Jumat, 24 Desember 2010

robot pemadam kebakaran

DESAIN DAN IMPLEMENTASI ROBOT PEMADAM API
MENGGUNAKAN MODULASI FM (FREQUENCY MODULATION) - FSK (FREQUENCY SHIFT KEYING)

Naryanto, ST,
Dosen Tetap Teknik ElektroFakultas Teknik dan Sains,Universitas Nasional
Jl. Sawo Manila, Pejaten, Pasar Minggu, Jakarta 12520
E-mail : anto_nih01@yahoo.com



ABSTRAK

Kelalaian manusia seringkali berakibat fatal pada keselamatan jiwa manusia itu sendiri. Tidak jarang terjadi kebakaran yang disebabkan oleh kurangnya kepedulian manusia terhadap lingkungan disekitarnya. Kebakaran tersebut telah banyak memakan korban baik materi maupuan korban jiwa. Oleh karena itu perlu diciptakan robot yang berfungsi memadamkan api pada saat terjadi kebakaran. Pengendalian robot dilakukan oleh operator dengan menggunakan frekuensi gelombang FM dari jarak jauh. Sehingga operator akan terhindar dari bahaya kebakaran. Dalam sistem ini gerak robot dirancang sesuai dengan data yang dikirim oleh pengontrol, misalnya 01H untuk gerak maju dan 02H untuk gerak mundur.


I. PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang

Kesibukan manusia yang terus meningkat seringkali melalaikan keamanan disekitar lingkungannya sendiri. Kondisi ini sering menimbulkan berbagai bencana yang berakibat pada korban jiwa. Dikota-kota besar sudah bukan hal baru lagi terjadi kebakaran besar yang menghanguskan pemukiman penduduk. Hampir setiap bulan terjadi kebakaran pada daerah yang berlainan .
Kebakaran yang terjadi disebabkan hal-hal yang sebetulnya dapat dihindari misalnya karena membuang puntung rokok sembarangan, lupa mematikan kompor atau karena hubungan pendek arus listrik. Pada akhirnya hal-hal sepele seperti itu dapat menyebabkan kerugian materi maupun kematian yang disebabkan oleh kebakaran. Tidak jarang petugas kebakaran yang sedang berusaha memadamkan api ikut menjadi korban amukan api pada saat terjadi kebakaran.

I.2 Tujuan Penulisan

Untuk mengatasi permasalahan diatas maka, dirancang robot pemadam api yang dapat dikendalikan secara jarak jauh. Robot ini dirancang agar dapat memdamkan api dengan dikendalikan oleh seorang operator dengan jarak yang cukup aman agar operator itu sendiri aman dari bahaya api.

I.3 Pembahasan

Pembahasan yang dilakukan mencakup :
Pemabahasan hanya pada sistem penerima robot
Gerakan robot hanya sesuai dengan input data yang dikirimkan oleh rangkaian control dari operator
Pengiriman data menggunakan modulasi FM-FSK


II. TEORI DASAR
II.1 Mikrokontroler AT89C51

Mikrokontroler 89C51 merupakan salah satu jenis mikrokontroler CMOS 8 bit yang memiliki performa tinggi dengan disipasi daya rendah, cocok dengan produk MCS-51. Kemudian memiliki sistem pemrograman Flash memory 4 Kbyte dengan daya tahan 1000 kali write/erase.
Mikrokontroler 89C51 ini memiliki spesifikasi sebagai berikut ini:
• 8 bit CPU yang dikhususkan untuk aplikasi kontrol.
• Memiliki kemampuan untuk proses boolean extensive (single bit logic).
• 64K byte pengalamatan program memori
• 64K byte pengalamatan data memori
• 4 KByte internal program memori
• 128 byte internal data RAM.
• 4 x 8 bit jalur data yang dapat diprogram secara bidirectional.
• 2 buah 16 bit Timer/counter.
• Full dupplex UART
• 6 sumber atau 5 vektor interupt struktur dengan dua buah priority level.
• Internal Clock Oscilator.




























