Membuat Robot Line follower digital part 1 (elektronik)

            Pada postingan sebelumnya sudah dijelaskan tentang Robot Line Follower analog. Sekarang kita akan membahas tentang robot line follower yang sedikit lebih canggih. Ya,  robot line follower digital menggunakan mikrokontroller untuk mengatur kecepatan Motor DC berdasarkan data dari sensor. Pada postungan ini akan dibahas tentang bagian elektroniknya saja. Untuk membaca bagian programming-nya bisa dilihat di postingan Membuat Robot Line follower digital 2 (programming)

Biasanya, line follower digital dibuat dengan beberapa sensor cahaya untuk mendeteksi garis karena menggunakan mikrokontroller sebagai otaknya yang tentunya bisa deprogram untuk mengolah beberapa data sensor cahaya sekaligus. Contoh gambar Robot line follower digital dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Robot Line Follower Digital.

Sumber: nurulhanifah06.wordpress.com

Dalam postingan ini akan dijelaskan cara membuat robot line follower digital dengan menggunakan 8 sensor cahaya dan driver motor menggunakan IC L293D. Dengan menggunakan IC L293D sebagai driver motor maka dimungkinkan untuk mengatur kecepatan Motor DC dengan PWM

Note : PWM adalah  singkatan dari Pulse Width Modulation yang merupakan salah satu fungsi yang bisa dilakukan dengan mikrokontroller. PWM adalah teknik modulasi untuk mengubah nilai duty cycle dengan nilai frekuensi dan amplitude yang tetap. Apabila diterapkan untuk mengatur Motor DC, semakin besar nilai duty cycle maka akan semakin tinggi kecepatan motor. Pada mikrokontroller dalam hal ini mikrokontroller Atmel, PWM bisa diatur 8 bit atau 10 bit.

Untuk membuat robot line follower digital, mikrokontroller yang biasa digunakan adalah ATMega 8535, ATMega 16, dan ATMega 32. Pada dasarnya ketiga mikrokontroller ini sama saja. Perbedaannya hanya pada kapasitas memory yang dimiliki oleh mikrokontroller ini. Tetapi berdasarkan pengalaman beberapa orang yang telah membuat line follower dengan mikrokontroller ATMega termasuk pengalaman saya, mikrokontroller yang paling bagus digunakan adalah ATMega 8535 karena memiliki respon yang sangat baik pada saat perubahan data sensor dengan cepat. Artinya dengan menggunakan ATMega 8535 maka robot line follower akan lebih jarang keluar dari jalus garis yang harus diikuti dalam kecepatan yang cukup tinggi. Tetapi apabila memerlukan memory yang cukup besar karena banyaknya line program yang mau dibuat maka bisa digunakan ATMega 16 atau ATMega 32.

Robot line follower digital terdiri dari empat rangkaian utama yaitu rangkaian sensor, rangkaian komparator, rangkaina minimum system ATMega 8535, dan rangakaian driver Motor DC menggunakan IC L293D. rangkaian sensor dan rangkaian komparator sama seperti rangkaian yang digunakan pada line follower analog. Hanya saja untuk line follower digital dibuat sebanyak 8 sensor dan 8 komparator. Rangkaian sensor dapat dilihat pada Gambar 2 sedangkan rangkaian komparator dapat dilihat pada Gambar 3.

Komponen yang dibutuhkan untuk rangkaian sensor adalah Resistor 330 ohm,  Resistor 10k ohm, LED, dan Photodiode.

Komponen yang dibutuhkan untuk membuat rankaian komparator adalah IC LM358, Trimpot 20K ohm

Gambar 2. Rangkaian sensor

Gambar 3. Rangkaian komparator

            Cara kerja dari kedua rangkaian ini sama saja seperti yang dijelaskan pada postingan tentang membuat robot line follower analog. Jadi saya tidak perlu menjelaskannya lagi. Semua output Op-Amp dihubungkan ke PORT A pada ATMega 8535. misalnya sensor line follower dibuat dengan urutan seperti pada gambar dibawah ini

Maka komparator untuk sensor 1 dihubungkan ke Port A.0 dilanjutkan secara beruutan hingga komparator untuk sensor 8 dihubungkan ke Port A.7.

            Rangkaian berikutnya adalah rangkaian minimum system (Minsys) ATMega 8535. Gambar rangkaiannya dapat dilihat pada gambar 4.

