PENGENDALI PINTU GERBANG MENGGUNAKAN BLUETOOTH BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8

PENGENDALI PINTU GERBANG MENGGUNAKAN

BLUETOOTH BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA 8

Tujuan

Tujuan membuat “pengendali pintu gerbang menggunakan bluetooth berbasis mikrokontroler ATmega 8” adalah untuk merealisasikan perancangan hardware, software dan mengetahui unjuk kerja pengendali pintu gerbang. Prinsip kerja pengendali pintu gerbang menggunakan bluetooth berbasis mikrokontroler ATmega 8 yaitu pengiriman kode karakter melalui bluetooth kemudian diproses pada mikrokontroler menjadi bentuk keputusan, selanjutnya dari energy listrik diubah menjadi gerakan mekanis pada motor servo. Adapun metode yang digunakan pada pembuatan alat ini adalah metode eksperimental, dengang metode ini didapat teknik perancangan yang terdiri dari (1) Identifikasi kebutuhan yaitu mengenali kebutuhan apa saja yang dibutuhkan pada pembuatan alat. (2) Analisis kebutuhan yaitu menganalisa semua kebutuhan pada alat sebelum proses perancangan alat, (3) Perancangan perangkat keras dan perangkat lunak yaitu merancang dan mempersiapkan bahan apa saja yang digunakan untuk membuat alat (4) Pembuatan alat yaitu proses penyatuan semua bahan hingga membentuk alat dan (5) Pengujian alat yaitu menguji kinerja alat.

Perangkat keras (hardware) yang digunakan adalah smartphone sebagai pembangkit kode karakter kemudian diteruskan melalui modul bluetooth menuju mikrokontroler untuk diproses menjadi keputusan yang diterima oleh motor servo untuk diubah menjadi gerakan mekanis yang menggerakan pintu gerbang. Perangkat lunak yang digunakan yaitu Arduino, Amarino dan Eagle. Dengan menggunakan pemrograman yang terdapat pada Arduino berupa Program inisialilasi, program setup, program scanning dan program masukan. Alat ini sudah dapat bekerja sesuai perintah. Hal ini ditunjukan pada pintu gerbang sudah dapat dikendalikan dari jarak tertentu. Pintu gerbang dapat membuka dan menutup sesuai dengan instruksi yang diberikan. Daun pintu gerbang bergerak setengah melingkar atau membentuk sudut 90° dari sumbunya. Pengunci sudah dapat mengunci secara otomatis, dan password sudah dapat berfungsi dengan baikKata Kunci : ATmega 8, Smartphone, Bluetooth csr bc417143, Motor Servo

Pendahuluan

Manusia selalu berusaha untuk menciptakan sesuatu yang dapat meringankan aktifitasnya dengan memanfaatkan teknologi. Karena dengan teknologi menjadikan segala sesuatu yang dilakukan menjadi lebih mudah. Hal ini yang mendorong perkembangan teknologi yang telah banyak menghasilkan alat sebagai piranti untuk mempermudah kegiatan manusia bahkan menggantikan peran manusia dalam suatu fungsi tertentu.

Adanya teknologi yang berkembang saat ini membuat manusia ingin melakukan sesuatunya dengan mudah, salah satunya yaitu dalam hal membuka dan menutup pintu gerbang. Saat ini membuka dan menutup pintu gerbang masih menggunakan cara manual, dengan cara manual tentu masih memerlukan usaha secara lebih untuk melakukanya.

Disamping itu dari segi keamanan pintu gerbang manual juga masih menggunakan metode konvensional yaitu menggunakan slot pengunci atau kunci gembok sebagai penguncinya. Hal ini tentu kurang efektif mengingat semakin tingginya kejahatan berupa pencurian atau perampokan. Sekarang ini para pelaku kejahatan tidak hanya mengincar orang-orang yang lengah dijalanan, namun sudah banyak yang nekad sampai ke rumahrumah untuk melakukan pencurian atau bahkan perampokan. Para pelaku kejahatan dapat dengan mudah merusak kunci gembok atau slot pengunci sehingga dapat dengan leluasa mengambil apa yang mereka ingingkan. Oleh karena itu dibutuhkan model pengaman pintu gerbang yang kuat dan mampu dioperasikan dengan mudah atau setidaknya mampu menutupi aspek kekurangan pada pintu gerbang manual.