Gambar 2.1 Diagram Blok uC AT 89C51
Konfigurasi Pin Mikrokontroler
Mikrokontroler AT89C51 merupakan produksi dari ATMEL yang memiliki 40 konfigurasi pin seperti digambarkan pada gambar 2.2 Disamping itu mikrokontroller ini dapat ditambahkan sebuah minimum memory eksternal atau komponen ekstemal lain. Dari kedelapan line dapat digunakan suatu unit yang berhubungan keperangkat paralel seperti printer, pengubah digital ke analog, dan sebagainya, atau tiap line dapat mengoperasikan sendiri keperangkat single bit seperti saklar, LED, transistor, dan speaker




















Gambar 2.2 Konfigurasi pin uC AT89C51

Port Serial MCS51

Dikenal 2 macam cara transmisi data secara seri. Kedua cara tersebut dibedakan oleh sinyal denyut (clock) yang dipakai untuk men-‘dorong’ data seri, kalau clock dikirim bersama dengan data seri, cara tersebut dikatakan sebagai transmisi data seri secara sinkron. Sedangkan dalam transmisi data seri secara asinkron, clock tidak dikirim bersama data seri, rangkaian penerima data harus membangkitkan sendiri clock pendorong data seri. Port seri MCS51 bisa dipakai dalam 4 mode kerja yang berbeda. Dari 4 mode tersebut, 1 mode diantaranya bekerja secara sinkron dan 3 lainnya bekerja secara asinkron.

II.2 LDR (Light Dependent Resistor)

LDR atau Light Dependent Resistor adalah salah satu jenis resistor yang nilai hambatanya dipengaruhi oleh cahaya yang diterima olehnya. LDR dibuat dari bahan Cadium Sulfida yang peka terhadap cahaya
LDR akan mempunyai hambatan yang sangat besar saat tidak ada cahaya yang mengenainya (gelap). Dalam kondisi ini hambatan LDR mampu mencapai 1M ohm, akan tetapi pada saat LDR mendapat cahaya hambatan LDR akan turun menjadi beberapa puluh ohm saja.


Gambar 2.4 Simbol LDR

II.3 Relay

Relay adalah komponen yang berfungsi sebagai saklar listrik yang akan terbuka (off) dan tertutup (on) yang dikontrol menggunakan rangkaian elektronik lain. Relay mempunyai beberapa tipe, antara lain :

• SPST (Single Pole Single Throw)
• SPDT (Single Pole Double Throw)
• DPST (Double Pole Single Throw)
• DPDT (Double Pole Double Throw)

Relay dibedakan menjadi dua jenis menurut tegangan sumber yang digunakan untuk mengaktifkan koilnya, yaitu :
• Relay dengan koil AC (Alternating Current)
• Relay dengan koil DC (Direct Current)

Pada umumnya relay banyak digunakan untuk
• Mengontrol rangkaian tegangan tinggi dengan sinyal tegangan input yang kecil
• Mengontrol rangkaian yang mempunyai arus besar dengan sinyal arus input yang kecil
• Mendeteksi dan mengisolasi jaringan pengiriman dan pendistribusian dengan cara mematikan dan menghidupkan circuit breaker

II.4 Motor DC
Motor listrik adalah suatu mesin yang merubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik (gerak). Pada dasarnya motor listrik dibedakan menjadi dua menurut tegangan sumber yang digunakan, yaitu :
• Motor AC
• Motor DC

II.5 Receiver FM
Pada dasarnya pesawat penerima radio terdiri dari tiga bagian pokok yang tersusun dalam satu kesatuan, dimana masing-masing rangkaian bekerja sesuai dengan fungsinya. Adapun diagram dari penerima FM adalah seperti pada gambar dibawah ini :
Diagram blok diatas dibagi menjadi tiga ruangan yang mempunyai masing-masing fungsi ruang HF (High Frekuensi), ruang MF (Middle Frekuensi) dan ruang AF (Audio Frekuensi).

