Jurnal Rully Adi Ramdan

Robot Pendeteksi Asap Berbasis Mikrokontroler AT89S52

Rully Adi Ramdan

(5223073083)

Robot adalah sebuah alat mekanik yang dapat melakukan tugas fisik, baik yang bekerja dengan menggunakan pengawasan dan kontrol manusia,atau yang bekerja secara otomatis dengan program. Robot pendeteksi asap berbasis mikrokontroler AT89S52 adalah sebuah robot yang bekerja dengan mikrokontroler AT89S52 yang telah diprogram dan dengan bantuan sensor, untuk mendeteksi keberadaan asap.

Kata kunci : Mikrokontroler AT89S52, sensor, driver motor DC, motor DC.

Seiring dengan peningkatan jumlah penduduk, maka pembukaan lahan hijau untuk rumah makin banyak. Tidak sedikit pula orang yang membuka lahan,untuk rumah dengan cara membakar hutan atau

lahan gambut sehinnga terjadilah polusi udara yang dapat mengakibatkan penyakit ISPA (Infeksi Saluran Pernapasan Akut). Dengan meningkatnya jumlah penduduk yang memiliki kendaraan bermotor yang tidak ramah lingkungan mengakibatkan polusi uadara yang dapat membuat lapisan ozon berlubang, yang akhirnya dapat mengakibatkan pemanasan global dan kebakaran hutan.

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetajuan dan teknologi banyak alat yang dibuat untuk membantu pekerjaan manusia di segala bidang. Dengan robot pendeteksi asap ini kita dapat mendeteksi keberadaan asap yang ada di sekitar kita.Robot ini bekerja dengan bantuan mikrokontroler AT89S52 yang telah diprogram dan dibantu oleh sensor infra red dan photodiode untuk mendeteksi jalan, yang telah diberi garis berwarna hitam atau putih agar robot dapat berjalan sesuai dengan jalur yang telah dibuat,serta sensor opto coupler untuk mendeteksi asap.

A. PEMBAHASAN

1.Mikrokontroler AT89S52

Mikrokontroler AT89S52 adalah mikrokontroler keluaran ATMEL dengan 8K byte Flash PEROM (Programable and Erasable Red Only Memory). Mikrokontroler AT89S52 merupakan salah satu dari keluarga mikrokontroler MCS 51 yang termurah dan paling banyak digunakan saat ini, itu dikarenakan mikrokontroler jenis ini memiliki fasilitas onchip memory. Mikrokontroler AT89S52 merupakan mikrokontroler dengan teknologi nonvolatile memory, yang berarti isi dari memory tersebut dapat ditulis atau diisi dan dihapus berulang-ulang.

2.SENSOR

Sensor adalah bagian dari piranti ukur, sistam kemudi atau pengaturan, yang langsung menanggapi adanya penyimpangan dari acuan dan mengolah simpangannya menjadi isarat.

a).Sensor Infra Merah

Led infra merah merupakan piranti semikonduktor khusus yang dirancang untuk memancarkan cahaya apabila arus melaluinya. Apabila diberi bias maju, energi elektron yang mengalir melewati tahanan sambungan diubah menjadi energi cahaya.

Cahaya infra merah walaupun mempunyai panjang gelombang yang sangat panjang ,tetapi tidak dapat menembus bahan-bahan yang melewatkan cahaya tampak.

Pada saat sensor infra merah mengenai garis atau jalur hitam maka photodioda tidak mendapat cahaya dari infra merah maka robot akan berjalan. Dan disaat sinar infra merah tidak mengenai garis atau jalur yang berwarna hitam maka photo dioda mendapat cahaya dari infra merah maka robot akan berhenti.Berikut simbol infra merah dan photodioda:

photodioda

b).Sensor Fotolistrik

Fotolistrik adalah perangkat atau komponen yang bekerja berdasarkan intensitas cahaya yang diterimanya. Sensor fotolistrik ini dapat dijadikan saklar elektronik,yang artinya memiliki fungsi kerja dalam keadaan ON-OFF, yaitu ketika ada tidaknya penghalang yang melewatinya sehingga mempengaruhi intensitas cahaya yang diterimanya.

