Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang
Jln. Prof. Sudarto, SH, Ds. Tembalang Semarang 50275 INDONESIA
Email
: herwanto.sba@gmail.com, pujisetyaningrum7tya@gmail.com,
sennoaddiw@gmail.com
Abstract—Herwanto., Puji Setyaningrum,
Seno Adi Wicaksono, “The Controlling Rotary DC Motor with Push On-Off Button”,
Arduino Project DIII Electro Engineering Department Politeknik Negeri Semarang,
lectured by Dr. Samuel BETA; Ing-Tech.,M.T., December 2013.
The controlling rotary DC motor using “Push
On-Off Button” as input and DC motor as output. The velocity of Motor DC controlled
by 8 Push On-Off Button, When push On-Off button is pressed, data is sent to Arduino
and processed by Arduino. The processed data from Arduino had function to
program the speed of DC Motor with PWM. Then, data is sent to IC 293D. If we
give trigger pulse in enable pin from IC293D, IC293D can work as relay. The
result of this final project is made Motor DC rotating appropriate with PWM
from Arduino. The speed of DC Motor will be increased if the push On-Off button
is pressed one by one.
Keywords— DC Motor, On
Button, ArduinoUNO, IC L293D, IC 4070.
I.
pendahuluan
A.
Latar Belakang
Untuk tugas proyek arduino kali ini, kami
menggunakan arduino UNO, IC L293D, IC 4070, push ON button, resistor, LED, dan
motor DC. Pada proyek arduino kali ini, yang akan kami atur adalah kecepatan
putar dan arah putar pada motor DC. Untuk mengatur arah putar pada motor DC dan
menggerakkan motor DC menggukana IC L293D. IC ini dapat mengatur 2 motor DC sekaligus dan untuk
mengendalikan motor DC, kita tinggal berikan pulsa atau logika
yang sesuai pada EN1 untuk mengaktifkan motor dan pin IN1-IN2
untuk arah putaran, dengan output yang diperkuat pada pin OUT1-OUT2.
Pada IC L293D ini dapat menggerakkan dua motor DC sekaligus, IC
ini juga dapat digunakan untuk aplikasi switching sampai frekuensi 5 KHz.
IC driver L239D dikemas dalam 16 pin dimana 4 pin yang dihubungkan
bersama dengan ground serta tegangan input 5 Volt untuk pengaktif IC dan
12 Volt sebagai tegangan penggerak motor. Selain IC L293D, perangkat lain
yang kami gunakan yaitu push ON button yang berfungsi sebagai saklar. Untuk IC
4070 disini berfungsi untuk membuat keluaran pada push ON menjadi logic 0 (OFF).
Dalam proyek arduino ini menggunakan push ON sebanyak 8 dan masing-masing
mempunyai fungsi sendiri-sendiri. Push ON button 1 sampai dengan 4 berfungsi
untuk mengatur putaran arah dan kecepatan motor 1. Push ON button 1 untuk
memutar arah motor searah jarum jam (putar kanan), dan push ON button 4 untuk
memutar arah motor akan berlawanan jarum jam (putar kiri), untuk push ON button
2 dan 3 berfungsi untuk menambah kecepatan putar pada motor. Push ON button 5
sampai dengan 8 berfungsi untuk mengatur kecepatan pada motor 2. Ketika push ON
button 5 ditekan, maka motor 2 akan
berputar, kemudian ketika push ON button 6, push ON button 7 ditekan, maka
kecepatan motor 2 akan bertambah semakin cepat dan ketika push ON button 8
ditekan maka kecepatan putar akan meencapai batas maksimal.
II.
TINJAUAN PUSTAKA
Untuk
tinjauan pustaka kali ini, akan membahas tentang apa saja peralatan input dan
output yang digunakan untuk Proyek Arduino tentang “Pengaturan Kecepatan Putar
Motor DC dengan Push On-Off Button”.
B.
Arduino
UNO
Arduino UNO
adalah sebuah board mikrokontroller yang didasarkan pada ATmega328. Arduino UNO
mempunyai 14 pin digital input/output (6 diantaranya dapat digunakan sebagai
output PWM), 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi
USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuah tombol reset. Arduino
UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroller, mudah
menghubungkan ke sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan
sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.
