BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangPada saat ini, teknologi robot semakin berkembang pesat. Perkembangan ini dapat dilihat dari teknologi microcontroller yang merupakan suatu terobosan teknologi mikroprosesor dan mikrokomputer. Microcontroller banyak digunakan pada berbagai sistem kontrol (Anengsih, 2007:1). Robot merupakan sebuah alat mekanik yang dapat melakukan tugas fisik, baik menggunakan pengawasan dan kontrol manusia, ataupun menggunakan program yang telah didefinisikan terlebih dahulu (Hananto, 2010:1).Di dalam beberapa bidang, terdapat suatu standard teknologi yang tinggi yang susah untuk dicapai tanpa batuan robot. Contoh di dalam dunia industri, robot digunakan untuk lingkungan yang berbahaya bagi manusia, seperti suhu yang sangat dingin ataupun sangat panas bagi manusia, pembersihan limbah beracun, pengangkutan benda-benda yang berat, dan penggunaan robot di dalam clean room pada industri perakitan elektronika (Jazar, 2010:2).Salah satu jenis robot yang banyak digunakan saat ini adalah mobile robot menggunakan roda. Pada bidang militer, robot jenis ini biasanya digunakan sebagai robot pembersih ranjau, robot pemadam kebakaran, dan robot tempur yang dilengkapi dengan senjata (Syah, 2013:www.artileri.org). Di dalam dunia medis, mobile robot dapat digunakan sebagai robot pengantar obat untuk pasien yang sakit (Novetna, 2011:1). Robot jenis ini juga biasa digunakan sebagai robot penjelajah yang berguna untuk mengumpulkan sample yang akan diteliti, robot penjelajah luar angkasa, dan lain-lain.Di dalam menjalankan tugasnya, mobile robot memerlukan catu daya yang biasanya menggunakan baterai atau aki. Jika baterai atau aki ini habis energinya maka robot tidak dapat melakukan kerjanya sebagai mana mestinya. Salah satu solusi untuk keperluan catu daya pada mobile robot yaitu penggunaan solar cell sebagai catu daya. Oleh karena itu, dibuat suatu prototipe mobile robot yaitu Implementasi Solar Cell sebagai Power Supply pada Auto Mobile Robot.Dalam penelitian ini akan dibahas Implementasi Solar Cell sebagai Power Supply pada Auto Mobile Robot. Solar cell berfungsi sebagai sumber energi yang energinya akan disimpan di accu dan auto mobile robot yang berupa robot line follower yang terdiri dari sensor garis yaitu TCRT5000, rangkaian microcontroller ATMEGA 16, rangkaian driver motor MOSFET yang akan menggerakan aktuator berupa motor DC.

1.2 Rumusan MasalahBerdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan dapat disusun rumusan masalah sebagai berikut:1. Bagaimana merancang sistem untuk Implementasi Solar Cell sebagai Power Supply pada Auto Mobile Robot.2. Bagaimana efektifitas robot dengan menggunakan solar cell sebagai power supply.3. Bagaimana pengaruh tegangan yang dihasilkan solar cell terhadap pergerakan robot.

1.3 Batasan MasalahDengan mengacu pada permasalahan yang telah durumuskan, maka hal-hal yang berkaitan dengan perancangan akan diberi batasan sebagai berikut:1. Robot yang digunakan adalah jenis robot line follower yang hanya dapat membedakan warna hitam dan putih.2. Sensor garis yang digunakan adalah TCRT5000.3. Microcontroller yang digunakan adalah ATMEGA 16.4. Driver motor yang digunakan adalah jenis driver motor MOSFET dengan gerbang NOR.5. Pembahasan tentang solar cell tidak mendalam. Tidak membahas proses konversi energi dan penghitungan output.6. Pembahasan tentang motor DC tidak mendalam. Hanya membahas pergerakan motor searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam.7. Pengujian dilakukan outdoor pada siang hari saat matahari bersinar terang.

1.4 TujuanBerdasarkan rumusan masalah di atas, tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:1. Membuat rancangan sistem untuk Implementasi Solar Cell sebagai Power Supply pada Auto Mobile Robot.2. Mengetahui efektifitas robot dengan menggunakan solar cell sebagai power supply.3. Mengetahui pengaruh tegangan yang dihasilkan solar cell terhadap pergerakan robot.

1.5 Sistematika PembahasanPenelitian ini terdiri atas enam bab dengan sistematika pembahasan sebagai berikut:BAB IPendahuluanMemuat latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, dan sistematika pembahasan.BAB IITinjauan PustakaMembahas teori-teori yang mendukung dalam perencanaan dan pembuatan alat.BAB IIIMetodologiBerisi tentang metode-metode yang dipakai dalam melakukan perancangan, pengujian, dan analisis data.BAB IVPerancanganPerancangan dan perealisasian alat yang meliputi spesifikasi, perencanaan diagram blok, prinsip kerja dan realisasi alat.