Salah satu jenis dari sensor fotolistrik adalah optocoupler. Optocoupler merupakan salah satu komponen yang memanfaatkan sinar atau cahaya yang diterimanya sebagai pemicu ON-OFF-nya. Optocoupler terdiri dari led infra merah sebagai pemberi cahaya dan foto transistor sebagai penerima cahaya.Berikut simbol optocoupler:

3. MOTOR DC

Motor DC adalah mesin listrik yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Prinsip dasar dari motor DC adalah kalau sebuah kawat berarus diletakkan antara kutub magnet (uta-selatan), maka kawat itu akan bekerja sesuai dengan gaya yang diberikan kepadanya.

Pada motor DC, kumparan meadan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi energi listrik menjadi energi gerak (mekanik) berlangsung melalui medan magnet. Energi listrik yang akan diubah dari suatu sistem sementara akan disimpan dalam medium medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi mekanik (gerak). Motor DC terdiri dari :

a). Bagian tetap (stator)

Stator ini menghasilkan medan magnet ,baik yang dibangkitkan dari sebuah koil (elektromagnetik) atau magnet permanen. Bagian stator terdiri dari bodi magnet yang melekat padanya. Untuk motor kecil, magnet tersebut adalah magnet permanen, sedangkan untuk motor besar menggunakan elektromagnetik.

b). Bagian berputar (rotor)

Rotor ini berupa sebuah koil dimana arus listrik mengalir. Suatu kumparan motor akan berfungsi apabila mempunyai:

§ Kumparan medan, berfungsi sebagai penghasil meadn magnet.

§ Kumparan jangkar, berfungsi sebagai pengimbas GGL pada konduktor yang terletak pada alur-alur jangkar.

§ Celah udara yang memungkinkan berputarnya jangkar dalam magnet.

Arah putaran kawat yang menentukan arah putaran motor dapat ditentukan dengan menggunakan kaedah tangan kiri, yang berbunyi :”apabila tangan kiri terbuka diletakkan diantara kutub utara dan selatan magnet, sehingga garis-garis gaya yang keluar dari kutub utara menembus telapak tangan kiri dan arus di dalam kawat mengalir searah dengan arah keempat jari, maka kawat itu akan mendapat gaya yang arahnya sesuai dengan arah ibu jari.

Untuk membalik arah putaran motor DC dapat dilakukan dengan membalik arah arus jangkar. Misalkan mula-mula arah putaran ke kanan, untuk mengubah arah putaran ke kiri dilakukan dengan membalik arah arus jangkar, atau pada prinsipnya sama dengan membalik polaritas motor DC.

Berdasarkan prinsip kerja motor DC, maka naik/turun jangkar yang bekerja pada motor DC,tergantung pada naik/turun arus yang terdapat pada jangkar.

Pada motor DC rotornya terdiri dari kumparan dan komulator yang banyak untuk untuk menghasilkan torsi yang terus menerus. Rotor terdiri dari jangkar yang intinya terbuat dari lempengan- lempengan yang ditakik. Susunan lempengan membentuk celah. Celah tersebut dimasuki konduktor kumparan jangkar. Ujung tiap-tiap kumparan dihubungkan pada satu segmen komutator. Tiap segmen merupakan pertemuan dua ujung kumparan yang terhubung.

Kumparan penguat dihubungkan seri, jangkar merupakan bagian bergerak yang terbuat dari besi berlaminasi untuk mengurangi rugi arus Eddy. Kumparan jangkar diletakkan pada slot besi disebelah luar permukaan jangkar. Pada jangkar terdapat komulator yang berbentuk silinder masing-masing diisolasi. Sisi kumparan dihubungkan dengan segmen komulator pada beberapa bagian, tergantung dari tipe lilitan yang diperlukan.

