bahan bacaan 3.2

1. Robot Line Follower

Robot line follower merupakan robot yang bertujuan untuk menelusuri jejak

(garis) secara otomatis, dimana jejak atau garis tersebut berupa garis yang

dibentuk dari warna hitam. Meskipun demikian robot ini dapat dikatakan

robot cukup cerdas karena robot line follower ini mampu melakukan penelusuran

garis dengan sendirinya. Sebenarnya prinsip dari robot line follower dapat

dikatakan project sederhana, yaitu kinerja dari robot ini ditentukan oleh

komponen elektronikanya yang terdiri dari sensor dan motor driver.

Selain itu juga diperlukan beberapa komponen lain untuk menunjang kebutuhan

robot line follower tersebut. Misalnya untuk pergerakan dari robot sebagai

kakinya bisa menggunakan motor (motor dc). Namun motor tersebut harus

menggunakan rangkaian lain seperti menggunakan rangkaian IC (motor driver),

agar bisa memperlambat ataupun mempercepat perputaran motor bahkan motor

tersebut bisa bergerak maju ataupun mundur.Selain itu pergerakan motor juga

akan di kontrol menggunakan microcontroller yaitu Arduino.

Motor driver merupakan sebuah rangkaian elektronika yang biasa dihubungkan

dengan Arduino untuk mengatur pergerakan motor dc dan juga bisa untuk

mengukur penyerapan arus antara motor dc dengan komponen lain yang

terpasang.

Gambar 3.1. robot line follower

BIDANG KEAHLIAN TEKNOLOGI DAN REKAYASA

BAHAN

BACAAN

3.2

PAKET KEAHLIAN TEKNIK ELEKTRONIKA INDUSTRI

NAMA MODUL PEREKAYASAAN SISTEM ROBOTIK

JUDUL PERANCANGAN HARDWARE DAN SOFTWARE ROBOT

LINE TREKCER

Line follower robot adalah robot yang bisa bergerak mengikuti jalur panduan

garis. Garis pandu yang di gunakan dalam hal ini adalah garis putih yang di

tempatkan pada permukaan berwaran gelap, atupun sebaliknya, garis hitam

yang ditempatkan pada permukaan berwarna putih.

Sedangkan untuk elektronik robot yaitu sebuah robot yang meliputi adanya

rangkaian pengendali utama (main controller), rangkaian sensor, dan rangkaian

driver. Dan sistem yang penting dalam pembuatan robot line follower yaitu

bahasa pemrogram (software).

Ada dua macam robot line follower yaitu line follower biasa tanpa menggunakan

program dan line follower dengan program microkontroler. hanya saja yang

menggunakan program microkontroler lebih komplek dan lebih sempurna jika di

banding line follower yang tanpa menggunakan program.

Prinsip kerjanya sederhana, hanya memanfaatkan sifat cahaya yang akan

dipantulkan jika mengenai benda berwarna terang dan akan diserap jika

mengenai benda berwarna gelap. Sebagai sumber cahaya kita gunakan LED

(Light Emiting Diode) yang akan memancarkan cahaya merah dan untuk

menangkap pantulan cahaya LED kita gunakan photodiode. Jika sensor

berada diatas garis hitam maka photodioda akan menerima sedikit sekali cahaya

pantulan. Tetapi jika sensor berada diatas garis putih maka photodioda akan

menerima banyak cahaya pantulan.

2. IC L293D (Motor Driver)

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

dapat dikendalikan dengan rangkaian TTL maupun mikrokontroler. 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. Konstruksi pin driver motor DC IC l293D adalah

sebagai berikut.

Gambar 3.1. IC L293

Gambar 3.2. pin IC motor driver L293D

Fungsi Pin Driver Motor DC IC L293D sebagai berikut:

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.

Fitur Driver Motor DC IC L293D Driver motor DC IC L293D memiliki fitur yang

lengkap untuk sebuah driver motor DC sehingga dapat diaplikasikan dalam

beberapa teknik driver motor DC dan dapat digunakan untuk mengendalikan

beberapa jenis motor DC. Feature yang dimiliki driver motor DC IC L293D

sesuai dengan datasheet adlah sebagai berikut:

•Wide Supply-Voltage Range: 4.5 V to 36 V

•Separate Input-Logic Supply

•Internal ESD Protection

•Thermal Shutdown

• High-Noise-Immunity Inputs

• Functionally Similar to SGS L293 and SGS L293D

• Output Current 1 A Per Channel (600 mA for L293D)

•Peak Output Current 2 A Per Channel (1.2 A for L293D)

•Output Clamp Diodes for Inductive Transient Suppression (L293D)

Gambar 3.3. Block diagram motor driver L293D

3. Sensor Photodiode

Sensor photodiode adalah salah satu jenis sensor peka cahaya (photodetector).

