III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu Dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakansanakan mulai bulan Januari 2014 – Juni 2014, bertempat di

Laboratorium Konversi Energi Elektrik, Laboratorium Terpadu Teknik Elektro,

Universitas Lampung.

3.2 Alat Dan bahan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah 4 buah LED dengan warna

putih, 5 buah relay 12 volt, 8 buah resistor 10 kOhm, 4 buah resistor 1 kOhm, IC

ULN 2003, 7 buah penghubung, sensor sidik jari, 2 Mikrokontroler ATmega

328P, 2 board Arduino Uno R3, Motor DC, Power Supply, pcb, solder,

tachometer, multimeter digital, 2 limit switch, dan sensor jarak PING.

3.3 Blok Diagram

Dalam penelitian ini sangat dibutuhkan blok diagram agar dapat mempermudah

untuk mengerjakan skripsi yang dikerjakan. Blog diagram penelitian disajikan

pada gambar 3.1

31

Gambar 3.1 Diagram Blok Rancangan.

Gambar 3.2 Rangkaian Sensor Sidik Jari.

Sensor Sidik Jari

A B

32

Gambar 3.3 Rangkaian Kontrol 1.

Gambar 3.4 Rangkaian Kontrol 2.

PB0/ICP1/CLKO/PCINT014

PB1/OC1A/PCINT115

PB3/MOSI/OC2A/PCINT317

PB2/SS/OC1B/PCINT216

PD6/AIN0/OC0A/PCINT2212

PD5/T1/OC0B/PCINT2111

PD4/T0/XCK/PCINT206

PD3/INT1/OC2B/PCINT195

PD2/INT0/PCINT184

PD1/TXD/PCINT173

PD0/RXD/PCINT162

PB4/MISO/PCINT418

PB5/SCK/PCINT519

PB7/TOSC2/XTAL2/PCINT710

PB6/TOSC1/XTAL1/PCINT69

PC6/RESET/PCINT141

PC5/ADC5/SCL/PCINT1328

PC4/ADC4/SDA/PCINT1227

PC3/ADC3/PCINT1126

PC2/ADC2/PCINT1025

PC1/ADC1/PCINT924

PC0/ADC0/PCINT823

AVCC20

AREF21

PD7/AIN1/PCINT2313

ATMEGA328P

PB0/ICP1/CLKO/PCINT014

PB1/OC1A/PCINT115

PB3/MOSI/OC2A/PCINT317

PB2/SS/OC1B/PCINT216

PD6/AIN0/OC0A/PCINT2212

PD5/T1/OC0B/PCINT2111

PD4/T0/XCK/PCINT206

PD3/INT1/OC2B/PCINT195

PD2/INT0/PCINT184

PD1/TXD/PCINT173

PD0/RXD/PCINT162

PB4/MISO/PCINT418

PB5/SCK/PCINT519

PB7/TOSC2/XTAL2/PCINT710

PB6/TOSC1/XTAL1/PCINT69

PC6/RESET/PCINT141

PC5/ADC5/SCL/PCINT1328

PC4/ADC4/SDA/PCINT1227

PC3/ADC3/PCINT1126

PC2/ADC2/PCINT1025

PC1/ADC1/PCINT924

PC0/ADC0/PCINT823

AVCC20

AREF21

PD7/AIN1/PCINT2313

ATMEGA328P

A

B

C

D

E

F

G

I

J

H

33

Gambar 3.5 Rangkaian Driver Relay.

Gambara 3.6 Rangkaian Sensor Jarak PING.

R1

R2

R3

R4

1B1

1C16

2B2

2C15

3B3

3C14

4B4

4C13

5B5

5C12

6B6

6C11

7B7

7C10

COM9

U1

ULN2003A

V112V

D1

DIODER51k

D2LED

R61k

D3

RL1G5CLE-1-DC12

RL2

R71k

D4LED

R81k

D5LED

RL3G5CLE-1-DC12

RL4 R10

SENSOR JARAK PING

C

E

D

F

G

R Q P

M

K

L

O

N

J

34

POWER SUPPLY

15-30V

RL5G5CLE-1-DC12

R9

D6

Gambar 3.7 Rangkaian Limit Switch 1 dan 2.

