http://www.horrorseek.com/home/halloween/wolfstone/Controllers/cbscon_StampDevConnection.html
http://www.horrorseek.com/home/halloween/wolfstone/Controllers/cbscon_StampDevConnection.html
http://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/bastelecke/Rund%20um%20den%20PC/USB2LPT/index.html.en
Senin, 14 Maret 2011
Rabu, 16 Februari 2011
Pemrograman Dasar Robot
Pendahuluan
Aplikasi elektronika masa depan banyak berhubungan dengan teknologi robotika. Oleh karena itu, pengetahuan akan berbgai sensor dan teknik penggerakan aktutor sangatlah penting. Durasi untuk praktikum ini 4 jam menggunakan SmartAVR Robotics ver 4, kita mengharapkan Anda memiliki kit ini agar mudah belajar pemrograman robot.
SmartAVR Robotics Ver 4.0
Konsep Sensor Robotika
Sensor Sharp GP2D12
GP12D12 dan keluarganya merupakan sensor deteksi jarak Infra Red pada aplikasi robot, selain itu juga ukurannya yang kecil menghemat tempat dan daya Karena outputnya analog, maka sangat tepat jika dipasangkan dengan mikrokontroler AVR. Output sensor ini tidak linear, jadi Anda harus membuat look up table pada program untuk memperoleh hsil bacaan yang linear.
Blok diagram dari Sharp GP2D12 berisi led pemancar dan penerima yang memiliki rangkaian pemroses, pengemudi, dan rangkaian osilasi serta rangkaian output analog seperti gambar berikut:
Sensor ini mempunyai output 3 kabel, yang terdiri dari :
· Pin 1 sebagai tegangan output (Vo),
· Pin 2, GND
· Pin 3, Vcc
Untuk standarisasi, disarankan untuk kabel berwarna hitam sebagai GND, kuning untuk Vo dan Merah untuk Vcc.
GP2D12 mendeteksi bacaan terus menerus ketika diberi daya. Outputnya berupa tegangan analog yang sesuai dengan jarak yang diukur. Nilai tersebut diperbaharui setiap 32 ms. Berdasarkan pengukuran, tegangan yang dihasilkan pada jarak 10cm ialah 2.6V, dan menurun tidak secara linear pada jarak 80 cm beriksar pada tegangan 0.5 V.
Gambar 4 Karakteristik sensor Sharp GP2D12
Sensor Jarak Ultrasonik Devantech SRF04
Devantech SRF04 Ultrasonic Range Finder memberikan informasi jarak dari kisaran 3cm hingga 3 meter, atau SRF08 yang mencapai 6 meter. Kit ini sangat mudah untuk dirangkai dan membutuhkan sumber daya yang kecil sekali, yang sangat ideal untuk aplikasi mobile robot. Susunan kakinya sebagai berikut:
Pencari jarak ini bekerja dengan cara memancarkan pulsa suara dengan kecepatan suara (0.9 ft/milidetik).
Tabel 1 Karakteristik SRF04
| Tegangan | 5v |
| Arus | 30mA Typ. 50mA Max |
| Frekwensi | 40KHz |
| Maximum Range | 3 m |
| Minimum Range | 3 cm |
| Sensitifitas | Mendeteksi jarak min 3cm |
| Trigger input | 10uS Min. TTL level pulse |
| Pulsa echo | Positive TTL level signal, width proportional to range. |
Photoreflector Hamamatsu P5587
Photoreflector P5587 dan P5588 ialah fotoreflektor yang mengkombinasikan LED infrared dengan daya tinggi dan IC foto rendah tegangan. Foto IC ini terdiri dari fotodioda sensitifitas tinggi, penguat, Schmitt trigger dan output fototransistor pada 1 chip. Chip ini dapat digunakan untuk sensor line follower.
Lynxmotion Singeline Detector
Single Line detector ini merupakan sensor refleksif infrared yang biasanya dipasang pada robot sumo atau mobile robot lainnya. Sensor ini mengeluarkan sinyal TTL yang tergantung pada tingkat kecerahan permukaan di depan sensor tersebut. Gunakan 2 atau lebih sensor untuk menghasilkan robot line follower.
Sensor Hamamatsu UVTron Flame Detector
Hamamatsu UVTron Flame Detector dan rangkaian driver dapat mendeteksi api dari lilin atau puntung rokok dalam jarak 5 meter. Biasanya digunakan sebagai alat untuk mendeteksi sumber api seperti lilin, yang beroperasi pada panjang spectral 185 hingga 160nm.
Gambar 8 Paket sensor UVTRON dan driver C3704
Devais lain yang sering digunakan pada mobile robot ialah sensor kompas dan kamera CMUCam3 yang dapat mendeteksi objek yang bergerak berdasarkan warna, serta mampu melakukan pemrosesan image dengan cepat.
Gambar 9 Paket CMUCam3
Penerapan pada Program
Percobaan 1. Membaca data Sharp GP2D12
Langkah-langkahnya;
1. Siapkan SmartAVR Robotics Ver 4.0, dan hubungkan dengan kabel AVR ISP Programmer ke PC. Hubungkan kabel serial dari mikrokontroler ke port serial PC
2. Hubungkan sensor Sharp GP2D12 di port A.0, motor DC 5-12V di output L298D pin OUT1 dan OUT2.
3. Buat program di bawah ini :
SharpGP2D12.c:
// Percobaan 10.1, percobaan baca data sensor jarak Sharp GP2D12
// LED terhubung di Port B
#include
#include
#include
#define ADC_VREF_TYPE 0x60
flash unsigned char string1[]={"data adc: %d; "};
// Baca 8 bit terpenting
unsigned char read_adc(unsigned char adc_input) {
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage
delay_us(10);
// Mulai konversi ADC
ADCSRA|=0x40;
// Tunggu konversi ADC selesai
while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return ADCH;
}
void main(void) {
// Inisialisasi Port B
PORTB=0xFF;
DDRB=0xFF;
// USART initialization
// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity
// USART Receiver: On
// USART Transmitter: On
// USART Mode: Asynchronous
// USART Baud Rate: 9600
UCSRA=0x00;
UCSRB=0x18;
UCSRC=0x86;
UBRRH=0x00;
UBRRL=0x19;
// ADC initialization
// ADC Clock frequency: 31,250 kHz
// ADC Voltage Reference: AVCC pin
// ADC Auto Trigger Source: Free Running
// Menggunakan 8 bit data
ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff;
ADCSRA=0xA7;
SFIOR&=0x1F;
while (1)
{
PORTB=read_adc(0); // Baca data sensor di PA.0
printf(string1,PORTB);
if (PORTB>100)
{
...; //Putar motor DC ke kanan
}
else
{
...; //Putar motor DC ke kiri
}
};
}
4. Kompilasi dan jalankan, berikan halangan pada sensor jarak tersebut, lihat perubahan arah gerak motor DC. Buat grafik hasi pengukuran sensor tersebut.