BAB VPengujian dan AnalisisMemuat aspek pengujian meliputi penjelasan tentang cara pengujian dan hasil pengujian. Aspek analisis meliputi penilaian atau komentar terhadap hasil-hasil pengujian. Pengujian dan analisis ini terhadap alat yang telah direalisasikan berdasarkan masing-masing blok dan sistem secara keseluruhan.BAB VIKesimpulan dan SaranMemuat intisari hasil pengujian dan menjawab rumusan masalah serta memberikan rekomendasi untuk perbaikan kualitas penelitian di masa yang akan datang.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sensor TCRT5000Sensor TCRT5000 adalah jenis sensor yang besifat reflektif yang di dalamnya sudah terdapat sebuah emiter infra merah dengan panjang gelombang 950 nm dan sebuah phototransistor yang dilengkapi leaded package yang berfungsi untuk memfilter semua cahaya tampak. TCRT5000 dapat diaplikasikan sebagai sensor posisi yang diterapkan pada rotary enkoder, pendeteksi bahan yang dapat memantulkan cahaya seperti kertas, IBM cards, dan magnetic tapes. (datasheet TCRT5000, 2009:1).

Gambar 2.1. Bentuk fisik sensor TCRT5000(Sumber: Data sheet TCRT5000)

Sensor TCRT5000 merupakan jenis sensor analog yang keluarannya berupa perubahan resistansi tergantung dari banyaknya cahaya yang diterima oleh detektor yang berupa phototransistor.

Gambar 2.2. Konfigurasi pin TCRT5000(Sumber: Data sheet TCRT5000)

Arus yang melewati anoda pada sumber cahaya dari sensor akan mempengaruhi besarnya arus yang melewati kolektor menuju emitor.

Gambar 2.3. Grafik pengaruh arus pada LED terhadap arus kolektor(Sumber: Data sheet TCRT5000)

Dari Gambar 2.3 terlihat bahwa arus yang diberikan pada LED mendekati linear terhadap arus yang mengalir ke kolektor phototransistor. Semakin besar arus yang diberikan pada LED maka semakin besar juga arus yang mengalir ke kolektor phototransistor, sebaliknya semakin kecil arus yang diberikan pada LED maka semakin kecil juga arus yang mengalir ke kolektor phototransistor.

Gambar 2.4. Grafik pengaruh VCE terhadap IC saat IF konstan(Sumber: Data sheet TCRT5000)

Dari Gambar 2.4 terlihat bahwa tegangan antara kolektor emitor mempengaruhi besarnya arus kolektor saat arus yang diberikan pada LED adalah konstan. Didapatkan besarnya resistor yang harus dipasang pada kaki kolektor TCRT5000 dengan cara menarik garis lurus yang linear terhadap IC dan VCE.

Gambar 2.5. Penentuan nilai resistor(Sumber: Diadaptasi dari data sheet TCRT5000)

Berdasarkan Gambar 2.5, maka didapat besarnya nilai resistor yang harus dipasang pada kaki kolektor TCRT5000 adalah:

Sedangkan untuk mendapatkan nilai resistor yang harus dipasang pada pada kaki anoda TCRT5000 adalah:

Maka didapat perancangan sensor TCRT5000 sebagai berikut:

Gambar 2.6. Skematik sensor TCRT5000

2.2 IC Multiplekser 4051IC multiplekser yang dipakai adalah tipe 4051 yang merupakan delapan channel multiplekser yang memiliki tiga digit sinyal pemilih. Sinyal pemilih ini yang akan mengaktifkan satu dari 8 channel yang ada secara bergantian dan channel yang aktif akan terhubung ke output. Multiplekser ini memiliki pin inhibit yang harus selalu bernilai low agar multiplekser dapat mengaktifkan salah satu channel yang ada(data sheet Multiplekser 4051, 2000:1).

Gambar 2.7. Konfigurasi pin multiplekser 4051(Sumber: Data sheet multiplekser 4051)

Pin VDD dihubungkan ke sumber tegangan, pin 6 atau inhibit harus selalu diberi nilai low, VEE dan VSS dihubungkan ke ground, pin A, B, C sebagai pin kontrol yang akan menentukan channel 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, atau 7 yang akan disambungkan ke pin com out/in.

Gambar 2.8. Tabel kebenaran multiplekser 4051(Sumber: Data sheet multiplekser 4051)

Berdasarkan tabel kebenaran multiplekser 4051, terlihat bahwa pin kontrol A, B, C yang akan menentukan channel mana yang aktif dan terhubung ke pin com out/in dan juga pin inhibit harus selalu bernilai low karena jika bernilai high maka tidak ada channel yang aktif.