Gambar 4. Minimun system ATMega 8535.

Sumber: electricse.wordpress.com

            Minimum system ATMega ini berfungsi untuk tambahan pada ATMega 8535 supaya bisa digunakan. Komponen yang ditambahkan antara lain XTALL yang berfungsi memberikan clock pada ATMega 8535, tombol Reset sehingga proses pada ATMega 8535 dapat direset, dan terminal-terminal untuk pin-pin pada ATMega 8535 supaya mudah diakses. Hal ini karena ATMega 8535 hanya dijual berupa chip yang mempunya 40 pin seperti pada gambar 5. Sedangkan fungsi pin-pinnya dapat dilihat pada gambar 6.

Gambar 5. Chip ATMega 8535

Sumber: setiadidot.blogspot.com

Gambar 6. Fungsi pin ATMega 8535

Sumber: avrhelp.mcseles.com

            Nah, rangkaian yang terakhir adalah rangkaian driver Motor DC dengan menggunakan IC L293D. IC L293D adalah IC driver yang memungkinkan penggunaan fungsi PWM karena pada IC L293D terdapat pin Enable yang menjadi input PWM. Gambar IC L293D dapat dilihat pada Gambar 7.

Gambar 7. Fungsi pin IC L293D

Sumber: www.robotix.in

            Baiklah saya akan menjelaskan tentang IC L293D. Pada IC ini terdapat input 1 dan input 2 serta output 1 dan output 2. Input 1 dan input 2 berfungsi untuk memberikan logika pada output 1 dan output 2. Output 1 dan output 2 akan dihubungkan ke terminal yang terdapat pada Motor DC sehingga akan mempengaruhi arah putaran Motor DC.. misalnya ketika input 1 diberi logika 1 (logika 1 = tegangan 5V) dan input 2 diberi logika 0 (logika 0 = 0V) maka Motor DC akan beruputar searah jarum jam (CW : Clock Wise) sedangkan apabila input 1 diberi logika 0 dan input 2 diberi logika 1 maka Motor DC akan berputar berlawanan arah jarum jam (CCW : Counter Clock Wise). Namun apabila keduanya diberi logika 0 maka Motor DC akan berhenti.

            Pada IC juga terdapat pin Enable 1,2 yaitu berfungsi untuk mengizinkan output 1 dan output 2 mengeluarkan tegangan ke Motor DC. Jadi apabila pin Enable 1,2 diberi logika 0 maka Motor DC tidak akan berputar. Sedangkan apabila diberi logika 1 maka Motor DC akan berputar dengan arah sesuai logika pada pin input 1 dan input 2. Ketika  pin Enable 1,2 diberi input sinyal PWM maka kecepata motor akan berbanding lurus dengan besarnya duty cycle. Hal yang sama juga berlaku untuk pin input 3, input 4, output 3, output 4, dan Enable 3,4 yang berfungsi untuk mengontrol 1 Motor DC. Jadi dalam satu IC L293D kita bisa mengontrol 2 Motor DC sekaligus.

            Rangkaian driver Motor DC dapat dilihat pada gambar 8.

Gambar 8. Rangkaian driver Motor DC dengan IC L293D.

            Demikianlah saya jelaskan tentang bagian elektronik robot line follower digital untuk bagian elektroniknya. bagian programming line follower digital dapat dilihat dipostingan berikutnya. semoga ilmunya bermanfaat :) 

.........Coming Soon,  3 level line follower digital programming

Membuat Robot Line Follower Analog

       Robot line follower adalah salah satu jenis robot yang paling sederhana. Robot line follower sering juga disebut robot line tracking, robot line tracer, dan robot penjejak garis.robot line follower adalah robot yang bergerak mengikuti garis baik garis hitam diatas base putih maupun garis putih diatas base hitam. Pada kesempatan kali ini akan dibahas bagaimana membuat robot line follower analog. Robot line follower analog terdiri tiga rangkaian elektronika yaitu rangkaian sensor, rangkaian komprator, dan rangkaian driver motor. Contoh robot line follower analog dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Robot line follower analog.

