M4 Praktikum Mikrokontroller dan Mikroprosessor
Sistem Konveyor Otomatis untuk Pengklasifikasian dan Pengelompokan Benda Berdasarkan Warna dan Tinggi
Di era modern seperti saat ini, kebutuhan akan sistem otomatisasi semakin meningkat seiring dengan perkembangan teknologi dan tuntutan efisiensi dalam berbagai bidang. Salah satu bentuk penerapan otomatisasi yang semakin banyak dikembangkan adalah sistem penyortiran dan pengelompokan barang secara otomatis di lini produksi industri. Dalam dunia industri, proses pengklasifikasian berdasarkan karakteristik fisik seperti warna dan ukuran sangat penting untuk menjamin kualitas produk dan efisiensi kerja.
Namun, proses penyortiran secara manual tidak hanya memerlukan tenaga kerja yang besar, tetapi juga rawan terjadi kesalahan klasifikasi akibat faktor kelelahan atau ketidaktelitian manusia. Oleh karena itu, dibutuhkan sistem cerdas yang mampu melakukan klasifikasi dan pengelompokan secara otomatis dengan akurasi tinggi serta waktu yang lebih efisien.
Sebagai bentuk solusi terhadap masalah tersebut, dirancanglah sebuah sistem konveyor otomatis yang mampu melakukan proses pengklasifikasian dan pengelompokan benda berdasarkan warna dan tinggi. Sistem ini memanfaatkan berbagai jenis sensor, seperti sensor warna untuk mendeteksi warna kotak, sensor jarak (ultrasonik) untuk mengukur tinggi kotak, serta sensor infrared (IR) untuk mendeteksi dan menghitung jumlah kotak yang telah terklasifikasi masuk ke masing-masing penampungan.
Dalam implementasinya, sistem ini bekerja secara real-time untuk mengarahkan benda menuju tempat penampungan yang sesuai menggunakan servo motor. Data hasil klasifikasi ditampilkan pada layar LCD, yang memudahkan pengguna dalam memantau jumlah masing-masing jenis kotak.
Penerapan sistem ini tidak hanya relevan di lingkungan industri, tetapi juga dapat dikembangkan lebih lanjut untuk keperluan logistik, pengemasan, bahkan dalam dunia pendidikan sebagai media pembelajaran sistem kontrol otomatis berbasis mikrokontroler. Dengan demikian, sistem ini diharapkan mampu menjadi solusi inovatif dalam meningkatkan efisiensi proses klasifikasi barang secara otomatis.
2. Tujuan [Kembali]
Adapun tujuan dari perancangan sistem konveyor otomatis ini adalah sebagai berikut:
- Menyediakan kemudahan bagi pengguna dalam proses penyortiran barang secara otomatis tanpa harus melakukan pengawasan dan pengklasifikasian secara manual.
- Memberikan solusi yang praktis dan efisien bagi lingkungan industri atau pendidikan, terutama dalam kegiatan yang membutuhkan klasifikasi berdasarkan warna dan tinggi dengan kecepatan dan akurasi tinggi.
- Mengurangi ketergantungan terhadap tenaga kerja manusia dalam proses penyortiran, sehingga dapat meminimalkan kesalahan klasifikasi dan meningkatkan produktivitas.
- Menyediakan sistem monitoring sederhana melalui tampilan jumlah kotak terklasifikasi pada layar LCD, sehingga pengguna dapat mengetahui status klasifikasi secara real-time.
- Mengintegrasikan teknologi sensor dan aktuator sebagai bentuk penerapan sistem otomasi berbasis mikrokontroler yang dapat dikembangkan untuk berbagai keperluan lain di bidang logistik, pengemasan, dan pendidikan.
3. Daftar dan Alat Komponen [Kembali]
1. Rapberry Pi pico
2. Sensor Warna TCS34725
Sensor
·
Model IC: TCS34725FN
·
Tipe Sensor: Color Light-to-Digital Converter
·
Color Channels: Red, Green, Blue, dan Clear (C)
·
IR Filter: Built-in IR blocking filter
·
ADC Resolution: 16-bit
5. LCD
Spesifikasi :
·
Tegangan
operasi LCD ini adalah 4.7V-5.3V
·
Ini mencakup dua baris di mana
setiap baris dapat menghasilkan 16 karakter.
