Modul 4 (Aplikasi Pintu Portal Otomatis Berbasis Arduino UNO dengan Menggunakan Sensor Ultrasonic)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Latar Belakang
2. Tujuan
3. Alat dan Bahan
4. Dasar Teori
5.Percobaan

Percobaan

Tugas Besar

Modul IV

1. Latar Belakang [kembali]

Pada sebuah perumah, dimana di perumahan tersebut yang mana hanya gang sempit. Maka, di perumahan tersebut hanya bisa untuk jalur satu. Dan contoh kondisi seperti ini dapat dijumpai di daerah Gunung Panggilun, Padang. Dengan kondisi seperti ini, pada saat warga perumahan ataupun tamu ingin masuk atau keluar dalam waktu yang sama, akan menemukan kendala. Dimana pengendara susah untuk lewat. Maka dari itu, kami kelompok 13 pratikan Mikrokontroller dan Mikroprosessor  2018 membuat sebuah alat pada Modul 4 ini untuk solusi  menanggulangi masalah ini dengan membuat sebuah Aplikasi Pintu Portal Otomatis Berbasis Arduino UNO dengan Menggunakan Sensor Ultrasonic. Dan kami membuat jalur masuk dan keluar di beda tempat. Contoh, dimana jika ada pengendara yang masuk dari luar di pintu portal bagian masuk maka portal akan terbukan otomatis, akan tetapi jika ada pengendara yang mau keluar di pintu portal masuk, portal tidak akan terbukan. Karena tidak sesuai prosedur yang telah ditetapkan.

2. Tujuan [kembali]

Adapun tujuan dari pembuatan alat pada Modul 4 ini, ialah:

1. Untuk mengatur  kelancaran transportasi di perumahan yang memikili jalur satu arah (gang sempit) 
2.   Supaya tidak terjadi hambatan saat pengendara yang keluar ataupun masuk perumahan
3.  Untuk menciptakan ketertiban pengendara di perumahan
 

 
3. Alat dan Bahan [kembali]
• ·         Arduino UNO
• ·         Sensor Ultrasonic
• ·         Motor Servo
• ·         Jumper
• ·         Breadboard (Papan Roti)
• ·         LCD
 

4. Dasar Teori [kembali]

A.Arduino

Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Arduino yang kita gunakan pada prkatikum ini adalah arduino mega yang menggunakan chip AVR ATmega 2560 yang memiliki fasilitas PWM, komunikasi serial, ADC, timer, interupt, SPI dan I2C. Sehingga Arduino bisa digabungkan bersama modul atau alat lain dengan protocol yang berbeda-beda. Bahasa pemograman yang digunakan adalah bahasa C. Tetapi bahasa ini sudah dipermudah menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga lebih mudah dalam memprogramnya. Dalam memprogram arduino, kita bisa menggunakan serial komunikasi agar arduino dapat berhubungan dengan komputer ataupun aplikasi lain.

Beberapa fitur dari Arduino Mega 2560 ini adalah :

Microcontroller	ATmega2560
Operating Voltage	5V
Input Voltage (recommended)	7-12V
Input Voltage (limits)	6-20V
Digital I/O Pins	54 (of which 15 provide PWM output)
Analog Input Pins	16
DC Current per I/O Pin	20 mA
DC Current for 3.3V Pin	50 mA
Flash Memory	256 KB of which 8 KB used by bootloader
SRAM	8 KB
EEPROM	4 KB
Clock Speed	16 MHz

BAGIAN-BAGIAN DARI ARDUINO MEGA 2560

·         Soket USB

     Soket USB adalah soket untuk kabel USB yang disambungkan ke komputer atau laptop.

Berfungsi untuk mengirimkan program ke Arduino dan juga sebagai port komunikasi serial.

·         Input / Output Digital

     Input/Output Digital atau digital pin adalah pin-pin untuk menghubungkan Arduino dengan

komponen  atau  rangkaian  digital.  Pada  Arduino  Mega  terdapat  53  I/O  Digital  dimana  16

diantaranya dapat dijadikan sebagai output PWM

 

•   Input Analog

    Input Analog atau analog pin adalah pin-pin yang berfungsi untuk menerima sinyal dari komponen atau rangkaian analog. Misalnya dari potensiometer, sensor suhu, sensor cahaya, dsb.

Terdapat 16 input analog pada arduino mega 2560.

