Tugas Akhir

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UKUR JARAK

PADA KENDARAAN BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA8535

OLEH :

PUTU TIMOR HARTAWAN

0405031012

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK DAN KEJURUAN

UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA

SINGARAJA

2009

UNIV

ERSIT

AS PENDIDIKAN GAN ESHA

U NDIKSHA

DEPA

RTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL

BAB III

METODOLOGI

3.1 Rancangan Penelitian

Ada beberapa tahapan dalam perancangan dan pembuatan rangkaian alat ukur

jarak pada kendaraan sesuai dengan data-data yang telah dikumpulkan baik dari

buku-buku maupun dari perencanaan sendiri.

1. Tahapan pertama yang dilakukan adalah melakukan pengumpulan dasar teori

yang berkaitan dengan alat yang akan dibuat. Hal ini dilakukan untuk

memudahkan teknik perencanaan rangkaian, penentuan nilai-nilai komponen dan

pemahaman karakteristik komponen yang dipakai.

2. Tahapan kedua yaitu melakukan perancangan desain rangkaian beserta nilai-nilai

komponen yang terpasang berdasarkan hasil perhitungan yang didapat.

3. Tahapan ketiga yaitu melakukan pengumpulan komponen-komponen elektronika

yang akan dipakai dalam penyusunan rangkaian yang telah ditentukan

berdasarkan hasil perancangan.

4. Tahap keempat yaitu melakukan uji coba rangkaian pada masing-masing blok

rangkaian modul sensor PING ULTRASONIC RANGE FINDER, rangkaian

minimum mikrokontroler ATMega8535, LCD (Liquid Crystal Display) dan

rangkaian indikator led dan alarm buzzer. Dengan memberikan catu daya DC pada

rangkaian, maka dapat diketahui operasi kerja yang dihasilkan oleh masing-

masing blok rangkaian. Apabila pada rangkaian ada yang mengalami

permasalahan, maka dilakukan analisa kerusakan, kesalahan penggunaan atau

pemasangan komponen dan jika memungkinkan rangkaian dapat dimodifikasi

atau memperbaiki perancangan rangkaian. Apabila rangkaian sudah bekerja sesuai

dengan harapan maka dilakukan tahap berikutnya.

5. Tahap kelima yaitu melakukan uji rangkaian keseluruhan. Apabila operasi kerja

rangkaian mengalami permasalahan, maka dilakukan analisa kerusakan, kesalahan

penggunaan atau pemasangan komponen dan jika memungkinkan rangkaian dapat

dimodifikasi atau memperbaiki perancangan rangkaian.

6. Tahap keenam yaitu melakukan mendesain pola rangkaian pada papan PCB sesuai

dengan pola rangkaian yang telah mengalami uji coba. Desain pada papan PCB

meliputi penggambaran jalur-jalur rangkaian pada papan PCB yang dilanjutkan

dengan melarutkan papan PCB tersebut ke dalam larutan ferriclorida agar

didapatkan pola yang diinginkan. Kemudian akan dilakukan pengeboran jalur-

jalur tersebut sesuai dengan letak kaki-kaki komponen yang akan dipasangkan.

7. Pada tahap ketujuh akan dilakukan pemasangan komponen-komponen pada papan

PCB yang telah diberikan pola dan diberi lubang untuk menempatkan kaki-kaki

komponen sesuai dengan posisi masing-masing yang telah ditentukan dari hasil

rancangan sebelumnya.

8. Pada tahap kedelapan dilakukan uji coba rangkaian kembali pada papan PCB

tersebut. Apabila dalam uji coba mengalami permasalahan, maka dilakukan

analisa kegagalan atau kesalahan dalam merangkai komponen. Jika rangkaian

pada papan PCB sudah bekerja sesuai harapan, maka proses pembuatan rangkaian

alat ukur jarak pada kendaraan berbasis mikrokontroler sudah selesai.

3.2 Perancangan Teknis

Berikut merupakan diagram blok dari rangkaian alat ukur jarak pada

kendaraan berbasis mikrokontroler yang terdiri dari sensor PING ULTRASONIC

RANGE FINDER, Mikrokontroler ATMega8535, LCD (Liquid Crystal Display) dan

indikator led dan alarm buzzer.