Photodiode akan mengalirkan arus yang membentuk fungsi linear terhadap

intensitas cahaya yang diterima. Arus ini umumnya teratur terhadap power

density (Dp). Perbandingan antara arus keluaran dengan power density disebut

sebagai current responsitivity. Arus yang dimaksud adalah arus bocor ketika

photodiode tersebut disinari dan dalam keadaan dipanjar mundur.

Hubungan antara keluaran sensor photodiode dengan intensitas cahaya yang

diterimanya ketika dipanjar mundur adalah membentuk suatu fungsi yang linier.

Hubungan antara keluaran sensor photodiode dengan intensitas cahaya

ditunjukkan pada Gambar berikut.

Gambar 3.4. Output photodiode terhadap intensitas cahaya

4. Mekanisme Perancangan Sensor Garis

LED superbright berfungsi sebagai pengirim cahaya ke garis untuk dipantulkan

lalu dibaca oleh sensor photodiode. Sifat dari warna putih (permukaan terang)

yang memantulkan cahaya dan warna hitam (permukaan gelap) yang tidak

memantulkan cahaya digunakan dalam aplikasi ini. Gambar dibawah ini adalah

ilustrasi mekanisme sensor garis.

Gambar 3.5. Ilustrasi mekanisme sensor garis

Prinsip Kerja Sensor

Pada rancangan sensor photodiode dibawah ini, nilai resistansinya akan

berkurang bila terkena cahaya dan bekerja pada kondisi riverse bias. Untuk

pemberi pantulan cahayanya digunakan LED superbright, komponen ini

mempunyai cahaya yang sangat terang, sehingga cukup untuk mensuplai

pantulan cahaya ke photodiode. Berikut ini prinsip dan gambaran kerja dari

sensor photodiode.

Gambar 3.6. Sensor photodiode tidak terkena cahaya

Saat photodiode tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan besar

atau dapat diasumsikan tak hingga. Sehingga tidak ada arus bocor yang

mengalir menuju mikrokontroller.

Gambar 3.7. Sensor photodiode terkena cahaya

Saat photodiode terkena cahaya, maka photodiode akan bersifat sebagai

sumber tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil, sehingga akan ada

arus bocor yang mengalir ke mikrokontroller.

Motor DC

Pada dasarnya beberapa aplikasi yang menggunakan motor DC harus dapat

mengatur kecepatan dan arah putar dari motor DC itu sendiri. Untuk dapat

melakukan pengaturan kecepatan motor DC dapat menggunakan metode PWM

(Pulse Width Modulation) sedangkan untuk mengatur arah putarannya dapat

menggunakan rangkaian H-bridge yang tersusun dari 4 buah transistor. Tetapi

dipasaran telah disediakan IC L293D sebagai driver motor DC yang dapat

KE MIKROKONTROLLER

KE MIKROKONTROLLER

mengatur arah putar dan disediakan pin untuk input yang berasal dari PWM

untuk mengatur kecepatan motor DC.Sebelum membahas tentang IC L293D,

alangkah baiknya jika kita membahas driver motor DC menggunakan rangkaian

analog terlebih dahulu.

Jika diinginkan sebuah motor DC yang dapat diatur kecepatannya tanpa dapat

mengatur arah putarnya, maka kita dapat menggunakan sebuah transistor

sebagai driver. Untuk mengatur kecepatan putar motor DC digunakan PWM yang

dibangkitkan melalui fitur Timer pada mikrokontroler. Sebagian besar power

supply untuk motor DC adalah sebesar 12V, sedangkan output PWM dari

mikrokontroler maksimal sebesar 5V. Oleh karena itu digunakan transistor

sebagai penguat tegangan. Dibawah ini adalah gambar driver motor DC

menggunakan transistor.

Gambar 3.8. Driver searah motor DC

Sedangkan jika diinginkan sebuah motor DC yang dapat diatur kecepatan atau

arah putarnya maka digunakanlah rangkaian H-brigde yang tersusun dari 4 buah

transistor.

