Pengatur Kecepatan Motor DC Menggunakan RPM

Pengatur Kecepatan Motor DC Menggunakan RPM

Fatma Wulandari¹ ; Feryan Romadhon² ;

Pengampu Dr.Samuel BETA, Ing. Tech. M.T³

e-mail : wulandarifatma@gmail.com¹; feryan.romadhon@gmail.com²; sambetak2@gmail.com³

Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro

Politeknik Negeri Semarang

Jln. Prof. H. Sudarto, S.H., Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia. 50275.

Telp. (024)7473417, Website : www.polines.ac.id, email : sekretariat@polines.ac.id

Abstrak – Pengaturan adalah suatu kegiatan yang sering dilakukan untuk mengendalikan nilai suatu variable. Pengaturan ini dapat dilakukan dengan berbagai macam cara dari lup terbuka maupun lup tertutup. Pada laporan ini, kami akan membuat kontrol kecepatan motor DC dengan menggunakan PWM (Pulse Width Modulation). Dengan mengatur besar kecilnya PWM (Pulse Width Modulation), kita dapat mengatur kecepatan motor DC. Mengatur besar kecilnya PWM (Pulse Width Modulation), bisa menggunakan switch ataupun keypad, nantinya besarnya PWM (Pulse Width Modulation) akan ditampilkan pada LCD.

Abstract – Controller is an activety that is often done to control the value of a variable. Arrangements can be made invarious ways from open to closed loop.In this report present, we while making control speed of Motor DC by using PWM (Pulse Width Modulation. By arranging the large of PWM (Pulse Width Modulation, we can control speed of Motor DC. Set the value PWM (Pulse Width Modulation), can be used switch or keypad, the value PWM (Pulse Width Modulation) will be displayed in LCD.

A.  Latar Belakang

Dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang sudah sangat pesat ini, sudah banyak alat yang digunakan secara otomatis untuk membantu pekerjaan manusia agar lebih efisien. Penemuan-penemuan teknologi sebagai penyempurna maupun yang baru telah dilakukan di berbagai bidang, dan chip (mikrokontroler) yang berfungsi sebagai sistem kontrol juga mulai berkembang dalam penggunaannya sebagai pengontrol. Dan salah satu yang dapat dikontrol adalah kecepatan motor DC, dapat dikenalikan melalui suatu chip yang dapat mengirim dan menerima data secara komputerisasi. Dengan adanya pemikiran tersebut, muncul ide untuk membuat suatu peralatan elektronik yang dapat bekerja untuk mengatur kecepatan motor DC yakni “Pengatur Kecepatan Motor DC Menggunakan PWM”.

  

B. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang permasalahan diatas, maka rumusan masalah yang akan diangkat pada laporan ini adalah :

1.  Bagaimana cara merancang sebuah alat yang bisa mengontrol kecepatan motor DC yang dikendalikan secara otomatis menggunakan keypad?

2.  Bagaimana cara mengetahui bahwa kecepatan motor telah sama dengan yang di setting?

C. Tujuan

Tujuan pembuatan proyek ARM ini adalah :

1.  Memudahkan dalam mengatur kecepatan motor.

2.  Mengetahui besarnya PWM yang dihasilkan.

D.  Batasan Masalah

Dalam pembuatan alat ini penulis akan membuat batasan permasalahan agar tidak menyimpang dari spesifikasi dan kemampuan alat yang akan buat. Pembatasan masalah tersebut adalah :

1.    Alat ini berfungsi sebagai pengatur kecepatan Motor DC.

2.    Alat ini akan berfungsi apabila setelah kita memasukkan angka, lalu tombol # ditekan.

3.    Batas maksimum kecepatan motor adalah 150 RPM.

E.  Tinjauan Pustaka

1.    DT-ARM Nuc 120

Gambar 1 : Nuvoton Nuc 120

DT-ARM NUC120 Board merupakan modul pengembangan mikrokontroler NUC120RD2BN yang berbasis CPU ARM Cortex-M0 dari Nuvoton. Modul ini dapat bekerja dengan kecepatan CPU sampai dengan 48 MHz. Modul ini juga telah dilengkapi dengan bootloader internal, sehingga tidak diperlukan lagi device programmer eksternal. Pemrograman melalui bootloader bisa dilakukan dengan menggunakan koneksi USB.