·
Pemanfaatan
arus adalah 1mA tanpa lampu latar
·
Setiap karakter dapat dibangun
dengan kotak 5×8 piksel
·
Alfanumerik LCD alfabet &
angka
·
Apakah tampilan dapat bekerja
pada dua mode seperti 4-bit & 8-bit
·
Ini dapat diperoleh dalam Lampu
Latar Biru & Hijau
·
Ini menampilkan beberapa
karakter yang dibuat khusus
9. PWM DC Controller
1) Raspberry Pi Pico
Raspberry Pi Pico adalah papan rangkaian elektronik yang di dalamnya terdapat komponen utama chip mikrokontroler RP2040, yang dirancang dan diproduksi oleh Raspberry Pi Foundatio. Tidak seperti komputer mini raspberry Pi lainnya yang menjalankan sistem operasi seperti Linux, Pico dirancang untuk tugas-tugas yang lebih sederhana dan langsung (embedded system), seperti membaca sensor, mengontrol perangkat, atau melakukan pengolahan data pada tingkat hardware. Adapun spesifikasi dari Raspberry Pi Pico adalah sebagai berikut:
a) RAM (Random Access Memory)
Raspberry Pi Pico dilengkapi dengan 264KB SRAM on-chip. Kapasitas RAM yang lebih besar ini memungkinkan Pico menjalankan aplikasi yang lebih kompleks dan menyimpan data lebih banyak.
b) Memori Flash Eksternal
Raspberry Pi Pico tidak memiliki ROM tradisional. Sebagai gantinya, ia menggunakan memori flash eksternal. Kapasitas memori flash ini dapat bervariasi, umumnya antara 2MB hingga 16MB, tergantung pada konfigurasi. Memori flash ini digunakan untuk menyimpan firmware dan program pengguna. Penggunaan memori flash eksternal pada Pico memberikan fleksibilitas lebih besar dalam hal kapasitas penyimpanan program.
c) Crystal Oscillator
Raspberry Pi Pico menggunakan crystal oscillator untuk menghasilkan sinyal clock yang stabil. Sinyal clock ini penting untuk mengatur kecepatan operasi mikrokontroler dan komponen lainnya.
d) Regulator Tegangan
Untuk memastikan pasokan tegangan yang stabil ke mikrokontroler.
e) Pin GPIO (General Purpose Input/Output)
Untuk menghubungkan Pico ke berbagai perangkat eksternal seperti sensor, motor, dan LED.
Komunikasi UART
UART (Universal Asynchronous
Receiver-Transmitter) adalah bagian perangkat keras komputer yang
menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bit-bit serial. UART biasanya
berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada
komputer atau port serial perangkat periperal.
Data dikirimkan secara paralel dari data bus ke UART1. Pada UART1
ditambahkan start bit, parity bit, dan stop bit kemudian dimuat dalam satu
paket data. Paket data ditransmisikan secara serial dari Tx UART1 ke Rx UART2.
UART2 mengkonversikan data dan menghapus bit tambahan, kemudia di transfer
secara parallel ke data bus penerima.
2) Sensor Warna TCS34725
TCS34725 adalah sensor warna RGB + Clear yang memiliki kemampuan mendeteksi intensitas cahaya pada komponen merah, hijau, biru, dan cahaya putih. Sensor ini menggunakan photodiode array yang dipadukan dengan IR blocking filter, sehingga dapat menghasilkan pembacaan warna yang lebih akurat dengan minim gangguan cahaya inframerah dari lingkungan.
Sensor ini dilengkapi dengan konverter ADC 16-bit dan mendukung antarmuka I2C untuk komunikasi data. TCS34725 banyak digunakan dalam sistem klasifikasi warna, pengenalan objek, dan pengendali pencahayaan otomatis.
Grafik respon sensornya :
3) Sensor Ultra Sonic
Sensor ultrasonik adalah sensor pengukur jarak yang bekerja dengan prinsip pemantulan gelombang ultrasonik. Sensor ini memancarkan gelombang suara frekuensi tinggi (sekitar 40 kHz) melalui pin TRIG, lalu menangkap gelombang yang dipantulkan kembali oleh objek melalui pin ECHO. Waktu tempuh sinyal digunakan untuk menghitung jarak objek.
Sensor ini banyak digunakan dalam robotika, sistem parkir otomatis, dan pengukur ketinggian cairan.