2.3 IC Microcontroller ATMEGA 16Salah satu IC microcontroller yang banyak digunakan adalah ATMEGA 16 dari keluarga AVR. AVR merupakan seri microcontroller CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasisarsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI (data sheet ATMEGA 16, 2002:4).ATMega16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses (data sheet ATMEGA 16, 2002:3). Beberapa keistimewaan dari AVR ATMega16 antara lain:1. Microcontroller AVR 8 bit yang memiliki kemampuan tinggi, dengan daya rendah.2. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16 MHz.3. Memiliki kapasitas flash memori 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte dab SRAM 1 Kbyte.4. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaiut port A, port B, port C dan port D.5. CPU yang terdiri dari 32 buah register 6. Unit interupsi internal dan eksternal.7. Port USART untuk komunikasi serial 8. Fitur pheripherala. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.a) 2 (dua) buah Timer/Counter 8 bit dengan prescaler terpisah dan Mode Compareb) 1 (satu) buah Timer/Counter 16 bit dengan prescaller terpisah, Mode Compare, dan Mode Captureb. Real Time Counter dengan Oscilator tersendiric. 4 channel PWMd. 8 channel, 10-bit ADCa) 8 Single-ended Channel b) 7 Differential Channel hanya pada kemasan TQFPc) 2 Differential Channel dengan programmable Gain 1x, 10x, atau 200xe. Byte-Oriented Two-wire Serial Interface f. Progammable serial USARTg. Antarmuka SPI h. Watchdog Timer dengan oscillator internali. On-chip Analog Comparator(data sheet ATMEGA 16, 2002:1)ATMEGA 16 memerlukan sistem minimum agar dapat digunakan sebagai mana mestinya. Ada 3 bagian penting dalam sistem minimum ATmega16 ini, yaitu:1. Catu DayaCatu daya adalah sumber power/tegangan yang akan menghidupkan sistem minimum ini. Catu daya yang dibutuhkan oleh sistem minimum ini sebesar 4,5 - 5V.2. Clock/CrystalClock/Crystal merupakan hal yang sangat penting juga dalam rangkaian sistem minimum karena bagian ini yang berfungsi memberikan clock untuk berjalannya transfer data.3. ResetRangkaian reset berfungsi sebagai interrupt untuk set ke program awal. Ketika pin ini diaktifkan maka program akan berjalan lagi dimulai dari awal.

Gambar 2.8. Konfigurasi pin ATMEGA 16(Sumber: Data sheet ATMEGA 16)4. Port A(PA0PA7) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan ADC.5. Port B (PB0PB7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.Tabel 2.1 Fungsi khusus Port BPinFungsi Khusus

PB7SCK (SPI Bus Serial Clock)

PB6MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)

PB5MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)

PB4 (SPI Slave Select Input)

PB3AIN1 (Analaog Comparator Negative Input)OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Match Output)

PB2AIN0 (Analog Comparator Positive Input)INT2 (External Interrupt 2 Input)

PB1T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)

PB0T0 T1 (Timer/Counter0External Counter Input)XCX (USART External Clock Input/Output)

6. AVCC merupakan pin masukan tegangan ADC.7. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.(data sheet ATMEGA 16, 2002:5)

2.4 Driver Motor MOSFETDriver Motor MOSFET yang digunakan yaitu terdiri dari MOSFET IRF 9540N, MOSFET IRF 540N, IC gerbang NOR CD4001, dan Transistor BD 139. Driver motor ini dirancang membentuk H-bridge sehingga aktuator berupa motor DC dapat berputar searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam sesuai dengan logika yang diberikan ke driver motor. Driver motor ini juga berfungsi sebagai penguat tegangan, tegangan yang telah dikuatkan tersebut akan men-supply motor DC.

2.1.1 2.2.1 2.3.1 2.4.1 Power MOSFET IRF 9540 dan MOSFET IRF 540IRF 9540 merupakan jenis MOSFET channel P, IRF 540 adalah MOSFET channel N yang sama-sama memiliki kelebihan seperti dapat beroperasi pada suhu maksimal 1750C, dapat melakukan switch yang cepat, dapat digunakan secara paralel dengan mudah, persyaratan untuk men-drive cukup mudah (data sheet IRF 9540N, 2011:1).

Gambar 2.8. Konfigurasi pin MOSFET IRF 9540(Sumber: Data sheet MOSFET IRF 9540)

Gambar 2.9. Konfigurasi pin MOSFET IRF 540(Sumber: Data sheet MOSFET IRF 540)

2.4.2 IC Gerbang NOR 4001IC 4001 merupakan IC gerbang logika NOR yang dapat dicatu sumber tegangan antara 3 Vdc sampai 18 Vdc, mampu men-drive dua beban low-power TTL atau satu beban low-power schottky TTL, dan mempunyai dua buah dioda sebagai pengaman pada semua pin input (data sheet IC 4001, 2000:1).

Gambar 2.10. Konfigurasi pin IC 4001(Sumber: Data sheet IC 4001)

Di dalam IC 4001 terdapat empat buah gerbang NOR dengan dua masukan pada pin IN pada masing-masing gerbang dan terdapat satu keluaran pada pin OUT untuk masing-masing gerbang. Pin VDD dihubungkan dengan sumber tegangan dan pin VSS dihubungkan dengan ground.

Gambar 2.11. Tabel tegangan keluaran, tegangan masukan, dan arus drive keluaran(Sumber: Data sheet IC 4001)

Dari Gambar 2.11, terlihat bahwa ketika tegangan catu daya adalah 5 Vdc, maka tegangan keluaran saat benilai high VOH adalah 2,5 V dan 4,6 V dan arus keluarannya bernilai -1,7 mA dan -0,36 mA saat IC dioperasikan pada suhu 250C. Tanda minus pada keluaran memiliki arti bahwa arus meninggalkan gerbang.

