kontrol model pesawat sederhana menggunakan … · 2019. 12. 11. · kontrol model pesawat...

TUGAS AKHIR

KONTROL MODEL PESAWAT SEDERHANA

MENGGUNAKAN PEMBACAAN SENSOR PADA

SARUNG TANGAN

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Sharma

Disusun oleh :

WAHYU PRAWISESA NUGROHO

NIM : 155114030

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2019

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

FINAL PROJECT

CONTROL FOR MODEL AIRCRAFT USING

SENSOR READING ON GLOVE

In a partial fulfilment of the requirements

for the degree of Sarjana Teknik

Departement of Electrical Engineering

Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University

WAHYU PRAWISESA NUGROHO

NIM : 155114030

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2019


vi

HALAMAN PERSEMBAHAN

MOTTO :

“JANGAN ADA RENCANA B, KARNA JIKA ADA

RENCANA B, BERARTI ANDA SEPENUHNYA TIDAK

PERCAYA PADA RENCANA A”

Persembahan

Tugas Akhir ini kupersembahkan untuk

Tuhan Yang Maha Esa yang selalu memimpin setiap langkahku

Kedua orang tua, kakak, dan keluarga yang selalu mendoakan

yang terbaik

Dosen-dosen dan teman-teman yang sudah berdinamika bersama

selama masa perkuliahan


viii

INTISARI

Teknologi robot dibidang industri mainan berkembang cukup pesat. Banyak mainan

canggih yang dapat dikontrol melalui remote control. Teknologi remote control ini dapat

dikembangkan menjadi lebih variative dan lebih menarik dengan menggantikan remote

control menggunakan sarung tangan yang dapat menggerakan mainan-mainan tersebut.

Namun dalam penerapannya banyak yang harus diperhitungkan untuk membuat pesawat

kontrol yang dikontrol menggunakan sarung tangan, sehingga dibuatlah model pesawat yang

dapat dikontrol melalui sarung tangan. Model pesawat adalah tiruan fisik dari sebuah

pesawat, namun model pesawat tidak dapat terbang.

Penelitian ini bertujuan untuk membuat sarung tangan yang dapat mengontrol

pergerakan robot model pesawat secara wireless melalui arduino yang terhubung dengan

modul nrf24l01 yang terdapat pada sarung tangan dan model pesawat. Model pesawat

digerakan oleh beberapa servo yang membuatnya dapat bergerak naik, turun, miring kekanan

dan miring kekiri layaknya pesawat saat sedang terbang yang disesuaikan dengan kondisi

sensor MPU-6050 yang terdapat pada sarung tangan. Kecepatan putaran baling-baling pada

model pesawat diatur agar sesuai dengan kondisi sensor flex yang terdapat pada sarung

tangan.

Berdasarkan hasil penelitian, sensor flex dapat mengatur kecepatan putaran motor dc

berdasarkan kelengkungannya, semakin lengkung sensor flex maka semakin cepat putaran

motor dc. Sensor MPU-6050 dapat mengatur gerakan servo roll, pitch, dan yaw dengan baik,

namun masih terjadi error. Persentase total error dari gerakan servo roll adalah sebesar

1,73%, total error dari gerakan servo pitch adalah sebesar 9,34%, dan total error dari gerakan

servo yaw adalah sebesar 11,97%. Kedua arduino dapat berkomunikasi dengan baik hingga

jarak 5 meter.

Kata kunci: pesawat, sarung tangan, sensor MPU-6050, sensor flex, wireless


ix

ABSTRACT

Robotics technology in the toy industry is growing rapidly. Many high technology

toys that can be controlled by remote control. This remote control technology can be

developed to be more varied and more interesting by replacing the remote control using

gloves that can move the toys. However, many things are needed to make a control airplane

using gloves, finally we made airplane model that can be controlled using gloves. The

airplane model is an imitation airplane model, but the airplane model cannot fly.

The purpose of this study is to create a gloves that can control the movement of

wireless airplane model with arduino that connected with nrf24l01 module in the gloves and

the airplane model. The aircraft model is moved by several servo which makes it able to

move up, down, tilt to the right and tilt to the left like an airplane that follows the MPU-6050

sensor on the glove. The rotation speed of the propeller on the model airplane rotates

following the flex sensor on the glove.

Based on the results of the study, the flex sensor can adjust the rotation speed of the

dc motor based on it’s curvature, if the flex sensor is increasingly curved then the dc motor

rotation is getting more faster. The MPU-6050 sensor can adjust servo roll, pitch and yaw

movements well, but errors still occur. The percentage of the total error from the servo roll

movement is 1,73%, the total error from the servo pitch movement is 9,34%, and the total

error from the servo yaw movement is 11,97%. Both Arduino can communicate well up to a

distance of 5 meters.

Keywords: airplane, gloves, MPU-6050 sensor, flex sensor, wireless


x

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan penyertaan-Nya, sehingga

penulis dapat menyelesaikan pembuatan tugas akhir dan laporan tugas akhir ini dengan

lancar. Tujuan dari tugas akhir ini adalah sebagai salah satu syarat untuk mencapai derajat

sarjana Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Tuhan Yang Maha Esa yang selalu setia mendampingi dan memberikan berkat, serta

penyertaan kepada penulis.

2. Bapak Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc.,Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik

Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

4. Bapak Djoko Untoro Suwarno, S.Si., M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir

yang selalu memberikan masukan dan dorongan, kepada penulis untuk berkembang

dan berproses, selalu sabar dan meluangkan waktunya untuk bimbingan sehingga

tugas akhir dapat diselesaikan dengan hasil yang memuaskan.

5. Bapak Dr. Ir. Linggo Sumarno, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang

selalu memberikan masukan dan dorongan, kepada penulis untuk berkembang dan

berproses selama berkuliah sehingga bisa sampai ditahap sekarang ini.

6. Bapak Martanto, M.T., selaku dosen penguji tugas akhir yang telah memberi

masukan, bimbingan serta saran untuk menyempurnakan penulisan tugas akhir ini.

7. Bapak Ir. Tjendro, M.Kom., selaku dosen penguji tugas akhir yang telah memberi

masukan, bimbingan serta saran untuk menyempurnakan penulisan tugas akhir ini.

8. Bapak dan Ibu dosen yang mengajarkan banyak hal dan memberikan pengalaman

dalam proses pembelajaran selama penulis menempuh pendidikan di Program Studi

Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

9. Orang Tua dan kakak, dan seluruh keluarga yang memberikan semangat, dorongan

dan doa untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

10. Seluruh teman-teman yang sudah memberikan dukungannya selama penulisan tugas

akhir ini, khususnya untuk teman-teman Teknik Elektro angkatan 2015, teman-

teman grup Offline, Horsemen, EndTA serta teman-teman semasa sekolah.


xii

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL(BAHASA INDONESIA) .............................................................. i

HALAMAN SAMPUL(BAHASA INGGRIS) .................................................................. ii

HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ...........................................................................................iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................................ v

HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................................vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS ....................................................................................... vii

INTISARI ...................................................................................................................... viii

ABSTRACT .....................................................................................................................ix

KATA PENGANTAR ....................................................................................................... x

DAFTAR ISI .................................................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................... xv

DAFTAR TABEL .........................................................................................................xvii

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................................1

1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian ....................................................................2

1.3 Batasan Masalah .........................................................................................2

1.4 Metodologi Penelitian .................................................................................3

BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 5

2.1. Gerakan Pesawat .........................................................................................5

2.1.1. Yaw .......................................................................................................5

2.1.2. Pitch .....................................................................................................5

2.1.3. Roll .......................................................................................................6

2.2. Arduino Nano .............................................................................................6

2.2.1. Konfigurasi Pin Arduino Nano ..............................................................7

2.3. Arduino Uno ...............................................................................................8

2.4. Sensor Flex .................................................................................................9

2.5. Modul nRF24L01 ..................................................................................... 11

2.6. Motor DC ................................................................................................. 13


xiii

2.7. Motor Servo .............................................................................................. 13

2.7.1. Pengendalian Motor Servo .................................................................. 14

2.8. Sensor MPU-6050 .................................................................................... 15

2.9. Driver Motor L298N................................................................................. 18

2.10. Pengaturan Kecepatan Motor DC .............................................................. 19

2.11. Software Arduino IDE .............................................................................. 21

2.11.1. Pengertian Arduino Software (IDE) ..................................................... 21

2.11.2. Menulis Sketch .................................................................................... 22

2.12. Komunikasi I2C (Inter Integrated Circuit) ................................................ 23

2.13. Komunikasi SPI (Serial Peripheral Interface) ........................................... 26

BAB III PERANCANGAN PENELITIAN ............................................................. 30

3.1. Diagram Blok ........................................................................................... 30

3.2. Perancangan Perangkat Keras ................................................................... 31

3.2.1. Perancangan Bagian Penggerak Model Pesawat .................................. 31

3.2.2. Perancangan Bagian Sarung Tangan .................................................... 32

3.2.3. Perancangan Gerakan Yaw Pesawat ..................................................... 32

3.2.4. Perancangan Gerakan Pitch Pesawat ................................................... 33

3.2.5. Perancangan Gerakan Roll Pesawat ..................................................... 34

3.2.6. Perancangan Rangkaian Sensor Flex ................................................... 36

3.2.7. Perancangan Sensor MPU-6050 .......................................................... 37

3.2.8. Perancangan Rangkaian Motor DC...................................................... 38

3.2.9. Perancangan Rangkaian Servo ............................................................ 39

3.2.10. Perancangan Rangkaian Modul nRF24L01.......................................... 41

3.3. Perancangan Perangkat Lunak .................................................................. 42

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................. 45

4.1. Sistem Perangkat Keras ............................................................................ 45

4.1.1. Implementasi Alat ............................................................................... 45

4.1.2. Perubahan Rancangan Letak Servo...................................................... 46

4.1.3. Rangkaian Sarung Tangan ................................................................... 47

4.1.4. Rangkaian Penggerak Model Pesawat ................................................. 48

4.2. Sistem Penggerak Motor Dc..................................................................... 48

4.2.1 Pengujian Posisi Sensor Flex Terhadap Nilai PWM Motor Dc ............ 49

4.3. Sistem Penggerak Motor Servo ................................................................. 49


xiv

4.3.1. Pengujian Posisi Sensor MPU-6050 Terhadap Nilai Sudut Servo ........ 50

4.4. Sistem Komunikasi NRF24L01 ................................................................ 54

4.4.1. Pengujian Jarak Komunikasi Antar Mikrokontroler ............................. 55

4.5. Sistem Perangkat Lunak............................................................................ 59

4.5.1. Program Pembacaan Sensor MPU-6050 .............................................. 59

4.5.2. Program Pembacaan Sensor Flex......................................................... 63

4.5.3. Sistem Pengiriman & Penerimaan Data ............................................... 64

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 67

5.1. Kesimpulan............................................................................................... 67

5.2. Saran ........................................................................................................ 67

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... 68

LAMPIRAN .................................................................................................................... 60