Melihat faktor-faktor yang telah dijabarkan sebelumnya maka dapat ditarik beberapa rumusan masalah, yaitu (1) Bagaimana merancang hardware pengendali pintu gerbang menggunakan Bluetooth berbasis mikrokontroler ATmega 8?; (2) Bagaimana merancang software pengendali pintu gerbang menggunakan Bluetooth berbasis mikrokontroler ATmega8?; (3) Bagaimana unjuk kerja pengendali pintu gerbang menggunakan Bluetooth berbasis mikrokontroler ATmega8?, maka dari itu perlunya dibuat pengendali pintu gerbang menggunakan bluetooth berbasis mirkokontroler ATmega8 sebagai bentuk implementasinya.

            Pintu gerbang adalah pintu yang terletak diposisi paling depan dari sebuah bangunan, pintu ini berfungsi sebagai penghubung antara bangunan dengan jalan. Selain sebagai penghubung pintu gerbang juga berfungsi sebagai pengaman halaman dan rumah kita. Pintu itu digunakan untuk jalan keluar masuk baik manusia maupun kendaraan.

            Smartphone (telepon cerdas) adalah telepon genggam yang mempunyai kemampuan tingkat tinggi, kadang-kadang dengan fungsi yang menyerupai komputer. Belum ada standar pabrik yang menentukan arti telepon cerdas. Bagi beberapa orang, telepon pintar merupakan telepon yang bekerja menggunakan seluruh perangkat lunak sistem operasi yang menyediakan hubungan standar dan mendasar bagi pengembang aplikasi. Bagi yang lainnya, telepon cerdas hanyalah merupakan sebuah telepon yang menyajikan fitur canggih seperti surel (surat elektronik), internet dan kemampuan membaca buku elektronik (e-book) atau terdapat papan ketik (baik sebagaimana jadi maupun dihubung keluar) dan penyambung VGA. Dengan kata lain, telepon cerdas merupakan komputer kecil yang mempunyai kemampuan sebuah telepon.

            Bluetooth merupakan sebuah teknologi komunikasi wireless yang beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 GHz unlicensed ISM  (Industrial, Scientific and Medical) dengan menggunakan sebuah frequency hopping tranceiver yang mampu menyediakan layanan komunikasi data dan suara secara real-time antara hosthost bluetooth dengan jarak jangkauan layanan sekitar 10meter.

            Mikrokontroler adalah suatu alat, komponen pengontrol atau pengendali yang berukuran kecil (mikro). Mikrokontroler merupakan komputer di dalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiah bisa disebut pengendali kecil sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi atau diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler.

Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem closed feedback di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor.

            Solenoid adalah aktuator mampu gerakan linier. Solenoid dapat elektromekanis (AC / DC), hidrolik, pneumatik atau didorong semua operasi pada prinsip-prinsip dasar yang sama. Dengan memberikan sumber tegangan maka solenoid dapat menghasilkan gaya yang linier. Contohnya untuk menekan tombol, memukul tombol pada piano, operator katup, dan bahkan untuk robot melompat.

Power supply adalah perangkat keras yang berfungsi untuk menyuplai tegangan langsung kekomponen dalam casing yang membutuhkan tegangan, misalnya mikrokontrloer, modul bluetooth, motor servo, solenoid dll. Input power supply berupa arus bolak-balik (AC) sehingga power supply harus mengubah tegangan AC menjadi DC (arus searah), karena pengendali pintu

gerbang hanya bekerja pada arus searah.

            Arduino adalah multi platform open source software. Arduino tidak membuat bahasa pemrograman khusus, melainkan menggunakan Bahasa C yang sudah ada, lebih tepatnya adalah

bahasa C yang menggunakan compiler AVR-GCC (AVR – GNU C-Compiler). Bahasa C adalah bahasa yang sangat lazim dipakai sejak awal-awal komputer diciptakan dan sangat berperan dalam perkembangan software. Bahasa C telah membuat bermacam macam sistem operasi dan compiler untuk banyak bahasa pemrograman – misalnya sistem operasi Unix, Linux, dan sebagainya. Bahasa C juga biasanya diajarkan di akademi dan perguruan tinggi selain bahasa pemrograman Basic atau Pascal. (Agfianto : 2012)

Amarino adalah program apliaksi yang digunakan pada smartphone sebagai command pembuat perintah/input yang terinstal pada smartphone. Pada alat ini menggunakan amarino 2.0 .apk. Amarino sudah dapat berfungsi dengan baik dibuktikan dengan alat yang mampu beroperasi sesuai program.

Konsep Rancangan

Rancangan ini merupakan rancang bangun yang bertujujan untuk mendapatkan rancangan atau prototipe pengendali pintu gerbang dan mengetahui kelayakan prototipe ini. Pengendali pintu gerbang dirancang melalui tahapan : analisis kebutuhan, desain blok diagram pengendali pintu gerbang dan pengujian.