4. DRIVER MOTOR DC

Driver motor DC menggunakan IC L293D. Sebuah IC L293D mempunyai empat buah push-pull.setiap dua buah push-pulldapat digunakan sebagai sebuah untai H-bridge dan dapat diaktifkan dengan sebuah sinyal enable. IC L293D mampu beroperasi pada tegangan 4,5 sampai 36 volt. Besarnya arus yang dapat ditarik adalah 600mA pada kondisi normal serta 1,2 A pada arus puncak (sesaat). IC ini khusus digunakan pada motor sebagai pengganti relay, namun dengan syarat pin enable 1 dan 2 dalam kondisi high (1). Dapat digunakan pada arah bidirectional (dua arah), terdiri dari 16 pin. Apabila salah satu input berlogika 1 (high),maka outputnya berlogika 1 (high)

5. Spesifikasi Robot

Robot ini mempunyai untuk peletakkan komponen, catu daya, motor roda, kipas dan buzzer. Robot ini berbentuk lingkaran dengan diameter 25 cm, tinggi robot 25 cm.

Sistem kerja robot ini adalah mendeteksi keberadaan asap hasil pembakaran yang bekerja pada line tracking. Robot ini menggunakan dua jenis sensor, yang pertama adalah sensor asap menggunakan optocoupler untuk mendeteksi keberadaan asap,dan yang kedua adalah sensor infra merah digunakan untuk mendeteksi jalur yang akan dilaluinya (sensor jalur).

Sistem robot ini menggunakan mator DC sebagai penggerak atau actuator. Pada robot ini terdapat dua pasang motor DC. Adapun fungsi masing-masing motor adalah sebagai berikut :

1. menggerakkan roda kanan (maju-mundur)

2. Menggerakkan roda kiri (maju-mundur).

3. Menggerakkan leher kipas (putar kanan dan kiri)

4. menggerakkan atau memutar kipas ( blower)

B. PENUTUP

Dari uraian di atas kita dapat simpulkan bahwa robot ini akan bekerja setelah ada asap yang ditimbulkan dari pembakaran yang mengenai sensor asap atau optocoupler. Karena asap tersebut dapat menghalangi sinar (cahaya) dari infra merah yang akan menuju ke foto transistor.

Setelah itu robot akan mendeteksi keberadaan asap kemudian robot tersebut akan berjalan menuju tempat timbulnya asap.

Setelah sampai di tempat timbilnya asap, maka leher kipas akan berputar ke kanan dan kiri kemudian blower akan berputar untuk memadamkam api dan mengurangi asap yang ada disekitar robot itu.

C. Daftar Pustaka :

Lestari, Dini Puji, Hikmah Muntazah. 2007. Robot Pendeteksi Asap Berbasis Mikrokontroler AT89S52, Tugas Akhir. Falkutas Teknik Universitas Negeri Jakarta.

Budiharto, Widodo. 2006. Belajar Sendiri Membuat Robot Cerdas, Jakarta: PT Elex Media Komputindo.

Nalwan, Andi, Paulus. 2003. Panduan Praktis Teknik Antarmuka dan pemrograman Mikrokontroler AT89C51. Jakarta : PT Elex Media Komputindo.

Martin, Fred G. 2001. Robotic Explorations A Hand_ON Introuction to Engenering. New Jersey : Prentice Hall.

Agung Supadma, Megi Irawan. 20006. Robot Cerdas Pemadam Api, Tugas Akhir.: Falkutas Teknik Universitas Negeri Jakarta.

Schuler.2003. Election Prinsiples and applications, Singapore : McGraw_Hill Eucation (Asia)

---------2002. Datasheet LM158, LM158A, LM258, LM258A, LM358, LM358A, LM2904, LM2904Q Dual Operational Amplifiers. Penerbit : Texas Instruments Inc. Dallas, Texas.

---------2004. Datasheet L293, L293D Quadruple Half-H Drivers. Penerbit : Texas Instruments Inc. Dallas, Texas.

http: // www.wikipedia.org/wiki/motordc.com tanggal 10 Juli 2007

http://www.wikipedia.org/wiki/mikrokontroler. com tanggal 10 Juli 2007

http: // www.nationalsemiconduktor.com tanggal 10 Juli 2007

http: // www.google.com tanggal 10 Juli 2007

Jurnal Dwi Rahmawati

PENGENDALI KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC BERBASIS PHASE LOCKED LOOP