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Perancangan Blok Diagram ............................................................................3

Gambar 2.1. Gerakan Pada Pesawat[3] ...............................................................................6

Gambar 2.2. Arduino Nano ................................................................................................7

Gambar 2.3. Konfigurasi Pin Arduino Uno [5] ...................................................................8

Gambar 2.4. Rangkaian Pembagi Tegangan Sensor Flex .................................................. 10

Gambar 2.5. Sensor Flex [7]............................................................................................. 11

Gambar 2.6. Modul Wireless nRF24L01 [9] ..................................................................... 12

Gambar 2.7. Menunjukkan Prinsip Kerja Dari Motor DC ................................................. 13

Gambar 2.8. Bagian-Bagian Motor Servo ......................................................................... 14

Gambar 2.9. Gerakkan Motor Servo ................................................................................. 14

Gambar 2.10. Sensor MPU-6050 [11] .............................................................................. 15

Gambar 2.11. Konfigurasi Pin Pada Modul L298N .......................................................... 19

Gambar 2.12. Pengaturan Duty Cycle [14] ....................................................................... 20

Gambar 2.13. Pengontrolan Tegangan Output Motor [14] ................................................ 21

Gambar 2.14. Tampilan Software Arduino IDE ................................................................ 22

Gambar 2.15. Implementasi Jalur I2C .............................................................................. 23

Gambar 2.16. Gambar Untuk Sinyal Start & Stop ............................................................ 24

Gambar 2.17. Transfer Bit Pada Jalur I2C ........................................................................ 24

Gambar 2.18. Data Transfer Pada Jalur I2C ..................................................................... 25

Gambar 2.19. Sinyal Alamat & Data ................................................................................ 26

Gambar 2.20. Ilustrasi Kerja Protokol SPI ........................................................................ 26

Gambar 2.21. Komunikasi Master-Slave SPI.................................................................... 28

Gambar 2.22. Transfer Format Dengan CPHA=0 ............................................................ 28

Gambar 2.23. Transfer Format Dengan CPHA=1 ............................................................. 29

Gambar 3.1. Blok Diagram .............................................................................................. 30

Gambar 3.2. Perancangan Penggerak Model Pesawat (Tampak Depan) ............................ 31

Gambar 3.3. Perancangan Penggerak Model Pesawat (Tampak Samping) ........................ 32

Gambar 3.4. Perancangan Sarung Tangan ........................................................................ 32

Gambar 3.5. Perancangan Gerakan Yaw Pada Pesawat (Tampak Samping) ...................... 33

Gambar 3.6. Perancangan Gerakan Yaw Pada Pesawat (Tampak Atas) ............................. 33


xvi

Gambar 3.7. Perancangan Gerakan Pitch Pada Pesawat (Tampak Samping) ..................... 34

Gambar 3.8. Perancangan Gerakan Pitch Pada Pesawat (tampak atas) ............................. 34

Gambar 3.9. Perancangan Gerakan Roll Pada Pesawat (Tampak Depan) .......................... 35

Gambar 3.10. Perancangan Gerakan Roll Pada Pesawat (Tampak Atas) ........................... 35

Gambar 3.11. Rangkaian Skematik Sensor Flex Dengan Arduino Nano ........................... 36

Gambar 3.12. Rangkaian Skematik Sensor MPU-6050 Dengan Arduino Nano ................. 38

Gambar 3.13. Rangkaian Skematik Motor DC Dengan Arduino Uno & Driver Motor ..... 39

Gambar 3.14. Rangkaian Skematik Motor Servo Dengan Arduino Uno ............................ 40

Gambar 3.15. Rangkaian Skematik Modul nRF24L01 Dengan Arduino Uno (Tx) ........... 41

Gambar 3.16. Rangkaian Skematik Modul nRF24L01 Dengan Arduino Nano (Rx) ......... 42

Gambar 3.17. Flowchart Keseluruhan Program Bagian Pengirim & Bagian Penerima ..... 43

Gambar 4.1. Bentuk Fisik Bagian Model Pesawat ............................................................ 45

Gambar 4.2. Bentuk Fisik Bagian Sarung Tangan ............................................................ 46

Gambar 4.3. Rancangan Letak Servo ............................................................................... 46

Gambar 4.4. Rangkaian Sarung Tangan ........................................................................... 47

Gambar 4.5. Rangkaian Regulator Tegangan.................................................................... 47

Gambar 4.6. Rangkaian Penggerak Model Pesawat .......................................................... 48

Gambar 4.7. Posisi Kotak Model Pesawat ........................................................................ 56

Gambar 4.8. Program Pembacaan Accelerometer Pada Sensor MPU-6050 ....................... 59

Gambar 4.9. Program Pembacaan Gyro Pada Sensor MPU-6050...................................... 60

Gambar 4.10. Program Pembacaan Sensor MPU-6050 (roll, pitch, yaw) .......................... 61

Gambar 4.11. Program Konversi Nilai Sensor MPU-6050 Menjadi Nilai Servo ............... 62

Gambar 4.12. Program Pembacaan Sensor Flex ............................................................... 63

Gambar 4.13. Program Penginisialisasian Struct Data ...................................................... 64

Gambar 4.14. Deklarasi Alamat Node nRF24L01 ............................................................ 65

Gambar 4.15. Pengaturan nRF24L01 Sebagai Pengirim ................................................... 65

Gambar 4.16. Pengaturan nRF24L01 Sebagai Penerima ................................................... 65

Gambar 4.17. Memasukkan Data Sudut Servo Ke Dalam Paket ....................................... 66

Gambar 4.18. Memasukkan Data Sensor Flex Ke Dalam Paket ........................................ 66

Gambar 4.19. Mengirim Paket Data ................................................................................. 66

Gambar 4.20. Menerima Paket Data ................................................................................. 66


xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Konfigurasi Pin Arduino Uno [5]. ......................................................................9

Tabel 2.2. Pin-Pin Modul nRF24L01 ............................................................................... 12

Tabel 2.3. Register Accelerometer Pada Sensor MPU-6050 [12] ...................................... 15

Tabel 2.4. Register Gyro Pada Sensor MPU-6050 [12] ..................................................... 16

Tabel 2.5. Pilihan Range Accelerometer Pada Sensor MPU-6050 [12] ............................. 16

Tabel 2.6. Pilihan Range Gyro Pada Sensor MPU-6050 [12] ............................................ 16

Tabel 2.7. Register Untuk Memilih Range Accelerometer Pada Sensor MPU-6050 [12] ... 16

Tabel 2.8. Register Untuk Memilih Range Gyro Pada Sensor MPU-6050 [12] ................. 16

Tabel 3.1. Tabel Pengukuran Nilai ADC Terhadap Posisi Sensor Flex Pada Jari .............. 37

Tabel 3.2. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Nano Dengan Sensor MPU-6050 ... 38

Tabel 3.3. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Uno Dengan Driver Motor ............. 39

Tabel 3.4. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Uno Dengan Motor Servo .............. 40

Tabel 3.5. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Uno (Tx) Dengan nRF24L01 ......... 41

Tabel 3.6. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Nano (Rx) Dengan nRF24L01 ....... 42

Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Posisi Sensor Flex Terhadap Nilai PWM Motor DC ....... 50

Tabel 4.2. Pengujian Posisi Sensor MPU-6050 Terhadap Nilai Sudut Servo Roll ............. 51

Tabel 4.2. (Lanjutan) Pengujian Posisi Sensor MPU-6050 Terhadap Nilai Sudut Servo Roll

........................................................................................................................................ 52

Tabel 4.3. Pengujian Posisi Sensor MPU-6050 Terhadap Nilai Sudut Servo Pitch............ 52

Tabel 4.4. Pengujian Posisi Sensor MPU-6050 Terhadap Nilai Sudut Servo Yaw ............. 53

Tabel 4.5. Pengujian Data Drift Yang Terjadi Pada Sensor MPU-6050 ............................ 54

Tabel 4.5. (Lanjutan) Pengujian Data Drift Yang Terjadi Pada Sensor MPU-6050 ........... 55

Tabel 4.6. Hasil Pengujian Pertama Jarak Komunikasi Antar Mikrokontroler ................... 56

Tabel 4.7. Hasil Pengujian Kedua Jarak Komunikasi Antar Mikrokontroler ..................... 58

Tabel 4.8. Nilai Roll, Pitch, & Yaw Sebelum Dikonversi Ke Nilai Servo .......................... 63


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Robot adalah sebuah alat mekanik yang dapat melakukan tugas fisik baik

menggunakan pengawasan dan kontrol manusia, ataupun program yang sudah tertanam

dalam sebuah prosesor. Istilah robot berasal dari bahasa Cheko “robota” yang berarti kuli

atau pekerja yang tidak mengenal lelah dan bosan[1]. Robot biasanya digunakan dalam

bidang industri untuk mempermudah pekerjaan dan meminimalisir kesalahan yang

dilakukan oleh manusia. Namun, seiring perkembangan jaman, saat ini robot telah

digunakan dibidang hiburan, pendidikan, kesehatan, alat pembantu rumah tangga, bahkan

sebagai mainan.

Robot sebagai mainan sendiri telah mengalami perkembangan yang pesat, contohnya

saja mobil atau pesawat remote control, line follower, dsb. Oleh sebab itu dirancanglah

sebuah robot model pesawat yang dapat dikontrol melalui sarung tangan. Akan tetapi,

sebelum benar-benar membuat robot pesawat yang dapat benar-benar terbang dan dikontrol

oleh sarung tangan, ada baiknya membuat modelnya terlebih dahulu. Berdasarkan hal

tersebut, maka dirancanglah robot model pesawat yang dapat dikontrol menggunakan sarung

tangan.

Kontrol robot model pesawat sederhana menggunakan pembacaan sensor pada

sarung tangan adalah alat yang berupa sarung tangan dan robot model pesawat yang

digerakkan oleh kontroler menggunakan mikrokontroler. Sarung tangan berfungsi sebagai

pengontrol robot model pesawat yang dapat mengatur pergerakan robot model pesawat.