Sumber: produkinovatif.wordpress.com

        Sebelum membahas bagaimana rangkaian elektronika untuk robot line follower terlebih dahulu harus diketahui  bagaimana cara kerja robot ini. Bagaimana robot ini bisa berbelok? Robot line follower biasanya terdiri dari 2 roda yang digerakkan oleh motor dc dan satu roda di depan sebagai roda bebas. Robot line follower berbelok dengan memanfaatkan arah putaran dari roda yang terhubung ke motor dc sedangkan roda bebas hanya berfungsi untuk menahan bagian depan robot sehingga tidak jatuh ke lantai. Prinsipnya adalah saat roda kiri berhenti dan roda kana berputar maka robot akan berbelok ke kiri. Sedangkan saat roda kanan berhenti dan roda kiri berputar maka robot akan berbelok ke kanan.

       Baik, sekarang kita akan membahas bagaimana rangkaian elektronika untuk membuat robot line follower. Seperti yang dijelaskan sebelumnya robot line follower terdiri dari rangkaian sensor, komprator, dan rangkaian driver motor dc.

v  Rangkaian sensor

       Prinsip kerja rangkain sensor adalah LED akan mengeluarkan cahaya ke lantai kemudian pantulan cahaya tersebut akan diterima oleh sensor cahaya yaitu photodioda atau LDR. Seperti yang kita ketahui bahwa permukaan berwarna terang akan memantulkan cahaya sedangkan permukaan gelap akan menyerap cahaya. Jadi ketika LED memantulkan cahaya dari permukaan putih maka intensitas cahaya yang akan diterima oleh sensor akan lebih banyak. Sedangkan saat LED memantulkan cahaya dari permukaan gelap maka hanya sedikit intensitas cahaya yang akan diterima oleh sensor cahaya.

       Komponen-komponen yang diperlukan antara lain:

1.       . Resistor 330 ohm
2.       . Resistor 10k ohm
3.       . LED (Light Emiting Diode)
4.       . Photodioa atau sensor LDR (Light Detector Resistance)

Gambar rangkaian sensor dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Rangkaian sensor robot line follower

        Pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa led dihubungkan secara seri dengan resistor 330 ohm. Ini dilakukan untuk membatasi arus yang masuk ke led. Led akan menyala dengan baik saat menerima arus 15 mA – 30 mA karena apabila lebih besar dari 30 mA led akan rusak sedangkan apabila lebih kecil dari 15 mA maka led akan menyala redup. Dengan tegangan sebesar 5V maka dapat dihitung bahwa  nilai resistansi yang dibutuhkan adalah 5V : 15 mA = 333.33 ohm. Nilai resistansi yang tersedia di pasaran yang mendekati nilai tersebut adalah 330 ohm.

       Pada rangkain tersebut dapat menggunakan sensor photodiode maupun sensor LDR. Kedua sensor ini memiliki prinsip yang sama yaitu perubahan resistansi sesuai dengan perubahan intensitas cahaya yang diterima. Gambar sensor photodiode dan sensor LDR dapat dilihat pada Gambar 3 dan Gambar 4.

Gambar 3. Photodiode

Sumber: www.iseebot.com

Gambar 4. Sensor LDR

Sumber: www.dnatechindia.com

       Perbedaan photodiode dengan LDR adalah pada cara penerimaan intensitas cahayanya. Pada photodiode dapat dilihat bahwa ada bagian cembung dibagian ujung yang berfungsi sebagai lensa sehingga cahaya yang masuk ke bagian lensa akan ditangkan dengan sangat baik. Artinya pada photodiode intensitas cahaya yang dibaca adalah yang mengenai bagian lensa sehingga sangat baik digunakan untuk prinsip kerja sensor untuk robot line follower. sedangkan sensor LDR menangkap intensitas cahaya pada bagian pemukaannya sehingga LDR kadang-kadang terlalu sensitive. Jadi sensor LDR kurang baik digunakan untuk sensor pada line follower karena memungkinkan akan diterimanya cahaya selain cahaya pantulan dari LED.

       Cara kerja rangkaian sensor adalah ketika cahaya dari LED dipantulkan pada permukaan berwarna terang maka sensor cahaya akan menerima intensitas cahaya yang besar. Saat menerima intensitas cahaya yang besar maka nilai resistansi sensor akan kecil. Sensor dihubungkan seri dengan resistor 10k ohm sedangakn output rangkaian terhubung parallel dengan sensor. Jadi sesuai dengan hukum pembagi tegangan, saat nilai resistansi sensor kecil maka nilai tegangan output (V out) akan bernilai kecil juga. Sebaliknya saat cahaya LED dipantulkan pada permukaan Gelap maka intensitas cahaya yang diterima oleh sensor akan sedikit sehingga nilai resistansi sensor akan besar. Sesuai dengan hukum pembagi tegangan, maka nilai tegangan output (V out) akan bernilai besar.

v  Rangkaian Komparator

       Rangkaian komparator adalah bagian yang berfungsi untuk membandingkan nilai tegangan output sensor dengan nilai tegangan referensi. Komponen-komponen untuk rangkaian komparator adalah sebagai berikut:

1.      .   IC LM358
2.         Variable resistor (Trimpot) 20k ohm.

