DISAIN KOMPARATOR PRESISI TEKNOLOGI CMOS AMS-O,35J1IDUNTUK ADC~PIPELINE80 MSPS

Any K. Yapie', Dyah Nur'ainingsih2, Suci Br. Kembaren", Hamzah Afandi",

1,2,4Teknik Elektro, 3Teknik Infonnatika, FakuItas Teknologi Industri,Universitas GunadannaJI. Margonda Raya 100 Depok, 16424

I yapie@statf.gunadanna.ac.id, 2dyahnur@staff.gunadanna.ac.id, 3suci k@statf.gunadanna.ac.id4harnzah@staff.gunadanna.ac.id

Abstrak

Disain ADC-pipeline (analog to digital converter) yang diaplikasikan untuk kamera kecepatan tinggi mengambilbagian yang penting pada sistem akusisi piksel kolOm secara paralel sebagai pengkonversi piksel analog kedigital. Karena sinyal analogdari sensor kamera CMOS kecepatan tinggi 10.000 frame/s yang dilakukan denganmenggunakan matrik 64x64 piksel (4096 piksellframe) memerlukan pemrosesan sinyallebih lanjut.Untuk mendukung kinerja kamera tersebut, diperlukan 64 ADC yang dipasang paralel dengan spesifikasi ADCyang harus memiliki laju konversi tinggi, daya dan tegangan rendah, serta resolusi tinggi. Pemilihan ADC jenispipeline dengan resolusi keluaran 8 bit 80 MSPS sangat tepat. Setiap stage ADC-Pipeline dibangun olehkomparator bersama dengan penguat operasional dan sakelar kapasitor, serta clock non-overlapping dan sistemdelay untuk menghasilkan resolusi 8 bit yang seirama. Fungsi komporator sangat signifikan yaitu menghasilkandigital biner dari proses DAC pada saklar kapasitor. Kemampuan komparator yang memiliki kecepatan,tegangan histerisis yang presisi dan daya rendah digunakan untuk mengurangi kesalahan DNL, INL dantegangan residu. Untuk kebutuhan itu dibutuhkan komparator presisi tinggi dengan spesifikasi Vos ~ OV,tegangan set poin VSP = 1,65V dan konsumsi daya rendah < 1mW.Disain dan simulasi Komparator Presisi pada ADC-Pipeline dilakukan dengan perangkat lunak Mentor Graphicsdengan teknologi CMOS AMS-0,35Ilm.

Kata kunci : ADC pipeline, 1 bit per stage, komparator

1. Pendahuluan.

CMOS untuk sensor gambar telah berkembangdalam beberapa tahun terakhir sebagai altematifyang menjanjikan untuk menggantikan teknologiyang konvensional, yaitu Charge Coupled Devive(CCD). CMOS menawarkan konsumsi daya yangrendah, lebih fungsional dan memungkinkan untukmengintegrasikan sistem terpadu ke dalam chiptunggal.

Proyek penelitian dalarn pengembangankamera kecepatan tinggi 10.000 frames/s padaGambar 1 memerlukan ADC jenis Pipeline 64 buahsecara paralleI(416)[71. Disain ADC pada Garnbar 2dengan kecepatan tinggi yaitu 80 MSPS barnsmemiliki akurasi dan resolusi yang tinggi. Untukmendukung kinerja ADC tersebut diperlukankomponen penyusun yang valid pada setiapstagenyall)[21. Salah satu komponen tersebut adalahkomparator yang berfungsi untuk membandingkansinyal masukan dengan tegangan acuan (sub-ADC)dan mengubahnya ke dalarn biner digital. Spesifikasikomparator harus memiliki tegangan bisterisis yangpresisi, kecepatan tinggi dan daya rendah.

64

• ••• ~eI••••••••

64~Digital~EJ~

Gambar 1. Blok kamera CMOS 10.000 frames/s

One Bit Per Stage AOC----_ .._--------,· '· '· '· ,h--I2'>--'{)~--HVres!r,~.

: AIM: OM: :\. • __ • •• • ....J

OlN-l)

Gambar 2. Diagram ADC Pipeline l-bit/ stage

369

2. Komparator PresisiKomparator presisi diimplementasikan pada

setiap stage dari ADC. Disain ini menggunakankomparator presisi dengan pengkoreksi digital untukmeminimalkan kesalahan offset komparator danuntuk memperoleh output yang lebih baik.

Komparator berfungsi sebagai pembandingsinyal masukan dengan tegangan acuan (sub-ADC).Keluaran komparator merupakan logika biner 0 atauI. Simbol dan blok diagram komparator presisiditampilkan pada Gambar 3[1][2][3](5).