Digunakan dua buah mikrokontroler yang saling berkomunikasi secara wireless agar alat ini

dapat bekerja. Sebuah mikrokontroler berada pada sarung tangan, dan satunya lagi berada

pada robot model pesawat. Mikrokontroler adalah otak dalam pengendalian alat ini yang

menggunakan bahasa pemrograman agar alat dapat bekerja sesuai dengan kehendak

perancang.

Pada penelitian ini, akan digunakan dua arduino yang berfungsi sebagai

mikrokontroler, sensor flex yang berfungsi untuk mengatur kecepatan putaran baling-baling,

sensor MPU-6050 yang disesuaikan dengan beberapa servo yang berfungsi untuk mengatur

kemiringan dan naik turunnya robot model pesawat, dan modul nrf24l01 yang berfungsi


2

sebagai modul komunikasi jarak jauh. Sensor MPU-6050 digunakan untuk mendeteksi

besaran sudut rotasi pada sarung tangan yang kemudian akan disesuaikan dengan servo-

servo yang menggerakan model pesawat. Sensor MPU-6050 dipilih karena memiliki

kelebihan dibandingkan dengan sensor lain yaitu sensor ini tidak bersentuhan langsung

secara fisik dengan lingkungan sekitar sehingga sangat cocok digunakan pada benda

bergerak bebas[2].

1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menciptakan sarung tangan yang dapat

mengontrol pergerakan robot model pesawat secara wireless.

Manfaat dari penelitian ini adalah:

1. Robot model pesawat ini diharapkan dapat memberikan sumbangan pemikiran dan

menjadi acuan dalam penelitian selanjutnya mengenai robot pesawat sehingga dapat

diciptakan robot pesawat yang benar-benar bisa terbang dan dikendalikan

menggunakan kontrol pada sarung tangan.

2. Sebagai sarana pembelajaran mengenai komunikasi wireless antara dua buah

mikrokontroler (arduino).

1.3 Batasan Masalah

Agar tugas akhir ini bisa sesuai pada tujuan dan untuk menghindari kompleksnya

permasalahan yang muncul, maka diperlukan adanya batasan-batasan masalah yang sesuai

dengan judul tugas akhir ini. Adapun batasan masalah adalah :

1. Menggunakan satu buah arduino nano.

2. Menggunakan satu buah arduino uno.

3. Komunikasi wireless menggunakan dua buah modul nrf24l01.

4. Menggunakan sensor MPU-6050 yang berfungsi untuk mengatur pergerakan servo.

5. Menggunakan servo yang berfungsi untuk mengatur pergerakan robot model

pesawat berupa gerakan pitch, roll dan yaw.

6. Menggunakan sensor flex yang berfungsi untuk mengatur kecepatan motor dc yang

berfungsi sebagai baling-baling pesawat.


3

1.4 Metodologi Penelitian

Berdasarkan tujuan yang ingin dicapai maka metode-metode yang digunakan dalam

penyusunan tugas akhir ini adalah:

1. Studi literature dan referensi, yaitu dengan mempelajari dan membaca tentang hal-

hal yang berkaitan dengan mikrokontroler (arduino), sensor MPU-6050, sensor flex,

dan komunikasi wireless antar mikrokontroler (arduino) yang akan digunakan dalam

pembuatan tugas akhir ini.

2. Studi kasus terhadap alat-alat yang memiliki fungsi mirip seperti alat yang akan

dibuat pada tugas akhir ini. Tahap ini dilakukan untuk memahami prinsip kerja alat-

alat yang memiliki fungsi mirip seperti alat yang akan dibuat pada tugas akhir ini,

sehingga dapat diterapkan pada alat ini.

3. Perancangan sistem software dan hardware. Tahap ini bertujuan untuk menentukan

komponen-komponen yang akan digunakan pada alat yang akan dibuat dengan

mempertimbangkan faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah

ditentukan. Pada gambar 1.1 memperlihatkan blok model yang akan dirancang.

Gambar 1.1. Perancangan Blok Diagram

4. Eksperimen, yaitu dengan melakukan pengujian karakteristik sensor flex dan sensor

MPU-6050 yang akan digunakan.

5. Pembuatan sistem hardware, meliputi pembuatan dan perencanaan tata letak

mikrokontroler (arduino), sensor, motor, dan servo, dan juga perancangan bentuk

robot model pesawat.


4

6. Pembuatan sistem software, pembuatan ini bertujuan agar alat dapat bekerja.

Pembuatan software menggunakan bahasa pemrograman arduino.

7. Proses pengujian dan pengambilan data. Pengambilan data dilakukan dengan cara

menguji keseluruhan sistem apakah sudah sesuai dengan proses yang diinginkan,

serta mengambil data kesesuaian gerakan (yaw, pitch dan roll) antara sarung tangan

dengan robot model pesawat, dan pengujian komunikasi (jarak) antar mikrokontroler

(arduino).

8. Analisis dan penyimpulan hasil percobaan. Analisis data dilakukan untuk

menentukan apakah berhasil atau tidaknya penelitian, dan memeriksa apakah alat

sudah bekerja sesuai dengan rancangan dan bisa sesuai bekerja dengan kondisi yang

diinginkan, meliputi kesesuaian gerakan antara sarung tangan dengan robot model

pesawat. Lalu menyimpulkan data-data yang telah didapat dari percobaan-percobaan

yang dilakukan.


5

BAB II

DASAR TEORI

Bab ini menjelaskan tentang dasar-dasar teori dan informasi mengenai komponen-

komponen yang akan digunakan dalam pembuatan instrumen seperti sensor MPU-6050,

sensor flex, arduino, dan modul nRF24L01 serta hal-hal yang berkaitan dengan instrumen

seperti gerakan pesawat.

2.1. Gerakan Pesawat

Pesawat terbang mempunyai gerak dasar pesawat yang berfungsi agar pesawat dapat

bergerak stabil di udara pada saat terbang. Adapun gerakan-gerakan dasar pesawat itu adalah

sebagai berikut, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.

2.1.1. Yaw

Yaw merupakan gerakan ke kanan dan ke kirinya pesawat atau gerakan menggeleng

pada pesawat. Gerakkan yaw dikendalikan oleh rudder pada pesawat, untuk dapat

melakukan gerakan yaw, pilot menggerakkan rudder yang dikendalikan oleh rudder pedal

yang berada pada cockpit. Apabila pedal rudder kanan diinjak, maka rudder akan bergerak

kekanan dan pesawat akan mengarah ke kanan. Dan apabila pedal kiri diinjak, maka rudder

akan bergerak kekiri dan pesawat akan mengarah ke kiri.

2.1.2. Pitch

Pitch merupakan gerakan keatas dan kebawahnya pesawat atau gerakan

menggangguk pada pesawat. Gerakan pitch dilakukan ketika pesawat akan melakukan take

off atau pada saat pesawat akan terbang naik atau turun. Gerakan pitch dikendalikan oleh

elevator pada pesawat, untuk dapat melakukan gerakan pitch, pilot menggerakkan elevator

yang berada pada bagian ekor pesawat yang dikendalikan oleh stick control yang berada

pada cockpit. Pergerakan elevator dikendalikan dengan mengunakan stick control yang

berada pada cockpit. Apabila stick control digerakkan kebelakang, maka elevator akan

bergerak keatas dan menyebabkan pesawat bergerak keatas. Begitupula sebaliknya.


6

2.1.3. Roll

Roll merupakan gerakan berputar pesawat, yaitu gerakan kemiringan kekiri atau

kemiringan kekanannya pesawat. Gerakan roll dilakukan ketika pesawat akan berbelok ke

arah kiri atau ke arah kanan. Gerakkan roll dikendalikan oleh aileron pada pesawat, untuk

dapat melakukan gerakan roll, pilot mengerakkan aileron yang berada pada sayap pesawat

yang dikendalikan oleh stick control yang berada pada cockpit. Apabila stick control

digerakkan ke kanan, maka aileron bagian kanan sayap akan naik keatas dan aileron bagian

kiri sayap akan turun kebawah dan menyebabkan pesawat melakukan gerakan roll kesebelah

kanan. Begitupula sebaliknya.

Gambar 2.1. Gerakan Pada Pesawat[3]

2.2. Arduino Nano

Arduino merupakan sebuah platform dari physical computing yang bersifat open

source. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi kombinasi dari

hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang

canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program,

mengcompile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory mikrokontroler.

Arduino Nano adalah salah satu papan pengembangan mikrokontroler yang berukuran kecil,

lengkap dan mendukung penggunaan breadboard. Arduino Nano diciptakan dengan basis

mikrokontroler ATmega328 (untuk Arduino Nano versi 3.x) atau ATmega 168 (untuk

Arduino versi 2.x). Arduino Nano tidak menyertakan colokan DC berjenis Barrel Jack, dan


7

dihubungkan ke komputer menggunakan port USB Mini-B. Arduino Nano dirancang dan

diproduksi oleh perusahaan Gravitech [4].

2.2.1. Konfigurasi Pin Arduino Nano [4]

Gambar 2.2. Arduino Nano

Arduino Nano memiliki 30 pin. Berikut adalah konfigurasi pin Arduino Nano

berdasarkan Gambar 2.2. yaitu:

1 Serial TX (1) adalah pin yang berfungsi sebagai pengirim TTL data serial.

2 Serial RX (0) adalah pin yang berfungsi sebagai penerima TTL data serial.

3 RESET merupakan jalur LOW, untuk menghidupkan ulang mikrokontroler.

4 GND adalah pin ground untuk catu daya digital.

5-15 D2-D12 adalah pin digital.

16 D13 pin digital yang terhubung dengan LED, akan menyala jika HIGH value.

17 3V3 keluaran sebesar 3,3 Volt.

18 AREF merupakan referensi tegangan untuk input analog.

19-26 A0-A7 adalah pin analog yang setiap pin tersedia 1024 nilai yang berbeda,

dapat diukur/diatur dari 0-5V dan memungkinkan untuk mengubah batas nilai

tertinggi/terendah.

27 External Power Supply sebesar 5V.


8

28 RESET untuk menghidupkan ulang mikrokontroler.

29 GND adalah pin ground.

30 VIN merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya digital.

2.3. Arduino Uno

Arduino Uno adalah board berbasis mikrokontroler pada ATMega 328. Board

Arduino Uno seperti yang ditunjukan Gambar 2.3. memiliki 14 digital input / output pin

(dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz oslilator

kristal, konektor USB, jack listrik dan tombol reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan

untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau

sumber tegangan bisa menggunakan adaptor AC – DC atau baterai. Setiap digital pin pada

board Arduino Uno beroperasi pada tegangan 5 volt. Pin-pin digital tersebut juga

memungkinkan dapat mengeluarkan atau menerima arus maksimal sebesar 40 mA dan

memiliki internal pull-up resistor (yang terputus secara default) antara 20-50 KΩ.

