[123doc.vn] Pengendali Motor Stepper Pada Pintu Bendungan Otomatis Berbasis Mikrokontroler At89s51

PENGENDALI MOTOR STEPPER PADA PINTU BENDUNGAN OTOMATIS BERBASIS

MIKROKONTROLER AT89S51

TUGAS AKHIR

FATIMAH SRI HANDAYANI 072408007

PROGRAM STUDI D-III FISIKA INSTRUMENTASI

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2010

Universitas Sumatera Utara

PENGENDALI MOTOR STEPPER PADA PINTU BENDUNGAN OTOMATIS BERBASIS

MIKROKONTROLER AT89S51

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi syarat memperoleh gelar Ahli Madya

FATIMAH SRI HANDAYANI 072408007

PROGRAM STUDI D-III FISIKA INSTRUMENTASI DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2010


BAB 2

DASAR TEORI

2.1 Perangkat Keras

2.1.1 Prinsip Kerja Pembuka/Penutup Pintu

Pintu air sebagai sistem kontrol, yang akan digerakkan oleh motor. Mikrokontroler

AT89S51 sebagai pusat proses untuk mengendalikan semua perangkat pada pintu.

Mikrokontroler telah diprogram untuk dapat membaca data dan kemudian mengolah

semua data tersebut dan selanjutnya mengambil keputusan perangkat mana saja yang

harus dikendalikan. Berdasarkan hasil yang diperoleh dari mikrokontroler yaitu bila

air dalam bendungan terlalu berlebih dan air mengenai sensor, maka driver motor

akan menggerakkan motor dan pintu air akan membuka. Begitu juga sebaliknya, bila

air dalam bendungan sudah sama dengan data yang diberikan user dan sensor tidak

dikenai air, maka driver motor akan menggerakkan motor yang mengakibatkan pintu

air akan menutup. Ketinggian air dalam bendungan akan selalu terjaga. Air dalam

bendungan tidak akan berlebihan, karena sudah dikontrol oleh pintu air ini. Bila air

berlebihan, air akan dialirkan keluar melalui pintu air, yang selanjutnya akan dialirkan

ke sungai.


2.1.2 Sensor Air Sedehana

Sensor air ini menggunakan prinsip benda terapung. Sensor air berfungi untuk

mendeteksi level ketinggian air pada bendungan atau waduk, dimana prinsip kerjanya

sama seperti saklar, saat air menyentuh sensor maka sensor akan aktif. Pada sensor ini

terdapat sebuah pelampung yang akan bergerak sesuai dengan level ketinggian air

yang menekannya dari bawah. Pada pelampung terdapat magnet yang akan menjadi

switch atau saklar penghubung antara kabel A dan B. Pada saat posisi pelampung

berada di bawah maka kabel A dan B tidak terhubung, atau dengan kata lain posisi ini

adalah posisi saklar OFF. Apabila posisi pelampung berada di atas maka akan terjadi

medan magnet yang dapat menghubungkan antara kabel A dan B, atau dengan kata

lain posisi ini adalah posisi saklar ON. Pada saat pelampung diatas maka kita dapat

mengidentifikasi bahwa ketinggian air pada bendungan telah meningkat.

2.1.3 Mikrokontroler AT89S51

Mikrokontroler sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontoler dan mikrokomputer

hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi

baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak

namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara missal (dalam

jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor).

Sebagai kebutuhan pasar, mikrokontroller hadir untuk memenuhi selera industri dan

para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat bantu dan mainan yang lebih

canggih.


Ilustrasi yang mungkin bisa memberikan gambaran yang jelas dalam

penggunaan mikrokontroler adalah aplikasi mesin tiket dalam arena permainan yang

saat ini terkenal di Indonesia. Jika kita sudah selesai bermain, maka akan diberikan

suatu nilai, nilai inilah yang menentukan berapa jumlah tiket yang bisa diperoleh dan

jika dikumpulkan dapat ditukar dengan berbagai macam hadiah. Sistem tiket ini

ditangani dengan mikrokontroler, karena tidak mungkin menggunakan computer PC

yang harus dipasang disamping atau di belakang mesin permainan yang bersangkutan.

Selain sistem tiket, kita juga dapat menjumpai aplikasi mikrokontroler dalam

bidang pengukuran jarak jauh atau yang dikenal dengan sistem telemetri. Misalnya

pengukuran disuatu tempat yang membahayakan manusia, maka akan lebih nyaman

jika dipasang suatu sistem pengukuran yang bisa mengirimkan data lewat pemancar

dan diterima oleh stasiun pengamatan dari jarak yang cukup aman dari sumbernya.

Sistem pengukuran jarak jauh ini jelas membutuhkan suatu sistem akuisisi data

sekaligus sistem pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu

bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan.

Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangani berbagai macam

program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya),

mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan

lainnya terletak pada perbandingan RAM-nya dan ROM. Pada sistem computer

perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program program pengguna

disimpan dalam ruang RAM yang relative besar, sedangkan rutin rutin antarmuka

perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada

mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program

kontrol disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash PEROM) yang


ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat

penyimpanan sementara, termasuk register register yang digunakan pada

mikrokontroler yang bersangkutan.

Mikrokontroler AT89S51 merupakan salah satu keluarga dari MCS-51

keluaran ATMEL. Jenis Mikrokontroler ini pada prinsipnya dapat digunakan untuk

mengolah data perbit ataupun data 8 bit secara bersamaan.

Pada prinsipnya program pada mikrokontroller dijalankan bertahap, jadi pada

program itu sendiri terdapat beberapa set instruksi dan tiap instruksi itu dijalankan

secara bertahap atau berurutan.

Beberapa fasilitas yang dimiliki oleh mikrokontroler AT89S51 adalah sebagai

berikut :

1. Sebuah Central Processing Unit 8 bit

2. Osilatc : internal dan rangkaian pewaktu

3. RAM internal 128 byte

4. Flash memori 4 Kbyte

5. Lima buah jalur interupsi (dua buah interupsi eksternal dan tiga buah interupsi

internal)

6. Empat buah programable port I/O yang masing-masing terdiri dari delapan buah

jalur I/O

7. Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex UART

8. Kemampuan untuk melaksanakan operasi aritmatika dan operasi logika

9. Kecepatan dalam melaksanakan instruksi per siklus 1 mikrodetik pada frekuensi

12 MHz.


2.1.3.1 Kontruksi AT89S51

Mikrokontroler AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1

kristal serta catu daya 5 volt. Kapasitor 10 mikro farad dan resistor 10 kilo Ohm

dipakai untuk membentuk rangkaian riset. Dengan adanya rangkaian riset ini

AT89C4051 otomatis diriset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan

frekuensi maksimum 24MHz dan kapasitor 30 mikro-farad dipakai untuk melengkapi

rangkaian oscilator pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja

mikrokontroller. Memori merupakan bagian yang sangat penting pada

mikrokontroller. Mikrokontroller memiliki dua macam memori yang sifatnya berbeda.

Read Only Memory (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC

kehilangan catu daya. Sesuai dengan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori

penyimpanan program ini dinamakan sebagai memori program. Ada berbagai jenis

ROM. Untuk mikrokontroller dengan program yang sudah baku dan diproduksi secara

massal, program diisikan kedalam ROM pada saat IC Mikrokontroller dicetak

dipabrik IC. Untuk keperluan tertentu mikrokontroller menggunakan ROM yang dapat

diisi ulang atau Programble Eraseable ROM yang disingkat menjadi PROM

(PEROM). Dulu banyak UV-EPROM (Ultra Violet Eraseable Programble ROM) yang

kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash PEROM yang harganya

jauh lebih murah.