Percobaan 2. Pengatur putaran Motor DC dengan PWM
Langkah-langkahnya;
5. Siapkan SmartAVR Robotics, dan hubungkan dengan kabel AVR ISP Programmer ke PC.
6. Hubungkan motor DC ke keluaran OUT3 dan OUT4 pada IC L298.
7. Buat program di bawah ini :
PWM.c:
// Percobaan 2, Percoban kontrol kecepatan motor dengan PWM
#include
#include
bit i;
void main(void) {
unsigned int temp;
PORTC=0x00;
DDRC=0x00;
PORTD=0x00;
DDRD=0x30; //PD4 dan PD5 sebagai output
// Inisialisasi Timer/Counter 1
// Clock source: System Clock/8
// Clock value: 500 kHz
// Mode: Phase correct PWM, TOP value = ICR1 value
//Jika TCCR1A=0x82 (Non-inverted PWM mode) maka:
// OC1A output: Clear OC1A on compare match when up-counting.
// Set OC1A on compare match when down-counting.
//Jika TCCR1A=0x22 (Non-inverted PWM mode) maka:
// OC1B output: Clear OC1B on compare match when up-counting.
// Set OC1B on compare match when down-counting.
// OC1A output: Disconected (Normal)
TCCR1A=0x82;
TCCR1B=0x12;
TCNT1=0x0000;
ICR1H=0xFF; //Resolusi phase correct PWM 16-bit
ICR1L=0xFF;
OCR1A=0x0000;
OCR1B=0x0000;
i=0;
temp=0x0FF0; //Nilai awal PWM
while (1)
{
if (PINC.0==0) //Jika tombol yang terhubung dengan PC0 ditekan,
{ // maka motor semakin lambat
delay_ms(100); // dan berputar sampai berhenti
temp-=0xFF;
if (temp==0xFF01) temp=0x0000;
}
else //Jika tombol yang terhubung dengan PC0 tidak ditekan,
{ // maka motor semakin cepat
delay_ms(100); // berputar sampai berputar terus
temp+=0xFF;
if (temp==0x00FE) temp=0xFFFF;
}
OCR1A=temp;
OCR1B=temp;
};
}
8. Kompilasi dan jalankan program, tekan saklar pada Port C.0 dan lihat efeknya pada putaran motor DC.
Robot Line Follower
Line Following merupakan satu kategori kontes robot yang paling banyak diselenggarakan, yang mengukur kecepatan robot ketika berlari di atas garis.
Line Follower adalah sebuah robot yang beroperasi secara otomatis, yang bergerak mengikuti garis yang digambar di atas sebuah bidang. Operasi dasar dari pengikut garis adalah sebagai berikut:
- Membaca posisi garis dengan menggunakan sensor optis yang dipasang di depan robot. Kebanyakan peserta menggunakan sejumlah photo-reflector dan beberapa peserta lain menggunakan image sensor untuk image processing. Proses membaca garis memerlukan resolusi dan kehandalan yang tinggi.
- Mengatur arah pergerakan robot dengan mekanisme steering yang ada. Ini merupakan sebuah operasi servo, dengan kompensasi di beberapa titik untuk mendapatkan gerakan yang stabil, dengan menerapkan filter PID atau algoritma servo lainnya.
- Mengatur kecepatan sesuai dengan kondisi lintasan. Kecepatan dikurangi selama lintasan melengkung, terkait dengan friksi antara roda dan lantai.
Terdapat dua jenis lintasan yang digunakan, garis putih di atas bidang hitam atau garis hitam di atas bidang putih. Kebanyakan menggunakan garis dengan lebar 18 – 20 mm.
Robot Line Following umumnya ditopang dengan tiga buah roda. Dua buah roda untuk membuat robot bergerak, yang terhubung dengan motor; dan sebuah roda bebas (ball caster).Mekanisme kemudi yang sering digunakan adalah differential drive, dengan mengatur kecepatan putar roda kiri dan kanan.
Di bagian elektronik, digunakan sebuah mikrokontroler sebagai pengendali, yang dicatu dengan batere berkapasitas cukup besar (bila digunakan juga untuk mencatu motor). Sebaiknya menggunakan batere terpisah untuk menghindari “kecelakaan” berupa terjadinya reset mikrokontroler (brown-out) ketika tegangan turun mendadak saat terjadi tarikan arus yang cukup besar ketika motor mulai berputar.
Sejumlah photo-reflector dipasang di bagian depan chassis. Sensor ini mengendus kecepatan pantul, umumnya terdiri dari pemancar dan penerima. Bisa memilih opsi infra merah atau cahaya tampak.
Motor dikendalikan dengan PWM untuk mengatur kecepatan putar secara linier.
Robot line follower sebagaimana namanya, robot ini hanya mempunyai satu tugas yaitu mengikuti garis hitam diatas background putih atau sebaliknya. Robot line follower mungkin adalah tobot yang paling popular untuk dirancang oleh pecinta robotika hal ini dimungkinkan karena kesederhanaannya namun sangat bisa digunakan sebagai media pembelajaran untuk para pemula karena telah mencakup sebagian besar aspek robotika seperti elektronika, mekanik dan pemrograman. Selain itu saat ini sedang marak adanya kompetisi untuk robot line follower ini.