Ruang HF
Ruang HF merupakan tempat pemroses getaran tinggi yang diperoleh dari luar pesawat penerima. Dalam ruang HF terdapat tiga buah blok, masing-masing adalah tuning penala, mixer dan oscillator. Gambar2.5 Diagram Blok Ruang HF

Ruang MF
Ruang MF merupakan rangkaian penguat yang bertugas sebagai pemroses getaran tinggi yang diumpankan dari ruang HF. Pada ruang ini terdapat dua blok yaitu blok IF (intermediate frekuensi) dan alat pendeteksi. Keduanya berfungsi merubah frekuensi tinggi menjadi frekuensi menengah yang kemudian dipisah-pisahkan oleh alat pendeteksi.

Ruang AF
Ruang AF atau sering disebut juga dengan modulator atau amplifier. Ruang AF berfungsi sebagai ruang penguat suara.

II.6 FSK (Frequency Shift Keying)
Frekuensi shift Keying adalah suatu proses modulasi sinyal analog menjadi sinyal digital. Modulasi sinyal dibagi menjadi dua macam yaitu :
• Modulasi sinyal digital
• Modulasi sinyal analog

Menurut fungsinya perangkat FSK dibagi menjadi dua jenis yaitu :
• FSK modulator (mengubah sinyal digital menjadi sinyal sinus)
• FSK demodulator (mengubah sinyal sinus menjadi sinyal digital)

FSK demodulator berfungsi untuk mengubah sinyal sinusoidal sebesar 1200 Hz menjadi sinyal digital dengan nilai logika ”1” dan mengubah sinyal sinusoidal sebesar 2200. Hz menjadi sinyal digital dengan nilai logika ”0”.



































Gambar 2.6 Prinsip kerja FSK



3. PERANCANGAN ALAT
3.1 Perancangan Sistem
Di dalam perancangan robot terbagi atas 2 sistem yaitu sistem mekanik dan sistem kontrol. Sistem kontrol dibagi menjadi beberapa bagian rangkaian yaitu :
Rangkaian receiver FM
Rangkaian mikrokontroler
Rangkaian FSK
Rangkaian driver relay
Rangkaian level baterai indicator
Rangkaian frekuensi display
Rangkaian kamera wireless

Diagram blok dari keseluruhan sistem dapat dilihat pada gambar 2.7 dibawah ini :





































Gambar 2.7 Blok Diagram Sistem Secara Keseluruhan



Rangkaian yang digunakan untuk menggerakan motor-motor DC sebagai penggerak robot. Relay yang digunakan mempunyai tipe DPDT dengan tegangan sebesar 12 VDC. Driver relay ini dirancang agar dapat memutar balik putaran motor DC. Skematik dari rangkaian driver relay dapat dilihat pada gambar dibawah ini :













Gambar 2.8 Rangkaian driver relay
III. 2 Indikator Level baterai

Indikator level baterai adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk mengukur level tegangan accu. Komponen utama dari rangkaian ini adalah sebuah IC LM3914. LM 3914 adalah sebuah IC monolitik yang mendeteksi tegangan analog, dan menggerakan 10 LED yang menghasilkan tampilan analog linier. Skematik dari rangkain indikator level baterai dapat dilihat dibawah ini :




















Gambar 2.9 Rangkaian baterai level indicator

III.3 Rangkaian LDR

Pada saat LDR terkena cahaya, hambatan LDR akan turun dengan drastis dari beberapa Mega Ohm menjadi beberapa puluh Ohm sehingga arus mengalir menuju kaki basis transistor. Arus ini cukup untuk men-trigger transistor menjadi on, sehingga Ic mengalir dan mengakibatkan relay bekerja.
Ketika relay bekerja kontak relay common yang terhubung ke NC akan berubah terhubung ke NO sehingga lampu akan mati. Sedangkan pada saat keadaan gelap, LDR akan mempunyai hambatan yang sangat besar sehingga arus yang menuju basis transistor sangat kecil akibatnya transistor akan menjadi off . common yang terhubung dengan NC akan kembali terhubung dengan NO. Lampu akan mendapat tegangan sebesar VCC dan lampu akan menyala.