Gambar 3.8 Rangkaian Motor DC.

LIMIT SW2

LIMIT SW 1 R11

R12

+8

8.8

MOTOR DC

M P Q R

I

H

O N

K

L

35

R1

R2

R3

R4

1B

11

C16

2B

22

C15

3B

33

C14

4B

44

C13

5B

55

C12

6B

66

C11

7B

77

C10

CO

M9

U1

ULN

20

03A

V1

12V

D1

DIO

DE

R5

1k

D2

LE

D

R6

1k

D3

RL1

G5

CLE

-1-D

C12

RL2

R7

1k

D4

LE

D

R8

1k

D5

LE

D

RL3

G5

CLE

-1-D

C12

RL4

PB

0/IC

P1

/CL

KO

/PC

INT0

14

PB

1/O

C1A

/PC

INT1

15

PB

3/M

OS

I/O

C2A

/PC

INT3

17

PB

2/S

S/O

C1B

/PC

INT2

16

PD

6/A

IN0/O

C0A

/PC

INT22

12

PD

5/T

1/O

C0B

/PC

INT

21

11

PD

4/T

0/X

CK

/PC

INT

20

6P

D3/IN

T1

/OC

2B

/PC

INT

19

5P

D2/IN

T0

/PC

INT

18

4P

D1/T

XD

/PC

INT

17

3P

D0/R

XD

/PC

INT16

2

PB

4/M

ISO

/PC

INT4

18

PB

5/S

CK

/PC

INT5

19

PB

7/T

OS

C2/X

TA

L2

/PC

INT7

10

PB

6/T

OS

C1/X

TA

L1

/PC

INT6

9

PC

6/R

ES

ET

/PC

INT

14

1P

C5/A

DC

5/S

CL/P

CIN

T13

28

PC

4/A

DC

4/S

DA

/PC

INT12

27

PC

3/A

DC

3/P

CIN

T11

26

PC

2/A

DC

2/P

CIN

T10

25

PC

1/A

DC

1/P

CIN

T9

24

PC

0/A

DC

0/P

CIN

T8

23

AV

CC

20

AR

EF

21

PD

7/A

IN1/P

CIN

T23

13

AT

ME

GA

328P

+88.8

MO

TO

R D

C

PO

WE

R S

UP

PL

Y

15

-30V

RL5

G5

CLE

-1-D

C12

R9

D6

R10

LIM

IT S

W2

LIM

IT S

W 1

R11

R12

SE

NS

OR

SID

IK J

AR

I

SE

NS

OR

JA

RA

K P

ING

PB

0/IC

P1

/CL

KO

/PC

INT0

14

PB

1/O

C1A

/PC

INT1

15

PB

3/M

OS

I/O

C2A

/PC

INT3

17

PB

2/S

S/O

C1B

/PC

INT2

16

PD

6/A

IN0/O

C0A

/PC

INT22

12

PD

5/T

1/O

C0B

/PC

INT

21

11

PD

4/T

0/X

CK

/PC

INT

20

6P

D3/IN

T1

/OC

2B

/PC

INT

19

5P

D2/IN

T0

/PC

INT

18

4P

D1/T

XD

/PC

INT

17

3P

D0/R

XD

/PC

INT16

2

PB

4/M

ISO

/PC

INT4

18

PB

5/S

CK

/PC

INT5

19

PB

7/T

OS

C2/X

TA

L2

/PC

INT7

10

PB

6/T

OS

C1/X

TA

L1

/PC

INT6

9

PC

6/R

ES

ET

/PC

INT

14

1P

C5/A

DC

5/S

CL/P

CIN

T13

28

PC

4/A

DC

4/S

DA

/PC

INT12

27

PC

3/A

DC

3/P

CIN

T11

26

PC

2/A

DC

2/P

CIN

T10

25

PC

1/A

DC

1/P

CIN

T9

24

PC

0/A

DC

0/P

CIN

T8

23

AV

CC

20

AR

EF

21

PD

7/A

IN1/P

CIN

T23

13

AT

ME

GA

328P

Gambar 3.9 Rangkaian Skematik Prototype Pagar Otomatis.

