MODEL PENGONTROL POSISI X,Y DENGAN KEYPAD MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARM NUC120RD2BN

MODEL PENGONTROL POSISI X,Y DENGAN KEYPAD MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARM NUC120RD2BN

Farid Aditama Santoso¹, Lutfiana Nurul Huda², Muhammad Trigunawan³,

⁴Samuel Beta, Dr, Ing.Tech, M.T.

Program Studi Teknik Elektronika, Politeknik Negeri Semarang

Intisari - Pengontrol posisi X,Y dengan keypad merupakan alat untuk menentukan posisi sesuai perintah. 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), saklar batas (limit switch). Fungsi tiap komponen masukan yaitu: (a) papan tombol (keypad) memasukkan data pengesetan posisi, (b) saklar batas (limit switch) menentukan posisi awal. 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: (a) motor langkah (Stepper) untuk pengendali posisi pergerakan, (b) tampilan kristal cair (Liquid Crystal Display/ LCD) digunakan sebagai penampil informasi status posisi yang dicapai.

    
Kata Kunci : ARM NUC120RD2BN, Keypad, LCD (Liquid Crystal Display), Stepper Motor.

Abstract - Controller position X, Y with the keypad is a tool to determine the appropriate position commands. In making this tool uses components that have been divided into three main parts: input, process and output. Component inputs are: keyboard (keypad), the limit switch (limit switch). The function of each component inputs, namely: (a) the keyboard (keypad) to enter data setting position, (b) limit switch (limit switch) determines the starting position. Then in the process or data processing used Microcontroller ARM cortex NUC120RD2BN this type M0 12 MHz, RAM 8KB, 64KB of program memory (APROM), 4KB of data memory (flash data), 45 pin I / O (GPIO), 8-channel ADC 12-bit, 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 of this tool. On the outcomes are: (a) the step motor (stepper) for controlling the position of the movement, (b) liquid crystal display (Liquid Crystal Display / LCD) is used as the viewer position achieved status information.

Keywords: ARM NUC120RD2BN, Papan Tombol, Tampilan Kristal Cair, Motor Langkah.

I.           PENDAHULUAN

1.1     Latar Belakang

Pendidikan kontrol dan kendali berbasis komputer merupakan salah satu materi penting dalam bidang ilmu Teknik Elektro, khususnya Teknik Elektronika. Tentunya, dalam menunjang pembelajaran tersebut diperlukan berbagai alat pendukung. Salah satu alat pendukung tersebut adalah sebuah  modul pembelajaran  pengontrol posisi. Dalam dunia industri pengontrol posisi juga dibutuhkan sebagai alternatif pada proses produksi kerja. Dengan alat ini akan memudahkan pengguna karena prinsisp kerjanya sudah otomatis. Namun, metode yang masih digunakan untuk merespon sebuah sistem tersebut adalah metode ON/OFF. Kelemahan sistem tersebut adalah masih terdapatnya error yang tinggi, sehingga mengakibatkan data yang dihasilkan kurang presisi. Proyek yang dibuat ini dalam bentuk model pengontrol posisi x,y dengan keypad menggunakan motor langkah (Stepper). Model pengontrol posisi ini dirancang sebagai sebuah alat otomatis untuk menentukan sebuah posisi yang ingin dicapai menggunakan sebuah keypad dimana proses untuk mencapai titik yang dituju sesuai dengan yang sudah diprogramkan pada modul ARM.

1.2     Perumusan Masalah

Dari identifikasi yang ada, dapat ditarik beberapa rumusan masalah, yaitu:

a.       Bagaimana mengendalikan motor langkah (Stepper) untuk mengatur posisi suatu objek menggunakan Mikrokontroler ARM NUC120RD2BN?

b.      Bagaimana merancang pengontrol posisi x,y menggunakan papan tombol (keypad) dengan Mikrokontroler ARM NUC120RD2BN?

c.       Bagaimana membuat tampilan data posisi pada tampilan kristal cair (Liquid Crystal Display/ LCD) HD 4470 menggunakan Mikrokontroler ARM NUC120RD2BN?

1.3         Tujuan

a.       Merealisasikan rancangan hardware dan software model pengontrol posisi x, y dengan papan tombol (keypad).

b.      Mengetahui cara kerja model pengontrol posisi berbasis Mikrokontroler ARM NUC120RD2BN.