---1::r>- Vo .••• v·,\'- -v+-r:\ v•• v, -

.VO::: IV();O

~

V<>-v. _. -. - l09C~Vo

V+· +\0. v()+

Prea'J1) Decesion Bttter

Gambar 3. Diagram Komparator Presisi

Komparator ini terdiri dari tiga blok, yaitu Pre-amplifier, rangkaian decision (keputusan) dan outputbuffer (penyangga).

(a) Rangkaian Pre-amplifier

(b) Rangkaian Decision

(c) Rangkaian PenyanggaGambar 4_Rangkaian Komparator Presisi

370

Masing-masing Blok diperlihatkan padaGambar 4. Blok pertama adalah Pre-amplifier jenisdifferensial dan diatur untuk input kapasitansidengan beban aktif. Ukuran transistor M1 dan M2ditetapkan dengan mempertimbangkantranskonduktansi diff-amp dan input kapasitansi.Blok ke-dua adalah umpan balik yang positif ataurangkaian decision, yang merupakan jantung (inti)dari komparator yang berfungsi untuk mengubaharus ke tegangan. Rangkaian ini menggunakanumpan balik positif dari hubungan silang gerbangM8 dan M9 untuk meningkatkan gain dari elemendecision. Dan blok yang ke-tiga adalah outputbuffer, yang mengubah output dari rangkaiandecision menjadi sinyal logika, Inverter (MIS danMI9) ditambahkan untuk mengisolasi apapun bebankapasitansi dari bias penguat diferensialnya.

3. Perancangan Komparator Presisi

ADC l-bit/stage memerlukan sub-ADC yangteliti dan memiliki ketepatan dan kecepatan tinggi.Komparator ini adaIah komparator presisi yangmemiliki Vos =:: OV seperti Gambar 5.

. -.- -_.. _. ---7

Ju-i ".//

::3 : -:u_}----- --------¥-----

. / VSP10 - /_/r""

05-- / •...

IV~+jV~-)

" V~oun

o o __ -~· --"j • I • I0.0 O.S 1.1

, I1.5

I I I I I2.0 2 S 30

Gambar 5. TransientDC Offset Komparator Presisi.

Disain komparator presisi dapat dimulai denganlangkah sebagai berikut;

• Mendisain blok pre-amp yang berfungsimengubah level tegangan ke level arus sepertipada Gambar 6, dengan menentukan penguatankomparator Av ::::5 untuk meminimalkan offseterror dengan Iss = 30llA supaya mendapatkanmode bersama pada tegangan= I,65V.

Gambar 6. Rangkaian Pre-Amp

: ,Diketahui VGS3= 1,65V dan 1m = 15JlA maim

ukuran M3 adalah:I Kp W 2D3=--(VGSJ +Vmp)2 2L-t (W)3=1,2

Ljika L3=O,35Jlm maka W3 = 0,4Jim

Dan gm3 = Jup.: ID3 = 48JiAN

sehingga dapat diketahui nilai gm 1;

1- JKnWI

Av=gm - LIgnU ~3Kp-

L3

-t5=gml -tdangml=248J1AN48

dan dapat untuk menentukan ukuran MI ; (W)I=10,8L

danjika L1= 0,35J1m maka WI = 3,8Jim.Sehingga ukuran MI=M2 dan M3=M4=M5=M6.Besar 10+ = 10- = 15 JiA (awal).

(1)

(2)

(3)

• Mendisain blok decision, sebagai jantungkomparator yang mengubah arus menjaditegangan dengan menambahkan penggeser levelhisteresis untuk meminimalkan noise yang terjadiseperti pada Gambar 1.

M7

T .~ f ')>, Vc"

L, lJ!. M~l :~liO lVc.•

Q_Ml~---tShIf!er t-ilS!ere51S

.l.---~~----+-~-Gnd

Gambar 7. Rangkaian DecisionUntuk menentukan ukuran M7 sampai denganMIl, harus diketahui spesifikasi dari rangkaiandecision, VSP = 1,65V. Dengan catatan level Vo+dan Vo- dibatasi pada 2VTHN= 0,92V. SehinggaVGS7,1O= 0,659V dan VGSII= O,73V dan ukuranM7=MlO, M8=M9 dan MIl adalah sebagaiberikut;

/0+ID7=IDIO=T=7,5 JiA (4)

Wdan ukuran (-)7,10 =2 L=O,35Jim, W=O,7 Jim

LDengan syarat P1 = plO = PAdan Ps = p9 = PHPH> 2PA sehingga ukuran M8 dan M9 adalahL=O,35Jim, W=I,4 Jim.

