Upload
vuonglien
View
216
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Tugas Akhir
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UKUR JARAK
PADA KENDARAAN BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA8535
OLEH :
PUTU TIMOR HARTAWAN
0405031012
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK DAN KEJURUAN
UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA
SINGARAJA
2009
UNIV
ERSIT
AS PENDIDIKAN GAN ESHA
U NDIKSHA
DEPA
RTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
BAB III
METODOLOGI
3.1 Rancangan Penelitian
Ada beberapa tahapan dalam perancangan dan pembuatan rangkaian alat ukur
jarak pada kendaraan sesuai dengan data-data yang telah dikumpulkan baik dari
buku-buku maupun dari perencanaan sendiri.
1. Tahapan pertama yang dilakukan adalah melakukan pengumpulan dasar teori
yang berkaitan dengan alat yang akan dibuat. Hal ini dilakukan untuk
memudahkan teknik perencanaan rangkaian, penentuan nilai-nilai komponen dan
pemahaman karakteristik komponen yang dipakai.
2. Tahapan kedua yaitu melakukan perancangan desain rangkaian beserta nilai-nilai
komponen yang terpasang berdasarkan hasil perhitungan yang didapat.
3. Tahapan ketiga yaitu melakukan pengumpulan komponen-komponen elektronika
yang akan dipakai dalam penyusunan rangkaian yang telah ditentukan
berdasarkan hasil perancangan.
4. Tahap keempat yaitu melakukan uji coba rangkaian pada masing-masing blok
rangkaian modul sensor PING ULTRASONIC RANGE FINDER, rangkaian
minimum mikrokontroler ATMega8535, LCD (Liquid Crystal Display) dan
rangkaian indikator led dan alarm buzzer. Dengan memberikan catu daya DC pada
rangkaian, maka dapat diketahui operasi kerja yang dihasilkan oleh masing-
masing blok rangkaian. Apabila pada rangkaian ada yang mengalami
permasalahan, maka dilakukan analisa kerusakan, kesalahan penggunaan atau
pemasangan komponen dan jika memungkinkan rangkaian dapat dimodifikasi
atau memperbaiki perancangan rangkaian. Apabila rangkaian sudah bekerja sesuai
dengan harapan maka dilakukan tahap berikutnya.
5. Tahap kelima yaitu melakukan uji rangkaian keseluruhan. Apabila operasi kerja
rangkaian mengalami permasalahan, maka dilakukan analisa kerusakan, kesalahan
penggunaan atau pemasangan komponen dan jika memungkinkan rangkaian dapat
dimodifikasi atau memperbaiki perancangan rangkaian.
6. Tahap keenam yaitu melakukan mendesain pola rangkaian pada papan PCB sesuai
dengan pola rangkaian yang telah mengalami uji coba. Desain pada papan PCB
meliputi penggambaran jalur-jalur rangkaian pada papan PCB yang dilanjutkan
dengan melarutkan papan PCB tersebut ke dalam larutan ferriclorida agar
didapatkan pola yang diinginkan. Kemudian akan dilakukan pengeboran jalur-
jalur tersebut sesuai dengan letak kaki-kaki komponen yang akan dipasangkan.
7. Pada tahap ketujuh akan dilakukan pemasangan komponen-komponen pada papan
PCB yang telah diberikan pola dan diberi lubang untuk menempatkan kaki-kaki
komponen sesuai dengan posisi masing-masing yang telah ditentukan dari hasil
rancangan sebelumnya.
8. Pada tahap kedelapan dilakukan uji coba rangkaian kembali pada papan PCB
tersebut. Apabila dalam uji coba mengalami permasalahan, maka dilakukan
analisa kegagalan atau kesalahan dalam merangkai komponen. Jika rangkaian
pada papan PCB sudah bekerja sesuai harapan, maka proses pembuatan rangkaian
alat ukur jarak pada kendaraan berbasis mikrokontroler sudah selesai.
3.2 Perancangan Teknis
Berikut merupakan diagram blok dari rangkaian alat ukur jarak pada
kendaraan berbasis mikrokontroler yang terdiri dari sensor PING ULTRASONIC
RANGE FINDER, Mikrokontroler ATMega8535, LCD (Liquid Crystal Display) dan
indikator led dan alarm buzzer.