Gambar 3.9. Driver bolak-balik motor DC

Dari gambar diatas jika diinginkan motor DC berputar searah jarum jam maka

harus mengaktifkan transistor1 dan transistor4 dengan cara memberikan logika

high pada kaki Basis transistor tersebut. Sedangkan untuk berputar berlawanan

arah jarum jam maka harus mengaktifkan transistor2 dan transistor 3 dengan

cara memberikan logika high pada kaki Basis transistor tersebut. Untuk lebih

jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.

Dari gambar diatas terlihat jelas bahwa dengan mengaktifkan transistor1 dan

transistor4 akan menyebabkan motor DC berputar searah jarum jam. Dimana

arus listrik akan mengalir dari power supply (12 V) melalui transistor1, lalu ke

motor DC, lalu ke transistor4 dan akan berakhir di ground. Begitu juga sebaliknya

untuk putaran berlawanan arah jarum jam.

Sedangkan untuk pengaturan kecepatannya anda dapat menghubungkan output

PWM ke kaki basis transistor1 untuk putaran searah jarum jam. Dan untuk

putaran berlawanan arah jarum jam, output PWM dapat dihubungkan kekaki

basis transistor2.

Perancangan Mekanik dan Konsep Kerja

Robot line followers ini pada dasarnya dirancang untuk mengikuti garis hitam

pada permukaan yang putih. Robot ini juga dapat digunakan untuk mengikuti

konfigurasi berlawanan (garis putih) dengan sedikit perubahan yang diperlukan

dalam perangkat lunak.Berikut adalah desain dari robot Line Follower yang

besarnya kurang lebih 20 cm x 7 cm:

Gambar 3.10. rangka Robot Line Follower

Gambar 3.11. Mekanik Robot Line follower tampak 3D

Kemudian Seluruh perangkat keras robot line followers sederhana ini

menggunakan arduino dan dapat dibagi menjadi tiga bagian. Sensor, papan

arduino dan sirkuit motor driver.

a. Merakit Sensor

Gambar 3.12. Komponen Sensor

Pada robot line follower, sensor robot yang dapat digunakan ada 3 jenis,

yaitu LDR (Light Dependent Resistor), Photo Dioda, dan Photo Transistor.

Gambar di atas adalah 1 pasang sensor yang akan kita gunakan pada robot

line follower. Bentuknya mirip seperti LED, yang berwarna ungu bernama

receiver (photo dioda) dan yang berwarna bening bernama transmitter

(infrared). Untuk membuat robot ini, kita gunakan 5 pasang sensor seperti di

kanan.

Kemudian, setelah kita mengetahui sensor apa yang akan kita pakai, coba

buat dulu rangkaian seperti di bawah ini untuk setiap 1 pasang sensor:

Gambar 3.13. Rangkaian Sensor Line Follower

Gambar 3.14. Cara Kerja Sensor

Ketika transmitter (infrared) memancarkan cahaya ke bidang berwarna putih,

cahaya akan dipantulkan hampir semuanya oleh bidang berwarna putih

tersebut. Sebaliknya, ketika transmitter memancarkan cahaya ke bidang

berwarna gelap atau hitam, maka cahaya akan banyak diserap oleh bidang

gelap tersebut, sehingga cahaya yang sampai ke receiver tinggal sedikit.

Perbedaan cahaya yang diterima oleh receiver akan menyebabkan

hambatan yang berbeda-beda di dalam receiver (photo dioda) tersebut.

Ilustrasinya seperti gambar di bawah ini:

Setelah kita tahu ilustrasi sensor,

tinjau kembali rangkaian sensornya, bisa kita analogikan seperti gambar berikut:

Gambar 3.15. Analogi Sensor

Tadi kita tahu kalau hambatan receiver berubah-ubah, jadi otomatis rangkaian

sensor yang bagian kanan bisa kita analogikan seperti gambar. Receiver bisa

kita analogikan dengan resistor variabel, yaitu resistor yang nilai hambatannya

bisa berubah. Otomatis, dengan pembagi tegangan, nilai tegangan di output

rangkaian juga akan berubah-ubah bukan? Jadi, baca putih akan mengeluarkan

output dengan tegangan rendah (sekitar 0 Volt) dan baca hitam akan

mengeluarkan output dengan tegangan tinggi (mendekati Vcc = 5 Volt).

