Post on 11-Dec-2020
35
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis penelitian
Kajian Literatur. Kajian literatur diperoleh dari berbagai sumber baik dari jurnal
maupun skripsi yang terkait digunakan untuk menambah informasi yang
diperlukan. Secara keseluruhan diagram alir metode penelitian ditunjukan pada
Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian
36
3.1.1 Studi Literatur
Pada proses pengerjaan tugas akhir ini penulis mempelajari sumber
literatur dan mencari informasi yang diperoleh dari jurnal, skripsi yang berkaitan
dengan quadcopter, sistem kendali quadcopter, dan pemrograman mikrokontroler.
3.1.2 Analisa Permasalahan
Dalam analisis permasalahan dapat diketahui bahwa sistem kontrol
pada quadcopter adalah hal yang paling penting dalam menstabilkan pengendalian
terbang dan arah gerak sebuah drone. Dengan merancang dan mengembangkan
sistem kontrol pada quadcopter dapat sangat membantu untuk mendapatkan metode
yang tepat untuk stabilisasi kontrol quadcopter.
3.1.3 Perancangan Alat
Dalam penelitian ini terdapat 2 tahap pengerjaan dan pengujian alat
yang terdiri dari kontrol motor brushless DC dan kontrol keseimbangan motor
brushless DC 1-axis.
a. Kontrol Motor Brushless DC
Kontrol motor brushless DC dilakukan dengan menggunakan
mikrokontroler Arduino Nano yang terdiri dari 3 bagian, yaitu unit input, pengolah,
dan unit output seperti pada Gambar 3.2. Unit input menggunakan Personal
Computer (PC), unit pengolah menggunakan mikrokontroler Arduino Nano, unit
output terdiri atas ESC (Electronic Speed Controller) dan Motor Brushless.
37
Gambar 3.2 Diagram blok kontrol motor brushless DC menggunakan
mikrokontroller Arduino Nano
b. Kontrol kesimbangan motor brushless DC 1-axis
Kontrol kesimbangan motor brushless DC 1-axis dilakukan dengan
menggunakan mikrokontroler Arduino Nano yang terdiri dari 3 bagian, yaitu unit
input, pengolah, dan unit output seperti pada gambar 3.3. Unit input menggunakan
Personal Computer (PC) dan sensor MPU-6050, unit pengolah menggunakan
mikrokontroler Arduino Nano, unit output terdiri atas ESC (Electronic Speed
Controller) dan Motor Brushless.
INPUT
Personal
Computer
PENGOLAH
Mikrokontroler
Arduino Nano
OUTPUT
ESC 1
ESC 2
Motor 1
Motor 2
ESC 3 Motor 3
ESC 4 Motor 4
38
Gambar 3.3 Diagram blok kontrol keseimbangan motor brushless DC 1-axis
menggunakan kontroler Arduino Nano
3.1.3.1 Prinsip Kerja
a. Kontrol Motor Brushless DC
Prinsip kerja dari sistem kontrol motor brushless DC dapat dilihat pada
flow chart Gambar 3.4. Nilai pwm yang di input melalui personal computer akan
diteruskan ke mikrokontroler Arduino Nano melalui komunikasi serial. Kemudian
dari mikrokontroler Arduino Nano meneruskan ke ESC berupa sinyal PWM. Pada
ESC sinyal PWM akan diubah menjadi Tegangan listrik yang diteruskan ke motor
brushless DC sehingga motor dapat berputar.
INPUT
Personal
Computer
PENGOLAH
Mikrokontroler
Arduino Nano
OUTPUT
ESC 1
ESC 2
Motor 1
Motor 2 MPU-6050
39
Gambar 3.4 Flow chart Prinsip kerja sistem kontrol motor brushless DC
b. Kontrol kesimbangan motor brushless DC 1-axis
Prinsip kerja dari sistem kontrol motor brushless DC dapat dilihat pada
flow chart Gambar 3.5. Nilai pwm yang di input melalui personal computer akan
diteruskan ke mikrokontroler Arduino Nano melalui komunikasi serial. Kemudian
dari mikrokontroler Arduino Nano meneruskan ke ESC berupa sinyal PWM. Pada
ESC sinyal PWM akan diubah menjadi Tegangan listrik yang diteruskan ke motor
brushless DC sehingga motor dapat berputar. MPU-6050 berfungsi untuk
40
mendeteksi kemiringan dan nilai dari kemiringan di terima oleh mikrokontroller
sehingga mikrokontroller dapat menyesuaikan putaran motor agas posisi kedua
motor menjadi seimbang.