Ga
mbar 3.1 Blok Diagram Alat
Secara umum sesuai dengan gambar 3.1 diatas prinsip kerja dari alat ukur
jarak pada kendaraan adalah pada mulanya gelombang ultrasonik yang merupakan
sinyal ultrasonik dengan frekuensi kurang lebih 40 kHz, yang dikirimkan dari
pemancar ultrasonik, yang dikontrol oleh ATMega8535. Kemudian sinyal sinyal
ultrasonik yang dikirim (dipancarkan) oleh pemancar ultrasonik ini akan menuju
benda penghalang, sehingga ketika gelombang ultrasonik mengenai benda
penghalang, gelombang ultrasonik ini akan dipantulkan dan diterima kembali oleh
penerima ultrasonik. Setelah diterima kemudian diproses di dalam rangkaian
mikrokontroler. Tentunya hasilnya akan dijadikan data acuan untuk menghidupkan
indikator berupa led dan alarm buzzer.
Arah pancaran danpantulan Ultrasonik
Objek halangan
Gambar 3.2 Ilustrasi pada Kendaraan
Rangkaian ini memiliki sebuah sensor ultrasonik yang terdiri dari pemancar
dan penerima yang diletakkan dibagian depan kendaraan, dimana untuk dapat
memantulkan gelombang ultrasonik, objek halangan dalam hal ini pengendara lain
atau halangan apapun harus berada tepat didepan pengendara pengguna deteksi
halangan tersebut seperti yang diilustrasikan pada gambar 3.2 diatas.
3.2.1 Sistem Minimal ATMega8535
Pada perencanaan ini mikrokontroler difungsikan sebagai pengontrol utama
sistem kerja rangkaian melalui software yang diprogram, yaitu untuk memproses
data-data yang berasal dari input sensor penerima ultrasonik. Selanjutnya data-data
tersebut diolah oleh mikrokontroler untuk menghidupkan indikator berupa led dan
alarm buzzer. Mikrokontroler yang digunakan adalah ATMega8535. Alasan
penggunaan mikrokontroler ini adalah karena harga yang relatif murah, kemudahan
dalam pemrograman, dan fitur-fitur menarik yang dimilikinya. Untuk dapat
mengendalikan kerja dari mikrokontroler ini, sebuah program harus dibuat untuk
kemudian didownloads ke dalam mikrokontroler pada bagian Flash Mikrokontroler.
Gambar 3.3 Skematik hubungan pin Mikrokontroler ATMega8535
Pada gambar rangkaian penggendali utama (Mikrokontroler ATMega8535)
yang terlihat pada gambar 3.3, pada mikrokontroler ATMega8535. Pada kaki PA.0,
PA.1, PA.2, PA.4, PA.5, PA.6 dan PA.7 dipakai sebagai output ke tampilan LCD.
Pada kaki PB.0 adalah input dari sensor PING ultrasonik, sedangkan pada kaki PC.0
sampai PC.2 digunakan sebagai output ke indikator led dan buzzer.
3.2.2 Perancangan Sensor Ultrasonik
Sensor yang digunakan adalah berupa modul sensor PING Ultrasonic Range
Finder, sensor ini merupakan sensor yang menggunakan prinsip time of flight (waktu
suara untuk pergi dan pulang) untuk mengukur jarak.
Gambar 3.4 Skematik hubungan pin Sensor PING Ultrasonik
Rangkaian yang terlihat pada gambar 3.4, Ultrasonik parallax mempunyai 3
kaki interface, yaitu, GND, Vcc dan SIG. Namun hanya kaki SIG yang terhubung
dengan kaki PB.0 pada mikrokontroler ATMega8535, ini berarti bahwa
mikrokontroller diset sebagai output dan memberikan data ke ultrasonik. Kaki Vcc
pada ultrasonik diberikan supply voltage sebesar 5 Volt, sedangkan kaki GND
terhubung dengan ground.
3.2.3 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) Penampil
Untuk keperluan display tampilan digunakan LCD. LCD ini merupakan modul
LCD dengan tampilan 2x16 (2 baris, 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah.