Spesifikasi Arduino Uno ditunjukan pada alokasi penempatan pin-pin Arduino Uno pada

Tabel 2.1 [5].

Gambar 2.3. Konfigurasi Pin Arduino Uno [5]


9

Tabel 2.1. Konfigurasi Pin Arduino Uno [5].

No. Parameter Keterangan

1. ATMega 328

IC mikrokontroler yang digunakan pada Arduino Uno. IC

ATMega 328 memiliki flash memory 32 KB (dengan 0,5 KB

digunakan untuk boatloader). ATMega 328 juga memiliki 2

KB SRAM dan 1 KB EEPROM yang dapat ditulis dan dibaca

dengan EEPROM library.

2. Jack USB Untuk komunikasi mikrokontroler dengan PC

3. Jack Adaptor Masukan power eksternal bila Arduino bekerja mandiri (tanpa

komunikasi dengan PC melalui kabel serial USB.

4.. Tombol Reset Tombol reset internal yang digunakan untuk mereset modul

Arduino.

5. SDA dan SCL Komunikasi Two Wire Interface (TWI) atau inter integrated

circuit (12C) dengan menggunakan wire library.

6. GND dan AREF • GND = Pin ground dari regulator tegangan board Arduino.

• AREF = Tegangan Referensi untuk input analong.

7. Pin Digital Pin yang digunakan untuk menerima input digital dan

memberi output berbentuk digital (0 dan 1 atau low dan high)

8. Pin serial

Digunakan untuk menerima dan mengirimkan data serial TTL

(Receiver(Rx), Transmiter(Tx)). Pin 0 dan 1 sudah terhubung

kepada pin serial USB to TTL sesuai dengan pin ATMega.

9. Pin Power

• Vin = Masukan tegangan input bagi Arduino ketika menggunakan sumber tegangan eksternal.

• 5 V = Sumber tegangan yang dihasilkan regulator internal board Arduino

• 3,3 V = Sumber tegangan yang dihasilkan regulator internal board Arduino. Arus maksimal pada pin ini adalah 50 mA.

• GND = Pin ground dari regulator tegangan board Arduino.

• IOREF = Tegangan Referensi

10. Pin Analogin Menerima input dari perangkat analog lainya.

2.4. Sensor Flex

Sensor flex adalah sensor lengkung yang fleksibel secara fisik sehingga dapat

mengikuti pergerakan jari manusia. Range resistansi sebuah sensor flex berkisar 10 KΩ – 40

KΩ[6]. Sensor flex berfungsi untuk mendeteksi kelengkungan pada sensor ketika ditekan.

Sensor flex memiliki prinsip kerja sama seperti potensiometer. Sensor flex memiliki 2 kaki


10

pin, dengan bentuk fisik tipis memanjang dan lentur. Sensor ini memiliki output berupa

resistansi. Dua pin kaki tersebut, jika salah satu pin diberikan tegangan sebesar +5 V maka

pin yang lainnya sebagai output serta tegangan 0 Volt. Prinsip kerja sensor flex ini mirip

dengan variabel resistor. Sensor flex memberikan resistansi kepada mikrokontroler melalui

rangkaian pembagi tegangan. Output resistansi ini akan diberikan tegangan yang nantinya

akan dibaca oleh mikrokontroler[7].

Mikrokontroler mengkonversi data menggunakan ADC (analog to digital

converter), dimana data masukkannya didapat dari tegangan yang sudah terkena resistansi

[7]. Rangkaian sensor flex menggunakan rangkaian pembagi tegangan yang berfungsi untuk

membagi tegangan keluaran arduino (5V) dengan tegangan output sensor flex ke data (pin

analog input arduino).

Gambar 2.4. Rangkaian Pembagi Tegangan Sensor Flex

Rumus menghitung tegangan sensor flex & nilai adc sensor flex ditunjukkan pada

persamaan (2.1) dan (2.2).

Vsensorflex = (𝑅𝑓𝑙𝑒𝑥

𝑅1+𝑅𝑓𝑙𝑒𝑥) x Vcc (2.1)

Data ADC = Vsensor𝑓𝑙𝑒𝑥

5 𝑣𝑜𝑙𝑡 x 210 (2.2)

Keterangan:

Vsensorflex = Nilai tegangan sensor flex (Volt)

Vcc = Tegangan masukkan mikrokontroler (Volt)

Rflex = Nilai Resistansi sensor flex (Ω)

R1 = Nilai Resistansi pembagi tegangan (Ω)


11

Perhitungan pada sensor flex mengacu pada persamaan pada persamaan (2.1) adalah

sebagai berikut:

Vcc = 5 Volt

R2 = 10 K Ω

• Kondisi ketika sensor flex lurus, berdasarkan datasheet.

R1 = 10 KΩ (berdasarkan hambatan datar sensor flex pada datasheet)

Vsensorflex = (10 K Ω

10 K Ω+10 K Ω) x 5 Volt

Vsensorflex = 2,5 Volt

Hambatan sensor fleksibel ini berubah ketika bantalan logam berada diluar

tekukan. Spesifikasi:

• Cakupan suhu : -35ºC sampai +80ºC.

• Toleransi hambatan : ±30%.

• Cakupan hambatan tekukan : 60 KΩ..

• Nilai power : 0,5 Watt dst. 1 Watt sampai batas maksimal.

• Resistansi flat 10 KΩ ± 30%.

• Rentang lengkungan kontur antara 45 KΩ – 125 KΩ [7].

• Gambar sensor flex ditunjukkan seperti Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Sensor Flex [7]

2.5. Modul nRF24L01

Modul Wireless nRF24L01 merupakan modul komunikasi jarak jauh yang

menggunakan frekuensi pita gelombang radio 2.4-2.5 GHz ISM (Industrial Scientific and


12

Medical). nRF24L01 memiliki kecepatan sampai 2Mbps dengan pilihan opsi date rate 250

Kbps, 1 Mbps, dan 2 Mbps. Transceiver terdiri dari synthesizer frekuensi terintegrasi,

kekuatan amplifier, osilator kristal, demodulator, modulator dan Enhanced ShockBurst ™

mesin protokol. Output daya, saluran frekuensi, dan setup protokol yang mudah diprogram

melalui antarmuka SPI. Konsumsi arus yang digunakan sangat rendah, hanya 9.0mA pada

daya output -6dBm dan 12.3mA dalam mode RX. Built-in Power Down dan mode standby

membuat penghematan daya dengan mudah realisasi[8]. Gambar modul nRF24L01

ditunjukkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Modul Wireless nRF24L01 [9]

Tabel 2.2. Pin-Pin Modul nRF24L01

Nama Pin Singkatan Keterangan

Ground Ground Koneksi system ke Ground

Vcc Daya Daya modul menggunakan 3.3V

CE Chip Enable Digunakan untuk mengaktifkan

komunikasi SPI

CSN Chip Select Not

Untuk menjaga agar pulsa clock tetap

tinggi, karena jika rendah akan

menonaktifkan SPI

SCK Serial Clock Menyediakan pulsa clock dengan

komunikasi SPI

MOSI Master Out Slave In

Terhubung dengan pin MOSI dari

mikrokontroller, untuk menerima data dari

mikrokontroller

MISO Master In Slave Out

Terhubung ke MISO dari pin

mikrokontroller, berfungsi sebagai modul

pengirim data dari mikrokontroller

IRQ Interrupt Pin rendah aktif, digunakan saat interupsi

diperlukan


13

2.6. Motor DC [10]

Motor DC atau motor arus searah adalah suatu alat yang berfungsi mengubah tenaga

listrik arus searah menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik. Prinsip kerja dari motor DC

hampir sama dengan generator AC. Prinsip dasarnya adalah apabila suatu kawat berarus

diletakkan diantara kutub-kutub magnet (U-S), maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya

yang menggerakkan kawat, hal itu ditunjukkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Menunjukkan Prinsip Kerja Dari Motor DC

2.7. Motor Servo [1]

Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem closed feedback dimana posisi

dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor

servo. Motor terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potentiometer dan rangkaian

kontrol. Potentiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo.

Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim

melalui kaki sinyal kabel motor.

Motor servo biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu saja dan tidak

kontinyu seperti motor DC maupun motor stepper. Walau demikian, untuk beberapa

keperluan tertentu, motor servo dapat dimodifikasi agar bergerak kontinyu. Pada robot,

motor ini sering digunakan untuk bagian kaki, lengan atau bagian-bagian lain yang

mempunyai gerakan terbatas. Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah,

yaitu searah jarum jam atau clockwise (CW) dan berlawanan arah jarum jam atau

counterclockwise (CCW) di mana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat

dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal Pulse Width

Modulation (PWM) pada bagian pin kontrolnya. Motor servo merupakan sebuah motor

DC yang memiliki rangkaian kontrol elektronik dan internal gear untuk mengendalikan

pergerakan dan sudut angularnya.

Sistem mekanik pada motor servo seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.8.

terdiri dari:


14

a. 3 jalur kabel: power, ground, dan control.

b. Internal gear.

c. Potentiometer.

d. Feedback control.

Gambar 2.8. Bagian-Bagian Motor Servo

2.7.1. Pengendalian Motor Servo [1]

Kabel kontrol digunakan untuk mengatur sudut posisi dari batang output. Sudut

posisi ditentukan oleh durasi pulsa yang diberikan oleh kabel kontrol. Motor sevo

digerakkan dengan menggunakan PWM (Pulse Width Modulation). Motor sevo akan

mengecek pulsa setiap 20 milisecond. Panjang pulsa akan menentukan seberapa jauh

motor akan berputar. Contohnya, pada pulsa 1,5 milisecond akan membuat motor

berputar sejauh 90° (lebih sering disebut posisi netral). Jika pulsa lebih pendek dari 1,5

milisecond, maka motor akan berputar lebih dekat ke 0°. Jika lebih panjang dari 1,5ms,

maka akan berputar mendekati 180°. Dari Gambar 2.9. di bawah, durasi pulsa

menentukan sudut dari batang output. Gerakkan motor servo ditunjukkan pada Gambar

2.9.

