17

BAB III

PERANCANGAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan dari perangkat keras, serta

perangkat lunak dari algoritma robot.

3.1. Perancangan Perangkat Keras

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat keras. Perancangan

perangkat keras yang akan dijelaskan meliputi sistem kontrol, konstruksi robot, dan

perangkat keras elektronik

3.1.1. Sistem Kontrol

Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem

Sistem kontrol pada robot terdiri dari 2 bagian yaitu kontrol utama dan kontrol

akuator. Kontrol utama bertugas untuk menciptakan keputusan bagaimana robot tersebut

harus bergerak saat diinstruksikan dengan smartphone. Perintah tersebut diterjemahkan oleh

MikrokontrolerDriver Motor

L298

Photointerrupter

SRF-05

Bluetooth

HC-05

Smartphone

Android

18

mikrokontroler sehingga perintah tersebut dapat diterima oleh driver motor L298, SRF-05

dan Photointerrupter. Sedangkan kontrol akuator dalam hal ini adalah driver motor, SRF-05

dan Photointerrupter. Semua perintah pergerakan tersebut diputuskan oleh kontrol utama.

1. Kontrol Utama

Kontrol utama pada robot terdiri dari sebuah smartphone dan mikrokontroler. Pada

smartphone akan memberikan instruksi pergerakan robot dengan menggunakan diagram

alir. Data dari smartphone akan dikirimkan melalui komunikasi bluetooth. Kemudian pada

mikrokontroler terdiri dari modul bluetooth yang akan menerima instruksi dari smartphone

tersebut.

2. Kontrol Akuator Robot

Kontrol akuator pada robot ini adalah driver motor L298, SRF-05 dan Photo

interrupter. Setelah data yang dikirimkan oleh smartphone diterima oleh mikrokontroler

maka mikrokontroler akan memberikan instruksi pada driver motor L298, SRF-05 dan

Photo interrupter. Setelah itu robot akan berjalan sesuai dengan diagram alir yang sudah

dibuat pada smartphone.

3.1.2. Konstruksi Robot

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan konstruksi robot.

Gambar 3.2. Konstruksi robot

19

Robot ini menggunakan perpaduan bahan antara plastik dan akrelik untuk bodi

sasisnya. Perpaduan bahan ini dimaksudkan agar robot memiliki bobot yang ringan

sehingga memiliki keseimbangan yang baik. Robot ini dapat berputar 360 derajat. dengan 2

ban utama yang memiliki gear box dan 2 ban yang bersifat universal yang dapat berputar

360 derajat. Untuk kontrol utamanya yaitu mikrokontroler At-Mega 328 yang diletakan di

atas bagian robot tersebut. Dengan tujuan tidak mengubah titik berat robot tersebut. di

bagian depan terdiri dari sensor SRF05, di bagian kanan terdiri dari modul bluetooth untuk

jalur komunikasi robot tersebut, di bagian dalam robot tersebut terdiri dari driver motor

L298 dan Photointerrupter didalamnya.

Tabel 3.1 Tabel keterangan mekanik robot

HARDWARE

Dimensi (pxlxt) : 14.4x14x14 [cm]

Berat 300 [gram]

20

3.1.3. Gambar teknik robot

Gambar 3.3. Gambar teknik robot

Keterangan nomer dari gambar teknik robot sebagai berikut:

1. Bluetooth HC-05.

2. SRF-05.

3. Mikrokontroler At-Mega 328.

4. Ban dan gear box.

5. Sasis robot berbahan akrelik.

6. Specer 7 cm.

7. Baterai DC 9 Volt dan driver motor L298.

8. Photointerrupter.

9. Universal ban.

21

3.1.4. Perangkat Keras Elektronik

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai smartphone beserta sensor yang

digunakan, board minimum sistem mikrokontroler At-Mega 328 dan modul bluetooth HC-

05.