Ini rangkaian robot line follower yang sangat sederhana. Dalam perancangan robot tidak diperlukan adanya pemrograman. Yang digunakan disini hanyalah respon dari sensor untuk mengaktifkan motor sebagai gerakan robot.
Led digunakan sebagai sumber cahaya. Cahaya dari led dipantulkan dengan intensitas yang berbeda tergantung warna dari bidang pantul. Sensor dari LDR akan bereaksi terhadap perubahan intensitas cahaya yang diterimanya.
Pada lintasan warna hitam LDR akan menerima lebih sedikit cahaya dari pada saat lintasan putih (warna hitam menyerap cahaya lebih banyak sehingga yang dipantulkan sedikit), pada saat ini motor DC akan berputar lebih pelan (arus kolektor berkurang), dan sebaliknya.
Keterangan lebih lengkap dapat dilihat pada www.ermicro.com/blog
Sensor Garis
Sensor garis atau sensor proximity adalah jenis sensor yang yang berfungsi mendeteksi warna garis hitam atau putih. Biasanya sensor garis ini terdapat pada robot line follower atau line tracking. Dengan memanfaatkan IC comparator sebagai pembanding tegangan, yang nantinya akan menghasilkan output yang berbeda-beda.
Komponen sensor garis terdiri dari :
1. resistor 220 Ω
2. resistor 10 KΩ
3. trimpot 50 KΩ
4. LED / Infra Red
5. Photo Dioda / Photo Transistor
6. IC LM339 / IC LM324
Komponen sensor garis terdiri dari :
1. resistor 220 Ω
2. resistor 10 KΩ
3. trimpot 50 KΩ
4. LED / Infra Red
5. Photo Dioda / Photo Transistor
6. IC LM339 / IC LM324
Sensor Garis
Sifat Dari PhotoDioda :
- Jika terkena cahaya maka resistansi diodanya berkurang. Arus dan tegangan akan menuju ground.
- Jika tidak terkena cahaya maka resistansi diodanya meningkat. Arus dan Tegangan akan masuk ke kaki inverting (-).
Voutput = PORT
Berikut Rumus Comparator :
Voutput = (Vtrimpot – VphotoDioda )%90.Vcc
Misalkan :
Vtrimpot = 3 Volt
VphotoDioda= 3 Volt
Vcc = 5 Volt
maka :
Voutput = (3-3).%90.5
=(0) dari 4,5
=0V
- %90.vcc → untuk menentukan jarak output tegangan yang keluar dari komparator. Bila dilihat dari contoh diatas maka jarak output tegangan yang keluar antara 0-4,5.
- 0V → tegangan Output yang keluar dari comparator.
Sensor informasi keadaan lingkungan
Sensor-sensor yang digunakan robot untuk memperoleh informasi keadaan lingkungan terintegrasi dalam sistem-sistem detektor seperti proximity detector, velocity detector, flame navigator, candle detector, white floor detector, dan 3,5 kHz tone detector .
• Proximity Detector
Proximity detector digunakan untuk mengetahui posisi robot terhadap dinding kanan, dinding kiri, dan dinding depan. Dengan diketahuinya posisi ini maka robot dapat memberikan keputusan gerakan apa yang akan dilakukan. Pada sistem pendeteksi jarak digunakan tiga buah sensor pengukur jarak yang dipasang pada sisi kiri, kanan, dan depan robot. Sensor jarak kanan dan sensor jarak kiri dipasang mengarah ke samping dengan sudut 60 0 dari arah depan. Hal ini ditujukan agar pembacaan jarak lebih sensitif karena dengan perubahan sedikit arah robot maka akan mengakibatkan perubahan jarak yang besar antara robot dengan dinding yang diukur. Jarak antara masing-masing sensor dengan tepi chasis robot adalah 8 cm karena sensor ini akan salah dalam melakukan pembacaan untuk jarak dibawah 8 cm.
Sensor jarak yang digunakan adalah sensor jarak tipe GP2D12 yang diproduksi oleh Sharp . GP2D12 adalah sensor jarak yang menggunakan prinsip triangulation (prinsip segitiga) untuk mengukur jarak. Sensor ini terdiri atas sebuah LED infra merah yang menghasilkan cahaya infra merah termodulasi yang dipancarkan ke objek yang hendak diukur jaraknya dan sebuah array CCD yang berfungsi sebagai detektor infra merah yang akan menerima pantulan cahaya infra merah dari objek yang diukur.
Beberapa karakteristik dari sensor jarak GP2D12 adalah :
• Power supply 4,5 - 5,5 Volt.
• Output berupa tegangan analog yang berkisar antara 0,4 – 2,5 Volt.
• Pembacaan jarak tidak begitu dipengaruhi oleh warna objek yang diukur
• Dapat mendeteksi objek dengan jarak berkisar antara 8 cm – 80 cm
• Tidak membutuhkan rangkain kontrol eksternal
• Tidak begitu dipengaruhi oleh kondisi pencahayaan ruangan
Paket sensor GP2D12 ditunjukkan pada gambar 17.
Gambar 17
Bentuk fisik dari sensor jarak GP2D12
dengan kabel penghubungnya
Sensor GP2D12 memiliki tiga buah pin yaitu untuk Vcc, Ground dan Vo (tegangan output). Karakteristik tegangan output dari sensor ditunjukkan pada gambar 18.
Gambar 18
Grafik karakteristik tegangan output sensor GP2D12 terhadap jarak
Karena tegangan output sensor untuk pembacaan jarak yang valid berkisar antara 0,4 – 2,5 Volt maka sensor ini tidak lagi membutuhkan rangkaian pengkondisi sinyal. Masing –masing output dari sensor jarak dapat langsung dihubungkan ke ADC0809 yang tegangan referensi telah diatur sebesar sebesar 2,56 volt.