Gambar 3.5 Flow chart Prinsip kerja sistem kontrol kesimbangan motor
brushless DC 1-axis
3.1.3.2 Rancangan dan Pemilihan Hardware
Sistem kontrol pada penelitian ini terdiri dari beberapa komponen
yang di gunakan yaitu terdiri dari :
1. Frame quadcopter ZRM 250 konfigurasi “X”
41
2. Frame kontrol keseimbangan 1-axis
3. Modul Arduino Nano
4. Modul Sensor GY-521
5. Baterai LiPo 2200mAh
6. ESC 12 A
7. Motor brushless DC Turnigy 2300 KV
8. Propeller
Berdasarkan spesifikasi sistem, dibutuhkan sensor GY-521 karena
modul ini memiliki 2 buah sensor yaitu sensor akselerometer dan sensor giroskop
yang akan digunakan untuk kontrol keseimbangan motor brushless DC 1-axis.
Sensor GY-521 terdiri 3-axis giroskop dan 3-axis akselerometer.
Pada bagian kontrol, Arduino Nano digunakan karena bentuknya yang
kecil, tidak memerlukan ruang yang besar untuk penempatannya cocok untuk
diaplikasikan diquadcopter sehingga cocok untuk digunakan di quadcopter.
Pada bagian output, menggunakan brushless motor Turnigy D2205-
2300KV Outrunner. Brushless motor dipilih untuk quadcopter karena ringan dan
memiliki daya yang besar.
3.1.3.3 Konstruksi Hardware
a. Kontrol Motor Brushless DC
Bentuk fisik dari wahana quadcopter dengan kontrol motor brushless
DC menggunakan mikrokontroller Arduino Nano dapat dilihat pada Gambar 3.6.
masing – masing komponen telah ditunjukan anak panah didalam gambar tersebut.
Dimensi wahana adalah 25cm x 25 cm.
42
Gambar 3.7. memperlihatkan konfigurasi ESC pada wahana. Adapun
batas output PWM (1000µs sampai 2000µs) untuk tiap – tiap ESC. Pemasangan
semua komponen pada sistem kontrol motor brushless DC menggunakan
mikrokontroler Arduino Nano sesuai dengan wiring diagaram pada Gambar 3.8.
Gambar 3.6 Bentuk fisik rancangan hardware quadcopter
Gambar 3.7 Konfigurasi pemasangan ESC
43
Gambar 3.8 Wiring diagram kontrol motor brushless DC menggunakan Arduino
Nano
b. Kontrol kesimbangan motor brushless DC 1-axis
Rancangan konstruksi pada sistem kontrol keseimbangan motor
brushless DC 1-axis menggunakan mikrokontroler arduino Nano dapat dilihat pada
Gambar 3.9. Pemasangan semua komponen pada sistem kontrol keseimbangan
motor brushless DC 1-axis menggunakan mikrokontroler Arduino Nano sesuai
dengan wiring diagram pada Gambar 3.10. Pemasangan sensor GY-521 di
posisikan di tengah – tengah lengan untuk mendeteksi kemiringan dari batang.
Gambar 3.9 Konstruksi hardware sistem kontrol keseimbangan motor brushless
DC 1-axis
44
Gambar 3.10 Wiring diagram kontrol kesimbangan motor brushless DC 1-axis
menggunakan Arduino Nano
3.1.3.4 Proses Pengerjaan Alat
a. Kontrol Motor Brushless DC
Proses pengerjaan sistem kontrol motor brushless DC meliputi
pemasangan semua komponen quadcopter. Pada tahap ini yang pertama kali
dilakukan yaitu menghubungkan electronic speed controller (ESC) dengan motor
brushless DC (Gambar 3.11). Diperlukan ketelitian pada saat menghubungkan
antara kabel electronic speed controller dengan motor brushless DC agar rotasi
motor sesuai dengan jenisnya yaitu CW dan CCW.