Arduino UNO
berbeda dari semua board Arduino sebelumnya. Arduino UNO tidak menggunakan chip
driver FTDI USB-to-serial. Sebaliknya, fitur-fitur ATmega16U2 (ATmega8U2 sampai
ke versi R2) deprogram sebagai pengubah USB ke serial. Revisi 2 dari board
Arduino UNO mempunyai sebuah resistor yang menarik gaya 8U2 HWB ke ground, yang
membuatnya lebih mudah untuk diletakkan ke dalam DFU mode. Revisi 3 dari board
Arduino UNO memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut:
1.
Pinout 1.0: ditambah pin SDA
dan SCL yang dekat dengan pin AREF dan dua pin baru lainnya yang diletakkan
dekat dengan pin RESET, IOREF yang memungkinkan shield-shield untuk
menyesuaikan tegangan yang disediakan dari board. Untuk ke depannya, shield
akan dijadikan kompatibel/cocok dengan board yang menggunakan AVR yang
beroperasi dengan tegangan 5V dan dengan Arduino Due yang beroperasi dengan
tegangan 3.3V. Yang kedua ini merupakan
sebuah pin yang tak terhubung, yang disediakan untuk tujuan kedepannya.
2.
Sirkit RESET yang lebih kuat.
3.
ATmega16U2 menggantikan 8U2.
Arduino UNO
adalah seri terakhir dari board Arduino USB dan model referensi untuk papan
Arduino, untuk suatu perbandingan dengan versi sebelumnya. Berikut adalah ringkasan
spesifikasi dari Arduino UNO:
Mikrokontroller
|
ATmega328
|
Tegangan Pengoperasian
|
5 Volt
|
Tegangan input yang disarankan
|
7-12 Volt
|
Batas tegangan input
|
 6-20 Volt |
Jumlah pin I/O digital
|
14 (6 diantaranya menyediakan keluaran PWM)
|
Jumlah pin input analog
|
6
|
Arus DC tiap pin I/O
|
40mA
|
Arus DC untuk pin 3.3 Volt
|
50 mA
|
Memori Flash
|
32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 KB digunakan oleh bootloader
|
SRAM
|
2 KB (ATmega328)
|
EEPROM
|
1 KB (ATmega328)
|
Clock Speed
|
16 MHz
|
tabel 2.1 Spesifikasi dari Arduino UNO
Gambar 2.1 Arduino UNO
B.
IC
L293D
IC L293D ini berfungsi untuk driver motor DC. IC L293D merupakan IC buatan SGS Thomson
Microelectronics untuk mengontrol motor. IC ini menerima kontrol pada
level DTL maupun TTL dan mampu menjalankan beban induktif seperti
relay solenoid, motor DC maupun motor stepper bipolar. Driver motor ini kita
gunakan IC H-bridge yaitu IC L293D. IC ini dapat mengatur 2 motor DC
sekaligus dan untuk mengendalikan motor DC kita
tinggal berikan pulsa atau logika yang sesuai pada EN1 untuk
mengaktifkan motor dan IN1-IN2 untuk arah putaran, dengan output yang diperkuat
pada OUT1-OUT2. Pada IC L293D ini dapat menggerakkan dua motor DC
sekaligus, IC ini juga dapat
digunakan untuk aplikasi switching sampai frekuensi 5 KHz. IC driver L239D
dikemas dalam 16 pin dimana 4 pin yang dihubungkan bersama dengan ground
serta tegangan input 5 Volt untuk pengaktif IC dan 12 Volt sebagai tegangan
penggerak motor. Berikut adalah konfigurasi pin dari IC L293D:
Gambar
Konfigurasi 2.2 Pin IC L293D
C.