Gambar 2.10 Rangkaian Sensor Cahaya


III.4 Rangkaian Receiver FM
Penerima FM berfungsi untuk menerima sinyal yang dikirimkan dari pemancar FM. Sinyal tersebut adalah data yang dikeluarkan mikrokontroler yang terdiri dari beberapa bit data. Data-data tersebut sebenarnya adalah perintah-perintah yang dikeluarkan oleh operator untuk menggerakan robot misalnya perintah maju atau mundur. Sinyal data yang diterima oleh penerima FM masih dalam bentuk sinyal yang dimodulasi. Komponen utaman dari rangkaian ini adalah sebuah tuner FM, IC LA 3361 dan IC LA 1260.

III.5 FSK
Frekuquency Shift Keying demodulator merupakan modul perubah bentuk sinyal sinus menjadi sinyal kotak dengan perbedaan frekuensi antara masukan frekuensi 1200 Hz dan frekuensi 2200 Hz. FSK demodulator diaplikasikan untuk pengiriman data serial atau pulsa kotak melalui pemancar radio atau melalui jalur telepon.
Spesifikasi dari rangkaian FSK demodulator ini, yaitu :
 Level TTL input
 1200 Hz untuk logika “1”
 2200 Hz untuk logika “0”
 Kecepatan maksimal pengiriman data 1200 Bps
 Catu Daya Eksternal 12 VDC
















Gambar 2.11 Rangkaian FSK Demodulator



III.6 Mikrokontroler AT89C51

Mikrokontroler AT89C51 digunakan sebagai brainware dari keseluruhan sistem. Semua input data yang masuk diproses dan dieksekusi pada mikrokontroler. Selanjutnya output data dari mikrokontroller diumpankan kepada driver relay untuk menggerakan robot. Skematik dari rangkaian mikrokontroller dapat dilihat pada gambar dibawah ini :





















Gambar 2.12 Rangkaian Mikrokontroler


Rangkaian mikrokontroler ini menggunakan internal oscillator sebesar 11.059 MHz. komponen yang digunakan untuk oscilator adalah sebuah kristal (Xtal) dengan frekuensi 11.059 MHz dan dua buah kapasitor yang masing-masing nlainya sebesar 33 pF. Input port P3.0 (RxD) dihubungkan kepada rangkaian FSK demodulator. Port P3.0 adalah input untuk receive serial data yang dikirim dari rangkaian FSK.
Data yang diterima mikokontroler kemudian diproses dan dieksekusi sesuai dengan program yang dibuat. Output mikorokontroler menggunakan port P1.0-P1.7 dan port P0.0- P0.7 kemudian dihubungkan kepada rangkaian driver relay. Semua output dari mikrokontroler ( P0.0-P0.7 dan P1.0-P1.7) berlogika ”1” yang berfungsi untuk mengaktifkan transistor NPN pada rangkaian driver relay yang dikonfigurasikan sebagai saklar.


III.7 Perancangan Software

Software dibuat dengan bahasa assembler HB200P yang digunakan untuk memprogram mikrokontroller AT89C51. Perancangan software mengacu pada rangkaian hardware untuk menentukan input ataupun output dari rangkaian tersebut misalnya port-port yang digunakan.
Langkah pertama sebelum merancang untuk mikrokontroler adalah membuat diagram alir (flowchart). Diagram alir berfungsi untuk menentukan langkah demi langkah pemrograman yang akan dibuat sehingga akan memudahkan dalam perancangan software itu sendiri. Diagram alir (flowchart) dapat dlihat pada gambar dibawah ini :



Gambar 2.13 Flowchart Robot

Langkah pertama dari pemrograman adalah dengan melakukan inisialisasi mikrokontroler, yaitu dengan mengakses port serial yang akan digunakan, setelah itu mengisi beberapa register tertentu seperti penentuan mode serial dan penentuan baud rate serial.
Untuk penentuan baud rate serial dapat diatur pada mode 1 dan mode 3 dengan menggunakan timer 1. Cara yang biasa digunakan adalah Timer Mode 2 (8 bit auto reload) yang hanya menggunakan register TH1 saja. Pengiriman setiap bit data terjadi setiap Timer 1 overflow sebanyak 32 kali sehingga dapat disimpulkan bahwa:

