Senin, 15 Februari 2016

Model Pengontrol Tirai dan Lampu dasar panggung dengan Keypad menggunakan ARM NUC120

Posted by Elektronika Polines on 11:40 AM , Tidak ada komentar

Model Pengontrol Tirai dan Lampu dasar panggung dengan Keypad menggunakan ARM NUC120

Yan Fauzi Sulistiyo[1], Sigit Syoim Purnomo[2], Nuraida Diah Wahyuningtias[3], Samuel Beta[4]
Mahasiswa dan Dosen Program Studi Teknik Elekrtonika Jurusan Teknik Elektro
Politeknik Negeri Semarang
Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang, Indonesia
E-mail :[1] yanfauzi_31@yahoo.com;[2] sigitsyoimpurnomo@gmail.com ;[3] nuraidadiah@gmail.com; [4] sambetak2@yahoo.fr

Abstrak—Model Pengontrol tirai dan lampu dasar panggung ini merupakan model kontrol menggunakan Keypad. Model Pengontrol tirai ini dapat memudahkan manusia dalam kegiatan sehari-hari, manusia tidak perlu repot membuka tirai setiap hari karna alat ini akan bekerja secara otomatis dengan Keypad. Model panggung ini mempermudah membuka tirai dan setting pencahayaan pada panggung. Pada pembuatan alat ini menggunakan komponen-komponen yang telah dibagi dalam tiga bagian utama, yaitu masukan, proses dan luaran. Komponen masukannya yaitu: papan tombol  (keypad), Kemudian pada bagian proses atau pengolahan data yang digunakan Mikrokontroler ARM NUC120RD2BN tipe ini memiliki cortex M0 12 MHz, 8KB RAM,  64KB memori program (APROM), 4KB memori data (data flash), 45 pin I/O (GPIO), 8 channel ADC 12 bit, 3 serial UART dengan 1 USB & 1 RS485, 3.3V & 5V compatible, programmable via USB. Ini cukup untuk digunakan dalam mengontrol komponen yang banyak dalam model alat ini. Pada bagian luaran yaitu: motor langkah (Stepper) untuk pengendali pergerakan tirai.

Kata kunci :ARM NUC120RD2BN, Keypad, Stepper Motor.

Abstract - Model controller basic stage curtain and lights a control model using the Keypad. The curtain controller models can facilitate people in daily activities, people no longer need to open the curtains every day because these tools will work automatically with Keypad. This stage models facilitate opening the curtains and setting the stage lighting. In making this tool using components that have been divided into three main parts, namely input, process and output. Component inputs, namely: the keypad (keypad), then in the process or processing data used Microcontroller ARM NUC120RD2BN this type has cortex M0 12 MHz, 8KB RAM, 64KB of program memory (APROM), 4KB of data memory (data flash), 45 pin I / O (GPIO), 8-channel 12-bit ADC, 3 serial UART with 1 USB and 1 RS485, 3.3V and 5V compatible, programmable via USB. It's enough to be used in the control of many components in the model this tool. On the outcome, namely: a stepper motor (stepper) for controlling the movement of a curtain.

Keywords: ARM NUC120RD2BN, Keypad, Stepper Motor.

I.     PENDAHULUAN

Sistem kendali secara otomatis di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi belakangan iniberkembangan dengan pesat. Dengan adanya kemajuan di bidang ilmu pengetahuan danteknologi menghasilkan inovasi baru yang berkembang menuju lebih baik. Hal ini dapat dilihatjangkauan aplikasinya mulai dari rumah tangga hingga peralatan yang canggih pada panggung pentas seni.
Model Pengontrol tirai dan lampu dasar panggung ini merupakan model kontrol menggunakan Keypad. Alat ini menggunakan 1 buah motor Stepper sebagai penggerak utama, 1 buah keypad sebagai masukan, dan 1 buah board ARM NUC120 sebagai programable kontrol gerak alat berdasarkan perintah yang dibuat.
Kami membuat suatu model untuk mempermudah membuka tirai dan setting pencahayaan pada panggung.

