robot line folower

ROBOT LINE FOLLOWER BERBASIS PID

Abstrak

Robotika merupakan teknologi yang sangat sepat berkembang karena banyak dari para ilmuan yang mengembangkan teknologi robot. Sehingga perubahan bentuk dan pola gerak robot dari zaman ke zaman mengalami banyak perkembangan.

Pelajaran dasar dari dunia robot yang dapat diimplementasikan oleh para pelajar adalah robot line follower atau robot pengikut garis. Perkembangan dari robot line follower ini adalah dengan menambahkan kontrol PID agar pergerakan robot menjadi lebih halus.

Kata Kunci: Robot, Line Follower, PID

I.          Tujuan

1. Untuk memahami konsep dasar PID
2. Untuk mengetahui cara membuat robot line follower berbasis PID
3. Untuk mengetahui prinsip kerja robot line follower berbasis PID

II.       Alat dan Bahan

1.      Minimum Sistem dan Driver

·      ATmega16                                      1 buah

·      Kapasitor 30pF                               2 buah

·      Kapasitor  1µF                                1 buah

·      Resistor 10 KW                              1 buah

·      Resistor Kristal 12,0000 Mhz         1buah

·      Buzzer                                            1 buah

·      Push botton                                                1 buah

·      Regulator 7805                               1 buah

·      Diode IN4001                                13 buah

·      Kapasitor 10001µF                         1 buah

·      Resistor 100W                                2 buah

·      IC 74LS139                                    1 buah

·      Resistor 330W                                9 buah

·      Mosfet IRF 744N                           8 buah

·      Optocoupler PC817                        6 buah

·      Bor                                                  1 buah

·      Solder                                             1 buah

·      Timah                                              secukupnya

·      Motor DC                                       2 buah

·      Kabel jumper                                  secukupnya

·      Baterai lippo                                   2 buah

·      Roda motor                                    2 buah

·      LED                                                1 buah

·      Software CodeVision AVR

·      Downloader

·      Software Express PCB

·      Diplux        

2.      Rangkaian sensor

·    LED

·    Photodioda

·    Resistor

3.      Rangkaian LCD

·    LCD

·    Push button

·    Resistor

III.    Dasar Teori

Robot Line Follower

Robot line follower adalah sebuah robot yang bisa bergerak mengikuti garis tebal berwarna hitam.  Untuk dapat bergerak mengikuti garis hitam, diperlukan sebuah sensor, yaitu sensor proximity. Prinsip kerjanya sederhana, hanya memanfaatkan sifat cahaya yang akan dipantulkan jika mengenai benda berwarna terang dan akan diserap jika mengenai benda berwarna gelap. Sebagai sumber cahaya kita gunakan LED (Light Emiting Diode) yang akan memancarkan cahaya merah dan untuk menangkap pantulan cahaya LED kita gunakan photodiode. Jika sensor berada diatas garis hitam maka photodioda akan menerima sedikit sekali cahaya pantulan. Tetapi jika sensor berada diatas garis putih maka photodioda akan menerima banyak cahaya pantulan.

Gambar 3.1 Sensor yang digunakan pada robot line follower

PID

PID (Proportional–Integral–Derivative controller) merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut.

Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu Proportional, Integratif dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu plant.

1.      Kontrol Proporsional

Kontrol P jika G(s) = kp, dengan k adalah konstanta. Jika u = G(s) • e maka u = Kp • e dengan Kp adalah Konstanta Proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time.

2.      Kontrol Integratif

Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai    dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari persamaan di atas, G(s) dapat dinyatakan sebagai  Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde sistem

3.      Kontrol Derivatif

Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai  Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks "kecepatan" atau rate dari error. Dengan sifat ini ia dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiri.

IV.        Gambar dan Penjelasan Rangkaian

1.    Minimum System Mikrokontroler ATMega 16

Perangkat Keras pada line follower berbasis PID ini menggunakan mikrokontroler ATMega16 sebagai pengendali utama. Mikrokontroler ATMega16 mempunyai 40 pin dengan 32 I/O. Mikrokontroler ATMega16 membutuhkan sistem minimum yang terdiri dari kristal dan kapasitor agar dapat dioperasikan.

Gambar 4.1 Rangkaian Minimum Sistem

Rangkaian minimum sistem ini menggunakan oscillator 12,0000 Mhz dan dua buah kapasitor 30pF serta rangkaian untuk me-reset dengan resistor 10 KW dan kapasitor 1uF. Terdapat 4 port I/O, namun tidak semua port digunakan dalam alat ini. Berikut ini adalah tabel penjelasan kegunaan port I/O dalam peran­cangan. Tabel 3.1 menjelaskan jumlah kebutuhan port I/O dan tabel 3.2 adalah port mikrokontroler yang digunakan.

