17

TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini akan dibahas berbagai penelitian sejenis yang pernah dilakukan

sebelumnya, baik yang berasal dari artikel, jurnal, tugas akhir maupun yang lainnya.

Selain itu, akan dibahas juga landasan teori yang mendukung perancangan dan

realisasi tugas akhir ini.

2.1. Tinjauan Pustaka

Tinjauan pustaka berfungsi sebagai referensi atau patokan dalam pembuatan

tugas akhir. Dari tinjauan pustaka ini, juga dapat di lakukan pengembangan dari

penelitian yang sudah ada dari sebelumnya. Berikut dapat diperhatikan pada tabel

II.1 tentang jurnal yang berhubungan dengan tugas akhir yang akan dibuat.

Tabel II.1Penelitian Relevan

No Judul Paper Pembahasan Perangkat

1 Komunikasi Antar Robot Menggunakan Xbee dan Arduino Microcontroller

Sistem komunikasi antar robot leader dengan robot follower menggunakan Xbee

Xbee, Arduino

2 Perancangan Sistem Komunikasi Wireless Pada Mobile Robot Manipulator Berbasis Mikrokontroler ATMega8

Sistem komunikasi antar mobile robot menggunakan

Serial Periphera Interface

Transmitter dan Receiver

Wireless, ATmega8

3 Komunikasi Pada Robot Swarm Pemadam Api Menggunakan Protokol Modbus

Sistem komunikasi antar robot swarm menggunakan Radio Frekuensi dan ModBus

RF tipe KYL-1020

4 Kendali Pada Robot Manual Menggunakan Komunikasi Nirkabel

Sistem komunikasi antar joystick dengan robot menggunakan Xbee dan sistem kendali penggunakan PID agar pergerakan robot menjadi halus

Xbee-Pro, ATmega32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

Sehingga pada Tugas Akhir ini penulis merancang pengendalian mobile

robot berbasis master and slave menggunakan komunikasi WiFi ESP8266 Node

MCU melalui perintah dari Webpage dengan aplikasi untuk kendaraan cerdas

bergerak bersamaan

2.2. Dasar Teori

Pada subbab ini dibahas mengenai komponen yang digunakan pada

perancangan dan realisasi tugas akhir beserta fungsi, cara kerja dan spesifikasi dari

setiap komponen tersebut.

2.1.1 Perbedaan Master and Slave dalam segi Software dan Hardware

Master and Slave dari segi software adalah model protocol komunikasi pada

suatu device atau proses (Master) mengendalian satu atau lebih device atau proses

(Slave). Komunikasi ini selalu memulai perintah dari master ke slave dengan

didalamnya terdapat model komunikasi server/client, dimana program server selalu

merespon permintaan dari program client secara Peer-to-peer sehingga keduanya

dapat memulai komunikasi.

Secara hardware adalah model komunikasi pada perangkat keras dimana

salah satu device bisa mengendalian lebih banyak device. Pada perangkat keras ini

sering digunakan elektronik sebagai pengendali sehingga dapat mengendalikan

beberapa slave oleh master contoh konfigurasi master/slave pada disk drives

. 2.1.2 Pengendalian Master and Slave

Pengendalian master and slave adalah pengendalian searah atas satu atau

lebih perangkat lain dengan pengendalian terpusat pada Master sedangkan

perangkat lain sebagai Slave. Pengendalian memerlukan komunikasi antar master

and slave. Sehingga dalam ini ada 2 komunikasi yang dilakukan yaitu komunnikasi

antar remote control dengan mobile Master dan komunikasi antar mobile master

dengan mobile Slave. Media komunikasi yang digunakan yaitu WiFi dengan mode

Access Point.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

2.1.3 Komunikasi WLAN

Perkembangan teknologi wireless berkembang sangat cepat dalam jaringan

telekomunikasi. Teknologi berbasis kabel mulai ditinggalkan karena membutuhkan

biaya operasional yang cukup tinggi dan banyak keterbatasannya. Istilah yang

sering digunakan untuk teknologi adalah Wireless Local Area Network (WLAN).