• ·         Pin POWER

     Pin-pin catu daya adalah pin yang memberikan tegangan untuk komponen atau rangkaian yang dihubungkan dengan Arduino. Pada bagian catu daya ini terdapat juga pin Vin dan Reset.Vin digunakan untuk memberikan tegangan langsung kepada Arduino tanpa melalui tegangan USB atau adaptor.

• ·         Tombol RESET

     Reset adalah pin untuk memberikan sinyal reset melaui tombol atau rangkaian eksternal.

• ·         Jack Baterai/Adaptor

     Soket baterai  atau adaptor digunakan untuk menyuplai Arduino dengan tegangan  dari  baterai/adaptor 9V pada saat Arduino sedang tidak disambungkan ke komputer. Kalau Arduino sedang disambungkan ke komputer melalui USB, Arduino mendapatkan suplai tegangan dari USB, jadi tidak perlu memasang baterai/adaptor saat memprogram Arduino.

B. Liquid Crystal Display (LCD)

Liquid Crystal Display (LCD) adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi untuk

Gambar Penampang komponen penyusun LCD

Keterangan:

1. Film dengan polarizing filter vertical untuk memolarisasi cahaya yang masuk.

2. Glass substrate yang berisi kolom-kolom elektroda Indium tin oxide (ITO).

3. Twisted nematic liquid crystal (kristal cair dengan susunan terpilin).

4. Glass substrate yang berisi baris-baris elektroda Indium tin oxide (ITO).

5. Film dengan polarizing filter horizontal untuk memolarisasi cahaya yang masuk.

6. Reflektor cahaya untuk memantulkan cahaya yang masuk LCD kembali ke mata pengamat.

Sebuah citra dibentuk dengan mengombinasikan kondisi nyala dan mati dari pixel-pixel yang menyusun layar sebuah LCD. Pada umumnya LCD yang dijual di pasaran sudah memiliki integrated circuit tersendiri sehingga para pemakai dapat mengontrol tampilan LCD dengan mudah dengan menggunakan mikrokontroler untuk mengirimkan data melalui pin-pin input yang sudah tersedia.

Sensor ultrasonik PING terdiri dari tiga bagian utama yaitu :

• Transmitter Gelombang Ultrasonik
• Receiver Gelombang Ultrasonik
• Rangkaian kontrol

Transmitter berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik. Gelombang yang dipancarkan memiliki frekuensi 40KHz. Gelombang ini akan dipancarakan dengan kecepatan 344.424m/detik atau 29.034uS per centimeter. Jika didepan terdapat halangan atau objek maka gelombang tersebut akan memantul. Pantulan gelombang akan dideteksi oleh receiver. Rangkaian kontrol akan mendeteksi pantulan gelombang dan menghitung lama waktu saat gelombang dipancarkan dan gelombang terdeteksi pantulannya. Lama waktu pemantulan gelombang ini akan dikonversi menjadi sinyal digital dalam bentuk pulsa. Sinyal inilah yang nantinya diolah oleh mikrokontroler atau mikroprosesor sehingga didapat nilai jarak antara objek dan sensor. Nilai jarak dapat diperoleh melalui rumus berikut ini :

Jarak (cm) = Lama Waktu Pantul (uS) / 29.034 / 2

Rumus jarak didapat dari pembagian lama waktu pantul dengan kecepatan gelombang ultrasonik dan dibagi 2 karena pada saat pemantulan terjadi dua kali jarak tempuh antara sensor dengan objek. Yaitu pada saat gelombang dipancarkan dari transmitter ke objek dan pada saat gelombang memantul ke receiver ultrasonik.

D. JUMPER

Sebagai konektor antar modul satu dengan modul lainnya

E. BREADBOARD

Breadboard adalah board yang digunakan untuk membuat rangkaian elektronik sementara dengan tujuan uji coba atau prototipe tanpa harus menyolder. Dengan memanfaatkan breadboard, komponen-komponen elektronik yang dipakai tidak akan rusak dan dapat digunakan kembali untuk membuat rangkaian yang lain. Breadboard umumnya terbuat dari plastik dengan banyak lubang-lubang diatasnya. Lubang-lubang pada breadboard diatur sedemikian rupa membentuk pola sesuai dengan pola jaringan koneksi di dalamnya.

Breadboard yang tersedia di pasaran umumnya terbagi atas 3 ukuran: mini breadboard, medium breadboard atau large breadboard. Mini breadboard memiliki 170 titik koneksi (bisa juga lebih). Kemudian medium breaboard memiliki 400 titik koneksi. Dan large breadboard memiliki 830 titik koneksi.