Random Access Memory (RAM) isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu

daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat program bekerja. RAM yang dipakai


untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data. Jenis memori yang dipakai

untuk memori program AT89S51 adalah flash PEROM, program untuk

mengendalikan Mikrokontroler diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang

dinamakan sebagai AT89C4051 flash PEROM Programmer. Memori data yang

disediakan dalam chip AT89S51 sebesar 128 kilo byte meskipun hanya kecil saja tapi

untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah cukup.

AT89S51 dilengkapi UART (Universal Asyncronous Receiver/Transmiter)

yang biasa dipakai untuk komunikasi data secara seri. Jalur untuk komunikasi data

seri (RXD dan TXD) diletakkan berhimpitan dengan P1.0 dan P1.1 pada kaki nomor 2

dan 3, sehingga kalau sarana input/output bekerja menurut fungsi waktu. Clock

penggerak untaian pencacah ini bisa berasal dari oscillator kristal atau clock yang

diumpan dari luar lewat T0 dan T1/T0 dan T1 berhimpitan dengan P3.4 dan P3.5,

sehingga P3.4 dan P3.5 tidak bisa dipakai untuk jalur input/output paralel kalau T0

dan T1 dipakai.

AT89S51 mempunyai enam sumber pembangkit interupsi, dua diantaranya

adalah sinyal interupsi yang diumpankan ke kaki INT0 dan INT1. Kedua kaki ini

berhimpitan dangan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur

input/output paralel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi.

Port1 dan 2, UART, Timer 0, Timer 1 dan sarana lainnya merupakan yang secara fisik

merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Function Register (SFR).


2.1.3.2 Pin-Pin pada Mikrokontroler AT89S51

Deskripsi pin-pin pada Mikrokontroler AT89S51 :

Gambar 2.1 IC Mikrokontroler AT89S51

1. VCC (Pin 40)

Suplai tegangan

2. GND (Pin 20 )

Ground


3. Port 0 (Pin 39-Pin 32)t

Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex address/data ataupun

penerima kode byte pada saat flash progamming. Pada fungsi sebagai I/O biasa

port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat

diubah sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut.

Pada fungsi sebagai low order multiplex address/data, port ini akan mempunyai

internal pull up. Pada saat flash programming diperlukan eksternal pull up,

terutama pada saat verifikasi program.

4. Port 2 (Pin 21 pin 28)

Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau high order address, pada saat mengakses

memori secara 16 bit. Pada saat mengakses memori 8 bit, port ini akan

mengeluarkan isi dari P2 special function register. Port ini mempunyai internal

pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output,

port ini dapat memberikan output sink keempat buah input TTL.

5. Port 3 (Pin 10 pin 17)

Port 3 merupakan 8 bit port I/O dua arah dengan internal pull up. Port 3 juga

mempunyai fungsi pin masing-masing, yaitu sebagai berikut :


Tabel 2.1 Fungsi Masing-masing Pin pada Port 3 Mikrokontroler

Nama Pin Fungsi Alternatif

P3.0 (pin 10) RXD Untuk menerima data port serial

P3.1 (pin 11) TXD Untuk mengirim data port serial

P3.2 (pin 12) INT0 Interupsi Eksternal waktu pencacah 0

P3.3 (pin 13) INT1 Interupsi Eksternal waktu pencacah 1

P3.4 (pin 14) T0 Input Eksternal waktu pencacah 0

P3.5 (pin 15) T1 Input Eksternal waktu pencacah 1

P3.6 (pin 16) WR Jalur menulis memori data eksternal

P3.7 (pin 17 ) RD Jalur membaca memori data eksternal

6. RST (pin 9)

Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle.

7. ALE/PROG (pin 30)

Address latch Enable adalah pulsa output untuk me - latch byte bawah dari alamat

selama mengakses memori eksternal. Selain itu, sebagai pulsa input progam

(PROG) selama memprogam Flash.

8. SEN (pin 29)

Progam store enable digunakan untuk mengakses memori progam eksternal.


9. EA (pin 31)

Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan

menjalankan progam yang ada pada memori eksternal setelah sistem direset. Jika

kondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan progam yang ada pada

memori internal. Pada saat flash programming, pin ini akan mendapat tegangan 12

Volt.

10. XTAL1 (pin 19)

Input untuk clock internal.

11. XTAL2 (pin 18)

Output dari osilator.

2.1.4 Driver Motor stepper

Motor stepper yang digunakan pada contoh ini bertipe hibrid unipolar, memiliki empat

fasa dan panjang langkah sebesar 1,80

per langkah. Motor diharapkan dapat berputar

dalam dua arah dan memiliki dua kecepatan. Karena itu diperlukan pengendali motor

stepper yang memiliki empat keluaran pulsa dengan kemampuan dua arah perputaran

dan dua macam frekuensi pulsa guna mengatur kecepatan motor.


Gambar 2.2 (a) bentuk pulsa keluaran dari driver motor stepper (b) penerapan

pulsa driver pada motor stepper dan arah putaran yang bersesuaian

Arah putaran motor dapat diatur dengan mengatur kondisi logika masukan

pada pena 13 dari IC 74LS86. Jika diterapkan logika 0, maka motor akan berputar

berlawanan dengan arah jarum jam (counter clock wise) sedangkan jika diterapkan

logika 1, maka motor akan berputar dengan arah sesuai dengan arah jarum jam (clock

wise).

Kecepatan motor ditentukan oleh frekuensi masukan clock yang berbentuk

gelombang persegi empat. Pulsa clock ini dibangkitkan oleh rangkaian osilator

pembangkit pulsa berbasis IC timer 555.

Gambar 2.3 bentuk gelombang keluaran rangkaian pembangkit pulsa


Pulsa di atas memiliki frekuensi dan periode yang konstan. Periode dari satu

gelombang penuh adalah Tt (Time total). Th (Time high) adalah periode sinyal positif

atau tinggi sedangkan Tl (Time low) adalah periode sinyal nol atau rendah. Periode

gelombang keluaran tersebut ditentukan oleh VR1, VR2, R1, R2 dan C1. Kapasitor

C2 hanya berfungsi sebagai penstabil rangkaian. Untuk menghitung Periode keluaran,

dapat dilakukan dengan rumus berikut ini:

Th = 0,693 C1 (VR1 + R1 + R2)

Tl = 0,693 C1 R2

Tt = Th + T

Jadi periode gelombang (Tt) adalah:

f = Tt1

dimana f adalah frekunsi (Hz)

Tt adalah time total ( sekon )

Karena motor yang digunakan terdiri atas 4 phase dan memiliki kecepatan

sudut 1,80

v = f

per langkah, maka:

dimana : v adalah kecepatan motor ( rpm )

f adalah frekuensi (Hz )


digunakan transistor bipolar (BJT) tipe TIP31 yang disusun sebagai open collector

switch. Transistor TIP31 adalah tergolong transistor daya menengah yang mampu

mengalirkan arus puncak hingga 5 A. Transistor-transistor ini harus dilengkapi oleh

lempengan pendingin dari aluminium untuk mengurangi panas yang terjadi akibat

besarnya arus yang mengalir. L1 - L4 adalah lilitan (wound) dalam motor stepper.

Dioda D1 - D4 berfungsi sebagai pelindung rangkaian dari tegangan tinggi (back

EMF) yang mungkin timbul dari lilitan motor setepper.