1. Modul Sony Xperia Tipo ST21i

Smartphone berbasis android merupakan salah satu piranti yang dapat digunakan

sebagai kontrol robot. Dengan kecepatan proses instruksi yang cepat, smartphone dapat

memberikan perintah secara real time pada robot trainer. Selain kecepatan proses instruksi,

smartphone berbasis android dapat bekerja secara multitasking sehingga sangat jelas

bahwa proses jalannya program lebih cepat dan ringan. Adanya OS android pada

smartphone mempermudah proses pemrograman dan mengakses sensor-sensor serta fitur-

fitur yang ada dalam smartphone itu sendiri karena library android merupakan open source

di mana library android untuk pengaksesan sensor serta fitur-fitur tersebut sudah tersedia

di Google.

Smartphone yang digunakan pada trainer robotika ini adalah Sony Xperia Tipo

ST21i. Pada trainer robotika menggunakan smartphone ini karena alasan dimensi yang

tidak terlalu besar dan spesifikasi yang memadai [7]. Spesifikasi yang dimiliki

Smartphone Sony Xperia ini adalah sebagai berikut :

1.Memiliki Dimensi 103 x 57 x 13 mm dengan berat 99.4 gram.

2.Touchscreen dengan ukuran 320x 480 pixels.

3.Terdapat Wi-FI dan Bluetooth

4.Kamera 3.2 MP

5.Android OS v4.0

6.CPU 800 Mhz

2. Modul Bluetooth HC-05

Pada trainer robotika ini digunakan koneksi bluetooth sebagai sarana komunikasi

satu arah. Data yang dikirimkan hanya dari smartphone menuju modul bluetooth. Modul

22

yang digunakan pada perancangan sistem ini adalah menggunakan modul bluetooth HC-05

karena modul ini tergolong umum dan mudah didapatkan di toko elektronik dan dalam

penggunaannya modul ini menggunakan komunikasi serial dengan setingan baudrate yang

dapat diubah dan setingan parity yang dapat diubah. Setingan antara modul bluetooth ini

harus disamakan dengan setingan yang terdapat pada komunikasi serial mikrokontroler.

Berikut ini susunan pin pada modul bluetooth HC-05.

Gambar 3.4. Rangkaian modul bluetooth HC-05[8]

Jumlah pin yang terdapat pada modul bluetooth terdiri dari 34 pin tetapi yang

digunakan pada modul ini hanya 5 pin yaitu Txd, Rxd, 3.3V, Key, dan Gnd. Pin txd

berfungsi sebagai jalur data untuk mengirimkan data serial kepada perangkat yang lain. Pin

rxd berfungsi sebagai jalur data untuk menerima data serial dari perangkat yang lain. Pin 3.3

V adalah pin untuk input tegangan yang dibutuhkan agar perangkat ini dapat aktif dan

tegangan yang dibutuhkan untuk mengaktifkan modul ini adalah sebesar 3.3 Volt. Pin gnd

berfungsi sebagai ground dari perangkat ini. Pin key yang berfungsi sebagai penentu

perangkat ini apakah di set sebagai master atau sleve. Yaitu dengan memberikan logika ‘1’

pada pin ini akan membuat bluetooth akan bekerja sebagai mode master dan logika ‘0’ akan

membuat modul ini bekerja sebagai mode sleve. Pada saat modul bluetooth ini bekerja

sebagai mode master maka modul bluetooth ini dapat menerima data dan mengirimkan data

kepada perangkat bluetooth yang lain sedangkan saat bekerja sebagai mode slave maka

23

modul bluetooth ini hanya dapat menerima data dan tidak dapat mengirim data kepada

perangkat bluetooth yang lain. Pada perancangan trainer robotika modul bluetooth HC-05

bekerja sebagai mode slave.

3. Modul Mikrokontroler At-Mega 328

Mikrokontroler adalah sebuah sistem microprosesor di mana didalamnya sudah

terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock, dan peralatan internal lainnya yang sudah saling

terhubung dan terorganisasi dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan dikemas dalam satu

chip yang siap pakai. Sehingga kita tinggal memprogram isi ROM sesuai aturan

penggunaan oleh pabrik yang membuatnya.

