Selamat Datang Di Blog Saya

Nama                       : Septian Yogi

Kelas                       : SK-2D

Program Studi     : Sistem Komputer

Mata Kuliah          : Internet & Website

Mahasiswa Semester 2 STMIK Royal Kisaran

 

ROBOT LINE FOLOWER

A.Pengertian Robot Line Folower

Robot pengikut garis merupakan robot yang bergerak secara otomatis mengikuti suatu garis pandu yang telah ditentukan. Dalam perancangan dan implementasinya, masalah-masalah yang harus dipecahkan adalah sistem penglihatan robot, arsitektur perangkat keras yang meliputi perangkat elektronik dan mekanik, dan organisasi perangkat lunak untuk basis pengetahuan dan pengendalian secara waktu nyata.

Robot pengikut garis ini merupakan salah satu teknologi yang canggih yang dapat dibuat dengan komponen-komponen sederhana, seperti : transistor, resistor, LED, LDR, IC, dll. Yang semuanya merupakan dari jenis komponen elektronika yang sangat sederhana, komonennya banyak dan mudah didapat. Rangkaian robot pengikut garis analog ini terdapat tiga bagian utama, yaitu bagian sensor, komparator, dan driver yang semua bagiannya tanpa perlu menggunakan pemrograman robot secara software. Benda ini dapat dikatakan sebagai sebuah robot karena dapat berjalan atau bergerak secara otomatis tanpa bantuan operator.

 

B.Teori Dasar Elektronika

Dalam elektronika, komponen elektronika dibagi menjadi dua bagian yaitu :

1. Komponen Aktif

2. Komponen Pasif

Komponen aktif adalah komponen elektronika yang dalam pengoprasiannya membutuhkan sumber tegangan dan sumber arus, misalnya Dioda, Resistor, Kapasitor, Trafo dan lain-lain. Sedangkan Komponen Pasif adalah komponen elektronika yang dalam pengoprasiannya tidak memerlukan sumber tegangan atau sumber arus tersendiri, misalnya Transistor, Tranducer, SCR, Relay, Integrated Circuit (IC) dan lain-lain. Namun disini akan dijelaskan uraian dari komponen-komponen elektronika yang bersangkutan dengan alat yang kami buat yaitu “ Robot Pengikut Garis “.

 Untuk pembuatan robot pengikut garis berbasis mikrokontroler AT89S51 menggunakan beberapa komponen antara lain:

·        Mikrokontroler AT89S51

Mikrokontroler AT89S51 merupakan suatu komponen elektronika yang di dalamnya terdapat rangkaian mikroprosesor, memori (RAM/ROM) dan I/O, rangkaian tersebut terdapat dalam level chip atau biasa disebut single chip microcomputer. Pada mikrokontroler sudah terdapat komponen-komponen mikroprosesor, dengan bus-bus internal yang saling berhubungan. Komponen-komponen tersebut adalah RAM, ROM, Timer, I/O pararel dan serial, serta interrupt control. Adapun keunggulan dari mikrokontroler adalah adanya system interupsi. Mikrokontroler digunakan untuk keperluan control, atau kendali, biasa disebut dengan MCS, dan yang digunakan dalam robot pengikut garis.

Mikrokontroler AT89S51 mempunyai 40 kaki, 32 kaki diantaranya digunakan sebagai port pararel. Satu Port pararel terdiri 8 kaki, dengan demikian 32 kaki tersebut membentuk 4 buah Port pararel, yang masing-masing dikenal sebagai Port 0, Port 1, Port 2, dan Port 3. Nomor dari masing-masing jalur (kaki) dari Port pararel mulai dari 0 sampai 7, jalur (kaki) pertama Port 0 disebut sebagai P0.0 dan jalur terakhir untuk Port 3 adalah P3.7

Gambar : Mikrokontroler AT89S51

·         Motor DC

Motor DC adalah motor yang biasa digunakan pada perangkat elektronika dalam hal ini motor digunakan untuk menggerakan roda. Motor dapat bergerak kearah kanan dan kearah kiri jika motor DC dapat instruksi dari IC LM324. Konfigurasi motor DC dapat dilihat pada 

Gambar : Konfigurasi Motor DC

Motor driver merupakan suatu rangkaian yang mengatur kerja motor atau biasa dikatakan sebagai suatu rangkaian penggerak motor sehingga motor tersebut bekerja atau beroperasi sesuai dengan apa yang kita kehendaki. Pada saat motor ini beroperasi atau bekerja biasanya terjadi induksi yang mengakibatkan tegangan menjadi sangat tinggi, sehingga diperlukan suatu rangkaian motor driver yang mengatur motor agar pada saat motor tersebut beroperasi dia tidak akan mengakibatkan gangguan kepada rangkaian-rangkaian lain yang berhubungan dengan motor.