II.         TINJAUAN PUSTAKA

Untuk mengetahui berbagai komponen dan peralatan yang dibutuhkan, maka disusunlah tinjauan pustaka sebagai acuan dalam merancang dan membuat aplikasi menggunakan mikrokontroler ARM NUC120RD2BN ini.

2.1       Mikrokontroler ARM NUC120RD2BN

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 2.1 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.

2.2        Motor Langkah (Stepper Motor)

2.2.1         Stepper Motor 28BYJ-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

Gambar 2.2 (a) Stepper Motor + Driver

2.2.2         Driver Stepper Motor

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 2.2 (b) 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

Tabel 2.2 Pengendali Motor langkah (Stepper Motor)

2.3       Saklar Batas (Limit Switch)

Limit switch merupakan jenis saklar yang dilengkapi dengan katup yang berfungsi menggantikan tombol. Prinsip kerja limit switch sama seperti saklar Push ON yaitu hanya akan menghubung pada saat katupnya ditekan pada batas penekanan tertentu yang telah ditentukan dan akan memutus saat saat katup tidak ditekan. Limit switch termasuk dalam kategori sensor mekanis yaitu sensor yang akan memberikan perubahan elektrik saat terjadi perubahan mekanik pada sensor tersebut. Penerapan dari limit switch adalah sebagai sensor posisi suatu benda (objek) yang bergerak. Simbol limit switch ditunjukan pada gambar berikut.

Gambar 2.3.1 Simbol Dan Bentuk Limit Switch

Limit switch umumnya digunakan untuk : Memutuskan dan menghubungkan rangkaian menggunakan objek atau benda lain. Menghidupkan daya yang besar, dengan sarana yang kecil. Sebagai sensor posisi atau kondisi suatu objek. Prinsip kerja limit switch diaktifkan dengan penekanan pada tombolnya pada batas/daerah yang telah ditentukan sebelumnya sehingga terjadi pemutusan atau penghubungan rangkaian dari rangkaian tersebut. Limit switch memiliki 2 kontak yaitu NO (Normally Open) dan kontak NC (Normally Close) dimana salah satu kontak akan aktif jika tombolnya tertekan. Konstruksi dan simbol limit switch dapat dilihat seperti gambar di bawah.

Gambar 2.3.2 Kontruksi dan Simbol Limit Switch

2.4        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 2.4 Rangkaian Papan Tombol (Keypad)

Namun demikian, sebagai konsekuensi dari penggunaan bersama satu jalur (semisal baris satu (B1)), maka tidak dimungkinkan pengecekkan dua tombol sekaligus dalam satu slot waktu.

Proses pengecekkan dari tombol yang dirangkai secara maktriks adalah dengan teknik scanning, yaitu proses pengecekkan yang dilakukan dengan cara memberikan umpan-data pada satu bagian dan mengecek feedback (umpan-balik) – nya pada bagian yang lain. Dalam hal ini, pemberian umpan-data dilakukan pada bagian baris dan pengecekkan umpan-balik pada bagian kolom. Pada saat pemberian umpan-data pada satu baris, maka baris yang lain harus dalam kondisi inversi-nya. Tombol yang ditekan dapat diketahui dengan melihat asal data dan di kolom mana data tersebut terdeteksi

2.5           Liquid Crystal Display (LCD)

Suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan di berbagai bidang, misalnya dalam alat-alat elektronik, seperti televisi, kalkulator ataupun layar komputer. Pada Percobaan kali ini adalah dengan menggunakan LCD 16x2 yang artinya LCD tersebut terdiri dari 16 kolom dan 2 baris karakter (tulisan).. 

Gambar 2.5 LCD 16x2

LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik. LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan.

III.      PERANCANGAN ALAT

3.1       Perangkat Keras dan Rangkaian Elektronika

Adapun Alat dan Bahan yang digunakan yaitu:

Alat	Bahan
1.        Bor tangan	1.        Motor Langkah (Stepper) + Driver
2.        Solder	2.        Mikrokontroler ARM NUC 120
3.        Tang Potong	3.        Papan tombol (keypad)
4.        Gergaji	4.        PCB
5.        Kabel USB	5.        Tampilan kristal cair (Liquid Crystal Display/ LCD) 16x2
6.        Alumunium	6.        Saklar batas (Limit Switch)
7.        Akrilik	7.        Tenol
8.        Box/papan (tepat meletakkan alat)	8.        Ampelas
9.        Setrika	9.        Kabel Jumper
10.    Larutan FeCl3	10.    Resistor, kapasitor dll..