2.4.3 Transistor BD 139Transistor BD 139 adalah transistor bipolar channel P yang digunakan sebagai saklar pemilih yang akan mengaktifkan MOSFET dari 4 MOSFET yang ada, baik itu channel N ataupun channel P. BD 139 dapat diaplikasikan sebagai saklar yang memiliki daya medium (data sheet BD 139, 2000:1).

Gambar 2.12. Konfigurasi pin transistor BD 139(Sumber: Data sheet BD 139)

Gambar 2.13. Grafik IC fungsi hFE(Sumber: Diadaptasi dari data sheet BD 139)

Dari Gambar 2.13 terlihat bahwa VCE konstan sebesar 2 V dan jika diinginkan arus IC sebesar 0,5 A maka didapatkan penguatan hFE sebesar 80. Sehingga nilai arus IB dapat diketahui dengan cara sebagai berikut:

2.4.4 Rangkaian Driver MotorDriver motor ini dirancang berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan dan berdasarkan data sheet dari semua komponen yang digunakan.

Gambar 2.14. Rangkaian driver motor MOSFET(Sumber: Diadaptasi dari elektrofacuk.wordpress.com)

Pada perancangan driver motor ini digunakan dioda sebagai pengaman arus balik dari motor dan digunakan juga resistor yang terhubung dengan basis dan kolektor pada transistor BD 139. Adapun perhitungan nilai resistor pada kaki basis adalah sebagai berikut:

Dan nilai resistor pada kaki kolektor adalah sebagai berikut:

Sehingga nilai R3 dan R4 adalah 688 , sedangkan nilai R1 dan R2 adalah 20 .

2.5 LCD Character 16 x 2LCD adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Pada LCD berwarna semacam monitor terdapat banyak sekali titik cahaya (pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya di dalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih di bagian belakang susunan kristal cair tadi.Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yang membentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polarisasimedan magnetik yang timbul dan oleh karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan sedangkan warna lainnya tersaring.

Tabel 2.2Konfigurasi pin LCDLCD (Liquid Crystal Display) yang dipakai adalah LCD Character 16 x 2. Pengiriman data ke LCD ada dua macam yaitu data sebagai instruksi dan data sebagai karakter yang kita tampilkan di layer. Keduanya dibedakan oleh sebuah kaki yang diberi nama RS (Register Select) dimana bila logika = 1 (high) maka data yang diterima LCD adalah data character sedangkan bila RS = 0 (low) maka data yang diterima LCD adalah data instruksi bagi LCD.No. KakiSimbolLevelFungsi

1VSS-Ground

2VDD-Power supply for logic (+5 volt)

3VO-Power Supply for LCD

4RSH/LRegister SelectionH : Display data L : Instruksi code

5R/WH/LRead/Write SelectionH : Read operation L : Write operation

6EH/LEnable Signal

7DB0H/LIn 8-bit mode, used as low order bidirectional data bus.In 4-bit mode, open these terminals.

8DB1H/L

9DB2H/L

10DB3H/L

11DB4H/LIn 8-bit mode, used as high order bidirectional data bus.In 4-bit mode, used as both high and low order data bus.

12DB5H/L

13DB6H/L

14DB7H/L

15LED A-LED Power Supply (+5 volt)

16LEDK-LED Power Supply (0 volt)

LCD yang dipergunakan mempunyai spesifikasi sebagai berikut:1. Terdiri atas 32 karakter yang tersusun dalam dua baris (masing-masing 16 karakter) dengan display dot matrik 5 x 72. Karakter generator ROM denagan 192 tipe karakter3. Karakter generator RAM dengan 8 tipe karakter 4. Display data RAM ukuran 80 x 8 bit 5. Catu daya + 5 volt6. Reset pada saat power on

Gambar 2.15. Bentuk fisik LCD character 16 x 2(Sumber: go-electronics.weebly.com)

Gambar 2.16. Konfigurasi pin LCD character 16 x 2

2.6 Sensor TeganganSensor tegangan berfungsi untuk mengukur tegangan yang dihasilkan oleh solar cell. Pada perancangan ini dibuat sensor tegangan yang terdiri dari rangkaian pengondisi sinyal yang berfungsi untuk menurunkan tegangan. Tegangan yang telah diturunkan tersebut kemudian akan diolah oleh microcontroller.

Gambar 2.17. Blok diagram pemprosesan tegangan

Pada perancangan ini akan dibuat suatu rangkaian pengondisi sinyal. Rangkaian pengondisi sinyal yang digunakan adalah penguat differensial dasar.

Gambar 2.18. Rangkaian penguat differensial dasar(Sumber: Slide kuliah Sistem Instrumentasi Elektronika oleh Ponco Siwindarto)Persamaan pada penguat differensial dasar adalah sehingga jika diinginkan masukan pada penguat differensial dasar sebesar 20 volt dan keluarannya sebesar 5 volt, maka dapat dirancangan sebgai berikut:

Jika R1 = 10 k, maka

Namun, penguat differensial dasar ini masih memiliki kelemahan yaitu impedansi masukannya rendah, impedansi masukan pada kedua terminal masukannya tidak sama, pengubahan penguatan sulit dilakukan. Untuk mengurangi kelemahan-kelemahan penguat differensial maka digunakan buffer pada setiap input pengguat differensial dasar.

