Membuat Robot Pemadam Api - Mikrokontroler Arduino

Hai teman…

Begini, di blog ini saya bermaksud untuk membagikan beberapa tugas-tugas kuliah saya. Semoga bisa membantu teman-teman dalam pemahaman materi tertentu. Kali ini saya akan membagikan tentang tugas Organisasi Komputer dimana tugas yang diberikan oleh Prof. Jazi Eko Istiyanto M.Sc., Ph.D adalah membuat rangkaian mikrokontroler arduino. Di tugas kelompok ini kami memilih membuat Robot Pemadam Api.

Berikut laporan dari tugas tersebut :

PERANCANGAN ROBOT PEMADAM API BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO

Kenapa kami memilih judul tersebut? Kenapa kami membuat robot pemadam api?

Sekarang ini perkembangan teknologi sudah sangat pesat. Banyak pengembang yang berlomba-lomba dalam melakukan pengembangan terutama mengembangkan kecanggihan teknologi yang sudah ada guna memudahkan pekerjaan. Selain memudahkan pekerjaan, tentunya faktor keamanan sangat perlu diperhatikan. Pada dasarnya kecanggihan teknologi yang sangat dibutuhkan yaitu kecanggihan teknologi yang memiliki manfaat yang besar serta keamanan yang terjamin.Beberapa bulan yang lalu bencana kebakaran sering terjadi. Kebakaran ini tidak hanya melanda pemukiman warga namun juga kebakaran hutan. Kebakaran hutan di Riau menjadi sorotan utama publik, kebakaran yang terjadi di tahun 2016 ini sangat merugikan. Kebakaran di pemukiman warga juga tidak bisa dihindari, hal ini biasanya terjadi karena efek arus pendek listrik. Bencana kebakaran yang sering terjadi telah menimbulkan banyak korban jiwa dan kerugian harta benda. Mengenai kebakaran, sangat dianjurkan melakukan berbagai macam tindak pencengahan,tidak ada salahnya membuat suatu inovasi guna pencegahan ini.

Kami bermaksud membuat robot pemadam api dengan menggunaan sebuah platform prototipe elektronika yang sering disebut Arduino. Dalam hal ini, kami menggunakan simulasi lilin yang menyala sebagai titik api. Robot pemadam api ini dirancang dengan menggunakan dua roda, arduino uno, flame sensor, ultrasonic sensor serta baling-baling kipas untuk memadamkan titik api. Konsep robot yang kami buat ini bermula dari robot bergerak mencari titik api, setelah menemukan titik api tersebut maka robot akan memadamkan titik api.

Dengan adanya inovasi robot pemadam api tersebut dapat mengantisipasi terjadinya kebakaran karena robot menyelusuri ruangan dalam usaha menemukan titik api serta memadamkannya.

PENGENALAN :

Perkembangan teknologi yang sangat pesat menjadikan manusia menginginkan semua hal lebih praktis, dalam hal ini memudahkan pekerjaan manusia. Teknologi mikrokontroler sebagai salah satu produk teknologi semi-konduktor berkontribusi besar untuk menunjang aktivitas manusia. Kemampuan penguasaan teknologi mikrokontroler akan membuka peluang pengembangan produk yang belum ada sebelumnya. Saat ini telah terbukti banyaknya produk-produk berbasis mikrokontroler untuk berbagai ruang lingkup kebutuhan manusia.

Hal ini memicu munculnya istilah robotic, Robotika merupakan bukti peradaban manusia semakin maju dari waktu ke waktu. Wujud robot bukan hanya sebuah bentuk yang menyerupai manusia atau binatang tertentu, melaikan bergerak menyerupai bentuk yang ditiru.Kemampuan robot untuk menyelesaikan misinya sangat diperhitungkan, untuk itu perlu pemrograman yang tepat sehingga menunjang kinerja optimum robot.Robot diciptakan untuk memudahkan manusia dalam menyelesaikan masalah. Arduino merupakan salah satu dari banyaknya produk edukasi mikrokontroler sebagai proyek rintisan berlisensi terbuka dan mampu difungsikan sebagai produk akhir.

Seperti yang telah dibahas sebelumnya bahwa bencana kebakaran sering terjadi terutama di pemukiman warga. Kebakaran ini selain dapat merenggut nyawa manusia juga menimbulkan kerugian materi. Kebakaran ini bermula dari munculnya suatu titik api yang semakin lama kian membesar, seharusnya titik api ini bisa terdeteksi keberadaannya.