IC
4070
Untuk IC
4070 menggunakan masukan gerbang eksklusif OR (EX-OR). Gambar dibawah ini menunjukkan tentang spesifikasi, koneksi
pin dan logika pada IC 4070. Spesifikasi IC 4070:
4070
|
|
IC Family
|
CMOS
|
Function Family
|
Logic
|
Description
|
Quad 2-input XO Gate
|
Pins
|
14
|
Gambar 2.3 Koneksi
Pin dan Logika Pada IC 4070
D. Motor DC
Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan
tegangan searah sebagai sumber tegangannya. Dengan memberikan beda tegangan
pada kedua terminal tersebut, motor akan berputar pada suatu arah, dan bila
polaritas dari tegangan tersebut
dibalik, maka arah putaran motor akan terbalik pula. Polaritas dari tegangan
yang diberikan pada dua terminal menentukan arah putaran motor, sedangkan besar
dari beda tegangan pada kedua terminal menentukan kecepatan motor. Bagian dasar dari motor DC yaitu:
1.
Bagian
yang tetap/stasioner yang disebut stator. Stator ini menghasilkan medan magnet,
baik yang dibangkitkan dari sebuah koil (elektromagnet) ataupun magnet
permanen.
2.
Bagian
yang berputar disebut rotor. Rotor ini berupa sebuah koil dimana arus listrik
mengalir.
Gambar 2.4 Motor DC
Gaya electromagnet pada motor DC timbul saat
ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan
magnet itu sendiri ditimbulkan oleh magnet permanen. Garis-garis gaya magnet
mengalir diantara dua kutub magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut
hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam
medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I,
dan arah medan magnet B.
Gambar 2.5 Konstruksi Motor DC
Belitan stator merupakan electromagnet, dengan
penguat magnet terpisah F1-F2. Belitan jangkar ditopang oleh poros dengan
ujung-ujungnya terhubung ke komutator dan sikat arang A1-A2. Arus listrik DC
pada penguat magnet mengalir dari F1 menuju F2 menghasilkan medan magnet yang
memotong belitan jangkar. Belitan jangkar diberikan lictrik DC dari A2 menuju
ke A1. Sesuai kaidah tangan kiri, jangkar akan berputar berlawanan jarum jam.
Gaya electromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada
penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan magnet itu sendiri ditimbulkan
oleh magnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub
magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus
yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam medan magnet akan menimbulkan
gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B. arah
gaya F dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri seperti pada gambar 2.6:
Gambar 2.6 Penentuan
Arah Gaya Pada Kawat Berarus Listrik Dalam Medan Magnet
E.
Push
ON Button
Push ON button adalah saklar yang
beroperasi dengan cara ditekan, dan bisa melakukan dua fungsi berbeda, yakni
menutup sirkuit bila ditekan, atau justru membuka sirkuit bila ditekan.
Gambar 2.7 Simbol
Push Button
Gambar 2.8 untuk
Push ON Button
F.
Resistor
Resistor
adalah salah sau komponen elektronika yang berfungsi sebagai penahan arus yang
berfungsi sebagai penahan arus yang mengalir dalam suatu rangkaian dan berupa
terminal dua komponen elektronik yang menghasilkan tegangan pada terminal yang
sebanding dengan arus listrik yang melewatinya sesuai dengan hokum Ohm (V=I.R).
sebuah resistor tidak memiliki kurub positif dan negative, tapi memiliki
karakteristik utama yaitu resistansi, toleransi, tegangan kerja maksimum dan
power rating. Karakteristik lainnya meliputi koefisien temperature, kebisingan,
dan induktansi. Ohm yang dilambangakan dengan symbol Ω (Omega) merupakan satuan
resistansi dari sebuah resistor yang bersifat resistif.
Fungsi
resistor adalah sebagai pengatur dalam membatasi jumlah arus yang mengalir
dalam suatu rangkaian. Dengan adanya resistor menyebabkan arus listrik dapat disalurkan sesuai dengan
kebutuhan. Adapun fungsi resistor secara lengkap adalah sebagai berikut:
1.
Untuk menahan sebagian arus
listrik agar sesuai dengan kebutuhan suatu rangkaian.
2.
Untuk menurunkan tegangan
sesuai dengan yang dibutuhkan oleh rangkaian.
3.