Gambar 2.18. Rangkaian penguat differensial dasar(Sumber: Diadaptasi dari slide kuliah Sistem Instrumentasi Elektronika oleh Ponco Siwindarto)

2.7 Solar CellEnergi surya atau dalam dunia internasional lebih dikenal sebagai solar cell atau photovoltaic cell merupakan sebuah divais semikonduktor yang memiliki permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian dioda tipe P dan tipe N, yang mampu merubah energi sinar matahari menjadi energi listrik. Pengertian photovoltaic sendiri merupakan proses merubah cahaya menjadi energi listrik. Kata photovoltaic sendiri sebenarnya berasal dari bahasa Yunani photos yang berarti cahaya dan volta yang merupakan nama ahli fisika dari Italia yang menemukan tegangan listrik. Sehingga secara bahasa dapat diartikan sebagai cahaya dan listrik (photovoltaic). (Mukund, 1999).Modul solar cell terdiri dari beberapa sel, yang setiap selnya menghasilkan tegangan antara 0,5 volt sampai 0,6 volt. Jika 32 sampai 34 sel yang terpasang maka secara seri maka tegangan keluaran yang dihasilkan sekitar 18 volt (Saputra, 2008:4).

Gambar 2.19. Solar cell, module, panel, array(Sumber: Saputra, 2008)

Solar cell benyak memiliki keuntungan, yaitu:1. Tidak membutuhkan bahan bakar minyak dan tidak ada gas emisi selama beroperasi, sehingga tidak menyebabkan polusi lingkungan. Energi yang dibutuhkan hanyalah energi matahari yang didapatkan secara gratis. Solar cell juga beroperasi tanpa adanya suara yang bising dan tidak ada bagian yang bergerak sehingga dapat menggurangi biaya operasional dan mengurangi pekerjaan maintenance untuk pembersihan.2. Modul solar cell terpercaya, stabil, tahan lama, dan memiliki waktu operasi lebih dari 10 tahun karena modul solar cell tahan terhadap perubahan cuaca.3. Sistem solar cell adalah unit modular sehingga dapat dibangun untuk memenuhi kebutuhan perbedaan tenaga yang siap untuk ditambahkan ke sistem yang ada untuk memenuhi kenaikan kebutuhan.(Saputra, 2008:4)Namun solar cell juga memiliki kelemahan, yaitu:1. Output tenaga tergantung pada intensitas cahaya matahari yang diterimanya.2. Hanya menghasilkan tegangan DC.3. Biaya awal lebih besar dibandingan dengan sistem pengkonversian energi yang laiinya.(Saputra, 2008:5)2.8 Rangkaian Charging AccuRangkaian charging berfungsi untuk mengisi kembali energi pada accu yang digunakan. Rangkaian ini akan bekerja ketika level tegangan accu terdeteksi dibawah nilai tegangan yang telah ditetapkan.

Gambar 2.20. Rangkaian Charging Accu(Sumber: Rizky, 2013)Nilai-nilai resistor R3 dan R4 yang terhubung ke PIN ADC pada microcontroller

Nilai resistor RB yang terhubung pada PIN I/O microcontroller dapat dianalisis.

(Rizky, 2013:9)

2.9 AccuAccu(akumulator atauaki) adalah sebuah tempat penyimpanenergi(umumnya energilistrik) dalam bentuk energi kimia. Di dalam standar internasional setiap satu cell akumulator memiliki tegangan sebesar 2 volt, sehingga accu 12 volt memiliki 6 cell sedangkan accu 24 volt memiliki 12 cell. Dalam penelitian ini, energi yang dihasilkan solar cell akan disimpan dalam suatu tempat penyimpanan energi supaya dapat digunakan apabila dibutuhkan menggunakan accu yang disesuaikan dengan kebutuhan beban dan lama penggunaan. Pemilihan accu dikarenakan mudah dalam perawatan serta memiliki kapasitas arus yang lebih besar (Rizky, 2013:15).

Gambar 2.21. Bentuk fisik accu(Sumber : www.yuasabattery.co.id)2.10 Motor DCMotor listrik adalah alat atau mesin yang dapat merubah daya listrik menjadi daya mekanik. Apabila pada suatu penghantar yang kemudian dialiri listrik dan terletak di antara dua buah kutub medan magnet (kutub utara dan kutub selatan), maka pada penghantar tersebut akan terjadi gaya yang dapat menggerakkan penghantar tersebut (Effendi, 2008:24).Motor dan generator searah dibuat dengan cara yang sama sehingga mesin DCdapat bekerja baik sebagai motor maupun sebagai generator. Cara kerja motor DC adalah arus mengalir melalui kumparan jangkar dan kumparan medan dari sumbertegangan DC, menyebabkan kumparan medan bereaksi sebagai magnet. Berdasarkan kaidah tangan kanan bahwa suatu konduktor yang membawa arus dan berada dalam medan magnetik, maka konduktor tersebut akan bergerak. Dengan demikian, kumparan jangkar yang berada dalam medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan akan berputar (Effendi, 2008:24).Pada dasarnya konstruksi motor atau generator DC terdiri dari tiga bagian, yaitu bagian stator, bagian rotor, dan bagian lain yang diperlukan untuk menghasilkan arus.