Grafik respon sensornya :
4) Sensor Infra Red
Sensor IR digunakan untuk mendeteksi keberadaan objek atau perubahan intensitas cahaya inframerah. IR transmitter (LED IR) memancarkan cahaya inframerah yang tak tampak oleh mata manusia, dan IR receiver (biasanya fotodioda atau fototransistor) mendeteksi cahaya tersebut.
IR banyak digunakan dalam aplikasi seperti penghitung benda, penghindar halangan, remote control, dan sensor garis.
Grafik respon sensornya :
5) LCD
LCD (Liquid Crystal Display) adalah perangkat output yang digunakan untuk menampilkan informasi berupa karakter, angka, maupun simbol dalam sistem elektronik. LCD bekerja dengan memanfaatkan sifat kristal cair yang dapat mengubah arah cahaya ketika dialiri arus listrik. Teknologi ini memungkinkan tampilan informasi yang jelas, hemat daya, dan tanpa memerlukan cahaya latar besar, menjadikannya pilihan populer dalam sistem embedded dan mikrokontroler.
Prinsip Kerja LCD
LCD terdiri dari dua lapisan substrat transparan yang berisi cairan kristal di antaranya. Ketika arus listrik diterapkan ke elektroda tertentu, molekul kristal cair akan memutar orientasi cahaya yang melewatinya, sehingga cahaya dapat atau tidak dapat melewati filter polarisasi, menghasilkan tampilan gelap atau terang pada segmen layar.
LCD tidak menghasilkan cahaya sendiri, sehingga umumnya dibekali dengan backlight (biasanya LED putih) untuk meningkatkan visibilitas dalam kondisi gelap.
Servo motor adalah jenis aktuator putar (rotary actuator) yang mampu mengatur posisi sudut dengan presisi tinggi. Servo motor biasanya terdiri dari motor DC kecil, gearbox, dan rangkaian pengendali di dalam satu unit tertutup. Pada sistem servo, terdapat umpan balik (feedback) posisi dari potensiometer internal, yang memungkinkan motor mengetahui posisi sudut saat ini dan menyesuaikan sesuai sinyal kendali.
Prinsip Kerja Servo Motor
Servo dikendalikan menggunakan sinyal PWM (Pulse Width Modulation). Lebar pulsa menentukan sudut posisi poros servo. Umumnya, pada servo standar 180°:
- Pulsa 1 ms ≈ 0°
- Pulsa 1,5 ms ≈ 90°
- Pulsa 2 ms ≈ 180°
Sinyal PWM ini dikirim secara berkala setiap ±20 ms. Servo akan mempertahankan posisi poros selama sinyal PWM terus dikirim.
Motor DC (Direct Current) adalah motor listrik yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanik rotasi. Motor DC 5V merupakan salah satu jenis motor DC kecil bertegangan rendah yang sering digunakan dalam proyek-proyek mikrokontroler dan robotika skala kecil.
Prinsip Kerja Motor DC
Ketika arus listrik dialirkan ke terminal motor, medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan rotor akan berinteraksi dengan medan magnet dari stator (baik magnet permanen atau elektromagnet), menghasilkan gaya lorentz yang memutar poros motor. Arah putaran bisa diubah dengan membalik polaritas tegangan.
Jumper adalah komponen kecil berupa kawat penghubung atau konektor logam tertutup plastik yang digunakan untuk menghubungkan dua pin pada papan rangkaian, seperti breadboard, modul sensor, atau PCB. Fungsi utamanya adalah untuk mengatur konfigurasi rangkaian atau mengaktifkan fitur tertentu tanpa perlu menyolder.
9) PWM DC Controller
PWM DC Controller adalah perangkat atau rangkaian yang digunakan untuk mengatur kecepatan putaran motor DC dengan memanfaatkan teknik Pulse Width Modulation (PWM). PWM merupakan metode pengaturan daya yang efisien dengan cara mengatur lebar pulsa (duty cycle) dari sinyal digital yang diberikan ke motor.
Prinsip Kerja PWM DC Controller
Motor DC pada dasarnya menerima sinyal tegangan untuk berputar. Jika tegangan diatur dengan metode konvensional (menggunakan resistor variabel), maka energi banyak terbuang sebagai panas. Namun, dengan PWM, tegangan tetap penuh (misalnya 5V), tetapi dikirim dalam bentuk pulsa-pulsa digital dengan kecepatan sangat tinggi.