Konsep desain pergerakan robot

Berikut contoh pergerakan robot line follower dengan menggunakan dua modul

sensor IR. Gerak pada motor nantinya akan berpengaruh pada pembacaan

sensor. Berikut penjelasannya:

Ketika kiri dan kanan sensor mendeteksi putih robot bergerak

maju.

Ketika sensor kiri berada pada garis hitam maka robot akan

belok ke kiri.

Ketika sensor kanan berada pada garis hitam maka robot akan

belok ke kanan.

Dengan contoh diatas dengan menggunakan dua sensor maka bisa kita

aplikasikan dengan 4 sensor yang nantinya terdapat 2 sensor kiri dan 2 sensor

kanan dimana ketika salah satu sensor dari sensor kiri (sensor jauh) terkena

garis maka akan membuat robot kembali dengan cepat karena peputaran motor

kanan yang semakin cepat.

Konsep Motor DC

Saatnya membahas tentang IC L293D, untuk lebih jelasnya dapat dibaca di

datasheet. Disini akan di jelaskan sedikit dasar teori tentang IC L293D, tetapi

akan lebih banyak di fokuskan tentang bagaimana cara penggunaannya.

Sekarang saya akan membuat sebuah aplikasi yang akan mengatur kecepatan

dan arah putar sebuah motor DC menggunakan IC L293D jika di hubungkan

dengan mikrokontroler Arduino UNO

Dari gambar diatas pin EN1 merupakan sebuah pin yang difungsikan untuk

meng-enable-kan motor DC (ON/OFF motor DC), oleh karena itu pin EN1 dapat

dihubungkan dengan output PWM dari mikrokontroler. Sedangkan pin IN1 dan

IN2 digunakan sebagai input logika untuk mengatur putaran motor DC dan dapat

juga digunakan untuk memberhentikan motor DC secara cepat (fast motor stop).

Untuk lebih jelas tentang pin IN1 dan IN2 dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 3.1. Tabel Kebenaran Driver Motor

IN1 IN2 KONDISI MOTOR

0 0 Fast motor stop

0 1 Putar searah jarum jam

1 0 Putar berlawanan jarum jam

1 1 Fast motor stop

Jika diinginkan motor berputar searah jarum jam, maka pin mikrokontroler 22

(IN1) diberi logika low dan 23 (IN2) diberi logika high. Sedangkan EN1

dihubungkan dengan output PWM mikrokontroler PORT 3 (PWM OUTPUT).

Dalam pengoperasian Line follower dengan satu arah maka IN1 dan IN3

disambungkan dengan vcc dan IN2 dan IN4 dengan masukan digital sehingga

akan mengakibatkan motor hanya memiliki 2 kemungkinan yaitu memutar satu

arah jarum jam dan berhenti. Berikut gambar beserta tabel nya:

IN1/IN3 IN2/IN4 KONDISI MOTOR

1 0 RUN

1 1 STOP

Diagram Blok Line Follower

Dari penjelasan diatas, berikut diagram blok dari robot line follower:

Gambar 3.16. Diagram Blok Line Follower

Rangkaian Robot Line Follower

Rangkaian yang akan dibuatkan terlihat lebih sederhana dikarenakan

pembuatan robot line follower ini untuk memfasilitasi kinerja motornya

menggunakan motor driver. Pertama kita hubungkan pin-pin motor driver

pada arduino sesuai kebutuhan dan skema, setelah itu lalu hubungkan

pin motor driverkemotor DC.DanhubungkanpinsensorkepindigitalArduino.

Langkah langkahnya:

Hubungkan kedua Pin VCC Sensor dengan Pin 5V Arduino.

Hubungkan kedua Pin Gnd Sensor dengan Pin Gnd Arduino.

Hubungkan Pin Data Sensor Tengah dengan Pin A0 Arduino.

Hubungkan Pin Data Sensor Kanan1 dengan Pin A1 Arduino.

Hubungkan Pin Data Sensor Kanan2 dengan Pin A2 Arduino.

Hubungkan Pin Data Sensor Kiri1 dengan Pin A3 Arduino.

Hubungkan Pin Data Sensor Kiri2 dengan Pin A4 Arduino.

Hubungkan Pin En1 Driver DC Motor dengan Pin 5 Arduino.

Hubungkan Pin En2 Driver DC Motor dengan Pin 6 Arduino.

Hubungkan Pin In1 In3 Driver DC Motor dengan VCC.

