Belajar Mikrokontroler

Kendali Ketinggian Dongkrak

Intisari – Pada masa kini, masih banyak dongkrak yang memanfaatkan teknologi konvensional. Tidak sedikit  orang yang belum mengetahui ketinggian yang aman pada dongkrak tersebut. Dan pemutar tuas pun yang digunakan masih menggunakan tenaga manusia. Maka pada proyek ini dibuatlah aplikasi ARM STM32 menggunakan Motor DC yang digunakan sebagai pemutar tuas pada dongkrak. Mikrokontroler ARM STM32 tipe ini memiliki cortex M0 72 MHz, 6KB RAM,  64KB memori program (APROM), 4KB memori data (data flash), 45 pin I/O (GPIO), Dual ADC 12 bit, 3 serial UART dengan 1 USB, 3.3V & 5V compatible, programmable via USB. Perintah dijalankan saat saklar perintah atas atau turun ditekan. Alat akan memutar tuas dongkrak searah jarum jam jika saklar naik yang ditekan atau berlawanan arah jarum jam jika saklar turun yang ditekan. Modul sensor ultrasonik yang digunakan untuk mengetahui batas ketinggian maksimal atau minimal adalah HCSR-04. Pada dongkrak dilengkapi dengan LED dan buzzer yang fungsinya sebagai indikator batas ketinggian maksimal atau minimal pada dongkrak, dimana LED merah aktif ketika batas ketinggian minimal tercapai dan LED biru aktif jika sebaliknya, secara bersamaan dalam kedua kondisi tersebut buzzer aktif.

Kata Kunci : Dongkrak, ARM STM32, Motor DC, Saklar, Sensor Ultrasonik, LED, dan Buzzer.

Abstract :

At present, there are still many jack that utilize conventional technology. Not a few people who do not know the height of the safe on the jack. And the lever player used is still using human power. So on this project made an ARM STM32 application using a DC motor that is used as a lever player on the jack. This type of ARM STM32 microcontroller has a 72 MHz M0 cortex, 6KB of RAM, 64KB program memory (APROM), 4KB of data memory (flash data), 45 pin I / O (GPIO), 12 bit Dual ADC, 3 serial UART with 1 USB, 3.3V & 5V compatible, programmable via USB. The command is executed when the command switch up or down is pressed. The tool will rotate the levers of the jack clockwise if the switch rises which is pressed or counterclockwise if the down switch is pressed. The ultrasonic sensor module used to determine the maximum or minimum height limit is HCSR-04. The jack is equipped with LEDs and buzzers that function as an indicator of maximum or minimum height limits on the jack, where the red LED is active when a minimum altitude limit is reached and the blue LED is active otherwise, simultaneously in both conditions the buzzer is active.

Keywords: Jack, ARM STM32, DC Motor, Switch, Ultrasonic Sensor, LED, and Buzzer.

I.                    PENDAHULUAN

A.      Latar Belakang

Pada hari sekarang, penggunaan teknologi yang mutakhir menjadi kebutuhan setiap manusia. Teknologi dapat meringankan pekerjaan manusia sehingga menghasilkan efisiensi waktu dan efisiensi gerak yang maksimal. Salah satunya yaitu penggunaan kendali ketinggian pada dongkrak menggunakan Sensor Ultrasonik.

Pengunaan teknologi pada proyek ini adalah penggunaan motor DC sebagai pemutar tuas pada dongkrak. Menggunakan saklar sebagai pemberi perintah naik atau turun dongkrak dengan Mikrokontroller ARM STM32 sebagai pemroses. Dan dengan sensor ultrasonik data diolah dan dikirim menuju output oleh LED dan buzzer sebagai indikator ketinggian dongkrak sudah minimal atau sudah maksimal.