Sedangkan pengertian wireless itu sendiri dalam bahasa Indonesia yaitu nirkabel,

merupakan salah satu teknologi komputer yang memungkinkan satu atau lebih

peralatan untuk berkomunikasi tanpa koneksi fisik, yaitu tanpa membutuhkan

jaringan atau peralatan kabel. WLANs berdasarkan standar IEEE 802.11 sebagai

sebuah solusi dari koneksi jaringan yang menawarkan mobility, felxibility, low cost

dalam pengembangan dan penggunaannya. IEEE 802 commitee dikenal sebagai

lembaga autoritas dari LAN yang menentukan beberapa standar LAN dalam 20

tahun terakhir. IEEE 802 Committee membentuk sebuah group baru IEEE 802.11

dikhususkan untuk WLANs sebagai dasar untuk membangun sebuah spesifikasi

protokol lapisan physical dan MAC. IEEE meratifikasi spesifikasi 802.11 pada

tahun 1997.

WLAN adalah teknologi yang sangat menarik karena aplikasinya sangat

luas, dengan beberapa karakteristik yang menguntungkan yaitu kapasitas tinggi,

jangkauan jarak dekat, koneksi penuh dan dapat broadcast secara langsung (Labiod

et al., 2007). Istilah untuk 802.11b untuk sertifikat produk adalah Wi-Fi. Sertifikasi

Wi-Fi dibuat oleh Aliansi Wi-Fi. Aliansi Wi-Fi juga membuat prosedur sertifikasi

untuk produk IEEE 802.11a yang disebut Wi-Fi berikut gambaran WLAN bisa

dilihat pada Gambar II.1.

1. Keunggulan-Keunggulan WLAN

Berikut ini adalah kelebihan dari WLANs (Labiod et al., 2007):

Bebas lisensi untuk koneksi bacbone LAN

Standar dapat diikuti dunia

Trougputs bisa melebihi standar 3G sebagai universal mobile

telecommunication system (UMTS)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

Low-cost, harga yang berkompetisi untuk generasi ketiga

Roaming/handoff support

Mudah dikembangkan

Menurut (Stalling, 2005) Wireless LAN menyediahkan alternatif yang efektif dan

lebih menarik. Sedangkan menurut (Garg, 2007) beberapa keuntungan dari WLAN

sebagai berikut :

Meningkatkan mobilitas, produktivitas dengan akses real-time ke informasi,

pekerja tidak di lokasi, lebih cepat dan lebih efisien.

Biaya yang efektif untuk instalasi jaringan pada lokasi sulit kabel seperti

bangunan tua dan struktur dinding masif.

Mengurangi biaya kepemilikan, terutama di lingkungan yang dinamis yang

sering dimodifikasi karena mengurangi kabel dan biaya instalasi per

perangkat dan per pengguna.

2. Tiga katagori penggunaan system WLAN :

Wireless personal area networks (WPANs)

Wireless area networks

Wireless metropolitan area networks

Gambar II.1 WLAN (Wireless Local Area Network)

Salah satu mode komunikasi wireless adalah Access point dalam jaringan

computer adalah sebuah jalur akses nirkabel (Wireleess Access Point atau AP)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

adalah perangkat komunikasi nirkabel yang memungkinkan antar perangkat untuk

terhubung ke jaringan nirkabel dengan menggunakan Wi-Fi, Bluetooth atau

standard terkait. Pada access point ini koneksi data / internet dipancarkan atau

dikirim melalui gelombang radio.

Salah satu komponen komunikasi adalah NodeMCU merupakan sebuah open

source platform IoT dan pengembangan kit yang menggunakan bahasa

pemrograman Lua untuk membantu makers dalam membuat prototype produk IoT

atau bisa dengan memakai sketch dengan arduino IDE. Pengembangan Kit ini

didasarkan pada modul ESP8266, yang mengintegrasikan GPIO, PWM, IIC, 1-

Wire dan ADC semua dalam satu board.