Spesifikasi :

·       Berbasis mikrokontroler NUC120RD2BN (64 KB APROM, 8 KB SRAM, 4 KB Data Flash, CPU ARM Cortex-M0).

·       Terintegrasi dengan cystal eksternal 12 MHz.

·       Terintegrasi dengan osilator 32.768 kHz sebagai sumber clock RTC.

·       Memiliki 1x port USB.

·       Memiliki 1 port RS-485.

·       Memiliki 3 kanal UART dengan level tegangan TTL 3.3VDC / 5VDC.

·       Tersedia port USB yang berfungsi untuk antarmuka serial sekaligus menuliskan program mikrokontroler, sehingga tidak membutuhkan programmer eksternal.

·       Memiliki port Serial Wire Debug untuk proses debuging dan programming.

·       Memiliki 45 jalur GPIO.

·       Terintegrasi dengan sensor suhu internal.

·       Memiliki port input 8 kanal ADC 10-bit.

·       Bekerja pada level tengan 3,3VDC / 5VDC dengan arus maksimum 800mA.

·       Input catu daya untuk board : 6,5VDC - 12VDC / 3,3VDC - 5VDC.

2.    Motor DC

Motor DC adalah motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional.
Bagian Atau Komponen Utama Motor DC :

a.   Kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi ruang terbuka diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet.

b.   Current Elektromagnet atau Dinamo. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi.

c.   Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.

Gambar 2 : Bagian motor DC

Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:

·      Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan

·      Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:

Dimana:

E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)

Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan

N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)

T = torque electromagnetik

Ia = arus dinamo

K = konstanta persamaan

3.    PWM

PWM ( Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan mengubah lebar pulsa (duty cylce) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang tetap. Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Duty Cycle merupakan representasi dari kondisi logika high dalam suatu periode sinyal dan di nyatakan dalam bentuk (%) dengan range 0% sampai 100%, sebagai contoh jika sinyal berada dalam kondisi high terus menerus artinya memiliki duty cycle sebesar 100%. Jika waktu sinyal keadaan high sama dengan keadaan  low maka sinyal mempunyai duty cycle sebesar 50%.

Konsep Dasar PWM   

Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitude dan frekuensi dasar yang tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitude sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap namun duty cycle bervariasi antara 0% hingga 100%.

Gambar 3 Duty Cycle

PWM merupakan salah satu teknik untuk mendapatkan sinyal analog dari sebuah piranti digital. Sebenarnya sinyal PWM dapat dibangkitkan dengan banyak cara, secara analog menggunakan IC op-amp atau secara digital. 

Secara analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus, sedangkan secara digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi PWM itu sendiri. Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam PWM tersebut. Misalkan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit, berarti PWM ini memiliki variasi perubahan nilai sebanyak 256 variasi mulai dari 0 – 225 perubahan nilai yang mewakili duty cycle 0% – 100% dari keluaran PWM tersebut. 

Gambar 4 Duty Cycle antara 0 – 100%

4.    LCD 16 x 2

Gambar 5. LCD

Display elektronics adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronics yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.

5.    Keypad 4x4

Keypad adalah bagian penting dari suatu perangkat elektronika yang membutuhkan interaksi manusia. Keypad berfungsi sebagai interface antara perangkat (mesin) elektronik dengan manusia atau dikenal dengan istilah HMI (Human Machine Interface). Matrix keypad 4×4 pada artikel ini merupakan salah satu contoh keypad yang dapat digunakan untuk berkomunikasi antara manusia dengan mikrokontroler. Matrix keypad 4×4 memiliki konstruksi atau susunan yang simple dan hemat dalam penggunaan port mikrokontroler. Konfigurasi keypad dengan susunan bentuk matrix ini bertujuan untuk penghematan port mikrokontroler karena jumlah key (tombol) yang dibutuhkan banyak pada suatu sistem dengan mikrokontroler. Konstruksi matrix keypad 4×4 untuk mikrokontroler dapat dibuat seperti pada gambar berikut :

Gambar 6. Konstruksi keypad 4x4

6.    Rotary Encoder

Rotary encoder adalah divais elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan posisi. Rotary encoder umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh rangkaian kendali. Rotary encoder umumnya digunakan pada pengendalian robot, motor drive, dsb.