Perancangan robot pemadam api ini memiliki alur dimana robot bergerak untuk mencari titik api dan kemudian memadamkannya. Berdasarkan hal tersebutlah, kami sepakat untuk membuat “Perancangan Robot Pemadam Api berbasis Mikrokontroler Arduino”. Konsep bahasa Arduino dengan menargetkan ke pin tertentu secara fisik menjadikannya lebih mudah dipahami oleh berbagai kalangan.

Arduino juga memiliki harga yang terjangkau dimana Arduino Uno lebih murah daripada jenis arduino yang lain, arduino memiliki berbagai macam jenisnya dan mudah diperoleh, mudah dipelajari, berkualitas serta lisensinya bersifat terbuka.

LANDASAN TEORI :

Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data.

Menurut Jazi (2014), mikrokontroler merupakan cips semikonduktor yang terdapat unit processor (CPU) terintegrasi dengan memori non-volatil sebagai penyimpanan instruksi program, media penyimpanan data bisa berupa ROM, EEPROM, RAM, atau SRAM, selain itu juga terintegrasi dengan pembangkit detak, dan unit kontrol masukan dan keluaran data.

Menurut Wikipedia, Mikrokontroler atau pengendali mikro adalah sistem mikroprosesor lengkap yang terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dari mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah PC, karena di dalam sebuah mikrokontroler umumnya juga telah berisi komponen pendukung sistem minimal mikroprosesor, yakni memori dan antarmuka I/O, sedangkan di dalam mikroprosesor umumnya hanya berisi CPU saja.

 Arduino

Sejarah Arduino

Semuanya berawal dari sebuah thesis yang dibuat oleh Hernando Barragan, di institute Ivrea, Italia pada tahun 2005, dikembangkan oleh Massimo Banzi dan David Cuartielles dan diberi nama Arduin of Ivrea. Lalu diganti nama menjadi Arduino yang dalam bahasa Italia berarti teman yang berani.Tujuan awal dibuat Arduino adalah untuk membuat perangkat mudah dan murah, dari perangkat yang ada saat itu. Dan perangkat tersebut ditujukan untuk para siswa yang akan membuat perangkat desain dan interaksi.

Saat ini tim pengembangnya adalah Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino, David Mellis, dan Nicholas Zambetti. Mereka mengupayakan 4 hal dalam Arduino ini, yaitu:

·         Harga terjangkau

·         Dapat dijalankan diberbagai sistem operasi, Windows, Linux, Max, dan sebagainya.

·         Sederhana, dengan bahasa pemograman yang mudah bisa dipelajari orang awam, bukan untuk orang teknik saja.

·         Open Source,hardware maupun software.

Sifat Arduino yang Open Source, membuat Arduino berkembang sangat cepat. Dan banyak lahir perangkat-perangkat sejenis Arduino. Seperti DFRDuino atau Freeduino, dan kalau yang lokal ada namanya CipaDuino yang dibuat oleh SKIR70, terus ada MurmerDuino yang dibuat oleh Robot Unyil, ada lagi AviShaDuino yang salah satu pembuatnya adalah Admin Kelas Robot.

Sampai saat ini pihak resmi, sudah membuat berbagai jenis-jenis Arduino. Mulai dari yang paling mudah dicari dan paling banyak digunakan, yaitu Arduino Uno. Hingga Arduino yang sudah menggunakan ARM Cortex, berbentuk Mini PC. Arduino sebenarnya menggunakan bahasa C yang sudah disederhanakan.

Pengertian Arduino

Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source, diturunkan dari Wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Hardware-nya memiliki prosesor Atmel AVR dan softwarenya memiliki bahasa pemrograman sendiri.

Arduino juga merupakan platform hardware terbuka yang ditujukan kepada siapa saja yang ingin membuat purwarupa peralatan elektronik interaktif berdasarkan hardware dan software yang fleksibel dan mudah digunakan. Mikrokontroler diprogram menggunakan bahasa pemrograman arduino yang memiliki kemiripan syntax dengan bahasa pemrograman C. Karena sifatnya yang terbuka maka siapa saja dapat mengunduh skema hardware arduino dan membangunnya.