Berfungsi untuk membagi
tegangan.
4.
Untuk membangkitkan frekuensi
tinggi dan frekuensi rendah dengan bantuan transistor dan kondensator.
Resistor dapat
ditentukan nilainya dengan cara menghitung gelang warna pada resistor.
Gambar 2.9 Resistor
G.
LED
(Light Emiting Diode)
LED (Light
Emiting Diode) digunakan sebagai indicator atau sebagai alat peraga
(display). LED (Light Emiting Diode)
adalah jenis dioda yang mempunyai lapisan fosfor yang bias memancarkan
cahaya saat diberi polaritas pada kedua kutubnya. LED mempunyai batasan arus
maksimal yang mengalir melaluinya. Diatas nilai tersebut dipastikan umur LED tidak
akan lama. Jenis LED ditentukan oleh cahaya yang dipancarkan. Seperti LED
merah, hijau, biru, kuning, oranye, inframerah dan laser diode. Selain sebagai
indikator, beberapa LED mempunyai fungsi khusus seperti LED inframerah yang
dipakai untuk transmisi pada system remote kontrol dan opto sensor juga laser
diode yang dipakai untuk optical pick-up pada sistem CD. Dioda jenis ini dibias
maju (forward).
Gambar 2.10 Simbol
LED (Light Emiting Diode)
III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
Dalam perancangan
dalam pembuatan penelitian ini yaitu “Pengaturan Kecepatan Putar Motor DC dengan Push On-Off
Button” terdiri
atas perancangan mekanik (hardware) yang
meliputi perancangan eletrik dan perancangan software. Perancangan ini
mempunyai gambaran seperti gambar dibawah ini:
Gambar 3.1 Perancangan
Alat
Pada gambar diatas mempunyai prinsip kerja
seperti pada gambar diagram blok dibawah ini:
A.
Perancangan dan
Pembuatan Mekanik
Perancangan
dan pembuatan mekanik meliputi dari pembuatan rangkaian driver motor sebagai
outputatau rangkaian push on off button sebagai input.
a.
Perancangan Rangkaian
Input
Gambar 3.2 Rangkaian Input
Rangkaian
input meliputi 8 buah push ON button dan 2 buah switch ( switch 1 dan 2) untuk
mengatur keluaran IC CMOS 4070 yang memiliki gerbang EX-OR. Rangkaian
ini
dibagi menjadi 2 bagian, bagian A yang terdiri dari 4 buah push ON button (PB
0-3), 1 switch (switch 1) dan 1 IC CMOS
4070 berfungsi untuk mengatur motor 1. Bagian B yang terdiri dari 4 buah push
ON button (PB 4-7), 1 switch (switch 2) dan 1 IC CMOS 4070 berfungsi untuk
mengatur motor 2. Di dalam rangkaian ini terdapat LED yang berfungsi sebagai
indikator keluaran dari rangkaian input
Rangkaian
input ini berfungsi untuk mengatur kecepatan putaran dan arah putar dari motor
DC. Ketika push button ditekan maka akan mengeluarkan logik 1 sehingga motor
akan mulai berputar ke arah kanan. Jika switch ditekan maka IC CMOS 4070 akan
berubah menjadi aktif rendah sehingga keluaran pada push button akan menjadi
aktif rendah sehingga putaran motor DC akan berputar ke arah kiri. Jika switch
tidak ditekan maka keluaran push button akan menjadi aktif tinggi.
b.
Perancangan Rangkaian
Output
 |
Gambar 3.3 Rangkaian Output
Rangkaian
output meliputi 2 Motor DC dan 1 buah IC L293D. IC ini dapat mengatur 2
motor DC sekaligus dan untuk mengendalikan motor DC, IC ini hanya perlu diberikan
pulsa atau logika yang sesuai pada EN1 untuk mengaktifkan motor dan IN1-IN2
untuk arah putaran, dengan output yang diperkuat pada OUT1-OUT2. Motor DC akan
berputar dengan kecepatan yang telah diatur pada program.
B.