Diketahui IDII = 30JiA, maka ukuran MIl;

(W)lI= *1011*22=4,4 (5)

L Kn (VGS - V17lN)

sehingga nilai L=O,35Jlm, W=I,54 urn. Dan

P. -IIss P,. ,

VS/'H = V••• -~_ =-.a--!orP. ~P,.gm ~+I

P,.-t VSPH= VSPL=40mV dari VsP.

(6)

• Mendisain blok penyangga (buffer) seperti padaGambar 8 yang merupakan rangkaian pengubahlevel tegangan differensial ke logika biner (0 dan1), dengan menerapkan pembiasan sendiri danmenambahkan penyangga not untukmeningkatkan penguatan dan mengisolasi daribeban kapasitifterhadap pembiasan sendiri.

,------=.M::c.1=-j2IH VDO

.1tl

v w:: j r f,-I"I111 I .; L T '~r - .M15 ' rM16 M19

M;tcx vo

Gambar 8. Rangkaian Penyangga

Tabell P rho M ualK Pre . i.e uunzan an omnarator SISKomoonen Parameter MOS Arus

MI 3,8/0,35 NMOS 15M2 3,8/0,35 NMOS 15M3 0,4/0,35 PMOS 15M4 0,4/0.35 PMOS 15M5 0,410,35 PMOS 15M6 0,410,35 PMOS 15M7 0,710,35 NMOS 7,5M8 1,4/0,35 NMOS 7,5M9 1,4/0,35 NMOS 7,5MIO 0,710,35 NMOS 7,5Mil 1,54/0,35 NMOS 30MI2 4,2/0,35 PMOS 30MI3 2,110,35 PMOS 15MI4 2,110,35 PMOS 15MI5 0,710,35 NMOS 15MI6 0,7/0,35 NMOS 15MI7 1,4/0,35 NMOS 30MI8 4,210,35 PMOS 30MI9 1,4/0,35 NMOS 30PO Disipasi 19MOS 396,8uW

Dimana V0+ dan V0- bergerak dari titik tengah1,65V atau VDDfl maka dapat ditentukan ukuranMI2 sampai MI9 dengan aturan dari gerbangNOT. M18 dan M19 membentuk gerbang NOT,sehingga ukuran transistor PMOS = 2/3 danNMOS = 113 jika L18,19 = O,35Jim, W18= 1,4um dan WI9= 4,2JiI11.Dengan cara yang sarnamaka dapat ditentukan ukuran ;MI2 ; Ll2 = O,35Jim, W18= 4,2 JimM13 dan M14; Ll3,14 = 0,35Jim, W13,14 = 2,1 urnMI5 dan M16; Ll5,16 = O,35••m, WI5,16= 0,7 urnM17; Ll7 = O,35Jlm, W17= 1,4 urn

371

4. Simulasi Komparator Presisi

Pada unit komparator presisi (sub-ADC),simulasi ditekankan pada offset komparator danlevel histerisis untuk menekan noise. Simulasipengujian tersebut adalah :

• Simulasi Pengujian tegangan offset Vos.

Gambar 9. Hasil Simulasi KarakteristikVos

Dengan memberikan masukan Vin- dengantegangan DC 1,65V dan masukan Vin+ variabelDC dari OV sampai dengan 3,3V, didapatkanperubahan keluaran (Vout) dengan titik setpointpada 1,65V. Saat Vin OV sid 1.65V maka Vout =OV(0) kemudian saat Vin bergerak dari 1,65V sid3,3V maka Vout = 3,3V (\)

• Simulasi Pengujian tegangan setpoint VSP.Hasilnya diperlihatkan pada Gambar 10 dan Tabel2_

;~,.

;1!'- --....:;=~=...=----

./~.

\;, ",-"

.. ~.m'_"H:;~~~h

F,.- .of'> !iE& I

-'-

:!T='l

.,. '"" ,- "\ •• \-;.. ••.•• wC- •• ,. :._: 00- •••• ..,.

r~{:~~:.""~.~l:~,!,:::":!':'!~!~~:.':':.!,;~1..'..'!.'!':r:_~~~~

Gambar 10. Hasil Sirnulasi Karakteristik VSP

Tabel 2_Perbandingan Hasil Perhitungan Manualdan Sirnulasi VSP

No Parameter Manual SimulasiI Vo+ O,73V sid 2,57V O,84V sid 2,48V2 Vo- O,73V sid 2,57V O,IV sid 2,43V3 VSP 1,65V 1,18V

372

;, ..".,J~

i

i\\: i

I" .. ~

Gambar II. Hasil Sirnulasi Karakteristik Penyangga

Tegangan set point penyangga (NOT) pada posisi1,66V mendekati level setpoint perhitungan :I,65V., dengan level keluaran pada logika biner(0= OVdan 1 = 3,3V). Pergerakan tegangan biasdari O,72Vsampai dengan 2,6V.