Keunikan dari Nodemcu adalah board yang berukuran kecil panjang 4.83 cm,

lebar 2.54 cm, dan dengan berat 7 gram meskipun ukuran kecil, board ini sudah

dilengkapi dengan fitur WiFi dan firmware yang bersifat opensource.

ESP8266 merupakan modul WiFi yang berfungsi sebagai perangkat

tambahan mikrokontroler seperti Arduino agar dapat terhubung langsung dengan

WiFi dan membuat koneksi TCP/IP. Modul ini membutuhkan daya sekitar 3.3 V

dengan memiliki tiga mode wifi yaitu Station, Access Point dan keduanya. Modul

ini juga dilengkapi dengan prosesor, memori dan GPIO dimana jumlah pin

bergantung dengan jenis ESP8266 yang kita gunakan. Sehingga modul ini dapat

berdiri sendiri tanpa menggunakan microkontroler apapun karena sudah memiliki

perlengkapan layaknya microkontroler berikut pada Gambar II.2 merupakan

ESP12E

Gambar II.2 ESP12E

Selain pemrograman menggunakan Lua sebagai firmware dari ESP8266

namun saat ini dengan adanya tipe Node MCU bisa menggunakan pemrograman

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

Arduino IDE dengan cara menambahkan library ESP8266 pada board manager

sehingga dapat dengan mudah memprogram dengan basic program Arduino IDE.

Pada Gambar II.3 merupakan ESP8266 tipe NodeMCU versi 1.0 dengan ditambah

harga yang cukup terjangkau dapat membuat berbagai project dengan modul ini.

Maka dari itu banyak orang yang menggunakannya modul ini untuk membuat

project Internet of Thinking (IoT).

Gambar II.3 ESP8622 NodeMCU V1.0

Pada pemetaan pin ESP8266 Node MCU board V1.0 bisa menggunakan

komunikasi SPI. Semua pin GPIO bisa digunakan untuk fungsi PWM bisa dilihat

pada Gambar II.4.

Gambar II.4 Pemetaan PIN ESP8266 NodeMCU V1.0

Adapun spesifikasi yang terdapat pada board ini yaitu:

Board ini berbasis ESP8266 Serial WiFi SoC (single on Chip) dengan onboard

USB to TTL. Untuk Wireless standar yang digunakan adalah IEEE

802.11b/g/n

Terdapat 2 tantalum capasitor 100 micro farad dan yg kecil 10 micro farad

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

Sumber tegangan 3.3v LDO regulator

Ada blue led

CP2102 usb to UART bridge

Terdapat tombol reset, port usb, dan tombol flash

Terdapat 9 GPIO yang di dalamnya ada 3 pin PWM, 1 x ADC Channel, dan

pin RX TX

Pada pin seberangnya, terdapat AD0 sebagai analog sample, pin ground,

S3 & S2 sebagai pin GPIO,

S1 mosi (Master Output Slave Input) yaitu jalur data dari master dan masuk ke

dalam slave, sc cmd/cs,

S0 miso (Master Input Slave Input) yaitu jalur data keluar dari slave dan masuk

ke dalam master,

SK yg merupakan SCLK dari master ke slave yang berfungsi sebagai clock,

Ada pin Vin sebagai masukan tegangan.

GPIO bisa di full kontrol lewat jaringan wifi

GPIO dengan arus keluaran masing2 15mA dengan tegangan 3V

Built in 32-bit MCU

Board ini dapat di program langsung lewat USB, tanpa menggunakan

rangkaian tambahan.

Pengembangan Board dengan Open-Source Firmware ini dapat dipergunakan

untuk mengengmbangkan aplikasi IoT hanya dengan beberapa baris script

Lua.