36

Gambar 3.9 merupakan rangkaian keseluruhan sistem. Data dari sensor sidik jari

masuk ke port D0 dan D1 pada mikrokontroler 1. Kemudian port D4 sampai D7

digunakan sebagai luaran ke driver relay yang akan mengendalikan relay 1

sampai relay 4 untuk mengatur arah putaran motor dc dengan metode pembalikan

polaritas catu daya atau power supply motor. Kombinasi relay 1 dan relay 3

digunakan untuk mengatur putaran motor kearah kiri atau berlawanan jarum jam.

Kombinasi relay 2 dan relay 4 untuk mengatur putaran motor kearah kanan atau

searah jarum jam. Limit switch 1 masuk ke port D6 mikrokontroler 2, limit switch

2 masuk ke port B0, dan sensor jarak ping masuk ke port D4. Kemudian port D2

digunakan sebagai luaran ke driver relay yang akan mengendalikan relay 5 untuk

menghentikan putaran motor dengan cara memutus catu daya atau power supply

motor saat putaran motor kearah kanan atau kiri sudah mencapai jarak maksimal

hingga menyentuh limit switch 1 atau limit switch 2, dan saat sensor jarak ping

mendeteksi ada benda di depannya yang berjarak kurang dari 50 cm dari sensor.

Prinsip kerja alat prototype ini melakukan penyimpanan data sidik jari. Dengan

cara menghubungkan control berupa arduino uno r3 atmega 328P dengan sensor

sidik jari dengan tegangan masuk +5 vdc, kemudian memasukkan urutan program

penyimpanan. Langkah selanjutnya yaitu, menempelkan jari yang sidik jarinya

ingin disimpan dan dipindai. Penyimpanan data sidik jari ini berupa gambar

kemudian diubah menjadi data digital.

1

0

Gambar 3.10 Sinyal digital saat proses penyimpanan.

37

Dari gambar 3.10 dapat terbaca sinyal digital yang terjadi saat proses

penyimpanan. Pada saat sensor menyala kondisinya 0 kemudian saat membaca

sidik jari kondisinya 1 dengan waktu pembacaan. Kemudian kembali ke kondisi 0

saat pembacaan, kemudian kembali ke kondisi 1 saat meminta konfirmasi sidik

jari yang sama untuk melakukan penyimpanan lalu kembali ke kondisi 0 saat

kondisi siaga untuk melakukan penyimpanan data berikutnya. Data sidik jari yang

tersimpan diberikan penamaan atau id berupa bilangan asli (0,1,2,3,…., 162). Data

gambar disimpan pada memori yang terdapat di sensor sidik jari. Selanjutnya

mengecek data penyimpanan dengan memasukan urutan program pembacaan

sidik jari. Berikut gambar sinyal digitalnya.

1

0

Gambar 3.11 Sinyal digital saat pembacaan sidik jari tersimpan.

1

0

Gambar 3.12 Sinyal digital saat pembacaan sidik jari tidak tersimpan.

Gambar 3.11 dan gambar 3.12 merupakan kondisi sinyal saat pembacaan data

sidik jari. Selanjutnya memrogram kontrol untuk mengendalikan driver relay

sehingga dapat menggerakan motor dc. Memasukkan urutan program kombinasi

urutan program pemindaian sidik jari dan pengendali driver relay. Berikut

merupakan gambar sinyalnya.