Desain diagram blok pengendali pintu gerbang terdiri dari blok input disini menggunakan smartphone android yang dilengkapi fitur Bluetooth yang sudah terinstal aplikasi amarino,

smartphone android ini digunakan untuk mengirimkan perintah untuk membuka dan menutup gerbang yang kemudian dikirim melalui Bluetooth ke modul Bluetooth yang ada pada system mikrokontroler. Mikrokontroler ATmega 8 Sistem kontrol yang digunakan adalah sistem mikrokontroler ATmega 8 dengan rancang bangun yang disesuaikan agar sesuai dengan modul

bluetooth yang digunakan.

Program utama yang digunakan pada pengendali pintu

gerbang

#include <Servo.h>

Servo motorkanan;

Servo motorkiri;

void setup()

{

motorkanan.attach(9);

motorkiri.attach(10);

Serial.begin(9600);

pinMode(12, OUTPUT);

pinMode(13, OUTPUT);

pinMode(8, OUTPUT);

}

void loop()

{

char val;

while(1)

{

val = Serial.read();

if(val!=-1)

{

switch(val)

{

case'o':

digitalWrite(13, HIGH);

digitalWrite(12, LOW);

digitalWrite(8, HIGH);

delay(1000);

motorkanan.write(0); motorkiri.write(180);

break;

case'c':

digitalWrite(13, LOW);

digitalWrite(12, HIGH);

motorkanan.write(125);

motorkiri.write(70);

delay(1000);

digitalWrite(8, LOW);

break;

}}}

Pengujian pada pengendali pintu gerbang menggunakan Bluetooth berbasis mikrokontroler ATmega8 ini dilakukan dengan pengamatan pada unjuk kerja komunikasi bluetooth, pengujian alat dilakukan untuk mendapatkan data penelitian.

Dalam pengujian alat ini dilakukan dengan dua pengujian, yaitu :

1. Uji fungsional

Pengujian ini dilakukan dengan cara menguji setiap bagian alat berdasarkan karakteristik dan fungsi masingmasing. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah setiap bagian dari perangkat telah bekerja sesuai dengan fungsi dan keinginan.

2. Uji unjuk kerja

Pengujian unjuk kerja alat dilakukan dengan cara melihat unjuk kerja alat. Hal-hal yang perlu diamati antara lain : jarak transmisi bluetooth, dan pengujian listing program. Dari pengujian ini akan diketahui kinerja dari pengendali pintu gerbang.

Hasil dan Pembahasan

Tujuan dari pengujian adalah untuk mengetahui kinerja alat.

Hasil Pengujian

1. Pengujian Jarak Transmisi (Transmission distance)

a) Free Space

Pengukuran jarak transmisi bertujuan untuk mengetahui seberapa jauh bluetooth dapat berhubungan dan mampu membawa perintah dari smartphone ke mikrokontroler. Pada saat yang bersamaan pengukuran waktu eksekusi dilakukan dengan menggunakan stopwatch.

Tabel 1. Pengujian jarak transmisi Free Space (Transmision Distance)

b) Indoor (banyak benda disekitar alat)

Tabel 2. Pengujian jarak transmisi Free Space (Transmision Distance) Indoor banyak benda disekitar alat

1. Perangkat keras (Hardware)

a) Power Supply

Power supply adalah sumber daya yang digunakan untuk memasok tegangan pada semua komponenyang terdapat pada alat. Power supply disini terdiri dari trafo, diode, kapasitor dan regulator 7805. Power supply pada alat ini menghasilkan tegangan 5 Volt. Dengan tegangan tersebut sudah bisa memasok semua komponen yang digunakan pada alat.

b) Smartphone Android dan Bluetooth

Smartphone (telepon cerdas) adalah telepon genggam yang mempunyai kemampuan tingkat tinggi. Kadang-kadang mempunyai fungsi menyerupai komputer. Alat ini menggunakan smartphone nexian journey A980 sebagai pengendali pintu gerbang. Memanfaatkan bluetooth yang tertanam pada smartphone untuk mengirimkan perintah pada mikrokontroler. Smartphone ini dapat mengrimkan perintah dengan baik. Bluetooth merupakan teknologi yang bisa menghubungkan dua perangkat elektronik seperti PC ke handphone. Dapat mengirimkan data tanpa menggunakan kabel dan tidak memerlukan saluran koneksi yang terlihat. Pada alat ini smartphone digunakan sebagai pemeberi perintah/input dan bluetooth yang mengkomunikasikan perintah tersebut pada sistem mikrokontroler. Bluetooth yang digunakan adalah csr bc417143 yang memiliki spesifikasi jarak transmisi ideal 5-15 meter. Berdasarkan data pengamatan bluetooth memperoleh jarak 8 meter, dengan hasil yang diperoleh bluetooth pada pengendali pintu gerbang dapat dikatakan baik meskipun belum mencapai jarak maksimal.