Metoda Pengolahan Data Jarak
Karena grafik hubungan jarak terhadap tegangan output sensor tidak linear maka dalam pengolahan data dalam prosesor dilakukan dengan menggunakan metoda look up table . Dalam metoda ini dibutuhkan memory dalam ROM sebesar 255 byte untuk pemetaan data jarak. Dalam look up table tersebut diisikan data-data jarak untuk setiap data tegangan yang diperoleh dari ADC mulai dari tegangan 0 sampai 2,55 Volt. Karena output valid sensor adalah berkisar antara 0,4 sampai 2,5 Volt maka dilakukan pembagian tiga zona pengisian data :
• Tegangan input 0,00 Volt sampai 0,39 Volt dinyatakan sebagai kondisi sangat jauh tanpa mendefinisikan jaraknya.
• Tegangan input 0,40 Volt sampai 2,50 Volt adalah merupakan tegangan valid sehingga akan dilakukan penerjemahan data tegangan ke jarak sesuai dengan data yang ada pada grafik hubungan jarak terhadap tegangan output sensor GP2D12 seperti pada gambar 18.
• Tegangan input 2,51 Volt sampai 2,55 volt dinyatakan sebagai kondisi terlalu dekat tanpa mendefinisikan jaraknya.
• White Floor Detector
White floor detector digunakan untuk mendeteksi keberadaan lantai putih pada saat robot berada pada home , pintu ruangan, dan daerah dekat lilin. White floor detector harus kebal terhadap pengaruh pencahayaan ruangan. Untuk melindungi dari pengaruh pencahayaan ruangan, detektor diletakkan pada kotak hitam dan dipasang di bawah chasis pertama menghadap lantai dengan jarak sedekat mungkin. Rangkaian pengkondisi sinyal white floor detector ditunjukkan pada gambar 19.
Gambar 19
Rangkaian white floor detector
Rangkaian diatas menggunakan LED infra merah sebagai emiter dan phototransistor PN163 sebagai receiver. PN163 memiliki range pendeteksian cahaya untuk panjang gelombang 700 – 1100 nm dengan puncak sensitifitas pada panjang gelombang 850 nm. Penggunaan cahaya infra merah pada sistem detektor garis putih ditujukan untuk meminimalisir kesalahan deteksi karena pengaruh kondisi pencahayaan ruangan.
Output rangkaian (WFD) adalah normal high dan apabila ada lantai putih yang terdeteksi maka output bernilai low. Pada saat lantai putih tepat berada dibawah detektor maka cahaya infra merah yang dipancarkan oleh D1 akan dipantulkan oleh lantai yang berwarna putih ke permukaan photransistor, akibatnya pada phototransistor akan mengalir sejumlah arus yang cukup besar. Kenaikan arus ini akan mengakibatkan kenaikan tegangan pada pada R2. Tegangan pada R2 kemudian dibuffer oleh U1A dengan tujuan untuk meningkatkan impendansi output. Tegangan pada output U1A kemudian akan dibandingkan dengan tegangan referensi pada output R5. Jika Jika tegangan output U1A lebih besar dari tegangan referensi maka WFD akan bernilai logika 0 (tegangan ˜ 0 Volt) dan jika sebaliknya maka WFD akan bernilai high (tegangan ˜ 3.8 Volt).
Kondisi WFD yang bernilai low akan membangkitkan interrupt pada prosessor sehingga prosessor dapat melakukan aksi yang sesuai dengan dideteksinya lantai putih.
• 3,5 kHz Tone Detektor
Tone detector digunakan untuk mendeteksi sinyal suara dengan frekuensi 3, 5 kHz. Setelah sinyal suara ini terdeteksi maka robot akan aktif untuk melakukan pencarian lilin.
Rangkaian 3,5 kHz tone detector ditunjukkan pada gambar 20. Rangkain ini memiliki output normal high dan akan memberikan sinyal low apabila frekuensi input berada pada bandwidth yang telah ditetapkan. Sinyal low pada output detektor akan menginformasikan kepada prosesor untuk men-start robot.
Gambar 20
Rangkaian 3,5 kHz tone detector
Rangkaian tone detector menggunakan IC LMC567 yang merupakan IC khusus untuk pendeteksian suara dengan frekuensi pendeteksian yang dapat diatur. Nilai Rt dan Ct menentukan besarnya frekuensi puncak input pendeteksian. Untuk mencari Rt dan Ct digunakan persamaan :
dengan menentukan Fin pada nilai 3,5 kHz maka dapat ditentukan nilai Rt sebesar 9,8k dan nilai Ct sebesar 10nF.
Rangkaian tone decoder menggunakan mic condenser untuk menangkap sinyal suara untuk kemudian diubah menjadi sinyal listrik. Output dari mic kemudian dikuatkan oleh rangkaian op-amp inverting sebesar 500 kali. Karena op-amp hanya menggunakan power supply tunggal positif maka sinyal yang berasal dari mic diperkuat pada tegangan referensi 2,5 Volt sehingga tegangan output turun naik pada kisaran 2,5 Volt. Tegangan referensi ini diperoleh dengan cara memberikan tegangan sebesar 2,5 Volt pada input non inverting amplifier melalui rangkaian pembagi tegangan. Kemudian setelah mengalami penguatan, sinyal DC pada sinyal output dihilangkan dengan cara melewatkan sinyal tesebut pada kapasitor 0,01 uF.
• Flame Navigator
Flame navigator merupakan sistem yang digunakan untuk mencari letak lilin dalam ruangan yang diletakkan secara acak. Setelah memasuki ruangan, untuk dapat memadamkan api lilin maka robot harus mengetahui letak lilin dalam ruangan tersebut. Flame navigator terdiri atas dua buah phototransistor dan rangkaian pengkodisi sinyal. Masing-masing phototransistor diletakkan dalam sebuah casing yang dibentuk sedemikian rupa sehingga cahaya lampu ruangan tidak mengenai permukaan phototransistor.
Rangkaian pengkondisi sinyal flame navigator untuk phototransistor kanan (untuk phototransistor kiri sama saja) ditunjukkan pada gambar 21.
Gambar 21
Rangkaian yang membangun sistem flame navigator .