B.      Tujuan

Tujuan pembuatan alat ini adalah :

1.      Merealisasikan rancangan hardware dan software kendali ketinggian dongkrak.

2.    Mengetahui cara kerja motor DC sebagai pemutar tuas dengan input saklar berbasis Mikrokontroler ARM STM 32.

3.      Mengetahui cara kerja sensor ultrasonik sebagai pembaca jarak ketinggian.      

C.      Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang, dapat ditentukan beberapa rumusan masalah, sebagai berikut :

1.      Bagaimana merancang kendali ketinggian dongkrak berbasis mikrokontoller ARM STM32?

2.      Bagaimana mengkombinasikan input pada dongkrak dengan pemutar tuas menggunakan motor DC melalui saklar menggunakan Mikrokontroler ARM NUC 120?

3.      Bagaimana mengatur indikator pada LED dengan input sensor ultrasonik menggunakan Mikrokontroler ARM STM 32?

4.      Bagaimana cara mengetahui status ketinggian dongkrak menggunakan sensor ultrasonik?

D.      Pembatasan Masalah

Adapun yang membatasi alat ini adalah :

1.          Sensor ultrasonik hanya bekerja pada jarak yang ada pada program.

2.        Feedback jarak ketinggian masih menggunakan LED dan buzzer, belum dapat menampilkan melalui
  LCD.

E. Metodologi

Target proyek ini adalah menjalankan program yang dapat diimplementasikan langsung terhadap alat. Langkah -  langkah untuk pembuatan Proyek ARM dapat didefinisikan sebagai berikut :

1.       Studi pustaka alat dan bahan

2.       Perancangan perangkat lunak dan program

3.       Implementasi program

4.       Pengujian perangkat lunak dan perangkat keras

5.       Analisa

6.       Laporan

II.                  TINJAUAN PUSTAKA

Penjelasan dan uraian teori penunjang yang digunakan dalam membuat alat ini diperlukan untuk mempermudah pemahaman tentang cara kerja rangkaian maupun dasar-dasar perencanaan pembuatan alat.

A.              Push Button

Push button switch (saklar tombol tekan) adalah perangkat / saklar sederhana yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik dengan sistem kerja tekan unlock (tidak mengunci). Sistem kerja unlock disini berarti saklar akan bekerja sebagai device penghubung atau pemutus aliran arus listrik saat tombol ditekan, dan saat tombol tidak ditekan (dilepas), maka saklar akan kembali pada kondisi normal.

Sebagai device penghubung atau pemutus, push button switch hanya memiliki 2 kondisi, yaitu On dan Off (1 dan 0). Istilah On dan Off ini menjadi sangat penting karena semua perangkat listrik yang memerlukan sumber energi listrik pasti membutuhkan kondisi On dan Off.

Karena sistem kerjanya yang unlock dan langsung berhubungan dengan operator, push button switch menjadi device paling utama yang biasa digunakan untuk memulai dan mengakhiri kerja mesin di industri. Secanggih apapun sebuah mesin bisa dipastikan sistem kerjanya tidak terlepas dari keberadaan sebuah saklar seperti push button switch atau perangkat lain yang sejenis yang bekerja mengatur pengkondisian On dan Off.

Berdasarkan fungsi kerjanya yang menghubungkan dan memutuskan, push button switch mempunyai 2 tipe kontak yaitu NC (Normally Close) dan NO (Normally Open).

Gambar 2.1 Push Button

B.      Sensor HC-SR04

Sensor HC-SR04 adalah sensor pengukur jarak berbasis gelombang ultrasonik. Prinsip kerja sesnsor ini pirip dengan radar ultrasonik. Gelombang ultrasonik di pancarkan kemudian di terima balik oleh receiver ultrasonik. Jarak antara waktu pancar dan waktu terima adalah representasi dari jarak objek. Sensor ini cocok untuk aplikasi elektronik yang memerlukan deteksi jarak termasuk untuk sensor pada robot.

Komparasi
Sensor HC-SR04 adalah versi low cost dari sensor ultrasonic PING buatan parallax. Perbedaaannya terletak pada pin yang digunakan. HC-SR04 menggunakan 4 pin sedangkan PING buatan parallax menggunakan 3 pin. Pada Sensor HC-SR04 pin trigger dan output diletakkan terpisah. Sedangkan jika menggunakan PING dari Parallax pin trigger dan output telah diset default menjadi satu jalur. Tidak ada perbedaaan signifikan dalam pengimplementasiannya. Jangkauan karak sensor lebih jauh dari PING buatan parllax, dimana jika ping buatan parllax hanya mempunyai jarak jangkauan maksimal 350 cm sedangkan sensor HC-SR04 mempunyai kisaran jangkauan maksimal 400-500cm.