Gambar 3.5 Skematik hubungan pin LCD (Liquid Crystal Display)
Sesuai dengan skematik hubungan pin LCD (Liquid Crystal Display) pada
gambar 3.5, untuk mengakses LCD 2 x16 kita harus mengkonfigurasikan pin dari
LCD dengan pin I/O mikrokontroler tersebut. Konfigurasi dari pin-pin tersebut
sebagai berikut:
Tabel 3.1 Konfigurasi Pin LCD dengan Pin Mikrokontroler
Pin LCD Keterangan Pin Mikrokontroller Keterangan
4 RS 40 Port A.0
5 RW 39 Port A.1
6 EN 38 Port A.2
11 D4 36 Port A.4
12 D5 35 Port A.5
13 D6 34 Port A.6
14 D7 33 Port A.7
3.2.4 Rangkaian Alarm Indikator
Rangkaian LED dan buzzer digunakan sebagai tanda bahwa kondisi
permukaan air pendingin pada tempat penampungan tidak mencukupi lagi untuk
dipompa. Keluaran dari MCU (Microcontroller Unit) berupa pulsa yang berfungsi
untuk memberikan sinyal on dan off pada transistor yang nantinya akan mengaktifkan
LED dan buzzer. Gambar 3.6 menunjukkan rancangan rangkaian LED dan buzzer.
Gambar 3.6 Skematik hubungan Pin Alarm Indikator
Dalam perancangan ini digunakan transistor BD139 dengan Ic = Iled = 20mA
dan penguatan transistor (β) = 80, maka besar arus basisnya adalah :
2080
Ic mAIbb
= = = 0,25mA
Jika Vin adalah tegangan keluaran dari mikrokontroler saat logika tinggi yaitu
sebesar 5V dan Vbe = 0,6 V maka besar tahanan pada basis transistor (Rb) adalah :
5 0,60,25
Vin Vbe V VRbIb mA- -
= = = 17,6KΩ ≈ 22KΩ
Dengan nilai Vcc = 5V maka nilai R4 adalah:
R4 = W=-
=- 90
2035
mAVV
IledVledVcc ≈ 100 Ω
Nilai R1 adalah :
R1 =mA
VVIled
VledVin20
35 -=
- = 100 Ω ≈ 100 Ω
Nilai R2 adalah :
R2 =mA
VVIled
VledVin20
35 -=
- = 100 Ω ≈ 100 Ω
3.2.5 Jarak dan Selang Waktu
Dasar dari perencanaan ini adalah mengukur selang waktu dan jarak yang
ditempuh dalam hal ini dari pemancar sampai dengan objek halangan, dimulai dari
saat pengiriman gelombang ultrasonik sampai pada saat gelombang dipantulkan dan
diterima oleh penerima ultrasonik.
Untuk menentukan waktu yang dibutuhkan dengan kecepatan rambat suara V
= 344,424 m/s, menggunakan rumus sebagai berikut :
Pada jarak d = 3 meter ;
x v0,5dt = =
344,424 x0,53 =
172,2123 = 17420,4 µs
Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengukur jarak 3 meter adalah
17420,4 ms.
Pada jarak d = 2 meter ;
x v0,5dt = =
344,424 x0,52 =
172,2122 = 11613,6 µs
Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengukur jarak 2 meter adalah
11613,6 µs.
Pada jarak d = 1 meter ;
x v0,5dt = =
344,424 x0,51 =
172,2121 = 5806,8 µs
Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengukur jarak 1 meter adalah 5806,8
µs.
3.2.6 Perancangan Perangkat Lunak
Secara umum algoritma dari program alat ukur jarak pada kendaraan
diperlihatkan dalam flowchart pada gambar 3.7.
Gambar 3.7 Flowchart Program Deteksi Halangan
3.3 Proses Pembuatan Alat
Proses pembuatan alat terdiri dari beberapa tahapan. Setelah rangkaian
diyakini betul-betul benar, maka rangkaian mulai direalisasikan dengan langkah-
langkah sebagai berikut.
3.3.1 Pembuatan PCB
Tujuan dari pembuatan skema lay out rangkaian adalah untuk menyusun tata
letak komponen sesuai dengan keinginan kita. Dalam hal ini diusahakan hubungan
antara komponen tidak saling menyilang dengan demikian tidak ada kesalahan dalam
penyambungan pada PCB yang telah terjadi.
Adapun proses untuk pembuatan PCB adalah sebagai berikut.
1. Mempersiapkan PCB yang masih kosong dan dipotong sesuai dengan ukuran
yang dikehendaki dan membersihkan permukaan tembaganya dengan lap bersih.