Rangkaian ini menggunakan phototransistor PN163 sebagai detector infra merah yang dipancarkan lilin. Potensiometer yang dirangkai seri dengan phototransistor digunakan untuk mengatur level tegangan yang akan masuk ke input non inverting op-amp LM324. Sinyal yang masuk ke input non inverting kemudian akan diperkuat oleh rangkaian op-amp non inverting sebesar 501 kali. Output dari rangkaian kemudian diteruskan ke ADC agar data bisa diolah oleh prosesor. Dengan mengatur nilai tahanan pada potensiometer, intensitas cahaya terkuat dapat diatur untuk menyebabkan output dari op-amp bernilai 2,56 Volt sehingga sesuai dengan level input ADC.
• Velocity Detector
Detektor kecepatan digunakan untuk mengukur kecepatan robot pada suatu saat. Informasi kecepatan pergerakan robot dibutuhkan karena sistem pengontrolan adalah secara close loop dan kecepatan pergerakan robot pada beberapa tempat dalam arena pertandingan adalah berbeda. Pengontrolan kecepatan secara close loop adalah sangat berguna ketika robot dipercepat dari keadaan diam menuju ke suatu kecepatan tertentu yang telah ditetapkan. Disini sistem pengendalian close loop akan membaca kecepatan pada saat itu untuk kemudian membandingkan dengan kecepatan yang diinginkan. Hasil pembandingan kecepatan digunakan sebagai koreksi untuk memperbesar atau memperkecil supply daya yang diberikan ke motor dengan pengaturan nilai duty cycle PWM.
Velocity detector terdiri atas sebuah encoder dan rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan (Frequncy to Voltage Converter /FTVC) . Ada dua buah velocity detector yaitu satu untuk pengukur kecepatan perputaran roda kanan dan satu untuk mengukur kecepatan perputaran roda kiri. Encoder dalam sistem ini digunakan untuk mengubah kecepatan perputaran roda menjadi sinyal persegi yang frekuensinya sebanding dengan kecepatan perputaran roda. Jenis encoder yang digunakan adalah jenis shaft encoder yang dipasang satu poros dengan roda. Jenis encoder ini dapat diperoleh dari mouse computer dengan jumlah celah sebanyak 36 buah .
Untuk dapat mengubah kecepatan perputaran menjadi sinyal persegi dibutuhkan sebuah phototransistor dan sebuah LED infra merah dengan dengan rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 22.
Pada gambar 22 apabila disk shaft encoder berputar maka ini akan menyebkan cahaya infra merah yang dipancarkan LED akan diterima oleh phototransistor secara terputus-putus sehingga output rangkaian pengkondisi sinyal akan berbentuk sinyal persegi.
Gambar 22
Rangkaian pengkondisi sinyal shaft encoder
.
Sebelum masuk ke FTVC sinyal dilewatkan terlebih dahulu ke schmit trigger 74F14 untuk memperhalus dan mempertegas logika sinyal. Pada FTVC ( frekuensi to voltage converter ) dilakukan pengkonversian frekuensi sinyal menjadi tegangan. Rangkaian FTVC ditunjukkan pada gambar 23. Rangkaian FTVC menggunakan IC LM2917 yang merupakan IC khusus untuk keperluan konversi frekuensi menjadi tegangan.
Gambar 23
Rangkaian frequency to voltage converter
Tegangan output dari FTVC ditentukan oleh persamaan :
Vcc yang digunakan adalah 5 Volt. Vout berkisar antara 0- 2,56Volt. Dengan Vout max = 2,56 volt, nilai R1 dan C1 akan diketahui seteleh mengetahui kecepatan maksimal robot (Finmax diketahui) dan ini akan dicari pada saat pengujian robot. Nilai C2 pada rangkaian diatas menentukan besarnya tegangan ripple yang nilainya dapat dicari setelah Finmax diketahui.
• Candle Detector
Sistem pendeteksian lilin digunakan oleh robot untuk memeriksa apakah suatu ruangan terdapat lilin atau tidak. Karena faktor waktu maka dalam pendeteksian keberadaan lilin dalam suatu ruangan harus dilakukan secepat mungkin. Sistem pendeteksian lilin menggunakan dua buah detektor lilin yang masing-masing detektor lilin terdiri atas tiga buah sensor infra merah. Detektor lilin dipasang pada sisi kanan dan sisi kiri robot pada chasis dasar permukaan atas seperti ditunjukkan pada gambar 24.
Right Candle detector
Left Candle detector
Gambar 24
Instalalasi candle detector
Right candle detector digunakan untuk memeriksa keberadaan lilin jika ruangan berada dikanan robot sedangkan left candle detector digunakan untuk memeriksa keberadaan lilin jika ruang yang diperiksa ada sebelah kiri robot.
Masing–masing detektor lilin terdiri atas tiga buah sensor infra merah. Sensor infra merah serong depan digunakan untuk mendeteksi intensitas infra merah pada sisi serong depan robot, sensor infra merah samping untuk mendeteksi intesitas infra merah disamping robot, dan sensor infra merah serong belakang digunakan untuk mendeteksi intensitas cahaya infra merah pada sisi serong belakang.
Sensor yang digunakan untuk mendeteksi intesitas cahaya infra merah adalah photodiode BPW41N. Photodioda BPW41N dapat mendeteksi cahaya infra merah dengan panjang gelombang berkisar antara 800 – 1100 nm dengan puncak sensitivitas pada panjang gelombang 950 nm sebagaimana ditunjukkan pada gambar 25.
Gambar 25
Grafik hubungan sensitivitas photodiode BPW41N
dengan panjang gelombang
Penggunaan dioda dengan range panjang gelombang seperti ini dimaksudkan agar detektor dapat mendeteksi nyala lilin melalui penyinaran baik langsung pada permukaan detektor atau melalui pantulan dinding.
Rangkaian pengkondisi sinyal untuk setiap sensor infra merah diwakili oleh gambar 26.
Gambar 26
Rangkaian pengkondisi sinyal sensor infra merah
Untuk menghemat pemakaian jumlah IC, pada rangkaian pengkondisi sinyal digunakan IC LM324 yang dalam satu kemasan terdapat empat buah op-amp. IC LM324 tidak memerlukan rangkaian kompensasi eksternal dan memiliki arus dan tegangan offset yang kecil yaitu sebesar 5nA dan 2mV.