Gambar 2.9. Gerakkan Motor Servo


15

2.8. Sensor MPU-6050

MPU-6050 adalah chip IC inverse yang didalamnya terdapat sensor Accelerometer

dan Gyroscope yang sudah terintergrasi. Accelerometer digunakan untuk mengukur

percepatan, percepatan gerakan dan juga percepatan gravitasi. Accelerometer sering

digunakan untuk menghitung sudut kemiringan, dan hanya dapat melakukan dengan nyata

ketika statis dan tidak bergerak. Untuk mendapatkan sudut akurat kemiringan, sering

dikombinasikan dengan satu atau lebih gyro dan kombinasi data yang digunakan untuk

menghitung sudut. Gyroscope adalah perangkat untuk mengukur atau mempertahankan

orientasi, yang berlandaskan pada prinsip-prinsip momentum sudut [11]. Gambar sensor

MPU-6050 ditunjukkan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10. Sensor MPU-6050 [11]

Data accelerometer dan gyro hasil pembacaan dari sensor MPU-6050 akan masuk

kedalam register-register yang ditunjukkan pada Tabel 2.3. dan Tabel 2.4.

Tabel 2.3. Register Accelerometer Pada Sensor MPU-6050 [12]


16

Tabel 2.4. Register Gyro Pada Sensor MPU-6050 [12]

Pembacaan nilai accelerometer dan gyro pada sensor MPU-6050 memiliki pilhan

range yang dapat digunakan, pilihan range yang dapat digunakan ditunjukkan pada Tabel

2.5. dan Tabel 2.6. Dan pengaturan register untuk pilihan range dapat dilihat pada Tabel 2.7.

dan Tabel 2.8. Nilai reset untuk seluruh register adalah 0x00 kecuali untuk register 107: 0x40

dan register 117: 0x68[12].

Tabel 2.5. Pilihan Range Accelerometer Pada Sensor MPU-6050 [12]

Tabel 2.6. Pilihan Range Gyro Pada Sensor MPU-6050 [12]

Tabel 2.7. Register Untuk Memilih Range Accelerometer Pada Sensor MPU-6050 [12]

Tabel 2.8. Register Untuk Memilih Range Gyro Pada Sensor MPU-6050 [12]


17

Perhitungan sudut berdasarkan data accelerometer ditunjukkan pada persamaan (2.3)

dan (2.4).

𝐴𝜑 = atan(𝐴𝑐𝑐𝑌

√𝐴𝑐𝑐𝑋2 + 𝐴𝑐𝑐𝑍2) (2.3)

𝐴𝜃 = atan(−𝐴𝑐𝑐𝑋

√𝐴𝑐𝑐𝑌2 + 𝐴𝑐𝑐𝑍2) (2.4)

Perhitungan sudut berdasarkan data gyro ditunjukkan pada persamaan (2.5) - (2.7).

Ө = ∫ 𝜔. 𝑑𝑡 = 𝜔. 𝑡 + Ө0 (2.5)

𝐺𝜑 = 𝐺𝜑 + 𝐺𝑋 . ∫ 𝑑𝑡 (2.6)

𝐺𝜃 = 𝐺𝜃 + 𝐺𝑌 . ∫ 𝑑𝑡 (2.7)

Perhitungan sudut yaw ditunjukkan pada persamaan (2.8).

Ψ = Ψ + 𝐺𝑍 . ∫ 𝑑𝑡 (2.8)

Perhitungan sudut roll dan pitch dengan kompensasi dari perhitungan sudut dari

percepatan dan perhitungan sudut dari gyro dinamakan Complementary Filter ditunjukkan

pada persamaan (2.9) dan (2.10), karena yaw tidak dapat dihitung dari data accelerometer,

Complementary Filter tidak dapat digunakan untuk yaw.

𝜑 = 0.96 ∗ 𝐺𝜑 + 0.04 ∗ 𝐴𝜑 (2.9)

𝜃 = 0.96 ∗ 𝐺𝜃 + 0.04 ∗ 𝐴𝜃 (2.10)

Keterangan:

𝐴𝜑 = accelerometer angle X 𝐺𝑋 = gyro X Ψ = yaw

𝐴𝜃 = accelerometer angle Y 𝐺𝑌 = gyro Y 𝜑 = roll

𝐺𝜑 = gyro angle X 𝐺𝑍 = gyro Z 𝜃 = pitch

𝐺𝜃 = gyro angle Y

Spesifikasi dari Sensor MPU-6050 yang tertera pada Gambar 2.10 adalah:

1. Berbasis Chip MPU-6050.

2. Supply tegangan berkisar 3-5V.

3. Gyroscope range + 250 500 1000 2000°/s.

4. Acceleration range: ± 2 ± 4 ± 8 ± 16 g.

5. Communication standard I2C.


18

6. Chip built-in 16 bit AD converter, 16 bits data output.

7. Jarak antar pin header 2.54 mm.

8. Dimensi modul 20.3mm x 15.6mm. [13]

2.9. Driver Motor L298N [7]

Driver motor L298N merupakan modul driver motor DC yang paling banyak

digunakan untuk mengontrol kecepatan serta arah perputaran motor DC. L298 adalah driver

motor berbasis H-Bridge, mampu menangani beban hingga 4A pada tegangan 6 V–46 V.

Dalam chip terdapat dua rangkaian H-Bridge. IC L298 merupakan sebuah IC tipe H-bridge

yang mampu mengendalikan beban-beban induktif seperti relay, solenoid, motor DC dan

motor stepper. Mampu mengeluarkan output tegangan untuk motor DC sebesar 50 Volt dan

dapat mengendalikan 2 untuk motor DC.

Pengaturan kecepatan motor digunakan teknik PWM (Pulse with Modulation) yang

diinputkan dari mikrokontroler melalui pin enable. PWM untuk kecepatan rotasi yang

bervariasi level high-nya.

Spesifikasi:

1. Tipe: Dual H-Bridge

2. Chip kontrol: ST L298N

3. Logic voltage: 5 V DC

4. Drive voltage: 5-35 V DC

5. Logical current: 0 mA-36 mA

6. Driving current: 2 A (Max. single bridge)

7. Temperatur: -20 C – 135 C

8. Power maksimum: 25 W

9. Berat: 30 g

10. Ukuran: 43 x 43 x 27 mm

Kelebihan L298N motor driver adalah:

1. Lebih presisi dalam mengontrol motor

2. Dapat mengendalikan motor yang besar (maksimal 2 A)

3. Dilengkapi dengan heatsink sehingga lebih tahan panas

4. Mudah untuk pemasangannya


19

Untuk pemasangan driver L298N ini dibutuhkan 6 buah pin mikrokontroler. Dua

buah untuk pin enable (masing-masing satu untuk tiap motor DC). Empat buah untuk

mengatur kecepatan motor DC tersebut. Pada prinsipnya rangkaian driver motor L298N ini

dapat mengatur tegangan dan arus sehingga kecepatan dan arah motor dapat diatur.

Konfigurasi pin pada modul L298N ditunjukkan pada gambar 2.11.

Gambar 2.11. Konfigurasi Pin Pada Modul L298N

Driver motor ini pada prinsipnya sama dengan L293D. Cara pengontrolannya pun

sama. Perbedaannya mendasar hanya terletak pada karakteristik elektronikanya, yaitu

kemampuan L298N dalam melewatkan arus untuk motor DC lebih besar yaitu sebesar 3 A.

Agar mampu bekerja dengan baik maka diperlukan beberapa komponen dioda pendukung.

Fitur Modul L298N Driver Motor DC Dual H-Bridge:

1. Tegangan operasi 0-46 V.

2. Tegangan logic 4,5-7 V.

3. Arus 4 A.

4. Heatsink untuk membuang panas.

5. Regulator 7805 dengan keluaran 5 V.

6. Dioda proteksi.

7. Mampu mengontrol 2 motor DC.

2.10. Pengaturan Kecepatan Motor DC

Pengaturan kecepatan motor DC menggunakan prinsip kerja pengaturan duty cycle

atau pewaktukan kondisi on-off tiap satuan waktu atau tiap periode atau yang disebut dengan


20

PWM (pulse width modulation). Apabila nilai duty cycle semakn besar maka kecepatan

motor pun akan semakin cepat putarannya. Jadi, apabila nilai PWM pada arduino bernilai 0

sampai dengan 255, atau besarnya nilai duty cycle dari 0% sampai dengan 100%, maka

semakin besar nilai PWM atau duty cycle nya akan semakin cepat pula putaran motornya.

Dan apabila kita ukur dengan voltmeter nilai pada tegangan yang masuk pada motor, maka

nilai tegangan akan mengikuti nilai PWM, yaitu semakin besar PWM nya maka akan

semakin besar pula tegangan yang masuk pada motor (semakin mendekati tegangan sumber

dari driver).

Gambar 2.12. Pengaturan Duty Cycle [14]

Dengan cara mengatur lebar pulsa “on” dan “off” dalam satu periode gelombang

melalui pemberian besar sinyal referensi output dari suatu PWM akan didapat duty cycle

yang diinginkan. Duty cycle dari PWM dapat dinyatakan sebagai:

Duty Cycle = Ton / (Ton+Toff) * 100% (2.11)

Keterangan :

Ton = Waktu Pulsa “HIGH”

Toff = Waktu Pulsa “LOW”

D = Duty Cycle yaitu lamanya pulsa high dalam satu periode

Duty cycle 100% berarti sinyal tegangan pengatur motor dilewatkan seluruhnya. Jika

tegangan catu 100V, maka motor akan mendapat tegangan 100V. Pada duty cycle 50%,

tegangan pada motor hanya akan diberikan 50% dari total tegangan yang ada, begitu

seterusnya.

Untuk melakukan perhitungan pengontrolan tegangan output motor dengan metode

PWM dapat dilihat pada ilustrasi Gambar 2.13. di bawah ini:


21

Gambar 2.13. Pengontrolan Tegangan Output Motor [14]

Average output = (a / a+b) * Vfull (2.12)

Keterangan :

Average output = Tegangan output pada motor yang dikontrol oleh PWM

a = Nilai duty cycle saat kondisi sinyal “on”

b = Nilai duty cycle saat kondisi sinyal “off”

Vfull = Tegangan maksimal pada motor

2.11. Software Arduino IDE [7]

2.11.1. Pengertian Arduino Software (IDE)

IDE itu merupakan kependekan dari Integrated Developtment Enviroenment, atau

secara bahasa mudahnya merupakan lingkungan terintegrasi yang digunakan untuk

melakukan pengembangan. Disebut sebagai lingkungan karena melalui software inilah

arduino dilakukan pemrograman untuk melakukan fungsi-fungsi yang dibenamkan melalui

sintaks pemrograman. Arduino menggunakan bahasa pemrograman sendiri yang

menyerupai bahasa C. Bahasa pemrograman arduino (sketch) sudah dilakukan perubahan

untuk memudahkan pemula dalam melakukan pemrograman dari bahasa aslinya. Sebelum

dijual ke pasaran, IC mikrokontroler arduino telah ditanamkan suatu program bernama

Bootlader yang berfungsi sebagai penengah antara compiler arduino dengan mikrokontroler.