Baud rate (jumlah bit data yang terkirim tiap detik) =


Setelah itu mengakses jenis komunikasi yang digunakan. Dalam flowchart diatas menggunakan komunikasi UART (Universal Ashynchronous Receiver Transmitter). Metode pengiriman data pada UART harus diawali dengan start bit dan diakhiri dengan stop bit seperti gambar dibawah ini.



Gambar 2.14 Komunikasi UART
Setelah melakukan inisialisasi serial port, mikrokontroller akan membaca status RI (yang terdapat pada register SCON) apakah sudah berlogika 1 atau belum. Jika belum, mikrokontroler akan kembali membaca status dari RI secara terus menerus. Jika RI, sudah 1 mikrokontroler selanjutnya akan membaca data pada SBUF. Apabila pada SBUF terdapat data sebesar 01H maka mikrokontroler akan mengeluarkan data (logika 1) pada port P1.0. Jika tidak, maka mikrokontroller akan membandingkan dengan data yang kedua pada SBUF, misalnya 02H jika tidak maka mikrokontroller akan membaca data 3.
Proses ini akan berlanjut hingga data yang dibandingkan mencapai data 0DH jika sampai dengan step terakhir tidak ada data mikrokontroler akan kembali membaca status RI dan status data demikian seterusnya

III.8 Water Pump

Water pump digunakan untuk menyemprotkan air kepada titik api yang akan dipadamkan. Water pump pada robot menggunakan sebuah washer yang banyak dipakai pada kendaraan bermotor khususnya
mobil. Washer ini mempunyai beberapa bagian diantara :
• Nozzle
• Water tank
• Motor DC (sebagai pemompa air)
• Pipa (selang)

Prinsip kerja dari washer adalah pada saat motor mendapatkan tegangan motor akan berputar. Motor tersebut dihubungkan dengan sebuah kipas yang dikonfigurasikan apabila berputar akan menghasilkan tekanan udara. Tekanan udara ini kemudian akan memompa air keluar melalui pipa atau selang kemudian keluar melalui nozzle. Jarak semprotan air dari waher berkisar 1m – 2m. Kapasitas tangki washer berkisar 1 liter air.

3.11 Kamera Wireless

Kamera wireless berfungsi untuk memonitor keadaan disekitar robot apabila robot berada jauh dari operator atau robot berada didalam rungan sedangkan operator berada di luar ruangan tersebut. Diagram koneksi dari rangkaian kamera dapat dilihat pada gambar dibawah ini :












Gambar 2.15 Diagram Koneksi Kamera



Spesifikasi kamera wirelles RC100 A :
• Transmitter/receiver frekuensi 1000-1250 MHz
• Transmisi power 50mW
• Jarak maksimum 200 meter
• Supply tegangan 12V/500 mA

IV. PENGUJIAN SISTEM
Pengujian alat dilakukan setelah seluruh rangkaian (hardware/software) telah selesai dibuat. Pengujian alat bertujuan untuk menganalisa dan menguji alat (hardware) yang telah dibuat yaitu membandingkan hasil secara teori dengan praktek sehingga dapat diketahui perbandingan antara kerja alat sudah sesuai dengan yang diharapkan atau belum.

IV.1 Pengujian Pada FSK (Frequency Shift Keying)
FSK demodulator adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengubah sinyal sinusoidal (sinus) menjadi sinyal digital. Output dari rangkaian FSK demodulator dapat berlogika ”1” atau berlogika ”0” sesuai dengan frekuensi yang kita masukan kepada rangkaian FSK itu sendiri. Input sinus dengan frekuensi 1200 Hz akan dirubah menjadi logika ”1” (high), sedangkan input sinus dengan frekuensi 2200 Hz akan dirubah menjadi logika ”0” (low). Dibawah ini adalah hasil pengujian FSK demodulator .