1. Bagian statorBagian stator adalah bagian yang tinggal tetap (tidak bergerak) yang terdiri dari rumah dengan kutub magnet yang dibuat dari pelat-pelat yang dipejalkan dengan gulungan penguat magnet berikut tutup rumah.2. Bagian rotorBagian rotor adalah bagian yang bergerak yang terdiri dari silinder dibuat daripelat-pelat yang dipejalkan yang diberi saluran sebagai tempat kumparan yang biasa disebut angker atau jangkar. Pada angker atau jangkar terpasang kolektor atau komutator yang terdiri dari segmen-segmen yang berhubungan dengan gulungan angker.3. Bagian-bagian lainYang dimaksud degan bagian lain-lain adalah bagian yang diperlukan untukmengambil atau mengeluarkan arus dari yang bergerak yang disebut brostel atau sikat.

Gambar 2.22. Prinsip kerja motor DC(Sumber: Mackay, 2003)

Berdasarkan sumber arus penguatan magnet, motor DC dapat dibedakan atas :1. Motor penguat permanen2. Motor DC penguatan terpisah, bila arus penguatan magnet diperoleh darisumber DC diluar motor. Motor DC penguat terpisah memiliki kumparan jangkar dan kumparan medan yang di catu dari sumber yang berbeda. Pengaturan kecepatan dilakukan melalui pengaturan tegangan pada kumparan jangkar.3. Motor DC dengan penguatan sendiri, bila arus penguatan magnet berasal dari motor itu sendiri.Sedengkan berdasarkan kontruksinya terdapat tiga jenis motor DC:1. Motor DC shuntMotor DC shunt memiliki kumparan medan yang dihubungkan secara paralel dengan kumparan jangkar. Kondisi ini akan banyak menghasilkan kecepatan yang konstan. Pengaturan kecepatan dapat dilakukan dengan pengaturan tegangan secara stabil dengan torsi yang hanya tergantung pada besarnya arus jangkar dan pengaturan tahanan yang dihubungkan seri dengan kumparan jangkar, tetapi cara ini kurang baik sebab rugi-rugi daya pada r akan tergantung pada kecepatan dan torsi beban.2. Motor DC seriMotor DC seri mempunyai medan penguat yang dihubungkan seri dengan medan jangkar. Arus jangkar lebih besar daripada arus jangkar pada motor jenis shunt dan jumlah kumparan N, lebih sedikit. Tahanan pada motor DC seri lebih kecil karena tahanan itu sendiri merupakan bagian dari jumlah lilitan yang sedikit. Kecepatan motor dapat diatur melalui pengaturan catu.3. Motor kompondMotor ini merupakan gabungan dari sifat-sifat dari motor DC shunt dan motor DC seri, tergantung mana yang lebih kuat lilitannya,umumnya motor jenis ini memiliki momen start yang lebih besar seperti motor DC seri. Perubahan kecepatan sekitar 25% terhadap kecepatan tanpa beban. Motor ini dibagimenjadi 2 jenis yaitu motor kompond panjang dan motor kompond pendek.(Effendi, 2008:24).

BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metode PenelitianPenyusunan penelitian ini berdasarkan pada masalah yang bersifat aplikatif, yaitu perencanaan dan perealisasian alat agar dapat bekerja sesuai dengan yang direncanakan dengan mengacu pada rumusan masalah.Langkah-langkah yang perlu dilakukan untuk merealisasikan alat yang akan dibuat adalah sebagai berikut:

3.2 Penentuan Spesifikasi AlatPenentuan spesifikasi dari alat ini bertujuan agar dapat dibuat sesuai yang diinginkan dan dapat bekerja dengan efektif serta efisien. Alat yang dirancang memiliki spesifikasi sebagai berikut:1. Alat mampu bekerja dengan energi yang diberikan oleh solar cell dan energi tersebut disimpan dalam accu.2. Robot yang digunakan adalah robot line follower.3. Menggunakan sensor garis TCRT5000.4. Menggunakan IC multiplekser 4051 pada sensor garis.5. Microcontroller yang digunakan adalah ATMEGA 16 buatan ATMEL.6. Driver motor yang digunakan adalah driver motor MOSFET yang terdiri dari dua buah MOSFET tipe IRF 9540, dua buah MOSFET tipe IRF 540, IC gerbang NOR 4001, dan dua buah transistor BD 139.7. Terdapat sensor tegangan yang dirancang menggunakan LM 324.8. Terdapat rangkaian charging accu.9. LCD yang digunakan adalah LCD character 16 x 2 sebagai penampil.10. Solar cell yang digunakan adalah 20 Wp tipe polycristalline.11. Penyimpan energi menggunakan accu dengan kapasitas 12V dengan arus 7Ah.