II.     TEORI DASAR SISTEM

A.     Papan Tombol (Keypad)

Tombol-tombol yang disusun secara maktriks (baris x kolom) sehingga dapat mengurangi penggunaan pin input. Sebagai contoh, Keypad Matriks 4×4 cukup menggunakan 8 pin untuk 16 tombol. Hal tersebut dimungkinkan karena rangkaian tombol disusun secara horizontal membentuk baris dan secara vertikal membentuk kolom.
Gambar 2.1 Bentuk fisik Papan Tombol (Keypad)
Gambar 2.2 Rangkaian Papan Tombol (Keypad)

B.     Driver Motor Stepper

Rangkaian driver motor stepper merupakan rangkaian “open collector”, dimana output rangkaian ini terhubung dengan ground untuk mencatu lilitan-lilitan motor stepper. Arus keluaran mikrokontroler tidak dapat menggerakkan motor stepper. Maka diperlukan driver untuk mencatub arus motor stepper. Dengan menggunakan chip IC ULN2003 sebagai stepper motor driver. ULN2003 adalah sebuah IC yang berupa darlington array sebanyak 7 buah. Berikut ini adalah gambar IC ULN 2003. ULN2003 mempunyai arus keluaran sampai 500 mA. Pada saat ketujuh driver tersebut ON, IC ini dapat mencatu daya sampai 230 W (350 mA x 95 V). ULN2003 mempunyai resistor input serial yang dapat dipilih untuk operasi TTL atau CMOS 5 V.

Gambar 2.3 Pengendali Motor Langkah (Stepper Motor)
Tabel 2.1 Pengendali Motor Langkah (Stepper Motor)
Step
A
B
C
D
1
1
0
0
0
2
0
1
0
0
3
0
0
1
0
4
0
0
0
1

C.     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. Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya antara lain adalah :
1.     Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.
2.     Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak.
3.     Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi.
4.     Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran).
5.     Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC.
6.     Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung ke porosnya.
7.     Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.
Gambar 2.4 Bentuk fisik Motor Stepper28BYJ-48
Spesifikasi:
·       Model No: 28BYJ-48.
·       Unipolar Stepper with 0.1" Spaced 5-pin Cable Connector.
·       8 Steps Per Revolution.
·       1/64 Geared Down Reduction.
·       5V DC Suggested Operation.
·       Weight: 37 g.
·       Dimensions: 28mm diameter, 20mm tall not including 9mm shaft with 5mm diameter.
·       9" / 23 cm long cable.
·       Holding Torque: 150 gram-force*cm, 15 N*mm/ 2 oz-force*in.
·       Shaft: 5mm diameter flattened.

D.     LED (Light Emitting Dioda)

LED (Light Emitting Dioda) adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya pada saat mendapat arus bias maju (forward bias). LED (Light Emitting Dioda)  dapat memancarkan cahaya karena menggunakan dopping galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda diata dapat menhasilkan cahaya dengan warna yang berbeda. LED (Light Emitting Dioda) merupakann salah satu jenis dioda, sehingga hanya akan mengalirkan arus listrik satu arah saja. LED akan memancarkan cahaya apabil diberikan tegangan listrik dengan konfigurasi forward bias. Berbeda dengan dioda pada umumnya, kemampuan mengalirkan arus pada LED (Light Emitting Dioda) cukup rendah yaitu maksimal 20 mA. Apabila LED (Light Emitting Dioda)  dialiri arus lebih besar dari 20 mA maka LED akan rusak, sehingga pada rangkaian LED dipasang sebuah resistor sebgai pembatas arus. Simbol dan bentuk fisik dari LED (Light Emitting Dioda) dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.5 Simbol dan bentuk fisik LED

E.     Mikrokontroler ARM NUC120

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 program eksternal. Pemrograman melalui bootloader bisa dilakukan dengan menggunakan koneksi USB.
Gambar 2.6 ARM NUC120RD2BN
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 12-bit.
§  Bekerja pada level tengan 3,3VDC/5VDC dengan arus maksimum 800mA.
§  Input catu daya untuk board : 6,5VDC –12VDC/3,3VDC - 5VDC.

III.     METODOLOGI PENELITIAN

A.     Langkah-langkah Perancangan

Langkah perancangan alat ini yaitu perancangan elektronik yang meliputi semua tahap dari pengerjaan yang berhubungan
langsung dengan rangkaian, diantaranya adalah:
1.     Membuat gambaran permasalahan sistem model pengontrol tirai dan lampu dasar panggung yang sesungguhnya agar dapat di implementasikan pada alat ini.Menentukan algoritma yang sesuai untuk menyelesaikan masalah yang terjadi pada sistem.
2.     Membuat konsep untuk memilih komponen yang akan digunakan dalam perancangan model pengontrol tirai dan lampu dasar panggung.
Adapun alat dan bahan yang digunakan yaitu :
Alat
Bahan
Bor tangan
Motor Langkah (Stepper) + Driver
Solder
Mikrokontroler ARM NUC 120
Tang Potong
Papan tombol (keypad)
Gergaji
PCB
Kabel USB
LED
Kawat
Tenol
Box/papan (tepat meletakkan alat)
Ampelas
Setrika
Kabel Jumper
Larutan FeCl3
Resistor, kapasitor dll.
Tabel 3.1 Alat dan Bahan yang digunakan
3.     Pemodelan sistem berdasarkan komponen yang telah ditentukan.
4.     Analisis dan pengujian alat agar dapat bekerja sesuai dengan yang diinginkan.