Ga

mbar 3.1 Blok Diagram Alat

Secara umum sesuai dengan gambar 3.1 diatas prinsip kerja dari alat ukur

jarak pada kendaraan adalah pada mulanya gelombang ultrasonik yang merupakan

sinyal ultrasonik dengan frekuensi kurang lebih 40 kHz, yang dikirimkan dari

pemancar ultrasonik, yang dikontrol oleh ATMega8535. Kemudian sinyal sinyal

ultrasonik yang dikirim (dipancarkan) oleh pemancar ultrasonik ini akan menuju

benda penghalang, sehingga ketika gelombang ultrasonik mengenai benda

penghalang, gelombang ultrasonik ini akan dipantulkan dan diterima kembali oleh

penerima ultrasonik. Setelah diterima kemudian diproses di dalam rangkaian

mikrokontroler. Tentunya hasilnya akan dijadikan data acuan untuk menghidupkan

indikator berupa led dan alarm buzzer.

Arah pancaran danpantulan Ultrasonik

Objek halangan

Gambar 3.2 Ilustrasi pada Kendaraan

Rangkaian ini memiliki sebuah sensor ultrasonik yang terdiri dari pemancar

dan penerima yang diletakkan dibagian depan kendaraan, dimana untuk dapat

memantulkan gelombang ultrasonik, objek halangan dalam hal ini pengendara lain

atau halangan apapun harus berada tepat didepan pengendara pengguna deteksi

halangan tersebut seperti yang diilustrasikan pada gambar 3.2 diatas.

3.2.1 Sistem Minimal ATMega8535

Pada perencanaan ini mikrokontroler difungsikan sebagai pengontrol utama

sistem kerja rangkaian melalui software yang diprogram, yaitu untuk memproses

data-data yang berasal dari input sensor penerima ultrasonik. Selanjutnya data-data

tersebut diolah oleh mikrokontroler untuk menghidupkan indikator berupa led dan

alarm buzzer. Mikrokontroler yang digunakan adalah ATMega8535. Alasan

penggunaan mikrokontroler ini adalah karena harga yang relatif murah, kemudahan

dalam pemrograman, dan fitur-fitur menarik yang dimilikinya. Untuk dapat

mengendalikan kerja dari mikrokontroler ini, sebuah program harus dibuat untuk

kemudian didownloads ke dalam mikrokontroler pada bagian Flash Mikrokontroler.

Gambar 3.3 Skematik hubungan pin Mikrokontroler ATMega8535

Pada gambar rangkaian penggendali utama (Mikrokontroler ATMega8535)

yang terlihat pada gambar 3.3, pada mikrokontroler ATMega8535. Pada kaki PA.0,

PA.1, PA.2, PA.4, PA.5, PA.6 dan PA.7 dipakai sebagai output ke tampilan LCD.

Pada kaki PB.0 adalah input dari sensor PING ultrasonik, sedangkan pada kaki PC.0

sampai PC.2 digunakan sebagai output ke indikator led dan buzzer.

3.2.2 Perancangan Sensor Ultrasonik

Sensor yang digunakan adalah berupa modul sensor PING Ultrasonic Range

Finder, sensor ini merupakan sensor yang menggunakan prinsip time of flight (waktu

suara untuk pergi dan pulang) untuk mengukur jarak.

Gambar 3.4 Skematik hubungan pin Sensor PING Ultrasonik

Rangkaian yang terlihat pada gambar 3.4, Ultrasonik parallax mempunyai 3

kaki interface, yaitu, GND, Vcc dan SIG. Namun hanya kaki SIG yang terhubung

dengan kaki PB.0 pada mikrokontroler ATMega8535, ini berarti bahwa

mikrokontroller diset sebagai output dan memberikan data ke ultrasonik. Kaki Vcc

pada ultrasonik diberikan supply voltage sebesar 5 Volt, sedangkan kaki GND

terhubung dengan ground.

3.2.3 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) Penampil

Untuk keperluan display tampilan digunakan LCD. LCD ini merupakan modul

LCD dengan tampilan 2x16 (2 baris, 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah.