3.2           Blok Diagram Hubungan Komponen Utama

Gambar 3.2 Diagram Blok Rangkaian Pengontrol Posisi x, y dengan Keypad

Berikut keterangan singkat dari gambar blok diagram di atas :

1.    Papan tombol (Keypad) untuk mengatur pengesetan posisi.

2.    Saklar batas (Limit Switch) untuk menentukan posisi awal.

3.    Pengontrol (Mikrokontroler ARM NUC120RD2BN) sebagai modul pemrograman untuk menjalankan alat sesuai perintah.

4.    Pengendali motor (Driver motor) untuk mengendalikan gerakan motor.

5.    Motor langkah (Stepper) untuk menggerakkan objek menuju posisi yang dikehendaki.

3.3           Diagram Alir

Gambar 3.3 Flowchart cara kerja rangkaian pengontrol posisi x, y dengan keypad

3.4           Cara Kerja Alat

Alat ini dibuat dengan sistem kerja yaitu  saat masukan papan tombol (keypad) salah satu tombol nomornya ditekan, maka Motor langkah (Stepper) A dan B akan menggerakan objek utama ke posisi nomor yang telah tercetak pada papan sesuai dengan tombol nomor yang ditekan, kemudian pada tampilan kristal cair (Liquid Crystal Display/ LCD) akan menampilkan  informasi status posisi yang dicapai oleh objek.

3.5           Perangkat Lunak

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.

IV.           PENGUJIAN ALAT

4.1  Rangkaian Alat

Tampak Luar dan Tampak Dalam Alat

Tampilan LCD Saat Alat Disimulasikan

4.2  Tabel Input dan Output

INPUT
Komponen	Pin
Papan Tombol	C0,C1,C2,C8,C9,C10
Saklar Batas	B0, B1

OUTPUT
Komponen	Pin
Tampilan kristal cair  16X2	A4,A5,A6,A7
Pengendali motor 1	B10,B11,B12,B13
Pengendali motor 2	B4,B5,B6,B7

4.3     Program

Berdasarkan program yang dibuat, alat sudah dapat berjalan sesuai perintah.

  V.      PENUTUP

5.1       Kesimpulan

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

1.         Apabila salah satu nomor keypad ditekan, maka Motor A dan B akan menggerakan objek utama ke posisi nomor yang telah tercetak pada papan sesuai dengan nomor yang ditekan.

2.         Tombol # digunakan untuk enter (motor jalan)

3.         Tombol 0 digunakan untuk pulang posisi awal (x,y)(0,0)

4.         Tampilan kristal cair (Liquid Crystal Display/ LCD) akan menampilkan  informasi status posisi yang diinginkan serta berisi pesan perintah yang berhubungan dengan papan tombol (keypad).

REFERENSI

[1]   http://www.leselektronika.com/2012/06/liguid-crystal-display-lcd-16-x-2.html

[2]   http://elektronika-dasar.web.id/komponen/limit-switch-dan-saklar-push-on/

[3]   http://www.mikron123.com/index.php/vmchk/Board-Mikrokontroler/DT-ARM-NUC120RD2BN/Detailed-product-flyer.html

[4]  http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/motor-stepper/

[5]   http://elektronika-dasar.web.id/artikel-elektronika/matrix-keypad-4x4-untuk-mikrokontroler/

Nama penulis: Farid Aditama Santoso. Penulis dilahirkan di Semarang tanggal 1 Juli 1994. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK KARTIKA Semarang, SDN JATINGALEH 01-02-03 Semarang, SMPN 17 Semarang, dan SMKN 3 Semarang. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2012 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. 3.32.12.0.06. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 085786354107 atau melalui via email: faridaditamasantoso@yahoo.com.

Nama penulis: Lutfiana Nurul Huda . Penulis dilahirkan di Semarang tanggal 16 November 1994. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK Karangsari 01 Semarang, SD Negeri Karangsari 01 Semarang, SMP Negeri 3 Semarang, dan SMA Islam Sultan Agung 1 Semarang. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2012 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. 3.32.12.0.13. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 085641189099 atau melalui via email: lutfiaanahuda@gmail.com.

Nama penulis: Muhammad Trigunawan. Penulis dilahirkan di Jepara tanggal 01 Januari 1995. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SDN Bategede 01 Jepara, SMPN 1 Gebog Kudus, dan SMAN 2 Kudus. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2012 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. 3.32.12.0.18. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 089670949327 atau melalui via email: trigunawan20@gmail.com.