• Pengujian transient komparator presisi.

.L. -~~ .. - - -(a) Sinusoidal

::11:.! \E---::,::,(- \- - - - - :--1----1- - --,

,I I_~_~ ; ,l. J"J; • "' J: ••• - iI:....... •• _ _ _ ;I;

(b) (kotak) -

Gambar 12_HasHSimulasi Karakteristik Delay

Gambar 12 adalah hasil pengujian dengan melihatefek delay perbandingan antara Vin- dan Vin+dengan keluaran Vout. Frekuensi yang diberikanadalah 80MHz. Pada gelombang kotak dihasilkanperbedaan periode tinggi dan rendah dan ini tidakdijurnpaipada simulasi dengan gelombang sinus.

Tabel3. PerubahanNilai WIL Pada KomparatorPresisi

No Keterangan Simul-I Simul-2I MI 3,8/0,35 2110,352 M2 3,810,35 2110,353 M3 0,4/0,35 0,4/0,354 M4 0,410.35 0,4/0.355 M5 0,410,35 0,4/0,356 M6 0,410,35 0,410,357 M7 0,710,35 0,4/0,358 M8 1,410,35 1,4/0,359 M9 1,4/0,35 1,4/0,3510 MIO 0,710,35 0,4/0,3511 Mll 1,5410,35 14/0,3512 MI2 4,2/0,35 2,110,3513 M13 2,110,35 2,110,3514 MI4 2,110,35· 2,110,3515 MI5 0,710,35 1,410,3516 MI6 0,710,35 1,410,3517 MI7 1,410,35 1,410,3518 MI8 4,2/0,35 2,110,3519 MI9 1,410,35 1,410,3520 PD 396,8uW 410,56uW21 VSP 1,18V 1,36V

Gambar 13. Rangkaian Simulasi -2 KomparatorPresisi.

..

I:~ ;.;n ~

r-.:.:

Gambar 14. Lay Out Komporator Presisi.

Gambar 14 adalah lay-out komparator presisidengan ukuran 78J.lm x 98J.lm. Perubahan hasilsimulasi pada tegangan VSP diperoleh 1,59V danperubahan delay saat diberikan masukan.gelombangsinus dan kotak. Hal ini dikarenakan perubahan araharus 10+ dan 10- yang menghasilkan Vo+ dan Vo-untuk menentukan tegangan setpoint pada level

mendekati 1,65V, dengan arus bergerak dari MIl,dengan perbandingan dari MI2 sid MI5 yaitu ~12x ~15 = ~Adan ~13 x pl4 = ~B PB> 2~A.,M3 sidM7 membentuk cermin arus yang berfungsimenghasilkan 10+ dan 10- dan mengkontrol nilaiVo+ dan Vo-. M8 sid MIO sebagai sumber arustetap untuk bias M5 dan menghasilkan arus Iss.Perubahan nilai WIL komparator presisiditampilkanpada Tabe13.

5. KesimpulanHasil perancangan komparator presisi diperoleh

nilai komsumsi daya 4IO,56J.lW(di bawah ImW).Tegangan set point (VSP) terdapat perbaikan dariI,18V menjadi I,36V mendekati 1,65V, perubahannilai WIL dari perancangan simulasi-I menjadisimulasi-2 untuk mendapatkan kinerja komparatoryang memiliki presisi yang tinggi dalammengkonversikan biner digital. Disain Lay-outkomparator presisi sebesar 78J.lmx 98J.lm.

7. Daftar Pustaka[I] Afandi, Hamzah; K, Any; Prasetyo Eri;

Heruseto, Brahmantyo, 2009," Design LowPower 130mW Pipeline ADC With Speed 80MSPS 8-bif' Industrial Electronics Seminar2009 of Electronics Engineering PolytechnicInstituteof Surabaya.

[2] Afandi, Hamzah; Prasetyo Eri; Paindavoine,Michel, 2007," A 8-biJs Pipeline Ave DesignFor High Speed CameraApplication" IndustrialElectronics Seminar 2007 of ElectronicsEngineeringPolytechnicInstitute of Surabaya

[3] Baker, Jacob; Boyce, D. E., 1998, "CMOSCircuit Design, Layout and Simulation." IEEEPress on MicroelectronicSystems.

[4] Dubois, Jerome; Ginhac, Dominique;Paindavoine, Michel; Heyrman, Barthelemy,March 2008, "A 10 000fp« CMOS Sensor withMassively Parallel Image Processing', IEEEJournal of Solid-StateCircuits, 43(3) :706-717.