c) Sistem mikrokontroler ATmega 8

Sistem mikrokontroler ATmega 8 adalah gabungan dari beberapa komponen yang difungsikan sebagai pengendali pada alat ini. Gabungan dari beberapa komponen ini disebut juga sistem minimum. Ada beberapa faktor pertimbangan mengapa pada alat ini menggunakan ATmega 8, diantaranya: harganya murah, banyak dipasaran, dan sudah memenuhi yang dibutuhkan oleh alat. Sistem mikrokontroler ATmega 8 ini sudah bisa memproses data perintah dan menerjemahkan perintah tersebut untuk dijadikan gerakan pada motor servo sebagai buka tutup pintu gerbang. Ini menunjukan system pada mikrokontroler ATmega 8 sudah bisa beroperasi dengan baik.

d) Motor servo

Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem closed feedback di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Pada alat ini menggunakan motor servo jenis power pro dengan metal gear. Tegangan kerja pada motor servo adalah 5 Volt, namun dari hasil pengukuran tegangan pada alat yaitu 4.98 Volt. Ini menunjukan terjadinya internal tesistance pada sistem minimum sebesar 4 %. Meskipun demikian motor servo sudah mampu menggerakan daun pintu gerbang.

2. Software (perangkat lunak)

Pengendali pintu gerbang dalam beroperasinya memerlukan beberapa software supaya alat dapat bekerja dengan baik diantaranya

a) Aplikasi Amarino

Amarino adalah program apliaksi yang digunakan pada smartphone sebagai command pembuat perintah/input yang terinstal pada smartphone. Pada alat ini menggunakan amarino 2.0 .apk. Amarino sudah dapat berfungsi dengan baik dibuktikan dengan alat yang mampu beroperasi sesuai program.

b) Arduino

Arduino adalah multi platform open source software. Arduino dapat dijalankan pada linux, windows atau juga mac. Pada alat ini arduino dijalankan menggunakan windows. Bahasa

pemrograman yang digunakan pada arduino adalah bahasa C, tetapi arduino sudah lebih dipermudah dengan fungsi yang sederhana. Dengan menggunakan aplikasi amarino dan software Arduino yang diterapkan pada pembuatan pengendali pintu gerbang, ini dapat berfungsi dengan bail dibuktikan dengan algoritma yanng terdiri atas : (1) Program inisialilasi, (2) program setup, (3) program scanning dan (4) program masukan. Sudah berfungsi sesuai program dan alat sudah dapat beroperasi.

3. Unjuk kerja

Hardware dan software telah berfungsi dengan baik ini dibuktikan dengan alat yang mampu beroperasi sesuai dengan program dan perintah yang dimasukan. Melihat dari data pengukuran transmisi distance pintu gerbang dapat dikendalikan dengan jarak maksimal 8 meter dan pada jarak 6 meter apabila banyak alat disekitar benda. Dengan demikian dapat disimpulkan pengendali pintu gerbang sudah bisa beroperasi, hal ini dibuktikan dengan sesuainya antara kode

perintah dengan hasil eksekusi kinerja arah pergerakan pintu

gerbang.

Pintu gerbang mampu dikendalikan dengan jarak 8 meter. Meskipun ada penghalang disekitar alat pintu gerbang masih bisa dikendalikan. Proses pergerakan pintu gerbang setengah

melingkar atau menyiku dari pusatnya (90°). Pintu gerbang dilengkapi dengan pengaman berupa password dan kunci otomatis yang layak dalam pengaman pintu gerbang. Kecepatan buka-tutup pintu gerbang ± 35 km/jam.

Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan terhadap pengendali pintu gerbang menggunakan bluetooth berbasis mikrokontroler ATmega 8 dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Hardware (perangkat keras) pengendali pintu gerbang terdiri dari gabungan smartphone sebagai input (pemberi perintah), modul bluetooth sebagai perantara peintah, mikrokontroler ATmega 8 sebagai pemroses perintah, motor servo sebagai output penggerak pintu gerbang, dan solenoid sebagai pengunci pintu gerbang. Semua elemen tersebut sudah bisa beroperasi.

2. Merealisasikan pembuatan software pengendali pintu gerbang yang terdiri atas : (1) program inisialisasi yaitu program untuk menginialisasi variable, (2) setup program yaitu program untuk memasukan pin yang diinginkan sebagai output, (3) program scanning yaitu program untuk memindai perintah yang dimasukan (4) program masukan yaitu program untuk menentukan karakter kode yang akan digunakan sebagai masukan. Semua program tersebut sudah dapat

berfungsi.

