MODEL
PENGONTROL POSISI X,Y DENGAN KEYPAD MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARM NUC120RD2BN
Farid Aditama Santoso1,
Lutfiana Nurul Huda2,
Muhammad Trigunawan3, 4Samuel
Beta
faridaditamasantoso@yahoo.com.1, lutfiaanahuda@gmail.com2, trigunawan20@gmail.com3, sambetak2@gmail.com4
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 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
[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.
programnya ??
BalasHapus