Jenis-jenis Arduino

a.       Arduino Uno

Jenis yang ini adalah yang paling banyak digunakan. Terutama untuk pemula sangat disarankan untuk menggunakan Arduino Uno. Dan banyak sekali referensi yang membahas Arduino Uno. Versi yang terakhir adalah Arduino Uno R3 (Revisi 3), menggunakan ATMEGA328 sebagai Microcontroller-nya, memiliki 14 pin I/O digital dan 6 pin input analog. Untuk pemograman cukup menggunakan koneksi USB type A to To type B. Sama seperti yang digunakan pada USB printer.

b.      Arduino Due

Berbeda dengan saudaranya, Arduino Due tidak menggunakan ATMEGA, melainkan dengan chip yang lebih tinggi ARM Cortex CPU. Memiliki 54 I/O pin digital dan 12 pin input analog. Untuk pemogramannya menggunakan Micro USB, terdapat pada beberapa handphone.

c.       Arduino Mega 

Mirip dengan Arduino Uno, sama-sama menggunakan USB type A to B untuk pemogramannya. Tetapi Arduino Mega, menggunakan Chip yang lebih tinggi ATMEGA2560. Dan tentu saja untuk Pin I/O Digital dan pin input Analognya lebih banyak dari Uno.

d.      Arduino Leonardo

Bisa dibilang Leonardo adalah saudara kembar dari Uno. Dari mulai jumlah pin I/O digital dan pin input Analognya sama. Hanya pada Leonardo menggunakan Micro USB untuk pemogramannya.

e.       Arduino Fio 

Bentuknya lebih unik, terutama untuk socketnya. Walau jumlah pin I/O digital dan input analognya sama dengan uno dan leonardo, tapi Fio memiliki Socket XBee. XBee membuat Fio dapat dipakai untuk keperluan projek yang berhubungan dengan wireless.

f.       Arduino Lilypad 

Bentuknya yang melingkar membuat Lilypad dapat dipakai untuk membuat projek unik. Seperti membuat amor iron man misalkan. Hanya versi lamanya menggunakan ATMEGA168, tapi masih cukup untuk membuat satu projek keren. Dengan 14 pin I/O digital, dan 6 pin input analognya.

g.      Arduino Nano 

Seperti namanya, Nano yang berukulan kecil dan sangat sederhana ini, menyimpan banyak fasilitas. Sudah dilengkapi dengan FTDI untuk pemograman lewat Micro USB. 14 Pin I/O Digital, dan 8 Pin input Analog (lebih banyak dari Uno). Dan ada yang menggunakan ATMEGA168, atau ATMEGA328.

h.      Arduino Mini 

Fasilitasnya sama dengan yang dimiliki Nano. Hanya tidak dilengkapi dengan Micro USB untuk pemograman. Dan ukurannya hanya 30 mm x 18 mm saja.

i.        Arduino Micro 

Ukurannya lebih panjang dari Nano dan Mini. Karena memang fasilitasnya lebih banyak yaitu; memiliki 20 pin I/O digital dan 12 pin input analog.

j.        Arduino Ethernet 

Arduino yang sudah dilengkapi dengan fasilitas ethernet. Membuat Arduino kamu dapat berhubungan melalui jaringan LAN pada komputer. Untuk fasilitas pada Pin I/O Digital dan Input Analognya sama dengan Uno.

k.      Arduino Esplora 

Rekomendasi bagi kamu yang mau membuat gadget sepeti Smartphone, karena sudah dilengkapi dengan Joystick, button, dan sebagainya. Kamu hanya perlu tambahkan LCD, untuk lebih mempercantik Esplora.

l.        Arduino Robot 

Ini adalah paket komplit dari Arduino yang sudah berbentuk robot. Sudah dilengkapi dengan LCD, Speaker, Roda, Sensor Infrared, dan semua yang kamu butuhkan untuk robot sudah ada pada Arduino ini.

Contoh Program

int LED_PIN = 13;

voidsetup () {

    pinMode (LED_PIN, OUTPUT);     // enable pin 13 for digital output

}

voidloop () {

    digitalWrite (LED_PIN, HIGH);  // turn on the LED

    delay (1000);                  // wait one second (1000 milliseconds)

    digitalWrite (LED_PIN, LOW);   // turn off the LED

    delay (1000);                  // wait one second

}

Kelebihan Arduino

·         Tidak perlu perangkat chip programmer karena di dalamnya sudah ada bootloader yang akan menangani upload program dari komputer.

·         Sudah memiliki sarana komunikasi USB, sehingga pengguna Laptop yang tidak memiliki port serial/RS323 bisa menggunakan nya.