Pada pembuatan alat ini kami menggunakan IC LM324 sebagai motor driver. IC LM324 mempunyai empat pin input dan empat pin output, dapat dilihat pada Gambar 3. IC LM324  merupakan rangkaian penyangga (buffer) pada system digital yang dapat mempertahankan jumlah tegangan maupun arus sehingga dapat menggerakkan motor DC dengan stabil tanpa mempengaruhi rangkaian lainnya.

·         Sensor Optocoupler

Sensor optocoupler tersusun atas LED inframerah sebagai transmitter dan photodioda sebagai receiver (Gambar 4). LED inframerah adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang dari cahaya yang dapat dilihat, tetapi lebih pendek dari gelombang radio apabila LED inframerah tersebut dialiri arus. LED digunakan untuk memantulkan cahaya antara cahaya cerah dan gelap ke photodioda. Photodioda adalah sebuah dioda semikonduktor yang berfungsi sebagai sensor cahaya. Photodioda memiliki hambatan yang sangat tinggi pada saat dibias mundur. Hambatan ini akan berkurang ketika photodioda disinari cahaya dengan panjang gelombang yang tepat. Sehingga photodioda dapat digunakan sebagai detektor cahaya dengan memonitoring arus yang mengalir melaluinya.

Gambar : Konfigurasi Sensor Optocoupler

·         Relay

Prinsip kerja pada relay adalah pada saat kumparan dialiri arus, maka akan menimbulkan magnet pada intinya, dengan adanya magnet pada intinya maka jangkar atau angker akan tertarik oleh inti. Dengan ditariknya jangkar oleh inti maka kontak-kontak relay berubah posisi dan menyebabkan relay akan terhubung

Gambar : Konfigurasi Relay

·        IC LM 324

Gambar 6. IC LM 324

IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier, IC ini mempunyai 4 buah op-amp yang berfungsi sebagai komparator. IC ini mempunyai tegangan kerja antara +5 V sampai +15V untuk +Vcc dan -5V sampai -15V untuk -Vcc. Adapun definisi dari masing-masing pin IC LM324 adalah sebagai berikut  : 

Gambar 7. Skema kaki LM324

a. Pin 1,7,8,14 (Output)
Merupakan sinyal output.
b. Pin 2,6,9,13 (Inverting Input)
Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang berkebalikan dari input.
c. Pin 3,5,10,12 (Non-inverting input)
Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang sama dengan input (tidak berkebalikan).
d. Pin 4 (+Vcc)
Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara +5 Volt sampai +15 Volt.
e. Pin 11 (-Vcc)
Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara -5 Volt sampai -15 Volt.

·        Resistor

Penggunaan resistor dalam rangkaian berfungsi sebagai penghambatarus listrik, memperkecil arus dan membagi arus listrik dalam suatu rangkaian. Satuan yang dipakai untuk menentukan besar kecilnya nilai resistor adalah Ohm atau disingkat dengan Ω (Omega).