[5] Pumomo, Joko; Nur'ainingsih, Dyah; Afandi,Hamzah; Prasetyo, Eri, 2009" Disain PenguatOperasional (Op-amp) Dua Stage UntukAplikasi ADC Sigma Delta ('jfl) DenganKecepatan Tinggi Menggunalcan CMOSTeknologi AMS 0,35pm". Industrial ElectronicsSeminar 2009 of Electronics EngineeringPolytechnic Institute ofSurabaya.

[6] Prasetyo, Eri; Ginhac, Dominique; M.Paindavoine; July 2005 ,"Principles of CMOSsensors dedicated to face tracking andrecognition", In IEEE CAMP05 InternationalWorkshop on Computer Architecture forMachine Perception

(7] Paindavoine, Michel, Jooe 2006, "High-speedcamera with embedded real time imageprocessing" in seminar information technologyofGunadarma University.

373

SISTEM ROBOT PENYEDOT DEBU

Agung Mandala Putra', Nur Sultan Salahuddin', Sri Poernomo Sarr'

1,2 Jurusan, Sistem Komputer, Fakultas IImu Komputer, Universitas Gunadanna3 JIIIUS3ll, Teknik Mesin, FalrultasTehnologi Indusrti, Universitas Gunadanna .

I agung putra23@Yahoo.com,2 sultan@Staffgunadanna.ac.id, 3sri ps@staff.gunadanna.ac.id

Abstrak

Robot cerdas merupakan sebuah robot yang memiliki kemampuan bemavigasi dan melaksanakan tugas-tugasyang di instruksikan, Sensor adalah peralatan yang digunakan dalam suatu kontroler sebagaipemandu navigasirobot selama menyusuri daerah sekitamya dan mendeteksi obyek-obyek yang ada seperti dinding dan benda-benda lainnya. Sensor yang digunakan untuk navigasi pada sistem ini adalah sensor ultrasonik dan kontroleryang digunakan adalah mikrokontroller jenis AVR, yaitu ATMega 8535. Dalam melakukan pergerakanmenyusuri daerah digunakan metode pembobotan berdasarkan sensor ultrasonik. Selain dapat bergerak dengancara menghindari halangan yang ada di sekitamya dan melalrukanmanuver secara avoider sistem robot penyedotdebu ini dapat menyedot debu atau sampah kecil yang ada di lantai. Sistem penyedotan debu ini menggunakansebuah kipas dengan keeepatan putar motor yang tinggi sehingga menghasilkan kekuatan sedot yang besar,sehingga debu akan tersedot dan tersimpan di dalam tempat penyimpana debu.

Kata kunci : Robot, penyedot debu.ATmega 8535

L Pendahuluan

Perkembangan dunia robotik yang semakinpesat dan kemajuan dalam ilmu komputer sertasistem kontrol sangat membantu manusia dalammendesain dan mengembangkan sebuah robot, baikmanual maupun otomatis robot[2]. Hasil teknologimerupakan salah satu yang mempunyai pengaruhyang sangat luas di dalam masyarakat yaitu dalamkebutuhan kehidupan sehari-hari, karena memberikemudahan dalam mengeJjakan sesuam. Kebutuhanakan suatu sistem otomatis yang dapat mendeteksidata atau nilai yang diterima dengan baik menjadisuatu perintah yang sesuai dengan nilai yang telahditetapkan dan diharapkan dapat menjadi suatuinformasi.

Sistem kontrol yang dapat dibuat darimikrokontroler[l] yang merupakan suatu sistemtertanam' (embedded) atau yang dikenal denganistilah embedded system atau embedded controllerdapat dibuat menjadi suatu aplikasi robotik yangbergerak seeara autonomous ( mandiri ), selainbergerak seeara mandiri robot biasanya dapatmelakukan aktifitas lain sambil bemavigasi.Aplikasi penggunaan robot yang lain adalah robotsepak bola sambil bergerak robot dapat memukulbola, memadamkan api dengan mengaktifkan fandan water pump pada robot pemadam api,menembakan peluru sambil bergerak pada robot

374

militer. Navigator pada robot ini biasanyamemakai sensor ultrasonik.

Tujuan dari penelitian ini adalah merancangsistem robot penyedot debu yang mampu bergeraksecara autonomous (mandiri) dan melakukannavigasi pada area terbuka. Selain mampumelakukan penyedotan debu, robot ini jugadirancang untuk melakukan navigasi.