38

1

0

Gambar 3.13 Sinyal digital saat proses prototype dengan sidik jari tersimpan

terbaca.

1

0

Gambar 3.14 Sinyal digital saat proses prototype dengan sidik jari tidak

tersimpan.

Pada gambar 3.13 merupakan sinyal digital yang terjadi saat sensor memindai

sidik jari tersimpan kemudian memberikan sinyal digital untuk mengendalikan

driver motor sehingga motor bergerak maju. Pada saat kondisi 0 merupakan

kondisi dimana delay waktu yang diberikan untuk bergerak mundur. Kembali lagi

pada kondisi 1 yaitu pada saat driver motor menggerakan motor dc mundur. Saat

benda menghalangi pagar atau berada di tengah lintasan, sensor jarak ping akan

memindai benda tersebut dan memutuskan tegangan motor dc. Sehingga pagar

tidak akan bergerak menutup saat benda menghalangi pagar atau berada di tengah

lintasan pagar. Limit switch 1 dan 2 berfungsi untuk memutus tegangan motor dc

saat pagar menekan kedua tombol tersebut. Limit switch 1 dan 2 berfungsi sebagai

proteksi untuk mencegah arus yang besar pada motor dc.

39

Tabel 3.1 Desain rencana kontrol

NO AKTIFITAS OUTPUT KONDISI

1 Jika sensor sidik jari mendeteksi koding yang tidak sesuai

Sensor sidik jari (A) bernilai 0

Pagar Diam

2 Jika sensor sidik jari mendeteksi koding yang sesuai

Sensor sidik jari (A) bernilai 1

1. Pagar Bergerak selama 6 detik membuka

2. Pagar Diam selama 10 detik

3. Pagar Bergerak selama 6 detik menutup

3 Jika sensor jarak ping tidak mendeteksi benda di tengah lintasan

Sensor jarak PING (J) bernilai 0

Pagar Bergerak menutup pagar

4 Jika sensor jarak ping mendeteksi benda di tengah lintasan

Sensor jarak PING (J) bernilai 1

Pagar Diam sampai benda tidak ada

5 Jika limit switch 1 dan 2 tidak tertekan oleh pagar

Limit Switch 1 (I) dan Limit Switch 2 (H) bernilai 0

Pagar tetap berhenti namun motor dc memilik arus yang sangat besar karena torsi dan putarannya tertahan

6 Jika limit switch 1 dan 2 tertekan oleh pagar

Limit Switch 1 (I) dan Limit Switch 2 (H) bernilai 1

Pagar berhenti karena limit switch 1 dan 2 memutuskan tegangan yang mengalir ke motor dc

40

Gambar 3.15 Kondisi pagar diam

Gambar 3.16 Kondisi pagar membuka dan diam karena delay waktu.

Gambar 3.17 Kondisi pagar dari membuka bergerak ke menutup tanpa benda

menghalangi.

Gambar 3.18 Kondisi pagar yang diam saat benda menghalangi.

41

3.4 Metode/Prosedur Kerja

Dalam penelitian ini, langkah-langkah kerja yang dilakukan adalah sebagai

berikut:

3.4.1 Studi Literatur

Studi literatur dilakukan untuk mempelajari berbagai sumber referansi atau

teori yang berkaitan dengan pengaruh beban pada putaran motor:

a. Besarnya daya terhadap beban pagar

b. Pengaruh kecepatan pada tegangan, waktu, dan arus

3.4.2 Rangkaian Driver Relay

Pada alat yang dibuat memiliki rangkaian yang dapat membolak-balikkan

arah putaran motor atau polaritas. Pada gambar 3.5 terdapat 4 buah relay

yang digunakan sebagai switching dengan membalikkan polaritas. Lampu

indicator atau LED akan membantu mengetahui kondisi relay yang

bekerja. Pada rangkaian ini, selain relay terdapat juga beberapa komponen

lainnya seperti resistor. Resistor yang digunakan sebelum ic uln 2003

dihubungkan ke arduino. Fungsi dari resistor sebagai penyetabil tegangan

dan arus yang masuk ke rangkaian. Masukan yang berasal dari kaki

arduino akan terhubung dengan ic uln 2003, dengan melihat datasheet.

