SPEED CONTROLLER TWO BRUSHLESS DC MOTOR...

PENGENDALIAN KECEPATAN DUA BUAH MOTOR DC BRUSHLESS

350W/48V BERBASIS

MIKROKONTROLLER

SPEED CONTROLLER TWO BRUSHLESS DC MOTOR 350W/48V METHOD BASED

MICROCONTROLLER

Proyek Akhir

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Diploma Tiga

Program Studi Teknik Listrik

Jurusan Teknik Elektro

Oleh :

FAKHRI MUNZIAR

NIM. 091321049

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

DATA PRIBADI

Nama : Fakhri Munziar

Tempat, tanggal lahir : Bandung, 7 – 1 – 1991

Agama : Islam

Alamat : Jl. Dahlia 107 blok 5 Perum

Rancaekek Kencana Kab.

Bandung

Hobi : Futsal dan memainkan alat

musik.

E – mail : [email protected]

No. Telp : 085624296004

Pendidikan : 1997-2003 SD Kencana Indah 2 Rancaekek

2003-2006 SMP Negeri 3 Rancaekek

2006-2009 SMU Negeri 20 Bandung

2008-2012 Politeknik Negeri Bandung

Pengalaman berorganisasi :

Anggota Himpunan Mahasiswa Teknik Listrik ( 2008– 2009 )

Koordinator Divisi Dana Dan Usaha Himpunan ( 2010 )

Mahasiswa Teknik Listrik

Anggota Forum Komunikasi Mahasiswa Elektro ( 2010 )

Se-Bandung Tahun 2010

Motto : “Berfikir besar, Lakukan dari hal kecil, Bergerak cepat, Evaluasi”.

mailto:[email protected]

PERSEMBAHAN

Jika Allah menolong kamu, maka tak ada orang yang dapat mengalahkan kamu, jika Allah membiarkan kamu ( tidak memberi pertolangan), maka

siapakah gerangan yang dapat menolong kamu (selain) dari Allah sesudah itu? Karena itu hendaknya kepada Allah saja orang-orang mukmin bertawakal. (Q.S Ali Imran : 160)

Rasululah SAW bersabda, terhadap orang yang mencari ilmu, malaikat membentangkan sayap-sayapnya untuknya karena rela terhadap apa yang dicari. (HR. Ibnu Asakir)

Pengalaman adalah guru yang tak pernah salah (Thomas alfa edison)

Waktu adalah sesuatu yang tak pernah kembali (penulis)

Orang yang kaya adalah orang yang banyak memberi dengan ikhlas kepada orang yang membutukkan, dan orang yang sering menabung walaupun sedikit

(Bill gates)

“Berfikir besar, Lakukan dari hal kecil, Bergerak cepat, Evaluasi”. (penulis)

Aku persembahkan karyaku ini (proyek akhir) dengan penuh rasa syukur dan bangga kepada Orang tuaku, seluruh keluarga besarku, dan orang-orang yang menyayangiku dan orang-orang yang aku sayang.

ABSTRAK

Motor DC adalah salah satu jenis motor yang biasa digunakan di industri disamping

motor AC (induksi) seperti pada mesin conveyor, compressor, dan lain-lain. Biasanya motor DC

yang sering kita jumpai adalah jenis motor brushed (bersikat) padahal sekarang sudah ada jenis

motor DC Brushless (tanpa sikat) yang lebih efisien daripada Motor DC konvensional. Pada

tugas akhir ini akan dilakukan aplikasi pemograman mikrokontroller untuk melakukan

pengendalian kecepatan dua buah motor DC brushless. Pengendalian dua buah motor brushless

ini diperlukan dalam rangkaian mobil listrik. Pengendalian kecepatan motor secara mekanik pada

mobil listrik dapat dirubah dengan pengendalian secara elektris, dengan menggunakan metoda

PWM (Pulse width modulation). PWM merupakan suatu metoda untuk mengatur kecepatan

perputaran motor dengan cara mengatur prosentase lebar pulsa high terhadap perioda dari suatu

sinyal persegi dalam bentuk tegangan periodik yang diberikan ke motor sebagai sumber daya.