Tabel 3.1 Kebutuhan Port I/O Mikrokontroler

Definisi Kebutuhan  Port I/O Mikrokontroler
Input	Output
Sensor 8 buah	Driver motor kanan
Tombol 4 buah setting	Driver motor kiri
	LCD
	Buzzer

Tabel 3.2 Penggunaan Port I/O Mikrokontroler

Data Penggunaan Port I/O Mikrokontroler
Input (Port B)	Output (Port C dan Port A)
PA.0 sampai PA.7 untuk sensor	PD.0 sampai PD.2 driver kanan
PB.3 sampai PB.6 untuk tombol setting	PD.3 sampai PD.5 driver kiri
	PC.0 sampai PC.7 untuk LCD
	PB.0 untuk buzzer

2.             Rangkaian Kontrol (Driver)

Driver pada line follower berbasis PID ini menggunakan optocoupler dan IC 74LS139 sebagai multiplekser. Tujuan pemasangan multiplekser ini adalah untuk mengamankan rangkaian H-bridge seandainya terjadi kegagalan program. Jika terjadi kegagalan program, maka H-bridge sebagai pengendali utama tidak akan terbakar karena tidak akan ada arus yang bisa melewati 74LS139. Gambar 4.2 menunjukkan gambar rangkaian driver.

Gambar 4.2 Driver line follower berbasis PID

3.      Rangkaian Sensor

Sensor yang digunakan pada robot line follower ini adalah sensor photo dioda dan LED sebagai sumber cahayanya. Pada saat LED terkena media yang berwarna hitam, maka cahaya akan terserap oleh media tersebut dan photodioda tidak menangkap cahaya yang menyebabkan resistansi photodioda menjadi tetap, dan pada saat LED terkena media yang berwarna putih maka cahaya yang dihasilkan oleh LED tersebut akan memantul dan diserap oleh photodioda dan menyebabkan resistansi photodioda menjadi mengecil.

Gambar 4.3 Cara Kerja Sensor

Gambar 4.4 Rangkaian Sensor

4.      Rangkaian LCD

LCD berfungsi sebagai media panmpil untuk menyeting robot line follower. Dibawah ini merupakan gambar dari rangkaian LCD

Gambar 4.5 Rangkaian LCD

V.           Langkah Kerja

1.      Menyiapkan alat dan bahan

2.      Membuat rangkaian minimum sistem, rangkaian driver, rangkaian sensor dan rangkaian LCD pada papan PCB dengan bentuk sesuai dengan bodi robot yang diinginkan, memasang motor dan roda pada bodi robot.