Setelah electronic speed controller dengan motor brushless DC
terhubung selanjutnya motor brushless DC dan elektronic speed controller di
pasangkan pada frame quadcopter sesuai dengan konfigurasi arah putaran motor
seperti pada Gambar 3.12. Selanjutnya dilakukan perakitan frame quadcopter
seperti pada Gambar 3.13.
45
Gambar 3.11 Pemasangan ESC pada motor brushless DC
Gambar 3.12 Pemasangan motor brushless DC dengan motor pada frame
quadcopter
46
Gambar 3.13 Perakitan frame quadcopter
Tahap selanjutnya dilakukan pemasangan kabel power dari tiap – tiap
ESC ke power distribution board (PDB) yang akan terhubung langsung dengan
sumber energi yaitu baterai LiPo. Pada pemasangan electronic speed controller
dengan power distribution board perlu ketelitian saat pembagian tempat
pemasangan untuk ke empat electronic speed controller yang akan dihubungkan
dengan motor brushless DC dan juga saat pemasangan kabel (+) dan (-) agar tidak
terjadi short saat electronic speed controller menghantarkan arus DC dari power
distribution board ke motor brushless DC. Pada tahap ini juga perlu di perhatikan
47
antara panjang kabel power dari ESC dengan posisi PDB agar tidak ada kelebihan
panjang kabel sehingga pemasangan terlihat lebih rapih. Pemasangan Kabel power
ESC dengan PDB dilakukan seperti pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14 Pemasangan kabel power electronic speed controller (ESC) pada
power distribution board (PDB)
48
Tahap akhir dilakukan pemasangan mikrokontroller Arduino Nano
sesuai dengan wiring diagram yang telah ditentukan dan melakukan pemrograman
mikrokontroller menggunakan software Arduino IDE agar dapat mengonkontrol
putaran motor brushless DC. Pemasangan mikrokontroller Arduino Nano dapat
dilihat pada Gambar 3.15.
Gambar 3. 15 Pemasangan Mikrokontroler Arduino Nano pada quadcopter
b. Kontrol kesimbangan motor brushless DC 1-axis
Proses pengerjaan kontrol keseimbangan motor brushless DC meliputi
pemasangan semua komponen yang dibutuhkan yaitu dua motor, dua propeller dan
dua ESC serta Power distribution board (PDB) dan supply energi atau baterai LiPo.
Pada tahap pertama dilakukan pemasangan motor brushless DC dengan ESC yang
dimana dibutuhkan motor dengan puataran CW dan CCW. Proses pemasangan
seperti pada Gambar 3.16.
49
Gambar 3.16 Pemasangan ESC pada motor brushless DC
Tahapan berikutnya yaitu pembuatan frame yang akan digunakan untuk
mengontrol keseimbangan motor brushless DC 1-axis. Hasil dari pembuatan frame
seperti terlihat pada Gambar 3.17.
Gambar 3.17 Frame Kontrol kesimbangan motor brushless DC 1-axis
Setelah pembuatan frame selesai dilanjutkan dengan pemasangan
motor brushless DC pada frame dengan penempatan motor pada ujung batang serta
penempatan motor CW di bagian kiri dan motor CCW dibagian Kanan seperti
50
ditunjukan pada Gambar 3.18. Tahapan selanjutnya dilakukan penyambungan ESC
pada PDB dan dipasangkan pada frame dengan menyesuaikan panjang kabel agar
tidak ada kelebihan panjang kabel yang mengganggu seperti pada Gambar 3.19.
Gambar 3.18 Pemasangan motor brushless DC pada frame
Gambar 3.19 Pemasangan electroic speed controller (ESC) dan power
distribution board
Komponen berikutnya yaitu sensor GY-521 dipasangkan di tengah –
tengah batang yang akan digunakan untuk mendeteksi kemiringan dari batang.