Arduino IDE dibuat dari bahasa pemrograman JAVA. Arduino IDE juga dilengkapi

dengan library C/C++ yang biasa disebut Wiring yang membuat operasi input dan output

menjadi lebih mudah. Arduino IDE ini dikembangkan dari software processing yang

dirombak menjadi arduino IDE khusus untuk pemrograman dengan arduino.


22

2.11.2. Menulis Sketch

Program yang ditulis dengan menggunaan arduino software (IDE) disebut sebagai

sketch. Sketch ditulis dalam suatu editor teks dan disimpan dalam file dengan ekstensi .ino.

Teks editor pada arduino software memiliki fitur seperti cutting/paste dan searching /

replacing sehingga memudahkan kamu dalam menulis kode program.

Pada software arduino IDE, terdapat semacam message box berwarna hitam yang

berfungsi menampilkan status, seperti pesan error, compile, dan upload program. Di bagian

bawah paling kanan sotware arduino IDE, menunjukan board yang terkonfigurasi beserta

COM ports yang digunakan.

Beberapa fungsi dari arduino IDE yang sering digunakan terletak pada toolbar.

Terdapat 6 buah tombol pada toolbar tersebut yang memiliki fungsi sesuai dengan deskripsi

pada Gambar 2.14. adalah:

1. Verify: berfungsi untuk melakukan checking kode yang kamu buat apakah sudah

sesuai dengan kaidah pemrograman yang ada atau belum

2. Upload: berfungsi untuk melakukan kompilasi program atau kode yang kamu buat

menjadi bahasa yang dapat dipahami arduino

3. New: berfungsi untuk membuat sketch baru

4. Open: berfungsi untuk membuka sketch yang pernah kamu buat dan membuka

kembali untuk dilakukan editing atau sekedar upload ulang ke arduino.

5. Save: berfungsi untuk menyimpan sketch yang telah dibuat.

6. Serial Monitor: Serial monitor merupakan jendela yang menampilkan data apa saja

yang dikirimkan atau dipertukarkan antara arduino dengan sketch pada port serial-

nya.

Gambar 2.14. Tampilan Software Arduino IDE


23

2.12. Komunikasi I2C (Inter Integrated Circuit) [15]

Konsep dasar komunikasi 2 arah antar IC dan/atau antar sistem secara serial

menggunakan 2 kabel. Sistem bus Inter-IC, yang umumnya dikenal sebagai bus I2C, adalah

sebuah control bus yang menyediakan jalur komunikasi antara integrated circuits dalam

sebuah sistem dengan menggunakan pin yang sangat sedikit. Sistem ini dikembangkan oleh

Philips pada awal tahun 1980-an, bus dua kabel sederhana ini dengan bantuan sebuah

protokol software-defined telah menjadi standar di seluruh dunia untuk sistem kontrol

mengenai berbagai macam hal mulai sensor temperatur sampai dengan EEPROM, general-

purpose I/O, A/D & D/A converters, dan semua jenis microprocessors.

Gambar 2.15. menunjukkan implementasi dari jalur I2C. Dengan I2C hanya

membutuhkan dua jalur untuk berkomunikasi antar perangkat. Kita tidak memerlukan

address decoder untuk mengimplementasi jalur I2C. Dua jalur tersebut adalah SDA (Serial

Data) dan SCL (Serial Clock). SCL merupakan jalur yang digunakan untuk mensinkronisasi

transfer data pada jalur I2C, sedangkan SDA merupakan jalur untuk data. Beberapa

perangkat dapat terhubung ke dalam jalur I2C yang sama dimana SCL dan SDA terhubung

ke semua perangkat tersebut, hanya ada satu perangkat yang mengontrol SCL yaitu

perangkat master. Jalur dari SCL dan SDA ini terhubung dengan pull-up resistor yang besar

resistansinya tidak menjadi masalah (bisa 1K, 1.8K,4.7K, 10K, 47K atau nilai diantara range

tersebut).

Gambar 2.15. Implementasi Jalur I2C

Dengan adanya pull-up disini, jalur SCL dan SDA menjadi open drain, yang

maksudnya adalah perangkat hanya perlu memberikan output 0 (LOW) untuk membuat jalur

menjadi LOW, dan dengan membiarkannya pull-up resistor sudah membuatnya HIGH.

Umumnya dalam I2C ada satu perangkat yang berperan menjadi master (meskipun

dimungkinkan beberapa perangkat, dalam jalur I2C yang sama, menjadi master) dan satu

atau beberapa perangkat slave. Dalam jalur I2C, hanya perangkat master yang dapat

mengontrol jalur SCL yang berarti transfer data harus diinisialisasi terlebih dahulu oleh

perangkat master melalui serangkaian pulsa clock (slave tidak bisa, tapi ada satu kasus yang


24

disebut clockstreching). Tugas perangkat slave hanya merespon apa yang diminta master.

Slave dapat memberi data ke master dan menerima data dari master setelah server

melakukan inisialisasi. Misalkan mikrokontroler (uC) adalah perangkat master yang

terhubung dalam satu I2C dengan perangkat-perangkat slave seperti modul pengendali

motor servo, modul kompas, sensor TPA81 dan sensor lainnya.

Gambar 2.16. menunjukkan sinyal untuk start dan stop. Sebagaimana telah

dijelaskan sebelumnya, bahwa master terlebih dahulu menginisialisasi sebelum memulai

transfer data antara slave-nya. Inisialisasi diawali dengan sinyal START (transisi high ke low

pada jalur SDA dan kondisi high pada jalur SCL, lambang S pada gambar 2.16.), lalu

transfer data dan sinyal STOP (transisi low ke high pada jalur SDA dan kondisi high pada

jalur SCL, lambang P pada gambar 2.16.) untuk menandakan akhir transfer data.

Gambar 2.16. Gambar Untuk Sinyal Start & Stop

Gambar 2.17. menunjukkan transfer bit pada jalur I2C. Banyaknya byte yang dapat

dikirimkan dalam satu transfer data itu tidak ada aturannya. Jika transfer data yang ingin

dilakukan sebesar 2 byte, maka pengiriman pertama adalah 1 byte dan setelah itu 1 byte.

Setiap byte yang di transfer harus diikuti dengan bit Acknowledge (ACK) dari si penerima,

menandakan data berhasil diterima. Byte yang dikirim dari pengirim diawali dari bit MSB.

Saat bit dikirim, pulsa clock (SCL) di set ke HIGH lalu ke LOW. Bit yang dikirim pada jalur

SDA tersebut harus stabil saat periode clock (SCL) HIGH. Kondisi HIGH atau LOW dari

jalur data (SDA) hanya dapat berubah saat kondisi sinyal SCL itu LOW.

Gambar 2.17. Transfer Bit Pada Jalur I2C


25

Gambar 2.18. menunjukkan data transfer pada jalur I2C. Setiap pulsa clock itu

dihasilkan (di jalur SCL) untuk setiap bit (di jalur SDA) yang ditransfer. Jadi untuk

pengiriman 8 bit akan ada 9 pulsa clock yang harus dihasilkan (1 lagi untuk bit ACK).

Kronologi sebelum perangkat penerima memberikan sinyal ACK adalah sebagai berikut:

saat pengirim selesai mengirimkan bit ke-8, pengirim melepaskan jalur SDA ke pull-up

sehingga menjadi HIGH. Saat kondisi tersebut terjadi, penerima harus memberikan kondisi

LOW ke SDA saat pulsa clock ke-9 berada dalam kondisi HIGH.

Gambar 2.18. Data Transfer Pada Jalur I2C

Jika SDA tetap dalam kondisi HIGH saat pulsa clock ke-9, maka ini didefinisikan

sebagai sinyal Not Acknowledge (NACK). Master dapat menghasilkan sinyal STOP untuk

menyudahi transfer, atau mengulang sinyal START untuk memulai transfer data yang baru.

Ada 5 kondisi yang menyebabkan NACK:

1. Tidak adanya penerima dengan alamat yang diminta pada jalur, sehingga tidak ada

perangkat yang merespon ACK.

2. Penerima tidak dapat menerima atau mengirim karena sedang mengeksekusi fungsi

lain dan tidak siap untuk memulai komunikasi dengan master.

3. Pada saat transfer data, penerima mendapatkan data atau perintah yang tidak

dimengerti oleh penerima.

4. Pada saat transfer data, penerima tidak dapat menerima lagi byte data yang

dikirimkan.

5. Penerima-master perlu memberi sinyal pengakhiran transfer data ke penerima-slave.

Gambar 2.19. menunjukkan sinyal alamat dan data. Pengalamatan dalam I2C bisa 7

bit atau 10 bit. Pengalamatan 10 bit jarang digunakan dan juga tidak dibahas di sini. Semua

perangkat (uC dan modul-modul) yang terhubung ke dalam jalur I2C yang sama dapat

dialamati sebanyak 7 bit. Ini berarti sebuah jalur I2C dengan pengalamatan 7 bit dapat

menampung 128 (2^7) perangkat. Saat mengirimkan data alamat (yang 7 bit itu), kita tetap


26

mengirim data 1 byte (8 bit). 1 bit lagi digunakan untuk menginformasikan perangkat slave

apakah master menulis (write) data ke slave atau membaca (read) data dari slave. Jika bit

tersebut 0, maka master menulis data ke slave. Jika bit tersebut 1, maka master membaca

data dari slave. Bit ini (untuk infomasi tulis/baca) merupakan LSB, sedangkan sisanya

adalah data alamat 7 bit. Berikut adalah contoh sinyal yang dimulai dengan data alamat lalu

data yang ingin ditransfer ke alamat tersebut:

Gambar 2.19. Sinyal Alamat & Data

2.13. Komunikasi SPI (Serial Peripheral Interface) [16]

Serial Peripheral Interface (SPI) merupakan salah satu mode komunikasi serial

synchrounous kecepatan tinggi. Pada arduino, serial sinkron SPI memiliki library khusus

yaitu library SPI.h. Serial sinkron adalah protokol komunikasi data secara serial namun

membutuhkan jalur clock untuk sinkronisasi antara transmitter dan receiver. Sedangkan

secara khusus istilah ‘serial sinkron SPI’ ditujukan untuk tipe protokol komunikasi serial

sinkron yang memiliki 3 jalur kabel yakni MISO (Master In Slave Out). MOSI (Master

Out Slave In) dan SCLK (Serial Clock). MOSI merupakan jalur pengiriman data dari

master ke slave, sedangkan MISO merupakan kebalikannya. Biasanya ada satu tambahan

pin yang digunakan untuk mengaktifkan/mematikan perangkat slave SPI yang dinamakan

CS (Chip Select) atau SS (Slave Select). Pin CS/SS bersifat spesifik untuk tiap perangkat

slave yang menggunakan komunikasi SPI sehingga bisa berbeda-beda untuk masing-

masing perangkat. Ilustrasi cara kerja protokol SPI ini ditunjukkan pada gambar 2.20.

