LAPORAN PRAKTIKUM ANTARMUKA MIKROKONTROLER dengan MOTOR DC

LAPORAN PRAKTIKUM IX

ANTARMUKA MIKROKONTROLER DENGAN MOTOR DC

Disusun untuk Memenuhi Matakuliah LAB PTE 03

Dibimbing oleh Ibu Dyah Lestari S.T M.Eng

Disusun Oleh:

Wuri Handayani                     150534602133

S1 PTE’15 OFF D

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

PRODI S1 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

Desember 2016

BAB I

PENDAHULUAN

1.1              Tujuan

Ø  Mengetahui,dan memahami bagaimana mengantarmukakan mikrokontroler dengan motor DC.

Ø  Mengetahui, memahami dan mempraktekkan pemrograman mikrokontroler untuk mengatur arah putaran motor DC.

Ø  Mengetahui, memahami dan mempraktekkan pemrograman mikrokontroler untuk mengatur kecepatan putaran motor DC dengan PWM (Pulse Width Modulation).

1.2              Dasar Teori

Motor DC atau motor arus searah adalah suatu mesin listrik yang dapat mengubah energi listrik yang berupa listrik arus searah menjadi energi mekanik (gerak). Energi mekanik tersebut berupa putaran dari rotor.

Motor DC memerlukan suplai tegangan searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor DC disebut stator (bagian yang tidak berputar dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengan putaran, sehingga menghasilkan tegangan bolak-balik.

Gambar 1.0                                         Gambar 1.1

Catu tegangan DC dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu lilitan pada Gambar 9.1 disebut angker dinamo, Angker dinamo adalah sebutan untuk komponen yang berputar di antara medan magnet.

Cara kerja motor DC: (1) Arus medan (DC) yang mengalir pada belitan medan akan menghasilkan medan  magnet. Medan magnet ini akan memotong belitan jangkar yang ada di rotor motor DC; (2) Belitan jangkar dialiri arus listrik. Karena belitan berarus listrik ini berada dalam pengaruh medan magnet, maka pada belitan akan timbul gaya magnet yang selanjutnya akan menimbulkan torsi; (3) Jika torsi awal yang dihasilkan lebih besar daripada torsi beban, maka jangkar akan berputar.

Ø  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. pengertian motor DC.

                                              Gambar 1.2 gambar bentuk fisik 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.

Ø  RangkaianAntarmukaMikrokontrolerdengan Motor DC

1.      Driver Motor DC (On/Off)

Gambar menujukkan rangkaian yang digunakan untuk memutar dan menghentikan motor. Rangkaian ini terdiri atas rangkaian transistor sebagai saklar. Jika diinginkan gerakan motor dengan arah yang berlawanan, misalnya searah jarum jam atau berlawanan dengan arah jarum jam, maka tegangan yang diberikan perlu diubah kutub positif dan negatifnya. Pengaturan arah putar motor DC dapat dilakukan dengan cara membalik polaritas motor DC.

(a)                                                             (b)

                                                    Gambar1.3(a) Rangkaian on/off motor DC

           (b)MengubahPolaritasArahPutaran

2.      Driver Motor DC dengan Relay (Forward/Reverse)

Gambar1.4 Rangkaian Driver Motor DC dengan Relay

Supaya mudah mengatur arah putaran motor tanpa mengubah polaritas motornya, maka bisa digunakan rangkaian berikut, dimana digunakan relay untuk mengubah polaritas tegangan rangkaian drivernya.

3.      Driver Motor DC denganRangkaian H Bridge

H-bridge adalah sebuah perangkat keras berupa rangkaian yang berfungsi untuk menggerakkan motor. Rangkaian ini diberi nama H-bridge karena bentuk rangkaiannya yang menyerupai huruf H seperti pada Gambar 1.5. Rangkaian ini terdiri dari dua buah MOSFET kanal P danduabuah MOSFET kanal N.

Gambar1.5 Rangkaian Driver Motor DC dengan MOSFET

Prinsip kerja rangkaian ini adalah dengan mengatur mati-hidupnya ke empat MOSFET tersebut. Huruf M adalah motor DC yang akan dikendalikan. Pada saat MOSFET A dan MOSFET D on sedangkan MOSFET B dan MOSFET C off, maka sisi kiri dari gambar motor akan terhubung dengan kutub positif dari catu daya, sedangkan sisi sebelah kanan motor akan terhubung dengan kutub negatif dari catu daya sehingga motor akan bergerak searah jarum jam.