Semakin besar perbandingan lama sinyal high dengan perioda sinyal maka semakin cepat motor

berputar.

Kata Kunci : Mikrokontroler, ATMEGA 16, Motor DC Brushless, PWM

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahi rabbil ‘alamiin, puji syukur kita panjatkan ke hadirat Allah SWT, Tuhan

semesta alam. Karena dengan rahmat dan hidayahnya, sehingga proyek akhir ini dapat

diselesaikan dengan baik. Proyek akhir ini berjudul “Pengendalian Kecepatan Dua Buah

Motor Dc Brushless 350W/48V Berbasis Mikrokontroller”. Tulisan karya ilmiah ini

merupakan laporan dari pengerjaan Tugas Akhir yang telah dilaksanakan juga merupakan salah

satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Diploma III program studi Teknik Listrik,

jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung.

Dengan selesainya tugas akhir ini, tak lupa dengan segala kerendahan hati penulis

mengucapkan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Hari Purnama, Ir., M.Eng.. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik

Negeri Bandung,

2. Bapak Sunarto, ST, M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik Politeknik

Negeri Bandung,

3. Bapak Drs. Sofian Yahya.,SST.,MT, sebagai pembimbing utama atas segala dorongan,

kesabaran, pengertian dan bimbingannya dalam membantu penulis untuk menyelesaikan

proyek akhir ini,

4. Bapak Drs. Kartono Wijayanto,ST.,MT, sebagai pembimbing pendamping yang telah

memberikan petunjuk, pengertian dan pengarahan sehingga Penulis dapat menyelesaikan

proyek akhir ini,

5. Seluruh Staf Dosen Program Studi Teknik Listrik dengan kesediaannya memberikan

ilmu dan pengetahuan kepada penulis selama ini,

6. Seluruh Staf Teknisi Laboratorium yang telah bersedia membantu penulis dalam

pengerjaan Tugas Akhir ini,

7. Keluarga, Ibu dan Bapak yang selalu memberikan perhatian dan dukungan terhadap

penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

8. Nyonya Yuke Fathurohmah yang senantiasa memberikan semangat, dan motivasi, sabar

dalam menemani penulis.

9. Semua pihak yang telah membantu penulis dan tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis yakin tugas akhir ini jauh dari kesempurnaan, karena kesempurnaan hanyalah milik

Allah SWT. Oleh karena itu Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun

dari Pembaca dan semoga Proyek Akhir ini dapat bermanfaat bagi Penulis serta bagi seluruh

Pembaca.

Bandung, Juli 2012

Penulis

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ......................................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................... ii

KATA PENGANTAR .................................................................................. iii

DATA PRIBADI .......................................................................................... v

KATA MUTIARA ....................................................................................... vi

ABSTRAK .................................................................................................... vii

DAFTAR ISI .................................................................................................. viii

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xvii

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. xviii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1

1.1. Latar Belakang ................................................................................ 1

1.2. Tujuan Penelitian ........................................................................... 3

1.3. Perumusan Masalah ........................................................................ 3

1.4. Pembatasan Masalah ....................................................................... 3

1.5. Metode Penelitian ............................................................................ 4

1.6. Sistematika Penulisan ..................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI ...................................................................... 6

2.1 Motor DC Brushless ....................................................................... 6

2.1.1. Bagian-Bagian Motor DC brushless ..................................... 7

2.1.2. Hukum Tarik-Menarik dan Tolak-Menolak Magnet ............ 10

2.1.3. Prinsip Kerja Motor DC Brushless ....................................... 14

2.1.4. Keunggulan Motor DC Brushless ......................................... 19

2.1.5. Kerugian Motor DC Brushless.............................................. 20

2.2 Mikrokontroler ................................................................................ 20

2.3 Mikrokontroler Atmega 16 .............................................................. 25

2.4 Analog To Digital Converter (ADC)............................................... 30

2.5 PWM (Pulse Width Modulation) .................................................... 33

2.6 Komunikasi parallel antar mikrocontroller ..................................... 35

2.7 Baskom AVR .................................................................................. 37

2.8 Transformator Step Down ............................................................... 40

2.9 LCD ................................................................................................. 41

2.10 IC regulator .................................................................................... 43

2.11 IC AND ......................................................................................... 46

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT ......................... 49