Penulis menggunakan mikrokontroler tipe At-Mega 328 karena selain dapat

diprogram dengan bahasa C dan banyak dijual dipasaran, mikrokontroler ini memiliki fitur

untuk membuat komuniksi serial virtual. Komunikasi serial virtual memungkinkan untuk

membuat jalur komunikasi serial lebih dari satu. Pada pembuatan trainer robotika ini

digunakan 2 komunikasi serial yang pertama untuk komunikasi antara modul bluetooth

dengan mikrokontroler kemudian komunikasi antara mikrokontroler dengan komputer. Pada

saat pembuatan trainer robotika dibutuhkan komunikasi serial dengan komputer dengan

tujuan untuk memastikan data yg dikirmkan oleh smartphone sesuai dengan data yang

diterima oleh mikrokontroler. Setelah proses pembuatan trainer robotika selesai komunikasi

serial yang digunakan hanya komunikasi serial antara modul bluetooth dengan

mikrokontroler.

24

Gambar 3.5. Minimum sistem At-Mega 328

Pada robot trainer robotika menggunakan mikrokontroler At-Mega 328 sebagai

prosesor pengolah data dan sebagai pengirim instruksi kepada modul yang terdapat pada

robot trainer tersebut. Mikrokontroler menerima data yang berasal dari smartphone android

melalui modul bluetooth dengan jalur komunikasi serial. Data yang diterima oleh

mikrokontroler terdiri dari data instruksi perulangan robot, data instruksi pergerakan robot,

data jarak robot tersebut berjalan dan data untuk mendeteksi rintangan. Tugas

mikrokontroler di sini adalah dengan mengkonversi semua data yang diterima kemudian

dari hasil konversi tersebut akan menjalankan modul yang terdapat di dalam robot trainer

robotika. Robot akan berjalan seperti instruksi yang telah dibuat pada digram alir pada

smartphone android.

4. Modul sensor ultrasonic SRF-05

25

Pada perancangan trainer robotika digunakan sensor ultrasonic SRF-05 dengan

tujuan agar robot dapat mengetahui jarak robot dengan objek yang yang berada di depan

robot. Jarak robot yang dideteksi menggunakan satuan cm (centimeter). Prinsip kerja dari

pendeteksian jarak robot dalam mendeteksi objek di depan adalah sebagai beikut:

Gambar 3.6. Gambar simulasi sinyal ultrasonic

Pada saat pin trigger diberikan pulsa sebesar 10 us (microsecond) akan membuat pin

trigger memancarkan gelombang kotak sebesar 40 khz. Pin echo akan menerima sinyal

yang berasal dari pin trigger setelah sinyal tersebut menemukan objek yang berada di

depan. Konversi dari sinyal yang diterima menjadi jarak dalam satuan cm adalah dengan

menggunakan nilai di bawah ini.

Jarak cm = pulsa high /29.034/2 Persamaan 3.1

Rumus menentukan jarak cm SRF-05

1. Pulsa high adalah pulsa dalam keadaan high atau logika ‘1’ yang dibaca oleh

mikrokontroler pada pin echo.

2. Nilai 29.034 adalah konstanta untuk kecepatan gelombang unltrasonic.

26

3. Nilai 2 adalah konstanta pembagi 2 untuk mendapatkan jarak aktual dalam cm saat sinyal

tersebut dipantulkan akan mengakibatkan panjang gelombang 2 kali lipat oleh karena ini

harus dibagi 2 untuk mendapatkan jarak aktual dalam cm.

5. Modul Photointerrupter

Photointerrupter digunakan untuk medeteksi jarak saat robot sedang berjalan dengan

meletekan piringan di poros ban dan kemudian di antara piringan tersebut diletakan

Photointerrupter di dalam nya. Photointerrupter terdiri dari bagian transmitter dan receiver.

Transmitter terdiri dari infrared dan receiver terdiri dari phototransistor. Pada trainer

robotika ini photointerrupter menggunakan metode common collector dengan menggunakan

metode ini saat photointerrupter mengenai halangan akan mengakibatkan output high dan

saat mengenai lubang akan membuat output low. Pada saat proses transisi dari high menuju

low dengan menggunakan fitur interrupt yang terdapat pada mikrokontroler. Proses transisi

tersebut dapat dihitung dalam penjumlahan dengan mode falling edge pada interrupt.