Jika MOSFET B dan MOSFET C on sedangkan MOSFET A dan MOSFET D off, maka sisi kanan motor akan terhubung dengan kutub positif dari catu daya sedangkan sisi kiri motor akan terhubung dengan kutub negatif dari catu daya. Maka motor akan bergerak berlawanan arah jarum jam.Konfigurasi lainnya adalah apabila MOSFET A dan MOSFET B on sedangkan MOSFET C dan MOSFET D off. Konfigurasi ini akan menyebabkan sisi kiri dan kanan motor terhubung pada kutub yang sama yaitu kutub positif sehingga tidak ada perbedaan tegangan diantara dua buah polaritas motor, sehingga motor akan diam. Konfigurasi seperti ini disebut dengan konfigurasi break.

Begitu pula jika MOSFET C dan MOSFET D saklar on, sedangkan MOSFET A dan MOSFET C off, kedua polaritas motor akan terhubung pada kutub negatif dari catu daya. Maka tidak ada perbedaan tegangan pada kedua polaritas motor, dan motor akan diam. Konfigurasi yang harus dihindari adalah pada saat MOSFET A dan MOSFET C on secara bersamaan atau MOSFET B dan MOSFET D on secara bersamaan. Pada konfigurasi ini akan terjadi hubungan arus singkat antara kutub positif catu daya dengan kutub negatif catu daya. Tabel 10.1 menunjukkan kombinasi ABCD untuk menghasilkan arah putaran motor DC.

2                     

BAB II

METODE PENELITIAN

2.1       Alat dan Bahan

1.         PC/LAPTOP + Software CV AVR dan Khazama                     1 set

2.         Power Supplay                                                                             1 buah

3.         Multimeter                                                                                   1 buah

4.         Aplikasi ISP Downloader AVR                                                  1 buah

5.         Sistem minimum AVR                                                                 1 buah

6.         I/O                                                                                                1 buah

7.         Kabel printer USB                                                                       1 buah

8.         Kabel pita hitam                                                                           2 buah

9.         Modul driver motor L293D                                                         1 buah

10.     Motor DC                                                                                                1 buah

2.2       Prosedur Kerja

1.         Rangkailah peralatan yang diperlukan seperti dalam Gambar 9.3 dan Gambar 9.4.

       Hubungkan kabel data modul driver motor pada PORTD minimum system.  Hubungkan terminal OUTA modul driver motor L293D ke V+ Motor DC (kabel merah) dan OUTB ke V- Motor DC (kabel biru). Vout pada rangkaian potensiometer dihubungkan pada PORTA.0 (ADC channel 0). Catu daya potensiometer ke catu daya minimum system. Catu daya +12 ke teminal VCC modul driver motor L293D.

Gambar 1.6 Diagram antarmuka mikrokontroler dengan Motor DC

Gambar 1.7 Rangkaian driver motor

2.         Buka program Code Vision AVR

3.         Buatlah project baru. Setelah mengeset chip dan clock, set juga bagian PORTD sebagai output, Timer1 dan ADC seperti Gambar 9.5. Kemudian simpanlah file tersebut.

Gambar 1.8 Setting PORTD, Timer1, dan ADC

4.         Tuliskan script berikut dalam program utama:

while (1)

      {

      OCR1A=255;

      PORTD.0=1;

      PORTD.1=0;

            }

5.         Perhatikan arah putaran motor, ke arah mana motor berputar (CW atau CCW)?

6.         Ubah nilai PORTD.0 dan PORTD.1 sesuai tabel berikut dan catat hasilnya

No	PORD.0 (IN1)	PORD.1 (IN2)	Kondisi Motor / Arah Putar
1	0	0
2	0	1
3	1	0
4	1	1

7.         Untuk mengubah kecepatan motor DC dengan PWM, ganti script dalam program utama menjadi seperti berikut:

while (1)

      {

      // Place your code here

      OCR1A=read_adc(0);

      PORTD.0=1;

      PORTD.1=0;

                   }

8.         Hubungkan multimeter ke Vout potensiometer, putar potensiometer sampai multimeter menunjukkan nilai 0V! Ukur dan catat tegangan pada  terminal OUTA dan OUTB serta catat kondisi motor DC!

9.         Putar potensiometer sampai multimeter menunjukkan nilai 2V! Ukur dan catat tegangan pada  terminal OUTA dan OUTB serta catat kondisi motor DC!

10.     Putar potensiometer sampai multimeter menunjukkan nilai maksimum! Ukur dan catat tegangan pada  terminal OUTA dan OUTB serta catat kondisi motor DC!

11.     Ubah register TCCR1B menjadi 0x02, build lalu download program ke mikrokontroler!

12.     Putar potensiometer hingga maksimal lalu putar kembali pelan-pelan hingga motor berhenti, ukur dan catat tegangan output potensiometer, tegangan terminal OUTA, dan tegangan terminal OUTB pada saat motor berhenti! 