Pada gambar 26 U1A digunakan sebagai konverter arus ke tegangan dengan faktor sebesar 1000 kali (diatur oleh R3) karena arus balik photodioda berkisar antara 1 sampai 100 uA maka ouput dari U1A adalah berkisar dari -1 sampai -100 mV. Tegangan negative ini kemudian diperkuat lagi oleh rangkaian inverting amplifier hingga pada nilai yang sesuai dengan level input ADC yang bekerja pada tegangan referensi 2,56 V. Besarnya penguatan ini dilakukan dengan mengatur nilai potensimeter R1.
Karena terdapat 6 buah sensor infra merah maka jika pembacaan dan pengolahan data langsung dilakukan prosesor utama (AT89S52) maka tentu akan menurunkan unjuk kerja sistem sehingga untuk keperluan ini digunakan kontroler tambahan. Kontroler yang digunakan untuk melakukan pembacaan data intesitas cahaya infra merah serta pengolahan data adalah mikrokontroler AT89C2051. Diagram rangkaian kontroler untuk candle detector ditunjukkan pad gambar 27.
Gambar 27
Kontroler untuk candle detector
Pada rangkaian kontroler candle detector, pin CLK, X_CLK, SEL, READ, IR_INT terhubung ke prosesor utama. Pin CLK menerima sinyal detak 500 kHz untuk keperluan konversi data ADC. Pin X_CLK merupakan pin yang menerima clock eksternal agar mikrokontroler AT89C2051 dapat bekerja. Pin SEL dan READ merupakan pin control pembacaan data oleh prosesor terhadap kontoler dan pin IR_INT akan menginformasikan kepada prosesor mengenai hasil pembacaan detektor lilin.
Jika sinyal READ low maka kontroler akan mulai melakukan pembacaan data intesitas cahaya infra merah dari detektor yang ditunjukkan oleh sinyal SEL. Jika Sinyal SEL low maka akan dilakukan pembacaan intensitas oleh sensor infra merah pada left candle detector dan jika SEL high maka akan dilakukan pembacaan oleh sensor infra merah pada right candle detector . Hasil pembacaan kemudian akan dibandingkan dengan intensitas infra merah referensi. Jika hasil pembacaan intensitas dari ketiga sensor infra merah lebih kecil dari intensitas referensi maka pin IR_INT tetap dipertahankan high dan pembacaan intensitas cahaya inframerah tetap dilakukan. Namun jika intensitas cahaya infra merah yang terukur lebih besar dari intensitas referensi maka kontroler akan menghentikan pembacaan dan menset pin IR_INT low untuk menginformasikan kepada prosesor bahwa telah ditemukan lilin pada ruangan yang diperiksa (kanan atau kiri robot).
Cara Kerja Relay DC
Relay adalah saklar elektronik yang dapat membuka atau menutup rangkaian dengan menggunakan kontrol dari rangkaian elektronik lain. Sebuah relay tersusun atas kumparan, pegas, saklar (terhubung pada pegas) dan 2 kontak elektronik (normally close dan normally open)
Berdasarkan pada prinsip dasar cara kerjanya, relay dapat bekerja karena adanya medan magnet yang digunakan untuk menggerakkan saklar. Saat kumparan diberikan tegangan sebesar tegangan kerja relay maka akan timbul medan magnet pada kumparan karena adanya arus yang mengalir pada lilitan kawat. Kumparan yang bersifat sebagai elektromagnet ini kemudian akan menarik saklar dari kontak NC ke kontak NO. Jika tegangan pada kumparan dimatikan maka medan magnet pada kumparan akan hilang sehingga pegas akan menarik saklar ke kontak NC.
Contoh lain penggunaan relay adalah sebagai driver (pengendali) motor. Rangkaian driver motor menggunakan relay dapat dilihat pada artikel Rangkaian Driver Motor DC
- Normally close (NC) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay tidak aktif atau dapat dikatakan saklar dalam kondisi terbuka.
- Normally open (NO) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay aktif atau dapat dikatakan saklar dalam kondisi tertutup.
Berdasarkan pada prinsip dasar cara kerjanya, relay dapat bekerja karena adanya medan magnet yang digunakan untuk menggerakkan saklar. Saat kumparan diberikan tegangan sebesar tegangan kerja relay maka akan timbul medan magnet pada kumparan karena adanya arus yang mengalir pada lilitan kawat. Kumparan yang bersifat sebagai elektromagnet ini kemudian akan menarik saklar dari kontak NC ke kontak NO. Jika tegangan pada kumparan dimatikan maka medan magnet pada kumparan akan hilang sehingga pegas akan menarik saklar ke kontak NC.
Contoh lain penggunaan relay adalah sebagai driver (pengendali) motor. Rangkaian driver motor menggunakan relay dapat dilihat pada artikel Rangkaian Driver Motor DC
RENCANA LOMBA ROBOT LINE FOLLOWER (PENGIKUT GARIS) GAZA ROBOTIC TEAM TIM ROBOTIK FT UNP
- TUJUAN
- Meningkatan kreativitas siswa dalam bidang robotika dan elektronika.
- Agar siswa dapat merancang dan membuat robot pengikut garis.
- Mengaplikasikan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi ke dalam dunia nyata.
- MANFAAT
Pembuatan robot pengikut garis diharapkan dapat bermanfaat bagi siswa untuk memberikan pandangan dan gambaran tentang aplikasi ilmu bidang robotika yang nantinya akan dapat membantu untuk merancang robot-robot yang lainnya. - HASIL YANG DIINGINKAN
Hasil yang diinginkan dari olimpiade robot pengikut garis agar siswa dapat membuat dan mendesain robot pengikut garis yang mampu mengikuti garis yang telah ditentukan dan mampu mengikuti ajang nasional. - KONSEP LOMBA ROBOT LINE FOLLOWER (PENGIKUT GARIS)
- Mengirimkan proposal, cara kerja, dan rangkaian-rangkaian pembuatan robot ke sekolah-sekolah.