2. Rancangan Robot penyedot debu

Secara umum sistem kontrol yang terdapatpada robot penghisap debu ini terdapat dua bagiandasar, yaitu bagian perangkat keras dan perangkatlunak,

2.1 Perangkat kerasSistem sensor menyediakan data bagi

mikrokontroler untuk mengatur jalannya robot.Sensor yang akan digunakan pada robot ini adalahUltrasonik sensor. Piranti pengolah yang digunakansebagai sistem pengendali adalah sistem minimumyang menggunakan mikrokontroler yaitu: ATMega8535[1].

: .

Gambar I. Diagram blot sistan robot pmycdot debu

2.1.1 Sensor U1trasonik

Sensor ultrasonik[6] ini memiliki rangkaianyang sudah jadi yaitu berasal dari modul parallaxseperti gambar 2. Pada robot ini menggunakan 4sensor ultrasonik yang dipasang pada bagian depan,samping kanan, samping kin, dan belakang. Sensordigunakan untuk mengukur jarak antara robotdengan dinding.

Gambar 2. Sensor Ultrasonik[6]

Sensor ultrasonik ini mengirim data kemikrokontroller secara terus-menerus sehinggasemua sensor ultrasonik akan aktif dalampengiriman data. Untuk itu proses scanning sensorultrasonik terhadap objek dilakukan secarabergantian agar data yang didapat lebih mudah danvalid. Keluaran dari modul ini berupa data PWMsehingga data jarak sarna dengan duty cycle darisinyal keluaran. Semakin jauh objek maka semakinbesar duty cycle.

2.1.2 Mikrokontroler ATMega 8535

IC (integrated circuit ) yang digunakandalam blok mikrokontroler ini adalah IC ATMega8535[1] produksi Atmel. Blok inilah yangmengontrol atau memproses hasil dari blok masukan(sensor) untuk diteruskan ke blok keluaran (motor).

Ganbar 3. Mikrokontroler ATMega 8535[1]

2.1.3 Penggerak Motor DC

Penggerak motor DC[2] pada alat ini dirancang untuk pergerakan robot pada keadaanmaju, mundur, belok kiri, belok kanan, sepertigambar 4. Pergerakan robot berdasarkkan olahaninputan yang di dapat dari sensor uvitron danproximity yang di proses oleh' mikrokontroler danmenghasilkan inputan logika boolean yang bemilaio atau 1.

Gamba.- 4. Pcogj;a* motorDC(2)

Modul ini menggunakan IC driver U98 yangmemiliki kemampuan menggerakkan motor DCsarnpai arus 2A dan tegangan maksimwn 40 VoltDCuntuk satu kanaJnya. Pin Enable A dan B untukmengendalikan jalan atau kecepatan motor, pin InputI sarnpai 4 untuk mengendalikan arab putaran. PinEnable diberi VCC 5 Volt untuk kecepatan penuhdan PWM (Pulse Width Modulation) untukkecepatan rotasi yang bervariasi tergantung darilevel highnya.

2.1.4 Dueted Fan

Ducted Fan di rancangan menyatu dalamsaluran udara yang berfungsi sebagai jalur masuknyasarnpah dan debu yang ada di bawah. Ducted yangmempunyai daya hisap angin yang kencang akanmenyedot angin yang ada di dalam saluran udaradan akan menarik udara yang ada pada bagianbawah saluran sehingga debu dan kotoran kecil akanterbisap masuk melalu saluran udara.

Gambar 5. Dueled Fan[6]

2.2 Perangkat Lunak

Algoritma pergerakan robot diprogramdengan menggunakan perangkat lunak CodeVisionAVR C Compiler. Langkah kerja dari program robotditunjukkkan padajlowchart berikut:

375

: .

Gambar 6. Flowchart pemprogram robot

Dalam penelitian ini digunakan bahasa Csebagai basic program yang nantinya akan di flashke dalam IC type ATMega 8535[1]. Programdiawali dengan inisialisasi dan pendeklarasian port-port yang nantinya akan djgunakan sebagaimasukan/keluaran data. Setelah proses penginisialisasian, program akan memeriksa kondisi-kondisi di lingkungan dan dicocokan dengan datayang ada. Bila terdapat kesamaan kondisi makaprogram akan mengeksekusi kondisi terse but sesuaidengan proses yang telah ditentukan sebelumnyadan robot akan bergerak sesuai hasil proses, dan bilatidak terdapat kesesuaian kondisi program akan teruslooping secara terus menerus sampai ditemukankondisi yang sesuai. Selama proses looping, robotselalu akan bergerak.

3. Pengujian Sistem Robot

Pengujian dilakukan dengan cara melakukanpengujian dari setiap bloak diagram dari robot,untuk mengetahui kehandalan dari system robotpenyedot debu ini.