3.1 Pendahuluan ........................................................................................ 49

3.2 Tujuan Perancangan ............................................................................ 49

3.3 Spesifikasi Alat .................................................................................... 51

3.4 Blok Diagram ...................................................................................... 52

3.5 Skema Eksitasi Motor DC Brushless................................................... 53

3.6 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) .......................................... 56

3.6.1 Perancangan Sistim minimum Mikrocontroller Atmega 16 ..... 58

3.6.2 Perancangan Penguat (Op-Amp) .............................................. 59

3.6.3 Perancangan Rangkaian Catu Daya motor ............................... 60

3.6.4 Perancangan Catu daya control (microcontroller) .................... 61

3.6.5 Rangkaian AND PWM ............................................................. 62

3.7 Realisasi Perangkat Keras ................................................................ 63

3.7.1 Pengetesan Rangkaian pada Protoboard ................................... 63

3.7.2 Realisasi Rangkaian dengan PCB ............................................. 64

3.6.3 Realisasi Komponen Pelengkap ................................................ 66

3.7 Perancangan software ....................................................................... 67

BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISIS ............................................... 72

4.1. Tujuan ................................................................................................ 72

4.2. Metode Pengujian .............................................................................. 72

4.3. Penggunaan Alat Ukur ....................................................................... 72

4.4. Pengukuran dan Analisis Perangkat elektronik ................................. 72

4.4.1 Pengujian system minimum atmega 16 .................................... 73

4.4.2 Pengujian LCD ......................................................................... 75

4.4.3 Pengujian Mikrokontroler atmega 16 ....................................... 77

4.4.4 Pengujian Op-Amp ................................................................... 78

4.4.5 Pengujian catu daya mikrokontroler ......................................... 78

4.4.6 Pengujian Sensor Hall ............................................................... 80

BAB V PENUTUP ........................................................................................ 101

5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 101

5.2 Saran ................................................................................................... 101

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 111

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Motor DC Tanpa Sikat Magnet Permanen ................................ 6

Gambar 2.2 Rotor Motor DC Brushless ........................................................ 7

Gambar 2.3 Stator Motor DC Brushless ........................................................ 8

Gambar 2.4 EMF Balik Trapezoidal Yang Dihasilkan Bldc Motor .............. 9

Gambar 2.5 Posisi Penempatan Sensor Hall .................................................. 9

Gambar 2.6 Pola Garis Medan Magnet Permanen......................................... 11

Gambar 2.7 Daerah Netral Pada Magnet Permanen ...................................... 12

Gambar 2.8 Perbedaan Besi Biasa Dan Magnet Permanen ........................... 12

Gambar 2.9 Pola Garis Medan Magnet Tolak-Menolak ................................ 13

Gambar 2.10 Pola Garis Medan Magnet Tarik-Menarik ................................. 13

Gambar 2.11 Garis Medan Magnet Utara-Selatan ........................................... 14

Gambar 2.12 Garis Gaya Magnet Pada Permukaan Rata Dan Silinder ........... 14

Gambar 2.13 Rangkaian Swiching .................................................................. 15

Gambar 2.14 Tegangan Yang Diberikan Ke Motor BLDC 3 Fasa .................. 16

Gambar 2.15 Posisi Komutasi Step 1 Dan 2 .................................................... 17



Gambar 2.18 Blok Microcontroller Secara Umum ......................................... 23

Gambar 2.19 Susunan Kaki-Kaki Microcontroller Atmega 16 ...................... 28

Gambar 2.20 Hubungan Nilai Duty Cycle Dengan Tegangan Rata-Rata ...... 35

Gambar 2.21 Ilustrasi Komunikasi Parallel .................................................... 36

Gambar 2.22 Tampilan Jendela Program Baskom-AVR ................................ 37

Gambar 2.23 Tampilan Simulasi Baskom-AVR ............................................ 39