- Peserta mengirimkan proposal robot line follower ke panitia
- Peserta bersifat tim (1 tim 2 orang siswa) dan mengirimkan formulir beserta biaya pendaftaran sebesar Rp 75.000,-
- Menyeleksi proposal robot line follower para peserta, apabila jumlah peserta lebih dari 20 tim.
- Pemberitahuan peserta yang lolos lewat media telepon/web/ fax.
- Mengikuti lomba robot line follower yang telah ditentukan oleh panitia.
- Melakukan penilaian atas kecepatan, ketangkasan, kerapian, keunikan desain, dan biaya yang dibutuhkan untuk pembuatan robot.
- Menentukan pemenang.
- Memberikan hadiah/penghargaan bagi pemenang lomba.
- PERANCANGAN ROBOT LINE FOLLOWER
Robot adalah peralatan yang dikontrol komputer yang mengkombinasikan antara teknologi komputer digital dengan teknologi servo control. Dasar sistem yang digunakan untuk merancang dan membuat robot pendeteksi garis adalah dasar sistem mekatronik dan bergerak otonom, yang merupakan suatu kalang tertutup melalui dunia luar yang dapat digambarkan seperti bagan dibawah ini.
Gambar Sistem robot pengikut garis.Parameter yang diinginkan oleh robot adalah keberadaan garis hitam dengan latar belakang putih, didalam arena. Keluaran sensor masih berupa data mentah berupa tegangan, yang belum menjadi standar TTL (Transistor-transistor logic). Tegangan keluaran sensor ini selanjutnya diektraksi oleh bagian pengkondisi sinyal input, berupa rangkaian logika transistor (sakelar transistor), sehingga menghasilkan keluaran isyarat digital standar TTL.
Sensor Infra Merah
Sensor merupakan elemen dalam sistem pengukuran yang memperoleh parameter fisik dan merubahnya kedalam bentuk sinyal yang dapat diproses oleh sistem. Sensor dibagi dalam dua katagori; sensor eksternal, yang dipasang diluar robot, dan sensor internal yang dipasang di dalam robot. Sensor internal diperlukan untuk mengamati posisi, kecepatan, dan akselerasi berbagai. Rangkaian sensor infra merah terlihat pada gambar.
Gambar rangkaian sensor infra merah
Motor DC
Motor DC mengkonversikan energi listrik arus searah (DC) kedalam energi putaran mekanik. Torsi-kecepatan dapat dicapai dengan konfigurasi elektrik yang berbeda. Kecepatan motor DC dapat diatur secara lembut dan dapat diputar kearah berlawanan. Selama motor DC memiliki rasio yang tinggi antara torsi dengan inersia-rotor, motor dapat merespon dengan cepat.
Rangkaian Driver dan Modulasi Lebar Pulsa ( PWM )
Kontrol kecepatan secara elektronik modulasi lebar pulsa (PWM). Kontrol PWM memiliki keuntungan dimana mampu mengemudikan bipolar power transistor dengan cepat diantara saturasi dan cutoff atau meng on dan off-kan FET. Disisi lain power disipasinya kecil.
H-Bridge
Untuk mengontrol kecepatan dari motor DC, kita harus mengubah suplay arus ke motor. Untuk mengontrol arah rotasi, arah dari arus yang mengalir pada motor harus dibalik. Ini memerlukan penguat arus, dan beberapa alat untuk menswit arah arus. Konsep dari H-bridge sesuai dengan kebutuhan ini. Menggunakan empat transistor power yang disusun dalam konfigurasi H disekeliling motor DC dan secara berurutan menghidupkan sepasang pada waktu yang bersamaan untuk arah putaran yang diinginkan.
- CARA KERJA ROBOT LINE FOLLOWER
Pada prinsipnya robot ini bekerja dengan mengikuti garis dengan lebar antara 2-4 cm berwarna hitam/putih. Robot ini dapat disetting mengikuti garis tersebut dengan melakukan gerakan-gerakan yang sesuai.
Mekanikal Robot
Terdiri dari 2 LED Controller beserta fototransistor dan 2 motor/dinamo sebagai penggerak. LED dan motor dibuat demikian rupa sehingga LED kanan dapat menggerakkan motor kanan dan LED kiri dapat menggerakkan motor kiri. LED dipasang di bawah, keduanya sejajar dan diberi jarak ± 4 cm. Jarak antara LED dan lantai jalur line ± 1,5 cm. Sifat fototransistor adalah sangat sensitif dan bila tidak dilindungi akan menyebabkan interfensi (gangguan) dengan cahaya matahari.
Mekanisme Jalan Robot
Komponen kita buat sedemikian rupa sehingga apabila kedua LED memantulkan sinarnya ke fototransistor (melalui cermin atau lantai keramik) maka kedua roda yang digerakkan motor akan bergerak berputar. Tetapi apabaila LED kiri kita tutup dengan benda gelap, maka motor kiri dan roda kiri akan berhenti dan sebaliknya motor kanan dan roda kanan tetap bergerak, begitupula sebaliknya. Ketika kedua LED ditutup, maka kedua motor akan berhenti. Jika hal tersebut terjadi maka robot tidak dapat berjalan/bergerak.
Untuk pengaplikasiannya, dapat dilakukan dengan membuat garis yang berkelok-kelok. Agar robot dapat berjalan/bergerak sesuai prinsip yang telah kita kemukakan di atas tadi maka kedua LED harus berada di kiri garis dan kanan garis.
Karena kedua LED memantulkan cahaya, maka kedua motor tetap berjalan lurus. Tetapi, apabila garis berbelok ke arah kanan dan posisi robot dalam keadaan lurus, maka LED kanan tidak akan memantulkan cahaya karena terhalang garis yang berbelok ke arah kanan. Dan LED kanan tetap menggerakkan motor sehingga dapat berbelok dan begitu pula sebaliknya. - SPESIFIKASI ROBOT
- Dimensi robot maksimum :
Panjang : 25 cm
Lebar : 20 cm
Tinggi : 20 cm dari tanah - Robot tidak boleh menggunakan kit perakitan dan atau kit permainan dan atau bentuk jadi yang berupa robot seperti LEGO dan produk/merek lain yang serupa.