2.1.4 Mobile Robot 2WD Chasis Kit

Mobile Robot merupakan sebuah robot yang dapat bergerak dengan leluasa

karena memiliki alat gerak untuk berpindah posisi. Mobile Robot adalah konstruksi

robot yang ciri khasnya adalah mempunyai aktuator berupa roda untuk

menggerakkan keseluruhan badan robot tersebut, sehingga robot tersebut dapat

melakukan perpindahan posisi dari satu titik ke titik yang lain. Mobile Robot dapat

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

dibuat sebagai pengikut garis (Line Slave) atau pengikut dinding (Wall Slave)

ataupun pengikut cahaya [1]. Pada mobile robot kali menggunakan chasis kit 2WD

dengan memiliki motor DC dan gear box sebanyak 2 buah.

2.1.5 Baterai

Baterai (baterry) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang

disimpannya menjadi energi listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat

elektronik. Salah satu keuntungan baterai yaitu perangkat elektronik dapat dibawa

kemana saja tanpa harus disambungkan ke jala-jala. Dalam kehidupan sehari-hari,

terdapat dua jenis baterai yaitu baterai yang hanya dapat dipakai sekali (single use)

dan baterai yang dapat di isi ulang (rechargeable).

2.1.5.1 Jenis-jenis Baterai

Baterai terdiri dari terminal positif (katoda) dan terminal negatif (anoda)

serta elektrolit yang berfungsi sebagai penghantar. Output arus listrik dari baterai

adalah arus searah atau disebut juga dengan arus DC (Direct Current). Pada

umumnya baterai terdiri dari 2 jenis utama yakni baterai primer yang hanya dapat

dipakai sekali (single use battery) dan baterai sekunder yang dapat diisi

ulang(rechargeable battery).

1. Baterai Sekunder (Baterai Isi Ulang/Rechargeable)

Baterai sekunder adalah jenis baterai yang dapat di isi ulang (rechargeable

battery). Pada prinsipnya, cara baterai sekunder menghasilkan arus listrik adalah

sama dengan baterai primer. Hanya saja, reaksi kimia pada baterai sekunder ini

dapat berbalik (reversible). Pada saat baterai digunakan dengan menghubungkan

beban pada terminal baterai (discharge), elektron akan mengalir dari negatif ke

positif. Sedangkan pada saat sumber energi luar (charger) dihubungkan ke baterai

sekunder, elektron akan mengalir dari positif ke negatif sehingga terjadi pengisian

muatan pada baterai. Jenis-jenis baterai yang dapat di isi ulang (rechargeable

battery) yang sering kita temukan yaitu :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

a. Baterai Rechargeabel alkaline

b. Ni-cd (Nickel-Cadmium)

c. Ni-MH (Nickel-Metal Hydride)

d. Li-Ion (Lithium-Ion).

e. Baterai Li-Po (Lithium-Polimer)

f. Baterai Lead Acid

2. Baterai Li-Po (Lithium-Polimer)

Jenis baterai yang digunakan pada sistem ini adalah baterai sekunder dengan

maksud baterai dapat diisi ulang saat sudah habis. Jenis baterai sekunder bawaan

dari mobil radio control yaitu baterai Ni-Cd (Nickel-Cadmium). Namun baterai ini

memiliki kelemahan cepat habis saat pemakain dan harus lebih banyak di charge

ulang. Apalagi beban dari sistem yang cukup besar. Untuk mengisi ulang baterai

ini harus dalam keadaan yang benar-benar kosong karena akan menurunkan

kapasitas dari baterai dan akhirnya akan mati total jika tidak di isi ulang dengan

benar. Bahkan ketika tidak digunakan, listrik yang tersimpan akan berkurang setiap

bulannya. Oleh sebab itu, pada sistem ini dipakai baterai sekunder jenis Li-Po.

Karena baterai Li-Po memiliki daya tahan jauh lebih baik terutama saat panas

karena bahannya terbuat dari senyawa polimer.Untuk pengisian ulang dari baterai

ini sebaiknya sangat menghindari baterai dalam keadaan kosong total. Karena, jika

baterai sudah benar- benar kosong akan menyebabkan baterai jenis ini susah

diaktifkan karena baterai masih dalam keadaan pulih. Gambar II.5 merupakan

baterai Ni-Cd dan Baterai Li-Po.