Keluaran dari rangkain pengendali motor stepper (phase1 - phase4)

dihubungkan ke masukan dari empat transistor tersebut melalui R1 - R2. Jika masukan

bernilai sinyal rendah, maka transistor akan berada pada keadaan cut-off sehingga arus

dalam lilitan motor stepper tidak mengalir. Jika masukan bernilai tinggi (diatas

tegangan ambang transistor), maka transistor akan ON sehingga tegangan antara

kolektor dengan emitor (VCE

) turun dan arus dapat mengalir ke tanah (ground).

Dengan begitu motor stepper berputar. Jika sinyal keluaran dari pengendali motor

stepper berbentuk seperti L4 akan dialiri arus secara berurutan. Dengan begitu rotor

dari motor stepper akan berputar sesuai dengan arah urutan.

2.1.5 Motor Stepper

2.1.5.1 Pengertian Motor Stepper

Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa

elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan

urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor


stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa pulsa

periodik. Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih

mudah diatur

Stepper motor merupakan salah satu tipe motor yang sangat populer digunakan

sebagai peralatan penggerak/pemutar (movement unit/actuator) dalam sistem kontrol

otomatis di industri, instrumentasi, bahan printer yang sering kita pakai sehari-hari.

Motor stepper dikendalikan sepenuhnya oleh mikrokontroller, karena mikrokontroller

hanya mampu memberikan supplay tegangan 5 Volt dan dengan arus sekitar 20 mA,

jadi mikrokontroler tidak mampu untuk menggerakkan motor stepper.maka digunakan

driver penggerak untuk mensupplay arus yang dibutuhkan motor stepper tersebut.

Motor Stepper merupakan motor DC yang dapat diatur posisinya dengan

akurat pada posisi tertentu dan dapat berputar kearah yang diinginkan dengan

memberi sinyal - sinyal pulsa dengan pola tertentu. Biasanya motor stepper digunakan

untuk aplikasi - aplikasi yang membutuhkan torsi kecil dengan akurasi yang tinggi,

seperti pada penggerak head pada flopy disk drive atau pada CD-ROM

2.1.5.2 Konstruksi Motor Stepper

Motor stepper adalah motor listrik yang dikendalikan dengan pulsa-pulsa digital,

bukan dengan memberikan tegangan yang terus-menerus. Deretan pulsa

diterjemahkan menjadi putaran shaft, dimana setiap putaran membutuhkan jumlah

pulsa yang ditentukan. Satu pulsa menghasilkan satu kenaikan putaran atau step, yang

merupakan bagian dari satu putaran penuh. Oleh karena itu, perhitungan jumlah pulsa


dapat diterapkan untuk mendapatkan jumlah putaran yang diinginkan. Perhitungan

pulsa secara otomatis menunjukkan besarnya putaran yang telah dilakukan, tanpa

memerlukan informasi balik (feedback).

Gambar 2.4 Pulsa keluaran motor stepper

Ketepatan kontrol gerak motor stepper terutama dipengaruhi oleh jumlah step

tiap putaran, semakin banyak jumlah step, semakin tepat gerak yang dihasilkan. Untuk

ketepatan yang lebih tinggi, beberapa driver motor stepper membagi step normal

menjadi setengah step (half step) atau mikro step.

Gambar 2.5 Mikro step dan bagian dari motor stepper

Bagian-bagian dari motor stepper yaitu tersusun atas rotor, stator, bearing, casing dan

sumbu.

Rotor pada motor stepper terdiri dari poros, roda dan sudu gerak.


Stator terdiri dari beberapa kutub. Setiap kutub memilki lilitan yang menghasilkan

medan magnet yang akan menggerakkan rotor. Pemberian arus yang berurutan

pada kutub kutubnya menyebabkan medan magnet berputar yang akan menarik

rotor ikut berputar. Stator juga memiliki dua bagian plat yaitu plat inti dan plat

lilitan. Plat inti dari motor stepper ini biasanya menyatu dengan casing.

Casing motor stepper terbuat dari aluminium dan ini berfungsi sebagai dudukan

bearing dan stator pemegangnya adalah baud sebanyak empat buah. Di dalam

motor stapper memiliki dua buah bearing yaitu bearing bagian atas dan bearing

bagian bawah.

Sumbu merupakan pegangan dari rotor dimana sumbu merupakan bagian tengah

dari rotor, sehingga ketika rotor berputar sumbu ikut berputar.

Gambar 2.6 Bagian stator motor dan rotor motor stepper

Pada motor stepper umumnya tertulis spesifikasi Np (pulsa/rotasi). Sedangkan

kecepatan pulsa diekspresikan sebagai pps (pulsa per second) dan kecepatan putar

umumnya ditulis sebagai (rotasi/menit atau rpm). Kecepatan putar motor stepper

(rpm) dapat diekspersikan menggunakan kecepatan pulsa (pps) sebagai berikut.


Oleh karena 1 rotasi = 360o

, maka tingkat ketelitian motor stepper dapat diekspresikan

dalam rumus sebagai berikut:

2.1.5.3 Prinsip Kerja Motor Stepper

Pada dasarnya, prinsip kerja stepper motor ini sama dengan DC Motor, yaitu

pembangkitan medan magnit untuk memperoleh gaya tarik ataupun gaya lawan

dengan menggunakan catu tegangan DC pada lilitan/kumparannya. Perbedaanya

terletak pada gaya yang digunakan. Bila DC Motor menggunakan gaya lawan untuk

melawan atau mendorong fisik kutub magnet yang dihasilkan maka stepper motor

menggunakan gaya tarik untuk menarik fisik kutub magnet yang berlawanan sedekat

mungkin ke posisi kutub magnet dihasilkan oleh kumparan. Oleh karena itu, pada DC

Motor, putaranya relatif tidak terkendali, jarak tolakannya sangat relatif, tergantung

pada besar medan magnet yang dihasilkan. Sebaliknya pada stepper motor, gerakan


motor terkendali karena begitu kutub yang berlawanan tadi sudah tarik-menarik dalam

posisi yang paling dekat, gerakan akan berhenti dan direm.

Bila kumparan mendapat tegangan dengan analogi mendapat logika 1, maka

akan dibangkitkan kutub magnet yang berlawanan dengan kutub magnet tetap pada

rotor. Dengan demikian, posisi kutub magnet rotor akan ditarik mendekati lilitan yang

menghasilkan kutub magnet tetap pada rotor itu akan berpindah posisi menuju kutub

magnet lilitan yang dihasilkan sekarang. Berarti, telah terjadi gerakan 1 step. Bila

langkah ini diulang terus-menerus, dengan memberikan tegangan secara bergantian ke

lilitan-lilitan yang bersebelahan, rotor akan berputar.

Logika perputaran rotor tersebut dapat dianalogikan secara langsung dengan

data 0 atau 1 yang diberikan secara serentak terhadap semua lilitan stator motor. Hal

ini sangat memudahkan bagi sistem designer dalam menciptakan putaran-putaran

stepper motor secara bebas dengan hanya mempermainkan bit-bit pada data yang

dikirimkan ke rangkaian interface stepper motor tersebut.

Untuk stepper motor 4 fase, pada prinsipnya ada dua macam cara kerja, yaitu

full stef dan half stef. Penjabatan formasi logika dalam tabel ini adalah untuk

mewakili putaran 360 relatif terhadap fase dari motor.

Stepper Motor yang dijumpai di pasaran sebagian besar melipatgandakan

jumlah kutub magnit kumparannya dengan memperbanyak kumparan stator sejenis

melingkar berurutan dalam konfigurasi penuh 360 rill terhadap poros rotor ( dengan


jumlah fase tetap). Hal ini dilakukan untuk memperoleh efek rill putaran 1 stef yang

lebih presisi, misalnya 3,6/stef atau 1,8/stef.