3.3 Studi LiteraturDalam penyusunan karya tulis ini, pengumpulan data dilakukan dengan melakukan studi literatur (library research), penelusuran informasi digital, dan wawancara nara sumber dengan sasaran tinjauan antara lain:1. Informasi internet.2. Pustaka-pustaka referensi.3. Pustaka penunjang.Studi literatur yang dilakukan bertujuan untuk mengkaji hal-hal yang berhubungan dengan teori-teori yang mendukung dalam perencanaan dan perealisasian alat. Teori-teori yang dikaji adalah sebagai berikut:1. Teori mengenai rangkaian sensor yang berfungsi merubah besaran fisik menjadi elektrik.2. Teori umum mengenai sensor garis.3. Teori umum mengenai sensor tegangan.4. Teori umum mengenai rangkaian charging accu.5. Teori umum mengenai microcontroller.6. Teori umum mengenai multiplekser.7. Teori umum mengenai driver motor MOSFET.8. Teori umum mengenai motor DC.9. Teori umum mengenai solar cell.10. Teori tentang rangkaian keseluruhan sistem.

3.4 Perancangan dan Perealisasian AlatDalam perancangan dan perealisasian alat membahas tentang diagram blok, perencanaan perangkat keras, dan perencanaan perangkat lunak.

3.1.1 3.2.1 3.3.1 3.4.1 Diagram BlokPembuatan diagram blok merupakan dasar dari perancangan sistem agar perancangan dan perealisasian alat berjalan secara sistematis.

Gambar 3.1. Diagram blok sistem

Penjelasan mengenai diagram blok sistem sebagai berikut:1. Sensor TCRT5000 berfungsi sebagai sensor garis agar dapat membedakan warna garis hitam atau putih.2. Multiplekser IC 4051 berfungsi sebagai rangkaian pemilih sensor mana yang akan aktif yang kemudian akan diolah oleh microcontroller.3. Rangkaian charging accu berfungsi sebagai charger accu dan controller.4. Rangkaian sensor tegangan berfungsi sebagai pengukur tegangan yang dihasilkan oleh solar cell.5. Microcontroller ATMEGA 16 berfungsi sebagai pengolah semua data yang masuk dan akan mengeluarkan data sesuai keinginan user.6. Driver motor MOSFET berfungsi sebagai penguat tegangan yang akan di-supply ke motor DC dan sebagai pengatur arah putar motor DC.7. Motor berfungsi sebagai aktuator yang akan menggerakan seluruh sistem.8. LCD character 16 x 2 berfungsi sebagai penampil.9. Solar cell berfungsi sebagai sumber energi.10. Accu sebagai baterai robot.

3.4.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)Perencanaan perangkat keras meliputi perencanaan rangkaian sensor garis, rangkaian sensor tegangan, rangkaian ATMEGA 16, rangkaian LCD, rangkaian driver motor MOSFET.

3.4.2.1. Rangkaian sensor garisRangkaian sensor garis ini diinginkan memiliki 12 buah sensor garis dan 2 buah IC multiplekser. Masing-masing sensor garis ini dipasang membentuk sensor proximity.

3.4.2.2. Rangkaian charging accuRangkaian charging accu dirancang agar dapat mendeteksi perubahan tegangan, sehingga jika tegangan yang terdapat pada accu kurang dari yang diinginkan maka rangkaian ini akan aktif sehingga mengisi energi pada accu dan jika tegangan pada accu sudah sesuai dengan yang diinginkan maka rangkaian ini akan tidak aktif.3.4.2.3. Rangkaian sensor teganganRangkaian sensor tegangan diinginkan terbuat dari operational amplifier. Rangkaian sensor tegangan ini berbentuk penguat differensial dengan buffer pada masing-masing masukannya dengan jenis IC LM 324.

3.4.2.4. Rangkaian ATMEGA 16Rangkaian ATMEGA 16 merupakan rangkaian sistem minimum agar microcontroller dapat berfungsi sesuai yang diharapkan. ATMEGA16 akan menerima masukan dari sensor garis, tombol mode, sensor tegangan, rangkaian charging accu dan akan mengeluarkan data sesuai yang diinginkan user yaitu ke arah LCD dan driver motor.

3.4.2.5. Rangkaian LCDRangkaian LCD dibuat agar LCD yang digunakan dapat menampilkan karakter yang diinginkan.

3.4.2.6. Rangkaian driver motor MOSFETRangkaian driver motor MOSFET berfungsi sebagai penguat tegangan yang akan di-supply ke motor DC dan sebagai pengatur arah putar motor DC.3.4.3 Perancangan Perangkat Lunak (Software)Perancangan perangkat lunak berupa flowchart (diagram alir) bahasa pemograman yang dipakai untuk ATMEGA16. Bahasa pemograman yang digunakan adalah bahasa C++ yang nantinya dibuat dan di-compile menggunakan software code vision AVR.

3.5 Pengujian AlatUntuk menganalisis kinerja alat apakah sesuai dengan yang direncanakan maka dilakukan pengujian sistem. Pengujian dilakukan pada masing-masing blok pada perancangan hardware serta pengujian keseluruhan untuk mengetahui software dapat berjalan atau tidak.