Gambar 2.20. Ilustrasi Kerja Protokol SPI


27

Dalam implementasinya, SPI banyak digunakan sebagai alternative untuk

berkomunikasi dengan perangkat lain misalnya EEPROM (SPI EEPROM), sensor

(barometer, tekanan, dll), komponen elektronika (SPI digital potensiometer) atau controller

lain (Arduino, AVR, MCS51, ARM, dll). Komunikasi serial data antara master dan slave

pada SPI diatur melalui 4 buah pin yang terdiri dari SCLK, MOSI, MISO, dan SS. Keempat

pin tersebut dijelaskan sebagai berikut:

1. Serial Clock (SCLK) merupakan data biner yang keluar dari master ke slave yang

berfungsi sebagai clock dengan frekuensi tertentu. Clock merupakan salah satu

komponen prosedur komunikasi data SPI. Dalam beberapa perangkat, istilah yang

digunakan untuk pin ini adalah SCK.

2. Master Output Slave Input (MOSI) merupakan pin yang berfungsi sebagai jalur data

pada saat data keluar dari master dan masuk ke dalam slave. Instilah lain untuk pin

ini antara lain Slave Input Master Output (SIMO), Serial Data In (SDI), Data In

(DI), dan Serial In (SI).

3. Master Input Slave Output (MISO) merupakan pin yang berfungsi sebagai jalur data

Slave Output Master Input (SOMI), Serial Data Out (OUT), Data Out (OUT), dan

Serial Out (SO).

4. Slave Select (SS) merupakan pin yang berfungsi untuk mengaktifkan slave sehingga

pengiriman data hanya dapat dilakukan jika slave dalam keadaan aktif (actice low).

Istilah lain untuk SS antara lain chip select (CS), nCS, nSS, dan Slave Transmit

Enable (STE).

Pin SCLK, MOSI, dan SS merupakan pin dengan arah pengiriman data dari master

ke slave. Sebaliknya, MISO mempunyai arah komunikasi data dari slave ke master.

Pengaturan hubungan dari pin MISO dan MOSI harus sesuai dengan ketentuan. Ketentuan

tersebut adalah pin MISO pada master harus dihubungkan dengan pin MOSI pada slave,

begitu sebaliknya. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya kesalahah prosedur pada

pengiriman data. Istilah pin-pin SPI untuk berbagai perangkat mungkin saja mempunyai

istilah yang berbeda dengan istilah diatas tergantung pada produsen. Gambar di bawah ini

merupakan komunikasi master-slave pada SPI.


28

Gambar 2.21. Komunikasi Master-Slave SPI

Komunikasi data SPI dimulai pada saat master mengirimkan clock melalui SCK

dengan frekuensi lebih kecil atau sama dengan frekuensi maksimum pada slave. Kemudian

master memberi logila low atau 0 pada SS untuk mengaktifkan slave sehingga pengiriman

data (berupa siklus clock) siap untuk dilakukan. Pada saat siklus clock terjadi transmisi data

full duplex. Terjadi dua keadaan sebagai berikut :

1. Master mengirim sebuah bit pada jalur MOSI dan slave membacanya pada jalur yang

sama.

2. Slave mengirim sebuah bit pada jalur MISO dan master membacanya pada jalur yang

sama.

Transmisi dapat menghasilkan beberapa siklus clock. Jika tidak ada data yang

dikirim lagi maka master menghentikan clock tersebut dan menonaktifkan slave.

Gambar 2.22. Transfer Format Dengan CPHA=0


29

Gambar 2.23. Transfer Format Dengan CPHA=1


30

BAB III

PERANCANGAN PENELITIAN

Bab ini menjelaskan tentang perancangan “Kontrol Model Pesawat Sederhana

Menggunakan Pembacaan Sensor Pada Sarung Tangan”. Yang terdiri dari blok diagram

seperti pada Gambar 3.1 dan perancangan perangkat keras maupun perancangan perangkat

lunak dari alat tersebut.

3.1. Diagram Blok

Gambar 3.1. Blok Diagram

Bagian input yang dikendalikan oleh mikrokontroler arduino (Tx) meliputi sensor

MPU-6050 dan sensor flex yang terdapat pada bagian sarung tangan. Inputan data yang

diambil dari kedua sensor yang terdapat pada sarung tangan ini diteruskan oleh

mikrokontroler arduino (Tx) ke modul wireless (modul nR24L01) untuk dikirimkan ke

modul wireless (modul nR24L01) yang berada pada model pesawat untuk kemudian

diterima oleh mikrokontroler arduino (Rx) dan diaplikasikan pada keluarannya.

Bagian output yang dikendalikan oleh mikrokontroler arduino (Rx) meliputi servo-

servo yang berfungsi untuk menggerakan posisi model pesawat, dan motor dc yang berfungsi

sebagai baling-baling model pesawat. Diagram blok pada gambar 3.1 masih terbagi menjadi


31

dua tahapan perancangan, yaitu perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat

lunak. Perancangan perangkat keras berisi tentang perkiraan bentuk serta ukuran dari alat

yang akan dirancang, pemilihan komponen-komponen yang akan digunakan disesuaikan

dengan kebutuhan alat tersebut, dan pengkabelan. Perancangan perangkat lunak berisi

tentang pengaturan program dari alat yang akan dbuat. Program dari alat yang akan dbuat

pertama-tama akan dibuat dalam bentuk diagram alir (flowchart) yang bertujuan untuk

mempermudah pembuatan program karena diagram alir berisi tentang urutan-urutan proses

dari alat yang akan dirancang.

3.2. Perancangan Perangkat Keras

Dalam perancangan perangkat keras ini terdiri dari beberapa tahapan karena

perangkat keras ini terdiri dari beberapa bagain. Bagian yang pertama adalah pembuatan

perancangan bagian model pesawat. Dan bagian kedua adalah pembuatan perancangan

bagian sarung tangan.

3.2.1. Perancangan Bagian Penggerak Model Pesawat

Pada bagian penggerak model pesawat terdapat pesawat yang terhubung ke tiang

penyangga, di dalam bagian penopang bawah akan terdapat arduino, driver motor, dan

modul nrf24L01, dibagian dalam pesawat akan terdapat servo-servo yang menggerakan

pesawat. Rencana alat pada bagian model pesawat dapat dilihat pada Gambar 3.2 dan

Gambar 3.3.

Gambar 3.2. Perancangan Penggerak Model Pesawat (Tampak Depan)


32

Gambar 3.3. Perancangan Penggerak Model Pesawat (Tampak Samping)

3.2.2. Perancangan Bagian Sarung Tangan

Pada bagian sarung tangan terdapat sarung tangan yang terpasang oleh sensor MPU-

6050, sensor flex, modul nRF24L01 dan arduino nano, juga baterai yang berada pada bagian

bawah telapak tangan. Rencana alat pada bagian sarung tangan dapat dilihat pada Gambar

3.4.

Gambar 3.4. Perancangan Sarung Tangan

3.2.3. Perancangan Gerakan Yaw Pesawat

Gerakan yaw seperti yang telah dijelaskan pada bab II merupakan gerakan ke kanan

dan ke kiri nya pesawat atau gerakan menggeleng pada pesawat (panah biru). Gerakan ini

akan diatur oleh sebuah servo yang telah diatur letak pemasangannya seperti Gambar 3.5

dan Gambar 3.6.

Sensor Flex

Sensor

MPU-6050

nRF24L01

Arduino

Nano


33

Gambar 3.5. Perancangan Gerakan Yaw Pada Pesawat (Tampak Samping)

Gambar 3.6. Perancangan Gerakan Yaw Pada Pesawat (Tampak Atas)

3.2.4. Perancangan Gerakan Pitch Pesawat

Gerakan pitch seperti yang telah dijelaskan pada bab II merupakan gerakan keatas

dan kebawah nya pesawat atau gerakan menggangguk pada pesawat (panah merah). Gerakan

ini akan diatur oleh sebuah servo yang telah diatur letak pemasangannya seperti Gambar 3.7.

dan Gambar 3.8.


34

Gambar 3.7. Perancangan Gerakan Pitch Pada Pesawat (Tampak Samping)

Gambar 3.8. Perancangan Gerakan Pitch Pada Pesawat (tampak atas)

3.2.5. Perancangan Gerakan Roll Pesawat

Gerakan roll seperti yang telah dijelaskan pada bab II merupakan gerakan berputar

pesawat, yaitu gerakan kemiringan kekiri atau kemiringan kekanannya pesawat (panah

hijau). Gerakan ini akan diatur oleh sebuah servo yang telah diatur letak pemasangannya

seperti Gambar 3.9. dan Gambar 3.10.


35

Gambar 3.9. Perancangan Gerakan Roll Pada Pesawat (Tampak Depan)

Gambar 3.10. Perancangan Gerakan Roll Pada Pesawat (Tampak Atas)


36

3.2.6. Perancangan Rangkaian Sensor Flex

Rangkaian sensor flex memiliki dua kaki. Salah satu kaki pin diberikan tegangan +5

Volt, sedangkan kaki pin lainnya terhubung pada output data yang dihubungkan ke pin A0,

resistor 10KΩ, serta ground. Sensor flex memberikan resistansi kepada mikrkontroler

melalui rangkaian pembagi tegangan.