Gambar 3.5 Skematik hubungan pin LCD (Liquid Crystal Display)

Sesuai dengan skematik hubungan pin LCD (Liquid Crystal Display) pada

gambar 3.5, untuk mengakses LCD 2 x16 kita harus mengkonfigurasikan pin dari

LCD dengan pin I/O mikrokontroler tersebut. Konfigurasi dari pin-pin tersebut

sebagai berikut:

Tabel 3.1 Konfigurasi Pin LCD dengan Pin Mikrokontroler

Pin LCD Keterangan Pin Mikrokontroller Keterangan

4 RS 40 Port A.0

5 RW 39 Port A.1

6 EN 38 Port A.2

11 D4 36 Port A.4

12 D5 35 Port A.5

13 D6 34 Port A.6

14 D7 33 Port A.7

3.2.4 Rangkaian Alarm Indikator

Rangkaian LED dan buzzer digunakan sebagai tanda bahwa kondisi

permukaan air pendingin pada tempat penampungan tidak mencukupi lagi untuk

dipompa. Keluaran dari MCU (Microcontroller Unit) berupa pulsa yang berfungsi

untuk memberikan sinyal on dan off pada transistor yang nantinya akan mengaktifkan

LED dan buzzer. Gambar 3.6 menunjukkan rancangan rangkaian LED dan buzzer.

Gambar 3.6 Skematik hubungan Pin Alarm Indikator

Dalam perancangan ini digunakan transistor BD139 dengan Ic = Iled = 20mA

dan penguatan transistor (β) = 80, maka besar arus basisnya adalah :

2080

Ic mAIbb

= = = 0,25mA

Jika Vin adalah tegangan keluaran dari mikrokontroler saat logika tinggi yaitu

sebesar 5V dan Vbe = 0,6 V maka besar tahanan pada basis transistor (Rb) adalah :

5 0,60,25

Vin Vbe V VRbIb mA- -

= = = 17,6KΩ ≈ 22KΩ

Dengan nilai Vcc = 5V maka nilai R4 adalah:

R4 = W=-

=- 90

2035

mAVV

IledVledVcc ≈ 100 Ω

Nilai R1 adalah :

R1 =mA

VVIled

VledVin20

35 -=

- = 100 Ω ≈ 100 Ω

Nilai R2 adalah :

R2 =mA

VVIled

VledVin20

35 -=

- = 100 Ω ≈ 100 Ω

3.2.5 Jarak dan Selang Waktu

Dasar dari perencanaan ini adalah mengukur selang waktu dan jarak yang

ditempuh dalam hal ini dari pemancar sampai dengan objek halangan, dimulai dari

saat pengiriman gelombang ultrasonik sampai pada saat gelombang dipantulkan dan

diterima oleh penerima ultrasonik.

Untuk menentukan waktu yang dibutuhkan dengan kecepatan rambat suara V

= 344,424 m/s, menggunakan rumus sebagai berikut :

Pada jarak d = 3 meter ;

x v0,5dt = =

344,424 x0,53 =

172,2123 = 17420,4 µs

Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengukur jarak 3 meter adalah

17420,4 ms.

Pada jarak d = 2 meter ;

x v0,5dt = =

344,424 x0,52 =

172,2122 = 11613,6 µs

Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengukur jarak 2 meter adalah

11613,6 µs.

Pada jarak d = 1 meter ;

x v0,5dt = =

344,424 x0,51 =

172,2121 = 5806,8 µs

Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengukur jarak 1 meter adalah 5806,8

µs.

3.2.6 Perancangan Perangkat Lunak

Secara umum algoritma dari program alat ukur jarak pada kendaraan

diperlihatkan dalam flowchart pada gambar 3.7.

Gambar 3.7 Flowchart Program Deteksi Halangan

3.3 Proses Pembuatan Alat

Proses pembuatan alat terdiri dari beberapa tahapan. Setelah rangkaian

diyakini betul-betul benar, maka rangkaian mulai direalisasikan dengan langkah-

langkah sebagai berikut.

3.3.1 Pembuatan PCB

Tujuan dari pembuatan skema lay out rangkaian adalah untuk menyusun tata

letak komponen sesuai dengan keinginan kita. Dalam hal ini diusahakan hubungan

antara komponen tidak saling menyilang dengan demikian tidak ada kesalahan dalam

penyambungan pada PCB yang telah terjadi.

Adapun proses untuk pembuatan PCB adalah sebagai berikut.

1. Mempersiapkan PCB yang masih kosong dan dipotong sesuai dengan ukuran

yang dikehendaki dan membersihkan permukaan tembaganya dengan lap bersih.