Rotary encoder tersusun dari suatu piringan tipis yang memiliki lubang-lubang padabagian lingkaran piringan. LED ditempatkan pada salah satu sisi piringan sehingga cahaya akan menuju ke piringan. Di sisi yang lain suatu photo-transistor diletakkan sehingga photo-transistor ini dapat mendeteksi cahaya dari LED yang berseberangan. Piringan tipis tadi dikopel dengan poros motor, atau divais berputar lainnya yang ingin kita ketahui posisinya, sehingga ketika motor berputar piringan juga akan ikut berputar. Apabila posisi piringan mengakibatkan cahaya dari LED dapat mencapai photo-transistor melalui lubang-lubang yang ada, maka photo-transistor akan mengalami saturasi dan akan menghasilkan suatu pulsa gelombang persegi. Gambar 1 menunjukkan bagan skematik sederhana dari rotary encoder. Semakin banyak deretan pulsa yang dihasilkan pada satu putaran menentukan akurasi rotary encoder tersebut, akibatnya semakin banyak jumlah lubang yang dapat dibuat pada piringan menentukan akurasi rotary encoder tersebut.

Gambar7. Blok penyusun rotary encoder

Rangkaian penghasil pulsa (Gambar 8) yang digunakan umumnya memiliki output yang berubah dari +5V menjadi 0.5V ketika cahaya diblok oleh piringan dan ketika diteruskan ke photo-transistor. Karena divais ini umumnya bekerja dekat dengan motor DC maka banyak noise yang timbul sehingga biasanya output akan dimasukkan ke low-pass filter dahulu. Apabila low-pass filter digunakan, frekuensi cut-off yang dipakai umumnya ditentukan oleh jumlah slot yang ada pada piringan dan seberapa cepat piringan tersebut berputar, dinyatakan dengan:

Dimana f_c adalah frekuensi cut-off filter, s_w adalah kecepatan piringan dan n adalah jumlah slot pada piringan.

Gambar 8. Rangkaian tipikal penghasil pulsa pada rotary encoder

F.   Metode Penelitian

1.    Persiapan

Melakukan penelitian dan studi kasus mengenai masalah terkait.

2.    Perencanaan Konseptual

Merancang konsep yang akan dikembangkan dan mulai menyusun diagram blok dari gambaran cara kerja alat yang akan dibuat.

3.    Perancangan Sistem

Metode ini terdiri dari perancangan hardware dan software. Perancangan hardware dimulai dari menentukan komponen yang diperlukan melalui hitungan, kemudian pembuatan skematik rangkaian melalui software proteus. Perancangan software dilakukan dengan merancang flow cart, serta algoritma program.

4.    Pembuatan Alat

Dimulai dengan pembuatan box yang digunakan untuk meletakkan komponen-komponen, selanjutnya dengan mendesain PCB yang digunakan untuk rangkaian menggunakan software eagle, dan selanjutnya dengan membuat program uArm. Yang nantinya program tersebut digunakan untuk menjalankan alat.

5.    Pengujian Alat

Memastikan bahwa alat bekerja dengan respon sesuai yang diinginkan, dan untuk mengetahui apakah masih ada kesalahan yang perlu diperbaiki dalam sistem.

6.    Analisa Hasil Pengujian

Hasil dari pengujian alat dianalisa dan dibandingkan dengan rencana dan tujuan awal penelitian. Apa bila terjadi error maka dicari penyebab serta menjari solusi yang paling efektif agar alat dapat bekerja dengan lebih baik lagi.

7.    Penyajian Alat

Penyajian alat pada para penguji dan pembuatan laporan hasilnya.

