Tugas Akhir PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UKUR JARAK PADA KENDARAAN BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535
T
G
L NA SHA IO E S AN
UNIVDEPA ER R SI
NDIDIKA N PE N ME PE NDIDIKA NA E S T A N
U NDI K SH A
OLEH : PUTU TIMOR HARTAWAN 0405031012
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK DAN KEJURUAN UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA SINGARAJA 2009
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 masingmasing 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 jalurjalur 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 dan pantulan 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 :
Ib =
Ic 20mA = = 0,25mA b 80 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 :
Rb =
Vin - Vbe 5V - 0, 6V = = 17,6KΩ ≈ 22KΩ Ib 0, 25mA
Dengan nilai Vcc = 5V maka nilai R4 adalah:
R4 =
Vcc - Vled 5V - 3V = = 90W ≈ 100 Ω Iled 20mA
Nilai R1 adalah : R1 =
Vin - Vled 5V - 3V = = 100 Ω ≈ 100 Ω Iled 20mA
Nilai R2 adalah : R2 =
Vin - Vled 5V - 3V = Iled 20mA
= 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 ;
t =
d 3 3 = = 17420,4 µs = 0,5 x v 0,5 x 344,424 172,212 Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengukur jarak 3 meter adalah
17420,4 ms.
Pada jarak d = 2 meter ;
t =
d 2 2 = = 11613,6 µs = 0,5 x v 0,5 x 344,424 172,212 Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengukur jarak 2 meter adalah
11613,6 µs.
Pada jarak d = 1 meter ;
t =
d 1 1 = = 5806,8 µs = 0,5 x v 0,5 x 344,424 172,212 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 langkahlangkah 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.