3. Unjuk kerja jarak transmisi maksimum adalah 8 meter pada ruang terbuka, 6 meter pada ruang terdapat banyak benda disekitar alat. Proses pergerakan pintu gerbang setengah melingkar atau menyiku dari pusatnya (90°). Kecepatan bukatutup pintu gerbang ± 35 km/jam. Pintu gerbang dilengkapi dengan pengaman berupa password dan kunci otomatis, penggunaan password dan pengunci otomatis sudah layak dan cukup aman.

Read More

SISTEM KENDALI

PENGANTAR SISTEM KENDALI

Deskripsi

Bab ini memberikan gambaran secara umum mengenai sistem kendali,

definisi-definisi, pengertian sistem kendali lingkar tertutup dan sistem kendali lingkar

terbuka, pengelompokkan sistem kendali, prinsip-prinsip sistem kendali serta komponenkomponen

sistem kendali.

Objektif : Memahami bab ini akan menjadi bekal yang penting untuk memahami sistem

kendali secara keseluruhan

1.1 Pendahuluan

Sistem kendali merupakan bagian yang terintegrasi dari sistem kehidupan modern

saat ini. Sebagai contoh : kendali suhu ruang, mesin cuci, robot, pesawat, dan lain

sebagainya. Manusia bukan satu-satunya pembuat sistem kendali otomatis. Justru secara alami telah ada, baik di tubuh manusia itu sendiri maupun di alam semesta. Sebagai

contoh: pankreas yang mengendalikan kadar gula dalam darah. Mekanisme berkeringat

ketika kepanasan untuk mempertahankan suhu tubuh. Pergerakan mata saat melihat

sesuatu. Peredaran seluruh benda di angkasa. Dengan sistem kendali memungkinkan

variabel yang ingin dikendalikan dapat mencapai nilai yang diinginkan dengan mekanisme umpan balik dan pengendalian. Dengan sistem kendali memungkinkan adanya sistem yang stabil, akurat, dan tepat waktu. Sistem kendali dapat dirancang melakukan pengendalian secara otomatik. Di industri banyak dijumpai aplikasi sistem ini menggunakan ‘Programmable Logic Controller’.

Sistem kendali dapat dikatakan sebagai hubungan antara komponen yang membentuk

sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan tanggapan sistem yang diharapkan. Jadi harus ada yang dikendalikan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang biasa disebut dengan kendalian (plant).

Masukan dan keluaran merupakan variabel atau besaran fisis. Keluaran merupakan hal

yang dihasilkan oleh kendalian, artinya yang dikendalikan, sedangkan masukan adalah yang mempengaruhi kendalian, yang mengatur keluaran. Kedua dimensi masukan dan

keluaran tidak harus sama.

1.2 Definisi – Definisi

Beberapa Definisi

·         Sistem : kombinasi beberapa komponen yang bekerja secara bersama-sama dan

membentuk suatu tujuan tertentu.

·         Proses (alamiah) : suatu urutan operasi yang kontinu atau suatu perkembangan yang dicirikan oleh urutan perubahan secara perlahan yang terjadi tahap demi tahap dengan cara yang relatif tetap dan memberikan suatu hasil atau akhir.

·         Proses (artifisial) : operasi yang dilakukan secara berkesinambungan yang terdiri

dari beberapa aksi yang dikendalikan atau pergerakan yang secara sistematik

diarahkan pada suatu hasil atau akhir.

·         Plant : dapat berupa bagian suatu peralatan yang berfungsi secara bersama-sama

untuk membentuk suatu operasi tertentu.

·         Gangguan : suatu sinyal yang cenderung mempengaruhi (secara acak) nilai output

suatu sistem: gangguan internal dan eksternal.

·         Sistem kendali umpan balik (feedback control system) : sistem kendali yang

mempunyai elemen umpan balik, yang berfungsi untuk mengamati keluaran yang

terjadi untuk dibandingkan dengan masukannya (yang diinginkan). Sistem kendali

kadang dibedakan menjadi dua kelas. Jika tujuan sistem kendali untuk

mempertahankan variabel fisik pada beberapa nilai yang konstan dengan adanya

gangguan-gangguan, disebut sebagai pengatur (automatic regulating system).

Contohnya adalah sistem kendali suhu dan lain-lain. Jenis yang kedua adalah system kendali posisi atau servo mekanisme (servomechanism), yaitu sistem yang digunakan untuk mengendalikan posisi atau pergerakan mekanis, seringkali

digunakan untuk menggambarkan sistem kendali dengan variabel fisik yang harus

mengikuti atau melacak, dalam fungsi waktu yang diinginkan. Contohnya adalah

gerakan lengan robot dan lain-lain.