Gamb ••. 1. Pcngujia sensor- uItrasooic

Pengujian sensor seperti gambar 7, dilakukanadalah mengukur jarak objek dangan sensor yangakan dijadikan data input ke mikrokontroler outputakan ditampilkan pada LCD.

Gambar S. Pc:ogt!jia Motor DC

Dalam gambar 8, pengujian motor DC untukmengetahui pergerakan robot beroda jalan maju,mundur, atau belok. Untuk menggerakan motor DCdibutuhkan rangkain yang dapat mengatur OIR (arab

376

cw atau ccw) dan PWM (kecepatan untuk motor itusendiri).

I tUihokoolrolni ~ i SpeedCooIJoI: ~ ~ctor~i IGambar"9. Pcngujian Ducted Fan

Pengujian ducted fan seperti gambar 9, digunamengetahui putaran motor berdasarkan pulsa yang diberikan dan mengetahui nilai maksimal yang diberikan. Pengujian selanjutnya adalah pengujianperangkat lunak untuk mengetahui pergerakan robot,dimana robot akan bergerak sesuai dengan navigasiyang ditanamkan padanya sistem navigasi padarobot penyedot debu menggunakan inputan nilailogika yang adapada sensor dan switch yang jugaberperan sebagai sensor, seperti program berikut:

void navigationO{

if (ping2<=30){mundur();delay_ms(IOOO);serong, kananO;delaLms(1000);}else if (ping3<= 30){kanant);}else if ( ping 1<=30 ){kirit);}else if(Ping2<=30 II ping2>=20 && ping 1<=30

II pingl>=20 && ping3>=30){kirit);delay_ms(ISOO);majuO;delayms(2000); .}

else if (Ping2<=30 II ping2>=20 && ping3<=30 IIping3>=20 && ping I>=30)

{kanant);delay_ms(ISOO);majut);delay _ms(2000);}else if(pingl<=IS && ping2<=15 &&

ping3>=IS){stopt);}else{majur);}

4. Prototipe dan hasil ujicoba

Bahan yang digunakan untuk base robotadalah aklerik seperti gambar 10. Aklerik dipilihuntuk bahan dasar rangka kerena sifatnya yangkokoh tetapi memiliki bobot yang ringan, ini sangatefektif untuk menopang seluruh rangkaian. Semuaroda penggerak dihubungkan langsung ke motor DC.Total berat robot ± 2.3 kg, jika robot terlalu beratmaka . akan berpengaruh pada kerja motor yangberakibat torque di roda (part yang digerakkan).Konfigurasi gear dengan RPM (Rotasi Per Menit)yang dihasilkan motor harus disesuikan denganbeban robot.

".', ••_--.1 _ ~.,-. -, -

, -r. x;; _ -- -- I~ .....

- , ~::'-

Gambar 10, Robot pcnyedot debu

Ketika pengendali kecepatan (electricalspeed control ) diberi pulsa pengaktif dan pemutarmaka motor akan bergerak sesuai dengan pulsa yangdiberikan dan tampilan pada osiloskop juga berubahsesuai dengan pulsa yang diberikan. Pulsa yang diperlukan untuk mengaktitkan pengendali keeepatanyaitu 1 ms, dan untuk pemutaran motormembutuhkan pulse untuk kecepatan kipas palingkecil yaitu I, I ms, dan kecepatan kipas normalsebesar 1,5 ms, dan untuk pemutaran maksimalsebesar 2 ms, tabel berikut adalah hasil ujicobayang dilakukan pada pulse yang berbeda di mulaidari pulse di bawah I, I ms sampai di atas 2 ms.Setiap eksperimen pada robot berjalan selama 5 (lima ) menit , dan dengan benda yang berbeda -beda untuk di sedot, pada percobaan ini suhu

-- =kondisi pengendali kecepatan atau ESC ( ElectricalSpeed Control ) menjadi perhatian utama, karenaapabila terlalu panas akan berkondisi cut off ataumemutuskan hubungan dengan somber daya, apabilaterus di paksakan dapat meledak.