Tegangan keluaran arduino yang digunakan sebesar 5 V akan melewati rangkaian

pembagi tegangan sehingga tegangan keluaran arduino akan dibagi menjadi tegangan output

yang sebanding dengan resistansi yang dihasilkan sensor flex. Fungsinya adalah untuk

membagi tegangan keluaran arduino dengan tegangan output sensor flex ke data (pin analog

input arduino). Tegangan output sensor flex ke data (pin analog input arduino) dapat

bervariasi dengan menggunakan prinsip pembagi tegangan yaitu besarnya resistansi sensor

flex yang terukur dibagi dengan resistor pembagi tegangan yang dijumlahkan dengan

resistansi sensor flex yang terukur, lalu dikalikan tegangan keluaran arduino sebesar 5 Volt.

Pembagi tegangan adalah resistor 10 KΩ karena menyesuaikan dengan hambatan

datar sensor flex yang tertera di datasheet. Sensor flex memiliki dua kaki pin yaitu resistor

pembagi tegangan yang terhubung dengan data masukan pin analog arduino dan diberikan

tegangan vcc, sedangkan kaki pin yang lain sebagai tegangan output yang terhubung dengan

ground. Rangkaian sensor flex dihubungkan dengan kabel yang akan di hubungkan pada pin

analog arduino uno, ground dan vcc. Mikrokontroler mengkonversi data menggunakan

ADC, dimana data masukannya didapat dari tegangan yang sudah terkena resistansi.

Rangkaian sensor flex dan arduino nano dapat dilihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11. Rangkaian Skematik Sensor Flex Dengan Arduino Nano


37

Pada Gambar 3.11. adalah konfigurasi rangkaian untuk sensor flex yang terhubung

ke mikrokontroler Tx (Arduino Nano). Keluaran sensor flex akan masuk melalui pin A0 pada

mikrokontroler. Pengujian sensor flex dilakukan dengan cara menekuk sensor agar

menghasilkan nilai output. Nilai output yang dihasilkan dari proses menekuk sensor flex

tersebut adalah nilai analog yang kemudian akan diubah menjadi nilai ADC.

Saat dilakukan percobaan, didapatkan nilai ADC dari sensor flex yang diperlihatkan

pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Tabel Pengukuran Nilai ADC Terhadap Posisi Sensor Flex Pada Jari

Posisi Sensor Flex

(posisi 1)

(posisi 2)

(posisi 3)

ADC (sensor flex) 640-680 700-760 770-900

Nilai-nilai ADC yang didapatkan dari hasil percobaan di atas akan digunakan

sebagai nilai pembanding dengan nilai PWM pada putaran motor agar diperoleh kesesuaian

gerakan sensor flex dan kecepatan putaran motor. Apabila sensor flex dalam keadaan datar

dan tidak ditekuk maka memiliki nilai ADC ±640 yang berarti motor dalam kedaan diam

atau tidak berputar. Apabila sensor flex dalam keadaan agak ditekuk dan memiliki nilai ADC

±700 maka motor akan berputar dengan kecepatan yang tidak terlalu kencang. Dan apabila

sensor flex dalam keadaan ditekuk dan memiliki nilai ADC ±900 maka motor akan berputar

dengan kecepatan maksimal.

3.2.7. Perancangan Sensor MPU-6050

Sensor MPU-6050 pada perancangan ini digunakan untuk pendeteksi gerakan dari

tangan yang akan menentukan gerakan pesawat apakah akan bergerak yaw, pitch atau roll.

Sensor MPU-6050 ini memiliki 3 keluaran yang sesuai dengan sumbunya yaitu sumbu X,

sumbu Y dan sumbu Z. Nilai keluaran yang dihasilkan dari sensor MPU-6050 akan diproses

oleh mikrokontroler Tx lalu dikonversi menjadi nilai sudut gerakan servo yaw, servo pitch

dan servo roll yang kemudian akan kirim ke mikrokontroler Rx dan dikeluarkan menjadi


38

gerakan servo yaw, servo pitch dan servo roll. Rangkaian skematik sensor MPU-6050

dengan arduino nano dapat dilihat pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12. Rangkaian Skematik Sensor MPU-6050 Dengan Arduino Nano

Tabel 3.2. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Nano Dengan Sensor MPU-6050

No. Pin Arduino Nano Pin Sensor MPU-6050

1. 5 Volt VCC

2. GND GND

3. A4 SDA

4. A5 SCL

3.2.8. Perancangan Rangkaian Motor DC

Motor dc pada perancangan ini digunakan sebagai keluaran dari sensor flex.

Kecepatan motor dc akan diatur keluarannya sesuai dengan kelengkungan sensor flex. Motor

dc dihubungkan ke Driver motor L298N yang berfungsi untuk mengatur kecepatan dan arah

putaran motor dc. Driver motor L298N disuplai oleh baterai 9 Volt.


39

Gambar 3.13. Rangkaian Skematik Motor DC Dengan Arduino Uno & Driver Motor

Tabel 3.3. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Uno Dengan Driver Motor

No. Pin Arduino Uno Pin Driver Motor

1. 5 Volt 5 Volt

2. D6 Enable

3. D4 IN1

4. D2 IN2

3.2.9. Perancangan Rangkaian Servo

Motor servo pada perancangan ini digunakan sebagai keluaran dari sensor MPU-

6050. Perputaran servo 1, servo 2, dan servo 3 akan diatur sesuai dengan gerakan dari sensor


40

MPU-6050. Setiap motor servo dihubungkan ke arduino uno yang konfigurasi pinnya sesuai

dengan Tabel 3.4. dibawah.

Gambar 3.14. Rangkaian Skematik Motor Servo Dengan Arduino Uno

Tabel 3.4. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Uno Dengan Motor Servo

No. Pin Arduino Uno Pin Servo Motor

1. 5 Volt 5 Volt

2. GND GND

3. D9 Servo 1

4. D5 Servo 2

5. D3 Servo 3


41

3.2.10. Perancangan Rangkaian Modul nRF24L01

Modul nRF24L01 berfungsi sebagai modul komunikasi yang berfungsi untuk

mengirim dan menerima data dari mikrokontroler Tx ke mikrokontroler Rx. Modul

nRF24L01 ini terpasang di masing-masing arduino, yaitu pada arduino uno dan arduino

nano. Konfigurasi pemasangan pin modul nRF24L01 pada arduino uno dapat dilihat pada

Tabel 3.5. Sedangkan konfigurasi pemasangan pin modul nRF24L01 pada arduino nano

dapat dilihat pada Tabel 3.6.

Gambar 3.15. Rangkaian Skematik Modul nRF24L01 Dengan Arduino Uno (Tx)

Tabel 3.5. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Uno (Tx) Dengan nRF24L01

No. Pin Arduino Uno Pin Modul nRF24L01

1. 3,3 Volt VCC

2. GND GND

3. 7 CE

4. 8 CS

5. 13 SCK

6. 11 MOSI

7. 12 MISO


42

Gambar 3.16. Rangkaian Skematik Modul nRF24L01 Dengan Arduino Nano (Rx)

Tabel 3.6. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Nano (Rx) Dengan nRF24L01

No. Pin Arduino Nano Pin Modul nRF24L01

1. 3,3 Volt VCC

2. GND GND

3. D7 CE

4. D8 CS

5. D13 SCK

6. D11 MOSI

7. D12 MISO

3.3. Perancangan Perangkat Lunak

Dalam perancangan perangkat lunak ini dijelaskan bagaimana flowchart atau

diagram alir dari keseluruhan program pengendali yang akan dibuat.


43

Gambar 3.17. Flowchart Keseluruhan Program Bagian Pengirim & Bagian Penerima

Instrument akan menerima masukkan dari sensor MPU-6050 dan sensor flex yang

kemudian akan dibaca dan diproses sehingga diperoleh data sensor MPU-6050 dan data

sensor flex. Data-data dari sensor MPU-6050 akan dihitung terlebih dahulu rata-rata error

yang terjadi. Rata-rata error tersebut kemudian digunakan dalam perhitungan data

accelerometer dan data gyro untuk mengurangi persen error yang terjadi pada sensor MPU-

6050. Setelah data-data MPU-6050 dikurangkan dengan rata-rata error yang terjadi,

dihitung nilai roll, pitch, dan yaw. Nilai roll, pitch, dan yaw tersebut kemudian dikonversi

menjadi nilai sudut servo roll, pitch, dan yaw. Sedangkan masukkan dari sensor flex

mendapatkan data berupa nilai adc sensor flex. Nilai adc sensor flex tersebut kemudian di

konversikan menjadi nilai PWM kecepatan motor dc. Data-data dari kedua sensor ini (sensor

flex dan sensor MPU-6050) ini kemudian akan dikirimkan oleh mikrokontroler transmitter

ke mikrokontroler receiver. Data sensor MPU-6050 yang dikirim berupa data sudut servo


44

roll, servo pitch, dan servo yaw. Data sensor flex yang dikirim berupa data PWM kecepatan

motor dc. Mikrokontroler receiver kemudian akan menerima data-data dari mikrokontroler

transmitter yang kemudian akan dproses oleh mikrokontroler receiver. Mikrokontroler

receiver akan memproses data-data tersebut, data dari sensor MPU-6050 dan data dari sensor

flex akan dikeluarkan ke output. Keluaran dari instrumen berupa gerakan pada motor servo

roll, motor servo pitch, dan motor servo yaw yang telah sesuai dengan gerakan pada sensor

MPU-6050, serta kecepatan putaran motor dc yang telah sesuai dengan gerakan

kelengkungan sensor flex.


45

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dijelaskan implementasi perancangan penelitian dan hasil uji coba

alat beserta pembahasannya untuk mengetahui kesesuaian antara perancangan dengan

penelitian. Hasil dan pembahasan meliputi data hasil pengujian nilai keluaran sensor flex

terhadap kecepatan motor dc, data hasil pengujian nilai keluaran sensor MPU-6050 terhadap

servo-servo yang berada pada model pesawat, dan data hasil pengujian jarak komunikasi

antar mikrokontroler.

4.1. Sistem Perangkat Keras

4.1.1. Implementasi Alat

Gambar 4.1. Bentuk Fisik Bagian Model Pesawat

Gambar 4.1 menunjukkan bentuk fisik dari bagian model pesawat atau bagian

penerima dari alat yang sudah dibuat. Bagian model pesawat ini memiliki dua bagian yaitu

bagian kotak tiang penyangga dan bagian pesawat. Bagian kotak penyangga pesawat

memiliki ukuran 25cm x 20cm x 7,5cm (panjang x lebar x tinggi) dengan tinggi penyangga

30cm dengan lebar 4cm x 4cm (panjang x lebar), dan bagian

kontrol model pesawat sederhana menggunakan … · 2019. 12. 11. · kontrol model pesawat...

Documents