Robot Avoider Menggunakan Sensor Ultrasonik Berbasis Arduino Uno

Robot Avoider menggunakan sensor Ultrasonik berbasis Arduino Uno

Amelinda Azalia Savira¹ , Galang Tasrul A’lam² , Muhammad Abdul Hafizh Al-Mu’tashim³ , Una Windi Antika⁴ , Samuel BETA Kuntarjo⁵

Email : viraamelinda@gmail.com ¹, galangtasrul@gmail.com ² , abdulhafizh05@gmail.com ³ , tycha.una15@gmail.com ⁴, sambetak2@gmail.com  ⁵

Jurusan Teknik Elektro, Program Studi D3 Teknik Elektronika

Politeknik Negeri Semarang

Jln. Prof. H. Sudarto, S. H., Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia. 50275.

Telp. (024)7473417, website : www.polines.ac.id,

Email : sekretariat@polines.ac.id

Abstract-Today, much children's toys are played for motor performance and entertaining, for example are cars that can run on their own using batteries but these toy cars have the disadvantage of being easily damaged because they often crash into the walls of the house when played. Therefore, the robot avoider was made by equipped with 3 ultrasonic HC-SR04 sensors on the front of the robot that is the right side of the front and left side and processed with an Arduino Uno microcontroller which then produces a DC motor output.

Intisari- Pada masa sekarang semakin banyak mainan anak-anak yang dimainkan untuk kinerja motorik serta menghibur sebagai contoh adalah mobil-mobilan yang dapat berjalan sendiri dengan menggunakan baterai namun mainan mobil-mobilan tersebut mempunyai kekurangan salah satunya mudah rusak karena seringnya menabrak pada dinding rumah saat dimainkan. Maka dari itu dibuatlah robot avoider dengan dilengkapi 3 sensor ultrasonic HC-SR04 dibagian depan robot yaitu bagian sisi kanan sisi depan dan sisi kiri  dan diproses dengan mikrokontroler Arduino Uno yang kemudian menghasilkan keluaran motor DC.

Kata kunci : Sensor Ultrasonic HC-SR04, mikrokontroler Arduino Uno, motor DC.

I. PENDAHULUAN

Pada zaman sekarang banyak nya kemajuan teknologi yang salah satunya di dunia mainan anak-anak. Banyak nya tingkat kerusakan mainan pada anak-anak terutama pada robot mobil-mobilan karena tidak adanya sensor untuk mendeteksi jarak benda yang berada di robot tersebut. Oleh karena itu dilakukan perancangan robot avoider yang dapat menghindari penghalang yang berada disekitarnya. Tujuan utama pembuatan ini adalah merancang suatu robot yang memiliki kemampuan untuk menghindari segala rintangan dilintasan yang dilaluinya. Robot avoider ini dibuat dengan modul mikrokontroler Arduino Uno dan sensor ultrasonik untuk bagian depan, sisi kanan dan kirinya. Sensor ultrasonik ini difungsikan untuk mendeteksi jarak benda di depannya sehingga robot tersebut dapat mencari jalan yang tidak terdapat halang rintang atau benda yang berada di depannya.

II.  TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sensor Ultrasonik HC-SR04

Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara kerja sensor ini didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat dipakai untuk menafsirkan eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi tertentu. Disebut sebagai sensor ultrasonik karena sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik).

Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi sangat tinggi yaitu 20.000 Hz. Secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:

• Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi tertentu dan dengan durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz. Untuk mengukur jarak benda (sensor jarak), frekuensi yang umum digunakan adalah 40kHz.

• Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu benda, maka sinyal tersebut akan dipantulkan oleh benda tersebut.

• Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jarak benda tersebut. Jarak benda dihitung berdasarkan rumus :

S = 340.t/2

dimana S merupakan jarak antara sensor ultrasonik dengan benda (bidang pantul), dan t adalah selisih antara waktu pemancaran gelombang oleh transmitter dan waktu ketika gelombang pantul diterima receiver.

Sensor ultrasonic hcsr-04 merupakan sensor ultrasonik siap pakai, satu alat yang berfungsi sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4 pin, pin Vcc, Gnd, Trigger, dan Echo. Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd untuk ground-nya. Pin Trigger untuk trigger keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari benda.