Mini Breadboard dan Layout Koneksi

Perhatikan gambar diatas, sebuah mini breadboard dengan 200 titik koneksi. Pada bagian kanan dapat dilihat pola layout koneksi yang digambar dengan garis berwarna biru. Pada breadboard tersebut dapat dilihat penulisan huruf A, B, C, D, E, F, G, H, I dan J. Kemudian ada angka 1, 5, 10, 15 dan 20. Huruf dan angka ini membentuk semacam koordinat. A1, B1, C1, D1 dan E1 saling berhubungan sesuai pola koneksinya (lihat kembali garis berwarna biru). Begitu juga A2 –> E2, A3 –> E3, F1 –> J1, F2 –> J2 dan seterusnya. Dengan memahami pola koneksi ini kita sudah bisa memakai breadboard untuk keperluan prototipe rangkaian sehingga dapat menempatkan komponen elektronik secara tepat sesuai gambar rangkaian yang dimaksud.

Medium Breadboard dengan 400 titik

 

Layout Koneksi Medium Breadboard

Gambar diatas adalah medium breadboard dengan 400 titik koneksi. Medium breadboard ini biasa juga disebut half (setengah) breadboard. Karena ukurannya kurang lebih setengah dari ukuran large / full breadboard dengan 830 titik koneksi.

F. MOTOR SERVO

Motor servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo), sehingga dapat di set-up atau di atur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dari poros output motor. motor servo merupakan perangkat yang terdiri dari motor DC, serangkaian gear, rangkaian kontrol dan potensiometer. Serangkaian gear yang melekat pada poros motor DC akan memperlambat putaran poros dan meningkatkan torsi motor servo, sedangkan potensiometer dengan perubahan resistansinya saat motor berputar berfungsi sebagai penentu batas posisi putaran poros motor servo.

Penggunaan sistem kontrol loop tertutup pada motor servo berguna untuk mengontrol gerakan dan posisi akhir dari poros motor servo. Penjelasan sederhananya begini, posisi poros output akan di sensor untuk mengetahui posisi poros sudah tepat seperti yang di inginkan atau belum, dan jika belum, maka kontrol input akan mengirim sinyal kendali untuk membuat posisi poros tersebut tepat pada posisi yang diinginkan. Untuk lebih jelasnya mengenai sistem kontrol loop tertutup, perhatikan contoh sederhana beberapa aplikasi lain dari sistem kontrol loop tertutup, seperti penyetelan suhu pada AC, kulkas, setrika dan lain sebagainya.

Motor servo biasa digunakan dalam aplikasi-aplikasi di industri, selain itu juga digunakan dalam berbagai aplikasi lain seperti pada mobil mainan radio kontrol, robot, pesawat, dan lain sebagainya.

Ada dua jenis motor servo, yaitu motor servo AC dan DC. Motor servo AC lebih dapat menangani arus yang tinggi atau beban berat, sehingga sering diaplikasikan pada mesin-mesin industri. Sedangkan motor servo DC biasanya lebih cocok untuk digunakan pada aplikasi-aplikasi yang lebih kecil. Dan bila dibedakan menurut rotasinya, umumnya terdapat dua jenis motor servo yang dan terdapat di pasaran, yaitu motor servo rotation 180⁰ dan servo rotation continuous.

•  Motor servo standard (servo rotation 180⁰) adalah jenis yang paling umum dari motor servo, dimana putaran  poros outputnya terbatas hanya 90⁰ kearah kanan dan 90⁰ kearah kiri. Dengan kata lain total putarannya hanya setengah lingkaran atau 180⁰.
•  Motor servo rotation continuous merupakan jenis motor servo yang sebenarnya sama dengan jenis servo standard, hanya saja perputaran porosnya tanpa batasan atau dengan kata lain dapat berputar terus, baik ke arah kanan maupun kiri.

Prinsip kerja motor servo

Motor servo dikendalikan dengan memberikan sinyal modulasi lebar pulsa (Pulse Wide Modulation / PWM) melalui kabel kontrol. Lebar pulsa sinyal kontrol yang diberikan akan menentukan posisi sudut putaran dari poros motor servo. Sebagai contoh, lebar pulsa dengan waktu 1,5 ms (mili detik) akan memutar poros motor servo ke posisi sudut 90⁰. Bila pulsa lebih pendek dari 1,5 ms maka akan berputar ke arah posisi 0⁰ atau ke kiri (berlawanan dengan arah jarum jam), sedangkan bila pulsa yang diberikan lebih lama dari 1,5 ms maka poros motor servo akan berputar ke arah posisi 180⁰ atau ke kanan (searah jarum jam). Lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.