Tabel 1. Kecepatan Putaran Bcrdasartan besamya Pulsa lcurangdari 1 Ims,

Stobu

No Beada Peagbisapaa Perpularaa PeacendaliIGpas Keapalaa

{"Cl,I Kertas Tidal<Terhisap tidak

±31bergerak2 Serbuk Tidak Terhisap tidak

Gergaji bergeralc ±31

3 Bedak Tidak Terhis;ql tidal<bergerak ±31

4 Bulu Tidal< Terhisap tidal<bergerak ±31

5 Rambut Tidal<Terhisap tidal<bergeralc ±31

6 Pasir Tidal<Terhisap tidal<bergerak ±31

7 Batu Tidal<Terhisap tidal<Keeil bergerak ±31

2 d ark be Pvlsa I ITabel , Keceoatan Putaran Ber as an sam'a , msSubu

No Beada Peugbisapaa Perputaraa PnogeadaliKipas Kecepalaa

("C )I Kertas Tidal<Terhisap bergerak

Iambat ± 36,4

2 Serbuk Tidal<Terhisap bergerak± 36,4Gergaji lambat

3 Bedak Tidal<Terhisap bergerak± 36,4Iambat

4 Bulu Tidal<Terhisap bergerak± 36,4Iambat

5 Rambut Tidal<Terhisap bergerak± 36,4Iambat

6 Pasir Tidal<Terbisap bergerak± 36,4Iambat

1 BaIu Tidak Terhisap bergerak±36,4KeciI Iambat

-

Tabel S, Keceoatan Putaran Berdasarkan besam 'llPulsa 1,5 mssa.

Papilla,.. Pac! ,••IiNo BeMa Pateltisapaa IGpas "'::r:.a

1 Kertas Tcdtisap bergerak±45,6sedang

2 Serbuk Terhisap bergerak±45;6Gerpji sedang

3 Bedak Terhisap bergerak±45,6sedang

4 BuIu Terhisap bergerak±45,6sedang

5 Rambut Terhisap bergerak±45,6sedang

6 Pasir Terhisap bergerak±45,6sedang

7 Batu Terhisap bergerakKeeil sedang ±45,6

Tabel4 Keceoatan Putaran Berdasatkan besarnva Pulsa 2 msSUa

No Bead. Peugbisapaa Perpularaa PeageadaliKip.s Kec:epalan

("C l) Kertas Terhisap bergerak

±52;5San..,.tr_2 Serbuk Terhisap bergerak

±52,5Geruii Sannt Ceuat3 Bedak Terhisap bergerak

±52,5San."rt Ceuat

4 Bulu Terhisap bergerak ±52,5Sanzat Ceoat

5 Rambut Terbisap bergerak ±52,5San""ir-'""t'

6 Pasir Terhisap bergerak ±52,5San..at Ceuat

7 Batu Terbisap bergerak±52,5Keeil Sanl'ai r.enllt

Tabel 5, Kecepatan Putaran Berdasarkan besamya Pulsa di atas2ms

Sub_

No Beuda Pnogbisapaa Perpularaa Paoc-bliKipas Kec:epatan

I'C)) Kertas Tidal<Terhisap tidak

bergerak ±31

2 Serbuk Tidal<Terhisap tidal<Gergaji bergerak ±31

3 Bedak Tidak Terhisap tidakbergerak ±31

4 Bulu Tidak Terhisap tidakbergerak ± 31

377

5 Rambut Tidak Temisap tidal<bergerak ± 31

6 Pasir Tidak Temisap tidal<bergerak ± 31

7 Batu Tidak Terhisap tidal<Kedl bergerak ± 31

Hasil ujicoba tabel-tabel di atas dapatdisimpulkan bahwa pergerakan motor brushclesyang menjadi motor penyedot apabila pulse yangdihasilakan dari mikrokontroler di bawah I, I msmaka motor tidak akan bergerak, hal tersebut dikarenakan 1,1 ms merupakan pulse minimum dariswitching mosfet yang ada pada ESC ( ElectricalSpeed Control ) dan 2 ms adalah pulse maksimumdari switching mosfet pada ESe.

5. Kesimpulan

Sistem robot penyedot debu ini, telah dapatmencapai hasil yang diinginkan dimana robot dapatbergerak, mendeteksi objek-obejek halangandisekitamya sehingga dapat menghindarinya danbennanuver secara avoider sambil melakukanpenyedotan debu atau sampah kecil (kertas, serbukgergaji, bedak, buill, rambut, pasir dan batu kecil)yang ada di lantai. Dan desain mekanik robot secarakeseluruhan mempengaruhi seluruh fungsi darisemua komponen terutama sistem penyaluran udarayang menjadi hal terpenting.

Daftar Pustaka:

[I] Bejo,Agus, 2008, C & AVR : RahasiaKemudahan Bahasa C dalam MikrokontrolerATMega8535, Yogyakarta, Graha llmu.

[2] Budiharto, Widodo, 2005, Elektronika Digital& Mikroprosesor, Yogyakarta, ANDl.

[3] Rodnay, Zaks, 1986, Dari Chip ke Sistem :Pengantar Mikroprosesor, Jakarta, Erlangga.

[4] Anonim, www.jogja-aeromodelliog.com,April2009.

[5] Anonim, www.alldatasheet.com ,Februari2008.

[6] Anonim..www.digi-ware.com , Februari 2008.

378