Pemasangan Sensor GY-521 dilakukan seperti pada Gambar 3.20.
51
Gambar 3.20 Pemasangan sensor GY-521
Tahap akhir dilakukan pemasangan mikrokontroller Arduino Nano
sesuai dengan wiring diagram yang telah ditentukan dan melakukan pemrograman
mikrokontroller menggunakan software Arduino IDE agar dapat mengonkontrol
keseimbangan motor brushless DC 1-axis. Pemasangan mikrokontroller Arduino
Nano dapat dilihat pada Gambar 3.21.
52
(a)
(b)
Gambar 3. 21 (a) Pemasangan mikrokontroler Ardino Nano, Pemrograman
mikrokontroler Arduino Nano menggunakan software Arduino IDE
3.1.4 Pengujian Alat
a. Kontrol Motor Brushless DC
Pada pengerjaan kontrol motor brushless DC dilakukan pengujian
untuk mencari data – data diantaranya perbandingan antara persentase duty cycle
PWM dengan besar nilai putaran (rpm), perbandingan antara persentase duty cycle
53
PWM dengan besarnya Daya, perbandingan antara persentase duty cycle PWM
dengan besarnya Arus. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari
motor brushless DC yang digunakan serta mengetahui perbandingan putaran antara
keempat motor. Adapun proses pengujian dan pengambilan data dilakukan
beberapah tahapan sebegai berikut :
1. Semua ESC dikalibrasi terlebih dahulu sebelum digunakan agar range signal
antara ESC dengan mikrokontroller bisa sama.
2. Men-setup mikrokontroller Arduino Nano dan dihubungkan dengan Laptop.
3. Menjalankan software Arduino IDE dan mengupload sketch kontrol motor
brushless DC pada board arduino Nano.
4. Input nilai persentase duty cycle PWM pada serial monitor yaitu sebesar (10
%, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 100 %).
5. Ukur nilai putaran (RPM) dari masing – masing motor brushless DC dengan
menggunakan tachometer.
6. Ukur Daya dan Arus dengan menggunakan Watt Meter.
7. Catar nilai putaran (RPM) yang tertera pada tachometer sesuai dengan variasi
persentase duty cycle PWM
8. Catat nilai Daya dan Arus yang tertera pada Watt Meter sesuai dengan variasi
persentase duty cycle PWM.
c. Kontrol Keseimbangan Motor Brushless DC 1-axis
Pada pengerjaan kontrol keseimbangan motor brushless DC dilakukan
pengujian untuk mendapatkan parameter dari PID yang akan digunakan agar dapat
54
menjaga keseimbangan dari kedua motor. Untuk mendapatkan parameter PID
dilakukan dengan menggunakan metode Trial and Error sampai mendapatkan
parameter yang sesuai untuk menjaga keseimbangan kedua motor.
3.1.5 Analisa Dan Pembahasan
Pada tahap ini dilakukan analisa terhadap hasil – hasil dari pengujian
yang telah dilakukan. Hal ini dilakukan dengan beberapah tujuan diantaranya :
1. Mengetahui pengaruh dari variasi persentase duty cycle PWM terhadap putaran
motor, arus dan daya.
2. Mengetahui perbandingan putaran dari masing – masing motor pada setiap
variasi persentase duty cycle PWM yang digunakan.
3. Mengetahui Pengaruh dari masing – masing parameter PID yang digunakan.
Pada analisa hasil pengujian pengaruh dari variasi persentase duty cycle
PWM terhadap putaran motor penulis juga membandingkan dengan hasil pengujian
yang dilakukan oleh Gabriel Huraira yang menggunakan mikrokontroller arduino
Uno untuk mengontrol kecepatan motor. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk
mengetahui perbandingan hasil dari masing - masing mikrokontroller yang
digunakan.
3.2 Tempat dan Waktu
Penelitian dilakukan di Laboratorium CNC, Teknik Mesin, Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Malang, pelaksanaan penelitian dilakukan
selama kurang lebih bulan Juli – September tahun 2019.