·         Sistem kendali proses (process control system) : sistem kendali yang umum

digunakan pada industri, seperti untuk mengendalikan temperatur, tekanan, aliran,

tinggi muka cairan dan lain-lain.

·         Sistem kendali lingkar terbuka (open loop system) : sistem kendali dimana tidak

terdapat elemen yang mengamati keluaran yang terjadi untuk dibandingkan dengan

masukannya (yang diinginkan), meskipun menggunakan sebuah pengendali

(controller) untuk memperoleh tanggapan yang diinginkan.

·         Sistem kendali lingkar tertutup (closed loop system): sebutan lain dari sistem

kendali dengan umpan balik.

1.3 Sistem Lingkar Terbuka VS Sistem Lingkar Tertutup

Sistem kendali lingkar terbuka menggunakan actuator (actuating device) secara

langsung untuk mengendalikan proses tanpa melalui umpan balik.

Contoh : Sistem kendali suhu ruang

Misalkan di daerah dingin, diinginkan mengatur suhu ruangan dengan menggunakan

pemanas (heater). Pemanas dapat dibuat dari suatu rangkaian listrik yang berintikan

adanya resistor R. Bila resistor R dialiri arus listrik, akan terjadi disipasi daya (I R) 2 , yang menghangatkan ruangan r.

Terlihat bahwa keluaran tidak mempengaruhi masukan. Sistem ini disebut sistem kendali lingkar terbuka. Sistem kendali lingkar tertutup menggunakan pengukuran keluaran (actual response), yang dijadikan umpan balik untuk dibandingkan dengan nilai referensi (desired response), sehingga menghasilkan galat. Dengan galat inilah pengendali dapat memberikan sinyal kendali agar keluaran proses mencapai kondisi yang diinginkan. Dengan contoh yang sama pada sistem lingkar terbuka ditambahkan saklar S yang akan membatasi aliran listrik I. Bila suhu ruangan lebih kecil atau sama dengan suhu yang diinginkan maka saklar harus dalam keadaan tertutup, sehingga arus mengalir dan ruangan menghangat. Bila suhu ruangan lebih besar dari suhu yang diinginkan, maka saklar S harus dibuka untuk memutuskan aliran arus listrik, sehingga ruangan tidak bertambah panas. Untuk itu diperlukan seorang operator yang senantiasa mengamati penunjukkan thermometer T. Operator ini berfungsi sebagai elemen umpan balik dan juga sebagai error detector (bersama-sama dengan saklar S).

Operator berfungsi mengamati keluaran, lalu mengevaluasi (membandingkan

keluaran dan masukannya) dan membangkitkan sinyal penggerak yang akan

menggerakkan sistem sehingga keluaran seperti yang diinginkan. Terlihat bahwa keluaran mempengaruhi masukan (melalui operator). Sistem ini disebut sistem kendali lingkar tertutup. Beberapa istilah yang sering dipakai sebagai berikut.

a. Keluaran sistem merupakan variabel yang diatur (controlled variable).

b. Masukan sistem terdiri dari

·      Masukan komando (command input) = masukan informatif = masukan fiktif,

        yang oleh masukan tranduser diubah (bila perlu) menjadi masukan referensi

    (reference input)

·      Masukan referensi = masukan fisis bersama-sama dengan sinyal umpan balik akan menghasilkan sinyal penggerak (sinyal galat).

c. Sinyal galat merupakan masukan dari pengendali (controller).

d. Masukan kendalian dihasilkan oleh pengendali.

e. Elemen umpan balik mengamati keluaran dan mengumpanbalikkan ke masukan,

yaitu dengan adanya sinyal umpan balik.

Bila hanya saklar S yang dipasang, maka masih diperlukan seorang operator yang

senantiasa harus mengamati penunjukan termometer. Sistem ini meskipun sudah

merupakan sistem kendali lingkar tertutup tetapi masih manual. Dengan menambahkan

sebuah saklar otomatis (saklar bimetal, Sb) yang telah dikalibrasi sesuai dengan suhu yang diinginkan maka bila suhu ruangan lebih kecil atau sama dengan yang diinginkan maka saklar Sb dalam keadaan tertutup dan arus listrik mengalir memanaskan ruangan sedangkan bila suhu ruangan lebih besar dari suhu yang diinginkan maka saklar Sb akan terbuka dan arus listrik terputus. Sistem kendali lingkar tertutup ini sudah bekerja secara otomatis.