Gambar II.5 Baterai LiPo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

2.1.6 Modul PSU Buck Converter LM2953

Regulator Step Down DC – DC yang dapat disesuikan dengan output 1.23

VDC - 35 VDC arus maksimum 2 A. Output dari Buck Converter ini digunakan

sebagai input tegangan 3.3 V untuk modul WiFi ESP8266 NodeMCU yang

tersambung pada input Driver Motor Shield ESP Node MCU. Input tegangan Buck

Converter ini diambil pada tegangan baterai LiPo 12 V. Pada Gambar II.6 adalah

rangkaian Buck Converter LM2953.

Gambar II.6 Rangkaian Buck Converter LM2953

2.1.7 Modul L293D Motor Driver Dual H-Bridge

IC L293D adalah IC yang didesain khusus sebagai driver motor DC dan

dapat dikendalikan dengan rangkaian TTL maupun microcontroller. Motor DC

yang dikontrol dengan driver IC L293D dapat dihubungkan ke ground maupun ke

sumber tegangan positif karena di dalam driver L293D sistem driver yang

digunakan adalah totem pool. Dalam 1 unit chip IC L293D terdiri dari 4 buah driver

motor DC yang berdiri sendiri sendiri dengan kemampuan mengalirkan arus 1

Ampere tiap drivernya. Sehingga dapat digunakan untuk membuat driver H-bridge

untuk 2 buah motor DC. Pada Gambar II.7 merupakan konstruksi pin driver motor

DC IC l293D adalah sebagai berikut.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27

1. Pada Gambar II.7 merupakan konstruksi Pin Driver Motor DC IC L293D

Gambar II.7 Pin Driver Motor DC IC L293D

2. Fungsi Pin Driver Motor DC IC L293D

Pin EN (Enable, EN1.2, EN3.4) berfungsi untuk mengijinkan driver

menerima perintah untuk menggerakan motor DC.

Pin In (Input, 1A, 2A, 3A, 4A) adalah pin input sinyal kendali motor DC

Pin Out (Output, 1Y, 2Y, 3Y, 4Y) adalah jalur output masing-masing driver

yang dihubungkan ke motor DC

Pin VCC (VCC1, VCC2) adalah jalur input tegangan sumber driver motor

DC, dimana VCC1 adalah jalur input sumber tegangan rangkaian kontrol

dirver dan VCC2 adalah jalur input sumber tegangan untuk motor DC yang

dikendalikan.

Pin GND (Ground) adalah jalu yang harus dihubungkan ke ground, pin GND

ini ada 4 buah yang berdekatan dan dapat dihubungkan ke sebuah pendingin

kecil.

Dengan menggunakan driver motor L293D kini sudah ada shield untuk driver

motor ESP8266 Node MCU sehingga bisa digunakan untuk men-drive 2 buah

motor DC. Pada Gambar II.8 adalah gambar driver motor shield untuk ESP8266

Node MCU.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28

Gambar II.8 Driver Motor Shield ESP8622 NodeMCU

Spesifikasi:

1. Power input: Motor Power (VM): 4.5V ~ 36V dan Control power (VIN): 4.5V ~ 9V (10V MAX),

2. Logic Operating current Iss: 60mA (Vi = L), 22mA (Vi = H); 3. Drive part of the work current Io: 1.2A; 4. Maximum power dissipation: 4W (T = 90 ) 5. Control signal input level: High: 2.3VVIHVIN; Low: -0.3VVIL1.5V 6. Working temperature: -25 ~ + 125 7. Drive Type: Dual high-power H-bridge driver 8. ESP12E Dev Kit Control Port: D1, D3 (A motor); D2, D4 (B motor) 9. SPI, UART, GPIO, AI and 3.3V power connector 10. Power switch