B.     Perancangan Blok Diagram

Perancangan sistem terdiri dari perancangan hardware yaitu cara penempatan komponen elektronik  pada model pengontrol tirai dan lampu dasar panggung, sedangkan perancangan software yaitu penulisan instruksi dengan menulis program.Perangkat lunak yang digunakan pada proyek ini adalah CooCox software yang menggunakan aplikasi CoIDE sebagai aplikasi untuk menulis program ARM NUC120RD2BN dengan metode NUVOTON. Serta NuMicro ISP Programming Tool sebagai aplikasi downloader program ke board mikrokontroler.
Model Pengontrol Tirai dan Lampu dasar panggung dengan Keypad menggunakan ARM NUC120merupakan sistem yang terintegrasi dari beberapa komponen penunjang, yang mana komponen penunjang tersebut terbagi menjadi 3 bagian yaitu, bagian input yaitu Tombol Keypad, kemudian yang kedua adalah bagian unit pemproses disini penulis menggunakan Mikrokontroler ARM NUC120 sebagai kontroler utama,  untuk bagian ketiga adalah bagian  output  bagian ini merupakan bagian yang dikontrol oleh mikrokontroler yaitu motor stepper,sedangkan bagian yang terakhir adalah bagian supply  tegangan dan arus untuk sistem.
Gambar 3.1 Blok Diagram Rancang Bangun Sistem berdarkan I/O Komponen

C.     Cara Kerja Sistem

Perancangan proses alur kerja sistem diharapkan mampu menjadikan sistem pengontrolan tirai dan lampu dasar panggung menggunakan keypad yang dibuat dapat berjalan dengan baik. Alur kerja sistem yang dibuat sebagai garis besarnya saja untuk mempermudah dalam penulisan kode program dan pembuatan  flowchart  sistem nantinya. Sistem akan bekerja jikaARM NUC120 telah mendapatkan  supply  tegangan dan arus sebesar 5 volt. Berikut penjelasan cara kerja sistem :
1.     Saat Tombol Keypad 1 maka tirai terbuka.
2.     Saat Tombol Keypad 2 maka tirai tertutup.
3.     Saat Tombol Keypad 3 tampil lampu variasi 1.
4.     Saat Tombol Keypad 4 tampil lampu variasi 2.
5.     Saat Tombol Keypad 5 tampil lampu variasi 3.
6.     Saat Tombol Keypad 6 tampil lampu variasi 4.
7.     Saat Tombol Keypad 7 tampil lampu variasi 5.
8.     Saat Tombol Keypad 8 tampil lampu variasi 6.
9.     Tombol Keypad 9 untuk mematikan lampu.
10.    Model pengontrolan tirai dan lampu dasar panggung pada model ini merupakan bagian sistem yang memanfaatkan penggunaan motor stepper sebagai penggerak.

D.     Flowchart Sistem

Alur kerja program akan  menjelaskan aliran kerja perangkat software dalam mengendalikan kerja hardware, sehingga dapat dikatakan bahwa perangkat software memberikan  peranan yang besar pada sistem, telah dijelaskan sebelumnya bahwa program yang digunakan oleh penulis adalah program ARM NUC120RD2BN dengan metode NUVOTON. Alur kerja alat atau flowchart merupakan bahan acuan bagi penulis didalam proses pembuatan kode-kode program.  Gambar  3.2adalah gambar flowchart sistem.
Gambar 3.2 Flowchart Sistem kartu parkir jurusan menggunakan sensor warna

E.     Pemodelan Sistem Kontrol Tirai dan Lampu dasar panggung dengan Keypad

Pada tahap perancangan rangkaian, proses dimulai dari pemodelan panggung yakni pembuatan kotak dan pemilihan komponen elektronika yang digunakan. Berupa miniatur panggung berukuran 40 cm x 30 cm x 25 cm. Pada model panggung ini terdapat 3 led sebagai lampu pencahayaan atas panggung dan 5 led sebagai lampu pencahayaan dasar panggung. Penggerak tirai ini dirancang dengan menggunakan satu buah motor stepper yang bekerja otomatis berdasarkan tombol keypad ditekan. Dengan memanfaatkan penggunaan keypad untuk membentuk satu sistem kompleks (Identifikasi dan Otomatisasi) diantara keduanya.. Berdasarkan komponen - komponen penyusun model tirai dan lampu dasar panggung maka bagan model panggung dapat digambarkan seperti dibawah ini.
Gambar 3.3 Hasil Perancangan Pemodelan Sistem Kontrol Tirai dan Lampu dasar panggung

IV.     PENGUJIAN DAN ANALISA

A.     Proses Kerja Kontrol Tirai Panggung

Setelah melaksanakan proses pengerjaan alat, dihasilkan dua buah kotak untuk menjalankan alat ini. Kotak yang pertama adalah digunakan sebagai wadah berbagai rangkaian-rangkaian elektronika seperti driver motor stepper serta tempat untuk meletakan mikrokontroler ARM NUC120.