Lihat Gambar 1.4 berikut

1.4 Pengelompokan Sistem Kendali

Secara umum sistem kendali dapat dikelompokkan sebagai berikut:

1.4.1 Dengan Manual dan Otomatis

Pengendalian secara manual adalah pengendalian yang dilakukan oleh manusia yang

bertindak sebagai operator sedangkan pengendalian secara otomatis adalah pengendalian yang dilakukan oleh mesin-mesin/peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya dibawah pengawasan manusia. Contoh pengendalian secara manual banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari seperti pada pengaturan suara radio, televisi, pengaturan cahaya layar televisi, pengaturan aliran air melalui kran dan lain-lain sedangkan pengendalian otomatis banyak ditemui dalam proses industri, pengendalian pesawat terbang, pembangkitan tenaga listrik dan lain-lain.

1.4.2 Jaringan Terbuka dan Jaringan Tertutup

Sistem kendali dengan jaringan tertutup adalah sistem pengendalian dimana besaran

keluaran memberikan efek terhadap besaran masukan sehingga besaran yang dikendalikan dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan melalui alat pencatat. Selanjutnya perbedaan harga yang terjadi antara besaran yang dikendalikan dan penunjukkan alat pencatat digunakan sebagai koreksi pada gilirannya akan merupakan sasaran pengendalian. Sistem kendali dengan jaringan terbuka adalah sistem pengendalian dimana keluaran tidak memberikan efek terhadap besaran masukan sehingga variabel yang dikendalikan tidak dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan. Aplikasi sistem jaringan terbuka dan tertutup ditemui dalam kehidupan sehari-hari sebagai berikut : jika seseorang mengendarai mobil maka jalur kecepatan beserta percepatan kendaraan tersebut dapat ditentukan dan dikendalikan oleh pengendara dengan cara mengamati lalu kondisi lalu lintas dan mengendalikan setir, rem dan alat-alat pengendali lainnya. Jika pengendara ingin memelihara kecepatan pada suatu harga yang konstan (sebagai keluaran) maka pengendara dapat mengaturnya melalui pedal percepatan (gas) dan harga ini secara tepat dapat diperoleh dengan mengamati penunjukkan spedometer. Dengan mengamat besarnya keluaran tersebut setiap saat berarti akan diberikan diberikan suatu informasi terhadap masukan (dalam hal ini pengendara dan pedal gas) sehingga jika terjadi penyimpangan terhadap kecepatan, pengendara dapat mengendalikannya kembali ke harga seharusnya. Contoh tersebut merupakan contoh sistem kendali dengan jaringan tertutup dan akan berubah menjadi sistem kendali dengan jaringan terbuka jika kendaraan tersebut tidak dilengkapi dengan speedometer.

1.4.3 Kontinu (analog) dan diskontinu (diskrit)

a. Untuk pengendalian sistem kendali jenis kontinu (analog) ini dapat dibagi menjadi

beberapa bagian yaitu

·         Proporsional. Pada pengendalian proporsional ini dimana keluaran sebanding dengan penyimpangan. Contohnya pengendalian uap melalui katup, pengendalian transmiter tekanan dan lain-lain

·         Integral. Pada pengendalian integral ini dimana keluaran selalu berubah-ubah selama terjadi deviasi dan kecepatan perubahan keluaran tersebut sebanding dengan penyimpangan. Contohnya pengendalian level cairan dalam tangki, pengendalian sistem tekanan dan lain-lain

·         Differensial. Pengendalian integral jarang dipakai secara tersendiri tetapi digabungkan dengan jenis proporsional untuk menghilangkan keragu-raguan jika jenis proporsional ini memerlukan karakteristik yang stabil.

b. Untuk pengendalian sistem kendali jenis diskontinu (diskrit) dapat dibagi menjadi

beberapa bagian :

·         Pengendalian dengan dua posisi. Contohnya relai, termostat, level, saklar ONOFF dan lain-lain.

·         Pengendalian dengan posisi ganda. Contohnya saklar pemilih (selector switch). Keuntungannya cenderung mengurangi osilasi

·         Pengendalian Floating. Posisi yang relatif tidak terbatas, dalam jenis ini, pemindahan energi dapat dilakukan melalui salah satu daripada beberapa kemungkinan yang ada.

1.4.4 Servo dan Regulator

Regulator adalah bentuk lain daripada servo. Istilah ini digunakan untuk menunjukkan sistem dalam keadaan mantap yang konstan untuk sinyal masukan yang konstan. Perbedaan utama adalah bahwa pada regulator diberikan sinyal tambahan sehingga akan menghasilkan keluaran yang berbeda dengan servo. Istilah regulator diperoleh dari pemakaian mula-mula yaitu sebagai pengendali kecepatan dan tegangan.