Untuk memperoleh efek cekraman yang lebih kuat, modus data yang diberikan

pada mode full wave dapat dimanipulasi dengan memberikan double aktif bits pada

setiap formasi. Dengan cara ini, torsi yang dihasilkan akan lebih besar. Namun

demikian, penggunaan arus akan berlipat dua karena pada saat yang bersamaan dua

lilitan mendapatkan arus kemudi. Dalam aplikasinya, sumber daya yang tersedia perlu

diperhatikan.

Tabel 2.2 Formasi tegangan/logika pada Stepper Motor

Stef ke full stef Half stef

1 1 0 0 0 1 0 0 0

2 0 1 0 0 1 1 0 0

3 0 0 1 0 0 1 0 0

4 0 0 0 1 0 1 1 0

5

Berulang ke stef 1

0 0 1 0

6 0 0 1 1

7 0 0 0 1

8 1 0 0 1

Berulang ke stef 1


Tabel 2.3 Formasi double active bit untuk mode putaran full step

Stef ke Full step

1 1 1 0 0

2 0 1 1 0

3 0 0 1 1

4 1 0 0 1

Pada full step, suatu titik pada sebuah kutub magnet dirotor akan kembali

mendapat tarikan medan magnet stator pada lilitan yang sama setelah step 4.

Berikutnya, dapat diberikan lagi mulai dari stef satu 1. Untuk Half step semua kutub

magnet pada rotor akan kembali mendapatkan tarikan dari medan magnet lilitan yang

sama setelah step 8. Berikutnya mulai step 1.

2.1.5.4 Aplikasi Motor Stepper

Aplikasi penggunaan motor stepper dapat juga di jumpai dalam bidang industri atau

untuk jenis motor stepper kecil dapat digunakan dalam perancangan suatu alat

mekatronik atau robot. Motor stepper berukuran besar digunakan, misalnya, dalam

proses pengeboran logam yang menghendaki ketepatan posisi pengeboran, dalam hal

ini dilakukan oleh sebuah robot yang memerlukan ketepatan posisi dalam gerakan

lengannya dan lain-lain.


Motor Stepper merupakan motor DC yang dapat diatur posisinya dengan

akurat pada posisi tertentu dan dapat berputar kearah yang diinginkan dengan

memberi sinyal - sinyal pulsa dengan pola tertentu. Biasanya motor stepper digunakan

untuk aplikasi - aplikasi yang membutuhkan torsi kecil dengan akurasi yang tinggi,

seperti pada penggerak head pada flopy disk drive atau pada CD-ROM

Pada gambar di bawah ditunjukkan dasar susunan sebuah motor stepper.

Gambar 2.7 Diagram motor stepper

Magnet permanen N-S berputar kearah medan magnet yang aktif. Apabila

kumparan stator dialiri arus sedemikian rupa, maka akan timbul medan magnet dan

rotor akan berputar mengikuti medan magnet tersebut. Setiap pengalihan arus ke

kumparan berikutnya menyebabkan medan magnet berputar menurut suatu sudut

tertentu, biasanya informasi besar sudut putar tertulis pada badan motor stepper yang

bersangkutan. Jumlah keseluruhan pengalihan menentukan sudut perputaran motor.

Jika pengalihan arus ditentukan, maka rotor akan berhenti pada posisi terakhir. Jika

kecepatan pengalihan tidak terlalu tinggi, maka slip akan dapat dihindari. Sehingga

tidak di perlukan umpan balik (feedback) pada pengendalian motor stepper.

A

D

B

A

C

B

U

S


Motor stepper banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang biasanya cukup

menggunakan torsi yang kecil, seperti untuk penggerak piringan disket atau piringan

CD. Dalam hal kecepatan, kecepatan motor stepper cukup cepat jika dibandingkan

dengan Motor DC. Motor stepper merupakan Motor DC yang tidak memiliki

komutator. Pada umumnya motor stepper hanya mempunyai kumparan pada statornya

sedangkan pada bagian rotornya merupakan permanen magnet. Dengan model motor

seperti ini maka motor stepper dapat diatur posisinya pada posisi tertentu dan/atau

berputar ke arah yang diinginkan, searah jarum jam atau sebaliknya.

Kecepatan motor stepper pada dasarnya ditentukan oleh kecepatan pemberian

data pada komutatornya. Semakin cepat data yang diberikan maka motor stepper akan

semakin cepat pula putarannya. Pada kebanyakan motor stepper kecepatannya dapat

diatur dalam daerah frekuensi audio dan akan menghasilkan putaran yang cukup

cepat.

2.1.5.5 Motor Stepper Sebagai Pengendali Pintu Bendungan

Motor stepper yang digunakan merupakan motor stepper jenis hibrid unipolar. Motor

stepper unipolar terdiri dari dua lilitan yang memiliki center tap. Center tap dari

masing-masing lilitan ada yang berupa kabel terpisah ada juga yang sudah terhubung

didalamnya sehingga center tap yang keluar hanya satu kabel. Untuk motor stepper

yang center tapnya ada pada masing masing lilitan kabel inputnya ada 6 kabel.

Namun jika center tapnya sudah terhubung di dalam kabel inputannya hanya 5 kabel.


Center tap dari motor stepper dapat dihubungkan ke pentanahan atau ada juga

yang menghubungkannya ke +VCC hal ini sangat dipengaruhi oleh driver yang

digunakan. Sebagai gambaran dapat dilihat konstruksi motor stepper unipolar pada

gambar di bawah ini:

Gambar 2.9 Motor Stepper Unipolar

Motor stepper unipolar terdiri dari dua buah motor yang masing-masing

mempunyai dua buah kumparan sedangkan motor stepper bipolar terdiri dari sebuah

motor dengan dua buah kumparan.

Pada pintu bendungan digunakan sebuah penggerak motor yang akan

menggerakkan motor stepper sehingga dapat membuka atau menutup pintu bendungan

tersebut. Pengaturan gerak pintu air dapat dikontrol secara digital menggunakan

mikrokontroler. Ketinggian air di bendungan akan selalu stabil sesuai dengan range

ketinggian air yang telah ditentukan sebelumnya.

Pada stepper motor, gerakan motor terkendali karena begitu kutub yang

berlawanan tadi sudah tarik-menarik dalam posisi yang paling dekat, gerakan akan

berhenti dan direm. Pergerakan stepper motor berdasarkan perubahan logika pada

input lilitan-lilitanya maka menjadi mudah bagi programmer untuk mengubah arah

gerakan dan kedudukan rotor pada posisi yang akurat. Ini adalah salah satu


keuntungan dari penggunaan stepper motor. Untuk membuat gerakan yang lebih

presisi, biasanya jumlah batang magnet di rotor diperbanyak dan lilitan dibuat

berpasangan sesuai posisi kutub magnet rotor. Cara lain adalah menggunakan sistem

gear pada poros rotor tanpa mengubah karakteristik stepper motornya.

Kecepatan motor stepper pada dasarnya ditentukan oleh kecepatan pemberian

data pada komutatornya. Semakin cepat data yang diberikan maka motor stepper akan

semakin cepat pula berputarnya. Pada kebanyakan motor stepper kecepatannya dapat

diatur dalam daerah frekuensi audio dan akan menghasilkan putaran yang cukup

cepat. Untuk mengatur gerakan motor per step-nya dapat dilakukan dengan 2 cara

berdasarkan simpangan sudut gerakannya yaitu full step dan half step.

Ketepatan kontrol gerak motor stepper terutama dipengaruhi oleh jumlah

step tiap putaran, semakin banyak jumlah step maka semakin tepat gerak yang

dihasilkan. Untuk ketepatan yang lebih tinggi, beberapa driver motor stepper membagi

step normal menjadi setengah step (half step) atau mikro step.