2.1.8 Motor DC

Motor Direct Current (DC) adalah piranti elektronik yang mengubah energi

listrik menjadi energi mekanik berupa gerak rotasi. Pada motor DC terdapat jangkar

dengan satu atau lebih kumparan terpisah. Tiap kumparan berujung pada cincin

belah (komutator). Dengan adanya insulator antara komutator, cincin belah dapat

berperan sebagai saklar kutub ganda (double pole, double throw switch). Motor DC

bekerja berdasarkan prinsip gayaLorentz, yang menyatakan ketika sebuah

konduktor beraliran arus diletakkan dalam medan magnet, maka sebuah gaya (yang

dikenal dengan gaya Lorentz) akan tercipta secara ortogonal diantara arah medan

magnet dan arah aliran arus [13]. Bagian-bagian motor DC ditunjukan pada Gambar

II.9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29

Gambar II.9 Motot DC

Sehingga pada motor DC dengan gearbox 48:1. Motor dapat bekerja dari

3V-12VDC. Rasio perbandingan 1:48 dapat menghasilkan torsi dan rpm yang

terjaga dan stabil. Pada Gambar II.10 adalah gambar motor DC dan gear box beserta

spesifikasi.

Gambar II.10 Motor dan Gear

Spesifikasi 1. DC motor dengan gearbox terintegrasi. 2. Input tegangan 3 V – 12 V 3. Rasio 1:48 4. Kecepatan (meter/menit): 3v (20), 5v (39), 6v (48) 5. Berat: 50 gram 6. Ukuran: 70mm x 22mm x 18mm

2.1.9 Pulse Widht Modulation (PWM)

Salah satu cara untuk mengatur kecepatan motor DC adalah dengan

mengatur tegangan rata-rata yang masuk ke dalam motor tersebut. Metoda yang

sering digunakan untuk mengatur nilai tegangan rata-rata ini adalah dengan

modulasi lebar pulsa atau lebih dikenal dengan pulse width modulation (PWM),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

tegangan yang diberikan berupa gelombang segi empat dengan duty cycle tertentu

[4]. Duty cycle merupakan perbandingan antara lama pulsa tegangan aktif terhadap

periodenya [4]. Beberapa contoh bentuk PWM untuk beberapa nilai duty cycle

dapat dilihat pada Gambar II.11.

Gambar II.11 PWM

Pengaturan kecepatan motor dengan metoda PWM ini dilakukan dengan

mengatur duty cycle yang di berikan. Duty cycle didapat dengan persamaan (2.1)

berikut ini :

𝐷𝑢𝑡𝑦 𝐶𝑦𝑐𝑙𝑒 = 𝑡𝑜𝑛𝑇

× 100% (2.1)

Keterangan : ton = waktu konduksi

T = perioda gelombang

Satu hal yang harus di perhatikan dalam pengaturan kecepatan motor dengan

PWM adalah frekuensi dari PWM yang digunakan. Frekuensi ini berhubungan

dengan respons frekuensi dari motor DC yang digunakan. Frekuensi PWM yang

terlalu tinggi biasanya mengakibatkan motor tidak merespons terhadap tengangan

PWM yang masuk karena tegangan yang rapat.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31

3.4 Perangkat Lunak Pendukung

Arduino IDE merupakan software khusus yang dibuat untuk membuat

pemrograman pada arduino, memiliki struktur program yang hampir mirip dengan

bahasa C. Software IDE arduino dapat didownload secara gratis di situsresminya

arduino.co.cc. Dalam satu paket software ini telah disertakan librarycontoh

program, dan beberapa referensi instruksi bahasa arduino.

Bahasa pemograman yang digunakan pada microcontroler adalah

bahasapemograman C/C++ dan dapat di gabungkan dengan assembly, perangkat

lunakyang digunakan adalah IDE (Integrated Development Environment). Pada

microcontroller ini sudah tertanam bootloader sendiri sehingga tidak perlumembuat

downloader eksternal. Layout Arduino IDE ditunjukan pada Gambar II.12.

Gambar II.12 Tampilan Arduino