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.