13.     Ubah register Timer1 menjadi TCCR1A=0xC1 dan TCCR1B=0x04; (Compare Mode    Out A = Inverting; Prescaller = 256)

14.     Build lalu download program ke mikrokontroler

15.     Ulangi langkah 8-10

BAB III

PEMBAHASAN

3.1              Source Kode Program

while (1) //fungsi perulangan tak terbatas dengan konstanta 1

{

      OCR1A=255; //motor berputar penuh

      PORTD.0=1; //motor berputar searah jarum jam (optional)

      PORTD.1=0; //optional sesuai dalam tabel

}

while (1) //fungsi perulangan tak terbatas dengan konstanta 1

{

OCR1A=read_adc(0); // kecepatan motor bergantungpadanilai OCR yang dihasilkandarikonversi ADC

      PORTD.0=1; //motor berputar searah jarum jam (optional)

      PORTD.1=0; //optional sesuai dalam tabel

}

3.2              Data Hasil Percobaan

Tabel 1.0 Data hasil percobaan

No	PORD.0 (IN1)	PORD.1 (IN2)	Kondisi Motor / Arah Putar	Tegangan OUT A	Tegangan OUT B
1	0	0	Tidak berputar/mati	0 Volt	0Volt
2	0	1	Cww/berputar berlawananarahjarum jam	0,63Volt	3,82Volt
3	1	0	Cw/berputar searahjarum jam	3.88Volt	0,64Volt
4	1	1	Pengereman	4,65Volt	4,72Volt

Tabel 1.1 Data hasil percobaan

Langkah	TCCR1A	TCCR1B	Tegangan Potensio	Tegangan OUT A	Tegangan OUT B	Kondisi Motor (berputar)	Duty Cycle
8	0x81	0x04	0 V	0,28 V	0,6 V	Berputar pelan Cw	0%
9	0x81	0x04	2 V	0,56 V	1,8 V	Berputar sedang Cw	40%
10	0x81	0x04	Max	0,87 V	2,7 V	Berputar cepat Cw	100%
12	0x81	0x02	0 V	0.29 V	1,3 V	Berhenti berputar	0%
15 a	0xC1	0x04	0 V	0,97 V	3,4 V	Berputar cepat Cww	0%
15 b	0xC1	0x04	2 V	0,9 V	2,3 V	Berputar sedang Cww	40%
15 c	0xC1	0x04	Max	0,5 V	2 V	Berputar pelan Cww	100%

3.3              Analisa Data

1.      Analisa tabel 1.0 !

Berdasarkan data hasil percobaan yang terdapat pada tabel 1.0 dapat kita lihat bahwa menghasilkan empat macam data dengan masing-masing input data logika yang berbeda pada PORTD.0 dan PORTD.1 sehingga juga menghasilkan data akhir yang berbeda.

Pada percobaan pertama menunjukkan bahwa jika PORTD.0 dan PORTD.1 diberilogika yang sama yaitu 0 maka motor tidak berputar/mati. Karena motor tidak mendapatkan tegangan input pada kedua kutub tersebut. Sedangkan pada percobaan kedua PORD.0 diberi logika 0 dan PORTD.1 diubah menjadi logika 1 dan menghasilkan kondisi motor yang berputar berlawanan dengan arah jarum jam (CWW). Motor berputar berlawanan dengan arah jarum jam karena logika 1 terdapat pada PORTD.1 sehingga arus berjalan dari out B ke out A dan tegangan output yang terukurpada OUT A adalah 0,63dan tegangan pada OUTB adalah3,82 V. untuk percobaan yang ketiga yaitu merupakan kebalikan dari hasil percobaan data yang kedua karena pada PORTD.0 yang diberi logika 1 dan PORTD.1 diberi logika 0 sehingga motor menjadi berputar kekanan/ searah jarum jam. Dengan hasil output tegangan yang terdapat pada tabel 1.0. Dan pada percobaan yang terakhir kedua PORTD diberi logika 1 dan hal itu menyebabkan motor mengalami pengereman karena semua output akan mengeluarkan tegangan dan hal itu juga menyebabkan arah medan magnet yang sama pada kedua kutub sehingga motor tidak bisa berputar namun tidak mati dalam pengertian terjadi proses pengereman karena sesungguhnya syarat agar bisa berputar yaitu dengan arah medan magnet yang berbeda pada kedua kutub.