1.5 Prinsip-Prinsip Disain Sistem Kendali

Persyaratan umum sistem kendali. Setiap sistem kendali harus bersifat stabil. Ini

merupakan persyaratan utama. Di samping kestabilan mutlak, suatu sistem kendali harus mempuyai kestabilan relatif yang layak. Suatu sistem kendali juga harus mampu

memperkecil kesalahan sampai nol atau sampai pada suatu harga yang dapat ditoleransi.

Persoalan dasar dalam disain sistem kendali. Pada kondisi praktis, selalu ada

beberapa gangguan yang bekerja pada plant. Gangguan ini mungkin berasal dari luar atau dari dalam mungkin bersifat acak dan mungkin pula dapat diramalkan. Kendalian harus memperhitungkan setiap gangguan yang akan mempengaruhi variabel keluaran.

Analisis. Analisis sistem kendali adalah penelitian pada kondisi tertentu dimana

performansi sistem yang model matematiknya diketahui.

Disain. Disain sistem kendali adalah proses pencarian suatu sistem yang dapat

menyelesaikan tugas yang diberikan. Pada umumnya prosedur disain tidak diperoleh

secara langsung tetapi memerlukan metoda coba-coba.

Sintesis. Sintesis adalah mencari suatu sistem dengan prosedur langsung yang akan

bekerja menurut cara tertentu. Biasanya prosedur semacam ini bersifat matematis dari awal sampai akhir proses disain.

Pendekatan dasar dalam disain sistem kendali. Pendekatan dasar dalam disain

setiap sistem kendali praktis perlu melibatkan metoda coba-coba. Sintesis sistem kendali linier secara teoritis dapat dilakukan dan secara matematis, desainer dapat menentukan komponen-komponen yang diperlukan untuk mencapai sasaran yang diberikan. Meskipun demikian, dalam praktek mungkin sistem dibatasi oleh beberapa kendala atau sifat nonlinier. Di samping itu, karakteristik komponen mungkin tidak dapat diketahui dengan tepat. Jadi selalu diperlukan prosedur coba-coba.

1.6 Komponen-Komponen Sistem Kendali

Sesuai dengan fungsi pengendalian secara menyeluruh maka komponen-komponen

sistem pengendalian dibagi dalam 4 bahagian yaitu

a.    Sensor dan Transduser

Sensor digunakan sebagai elemen yang langsung mengadakan kontak dengan yang diukur sedangkan transduser berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang diukur menjadi besaran fisis lainnya. Pada umumnya adalah mengubah besaran-besaran fisis menjadi besaran listrik seperti tekanan, temperatur, aliran, posisi dan lain-lain.

b.    Error Detector

Mengukur error (kesalahan) yang terjadi antara keluaran aktual dan keluaran yang diingini.

c.    Penggerak

Alat ini berfungsi untuk mengendalikan aliran energi ke sistem yang dikendalikan. Alat ini disebut juga elemen pengendali akhir misalnya motor listrik, katup pengendali, pompa, silinder hidraulik dan lain-lain. Elemen keluaran ini harus mempuyai kemampuan untuk menggerakkan beban ke suatu harga yang diinginkan.

d.    Penguat

Penguat ini terbagi atas 2 bahagian yaitu penguat daya dan penguat tegangan.

Penguat daya dibutuhkan karena hampir dalam semua kejadian daya dari “error detector” tidak cukup kuat untuk menggerakkan elemen keluaran sedangkan penguat tegangan biasanya banyak terdapat pada op-amp. Rangkaian ini dapat melakukan operasi-operasi matematis seperti penjumlahan, integrasi, differensiasi dan lainnya.

1.7 Rangkuman

Sistem kendali telah memegang peranan yang sangat penting dalam perkembangan

ilmu dan teknologi. Peranan sistem kendali meliputi semua bidang kehidupan. Dalam

peralatan, misalnya proses pada industri pesawat terbang, peluru kendali, pesawat ruang angkasa, dan lain-lain. Sedangkan dalam bidang non teknis meliputi bidang biologi, ekonomi, sosial, kedokteran, dan lain-lain. Sistem kendali yang semakin berkembang dapat meningkatkan kinerja sistem, kualitas produksi, dan menekan biaya produksi. Sistem kendali dapat dikatakan sebagai hubungan antara komponen yang membentuk sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan tanggapan sistem yang diharapkan. Jadi harus ada yang dikendalikan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang biasa disebut dengan kendalian. Masukan dan keluaran merupakan variabel atau besaran fisis. Keluaran merupakan hal yang dihasilkan oleh kendalian, artinya yang dikendalikan, sedangkan masukan adalah yang mempengaruhi kendalian, yang mengatur keluaran. Kedua dimensi masukan dan keluaran tidak harus sama.

Read More