Gambar 2.1 Sensor Ultrasonik HC-SR04

Cara menggunakan alat ini yaitu: ketika kita memberikan tegangan positif pada pin Trigger selama 10uS, maka sensor akan mengirimkan 8 step sinyal ultrasonik dengan frekuensi 40kHz. Selanjutnya, sinyal akan diterima pada pin Echo. Untuk mengukur jarak benda yang memantulkan sinyal tersebut, maka selisih waktu ketika mengirim dan menerima sinyal digunakan untuk menentukan jarak benda tersebut. Rumus untuk menghitungnya sudah saya sampaikan di atas. Berikut adalah visualisasi dari sinyal yang dikirimkan oleh sensor HC-SR04

Gambar 2.1.1 Pewaktu pada sensor HC-SR04

2.2 Arduino Uno

Arduino UNO adalah board mikrokontroler berbasisATmega328. Uno memiliki 14 pin digital input / output(dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 inputanalog, resonator keramik 16 MHz, koneksi USB, jacklistrik, header ICSP, dan tombol reset. Unodibangun berdasarkan apa yang diperlukan untukmendukung mikrokontroler, sumber daya biasmenggunakan power USB (jika terhubung ke computerdengan kabel USB) dan juga dengan adaptor atau baterai.

Untuk memahami Arduino,terlebih dahulu kita harus memahamiterlebih dahulu apa yang dimaksuddengan physical computing. Physicalcomputing adalah membuat sebuahsistem atau perangkat fisik denganmenggunakan perangkat lunak  dan perangkat kerasyang sifatnya interaktif yaitu dapatmenerima rangsangan dari lingkungandan merespon balik[2].Fasilitas komunikasi arduino uno meliputi komunikasi antara arduino uno dengan komputer, arduino uno dengan arduino yang lain dan arduino uno dengan mikrokontroller yang lain [3]. 

Gambar 2.2 Arduino Uno

Spesifikasi       :

Microcontroller	ATmega328
Operating Voltage	5V
Input Voltage (recommended)	7-12V
Input Voltage (limits)	6-20V
Digital I/O Pins	14 (of which 6 provide PWM output)
Analog Input Pins	6
DC Current per I/O Pin	40 mA
DC Current for 3.3V Pin	50 mA
Flash Memory	32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader
SRAM	2 KB (ATmega328)
EEPROM	1 KB (ATmega328)
Clock Speed	16 MHz
Length	68.6 mm
Width	53.4 mm
Weight

2.3 Driver Motor L298

L298 adalah jenis IC driver motor yang dapat mengendalikan arah putaran dan kecepatan motor DC ataupun Motor stepper. Mampu mengeluarkan output tegangan untuk Motor dc dan motor stepper sebesar 50 volt. IC l298 terdiri dari transistor-transistor logik (TTL) dengan gerbang nand yang memudahkan dalam menentukkan arah putaran suatu motor dc dan motor stepper. Dapat mengendalikan 2 untuk motor dc namun pada hanya dapat mengendalikan 1 motor stepper. Penggunaannya paling sering untuk robot line follower. Bentuknya yang kecil memungkinkan dapat meminimalkan pembuatan robot line follower.

Gambar 2.3 Driver Motor L298

2.4 Motor DC

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.

Motor Listrik DC atau DC Motor ini menghasilkan sejumlah putaran per menit atau biasanya dikenal dengan istilah RPM (Revolutions per minute) dan dapat dibuat berputar searah jarum jam maupun berlawanan arah jarum jam apabila polaritas listrik yang diberikan pada Motor DC tersebut dibalikan. Motor Listrik DC tersedia dalam berbagai ukuran rpm dan bentuk. Kebanyakan Motor Listrik DC memberikan kecepatan rotasi  sekitar 3000 rpm hingga 8000 rpm dengan tegangan operasional dari 1,5V hingga 24V. Apabile tegangan yang diberikan ke Motor Listrik DC lebih rendah dari tegangan operasionalnya maka akan dapat memperlambat rotasi motor DC tersebut sedangkan tegangan yang lebih tinggi dari tegangan operasional akan membuat rotasi motor DC menjadi lebih cepat. Namun ketika tegangan yang diberikan ke Motor DC tersebut turun menjadi dibawah 50% dari tegangan operasional yang ditentukan maka Motor DC tersebut tidak dapat berputar atau terhenti. Sebaliknya, jika tegangan yang diberikan ke Motor DC tersebut lebih tinggi sekitar 30% dari tegangan operasional yang ditentukan, maka motor DC tersebut akan menjadi sangat panas dan akhirnya akan menjadi rusak.

Pada saat Motor listrik DC berputar tanpa beban, hanya sedikit arus listrik atau daya yang digunakannya, namun pada saat diberikan beban, jumlah arus yang digunakan akan meningkat hingga ratusan persen bahkan hingga 1000% atau lebih (tergantung jenis beban yang diberikan). Oleh karena itu, produsen Motor DC biasanya akan mencantumkan Stall Current pada Motor DC. Stall Current adalah arus pada saat poros motor berhenti karena mengalami beban maksimal.