Hubungkan Pin In2 In4 Driver DC Motor dengan pin D0 dan D1

Arduino

Hubungkan Pin 5volt Driver DC Motor dengan Pin 5v Arduino.

Hubungkan Out Kanan Driver DC Motor dengan DC Motor Kanan.

Hubungkan Out Kiri Driver DC Motor dengan DC Motor Kiri.

Flowchart

Flowchart program robot line follower ini terdiri atas 3 bagian yaitu bagian

utama, bagian membaca dan kalkulasi sensor dan output sensor.

Sebelum ke flowchart alangkah baiknya melihat tabel perhitungan

kecepatan berikut ini:

Tabel 4.2. Desain Kecepatan Motordc

Nilai/Jumlah i Motor

kanan Motor kiri Direction1 Direction2

i=1 ≤ i=3 0 255 HIGH LOW

i=4 ≤ i=7 0 128 HIGH LOW

i=8 128 128 LOW LOW

i=9 ≤ i=12 128 0 LOW HIGH

i=13 ≤ i=24 255 0 LOW HIGH

Nilai i dipengaruhi oleh berapa jumlah i yang mendeteksi garis hitam

dengan perhitungan sensor1=1, sensor2=2, sensor3=4, sensor4=8,

sensor5=12. Kemudian kecepatan maksimal motor 255 dan direction

LOW motor berjalan. Berikut flowchart sesuai dengan tabelnya:

1. Bagian utama 2. Membaca dan kalkulasi nilai sensor

19 | H a l

3. Output sensor

Program Arduino

//Blok Pertama Deklarasi dan Inisialisasi Variable

20 | H a l

//Inisialisasi Sensor

int sensorKiri1 = A0;

int sensorKiri2 = A1;

int sensorTengah = A2;

int sensorKanan1 = A3;

int sensorKanan2 = A4;

//Inisialisasi Motor DC

int motorKanan = 11;

int motorKiri = 12;

int direction1 = 2;

int direction2 = 3;

//insialisasi variabel i

int i=0;

//Blok Kedua Seting Input dan Output

void setup()

{

pinMode (sensorKiri1,INPUT);

pinMode (sensorKiri2,INPUT);

pinMode (sensorTengah,INPUT);

pinMode (sensorKanan1,INPUT);

pinMode (sensorKanan2,INPUT);

pinMode (motorKanan,OUTPUT);

pinMode (motorKiri,OUTPUT);

pinMode (direction1,OUTPUT);

pinMode (direction2,OUTPUT);

}

//Blok Ketiga Program Utama

void loop()

{

21 | H a l

//mengosongkan isi variabel

i=0;

if (digitalRead(A0)==HIGH )

{

i=i+1;}


{

i=i+2;}


{

i=i+4;}


{

i=i+8;}


{

i=i+16;}

//---------------------------------------------------------------------if ( (i>=1) && (1<=3) )

{

analogWrite (motorKanan,0);

analogWrite (motorKiri,255);

//diberikan high karna low agar posisi putar kanan (jalan maju)

digitalWrite (direction1,HIGH);

digitalWrite (direction2,LOW);

}

//---------------------------------------------------------------------else if ( (i>=4) && (1<=7) )

{





}

//---------------------------------------------------------------------else if ( (i>=8) )

{


22 | H a l




}

//---------------------------------------------------------------------else if ( (i>=9) && (1<=12) )

{





}

//---------------------------------------------------------------------else if ( (i>=13) && (1<=24) )

{





}

delay(500);

}

Daftar Pustaka

Supriyanto, R.dkk “ ROBOTIKA ”. Gunadharma Press. Jakarta, 2010.

Zhen, J.W. Nguong, “Autonomous Transportation Robot with Localization”. UTM. Kuala

lumpur, Maaysia, 2013.

http://www.arduino.cc/en/Main/HomePage

Putranto, A. “Teknik Otomasi Industri Untuk Sekolah Menengah Kejuruan”. Direktorat

Pembinaan Sekolah Menengah dan Kejuruan. Jakarta, 2008.

Kusuf, W. “Buku Siswa Teknik Pemrograman 1”. Kementrian Pendidikan dan

Kebudayaan. Jakarta, 2014.

Kusuf, W. “Buku Siswa Teknik Pemrograman 2”. Kementrian Pendidikan dan

Kebudayaan. Jakarta, 2014

bahan bacaan 3.2

Education