Gambar 4.1 Input Sinyal Sinus 1200Hz Gambar 4.2 OutputRangkaian FSK Demodulator Untuk Input 1200 Hz

IV.2 Pengujian pada Frekuensi Display
Rangkaian frekuensi display berfungsi untuk menampilkan dan memonitor frekuensi yang diterima oleh rangkaian penerima FM. Gambar 4.5 adalah tampilan frekuensi dari radio penerima FM pada gelombang 105,1 MHz. Input dari rangkaian frekuensi display ini dihubungkan kepada oscillator rangkaian penerima FM.











Gambar 4.5 Tampilan Frekuensi Display
IV.3 Pengujian pada Rangkaian penerima FM
Pada rangkaian penerima FM bagian yang diukur adalah pada rangkaian oscillator. Gambar 4.6 adalah gambar sinyal output dari rangkaian oscillator yang nilai frekuensinya sebesar 105,1 MHz. Gambar 4.7 adalah gambar yang sama dengan gambar 4.6 hanya saja time/div diperkecil sebesar 20 nS agar gambar yang dihasilkan menjadi lebih jelas.







Gambar 4.6 Output Rangkaian Oscillator 105,1 MHz dengan Time/div 0.1uS








Gambar 4.7 Output Rangkaian Oscillator DenganTime/div 20 nS

IV.4 Pengujian padaHyper Terminal

Pengujian data dilakukan menggunakan PC Hyper Terminal. Prinsip kerjanya adalah membandingkan input data yang dikirim dengan input data yang diterima oleh robot apakah sesuai dengan program yang dibuat atau tidak. Jika data yang dikirim sama dengan data yang diterima maka robot akan bekerja.
Robot akan bekerja sesuai dengan input data perintah dari operator. Dari hasil pengujian input data yang diterima dan kerja robot dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

Input data
Transmitter PC (HYPER TERMINAL) Gerakan Robot
01H 01 H Robot maju
02H 02 H Robot mundur
03H 03 H Belok kiri
04H 04 H Belok kanan
05H 05 H Lengan atas (naik)
06H 06 H Lengan atas (turun)
07H 07 H Lengan bawah (naik)
08H 08 H Lengan bawah (turun)
09H 09 H Tangan (menjepit)
0AH 0A H Tangan (membuka)
0BH 0B H Kamera (berputar ke kiri)
0CH 0C H Kamera (berputar ke kanan)
0DH 0D H Washer (Menyemprotkan air)


V. KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan dan pengujian alat yang telah diuraikan pada bab-bab sebelumnya maka dapat disimpulkan :
1. Seluruh sistem hardware berfungsi dengan baik
2. Robot dapat dikendalikan secara wireless dengan modulasi FM-FSK

V.2 Saran-Saran
1. Daya transmitter FM diperbesar agar jangkauan pengontrolan robot semakin jauh
2. Konstruksi sistem mekanik perlu lebih disempurnakan lagi agar robot lebih kokoh dan mempunyai fleksibelitas gerakan yang baik.




































Daftar Pustaka

Frenzel, Louis E., ”Communication Electronics : Principles and Application”, Mc Graw Hill, New York, 2001

Roddy, D., Idris, K., Coolen, J., “Komunikasi Elektronika”, Erlangga, Ciracas, Jakarta, 1984

Sudjadi., ”Teori dan Aplikasi Mikrokontroler : Aplikasi pada Mikrokontroler AT89C51”, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2005

Gaberielson, Bruce. DR., “Basic Communication”
http://www.infosec-engineering.html, 14.01.2005.

Team RTC UI., “Pemancar FM”
http://www.elektroindonesia.com/elektro/elek29.html, No 29, Januari 2000

Hartanto, D., ”Pemancar FM 12 Watt : Bagian 1”
http://www.bogor.net/idkf/idkf-1/community-broadcasting/pemancar, 1.03.2001




Tidak ada komentar:

Poskan Komentar