Resistor adalah komponen elektronika yang mempunyai karakteristik membatasi/menghambat arus listrik yang melaluinya. Resistor merupakan komponen pasif dan pada rangkaian elektronika,resistor biasanya digunakan sebagai pembatas arus, pembagi arus dan pembagi tegangan. Setiap bahan memiliki nilai resistansi yang berbeda, besarnya hambatan listrik pada suatu bahan ditentukan dengan menggunakan rumus:

R = ρ l      R= Resistansi(ohm)                         A=Luas Penampang (m2)

         A     ρ= Hambatan jenis bahan (ohm m)  l=panjang (m)

Rangkaian Resistor :

1. Rangkaian seri -->  Rtotal = R1 + R2 + R3

Memperbesar nilai resistansi

Kuat arus yang melalui setiap hambatan sama

Berfungsi sebagai pembagi tegangan

2. Rangkaian paralel --> 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

Memperkecil nilai resistansi

Beda potensial pada setiap hambatan adalah sama

Berfungsi sebagai pembagi arus

Gambar : Resistor

Cara menggunakan tabel pada gambar di atas adalah sbb :

•        Kolom colour menunjukkan warna pita-pita pada resistor. Supaya mudah dihafal maka dapat diringkas menjadi hi-co-me-ji-ku-hi-bi-u-a-p-em-per-no, yaitu kepanjangan dari hitam-coklat-merah-jingga(oranye)-kuning-hijau-biru-ungu-abu abu-putih-emas-perak-no warna.

•        Kolom band a, band b, band c, adalah pita resistor yang menunjukkan angka resistansi.

•        Kolom band d adalah pita resistor yang menunjukkan nilai resistansi namun dikalikan dengan nilai pada band a, band b, band c.

•        Kolom band d adalah pita resistor yang menunjukkan nilai toleransi.

•        Kolom band e adalah pita resistor yang menunjukkan nilai reliabilitas.

•        Untuk membedakan resistor dengan 5 pita dengan pita terakhir adalah toleransi dan 5 pita dengan pita terakhir adalah reliabilitas adalah dengan melihat jarak pita terakhir. Jika jaraknya lebar maka pita kelima adalah reliabilitas dan jika jaraknya sama dengan pita pita yang lain maka pita kelima adalah toleransi.

•        Pita pertama suatu resistor adalah yang paling dekat dengan ujung resistor.

Gambar : Tabel Warna Resistor

·        Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.

Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.

Gambar : Transistor

 Cara kerja transistor :

°  Untuk NPN, jika ada arus yang mengalir dari basis menuju emitor maka akan ada arus yang mengalir dari collector menuju emitor.

°   Untuk PNP, jika ada arus yang mengalir dari emitor menuju basis maka akan ada arus yang mengalir dari emitor menuju collector.

B = Ic / Ib, dimana Ic >> Ib

Dimana,   B : besar penguatan

Ic : arus collector

Ib : arus basis

·        LED (Light Emiting Diode)

LED biasa berfungsi sebagai lampu indikator pada saat sensor bekerja, dan bekerja pada bias forward. LED Superbright berfungsi sebagai pengirim cahaya ke garis untuk dibaca sensor. Kerjanya ketika sumber tegangan masuk pada battery on, maka arus masuk sehinnga Led superbrigth menyala dengan terang yang kemudian dibiaskan pada photodioda. Diode pancaran cahaya atau LED (Light Emitting Diode)adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekatatau inframerah dekat.

LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa-muatan - elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektrode dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon.

Gambar : LED (Light Emitting Diode)

C.Perancangan Alat

Dalam perancangan robot pengikut garis, terdapat masukan berupa sensor cahaya yang diproses oleh mikrokontroler AT89S51 dan menghasilkan keluaran motor DC seperti

Secara keseluruhan robot pengikut garis dirancang dengan menggunakan hardware (masukan berupa sensor dan keluaran berupa motor DC) dan software (kendali mikrokontroler). Masukan pada alat ini berupa sensor yang menghasilkan dua kondisi yaitu high dan low. Setelah masukan diproses maka keluaran motor DC akan aktif. Rangkaian keseluruhan dari perancangan digambarkan pada

Komponen-komponen yang digunakan adalah sebagai berikut:

Komponen utama		Komponen Sensor
Nama Komponen	Unit	Nama Komponen	Unit
IC Regulator 7805	1	Optocoupler/sensor J4209-01	2
Elco 1000µF/16V	1	Resistor 100Ω (R3)	2
Resistor 1KΩ (R1)	1	Resistor 47KΩ  (R4)	2
Led	1	Transistor C5343	2
IC LM 324 + Socket	1
IC AT89S51 + Socket	1
X-Tal 11 Mhz	1
Kondensator Keramik 33pF/22pF	2
Elco 10µF/16V	1
Resistor 4K7Ω (R2)	1
Relay 6V	2
Saklar	1

Tabel 1. Daftar Komponen

D. Rangkaian Line Follower

Dari beberapa komponen diatas, maka dihasilkan sebuah rangkaian Line Follower. Rangkaian Line Follower terdiri dari tiga bagian

utama, yaitu rangkaian sensor, rangkaian komparator (pembanding) dan rangkaian driver.