- Tidak ada batasan untuk bobot robot.
- Robot tidak boleh merusak permukaan lintasan.
- Robot tidak boleh membahayakan penonton dan peserta lainnya.
- Robot bebas dari unsur eksplosif seperti bensin, butane, helium, dll.
- Robot berjalan secara otomatis tanpa bantuan operator.
- Robot membawa sumber energi sendiri.
- Power supply internal maksimum 24 V dan tidak diperkenankan menggunakan accu.
- Nama robot tidak diperkenankan mengandung unsur penghinaan, pelecehan dan yang dapat menyinggung perasaan orang lain dan singkatan nama maksimum empat huruf.
- Bila antar peserta mempunyai nama robot yang sama maka diutamakan yang telah menyelesaikan administrasinya.
- Dimensi robot maksimum :
- SISTEM PERTANDINGAN
- Babak Kualifikasi
Dalam babak ini akan dicari 4 robot tercepat yang di pertandingkan lagi dalam babak final. Dalam babak ini setiap robot di berikan maksimal 5 menit untuk menyelesaikan 1 putaran - Babak Final
Dalam babak ini ke 4 robot yang lolos babak kualifikasi akan saling beradu yakni menggunakan sistem pertandingan one and one fighting (head to head duel). Robot yang dapat dinyatakan sebagai pemenang bila memenuhi salah satu kriteria berikut ini :- Menyentuh garis finish terlebih dahulu.
- Bila robot lawan tidak dapat mengikuti/melanjutkan lomba
- Bila kedua robot tidak berhasil mencapai finish maka pemenang ditentukan berdasarkan jarak terdekat robot terhadap garis finish.
- Waktu pertandingan adalah lima ( 5 ) menit, jika kedua robot belum mencapai garis finish hingga waktu yang telah ditentukan maka pemenag ditentukan berdasarkan jarak terdekat robot terhadap garis finish.
- Babak Kualifikasi
- PERATURAN
- Sebelum bertanding
- Peserta harus lulus syarat administrasi.
- Peserta harus lulus tes dimensi.
- Peserta dapat menggunakan area pit stop dengan tertib untuk pengecekan kondisi robot.
- Kerusakan robot sebelum bertanding tidak ditanggung panitia dan diharapkan membawa peralatan sendiri.
- Tertib dan tidak menggangu peserta lainnya baik yang sedang ada di arena maupun yang berada di pit.
- Saat bertanding
- Robot berada di belakang garis START/FINISH arena sebelum aba-aba.
- Sistem perlombaan adalah race atau balapan satu lap.
- Saat START tidak diperkenankan memberikan bantuan berupa dorongan kepada robot.
- Start ulang diperbolehkan satu kali. START ulang hanya diperbolehkan bila ada robot yang tidak bergerak saat START.
- Sebelum start ulang diberi jeda waktu tiga menit untuk perbaikan.
- Robot dinyatakan finish jika menyelesaikan satu putaran.
- Perlombaaan selesai jika robot telah dinyatakan FINISH atau diputuskan tidak dapat melanjutkan perlombaan oleh wasit.
- Peserta diperbolehkan meletakkan robot pada posisi cek point terakhir (yang kemudian disebut reset) sebanyak dua kali dengan ketentuan :
- Robot tidak dapat menemukan garis atau keluar line.
- Robot mengambil arah yang salah.
- Robot berhenti selama lebih dari 3 detik.
- Apabila robot ditabrak oleh robot yang berada dibelakangnya maka robot tersebut harus mengalah dengan kembali ke cek point terakhir.
- Peserta tidak diperkenankan mengganti power supply dan suku cadang pada saat sedang bertanding.
- Keputusan wasit adalah mutlak dan tidak bisa diganggu gugat.
- Setelah bertanding
- Peserta dapat menjaga robotnya dan membawanya ke pit stop.
- Peserta harus saling berjabat tangan.
- Sebelum bertanding
- PELANGGARAN DAN SANKSI
- Sebelum atau sesudah pertandingan
(klik tabel untuk memperjelas) - Saat bertanding
(klik tabel untuk memperjelas)
* Hukuman penalti berarti robot tidak diperbolehkan berjalan selama waktu tertentu dan penalti dilaksanakan di luar jalur race. Setelah penalti selesai, robot diperbolehkan jalan kembali dengan start pada cek point terakhir. - Sebelum atau sesudah pertandingan
- ARENA PERTANDINGAN
- Luas Arena : 300 cm x 260 cm (Tidak ada Tanjakan)
- Lebar garis : 1,8 cm
- Warna garis : Hitam
- Warna lapangan : Putih
- Permukaan : Lantai ( trilpek melamine )
Sketsa Arena
*Spesifikasi dapat berubah bila dirasa perlu dengan pertimbangan panitia dan wasit namun tidak mengganti keseluruhan. - Luas Arena : 300 cm x 260 cm (Tidak ada Tanjakan)
- FORMAT PROPOSAL
Bentuk format proposal robot yang dikirim oleh peserta, yaitu :- Bagian Umum :
- Margian yang digunakan :
- Atas : 3 cm
- Bawah : 3 cm
- Kanan : 3 cm
- Kiri : 4 cm
- Huruf yang digunakan Times New Roman, ukuran 12.
- Cover berwarna biru tua.
- Margian yang digunakan :
- Bagian Isi :
- Nama Team
Nama team tidak diperkenankan mengandung unsur penghinaan, pelecehan dan yang dapat menyinggung perasaan orang lain dan singkatan nama maksimum empat huruf) - Robot Design
Menjelaskan secara umum tentang robot yang dibuat, juga termasuk dimensi robot, sketsa dan bahan pembuatan robot. - Sistem Kontrol
Menjelaskan sistem kontrol robot, seperti robot control system, motor drive unit, motion controller, electronic circuits. - Sensor & Interface
Menjelaskan tentang sensor robot berupa gambar rangkaian pendeteksi garis. - Isi proposal yang dibuat oleh peserta minimal 12 halaman.
- Nama Team
- Bagian Umum :
Langganan:
Postingan (Atom)