Arus dan tegangan dapat dihitung dengan,

Tegangan kerja = 1,4 Volt

Arus kerja = 0.5 mA – 0.35 mA

Sehingga,

R = (Vs-Vd) / I ……………………………………………(3.1)

42

Dimana: Rd = Resistor (R1, R2, R3, R4)

Vs = Tegangan Sumber

Vd = Tegangan Kerja ic

I = Arus Kerja ic

Sehingga dapat nilai R sebagai berikut:

Rd = (Vs – Vd) / I

= (5 - 1.4) / 0.35 mA

= 10285.71 Ω

= 10.285 kΩ

= 10 kΩ

Maka, nilai resistor yang digunakan sebelum ic uln 2003 yaitu 10kΩ.

Sedangkan pada resistor (R5, R6, R7, R8) yang berada sebelum led

berfungsi sebagai penghambat arus listrik, sehingga arus yang melewati

led diperkecil. Di bawah ini perhitungan untuk resistor sebelum led,

Rk = (Vs – Vd) / I ………………………………………….(3.2)

Dimana: Rk = Resistor ( R5, R6, R7, R8)

Vs = Tegangan Sumber

Vd = Tegangan Kerja led

I = Arus Kerja led

Pada rangkaian, led yang digunakan berwarna putih, sehingga tegangan

kerjanya antara 3.0 volt - 3.6 volt. Sedangkan arus kerja led antara 10 mA

– 20 mA. Di bawah ini perhitungan penentuan nilai resistor,

Rk = (Vs – Vd) / I

= (12 – 3) / 0.01

43

= 900Ω

Nilai resistor yang didapat yaitu 900Ω, dimaksimalkan dengan

menggunakan resistor 1 kΩ. Jadi, resistor yang digunakan sebelum led 1

kΩ.

3.4.3 Rancangan Sensor Sidik Jari

Pada penelitian ini menggunakan sensor sidik jari atau fingerprint yang

berfungsi sebagai indikator putaran motor dc. Sensor sidik jari ini sebagai

perintah untuk menjalankan motor dc.

Prinsip kerja sebuah modul fingerprint yaitu bekerja dengan otak utama

berupa chip DSP yang melakukan image rendering, kemudian

mengkalkulasi, feature-finding, dan searching pada data yang sudah ada.

Output sensor ini berupa TTL serial yang memungkinkan dapat

dihubungkan dengan Arduino maupun mikrokontroler lainnya. Sensor ini

mampu menyimpan hingga 163 sidik jari pada memori internalnya. Sensor

ini dilengkap dengan led merah pada lensa yang akan menyala sebagai

indicator pengambilan gambar berlangsung. Berikut data spesifikasi sensor

sidik jari,

Sumber tegangan = 3.6 – 6.0 Vdc

Arus = 120 – 150 mA

Waktu membaca = <1.0 detik

Kapasitas = 162 sidik jari

Interface = TTL serial

Temperature = -20 - +500C

Dimensi = 56 x 20 x 21.5 mm

44

Berat = 20 gram

3.4.4 Rancangan Pagar Otomatis

Pagar adalah struktur tegak yang dirancang untuk membatasi atau

mencegah gerakan melintasi batas yang dibuatnya. Pagar memiliki

beberapa kegunaan, misal pada rangkaian ini menggunakan pagar

pengaman yang berguna untuk menghindari pelanggar batas atau pencuri,

mencegah anak-anak dan hewan peliharaan untuk lari. Pada penelitian ini

menggunakan pagar berbahan besi dengan panjang 1m, lebar, 50cm, dan

menggunakan 4 buah roda. Pagar ini terhubung dengan motor dc dengan

gir dan rantai sebagai alat penggerak pagar. Dapat dilihat pada gambar 3.3

Gambar 3.19 Pagar Yang Terhubung Dengan Motor DC.