Gambar  : Rangkaian Line Follower

E.Cara Kerja Line Follower

Cara kerja dari rangkaian-rangkaian tersebut adalah sebagai berikut :

      

*Prinsip Kerja Sensor

Sensor yang digunakan terdiri dari photo dioda. Sensor ini nilai resistansinya akan berkurang bila terkena cahaya dan bekerja pada kondisi riverse bias. Untuk sensor cahayanya digunakan LED Superbright, komponen ini mempunyai cahaya yang sangat terang, sehingga cukup untuk mensuplai cahaya ke photo dioda.

^Cara kerjanya :

1.         Sensor tidak terkena cahaya

Jika photo dioda tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan besar atau dapat kita asumsikan tak hingga. Sehingga arus yang mengalir pada komparator sangat kecil atau dapat diasumsikan dengan logika 0.

2.       Sensor terkena cahaya

Jika photo dioda terkena cahaya, maka photo dioda akan bersifat sebagai sumber tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil, sehingga akan ada arus yang mengalir ke komparator dan berlogika 1.

Sensor, dapat dianalogikan sebagai ‘mata’ sebuah robot yang berfungsi untuk ‘membaca’ garis hitam dari track robot. Sehingga robot mampu mengetahui kapan dia akan berbelok ke kiri, kapan dia berbelok ke kanan dan kapan dia berjalan lurus. Dimana sensor sebelah kiri mengendalikan motor sebelah kanan, begitu sebaliknya sensor sebelah kanan mengendalikan motor sebelah kiri. Sensor yang digunakan adalah sensor optocoupler yang dipasang di bagian depan bawah robot, sehingga mampu mengetahui garis gelap dari latar belakang terang.

Prinsip kerja dari sensor tersebut sederhana, ketika transmitter (infrared) memancarkan cahaya ke bidang berwarna putih, cahaya akan dipantulkan hampir semuanya oleh bidang berwarna putih tersebut. Sebaliknya, ketika transmitter memancarkan cahaya ke bidang berwarna gelap atau hitam, maka cahaya akan banyak diserap oleh bidang gelap tersebut, sehingga cahaya yang masuk ke receiver tinggal sedikit

*Prinsip Kerja Komparator

Komparator pada rangaian ini menggunakan IC LM 324 yang didalamnya berisi rangkaian Op Amp digunakan untuk membandingkan input dari sensor. Dimana input akan dibandingkan dari Op Amp IC LM 324 yang output berpulsa high. Sehingga tidak perlu adanya pull up pada outputnya. IC ini dapat bekerja pad range 3 volt sampai 30 volt dan dapat bekerja dengan normal mulai tegangan 6 volt.

Dalam rangkaian ini juga terdapat 4 LED, yang berfungsi sebagai indikator. Untuk mengatur tagangan pada pembanding, disambungkan Variable Resistor (VR) diantara kedua OP Amp IC LM 324.

► Jika tidak ada arus yang mengalir dari rangkaian sensor ke rangkaian ini maka tegangan masukan untuk rangkaian ini adalah 0 Volt, akibatnya pada IC 1 tegangan di terminal (+) > (-), maka LED-A on, sedangkan pada IC 2 sebaliknya LED-B off.

►  Jika ada arus yang mengalir dari rangkaian sensor ke rangkaian ini maka tegangan masukan untuk rangkaian ini mendekati Vcc, akibatnya pada IC 2 tegangan di terminal (+) < (-), maka LED-B on, sedangkan pada IC 1 sebaliknya maka LED-A off.

Kondisi antara titik A dan b akan selalu keterbalikan.

          ^Prinsip Kerja Driver Motor

Driver adalah rangkaian yang tersusun dari transistor yang digunakan untuk menggerakkan motor DC. Dimana komponen utamanya adalah transistor yang dipasang sesuai karakteristiknya.