Berikut ini langkah untuk mendapatkan jarak dalam cm saat robot berjalan:

Jumlah lubang = 20 lubang.

Satu putaran penuh menghasilkan jarak 10 cm.

Satu lubang 10/20 = 0.5 cm.

Setiap lubang dalam satu transisi dari high ke low akan menghasilkan jarak 0.5 cm.

Dengan mendapatkan nilai di atas dalam satu kali proses interrupt terjadi akan

menghasilkan jarak 0.5 cm. Dengan cara tersebut didapatkan jarak robot saat robot berjalan

27

Gambar 3.7 Pemasangan modul Photointerrupter

3.2. Perancangan Perangkat Lunak

Untuk merancang trainer robotika, penulis memfokuskan pada perancangan

perangkat lunak yang terdapat pada aplikasi trainer robotika yang terdapat pada smartphone

android dan perancangan perangkat lunak robot pada mikrokontroler.

3.2.1. Perancangan aplikasi diagram alir

Pada perancangan aplikasi yang terdapat pada smartphone. Di dalam aplikasi

tersebut akan terdiri dari enam button yang di antranya berfungsi untuk mengaktifkan

koneksi bluetooth, menonaktifkan koneksi bluetooth, menghubungkan antara smartphone

dengan robot, memutuskan jalur komunikasi robot, mengirim data dari smartphone menuju

robot, dan menghapus layout diagram alir Kemudian Instruksi robot saat berjalan seperti

instruksi untuk berjalan maju, berbelok ke kiri, berbelok ke kanan, mundur, dan saat

bertemu dengan rintangan. Sebelum memberikan instruksi. User harus memberikan nilai

dari 140 – 200 ke dalam textbox fungsi kecepatan untuk menset kecepatan robot saat

berjalan setelah itu pengguna dapat mendrag instruksi yang akan dikerjakan robot. Pada

imageview flowchart akan berubah gambar menjadi gambar instruksi yang sebelumnya

dimasukan. Berikut ini gambar dari aplikasi trainer robotika yang akan terpasang pada

smartphone android :

Pada Gambar 3.8(a) merupakan tampilan aplikasi trainer robotika saat pertama kali

dibuka gambar imageview yang berwarna hijau menandakan imageview belum terisi oleh

instruksi.

Pada Gambar 3.8(b) trainer robotika sudah memiliki instruksi robot terlihat dari

diagram alir yang sudah terisi tetapi pada diagram alir. tetapi tidak menggunakan aspek

perulangan dan percabangan.

28

Pada Gambar 3.8(c) trainer robotika memiliki intruksi robot berjalan dan memiliki

instruksi perulangan sebanyak 2 kali.

Pada Gambar 3.8(d) trainer robotika memiliki instruksi robot berjalan, perulangan

sebanyak 2 kali dan akan mendeteksi rintangan setelah berjalan 50 cm saat pertama kali

berjalan. dan akan menjalankan instruski jika bertemu rintangan dan saat tidak bertemu

dengan rintangan.

Gambar 3.8(a) Gambar 3.8(b) Gambar 3.8(c) Gambar 3.8(d)

Gambar 3.8. Tampilan aplikasi trainer robotika

29

Kemudian flowchart dari aplikasi trainer robotika sebagai berikut :

Gambar 3.9. Diagram alir aplikasi trainer robotika

start

Koneksi

berhasil ?

End

Koneksikan

Robot

Masukan query

instruksi

Tidak

ya

Sudah masukan

nilai perulangan ?

tidak

ya

Kirim Data ke

Robot

Masukan

nilai

perulangan

Masukan

jarak,

instruksi

30

3.2.2. Mekanisme penggunaan trainer pembelajaran robotika

Dalam menggunakan trainer robotika ini hal yang perlu disiapkan pertama kali

adalah smartphone android dengan versi android honeycomb sampai jellybean untuk

memasang aplikasi trainer robotika tersebut. Berikut ini langkah-langkah yang perlu

dilakukan dalam menggunakan trainer robotika:

3.2.2.1. Proses koneksi robot dengan smartphone android

1. Aplikasi trainer robotika tersebut di instal terlebih dahulu dengan aplikasi berformat

extension .apk.

