universitas Sumatera Utara
Gelombang pantulan dari target akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor
menghitung selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang
pantul diterima.
Gambar 2.1. cara kerja sensor ultrasonik dengan transmitter dan receiver (atas),
sensor ultrasonik dengan single sensor yang berfungsi sebagai transmitter dan
receiver sekaligus
Secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:
Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi tertentu
dan dengan durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas
20kHz. Untuk mengukur jarak benda (sensor jarak), frekuensi yang umum
digunakan adalah 40kHz.
Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan
kecepatan sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu benda, maka sinyal
tersebut akan dipantulkan oleh benda tersebut.
11
Universitas Sumatera Utara
Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut
akan diproses untuk menghitung jarak benda tersebut. Jarak benda
dihitung berdasarkan rumus :
S = 340.t/2
dimana S merupakan jarak antara sensor ultrasonik dengan benda (bidang pantul),
dan t adalah selisih antara waktu pemancaran gelombang oleh transmitter dan
waktu ketika gelombang pantul diterima receiver.
2.2.2. Aplikasi Sensor Ultrasonik
Dalam bidang kesehatan, gelombang ultrasonik bisa digunakan untuk
melihat organ-organ dalam tubuh manusia seperti untuk mendeteksi tumor, liver,
otak dan menghancurkan batu ginjal. Gelombang ultrasonik juga dimanfaatkan
pada alat USG (ultrasonografi) yang biasa digunakan oleh dokter kandungan.
Dalam bidang industri, gelombang ultrasonik digunakan untuk mendeteksi
keretakan pada logam, meratakan campuran besi dan timah, meratakan campuran
susu agar homogen, mensterilkan makanan yang diawetkan dalam kaleng, dan
membersihkan benda benda yang sangat halus. Gelombang ultrasonik juga bisa
digunakan untuk mendeteksi keberadaan mineral maupun minyak bumi yang
tersimpan di dalam perut bumi.
Dalam bidang pertahanan, gelombang ultrasonik digunakan sebagai radar
atau navigasi, di darat maupun di dalam air. Gelombang ultrasonik digunakan oleh
kapal pemburu untuk mengetahui keberadaan kapal selam, dipasang pada kapal
selam untuk mengetahui keberadaan kapal yang berada di atas permukaan air,
mengukur kedalaman palung laut, mendeteksi ranjau, dan menentukan posisi
sekelompok ikan.
12
Universitas Sumatera Utara
2.2.3. Rangkaian Sensor Ultrasonik
Piezoelektrik
Piezoelektrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Bahan piezoelektrik adalah material yang memproduksi medan listrik ketika
dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik diterapkan,
maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan mekanis. Jika
rangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama,
maka dapat digunakan sebagai transmitter dan reiceiver. Frekuensi yang
ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari
masing-masing
transduser.
Karena
kelebihannya
inilah
maka
tranduser
piezoelektrik lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.
Transmitter
Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar
gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu (misal, sebesar 40 kHz) yang
dibangkitkan dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus
di buat sebuah rangkaian osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju
penguat sinyal. Besarnya frekuensi ditentukan oleh komponen RLC / kristal
tergantung dari disain osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan memberikan
sebuah sinyal listrik yang diumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik
sehingga bergetar dan memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar
frekuensi pada osilator.
Gambar2.2. rangkaian dasar dari transmitter ultrasonik
13
Universitas Sumatera Utara
Receiver
Receiver
terdiri
dari
transduser
ultrasonik
menggunakan
bahan
piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal
dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang
langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik
memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan
listrik pada saat gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan
menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.
Gambar 2.3. rangkaian dasar receiver sensor ultrasonik
2.3 Sensor Ultrasonik HC-SR04
Sensor ini merupakan sensor ultrasonik siap pakai, satu alat yang berfungsi
sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa
digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat
ini memiliki 4 pin, pin Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo.
14
Universitas Sumatera Utara
Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd untuk ground-nya. Pin Trigger untuk trigger
keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari
benda.