       Gambar rangkaian komparator dapat dilihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Rangkaian komparator

        Pada IC LM358 terdapat Op-Amp yang berfungsi untuk membandingkan nilai pada input (+) dengan nilai input (-). Gambar Op-Amp pada IC LM358 dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. IC LM358

Sumber: www.piclist.com

        Apabila nilai input (+) lebih besar daripada nilai input (-) maka nilai output Op-Amp adalah 5V. apabila sebaliknya maka nilai output Op-Amp adalah 0V. nilai input (+) adalah nilai tegangan dari output rangkaian sensor sedangkan nilai output (-) adalah nilai tegangan referensi (VR). Teganga referensi (VR) berasalah dari trimpot 20k ohm. Nilai tegangan referensi ini dapat diubah untuk mendapat nilai yang diinginkan dengan memutar kepala trimpot untuk mengubah resistansinya.

       Bagaimana cara menentukan nilai tegangan referensi (VR)?. Supaya pembacaan akurat maka nilai tegangan referensi (VR) sebaiknya berada ditengah-tengah nilai tegangan output sensor dipermukaan putih dan nilai tegangan output sensor pada permukaan gelap. Misalnya saat di dekatkan ke permukaan putih nilai output sensor adalah 1.5V sedangkan saat didekatkan ke permukaan gelap nilai output sensor adalah 3.5V maka nilai tegangan referensi diatur sampai (1.5+3.5):2 = 2.5V. (cara mengukur tegangan referensi dengan multimeter adalah dengan menghubungkan probe + ke kaki bagian tengan trimpot sedangkan probe com dihubungkan ke ground).

v  Rangkaian driver Motor DC

      Rangkaian driver Motor DC yang digunakan adalah menggunakan relay 5 volt. Tetapi output dari Op-Amp terlebih dahulu di hubungkan ke transistor yang berfungsi untuk switching. Berikut adalah komponen yang diperlukan untuk membuat rangkaian driver Motor DC untuk robot line follower:

1. 1.      Resistor 1k ohm
2. 2.      Transistor 2n3904
3. 3.      Relay 5v
4. 4.      Motor DC

Gambar rangkaian driver Motor Dc dapat dilihat pada Gambar 7.

Gambar 7. Rangkaian driver motor

      Pada rangkaian tersebut, resistor yang berada di basis transistor berfungsi untuk menahan arus yang masuk ke basis sehingga transistor tidak rusak. Dapat dilihat bahwa satu pin pada motor terhubung ke VCC (5V) sedangkan pin Motor DC yang satu lagi dihubungkan ke kontak NC Relay.  Pin COM Relay dihubungkan ke ground.

      Baiklah setelah semua rangkaian dijelaskan, gamabar rangkaian secara keseleruhan dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 8. Rangkaian keseluruhan robot line follower analog.

      Terakhir, bagaimana cara mendapat tegangan sebesar 5V untuk VCC? Padahal tidak ada batrei yang bernilai 5V dipasaran. Untuk mendapat tegangan 5V tersebut harus menggunakan regulator tipe 7805. Regulator 7805 akan menyaring tegangan batrei yang lebih besar dari 5V menjadi 5V. pada regulator 7805 terdapat 3 pin yaitu IN, GND, OUT. Pin IN dihubungkan ke bagian positif batrei sedangkan pin GND dihubungkan ke bagian negative batrei. Nah, tegangan 5V akan dikeluarkan pad pin OUT. Gambar regulator rapat dilihat pada gambar 9.

Gambar 8. Regulator 7805

Sumber: potentiallabs.com

          Dibawah ini saya lampirkan foto  dokumentasi robot-robot line follower yang dibuat oleh anggota-anggota UKM Robot ICON Politeknik Caltex Riau.

      Sekian penjelasan tentang membuat robot line follower analog. Terima kasih telah membaca tulisan ini. Semoga teman-teman semua memahami. Tunggu sharing ilmu selanjutnya J