3.4.5 Pengujian Alat

Pengujian rangkaian subsistem ini dilakukan untuk menguji kinerja

masing-masing subsistem.

3.4.5.1 Pengujian Sensor Sidik Jari

45

Pengujian pada sensor sidik jari ini dilakukan dengan cara

memasukkan 5 buah sidik jari. Kemudian sensor

membaca dan menyimpannya ke dalam memori yang

terdapat pada sensor. 5 buah sidik jari tersebut yaitu ibu

jari, jari telunjuk, jari tengah, jari manis, dan jari

kelingking. Semuanya merupakan jari yang ada pada

tangan kanan. Dengan penamaan id 0, 1, 2, 3, dan 4

secara berurutan dari ibu jari sampai jari kelingking.

3.4.5.2 Pengujian Driver Relay

Pengujian rangkaian driver motor ini sebagai switching

relay dengan cara memberikan masukan sebagai sumber

utama dan memberikan trigger pada pin-pin yang

dihubungkan ke pin arduino. Pengujian ini dilakukan

untuk memastikan pengendali motor dalam hal ini

arduino uno r3 dengan Atmega328P bekerja dengan baik.

Proses pengujian dilakukan degnan memasukkan program

ke mikrokontroler yang terhubung ke motor dc.

Dikatakan programa dapat berjalan dengan baik apabila

motor dc dapat membalik arah putaran dan berhenti

sesuai delay waktu yang diberikan.

3.4.5.3 Pengujian Sensor Jarak PING

Pengujian ini dilakukan agar motor tidak menggerakkan

pagar saat ada benda yang berhenti di tengah lintasan

pagar. Ketika ada benda yang berhenti di tengah lintasan

46

pagar pada jarak terjauh yang terdeteksi yaitu 50 cm

sampai 5 cm, maka sensor jarak ini akan memerintahkan

kontrol untuk memutus tegangan driver motor dan

tegangan masukan ke motor dc

3.4.5.4 Pengujian Motor DC

Pengujian ini dilakukan dengan cara mengukur nilai

putaran dengan masukan tegangan yang berurutan, dari

tegangan terendah sampai tegangan tertinggi, sesuai

respon putaran motor. Penentuan nilai tersebut akan

dibandingkan dengan waktu dan beban pada motor.

3.5 Pengujian Keseluruhan Sistem

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui semua subsistem apakah sudah berhasil

atau tidak. Dengan menjalankan semua system yang telah dirangkai dan

diprogram. Dalam pengujian model ini dilakukan dengan mengganti sumber

tegangan dari terendah sampai tertinggi.

3.6 Analisis dan Simpulan, Serta Pembuatan Laporan

Setelah melakukan semua tahapan, tahapan paling akhir yaitu membuat analisi dan

simpulan dari penelitian dan percobaan yang dibuat dan dituangkan dalam bentuk

laporan.

47

MULAI

SENSOR

SIDIK JARI

PENYIMPANAN

DATA

SESUAI/TIDAK

SESUAI

SELESAI

YA

TIDAK

Gambar 3.20 Diagram alir sensor sidik jari.

48

MULAI

SENSOR

SIDIK JARI

MEMINDAI SIDIK

JARI

SESUAI/TIDAK

SESUAI

SELESAI

TIDAK

Driver relay

bekerja

MOTOR DC

BERGERAK

MAJU DAN

MUNDUR

YA

Gambar 3.21 Diagram alir proses prototype berjalan.

49

MULAI

SENSOR

Jarak Ping

MENDETEKSI

BENDA

SESUAI/TIDAK

SESUAI

SELESAI

TIDAK

MEMUTUS

TEGANGAN

MOTOR DC

BERHENTI

YA

Gambar 3.22 Diagram alir sensor jarak ping.