2.      Dengan melihat data pada tabel 1.1 , bandingkan hasil percobaan langkah nomor 8-10 dengan langkah nomor 15!

Perbedaan terletak pada mode yang digunakan dimana pada langkah ke 8-10 menggunakan Compare Mode (Non-Inverting) sedangkan pada langkah ke 15 baik a, b, maupun c menggunakan Compare Mode (Inverting). Hal ini dapat dilihat pada inisialisasi TCCR 1A yang berbeda antar langkah ke 8-10 dengan langkah 15 a,b, maupun c. Dari perbedaan mode yang digunakan mengakibatkanperbedaanarahputaran motor, kecepatan motor, dantegangan OUTA dan OUTB. Dalam mode non-inverting, semakin besar nilai tegangan pada potensiometer, maka putaran pun akan relatif semakin kencang. Namun di dalam mode inverting justru sebaliknya, semakin besar nilai tegangan pada potensiometer, maka putaran pun akan semakin pelan maupun berhenti.

3.      Apakah perbedaan antara compare mode non-inverting dan inverting?

Jika program menggunakan compare mode jenis non inverting apabila tegangan yang diberikan oleh potensio meter semakin besar maka tegangan OUT A dan OUT B juga akan semakin besar. Motor akan berputar kekanan atau searah dengan jarum jam semakin cepat seiring dengan pertambahan tegangan dari potensio meter. Hal tersebut dikarenakan prinsip kerja dari non inverting adalah tidak membalik kerja dari program tersebut. Sedangkan jika menggunakan compare mode inverting maka tegangan OUT A dan OUTB akan semakin kecil seiring dengan pertambahan nilai tegangan pada potensio meter. Motor akan berputar cepat jika tegangan yang diberikan minimal dan motor akan berputar semakin pelan jika tegangan yang diberikan semakin maksimal. Putaran motor akan berubah dan berlawanan dengan arah jarum jam.Untuk inisialisasi mode apa yang kita gunakan itu terletak pada TCCR 1 yang kita berikan. Ketika TCCR1A yang kita berikan nilai nya lebih besar dari pada TCCR1B maka kecepatan putar sebanding dengan potensio meter. Apabila TCCR1A yang kita berikan lebih kecil dari TCCR1B maka kecepatan putar motor akan berbanding terbalik dengan besarnya potensiometer.

4.      Apa pengaruh duty cycle dari PWM yang masuk pada pin EN1 terhadap tegangan pada terminal OUT A dan OUT B?

Apabila nilai duty cycle dari PWM kecil maka tegangan OUT A dan tegangan OUT B juga akan kecil. Dan jika duty cycle semakin besar maka tegangan OUT A dan OUT B juga akansemakinbesar. Namun jika program menggunakan Compare Mode (Non-Inverting), nilai tegangan Output baik OUT A maupun OUT B akan semakin besar seiring dengan pertambahan nilai DC dan juga sebaliknya. Sedangkan pada Compare Mode (Inverting), nilai tegangan Output baik OUT A maupun OUT B akan semakin kecil jika DC terus meningkat.

5.                      Mengapa pada langkah nomor 12 motor berhenti saat tegangan potensiometer belum mencapai 0 V?

Motor sebenarnya tidak berhenti berputar karena pada prinsipnya motor tidak akan berhenti hingga tegangan potensiometer bernilai 0V. Jadi, apabila motor berhenti pada saat tegangan belum tepat 0, maka sebenarnya motor dalam keadaan berputar sangat pelan danberjeda. Jeda ini mengakibatkan gerak putaran motor yang tidak terasa sehingga terlihat seperti berhenti.

BAB IV

PENUTUP

4.1         Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan yang telah kami lakukan,dapat disimpulkan bahwa:

1.   Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.

2.       Prinsip kerja motor DC adalah ketika tegangan diberikan, maka akan timbul arus listrik yang akan menghasilkan medan magnet dan memberikan gaya. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran atau loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan, sehingga akan menghasilkan torsi (tenaga putar) untuk memutar kumparan.

3.    Pin IN1 dan IN2 digunakan sebagai pengatur arah gerak motor, jika IN1 berlogika 1 dan IN2 berlogika 0 maka motor akan bergerak searah jarum jam begitu juga sebaliknya. Sedangkan untuk Pin EN1 digunakan sebagai pengatur kecepatan motor ( full speed atau low speed ).

4.  Pemberian nilai duty cycle dari PWM yang kecilakan menyebab kantegangan OUT A dan tegangan OUT B juga akan kecil. Dan jika duty cycle semakin besar maka tegangan OUT A dan OUT B juga akan semakin besar.

    

DAFTAR PUSTAKA

Modul 8. 2016.Antarmuka Mikrokontroller Dengan Motor Dc. Malang: Universitas Negeri Malang, Jurusan Teknik Elektro.

Andrianto, Heri. 2007. Pemrograman Mikrokontroler AVR Atmega 16. Jakarta: Informatika.

Atmel Corporation. Atmega 8535 Datasheet (Complete).