Pada saat input A berlogika 1, maka ada arus yang mengalir pada rangkaian, akibatnya transistor 1 dan 4 on karena basis terbias, sehingga motor berputar. Sehingga saat input A berlogika 1 maka input B akan berlogika 0, jadi transistor 2 dan 3 akan off.

Pada saat input B berlogika 1, maka ada arus yang mengalir pada rangkaian, akibatnya transistor 2 dan 3 on karena basis terbias, sehingga motor berputar tapi dengan arah yang berlawanan.

F. Control

Blok control ini merupakan jantung rangkaian sebagai pengontrol utama dari keseluruhan rangkaian, dimana sebagai pengontrol digunakan IC mikrokontroler AT89S51. Pada perancangan alat ini digunakakan P1.0, P1.1, P1.3, P1.4, P1.5, dan P1.6. Untuk lebih jelasnya penggunaan port mikrokontroler AT89S51 terlihat seperti Tabel 1.

Port	Penggunaan
P1.0	Input Sensor 1
P1.1	Input Sensor 2
P1.3	IC LM324 (In 4)
P1.4	IC LM324 (In 3)
P1.5	IC LM324 (In 2)
P1.6	IC LM324 (In 1)

G. Cara Kerja Robot Pengikut Garis

Sistem robot pengikut garis yang dirancang mengacu pada sistem robot bergerak otonom, seperti digambarkan dalam blok diagram rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 7. Parameter yang ingin diamati oleh robot adalah keberadaan garis pandu melalui sensor (Gambar 14) dan menghasilkan sinyal digital. Sinyal digital tersebut kemudian dikirim ke IC mikrokontroler AT89S51 melalui port-port (P1.0 dan P1.1) untuk diolah berdasarkan basis pengetahuan yang diprogram dalam mikrokontroler sehingga dihasilkan perintah aksi (output) yang harus dilakukan. Perintah ini kemudian diteruskan melalui port-port (P1.3, P1.4, P1.5 dan P1.6) ke IC LM324 sebagai rangkaian pengendali motor dengan melalui relay sehingga akhirnya bagian aktuasi yang berupa motor DC bergerak sesuai dengan perintah. Dengan demikian pergerakan robot diharapkan dapat mengikuti garis sesuai dengan misi yang diembannya.

Berikut di bawah ini adalah tabel hasil analisa kerja robot pengikut garis saat dijalankan pada lintasan garis hitam/gelap dengan latar belakang putih/terang :

Sensor		Motor		Kondisi
Kanan	Kiri	Kanan	Kiri	Robot
Hitam	Hitam	Berputar	Berputar	Jalan Lurus
Hitam	Putih	Diam	Berputar	Belok Kanan
Putih	Putih	Berputar	Berputar	Jalan Lurus
Putih	Hitam	Berputar	Diam	Belok Kiri

Tabel 3. Hasil Analisa Kerja Robot Pengikut Garis

H. Uji Coba Line Follower

Hasil uji coba Line Follower ini menunjukkan mampu berjalan di beberapa medan, dintaranya medan lurus, belok, naik, dan menurun.

► Hasil : 3 detik          jarak =100 cm

Gambar 3.7. Medan lurus

► Hasil : 4 detik          jarak =100 cm

Gambar 3.8. Medan naik

► Hasil : 2 detik          jarak =100 cm

Gambar 3.9. Medan turun

► Hasil : 5 detik          jarak =100 cm

Gambar 3.10. Medan belok

► Hasil : 15 detik        jarak =275 cm

I.Program Pada Mikrokontroler

Setelah merealisasikan rangkaian perangkat keras, maka langkah selanjutnya adalah membuat program untuk menjalankan alat tersebut. Karena sebuah mikrokontroler tidak akan bekerja bila tidak diberikan program kepadanya. Program tersebut memberitahukan mikrokontroler apa yang harus dilakukan. Program untuk mikrokontroler AT89S51 ini dibuat menggunakan bahasa assembler ASM51. Sesudah di-compile menjadi file hexa (*.hex), program ini kemudian di-download ke dalam mikrokontroler menggunakan mikrokontroler programmer.