2.2 Perangkat lunak

2.2.1 Bahasa Assembly MCS-51

Bahasa yang digunakan untuk memprogram IC mikrokontroler AT89S51 adalah

bahasa assembly untuk MCS-51. angka 51 merupakan jumlah instruksi pada bahasa

ini hanya ada 51 instruksi, antara lain yaitu :


1. Instruksi MOV

Perintah ini merupakan perintah untuk mengisikan nilai ke alamat atau register

tertentu. Pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung.

Contoh pengisian nilai secara langsung

MOV R0,#20h

Perintah di atas berarti : isikan nilai 20 Heksadesimal ke register 0 (R0).

Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai.

Contoh pengisian nilai secara tidak langsung

MOV 20h,#80h

...........

............

MOV R0,20h

Perintah di atas berarti : isikan nilai yang terdapat pada alamat 20

Heksadesimal ke register 0 (R0).

Tanpa tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah

alamat.

2. Instruksi DJNZ

Insruksi DJNZ (DECREAMENT JUMP IF NOT ZERO) ini merupakan

perintah untuk mengurangi nilai register tertentu dengan 1 dan lompat jika

hasil pengurangannya belum nol. Contoh ,

MOV R0,#80h

Loop: ...........

............


DJNZ R0,Loop

............

R0 -1, jika belum 0 lompat ke loop, jika R0 = 0 maka program akan

meneruskan ke perintah pada baris berikutnya.

3. Instruksi ACALL

Instruksi ACALL ini berfungsi untuk memanggil suatu rutin tertentu. Contoh :

.............

ACALL TUNDA

.............

TUNDA:

.................

4. Instruksi RET

Instruksi RETURN (RET) ini merupakan perintah untuk kembali ke rutin

pemanggil setelah instruksi ACALL dilaksanakan. Contoh,

ACALL TUNDA

.............

TUNDA:

.................

RET


5. Instruksi JMP

Instruksi JMP (JUMP) ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat

tertentu. Contoh,

Loop:

.................

..............

JMP Loop

6. Instruksi JB

Instruksi JB (JUMP IF BIT) ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat

tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika high (1). Contoh,

Loop:

JB P1.0,Loop

.................

7. Instruksi JNB

Instruksi JNB (JUMP IF NOT BIT) ini merupakan perintah untuk lompat ke

alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika Low (0). Contoh,

Loop:

JNB P1.0,Loop

.................

8. Instruksi CJNE

Instruksi CJNE (COMPARE JUMP IF NOT EQUAL) ini berfungsi untuk

membandingkan nilai dalam suatu register dengan suatu nilai tertentu. Contoh,


Loop:

................

CJNE R0,#20h,Loop

................

Jika nilai R0 tidak sama dengan 20h, maka program akan lompat ke rutin

Loop. Jika nilai R0 sama dengan 20h,maka program akan melanjutkan

instruksi selanjutnya.

9. Instruksi DEC

Instruksi DEC (DECREAMENT) ini merupakan perintah untuk mengurangi

nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh,

MOV R0,#20h R0 = 20h

................

DEC R0 R0 = R0 1

.............

10. Instruksi INC

Instruksi INC (INCREAMENT) ini merupakan perintah untuk menambahkan

nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh,

MOV R0,#20h R0 = 20h

................

INC R0 R0 = R0 + 1

..............


2.2.2 Software 8051 Editor, Assembler, Simulator

Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa assembly tersebut dituliskan pada sebuah

editor, yaitu 8051 Editor, Assembler, Simulator. Tampilannya seperti di bawah ini.

Gambar 2.9 Software 8051 Editor, Assembler, Simulator

Setelah program selesai ditulis, kemudian di-save dan kemudian di-Assemble

(di-compile). Pada saat di-assemble akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika

masih ada kesalahan atau peringatan, itu berarti ada kesalahan dalam penulisan

perintah atau ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu

sampai tidak ada pesan kesalahan lagi.


Software 8051IDE ini berfungsi untuk merubah program yang kita tuliskan ke

dalam bilangan heksadesimal, proses perubahan ini terjadi pada saat peng-compile-an.

Bilangan heksadesimal inilah yang akan dikirimkan ke mikrokontroller.

2.2.3 Software Downloader

Untuk mengirimkan bilangan-bilangan heksadesimal ini ke mikrokontroller digunakan

software ISP- Flash Programmer 3.0a yang dapat didownload dari internet.

Tampilannya seperti gambar di bawah ini

Gambar 2.10 ISP- Flash Programmer

Cara menggunakannya adalah dengan meng-klik Open File untuk mengambil

file heksadesimal dari hasil kompilasi 8051IDE, kemudian klik Write untuk

mengisikan hasil kompilasi tersebut ke mikrokontroller.


BAB 3

RANCANG BANGUN DAN PROGRAM

3.1 Diagram Blok Rangkaian

pintu Motor stepper Driver stepper motor

AT89S51

Saklar batas tutup

Saklar batas buka

Sensor air

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Pembuka/Penutup Pintu

Fungsi tiap blok:

Sensor air

merupakan bagian yang berfungi mendeteksi level ketinggian air pada

bendungan atau waduk, dimana prinsip kerjanya sama seperti saklar, saat air

menyentuh sensor maka sensor akan aktif.


Mikrokontroler AT89S51

merupakan pusat proses untuk mengendalikan semua perangkat pada pintu. Pada

blok ini mikrokontroler telah diprogram untuk dapat membaca data dari

penerima infra merah kemudian mengolah semua data tersebut dan selanjutnya

mengambil keputusan perangkat mana saja yang harus dikendalikan.

Driver Stepper Motor

berfungsi untuk mengendalikan arah putaran motor stepper, sehingga pintu

dapat bergeser dengan baik. Pada blok ini digunakan beberapa transistor untuk

men-drive motor agar dapat berputar dan mengubah polaritas tegangan motor

sehingga dapa mengubah arat putaran motor.

Motor Stepper

Motor ini berfungsi sebagai pengeser pintu, yaitu untuk membuka dan menutup

pintu.

Saklar Batas buka

Saklar ini merupakan batas terbukanya pintu, saklar ini dikendalikan oleh

mikrokontroler AT89S51.

Saklar Batas Tutup

Saklar ini merupakan batas tertutupnya pintu, saklar ini dikendalikan oleh

mikrokontroler AT89S51.


Vreg

LM7805CT

IN OUT

TIP32C

100ohm

100uF

330ohm220V 50Hz 0Deg

TS_PQ4_12

2200uF 1uF1N5392GP

1N5392GP

12 Volt

5 Volt

3.2 Perancangan Power Supplay (PSA)

Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada.

Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt,

keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian,

sedangkan keluaran 12 volt digunakan untuk mensuplay tegangan ke motor stepper.