Spesifikasi:

Gambar 2.2 Sensor HC-SR04

C.        Mikrokontroler ARM STM32

Seri F1 STM32 adalah kelompok pertama mikrokontroler STM32 berdasarkan inti ARM Cortex-M3 dan dianggap sebagai mikrokontroler ARM mainstream mereka. Seri F1 telah berevolusi dari waktu ke waktu dengan meningkatkan kecepatan CPU, ukuran memori internal, berbagai periferal. Ada lima jalur F1: Konektivitas (STM32F105 / 107), Kinerja (STM32F103), Akses USB (STM32F102), Access (STM32F101), Nilai (STM32F100).

Gambar 2.3 ARM STM32

Spesifikasi :

·         Tipe: STM32F103VETF

·         Max frequency 72 MHz

·         Memori 512 KBytes

·         SRAM 64Kbyte

·         1x SERIAL PORT

·         1x USB HOST

·         1x USB BOOT

·         1x micro SD slot

·         Indikator power

·         4x tombol input

·         4x LED output

·         1x buzzer output

·         2x variable resistor

·         RTC

·         Header pin input output

·         Tombol reset

·         Kabel Download  USB

D.       Motor DC

Sebuah motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Kebanyakan motor listrik beroperasi melalui interaksi medan magnet dan konduktor pembawa arus untuk menghasilkan kekuatan, meskipun motor elektrostatik menggunakan gaya elektrostatik. Proses sebaliknya, menghasilkan energi listrik dari energi mekanik, yang dilakukan oleh generator seperti alternator, atau dinamo. Banyak jenis motor listrik dapat dijalankan sebagai generator, dan sebaliknya.Motor listrik dan generator yang sering disebut sebagai mesin-mesin listrik.  

Motor listrik DC (arus searah) merupakan salah satu dari motor DC. Mesin arus searah dapat berupa generator DC atau motor DC. Generator DC alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik DC. Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanik putaran. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator atau sebaliknya generator DC dapat difungsikan sebagai motor DC.

 Pada motor DC kumparan medan disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika tejadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tagangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik.

Spesifikasi:
Rated Voltage: 12V
Rated Torque: 3 N.m
No Load Current: 2.8 A
No Load Speed: 90 rpm(80-100)
Rated Current: 9. 0 A
Rated Speed: 65 rpm (55-75)
Stall Current: 28 A
Stall Torque: 25Kg
Noise: 55 DB

E.        Buzzer

Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).

Spesifikasi :

1. Tegangan kerja: 3v-12v DC
2. Resistansi dalam: 16 ohm (16R)
3. Ukuran: dia 12mm, tebal 8.5mm
4. Kekuatan suara: 80-85 dB

F.        Relay

Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.

III.                PERANCANGAN ALAT

A.    Alat

B.     Bahan

1.     Board ARM STM32

2.    Dongkrak

3.    Sensor Ultrasonik  HC-SR04

4.    Motor DC

5.    Relay

6.   Buzzer

7.   LED RGB

8.  Power Supply  

9.    Port input output female 1 x 40 pin     

10. Port input output male 2 x 40 pin        

11.  Port input output male 1 x 10 pin        

12. Port input output female 2 x 10 pin              

14. Rangkaian Connector            

15. Box                           

16. Kabel jumper

C.  Blok Diagram Hubungan Komponen Utama

Gambar 3.1 Diagram Blok

D.    Diagram Alir

Gambar 3.2 Diagram Alir

E.   Pembuatan Alat

 Dalam pembuatan alat ini dapat dilakukan dengan beberapa tahap, yaitu:

1.        Membuat perencanaan bagan alat

2.       Membuat skema pengawatan

3.       Menyusun rangkaian sesuai skema pengawatan

4.       Membuat program untuk ARM

5.       Pembuatan kerangka alat

6.       Pemasangan rangkaian pada kerangka alat

7.       Kalibrasi alat

IV.     Cara Kerja Alat

Pada alat “Kontrol Ketinggian Dongkrak“ ini menggunakan mikrokontroler ARM NUC120 sebagai pengolah data. Pada alat ini menggunakan masukan berupa dua buah push button yang berfungsi untuk memutar motor DC searah jarum jam agar dongkrak naik dan yang satu lainnya untuk memutar motor DC dengan arah berlawanan putar jam agar dongkrak turun. Lalu masukan berikutnya berupa sensor HCSR-04 sebagai pengukur ketinggian dongkrak dari tanah. Sedangkan luaran berupa motor DC, buzzer dan Led RGB. Disini motor DC berfungsi untuk memutar ulir searah jarum jam ataupun sebaliknya yang berguna untuk menaik turunkan dongkrak. Buzzer dan Led RGB berfungsi sebagai indikator batas maksimum dan minimum ketinggian dongkrak.

            Pada alat “Kontrol Ketinggian Dongkrak“ terdapat  2 buah push button yaitu push button naik dan push button turun. Push button naik akan berfungsi mengaktifkan motor DC yang akan menaikkan dongkrak sesuai kebutuhan hingga batas maksimum ketika ditekan, sedangkan push button turun berfungsi sebaliknya. Sensor HC-SR04 dan buzzer akan aktif saat jarak antara penampang beban masuk dalam batas maksimum maupun minimum, sekaligus mengaktifkan Led Merah saat maksimum atau Led Biru saat keadaan minimum. Sedangkan Led Hijau aktif dikala salah satu push button ditekan.

V. PENGUJIAN ALAT

Dalam proyek yang kami buat, perlu diuji untuk menentukan kesesuaian alat sebagai kendali ketinggian pada dongkrak, adapun langkah - langkah cara pengujian yang akan kami lakukan adalah :

1.       Mengupload program ke dalam alat yang dibuat, untuk mengetahui sudah sesuai dengan  yang diinginkan atau belum.

2.       Menguji alat sesuai cara kerja yang dikehendaki.

VI. KESIMPULAN

Setelah melakukan perancangan, pembuatan dan uji coba alat, maka didapatkan kesimpulan yaitu sebagai berikut:

1.       Alat bekerja dengan baik apabila Mikrokontroler yang digunakan adalah NUC120

2.       HC-SR04 digunakan untuk pendeteksi ketinggian maksimun dan minimum

3.       Buzzer digunkan untuk indikator bahaya

4.       LED di gunakan untuk indikator status motor

DAFTAR PUSTAKA

[1] http://teknikelektronika.com/pengertian-relay-fungsi-relay/

[2] https://indraharja.wordpress.com/2012/01/07/pengertian-buzzer/

[3] https://embeddednesia.com/v1/?p=1761

[4] http://www.digi-bytes.com/index.php?route=product/product&product_id=96

[5] http://teknikelektronika.com/pengertian-motor-dc-prinsip-kerja-dc-motor/

[6] https://belajar-mikrokontroler2017.blogspot.co.id/search/label/ARM

BIODATA

                               

Cahyo Buwono Prasetyo. Penulis dilahirkan di Semarang, tanggal 15 Maret 1997. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SDN Sampangan 04 Semarang, SMP N 13 Semarang, dan SMK N 4 Semarang. Tahun 2015 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK.

Pada tahun 2015 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. 3.32.15.2.02.

Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa melalui via email: berakcahyo@gmail.com 

Irvan Maulana Muharram Penulis dilahirkan di Blora, tanggal 26 Mei 1997. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SDN Palebon 04-05 Semarang, SMP IT Harapan Bunda Semarang, dan SMA Islam Sultan Agung 1 Semarang. Tahun 2015 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA.

Pada tahun 2015 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. 3.32.15.2.09.

Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa melalui via email : m_irvan026@yahoo.com 

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