Dwi Rahmawati Putri

5223073114

Mahasiswa Universitas Negeri Jakarta Program Studi Pendidikan Teknik Elektronika

Pembuatan alat ini bertujuan untuk mengendalikan kecepatan putaran motor DC Dengan memanfaatkan sistem kendali phase locked loop. Alat ini terdiri dari 5 empat blok rangkaian yaitu: Blok pengatur frekuensi referensi menggunakan IC 4060, Blok pengendali PPL menggunakan IC 4046, Blok multivibrator monostabil menggunakan IC 4538, ekuivalen VCO dan Blok pembagi terprogram menggunakan IC TC9122P. Blok kendali PLL terdiri dari detektor fasa, low pass filter, dan VOC.

sistem lingkar fasa terkunci

(phase locked loop)

Sistem lingkar fasa terkunci (phase locked loop) adalah suatu rangkaian yang memberikan kemukinan sinyal acuan (referensi) luar mengendalikan frekuensi dan fasa suatu osilator dalam dalam suatu lingkar. Konsep dari sebuah phase locked loop adalah sebuah loop feedback yang VCO secara otomatis tersinkronisasi (terkunci) ke periodic input sinyal. Pengucian dari sistem PLL telah dipakai dalam aplikasi sistem telekomunikasi (seperti frekuensi, amplitude, analog atau digital), clock, dan pengontrol kecepatan motor. Konsep dari PLL itu sendiri mempunyai 3 komponon yang terkait dalam feedback-loop, seperti gambar diagram dibawah ini.

VOC adalah sebuah osilator, yang mempunyai frekuensi (Fosc), output VOC (Vosc), dan sebuah signal masukan (Vi) adalah masukan fasa detektor. Saat loop terkunci disignal masukan (Vi), frekuensi (Fosc) dari keluaran VOC adalah tepet ke frekuansi (Fi) dari signal periodic,

Fosc=Fi

Hal tersebut dapat disebut denagan keadaan terkunci, di dalam fasa detektor dapat dibandingkan beda fasa antara kedua input signal. Keluaran dari fasa detektor terdapat sebuah filter pelewat bawah. Loop tersebut ditutup dengan menghubungkan keluaran filter pelewat bawah ke masukan VOC, yang berarti tegangan keluaran dari filter yang menggerakan VOC.

Hal yang paling mendasar dalam system PPL ini adalah system ini tetap mempertahankan frekuensi yang telah terkunci (Fosc=Fi) antara Vosc dan Vi walaupun frekuensi Fi masukan signal dipengaruhi oleh waktu.

B. Motor DC

Motor DC merupakan mesin listrik arus searah yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik. Prinsip kerjanya didasarkan pada hukum Lorentz, yang berbunyi: ’jika sepotong kawat berarus berada didalam medan magnet homogen, maka kawat tersebut akan mengelami gaya tolak yang arahnya ditentukan dengan aturan tangan kiri’

Aturan tangan kiri yang dimadsukan berbunyi: jika tangan kiri kita terbuka dengan ibu jari tegak lurus dengan jari-jari yang lain ditempatkan didilam medan magnet sedemikian rupa sehingga ggm (gaya gerak magnet) menembus telapak tangan, ibu jari merupakan arah gaya sedangkan jari-jari yang lain menunjukan arah arus listrik dalam kawat.

Prinsip kerja dari motor membutuhkan adanya garis-garis gaya medan magnet (fluks), antara kutub yang berada di stator; penghantar yang dialiri arus ditempatkan pada jangkar yang berada dalam medan magnet tadi; lalu pada penghantar timbul gaya yang menghasilkan torsi. Gaya yang dihasilkan oleh arus pada penghantar yang ditempatkan dalam suatu medan magnet tergantung dari hal-hal berikut: kekuatan dari medan magnet, harga dari arus melalui penghantar, dan panjang kawat yang membawa arus.

Didalam motor DC terdapat dua kumparan. Satu kelompok terdapat diarmatur, bagian mesin listrik yang berputar. Koneksi listrik dihubungkan ke armatur dengan konduktor lunak disebut sikat-sikat (brushes) yang kontak dengan konduktor tembaga axial pada batangan armatur disebut komutator. Bagian kelompok lain disebut kumparan medan yang tetap dan menghasilkan medan magnet yang berinteraksi dengan magnet yang dihasilkan oleh kumparan armatur.