2. Mempersiapkan gambar pola desain dengan mempergunakan software

DipTrace. Apabila sudah dipastikan tidak terdapat kesalahan dalam

penggambaran desain yang selanjutnya dicetak menjadi hardcopy. Pola desain

yang telah dicetak menjadi hardcopy kemudian difotocopy menggunakan

transparan.

3. Pola desain yang telah dicetak menjadi hardcopy kemudian difotocopy

menggunakan transparan.

4. Pola desain PCB yang telah dicetak dengan transparan kemudian ditempatkan

diatas permukaan tembaga pada PCB yang selanjutnya dipanaskan sampai pola

desain melekat di tembaga pada PCB.

5. Setelah lay out selesai dibuat pada PCB maka dilanjutkan dengan proses

pelarutan. Larutan yang digunakan adalah ferrichlorida. Pelarutan PCB ini

bertujuan agar lapisan tembaga pada PCB yang tidak terpakai larut dalam

larutan ferrichlorida. Apabila lapisan tembaga yang tidak dipakai sudah larut

semua, proses pelarutan dihentikan. Kemudian PCB tersebut dibersihkan

menggunakan tiner dan setelah itu dikeringkan.

6. Langkah terakhir adalah pengeboran, pengeboran dilakukan untuk memudahkan

dalam penempatan komponen pada PCB. Pengeboran dilakukan dengan

menggunakan mata bor berukuran 1mm.

Adapun gambar lay out PCB secara keseluruhan dari rangkaian alat ukur jarak

pada kendaraan berbasis mikrokontroler adalah sebagai berikut.

Gambar 3.8 Lay out PCB

3.3.2 Pemasangan Komponen pada PCB

Pemasangan komponen pada PCB dapat dilakukan setelah pemilihan

komponen. Hal yang pertama diperhatikan adalah bentuk fisik komponen tersebut dan

untuk memastikan bahwa kerja komponen itu sesuai dengan fungsinya maka dapat

dilakukan pengujian komponen tersebut dengan menggunakan alat penguji misalnya

AVO-meter.

3.4 Lokasi Penelitian

Dalam melakukan tahap perancangan, pembuatan dan pengujian produk

rangkaian alat ukur jarak pada kendaraan berbasis mikrokontroler ini dilakukan di

LAB Praktikum (workshop) Jurusan Teknik Elektro.

3.5 Subjek dan Objek Penelitian

Subjek penelitian yang akan digunakan sebagai bahan penelitian dalam

pembuatan tugas akhir ini adalah prototipe rangkaian yang dibuat berdasarkan pada

hasil perancangan yang telah dibuat. Sedangkan Objek penelitian yang digunakan

adalah berupa halangan benda yang akan diukur jaraknya.

3.6 Metode Pengumpulan Data

Metode-metode yang digunakan dalam pengumpulan data penelitian tugas

akhir ini adalah dengan cara sebagai berikut :

1. Metode Studi Literatur

Merupakan metode untuk mengumpulkan kajin-kajian teori yang dapat

menunjang dalam pembuatan tugas akhir sehingga dapat menjadi dasar dalam

pembuatan tugas akhir ini.

2. Metode Observasi

Metode ini adalah melakukan pengamatan langsung terhadap objek penelitian

atau percobaan. Adapun tujuan penggunaan metode ini adalah untuk membuktikan

studi literatur dengan melihat kenyataan yang muncul pada suatu percobaan atau

penelitian.

3. Metode Diskusi

Metode ini digunakan untuk memecahkan masalah, mencari solusi terhadap

objek yang diteliti, dengan cara mencari alternatif jawaban terhadap permasalahan

yang dihadapi kepada pakar ataupun seseorang yang mengerti terhadap protipe yang

kita buat.

3.7 Analisa Data

Dalam pembuatan analisa data, akan didapatkan dari perbandingan antara

kajian teori dengan hasil pengujian. Jika terdapat perbedaan diantara keduanya, maka

akan didapat data yang nantinya dari data tersebut akan dapat kita pelajari untuk

menentukan penyebab terjadinya perbedaan tersebut. Apabila terjadi kesamaan berarti

hasil yang kita dapatkan sesuai dengan yang terdapat dalam kajian teori.