2. Aktifkan robot dengan mengaktifkan tombol power. Kemudian pada led modul bluetooth

akan berkedip dengan cepat dengan delay 200 ms (saat led pada modul bluetooth

berkedip dengan cepat menandakan bluetooth belum terpairing dengan perangkat lain

dan siap untuk pairing dengan perangkat bluetooth yang baru).

3. Sebelum masuk kedalam aplikasi. Aktifkan bluetooth pada perangkat smartphone.

Kemudian pilih mode pencarian dan pairing modul bluetooth yang bernama HC-05.

Setelah terpairing maka pada modul bluetooth led akan berkedip lebih lama dengan delay

700 ms. dan menandakan bluetooth sudah terpairing oleh perangkat bluetooth yang baru.

4. Buka aplikasi trainer robotika kemudian off kan bluetooth dengan memilih button dan

tunggu sampai 3 detik kemudian on kan bluetooth dengan memilih button .

5. Tunggu aplikasi sekiar 5 detik agar bluetooth pada smartphone siap setelah itu dengan

memilih button . Maka smartphone dapat berkomunikasi dengan robot tersebut.

6. Aplikasi trainer robotika ini berhasil terhubung dengan robot ditandai dengan led pada

Bluetooth berkedip lebih lama dengan delay 700 ms. Jika led bluetooth berkedip cepat

dengan delay 200 ms menandakan bluetooth belum terhubung dengan robot. Proses 3

sampai 5 harus diulangin kembali.

31

7. Untuk off kan aplikasi tersebut dengan memilih button maka komunikasi

smartphone dengan robot akan terputus. dan off kan fitur bluetooth dengan memilih

button .

3.2.2.2. Proses pembuataan diagram alir pada aplikasi trainer robotika

1. Saat pertama user harus menentukan kecepatan robot saat berjalan. Kecepatan robot saat

berjalan dapat ditentukan dengan memberikan nilai 140 sampai dengan 200 pada textview

kecepatan yang sudah disediakan. Setelah user menentukan kecepatan robot. User dapat

mendrag instruksi yang akan dikerjakan robot.

2. Pada langkah kedua user dapat menentukan apakah robot akan berjalan dengan

menggunakan fitur perulangan atau tidak menggunakan perulangan. Dengan menulis

jumlah perulangan pada kolom dan mendrag instruksi loop maka akan tertampil simbol

perulangan pada diagram alir.

3. Pada langkah ketiga user dapat menentukan langkah selanjutnya untuk memberikan

instruksi dengan cara mendrag instruksi seperti robot berjalan ke kiri, kanan, stop, dan

maju di dalam instruksi tersebut sudah diberikan keterangan jarak robot tersebut akan

berjalan. Setelah men drag pada imageview yang sudah ditentukan maka diagram alir

tersebut akan tampil gambar diagram alir yang menunjukan arah dari robot tersebut.

4. Pada langkah keempat user dapat menentukan langkah selanjutnya jika robot tersebut

menemukan halangan yang dapat menghalangi robot berjalan. Robot dapat menghidar ke

kiri atau ke kanan dengan mendrag if dan pada diagram alir akan bercabang menjadi dua

yaitu saat bertemu halangan dan tidak bertemu halangan. Kemudian user mengisi kondisi

tersebut dengan berbelok ke kiri, kanan, mundur, dan stop.

5. Setelah semua terisi akan terlihat diagram alir yang sebelumnya sudah ditentukan

kemudian langkah terakhir dengan memilih button maka data yang menunjukan

32

diagram alir tersebut dikirimkan melalui komunikasi bluetooth. dan robot akan berjalan

sesuai dengan diagram alir tersebut.

6. Untuk membuat diagram alir yang baru. Diagram alir yang sebelumnya harus

dihilangkan terlebih dahulu dengan memilih button maka diagram alir sebelumnya

akan terhapus dan siap untuk membuat diagram alir yang baru.