Gambar 2.4. sensor ultrasonik HC-SR04
Cara menggunakan alat ini yaitu: ketika kita memberikan tegangan positif pada
pin Trigger selama 10uS, maka sensor akan mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik
dengan frekuensi 40kHz. Selanjutnya, sinyal akan diterima pada pin Echo. Untuk
mengukur jarak benda yang memantulkan sinyal tersebut, maka selisih waktu
ketika mengirim dan menerima sinyal digunakan untuk menentukan jarak benda
tersebut. Rumus untuk menghitungnya sudah saya sampaikan di atas.
Berikut adalah visualisasi dari sinyal yang dikirimkan oleh sensor HC-SR04
Gambar 2.5. sistem pewaktu pada sensor HC-SR04
15
Universitas Sumatera Utara
2.4. Bread Board
Project Board atau yang sering disebut sebagai BreadBoard adalah dasar
konstruksi sebuah sirkuit elektronik dan merupakan prototipe dari suatu rangkaian
elektronik. Di zaman modern istilah ini sering digunakan untuk merujuk pada
jenis tertentu dari papan tempat merangkai komponen, dimana papan ini tidak
memerlukan proses menyolder ( langsung tancap ).
Karena papan ini solderless alias tidak memerlukan solder sehingga dapat
digunakan kembali, dan dengan demikian dapat digunakan untuk prototipe
sementara serta membantu dalam bereksperimen desain sirkuit elektronika.
Berbagai sistem elektronik dapat di prototipekan dengan menggunakan
breadboard, mulai dari sirkuit analog dan digital kecil sampai membuat unit
pengolahan terpusat (CPU).
Secara umum breadbord memiliki jalur seperti berikut ini :
Gambar 2.6. Jalur Breadboard
Penjelasan :
2 Pasang jalur Atas dan bawah terhubung secara horisontal sampai ke
bagian tengah dari breadboard. Biasanya jalur ini digunakan sebagai jalur
power atau jalur sinyal yg umum digunakan seperti clock atau jalur
komunikasi.
16
Universitas Sumatera Utara
5 lobang komponen di tengah merupakan tempat merangkai komponen.
Jalur ke 5 lobang ini terhubung vertikal sampai bagian tengah dari
breadboard.
Pembatas tengah breadboard biasanya digunakan sebagai tempat
menancapkan komponen IC
2.4. Motor Servo
Motor servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang
dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo), sehingga
dapat di set-up atau di atur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dari
poros output motor. motor servo merupakan perangkat yang terdiri dari motor
DC, serangkaian gear, rangkaian kontrol dan potensiometer.
Serangkaian gear yang melekat pada poros motor DC akan memperlambat
putaran poros dan meningkatkan torsi motor servo, sedangkan potensiometer
dengan perubahan resistansinya saat motor berputar berfungsi sebagai penentu
batas posisi putaran poros motor servo.
Penggunaan sistem kontrol loop tertutup pada motor servo berguna untuk
mengontrol gerakan dan posisi akhir dari poros motor servo. Penjelasan
sederhananya begini, posisi poros output akan di sensor untuk mengetahui posisi
poros sudah tepat seperti yang di inginkan atau belum, dan jika belum, maka
kontrol input akan mengirim sinyal kendali untuk membuat posisi poros tersebut
tepat pada posisi yang diinginkan.
Untuk lebih jelasnya mengenai sistem kontrol loop tertutup, perhatikan
contoh sederhana beberapa aplikasi lain dari sistem kontrol loop tertutup, seperti
penyetelan suhu pada AC, kulkas, setrika dan lain sebagainya.
17
Universitas Sumatera Utara
Motor servo biasa digunakan dalam aplikasi-aplikasi di industri, selain itu juga
digunakan dalam berbagai aplikasi lain seperti pada mobil mainan radio kontrol,
robot, pesawat, dan lain sebagainya.