3.      Mengebor pada titik-titik kaki komponen

4.      Memasang komponen-komponen pada tiap rangkaian dan menyoldernya

5.      Mengecek apakah rangkaian-rangkaian tersebut dapat berfungsi

6.      Mendownload program ke dalam mikrokontroler

7.      Menggabungkan keempat rangkaian tersebut hingga menjadi satu kesatuan.

8.      Melakukan trial pada robot line follower

9.      Membuat laporan

VI.                     Hasil

1.      Memilih “Menu” dengan menekan tombol di bawah Menu

2.      Melakukan scan garis dan memilih “OK” dengan menekan tombol di bawah “OK”

3.      Mengatur kecepatan yang diinginkan pada robot dengan menambah (+) atau mengurangi (-), lalu menekan “next”

4.      Mengatur Kp yang diinginkan pada robot dengan menambah (+) atau mengurangi (-), lalu menekan “next”

5.      Mengatur Kd yang diinginkan pada robot dengan menambah (+) atau mengurangi (-), lalu menekan “next”

6.      Mengatur Ki yang diinginkan pada robot dengan menambah (+) atau mengurangi (-), lalu menekan “next”

7.      Kemudian mengatur rem, dimana rem disini diatur 10ms, lalu tekan “Save”

8.      Pengaturan telah tersimpan

9.      Menjalankan robot dengan menekan tombol “GO”

VII.          Hasil Percobaan

·      Rangkaian Minimum Sistem

·      Rangkaian LCD

·    Rangkaian Sensor

·  Mekanik dan Body

·      Robot Line Follower

VIII.       Pembahasan

Robot line follower yang kami buat menggunakan baterai dengan tegangan DC 12v yang kemudian dikonversikan oleh IC regulator LM 7805 untuk menghasilkan tegangan 5v agar sesuai dengan kebutuhan mikrokontroler. Tegangan 5v tadi berfungsi untuk mengaktifkan motor driver, komparator, sensor, dan mikrokontroler. Sensor yang digunakan pada robot line follower ini adalah sensor garis yang terdiri dari photodioda dan LED yang berguna untuk mengatur jalannya robot agar dapat mengukuti garis yang telah dibuat. Saat cahaya LED mengenai media yang berwarna gelap maka photodioda tidak menerima cahaya karena cahaya yang dipancarkan oleh LED tadi telah terserap oleh media yang berwarna hitam sehingga menyebabkan resistansi pada photodioda tetap besar. Sedangkan pada saat LED mengenai media yang berwarna putih maka cahaya akan dipantulkan oleh media putih tersebut dan diserap oleh photodioda yang menyebabkan resistansi pada photdioda mengecil. Pada saat resistansi pada photodioda besar, maka tegangan pada photodioda pun kecil, dan pada saat resistansi pada photodioda kecil, maka tegangan pada photdioda pun besar. Tegangan yang dihasilkan tadi akan masuk ke komparator yang berfungsi untuk membandingkan tegangan photodioda dengan tegangan referensi. Jika tegangan photodioda lebih besar dari tegangan referensi, maka keluaran dari rangkaian komparator akan berlogika high (1), sedangkan jika tegangan pada photodioda lebih kecil dari tegangan referensi maka keluaran dari rangkaian komparator akan berlogika low (0). Kemudian keluaran dari komparator akan masuk ke dalam mikrokontroler. Masukan pada robot ini berupa aktif low (0), karena pada program masukan dari blog input  diinisialisasikan sebagai aktif low. Jadi robot akan bergerak jika sensor terkena garis warna hitam.

 Berikut ini adalah gambar blok diagram pergerakan line follower berbasis PID,

 

Atur Speed

Motor DC

Driver

                                                                                                        

	Atur KP KI KD

 

                                 Gambar 8.1  Diagram Blok Sistem

            Pada diagramblog tersebut ditunjukkan bahwa terdapat empat buah inputan yang masuk ke dalam IC ATMega 16. Input yang pertama adalah sensor yang masuk ke ADC mikrokonkroler berupa 8 buah sensor. Kemudian kalibrasi dilakukan secara otomatis dan disimpan pada memori mikrokontroler. Input ketiga adalah pengaturan kecepatan yang berfungsi sebagai kecepatan tetap robot dan tersimpan dalam mikrokontroler. Input yang keempat adalah pengaturan K_P, K_I, dan K_D yang berfungsi untuk menentukan nilai kontrol proporsional, integral, dan derivatif dan tersimpan pada mikrokontroler. Proses pengaturan tersebut tertampil pada layar LCD dengan karakter 16x2. Lalu tombol start untuk menyalakan robot line follower.

Berikut ini merupakan flow chart dari line follower berbasis PID.

 

             Gambar 8.2 Flowchart line follower berbasis PID

           

Ketika robot dinyalakan untuk pertama kali, sistem akan mendeteksi apakah robot akan diatur ulang melalui menu atau langsung distart. Jika robot diatur maka akan ke menu atur speed untuk mengatur kecepatan robot. Setelah pengaturan speed  lalu akan masuk ke menu pengaturan K_P, jika sudah selesai maka akan masuk ke menu pengaturan K_D, jika telah selesai maka akan masuk ke pengaturan K_I. Setelah semua selesai diatur maka data akan tersimpan di memori mikrokontroler dan robot dapat dijalankan.

IX.                      Kesimpulan

·         Robor line follower berjalan mengikuti lintasan garis yang telah dibuat

·         Untuk memudahkan pengaturan pada robot maka digunakan LCD 16x2

·         Kontrol PID berfungsi untuk menghaluskan pergerakan robot.

X.                Daftar Pustaka

·         http://www.robotics.its.ac.id/membuat-robot-line-follower.html

·         http://arifelektro08spektrum.blogspot.com/2012/01/cara-membuat-robot-line-followers.html

·         http://id.wikipedia.org/wiki/PID

·         http://fahmizaleeits.wordpress.com/tag/desain-line-follower-analog/

·         Arisandi. 2013. Pengembangan Trainer Pergerakan Line Follower Berbasis PID Untuk Pembelajaran Sistem Kendali Jurusan Teknik Elektro Universitas Negeri Malang dengan Bahasan Kontrol PID.