·         Bahasa pemrograman relatif mudah karena software Arduino dilengkapi dengan kumpulan library yang cukup lengkap.

·         Memiliki modul siap pakai (shield) yang bisa ditancapkan pada board Arduino. Misalnya shield GPS, Ethernet, SD Card, dll.

PENELITIAN SEBELUMNYA 

1.      Pada hasil penelitian “Perancangan Robot Pemadam Api Menggunakan Kontrol PID oleh Anto Oktavianto (2014)” robot dibuat menggunakan empat roda (Syncronous Drice), sementara penelitian ini dibuat menggunakan dua roda (Differential Drive)  dan menggunakan 1 roda tambahan, maka robot akan bergerak lebih cepat.Differential drive merupakan sistem gerak dengan dua buah roda. Dua buah roda dengan dua  motor penggerak, sedangkan sebuah roda diberlakukan sebagai penyeimbang, Differential Drive dapat dilihat pada Gambar 1. Contoh sistem gerak ini pada kehidupan sehari-hari adalah alat transportasi becak dan bajaj.

Gambar 1. Sistem Gerak Differential Drive

2.      Penelitian yang dilakukan oleh Luthfi Aprilianto “Sistem Pemadam Api Otomatis Dengan Sistem Kendali Suhu dan Kelembaban Pada Ruangan Menggunakan Kendali Logika Fuzzy (2013)”. Dilakukan pengembangan inovasi rumah cerdas (smart home) sistem instrumentasi dan kendali kondisi ruangan dengan kendali logika fuzzy. Sistem ini mengendalikan suhu serta kelembaban ruangan dan mengatur kadar polusi udara dalam ruangan. Sedangkan penelitian yang kami lakukan yaitu robot dapat mendeteksi adanya sumber api dan melakukan pemadaman secara otomatis.

3.      “Rancang Bangun Pemadam Api Otomatis Dalam Ruangan Berbasis Image Processing dan Neural Network (2014)” oleh Petrus Fanta dkk., yang meneliti metode image processing digunakan untuk mengolah dan menganalisa citra/gambar sebuah titik api. Target api yang dideteksi sensor kamera CMUcam akan dibaca sebagai data RGB. Data RGB api diolah algoritma neural network sederhana, disimpan di dalam mikrokontroler, sebagai acuan untuk mendeteksi api. Saat api terdeteksi, servo standar dengan alat penyemprot air berhenti, CMUcam menghadap target api, motor washer aktif menyemprotkan air hingga api padam. Pada penelitian yang kami gunakan tidak menggunakan metode image processing dan Neural Network, namun kami menggunakan kipas dalam memadamkan api (bukan air).

RUMUSAN MASALAH

Pada umumnya sensor ultrasonic digunakan untuk membaca jarak benda yang ada didepannya, namun pada pembuatan robot ini sensor ultrasonic dikolaborasikan dengan flame detector, dimana diprogram secara bergantian pada robot pemadam api. Flame detector sangat sensitive terhadap infrared yang panjang gelombang cahayanya 760-1100mm.

Prototipe robot dibuat untuk mendeteksi dan memadamkan api/lilin dalam satu ruangan, dan dalam penelitian ini menggunakan kipas angin untuk mematikan lilin, semakin luas ruangan yang dibuat semakin lama proses robot mematikan api/lilin. Tidak hanya itu saja, flame detector juga berpengaruh terhadap cahaya. Saat berada di ruang dengan pencahayaan yang kurang, robot akan lebih mudah mendeteksi adanya titik api, begitupun sebaliknya robot akan kesulitan mencari titik api saat berada di ruangan yang pencahayaannya terlalu terang.

RANCANGAN SOLUSI

Rencana pembuatan robot pemadam api dilakukan dengan cara membuat rangkaian penghubung antara modul dan komponen dengan mikrokontroler dan sistem pengendaliannya menggunakan pemrograman bascom AVR. Sensor yang digunakan adalah flame sensordansensor ultrasonic yang dapat memberikan input ke mikrokontroler berupa sinyal yang sudah dikonversikan ke bentuk data. Untuk proses pembuatan akan lakukan dengan cara menagtur satu persatu tata letak semua komponen. Semua komponen dihubungkan seperti yang ditunjukan Gambar 2 dibawah ini.