Gambar 3.10. Tampilan Aplikasi Trainer Pembelajaran Robotika

3.2.3. Perancangan perangkat lunak Mikrokontroler

Perancangan perangkat lunak yang ada pada robot merupakan pencangan perangkat

mikrokontroler untuk mengakses driver motor, sensor jarak, dan photointerrupter. Tetapi

sebelum mikrokontroler mengaktifkan komponen tersebut. Mikrokontroler menunggu data

yang masuk melalui smartphone dengan melalui komunikasi bluetooth berikut ini akan

dijelaskan flowchart dari perangkat lunak pada mikrokontroler.

33

Gambar

3.11. Diagram alir perangkat lunak mikrokontroler

3.2.3.1. Proses instruksi robot melakukan perulangan

Pada proses ini robot akan menjalankan instruksi sesuai dengan jumlah perulangan

yang diberikan oleh smartphone. Nilai perulangan yang di instruksikan oleh smartphone

akan diterima oleh mikrokontroler melalui komunikasi bluetooth. Mikrokontroler akan

menjadikan nilai tersebut sebagai nilai perulangan instruksi saat robot berjalan. Berikut ini

adalah flowchart dari instruksi robot melakukan perulangan :

start

Terima data

Bluetooth ?

End

tidak

ya

Inisialisasi

Mikrokontroler

Cek data

Query

Maju Kiri MundurKanan Halangan

Robot

Maju

Robot

Kiri

Robot

Kanan

Robot

Mundur

Robot deteksi

halangan

Query

Kosong ?

Tidak

ya

tidak

ya

tidak tidak tidak tidak

ya ya ya ya

34

Gambar 3.12. Diagram alir instruksi perulangan robot

3.2.3.2. Proses Instruksi Robot Berjalan

Pada proses ini robot akan berjalan sesuai dengan instruksi yang diberikan oleh

smartphone. Setiap instruksi yang diberikan smartphone seperti instruksi berjalan maju,

kanan, kiri, mundur memiliki nilai flag yang berbeda. Saat smartphone mengirmkan data

flag tersebut dan data tersebut diterima oleh mikrokontroler. Mikrokontroler kemudain akan

menyeleksi data flag tersebut untuk diterjemahkan mikrokontroler menjadi data yang dikirm

kepada perangkat akuator robot. Berikut ini flowchart instruksi robot berjalan

start

Jumlah loop

sudah 0 ?

Jalankan

instruksi Robot

Kurangi nilai

perulaangan satu

End

Masukan

jumlah

perulangan

tidak

ya

35

Gambar 3.13. Diagram alir instruksi robot berjalan

3.2.3.3. Proses Instruksi Robot saat Bertemu Rintangan

Pada proses ini robot akan melakukan aksi jika bertemu dengan rintangan di depan

robot tersebut. di dalam diagram alir akan terlihat bahwa saat menggunkan fitur ini diagram

alir akan bercabang menjadi dua bagian yaitu saat robot bertemu dengan rintangan dan saat

robot tidak bertemu dengan rintangan. Saat terjadi percabangan tersebut robot akan

mengaktifkan sensor jarak untuk mendeteksi rintangan jika robot menemukan rintangan

maka robot akan menjalankan instruksi bagian ‘ya’ dan jika tidak menemukan akan

menjalankan yang bagian ‘tidak’ berikut ini adalah diagram alir pada saat proses jika robot

menemukan rintangan :

start

Inisialisasi

Driver Motor

Instruksi

tersedia ?

End

tidak

ya

Aktifkan

Driver motor

Jarak sudah

terpenuhi ?

Nonaktifkan

Driver Motor

tidak

ya

Masukan

jarak,

instruksi

36

Gambar 3.14. Diagram alir instruksi robot saat bertemu rintangan

start

Inisialisasi

SRF-05

Instruksi

tersedia ?

Aktifkan

SRF-05

Deteksi

Rintangan 2-8

cm ?

Nonaktifkan

SRF-05

Jalankan instruksi

Query ‘tidak’

Nonaktifkan

SRF-05

Jalankan instruksi

Query ‘ya’

End

tidak

ya

tidak

ya