Gambar 2.4 Motor DC

2.5 Baterai 9 Volt

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana.

Setiap Baterai terdiri dari Terminal Positif( Katoda) dan Terminal Negatif (Anoda) serta Elektrolit yang berfungsi sebagai penghantar. Output Arus Listrik dari Baterai adalah Arus Searah atau disebut juga dengan Arus DC (Direct Current). Pada umumnya, Baterai terdiri dari 2 Jenis utama yakni Baterai Primer yang hanya dapat sekali pakai (single use battery) dan Baterai Sekunder yang dapat diisi ulang (rechargeable battery).

III.  PERANCANGAN ALAT

1. Perangkat Keras dan Rangakaian Elektronika

    a. Arduino Uno (1)

          b. Sensor Ultrasonic HC-SR04 (3)

          c. Motor DC (4)

          d. Driver Motor L298N (1)

2. Blok Diagram

Gambar 3.2 Blok Diagram

3. Diagram Alir

Gambar 3.3 Diagram Alir

        4. Gambar Skematik

Gambar 3.4 Rangkaian Skematik

       5. Rangkaian Pengawatan

Gambar 3.5 Rangkaian Pengawatan

IV. PENGUJIAN ALAT

Pengujian ini bertujuan untuk mengecek fungsi kerja alat sesuai yang dikehendaki atau tidak. Mulai dari pengecekan kepekaan sampai dengan fungsi  komponen yang digunakan diantara nya sensor ultrasonic HC-SR04, program pada Arduino Uno dan motor Dc dengan menguji menjalankan robot avoider dengan dilengkapi halang rintang yang berupa kaca cermin untuk menguji kepekaan sensor apakah sensor ultrasonic HC-SR04 dapat menembus kaca cermin atau tidak? Ternyata pada sensor ultrasonic HC-SR04 tidak dapat menembus kaca seingga saat sensor ultrasonic HC-SR04 mendeteksi halang rintang berupa kaca cermin robot avoider tersebut akan mundur atau berjalan ke kanan atau ke kiri untuk mencari jalan yang tidak ada halang rintang nya.

Gambar 4.1 Robot Avoider Tampak Samping

V.  KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan dan uji coba robot avoider halang rintang. Maka diambil kesimpulan bahwa dengan di aplikasikannya robot ini sangat membantu meminimalisir kerusakan pada mainan anak khusus nya mobil-mobilan karena robot avoider ini sudah dilengkapi sensor ultrasonic HC-SR04 yang mempunyai fungsi mendeteksi halang rintang yang berada di depannya sehingga mainan mobil-mobilan pun tidak mudah terbentur sehingga rentan rusak.

VI. SARAN

Dari hasil robot avoider yang kami buat, pembaca dapat mengembangkan robot tersebut dengan menggunakan baterai yang dapat diisi ulang agar baterai dapat bertahan lama dan robot dapat bekrja maksimal.

DAFTAR PUSTAKA

[1] https://ndoware.com/apa-itu-arduino-uno.html
[2] https://www.elangsakti.com/2015/05/sensor-ultrasonik.html
[3] https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/arduino-dc-motor-control-tutorial-l298n-pwm-h-bridge/

LAMPIRAN

1. Diagram Alir, Klik disini.
2. Diagram Blok, Klik disini.
3. Rangkaian Pengawatan, Klik disini.
4. Skema Rangkaian, Klik disini.
5. Jurnal, Klik disini.
6. Presentasi, Klik disini.
7. Program (C File Source), Klik disini.

BIODATA PENULIS

Galang Tasrul A'lam. Penulis lahir di Blora, 10 Februari 1999. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri 14 Cepu, SMP Negeri  3 Cepu, dan SMA Negeri 1 Cepu. Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.17.0.11.

Apabila terdapat kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui Email : galangtasrul@gmail.com

Amelinda Azalia Savira. Penulis lahir di Semarang, 4 Januari 2000. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SMA Hidayatullah Semarang. Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.17.0.03.

Apabila terdapat kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui Email : viraamelinda@gmail.com

Muhammad Abdulhafizh Al-Mut'ashim. Penulis lahir di Kudus, 5 Juli 1996. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SMK Muhammadiyah 02 Semarang. Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.17.0.16.

Apabila terdapat kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui Email : abdulhafizh05@gmail.com

Una Windi Antika. Penulis lahir di  Kab. Semarang, 15 September 1999. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SMA Negeri 7 Semarang. Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.17.0.23.

Apabila terdapat kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui Email :  tycha.una15@gmail.com