Jenis motorDC ini da yang berpenguatan sendiri ini pun bermacam-macam, yaitu: shunt, seri, dan kompon (panjang atau pendek). Torsi yang dibangkitkan oleh motor DC yang memutar jangkarnya tergantung pada fluks yang dihasilkan oleh kutub utama, dan arus yang mengalir pada belitan jangkar (Ia). Kecepatan pada motor DC dapat dikendalikan dengan:

1. penggendalian resistansi medan, yang akan merubah besar arus ke kumparan kutubnya sehingga gluks yang dihasilkan bervarisi,
2. pengendalian resistansi jangkar, yaitu menyisipkan rheostat pada untai jangkar,
3. pengendali tegangan masuk jangkar.

Motor DC yang digunakan pada pembuatan alat ini mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

1. jenis motor DC yang digunakan adalah jenis motor DC minertia.
2. rentang kecepatan motor DC ini 3000 rpm.
3. tegangan masukan motor DC ini berkisar pada angka 14.8 V.
4. daya masukan motor DC 25.9 W.

Motor DC ini memiliki Rotary Encoder didalamnya, Rotary Encoder berfungsi sebagai pengubah putaran menjadi sebuah putaran pulsa yang dapat diolah, pulsa yang keluar dari Rotary Encoder adalah pulsa digital yang cukup stabil.

C. Kerangka Berpikir

Pengendali kecepatan motor DC Berbasis phase locked loop, ini terdiri dari perancangan rangkaian frekuensi referensi menggunakan IC 4060, rangkain fasa detektor,low pass filter, dan VOC yang termuat dalam sebuah chip IC 4046, multivibrator monostabil menggunakan IC 4538, dan rangkaian pembagi terprogram menggunakan IC TC9122P, tampilan lengkap dari rancangan ini dapat dilihat pada lampiran 1.

a) Detektor Fasa

Detektor fasa terdapat pada IC 4046 tersusun dari 2 buah fasa komparator, VOC, pengikut sumber, dan sebuah dioda zener. Komparator tersebut memiliki dua buah sinyal input Pca dan PCb input Pca dapat langsung digunakan dengan cara, dikopel ke sinyal tegangan besar atau secara tidak langsung dikopel dengan rangkaian kapasitor untuk sinyal tegangan kecil. Fasa komperator 1 (gerbang EXOR) menghasikan sinyal error digital PC 1out, dan mempertahankan fasa 90 bergantian diantara frekuensi antara Pca dan PCb (disaat duty cycle 50%) fasa komparator 2 menghasilkan sinyal digital error, PC2out dan LD ( load data), dan mempertahankan fasa 0 pergantian diantara Pca dan PCb. Linier VOC menghasilkan sinyal keluaran (VOCout) yang frekuensinya ditentukan oleh tegangan dari masukan VOCin, kapasitor dan resistor dihubungkan ke pin CIa,Cib,R1 dan R2.

Keluaran pengikut sember (SFout) dengan tambahan resistor digunakan pada saat dihubungkan sinyal VOCin tetapi tidak berpengaruh pada prose lainnya. Masukan INHIBIT (INH) saat bernilai 1, VOC tidak berfungsi dan pengikut sumber pengecil konsumsi daya yang dipakai. Dioda zener dapat digunakan untuk menstabilkan tegangan sumber.

Pada keluara komparator fasa 1, jarak dari frekuensi yang PLL tangkap tergantung dari jangkaun low pass filter dan jangkauan dapat dibuat sebesar jarak tangkapanya.

Pembanding fasa 2 adalah sebuah pengontrol-tepian digital memory. Berisi 4 buah flip-flop, pengontrol gerbang dan sebuah 3 state outputnya yang berisikan tipe n dan p. Saat tipe n atau tipe p on maka ia akan pull up ke VDD atau VSS dengan sendirinya.

Jika sinyal masukan frekuensi lebih besar dari komparator sinyal masukan, maka keluaran tipe p akan on setiap waktu, kedua driver tipe p dan n (3 state) off sesuai dengan waktu yang telah diatur jaka sinyal masukan referensi lebih rendah maka, keluaran tipe n akan on, kedua driver tipe p dan n off(3 state) off sesuai dengan waktu yang telah diatur. Jika sinyal masukan frekuansi sama dengan komparator sinyal masukan, tetapi posisi sinyal masukan lebih dahulu dari pada masukan sinyal komparator dalam satu fasa. Jika bentuk siyal masukan komparator lebih dhulu dari pada masukan pada satu fasa, maka keluaran tipe p on untuk sesuai dengan beda fasa.