Rangkaian power supplay ditunjukkan pada gambar 3.1 berikut ini :

Gambar 3.2 Rangkaian Power Supplay (PSA)

Trafo CT merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan

tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan

disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan

diratakan oleh kapasitor 2200 F. Regulator tegangan 5 volt (LM7805CT) digunakan

agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan

masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila PSA dinyalakan. Transistor PNP

TIP 32 disini berfungsi untuk mensupplay arus apabila terjadi kekurangan arus pada

rangkaian, sehingga regulator tegangan (LM7805CT) tidak akan panas ketika


5VVCC

5VVCC

10uF

21

30pF30pF

XTAL 12 MHz

AT89S51

P0.3 (AD3)

P0.0 (AD0)

P0.1 (AD1)

P0.2 (AD2)

VccP1.0

P1.1

P1.2

P1.3

P1.4

P1.5

P1.6

P1.7

P0.4 (AD4)

P0.5 (AD5)

P0.6 (AD6)

P0.7 (AD7)RST

EA/VPPP3.0 (RXD)

P3.1 (TXD)

P3.2 (INT0)

P3.3 (INT1)

P3.4 (T0)

ALE/PROG

PSEN

P2.7 (A15)

P2.6 (A14)

P2.5 (A13)

P2.4 (A12)

P2.3 (A11)

P2.2 (A10)

P2.1 (A9)

P3.6 (WR)

P3.5 (T1)

P3.7 (RD)

XTAL2

XTAL1

GND P2.0 (A8)

1

2

3

4

5

6

7

8

40

39

38

37

36

35

34

33

9

10

11

12

13

14

15

32

31

30

29

28

27

2616

17

18

19

20

25

24

23

22

21

rangkaian butuh arus yang cukup besar. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari

keluaran 2 buah dioda penyearah. Jadi catu daya +12 volt digunakan untuk

menggerakkan motor melalui motor driver. Keluaran +12 volt diatur oleh IC

regulatoir L 200 yang sebelumnya telah dilakukan filter dengan dua kapasitor 2200

@F/50V dan 1000@F/25V untuk menghasilkan tegangan konstan +12 Volt.

3.3. Perancangan Rangkaian Mikrokontroler AT89S51

Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh system yang ada. Kompoen

utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontroler AT89S51. Pada IC inilah semua

program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.

Rangkaian mikrokontroler ditunjukkan pada gambar berikut ini:

Gambar 3.3 Rangkaian Mikrokontroller AT89S51


Mikrokontroler ini memiliki 32 port I/O, yaitu port 0, port 1, port 2 dan port 3.

Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit. Pin 1 sampai 8

adalah port 1. Pin 21 sampai 28 adalah port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah port 3 Pin

40 dihubungkan ke sumber tegangan 5 volt. Dan pin 20 dihubungkan ke ground.

Rangkaian mikrokontroler ini menggunakan komponen kristal 12 MHz sebagai

sumber clocknya. Nilai kristal ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler

dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu.

Pada pin 9 dihubungkan dengan sebuah kapasitor 10 uF yang dihubungkan ke

positip dan sebuah resistor 10 Kohm yang dihubungkan ke ground. Kedua komponen

ini berfungsi agar program pada mikrokontroler dijalankan beberapa saat setelah

power aktip. Lamanya waktu antara aktipnya power pada IC mikrokontroler dan

aktipnya program adalah sebesar perkalian antara kapasitor dan resistor tersebut. Jika

dihitung maka lama waktunya adalah :

10 10 1 dett R xC K x F m ik= = =

Jadi 1 mili detik setelah power aktip pada IC kemudian program aktif.

3.4 Sensor Air Sederhana

Sensor air ini menggunakan prinsip benda terapung. Pada sensor ini terdapat sebuah

pelampung yang akan bergerak sesuai dengan level ketinggian air yang menekannya

dari bawah. Pada pelampung terdapat magnet yang akan menjadi switch atau saklar

penghubung antara kabel A dan B. Pada saat posisi pelampung berada di bawah maka

kabel A dan B tidak terhubung, atau dengan kata lain posisi ini adalah posisi saklar


A BA B

OFF. Apabila posisi pelampung berada di atas maka akan terjadi medan magnet yang

dapat menghubungkan antara kabel A dan B, atau dengan kata lain posisi ini adalah

posisi saklar ON. Pada saat Pelampung diatas maka kita dapat mengidentifikasi bahwa

ketinggian air pada bendungan telah meningkat.

Gambar 3.4 Sensor Air Sederhana

3.5 Perancangan Rangkaian Driver Motor Stepper

Untuk mengendalikan perputaran motor stepper dibutuhkan sebuah driver. Driver ini

berfungsi untuk memutar motor stepper searah dengan jarum jam atau berlawanan

arah dengan jarum jam. Rangkaian driver motor stepper ini terdiri dari empat

masukan dan empat keluaran, dimana masing-masing masukan dihubungkan dengan

mikrokontroler AT89S51 dan keluarannya dihubungkan ke motor stepper. Rangkaian

ini akan bekerja memutar motor stepper jika diberi sinyal high (1) secara bergantian

pada ke-4 masukannya. Rangkaiannya seperti gambar di bawah :


Gambar 3.5 Rangkaian Driver Motor Stepper

Rangkaian ini terdairi dari 4 buah transistor NPN TIP 122. Masing-masing

transistor dihubungkan ke P0.0, P0.1, P0.2 dan P0.3 pada mikrokontroler AT89S51.

Basis dari masing-masing transistor diberi tahanan 10 Kohm untuk membatasi arus

yang masuk ke transistor. Kolektor dihubungkan dengan kumparan yang terdapat pada

motor stepper, kemudian kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan 12 volt.dan

emitor dihubungkan ke ground.

Jika P0.0 diberi logika high (1), yang berarti basis pada transistor TIP 122

mendapat tegangan 5 volt, maka transistor akan aktip. Hal ini akan menyebabkan

terhubungnya kolektor dengan emitor, sehingga kolektor mendapatkan tegangan 0 volt

dari ground. Hal ini menyebabkan arus akan mengalir dari sumber tegangan 12 volt ke

kumparan, sehingga kumparan akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini

Tip 122Tip 122

VCC12V

MOTOR

AT89S51 (P0.0)AT89S51 (P0.2)

Stepper

VCC12V

Tip 122 Tip 122

1.0k

1.0k

AT89S51 (P0.1)

1.0k

1.0k

AT89S51 (P0.3)


akan menarik logam yang ada pada motor, sehingga motor mengarah pada kumparan

yang memiliki medan magnet tesebut.

Jika kemudian P0.0 di beri logika low (0), yang berarti transistor tidak aktip dan

tidak ada arus yang mengair pada kumparan, sehingga tidak ada medan magnet pada

kumparan. Dan disisi lain P0.1 diberi logika high (1), sehingga kumparan yang

terhubung ke P0.1 akan menghasilkan medan magnet. Maka motor akan beralih

kearah kumparan yang terhubung ke P0.1 tersebut. Seterusnya jika logika high

diberikan secara bergantian pada input dari driver motor stepper, maka motor stepper

akan berputar sesuai dengan arah logika high (1) yang diberikan pada inputnya.

Driver motor stepper digunakan sebagai pengatur penggerakan motor stepper

yang diatur dari mikrokontroller. Arah putar motor diubah dengan memberikan

polaritas yang dibalik agar bisa menggerakkan motor dengan arah berlawanan.