Gambar 2. Rangkaian Komponen Robot Pemadam Api

IMPLEMENTASI SOLUSI

Dalam pengontrolan robot digunakan rancangan elektronik yang menggunakan mikrokontroler sebagai otak. Flame detector yang digunakan sebagai sensor pendeteksi api. Flame detector dihubungkan dengan perangkat mikrokontroler sebagai input. Sensor ultrasonik digunakan sebagai sensor pendeteksi jarak yang dihubungkan dengan perangkat mikrokontroler sebagai input. Sebagai output, mikrokontroler akan memberi perintah kepada motor gearbox atau motor dc untuk berputar mendekati sumber api dan memadamkan sumber api. Sensor ultasonik akan berfungsi bilamana robot menemui halangan atau benda, sehingga luasnya ruangan dan pencahayaan ruangan menentukan lamanya proses pencarian dan pemadaman api. Berikut proses uji coba yang dilakukan:

1.            Uji Coba Pertama

Pada uji coba yang dilakukan pertama kali, komponen yang digunakan berupa:

1)      Arduino Uno Board

2)      Motor DC + Wheel

3)      Motor DC + Fan

4)      Flame Sensor

5)      Ultrasonic Sensor HC-SR04

6)      Bredboard

7)      Jumper Cable

8)      IC Driver L293D

9)      Battery 6 pcs

Komponen dirakit dan dihubungkan sehingga membentuk sebuah rangkaian komponen seperti yang ditunjukan gambar 3 dibawah ini:

Gambar 3. Rangkaian komponen pada uji coba pertama

Hasil  dari rangkaian diatas adalah ketika semua komponen telah dirakit sesuai dengan fungsinya. Maka dilakukan uji coba dengan menggunakan 1 buah lilin menyala. Ketika robot dinyalakan, robot bisa mendeteksi adanya halangan berupa telapak tangan yang sengaja di dekatkan ke hadapan robot. Kemudian robot akan berbelok untuk menghindari halangan.Robot akan berhenti ketika menemukan titik api berupa lilin, namun kipas berputar lambat. Sehingga ketika api akan padam, sensor mendeteksi bahwa api telah padam dan kipaspun berhenti, karena api sebelumnya tidak benar-benar padam maka api menyala kembali dan kipas pun berputar kembali untuk memadamkan api, begitu seterusnya. Dengan uji coba ini kami berkesimpulan bahwa sumber tenaga untuk pergerakan kipas masih kurang, sehingga munculah uji coba kedua.

2.            Uji Coba Kedua

Pada uji coba yang dilakukan selanjutnya, komponen yang digunakan berupa:

1)      Arduino Uno Board

2)      Motor DC + Wheel

3)      Motor DC + Fan

4)      Flame Sensor

5)      Ultrasonic Sensor HC-SR04

6)      Jumper Cable

7)      Bredboard

8)      IC Driver L293D

9)      Battery 6 pcs untuk menyalakan komponen dan sensor

10)  PCB Board

11)  IC Driver L298N

12)  Relay

13)  Resistor

14)  Battery 4 pcs untuk menyalakan 3 motor DC (2 wheel & 1 Fan)

Komponen diatas dirakit dan dihubungkan sehingga membentuk sebuah rangkaian komponen seperti yang ditunjukan gambar 4 dibawah ini:

Gambar 4. Rangkaian komponen pada uji coba kedua

Pada perakitan uji coba kedua ini kami mengganti komponen Bredboard dengan PCB Board, dengan alasan bahwa Bredboard bisa saja terlepas karena tidak bisa permanen, selain itu bentuknya besar dan berat. Kemudian kami juga mengganti IC Driver L293D dengan IC Driver L298N dengan alasan bahwa L293D ini dirancang untuk mengendalikan 2 motor DC sedangkan pada robot ini kami menggunakan 3 motor DC, sehingga kami menggantinya dengan komponen L298N.

------------------------------------------
Untuk kelanjutan tulisan tersebut, teman-teman bisa download di : Disini

Dari tulisan tersebut dibuat juga Slide untuk presentasi, teman-teman bisa download di : Disini

Source code berupa file mentahan : Disini
Source code berupa file word : Disini

Karena pembuatan robot ini sudah lama, jadi sekiranya saya lupa file source code terakhir yang saya gunakan yang mana (karena biasanya saya selalu punya duplikat ketika mau otak atik source code). Jadi, silakan teman-teman berkreasi sesuka hati, karena hasil pembuatan robot ini jauh dari kata SEMPURNA.