2. Mempersiapkan gambar pola desain dengan mempergunakan software
DipTrace. Apabila sudah dipastikan tidak terdapat kesalahan dalam
penggambaran desain yang selanjutnya dicetak menjadi hardcopy. Pola desain
yang telah dicetak menjadi hardcopy kemudian difotocopy menggunakan
transparan.
3. Pola desain yang telah dicetak menjadi hardcopy kemudian difotocopy
menggunakan transparan.
4. Pola desain PCB yang telah dicetak dengan transparan kemudian ditempatkan
diatas permukaan tembaga pada PCB yang selanjutnya dipanaskan sampai pola
desain melekat di tembaga pada PCB.
5. Setelah lay out selesai dibuat pada PCB maka dilanjutkan dengan proses
pelarutan. Larutan yang digunakan adalah ferrichlorida. Pelarutan PCB ini
bertujuan agar lapisan tembaga pada PCB yang tidak terpakai larut dalam
larutan ferrichlorida. Apabila lapisan tembaga yang tidak dipakai sudah larut
semua, proses pelarutan dihentikan. Kemudian PCB tersebut dibersihkan
menggunakan tiner dan setelah itu dikeringkan.
6. Langkah terakhir adalah pengeboran, pengeboran dilakukan untuk memudahkan
dalam penempatan komponen pada PCB. Pengeboran dilakukan dengan
menggunakan mata bor berukuran 1mm.
Adapun gambar lay out PCB secara keseluruhan dari rangkaian alat ukur jarak
pada kendaraan berbasis mikrokontroler adalah sebagai berikut.
Gambar 3.8 Lay out PCB
3.3.2 Pemasangan Komponen pada PCB
Pemasangan komponen pada PCB dapat dilakukan setelah pemilihan
komponen. Hal yang pertama diperhatikan adalah bentuk fisik komponen tersebut dan
untuk memastikan bahwa kerja komponen itu sesuai dengan fungsinya maka dapat
dilakukan pengujian komponen tersebut dengan menggunakan alat penguji misalnya
AVO-meter.
3.4 Lokasi Penelitian
Dalam melakukan tahap perancangan, pembuatan dan pengujian produk
rangkaian alat ukur jarak pada kendaraan berbasis mikrokontroler ini dilakukan di
LAB Praktikum (workshop) Jurusan Teknik Elektro.
3.5 Subjek dan Objek Penelitian
Subjek penelitian yang akan digunakan sebagai bahan penelitian dalam
pembuatan tugas akhir ini adalah prototipe rangkaian yang dibuat berdasarkan pada
hasil perancangan yang telah dibuat. Sedangkan Objek penelitian yang digunakan
adalah berupa halangan benda yang akan diukur jaraknya.
3.6 Metode Pengumpulan Data
Metode-metode yang digunakan dalam pengumpulan data penelitian tugas
akhir ini adalah dengan cara sebagai berikut :
1. Metode Studi Literatur
Merupakan metode untuk mengumpulkan kajin-kajian teori yang dapat
menunjang dalam pembuatan tugas akhir sehingga dapat menjadi dasar dalam
pembuatan tugas akhir ini.
2. Metode Observasi
Metode ini adalah melakukan pengamatan langsung terhadap objek penelitian
atau percobaan. Adapun tujuan penggunaan metode ini adalah untuk membuktikan
studi literatur dengan melihat kenyataan yang muncul pada suatu percobaan atau
penelitian.
3. Metode Diskusi
Metode ini digunakan untuk memecahkan masalah, mencari solusi terhadap
objek yang diteliti, dengan cara mencari alternatif jawaban terhadap permasalahan
yang dihadapi kepada pakar ataupun seseorang yang mengerti terhadap protipe yang
kita buat.
3.7 Analisa Data
Dalam pembuatan analisa data, akan didapatkan dari perbandingan antara
kajian teori dengan hasil pengujian. Jika terdapat perbedaan diantara keduanya, maka
akan didapat data yang nantinya dari data tersebut akan dapat kita pelajari untuk
menentukan penyebab terjadinya perbedaan tersebut. Apabila terjadi kesamaan berarti
hasil yang kita dapatkan sesuai dengan yang terdapat dalam kajian teori.