Gambar 2.7. Komponen Motor Servo
Ada dua jenis motor servo, yaitu motor servo AC dan DC. Motor servo AC lebih
dapat menangani arus yang tinggi atau beban berat, sehingga sering diaplikasikan
pada mesin-mesin industri. Sedangkan motor servo DC biasanya lebih cocok
untuk digunakan pada aplikasi-aplikasi yang lebih kecil. Dan bila dibedakan
menurut rotasinya, umumnya terdapat dua jenis motor servo yang dan terdapat di
pasaran, yaitu motor servo rotation 180⁰ dan servo rotation continuous.
Motor servo standard (servo rotation 180⁰) adalah jenis yang paling
umum dari motor servo, dimana putaran poros outputnya terbatas hanya
90⁰ kearah kanan dan 90⁰ kearah kiri. Dengan kata lain total putarannya
hanya setengah lingkaran atau 180⁰.
Motor servo rotation continuous merupakan jenis motor servo yang
sebenarnya sama dengan jenis servo standard, hanya saja perputaran
porosnya tanpa batasan atau dengan kata lain dapat berputar terus, baik ke
arah kanan maupun kiri.
18
Universitas Sumatera Utara
Prinsip kerja motor servo
Motor servo dikendalikan dengan memberikan sinyal modulasi lebar pulsa
(Pulse Wide Modulation / PWM) melalui kabel kontrol. Lebar pulsa sinyal
kontrol yang diberikan akan menentukan posisi sudut putaran dari poros motor
servo. Sebagai contoh, lebar pulsa dengan waktu 1,5 ms (mili detik) akan
memutar poros motor servo ke posisi sudut 90⁰.
Bila pulsa lebih pendek dari 1,5 ms maka akan berputar ke arah posisi 0⁰ atau ke
kiri (berlawanan dengan arah jarum jam), sedangkan bila pulsa yang diberikan
lebih lama dari 1,5 ms maka poros motor servo akan berputar ke arah posisi 180⁰
atau ke kanan (searah jarum jam). Lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.
Gambar 2.8. Poros motor Servo
Ketika lebar pulsa kendali telah diberikan, maka poros motor servo akan
bergerak atau berputar ke posisi yang telah diperintahkan, dan berhenti pada
posisi tersebut dan akan tetap bertahan pada posisi tersebut. Jika ada kekuatan
eksternal yang mencoba memutar atau mengubah posisi tersebut, maka motor
servo akan mencoba menahan atau melawan dengan besarnya kekuatan torsi yang
dimilikinya (rating torsi servo).
19
Universitas Sumatera Utara
Namun motor servo tidak akan mempertahankan posisinya untuk selamanya,
sinyal lebar pulsa kendali harus diulang setiap 20 ms (mili detik) untuk
menginstruksikan agar posisi poros motor servo tetap bertahan pada posisinya.
Gambar 2.9. Motor Servo
Keunggulan Motor Servo
Keunggulan dari penggunaan motor servo adalah :
Tidak bergetar dan tidak ber-resonansi saat beroperasi.
Daya yang dihasilkan sebanding dengan ukuran dan berat motor.
Penggunaan arus listik sebanding dengan beban yang diberikan.
Resolusi dan akurasi dapat diubah dengan hanya mengganti encoder yang
dipakai.
Kelemahan Motor Servo
Keunggulan dari penggunaan motor servo adalah :
Tidak bergetar dan tidak ber-resonansi saat beroperasi.
Daya yang dihasilkan sebanding dengan ukuran dan berat motor.
Penggunaan arus listik sebanding dengan beban yang diberikan.
20
Universitas Sumatera Utara
Resolusi dan akurasi dapat diubah dengan hanya mengganti encoder yang
dipakai.
Tidak berisik saat beroperasi dengan kecepatan tinggi.
Aplikasi Motor Servo
Motor servo dapat dimanfaatkan pada pembuatan robot, salah satunya sebagai
penggerak kaki robot. Motor servo dipilih sebagai penggerak pada kaki robot
karena motor servo memiliki tenaga atau torsi yang besar, sehingga dapat
menggerakan kaki robot dengan beban yang cukup berat. Pada umumnya motor
servo yang digunakan sebagai pengerak pada robot adalah motor servo 180o
.
Gambar 2.10. Contoh motor servo 180o yang sering digunakan untuk kaki robot
21
Universitas Sumatera Utara