Gambar 3.4 Kotak Pengendali / rangkaian elektronika
Saat tombol 1 pada Keypad di tekan maka tirai panggung membuka.
kemudian, saat tombol 2 pada Keypad ditekan maka tirai panggung tertutup.

B.     Proses Pengujian Tombol Keypad

Pada model panggung ini menggunakan Keypad untuk membuka menutup tirai panggung dan variasi lampu dasar panggung. Tombol Keypad yang digunakan untuk variasi lampu yaitu tombol Keypad 3 – 9. Berikut adalah tampilan lampu variasi saat tombol Keypad ditekan :

1.     Saat Tombol Keypad 3 ditekan tampil lampu variasi 1.
2.     Saat Tombol Keypad 4 ditekan tampil lampu variasi 2.
3.     Saat Tombol Keypad 5 ditekan tampil lampu variasi 3.
4.     Saat Tombol Keypad 6 ditekan tampil lampu variasi 4.
5.     Saat Tombol Keypad 7 ditekan tampil lampu variasi 5.
6.     Saat Tombol Keypad 8 ditekan tampil lampu variasi 6.
7.     Tombol Keypad 9 ditekan untuk mematikan lampu.

V.     SIMPULAN

Berdasarkan perancangan dan pengujian “Model Pengontrol Tirai dan Lampu dasar panggung dengan Keypad menggunakan ARM NUC120”dapat dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Rancang bangun Model Pengontrol Tirai dan Lampu dasar panggung dengan Keypad menggunakan ARM NUC120telah berhasil beroperasi dengan baik.
2. Struktur Rancang bangun dapat dibuat dengan mengkombinasikan    mikrokontroller, keypad dan motor stepper.
3. Struktur mikrokontroller dengan pin yang dapat berfungsi sebagai jalur input/output memudahkan perancangan dan pengolahan data untuk pengendalian sistem secara menyeluruh.

daftar pustaka
[1]     Workshop Indonesia., Training Nuvoton NuMicro, Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2014.
[2]     Bishop,Owen, Dasar-Dasar Elektronika, Jakarta : Erlangga, 2004.
[3]    Dheni Hamdani, Mohammad Iqbal, Skom.,MMSI (2007) “Alat Pembuka Dan Penutup Tirai Otomatis Dengan Mengunakan Sensor Cahaya”.
[4]   Azizah Noor Ahmad, Andhi Darmawan (2011) “Purwarupa Sistem Otomasi Buka Tutup Tirai Berbasis Light Dependent Resistor”.
[5]   Eko Sugiharto, Muhammad Ichsan Ansory, Vinasthika Andewi Hermawati, (2012) “Pengontrol Tirai dengan RF Remote”.



Nama PenulisYan Fauzi Sulistiyo. Penulis dilahirkan di Semarang, tanggal 31 Oktober 1994. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SDN 02-03 Pedurungan Kidul Semarang, SMP 14 Semarang, dan SMK Negeri 7 Semarang. Tahun 2013 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2013 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. 3.32.13.0.20. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa melalui via email:yanfauzi_31@yahoo.com.

Nama PenulisSigit Syoim Purnomo. Penulis dilahirkan di Purbalingga, tanggal 15 Februari 1995. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SDN 02 Pandansari, SMPN 1Bukateja, dan SMAN 1 Bukateja. Tahun 2013 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2013 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. 3.32.13.0.19. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa melalui via email:sigitsyoimpurnomo@gmail.com.

Nama PenulisNuraida Diah Wahyuningtias. Penulis dilahirkan di Semarang pada tanggal 12 Desember 1995. Merupakan anak ketiga dari tiga bersaudara dari Ibu Sri Wahyuni dan Bapak Warido Hartono. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SDN 01 Wancimekar, SMPN 1Jatisari, dan SMKN 1 Cikampek. Tahun 2013 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2013 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. 3.32.13.0.15. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, dapat menghubungi +6285770011531 atau melalui email:nuraidadiah@gmail.com.

Tidak ada komentar :

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar ( Atom )