3.6 Diagram Alir Program

Program diawali dengan start, kemudian program akan menunggu atau mengecek

sinyal yang diinputkan oleh tombol. Jika tidak ada sinyal maka program akan terus

menunggu sinyal input. Jika ada sinyal maka program membandingkan apakah sinyal

tersebut adalah sinyal untuk membuka atau menutup pintu. Jika yang diterima adalah

sinyal buka pintu maka program akan memerintahkan motor untuk membuka pintu.


start

Apakah ada sinyal buka

Buka pintu bendungan sebagian

Apakah ada sinyal buka penuh

Apakah ada sinyal tutup

Buka pintu bendungan seluruhnya

tutup pintu bendungan seluruhnya

Apakah ada sinyal tutup sebagian

tutup pintu bendungan sebagian

Ya

Tidak

Ya Ya

Ya

Tidak Tidak

Tidak

Apakah ada sinyal buka penuh

Apakah ada sinyal tutupYa Tidak

Ya

Tidak

Hal ini dapat dilihat lebih jelas pada gambar di bawah ini:

Gambar 3.6 Diagram Alir Program


Vreg

LM7805CT

IN OUT

TIP32C

100ohm

100uF

330ohm220V 50Hz 0Deg

TS_PQ4_12

2200uF 1uF1N5392GP

1N5392GP

12 Volt

5 Volt

BAB 4

ANALISA RANGKAIAN DAN PROGRAM

4.1 Pengujian Rangkaian Power Supplay (PSA)

Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt,

keluaran 5 volt digunakan untuk menghidupkan seluruh rangkaian, sedangkan

keluaran 12 volt digunakan untuk menghidupkan motor stepper. Rangkaian tampak

seperti gambar di bawah ini,

Gambar 4.1 Rangkaian Power Supplay (PSA)

Pengujian pada bagian rangkaian catu daya ini dapat dilakukan dengan

mengukur tegangan keluaran dari rangkaian ini dengan menggunakan volt meter


P1.0P1.1

P1.2

P1.3P1.4

P1.5

P1.6

P1.7

RST

P3.0/RX0P3.1/TX0

P3.2/INT0P3.3/INT1

P3.4/T0

P3.5/T1

P3.6/WRP3.7/RD

XTAL2

XTAL1

GND P2.7/A16

P2.6/A14

P2.5/A13

P2.4/A12

P2.3/A11

P2.2/A10

P2.1/A9

P2.0/A8

PSEN

ALE/PROG

EA/VPP

P0.7/AD7

P0.6/AD6P0.5/AD5

P0.4/AD4

P0.3/AD3

P0.2/AD2

P0.1/AD1

P0.0/AD0

VCC

AT89S51

40

39

383736

353433

32

31

30

29

2827

2625

24

23

22

2120

19

18

17

1615

14

1312

1110

9

8

765

4

32

1

21

Xtal 12 MHz

10kohm10uF

4.7kohm

5VVCC

33pF33pF

digital. Dari hasil pengujian diperoleh tegangan keluaran pertama sebesar + 4,9 volt.

Sedangkan tegangan keluaran kedua adalah sebesar +11,9 volt. Dan tegangan keluaran

ketiga sebesar 12,1 volt.

4.2 Pengujian Rangkaian Minimum AT89S51

Rangkaian minimum mikrokontroler AT89S51 ditunjukkan pada gambar 4.2 berikut

ini :

Gambar 4.2 Rangkaian Minimum AT89S51


Pengujian rangkaian mikrokontroler dilakukan dengan menghubungkan

rangkaian ini dengan sebuah transistor A733 yang dihubungkan dengan sebuah LED

indikator, dimana transistor disini berfungsi sebagai saklar untuk mengendalikan

hidup/mati LED. Dengan demikian LED akan menyala jika transistor aktif dan

sebaliknya LED akan mati jika transistor tidak aktip. Tipe transistor yang digunakan

adalah PNP A733, dimana transistor ini akan aktip (saturasi) jika pada basis diberi

tegangan 0 volt (logika low) dan transistor ini akan tidak aktip jika pada basis diberi

tegangan 5 volt (logika high). Basis transistor ini dihubungkan ke pin I/O

mikrokontroler yaitu pada kaki 28 (P2.7). Langkah selanjutnya adalah mengisikan

program sederhana ke mikrokontroler AT89S51. Programnya adalah sebagai berikut :

Loop:

Cpl P2.7

Acall tunda

sjmp loop

tunda:

mov r7,#255

tnd:

mov r6,#255

djnz r6,$

djnz r7,tnd

ret

Program di atas akan mengubah logika yang ada pada P2.7 selama selang waktu

tunda. Jika logika pada P2.7 high maka akan diubah menjadi low, demikian jiga

sebaliknya jika logika pada P2.7 low maka akan diubah ke high, demikian seterusnya.


Logika low akan mengaktipkan transistor sehingga LED akan menyala dan

logika high akan menonaktipkan transistor, sehingga LED padam. Dengan demikian

program ini akan membuat LED berkedip terus-menerus. Jika LED telah berkedip

terus menerus sesuai dengan program yang diinginkan, maka rangkaian

mikrokontroler telah berfungsi dengan baik.

4.3 Pengujian Rangkaian Driver Motor Stepper

Setelah mendapatkan data startbit, maka mikrokontroler akan mengambil 3 data

setelah data startbit tersebut, yang merupakan data dari nilai yang dikirimkan oleh

pemancar.

Arah putaran motor dapat diatur dengan mengatur kondisi logika masukan

pada pena 13 dari IC 74LS86. Jika diterapkan logika 0, maka motor akan berputar

berlawanan dengan arah jarum jam (counter clock wise) sedangkan jika diterapkan

logika 1, maka motor akan berputar dengan arah sesuai dengan arah jarum jam (clock

wise).

Rangkaian driver motor stepper ini terdiri dari empat masukan dan empat

keluaran, dimana masing-masing masukan dihubungkan dengan mikrokontroler

AT89S51 dan keluarannya dihubungkan ke motor stepper. Rangkaian ini akan bekerja

memutar motor stepper jika diberi sinyal high (1) secara bergantian pada ke-4

masukannya.


Rangkaiannya seperti gambar di bawah :

Gambar 4.3 Rangkaian Motor Stepper

Rangkaian ini terdairi dari 4 buah transistor NPN TIP 122. Masing-masing

transistor dihubungkan ke P0.0, P0.1, P0.2 dan P0.3 pada mikrokontroler AT89S51.

Basis dari masing-masing transistor diberi tahanan 10 Kohm untuk membatasi arus

yang masuk ke transistor. Kolektor dihubungkan dengan kumparan yang terdapat pada

motor stepper, kemudian kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan 12 volt.dan

emitor dihubungkan ke ground.


Jika P0.0 diberi logika high (1), yang berarti basis pada transistor TIP 122

mendapat tegangan 5 volt, maka transistor akan aktip. Hal ini akan menyebabkan

terhubungnya kolektor dengan emitor, sehingga kolektor mendapatkan tegangan 0 volt

dari ground. Hal ini menyebabkan arus akan mengalir dari sumber tegangan 12 volt ke

kumparan, sehingga kumparan akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini

akan menarik logam yang ada pada motor, sehingga motor mengarah pada kumparan

yang memiliki medan magnet tesebut.

Jika kemudian P0.0 di beri logika low (0), yang berarti transistor tidak aktip dan

tidak ada arus yang mengair pada kumparan, sehingga tidak ada medan magnet pada

kumparan. Dan disisi lain P0.1 diberi logika high (1), sehingga kumparan yang

terhubung ke P0.1 akan menghasilkan medan magnet. Maka motor akan beralih

kearah kumparan yang terhubung ke P0.1 tersebut. Seterusnya jika logika high

diberikan secara bergantian pada input dari driver motor stepper, maka motor stepper

akan berputar sesuai dengan arah logika high (1) yang diberikan pada inputnya.

Untuk memutar dengan arah yang berlawanan dengan arah yang sebelumnya,

maka logika high (1) pada input driver motor stepper harus diberikan secara

bergantian dengan arah yang berlawanan dengan sebelumnya.