Perancangan
Software
Perancangan software dibutuhkan untuk
menjalankan alat yang dibuat pada proyek arduino ini. Program berfungsi menjalankan sistem
melalui mikrokontroler Arduino Uno, yang nantinya chip mikrokontroler tersebut
akan diisi program perintah yang diinginkan.
IV. PENGUJIAN ALAT DAN ANALISA DATA
Setelah pembuatan rancangan alat, maka
dilakukan pengujian alat dan analisa
data. Tujuan pengujian ini adalah untuk
mengetahui bahwa rancang bangun pengatur kecepatan putar motor DC ini
bekerja sesuai dengan perancangan
sistem. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian terhadap hardware dan
pengujian software, kemudian analisa pembahasan terhadap data yang diperoleh.
A.
Pengambilan Data
pada Alat
Pengambilan data pada alat berfungsi
untuk mengatur besar kecepatan dan arah putar dari motor DC. Rangkaian input
dibagi menjadi 2 bagian, bagian A yang terdiri dari 4 buah push ON button (PB
0-3), 1 switch (switch 1) dan 1 IC CMOS 4070 berfungsi untuk mengatur motor 1.
Bagian B yang terdiri dari 4 buah push ON button (PB 4-7), 1 switch (switch 2)
dan 1 IC CMOS 4070 berfungsi untuk mengatur motor 2. Rangkaian output terdiri
dari IC L293D dan 2 buah Motor DC.
a.
Pengambilan
data Arah Putar Motor
Input
|
Enable Pin
|
Output
|
Keterangan
|
H
|
H
|
H
|
Searah jarum jam
|
L
|
H
|
L
|
Berlawanan arah
|
H
|
L
|
Z
|
Diam
|
L
|
L
|
Z
|
Diam
|
Table 4.1 Arah Putar Motor DC
Keterangan :
H = Aktif
Tinggi
L = Aktif
Rendah
Z =
Impedansi Tinggi
b.
Pengambilan
data Kecepatan Motor
Pada alat ini, kecepatan
motor DC diatur berdasarkan Modulasi Lebar Pulsa atau PWM. Tombol-tombol
Push ON button berfungsi untuk mengatur kecepatan Motor DC.
Nama Tombol
|
Fungsi Tombol saat ditekan
|
Push ON Button 0
|
Start dan Stop Motor 1 dengan kecepatan awal sebesar
63
|
Push ON Button 1
|
Menambah Kecepatan Motor 1 menjadi sebesar 126
|
Push ON Button 2
|
Menambah Kecepatan Motor 1 menjadi sebesar 189
|
Push ON Button 3
|
Menambah Kecepatan Motor 1 menjadi sebesar 252
|
Push ON Button 4
|
Start dan Stop Motor 2 dengan kecepatan awal sebesar
63
|
Push ON Button 5
|
Menambah Kecepatan Motor 2 menjadi sebesar 126
|
Push ON Button 6
|
Menambah Kecepatan Motor 2 menjadi sebesar 189
|
Push ON Button 7
|
Menambah
Kecepatan Motor 2 menjadi sebesar 252
|
Tabel 4.2 Fungsi masing-masing Push ON Button
V. KESIMPULAN
Setelah
dilakukan pengujian dan penganalisaan alat yang telah dibuat maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1.
Kecepatan Motor DC dapat diatur
berdasarkan PWM atau Modulasi Lebar Pulsa.
2.
IC
CMOS 4070 berfungsi untuk mengubah keluaran input menjadi logik tinggi atau
rendah karena memiliki gerbang EX-OR.
3.
IC
L293D berfungsi sebagai driver motor DC dan dapat digunakan untuk mengatur 2 motor
DC.
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Spesifikasi dan konfigurasi pin dari IC 4070. http://m.wikibooks.org/wiki/Practical_Electronics/IC/4070.
[2]. Pengertian dan fungsi resistor
[3]. Prinsip kerja motor DC
[4]. Jenis-jenis dioda
[5]. Pengertian dari Arduino UNO
[6]. Data Sheet dari IC L293D
[7]. Data Sheet dari IC 4070
Tidak ada komentar:
Posting Komentar