Gambar 2.24 Tranformator Step Down .......................................................... 41

Gambar 2.25 LCD 16x2 ................................................................................... 42

Gambar 2.26 Konfigurasi Pin Dari LCD ......................................................... 43

Gambar 2.27 Rangkaian IC Regulator ............................................................ 45

Gambar 2.28 Gerbang AND ............................................................................ 47

Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Perencangan Dan Pembuatan Alat .......... 50

Gambar 3.2 Input Kecepatan Dan Belokan .................................................. 52

Gambar 3.3 Pengontrolan Master Slave ....................................................... 52

Gambar 3.4 Gelombang Q1 dan Q2 ............................................................. 54





Gambar 3.9 Tegangan Keluaran Dari Sensor Hall ....................................... 55

Gambar 3.10 Perancangan Sismin atmega 16 ................................................ 59

Gambar 3.11 Perancangan Rangkaian Skematik Op-Amp ............................. 59

Gambar 3.12 Rangkaian Catu Daya Mikrokontroler ...................................... 62

Gambar 3.13 PWM Distribution Logic .......................................................... 63

Gambar 3.14 Perancangan Rangkaian AND PWM ........................................ 63

Gambar 3.15 Pengetesan Catu Daya 5 Volt Pada Protoboard ....................... 64

Gambar 3.16 Realisasi Rangkaian Elektronika ............................................. 64

Gambar 3.17 Panel Pelengkap Pengendali ..................................................... 66

Gambar 3.18 Diagram Alur Rancangan Perangkat Lunak Sistem ................. 69

Gambar 4.1 Pengujian I/O Atmega Dengan LED Posisi On ........................ 75

Gambar 4.2 Pengujian I/O Atmega Dengan LED Posisi Off ....................... 75

Gambar 4.3 Tampilan LCD .......................................................................... 76

Gambar 4.4 Tampilan Nilai ADC ................................................................. 76

Gambar 4.5 Pembacaan Duty Cycle PWM Atmega 16 ................................ 77

Gambar 4.6 Rangkaian Power Supply 5 V ................................................... 79

Gambar 4.7 Pengujian Sensor Hall ............................................................... 80

Gambar 4.8 Hall Pada Posisi 101/Step1 ....................................................... 81





Gambar 4.13 Hall Pada Posisi 100/Step 6 ...................................................... 82

Gambar 4.14 Pemetaan Input Data Untuk Menentukan Sudut Belokan 83

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Urutan Sensor Hall.......................................................................... 23

Tabel 2.2 Urutan Hall 1 Putaran Penuh ......................................................... 25

Tabel 2.3 Deskripsi Pin Atmega 16 ................................................................ 34

Tabel 2.4 Karakter Yang Digunakan Dalam Baskom-Avr ............................. 43

Tabel 2.5 Tipe Data Yang Dimiliki Baskom-AVR ........................................ 44

Tabel 2.6 Beberapa Instruksi Dasar Baskom-AVR ........................................ 46

Tabel 2.7 Konfigurasi Pin LCD ....................................................................... 52

Tabel 2.8 Tabel Spesifikasi IC Regulator ........................................................ 55

Tabel 3.1 Spesifikasi Plant (Motor DC Brushless) Dan Alat Kontrol ............ 61

Tabel 3.2 Komponen Alat Kontrol ................................................................. 62

Tabel 3.3 Penggunaan I/O Mikrocontroller Atmega 16 ................................. 66

Tabel 3.4 Komponen Pembuatan Sistem Minimum ....................................... 67

Tabel 3.5 Komponen Rangkaian Op-Amp ..................................................... 69

Tabel 3.6 Komponen Rangkaian Catu Daya ................................................... 71

Tabel 4.1 Hasil pengukuran I/O atmega 16 .................................................... 78

Tabel 4.2 Pengujian Op-amp ......................................................................... 79

Tabel 4.3 Hasil Percobaan Supply Mikrocontroller ....................................... 80

Tabel 4.4 Urutan Kerja Dari Sensor Hall ........................................................ 84