Program yang diberikan pada driver motor stepper untuk memutar motor stepper

adalah sebagai berikut :

mov a,#11h

putar:

mov P0,a


acall tunda

Rl a

jmp putar

Program diawali dengan memberikan nilai 11h pada pada accumulator (a),

kemudian program akan memasuki rutin buka pintu. Nilai a diisikan ke port 0,

sehingga sekarang nilai port 0 adalah 11h. ini berarti P0.0 dan P0.4 mendapatkan

logika high sedangkan yang lainnya mendapatkan logika low, seperti table di bawah

ini,

P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0

P0 0 0 0 1 0 0 0 1

Program dilanjutkan dengan memanggil rutin tunda. Lamanya tunda akan

mempengaruhi kecepatan perputaran motor. Semakin lama maka tunda, maka

perputaran motor akan semakin lambat. Perintah berikutnya adalah Rl a,perintah

ini akan memutar nilai yang ada pada accumulator (a), seperti tampak pada table di

bawah ini,

a 0 0 0 1 0 0 0 1

Rl


Nilai pada accumulator (a) yang awalnya 11h, setelah mendapat perintah Rl a,

maka nilai pada accumulator (a) akan merubah menjadi 22h. Kemudian program akan

melihat apakah kondisi sensor buka pintu dalam keadaan high (1) atau low (0). Jika

high (1). Nilai yang ada pada accumulator (a), akan kembali diisikan ke port 0, maka

nilai di port 0 akan berubah menjadi 22h, ini berarti P0.1 dan P0.5 mendapatkan

logika high sedangkan yang lainnya mendapatkan logika low.

Sebelumnya telah dibahas bahwa P0.0, P0.1, P0.2, dan P0.3 dihubungkan ke

masukan driver motor stepper, dengan program di atas maka P0.0, P0.1, P0.2, dan

P0.3 akan mendapatkan nilai high (1) secara bergantian. Hal ini menyebabkan motor

stepper akan berputar membuka pintu.Hal yang sama juga berlaku ketika motor

berputar kaearah sebaliknya, perbedaannya hanya pada perintah rotate. Jika pada

perintah berlawanan arah jarum jam digunakan rotate left ( Rl ), maka pada perintah

searah jarum jam digunakan perintah rotate right ( Rr). Perputaran perintah Rr

diperlihatkan pada table berikut,

a 1 0 0 0 1 0 0 0

R r


Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel data motor stepper dibawah ini:

Tabel 4.1 Data Motor Stepper Untuk Membuka dan Menutup

DATA MOTOR

Buka

(rr)

Tutup

(rl)

P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 1 0 0 0 1

1 0 0 0 1 0 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0

0 0 1 0 0 0 1 0

0 0 0 1 0 0 0 1

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1

0 0 1 0 0 0 1 0

0 1 0 0 0 1 0 0

1 0 0 0 1 0 0 0

4.4 Pengujian Motor Stepper

Pengujian motor stepper dilakukan dengan menghubungkan input rangkaian driver

motor stepper ini dengan rangakaian mikrokontroler AT89S51 dan menghubungkan


output dari rangkaian driver motor stepper ini dengan motor stepper, kemudian

memberikan program sebagai berikut:

Loop:

Clr P0.3

Setb P0.0

Acall Tunda

Clr P0.0

Setb P0.1

Acall Tunda

Clr P0.1

Setb P0.2

Acall Tunda

Clr P0.2

Setb P0.3

Acall Tunda

Sjmp Loop

Tunda:

Mov R7,#50

Tnd:

Mov R6,#255

Djnz r6,$

Djnz r7,Tnd

Ret


Program di atas akan memberikan logika high secara bergantian pada input

dari driver motor stepper, dimana input dari jembatan masing-masing dihubungkan ke

P0.0,P0.1, P0.2 dan P0.3.Dengan program di atas maka motor akan bergerak searah

dengan arah putaran jarum jam (menutup pintu). Untuk memutar dengan arah

sebaliknya, maka diberikan program sebagai berikut :

Loop:

Clr P0.0

Setb P0.3

Acall Tunda

Clr P0.0

Setb P0.3

Acall Tunda

Clr P0.2

Setb P0.1

Acall Tunda

Clr P0.1

Setb P0.0

Acall Tunda

Sjmp Loop

Tunda:

Mov R7,#50

Tnd:

Mov R6,#255

Djnz r6,$


Djnz r7,Tnd

Ret

Dengan program di atas, maka motor akan berputar berlawanan arah dengan

arah putaran jarum jam (membuka pintu). Tunda digunakan untuk mengatur

kecepatan putar dari motor. Semakin besar nilai yang diberikan pada tunda, maka

perputaran motor akan semakin lambat, dan sebaliknya.


BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan alat hingga pengujian dan pembahasan sistem, maka penulis

dapat menarik kesimpulan, antara lain:

1. Sistem pengendali pintu kanal banjir pada bendungan ini menggunakan

Mikrokontroler AT89S51 sebagai tempat pemproses data dari sistem yang

berfungsi untuk menerima sinyal dari sensor air serta menggerakkan motor

untuk membuka dan menutup pintu. Gerbang air bisa membuka dan menutup

dengan bantuan penggerak motor bertorsi tinggi. Pengaturan gerak pintu air

dapat dikontrol secara digital menggunakan mikrokontroler.

2. Motor stepper merupakan motor dengan gerak bertahap, sehingga jumlah

perputarannya dan sudut putaran dari motor stepper tersebut dapat di

kendalikan.

3. Motor akan bergerak apabila tegangan yang diberikan berupa pulsa-pulsa

tegangan pada tiap kutubnya secara bergantian. Hal ini sangat berbeda


dengan jenis motor yang lain yang cukup memberikan tegangan supplay saja

untuk memutar motor tersebut.

4. Pemantaun dan pengendalian ketinggian air menjadi lebih efisien, sehingga

dapat disusun sistem irigasi yang terpadu dengan menggunakan beberapa

bendungan otomatis disepanjang sungai.

5.2 Saran

Setelah melakukan penulisan ini diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran

untuk dapat dilakukan perancangan lebih lanjut, yaitu :

1. Sistem penerima pada pintu jarak jauh ini menggunakan mikrokontroler

AT89S51, bagaimana kalau dikembangkan dengan menggunakan

mikrokontroler jenis lain, misalnya ATmega 8535

2. Alat pembuka pintu kanal banjir otomatis ini masih berupa prototipe, untuk

itu hendaknya lebih dikembangkan lagi ke alat yang sebenarnya, supaya

dapat langsung diaplikasikan.

3. Sensor yang digunakan adalah sensor air sederhana, ada baiknya jika

menggunakan sensor ultrasonic agar dapat langsung diaplikasikan pada alat

sebenarnya.


DAFTAR PUSTAKA

Agfianto. 2004. Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi. Edisi

Kedua. Yogyakarta: Gava Media

Andi. 2003. Panduan Praktis Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler

AT89C51. Jakarta: PT Elex Media Komputindo.

Budiharto, Widodo. 2005. Perancangan Sistem dan Aplikasi Mikrokontroler. Jakarta:

PT. Elex Media Komputindo

Eko Putra, Agfianto. Belajar Mikrokontroller AT89C51/52/55. Yogyakarta: Gava

Media

http://www.elektronikaelektronika/blogspot.com

Diakses tanggal 20 April 2010

http://id.wikipedia.org/wiki/Motor_Stepper


http://www.toko-elektronika.com/tutorial/uc1.html


Malvino, Albert paul. 2003. Prinsip-prinsip Elektronika. Jilid 1 & 2. Edisi Pertama.

Jakarta: Salemba Teknika.

Petruzella, Frank D. 2001. Elektronik Industri. Terjemahan sumanto. Edisi kedua.

Yogyakarta: Andi

Pitowarno, Endra. 2005. Mikroprosesor & Interfacing. Yogyakarta: Andi


[123doc.vn] Pengendali Motor Stepper Pada Pintu Bendungan Otomatis Berbasis Mikrokontroler At89s51

Documents