Detektor fasa adalah sebuah alat yang membandingkan dua buah frekuensi input, menghasilkan keluarn yang dapat mengukur beda fasa. Jika Fin tidk sama dengan Fvoc sinyal fasa error, setelah disaring dan dikuatkan, menyebabkaan frekuensi VOC menyimpang dari Fin jika kondisi sesuai, maka VOC akan cepat tersinkronisasi (lock) menuju Fin dan tetap dengan sinyal input.

Pada keluaran (setelah disaring) detektor fasa berupa sinyal DC dan kontrol masukan VOC adalah ukuran dari frekuensi masukan, dapat diaplikasikan dalam pembuatan dekode sinyal dan deteksi FM keluaran VOC biasanya memiliki nilai yang sama dengan Fin, yang menghasilkan tiruan yang bersih dari Fin, namun tiruanya itu dapat menghasilkan noise. Detektor fasa memiliki penguatan (Kp) sebesar 0,293 V/rad.

b) Filter Pelewat Bawah (Low Pass Filter)

Rangkaian Low Pass Filter digunakan untuk menapis osilasi yang terjadi saat mengalami over shoot dan over down, selain itu berfungsi untuk meratakan kebisingan keluaran dari rangkain detektor atau komparator fasa jenis IC CMOS 4046 adalah suatu sinyal DC yang besarnya sebanding dengan selisih fasa antara sinyal referensi Fr dan keluaran pembagi terprogram Fo/N. Rangkaian Low Pass Filter.

c) Osilator Terkemudi Tegangan (Voltage Control Oscillator)

VOC membutuhkan sebuah kapasitor tambahan (CI) dan satu atau dua buah resistor tambahan (R1 dan R2) resistor R1 dan kapasitor C1 menunjukan rentang frekuensi dan VOC mendapatkan frekuensi off set jika dibutuhkan.

Jika terdapat input hi-z pada input berasal dari low pass filter pada pin 10 tersedia pengikut sumber jika digunakan maka diberikan resistor menujukan VSS, jika tidak tersedia / digunakan maka diambang. Output VOC (pin 4) , dapat langsung dihubungkan kekomparator input (pin 3) atau kepembagi frekuensi. Logika low (0) pada inhibit (pin 5) mengatifkan VOC dan pengikut sumber , sementara logika high (1) mengnonaktifkan keduanya.

Rangkaian osilator terkemudian tegangan (VOC) IC PLL CMOS 4046. frekuensi masukan pada low pass filter akan diloloskan hanya yang mempunyai impendasi rendah , dilanjutkan ke VOCin yang akan melewati proses osilasi pulsa sehingga keluaran dipin 4 diatur agar sama dengan frekuensi referensi.

Keluaran pada low pass filter akan menggerakan VOC rentang frekuensi pada keluaran VOC tergantung pada tegangan low pass filter.

d) Source Follower

Source follower (pengikut sumber) digunakan sebagai masukan untuk VOC jika tidak adanya input lain dari low pass filter.

4. Blok rangkaian frekuesi referensi

Blok rangkaian pada alat penegendali motor DC berbasis digital, akan menghasilkan frekuensi referinsi sebesar 200Hz. Frekuensi ini dihasilkan dari pembagian nilai kristal yang digunakan yaitu sebesar 3,2768 MHz dengan nilai bagi 2ⁿ pada IC 4060 dengan satuan Hz. Penghitung untuk mendapatkan frekuensi sebesar 200 Hz pada IC 4060 ialah

Blok multivibrator monostabil

Multivibrator monostabil digunakan untuk mendapatkan sebuah keluaran dengan nilai duty cycle yang berbeda, namun frekuensi yang sama. Keluaran frekuaensi yang diinginkan harus tetap tetapi Ton hingga mendekati logika high.input dari multivibrator monostabil dihubungkan langsung dengan output VCO.