G. Hasil Rancangan

1.    Gambar Rangkaian

Gambar 9. Rangkaian Skematik

   

2.    Gambar Perkawatan

Gambar 10. Pengawatan Dalam

Gambar 11. Pengawatan Luar

3.    Cara Kerja Alat secara Keseluruhan

Alat ini terdiri dari 2 bagian utama, yaitu pada kontrol yang memanfaatkan sebuah permroses menggunakan Nov 120C dan sebuah keypad 16x2 sebagai masukan, sedangkan untuk outputnya menggunakan Motor DC. Alat ini berfungsi sebagai pengatur kecepatan Motor DC. Saat kita menekan keypad dan menunjukkan beberapa buah angka (3 digit) yang selanjutnya akan ditampilkan pada LCD. Motor DC akan berputar dengan kecepatan kurang lebih seperti pengesetan awal. Batas kecepatannya sebesar 150 RPM.

Tombol-tombol yang digunakan yaitu 0-9 digunakan sebagai masukan angka, # sebagai enter setelah memasukan angka, * sebagai tombol stop, C sebagai tombol delete, A sebagai tombol ditambah 5 RPM, dan B sebagai tombol kurangi 5 RPM.

4.    Diagram Blok

Gambar12. Diagram Blok

5.    Diagram Alir

Gambar13. Diagram Alir

6.    Hasil Pengujian

Setelah melakukan proses awal perancangan, perakitan, dan pada proses pengujian alat ini sudah berfungsi sesuai dengan cara kerja yang diinginkan yakni saat keypad ditekan an menunjukkan angka tertentu sesuai batas dan saat tombol # ditekan, Motor DC berputar sesuai RPM yang diinginkan. Dan pada saat tombol A ditekan makan akan menambah 5 RPM atau pada saat tombol B ditekan akan mengurangi 5 RPM.

 

Gambar14. Pengkawatan Luar

Gambar 15. Pengkawatan LCD

Gambar 16. Pengkawatan Keypad

Gambar 17. Pengkawatan Motor DC

  

H.  Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan, pengambilan data, dan penganalisaan terhadap data yang telah didapat pada proyek ini, maka didapatkan kesimpulan yaitu sebagai berikut:

1.    Dengan menggunakan pemroses data Nov 120C, keypad berfungsi sebagai input yang akan menjadi masukan dan acuhan besarnya kecepatan Motor DC.

2.    Dengan menambahkan encoder sebagai pendeteksi kecepatan motor, yang selanjutnya data dari encoder akan diolah dan ditampilkan pada LCD, sehingga kita bisa mengetahui berapa besarnya kecepatan motor dan acuhan yang telah kita setting.

DAFTAR PUSTAKA

https://hummatron.wordpress.com/2015/03/20/pengenalan-modul-mikrokontroler-nuvoton-nu-lb-nuc140/

http://elektronika-dasar.web.id/teori-motor-dc-dan-jenis-jenis-motor-dc/

http://elektronika-dasar.web.id/lcd-liquid-cristal-display/

http://elektronika-dasar.web.id/matrix-keypad-4x4-untuk-mikrokontroler/

LAMPIRAN

• Program utama dapat dilihat disini (pdf) | atau diunduh disini
• Pustaka dapat diunduh disini
• PPT dapat diunduh disini
• Jurnal dapat diunduh disini
• Tutorial dapat diunduh disini

Fatma Wulandari

Penulis dilahirkan di Semarang, tanggal 6 Januari 1996. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri Ngadirgo 03 Semarang, SMP N 23 Semarang, dan SMA N 13 Semarang. Tahun 2014 penulis menyelesaikan pendidikan nya di SMA,  Pada tahun 2014 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.14.2.05 Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa via email: wulandarifatma@gmail.com

Feryan Romadhon

Penulis dilahirkan di Boyolali, tanggal 27 Februari 1993. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD N 1 Gumukrejo, SMP N 1 Banyudono, dan SMK N 2 Surakarta. Tahun 2011 penulis menyelesaikan pendidikannya di STM, Pada tahun 2014 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM3.32.14.2.05 Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa via email: feryan.romadhon@gmail.com

Nama pengajar mengajar di program studi Teknik Elektronika, JurusanTeknik Elektro, Politeknik Negeri Semarang. Email : sambetak2@gmail.com