3.5.1 Pengujian Perangkat Keras (Hardware)Pada bagian ini pengujian dilakukan pada masing-masing blok. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah masing- masing blok dapat bekerja sesuai dengan fungsinya seperti yang telah direncanakan. Pengujian tersebut meliputi :

3.5.1.1 Pengujian Rangkaian Sensor GarisPengujian ini dilakukan dengan cara mengukur tegangan ketika sensor dihadapkan pada bidang bewarna hitam dan putih.

3.5.1.2 Pengujian Rangkaian Microcontroller ATMEGA16Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui port-port dari IC ATMEGA16 dapat berfungsi dengan baik. Pengujian dilakukan dengan menyambungkan LED pada masing- masing port IC dan diberi logika high atau low.

3.5.1.3 Pengujian Rangkaian Driver Motor MOSFETPengujian yang dilakukan dengan cara menyambung setiap masukan gerbang logika NOR dengan salah satu pin microcontroller. Jika salah satu kaki NOR diberikan logika high dan keluarannya high maka gerbang dapat berfungsi dengan baik. Jika gate MOSFET IRF 9540 diberi logika low dan dapat menghantarkan arus dari drain ke source maka IRF 9540 berfungsi dengan baik. Jika gate MOSFET IRF 540 diberi logika high dan dapat menghantarkan arus dari drain ke source maka IRF 540 berfungsi dengan baik. Jika basis BD 139 diberi logika high dan dapat menghantarkan arus darikolektorke emitor maka BD 139 berfungsi dengan baik.

3.5.1.4 Pengujian Rangkaian Charging AccuPengujian dilakukan dengan cara memberi nilai tegangan yang berbeda kepada rangkaian. Jika rangkaian memberikan respon charging atau uncharging sesuai perancangan maka rangkaian dapat berfungsi dengan baik.

3.5.1.5 Pengujian Rangkaian Sensor TeganganPengujian dilakukan dengan cara memberi nilai tegangan yang berbeda kepada sensor dan hasil dari pengukuran sensor tegangan akan ditampilkan di LCD, kemudian akan dibandingkan dengan pengukuran menggunakan Voltmeter.

3.5.1.6 Pengujian Solar CellPengujian terhadap solar cell yaitu pengujian terhadap tegangan dan arus yang dihasilkan oleh solar cell.

3.5.2 PengujianKeseluruhan SistemPengujian keseluruhan sistem ini dengan menyambungkan semua hardware yang dibuat berdasarkan blok diagram dan memasukkan program berupa software yang bekerja untuk mengendalikan hardware yang telah dibuat. Sistem bekerja dengan baik jika dapat berjalan sesuai flowchart yang telah direncanakan.

3.6 Pengambilan KesimpulanKesimpulan didapat berdasaran hasil perealisasian sistem Implementasi Solar Cell sebagai Power Supply pada Auto Mobile Robot. Beberapa hal hasil pengujian disampaikan dalam kesimpulan disertai realita yang disusun secara berurutan.

RENCANA KEGIATANPelaksanaan kegiatan ini direncanakan dalam waktu lima bulan dengan kegiatan setiap bulannya ditunjukkan dalam Tabel 1.Tabel 1.Tabel rencana kegiatanNo.KegiatanBulan ke

IIIIIIIVV

1Seminar Proposal

2Studi Literatur

3Pembuatan Alat

4Pengujian Alat

5Penyusunan Laporan

6Seminar Hasil

DAFTAR PUSTAKA

Anegsih, Sari. Pengendalian Robot untuk Keluardari Ruangan. 2007. Bandung: UNIKOM.

Data sheet TCRT5000

Data sheet 4051

Data sheet 4001

Data sheet LM 324

Data sheet ATMEGA 16

Data sheet IRF 9540

Data sheet IRF 540

Data sheet BD 139

Efendi, Muhammad Bahrul. 2008. Pengendali Penjejak Orientasi Matahari dengan Metode Fuzzy Logic Berbasis Microcontroller.Jember: Universitas Jember.

Hananto,Bayu. Pemanfaatan Telecommand untuk Sistem Kendali Robot. 2010. Jakarta: UPNVJ.

Jazar, Reza. Theory of Applied Robotics. 2010. Australia: Springer Science+Business Media.

Mukund, Patel. 1999. Wind and Solar Power System. New York: CRC.

Novetna, Febby. Robot Pengantar Obat Berbasis Microcontroller. 2011. Surabaya: UNAIR.

Pranoto, David Mabrur. Line Follower Robot. 2009. Bandung: UNIKOM.

Rizky, M. Saddam. 2013. Rancang Bangun Sistem Otomatisasi Penerangan dan Motion Detector sebagai Proteksi Keramba pada Sentra Budidaya Ikan. Malang: Universitas Brawijaya.

Saputra, Wasana. 2008. Rancang Bangun Solar Tracking System untuk Mengoptimalkan Penyerapan Energi Matahari pada Solar Cell. Jakarta: UI.

Syah,Efran.http://www.artileri.org/2013/01/militer-rusia-maksimalkan-penggunaan-robot.html.diakses tanggal 14 Desember 2013.

Wawolumaja, Rudy. 2013. Rangkaian Pengolah Sinyal Analog. Bandung: Universitas Kristen Maranatha. 33