Tabel 4.5 Saat ADC Kecepatan 100% ............................................................ 84

Tabel 4.6 Saat ADC Kecepatan 75% .............................................................. 85



Tabel 4.9 Saat ADC Kecepatan 0% ................................................................ 86

Tabel 4.10 ADC Kecepatan 100%, Lurus, Motor Kanan ............................... 87

Tabel 4.11 ADC Kecepatan 100%, Lurus, Motor Kiri .................................... 87

Tabel 4.12 ADC Kecepatan 100%, Belok Kanan, Motor Kiri ........................ 88

Tabel 4.13 ADC Kecepatan 100%, Belok Kanan, Motor Kanan .................... 89

Tabel 4.14 ADC Kecepatan 100%, Belok Kiri, Motor Kiri ............................ 89

Tabel 4.15 ADC Kecepatan 100%, Belok Kiri, Motor Kanan ........................ 89

Tabel 4.16 ADC Kecepatan 75%, Lurus, Motor Kanan ................................. 90

Tabel 4.17 ADC Kecepatan 75%, Lurus, Motor Kiri ...................................... 91

Tabel 4.18 ADC Kecepatan 75%, Belok Kanan, Motor Kiri .......................... 91

Tabel 4.19 ADC Kecepatan 75%, Belok Kanan, Motor Kanan ...................... 92

Tabel 4.20 ADC Kecepatan 75%, Belok Kiri, Motor Kiri .............................. 92

Tabel 4.21 ADC Kecepatan 75%, Belok Kiri, Motor Kanan .......................... 93






Tabel 4.27 ADC Kecepatan 50%, Belok Kiri, Motor Kanan .......................... 96






Tabel 4.33 ADC Kecepatan 25%, Belok Kiri, Motor Kanan 99

DAFTAR PUSTAKA

[1] Hadi, Moh. Sholihul.2008. Mengenal Mikrokontroler AVR ATMega164.(komunitas elearning Ilmu

computer.com)

[2] Hartono, Puji. 2008. Analisa Pengendali Kecepatan Motor DC Pencatudayaan PWM.

Bandung : Institute Teknologi Bandung.

[3] Kusdarwanto, Hendra. Rancang Bangun Sistem Kedali Motor DC Menggunakan Fuzzy

Logic Berbasis Mikrokontroler. Malang: Universitas Brawijaya Malang

[4] Kusumadewi, Sri dan Purnomo, Hari .2010.Aplikasi Logika Fuzzy untuk Pendukung

Keputusan. Yogyakarta : Graha Ilmu.

[5] Mozef, Eril. 2004. Pedoman Penulisan, Pengajuan dan Penilaian Proposal Proyek Akhir. Bandung :

Politeknik Negeri Bandung.

[6] Winoto, Ardi.2008. Mikrokontroler AVR ATmega8/16/32/8535 dan Pemogramannya dengan

Bahasa C Pada winAVR. Bandung : Informatika.

[7] http://ali3xfun.wordpress.com/2010/11/15/fuzzy-logic/

[8] http://blentz.net/2010/motor-dc-magnet-permanen/

[9] Basri, Hasan. 1997. Sistem Distribusi Daya Listrik. Jakarta Selatan : ISTN.

[10] Edminister,A. Joseph dan Mahmood Nahvi. 2004. Rangkaian Listrik Edisi Keempat.

Erlangga.

[11] Kumara, Satya. 2004. Modeling Pengaturan Kecepatan Motor DC dengan Simulink.

Kampus Bukit Jimbaran : Bali.

[12] Nono, Dedi. Modul Rangkaian Listrik. Bandung

[13] Sarjono W. J., Dedi N. S., Dedi Aming. 2004. Teori Dasar Sistem Kendali.

Politeknik Negeri Bandung : Bandung.

http://ali3xfun.wordpress.com/2010/11/15/fuzzy-logic/

http://blentz.net/2010/motor-dc-magnet-permanen/

SPEED CONTROLLER TWO BRUSHLESS DC MOTOR...

Documents

Transcript of SPEED CONTROLLER TWO BRUSHLESS DC MOTOR...