Duty cycle dari sinyal PWM menentukan berapa persen waktu motor menerima tegangan penuh dalam satu periode:
- 0% duty cycle = motor mati
- 50% duty cycle = motor menerima tegangan 50% dari waktu total → kecepatan menengah
- 100% duty cycle = motor bekerja dengan kecepatan penuh
PWM DC controller biasanya menggunakan komponen seperti:
- Mikrokontroler atau IC PWM generator
- MOSFET atau transistor sebagai switch
- Driver motor untuk memperkuat arus ke motor
5. Percobaan [Kembali]
a. Hardware
Rangkaian Simulasi
Sistem klasifikasi dan sortasi otomatis berdasarkan warna dan tinggi bekerja secara berurutan mulai dari inisialisasi hingga penghentian sistem. Saat operator menekan saklar ON, sistem akan diaktifkan dan secara otomatis melakukan proses inisialisasi, termasuk pengecekan sensor warna, sensor tinggi (ultrasonik), motor servo, serta tampilan LCD. Setelah sistem siap, operator meletakkan benda di atas konveyor yang bergerak. Ketika benda berjalan melewati jalur konveyor, sensor warna akan mendeteksi warna benda (misalnya merah atau hijau), dan sensor ultrasonik akan mengukur tinggi benda.
Dalam kondisi sistem saat ini, klasifikasi dilakukan berdasarkan dua kategori: warna dan tinggi. Benda berwarna merah dengan tinggi lebih dari 6 cm akan diarahkan ke Box A, sementara benda berwarna hijau dengan tinggi kurang dari atau sama dengan 6 cm akan diarahkan ke Box B. Setelah klasifikasi ditentukan oleh mikrokontroler, benda akan bergerak menuju titik sortasi. Di titik ini, motor servo akan bergerak untuk mendorong benda ke box yang sesuai.
Setiap kali sebuah benda masuk ke box, sensor IR yang ditempatkan di mulut box akan mendeteksi keberadaan benda tersebut, lalu jumlah benda dalam box tersebut otomatis bertambah satu. Informasi jumlah masing-masing benda di setiap box akan ditampilkan secara real-time pada layar LCD, contohnya: “Box A: 1”, “Box B: 1”. Proses ini berlangsung terus selama sistem aktif. Jika operator menekan saklar OFF, seluruh proses, termasuk gerak konveyor, pembacaan sensor, dan aktivitas motor servo akan dihentikan secara otomatis, menandai berakhirnya operasi sistem.
d. Listing Program
- Transmitter
Link Download [Kembali]from machine import Pin, I2C, UART
from tcs34725 import TCS34725
import time
# --- Inisialisasi UART ---
uart = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(0), rx=Pin(1)) # TX=GP0, RX=GP1
# --- Inisialisasi Ultrasonik ---
TRIG = Pin(8, Pin.OUT)
ECHO = Pin(15, Pin.IN)
def read_distance():
TRIG.low()
time.sleep_us(2)
TRIG.high()
time.sleep_us(10)
TRIG.low()
t1 = time.ticks_us()
while ECHO.value() == 0:
if time.ticks_diff(time.ticks_us(), t1) > 30000:
return -1
start = time.ticks_us()
t2 = time.ticks_us()
while ECHO.value() == 1:
if time.ticks_diff(time.ticks_us(), t2) > 30000:
return -1
end = time.ticks_us()
durasi = time.ticks_diff(end, start)
jarak_cm = durasi / 58.0
return jarak_cm
# --- Inisialisasi TCS34725 ---
i2c = I2C(1, scl=Pin(3), sda=Pin(2), freq=100000)
sensor = TCS34725(i2c)
time.sleep_ms(50)
# --- Loop Utama ---
while True:
# Baca sensor jarak
jarak = read_distance()
if jarak == -1:
jarak = 0.0 # jika tidak terdeteksi, beri 0
# Baca sensor warna
try:
r, g, b = sensor.get_rgb()
except:
r, g, b = 0, 0, 0 # jika gagal, beri 0
# Format string data yang dikirim
data = "{},{},{},{:.2f}\n".format(r, g, b, jarak)
print("Mengirim:", data.strip())
uart.write(data)
time.sleep(1)
master
-Receiver
from machine import Pin, UART, PWM, I2C
import time
from pico_i2c_lcd import I2cLcd
# ===================== SETUP UART =====================
uart = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(0), rx=Pin(1))
time.sleep(1)
# ===================== SETUP LCD =====================
I2C_ADDR = 39
I2C_NUM_ROWS = 2
I2C_NUM_COLS = 16
i2c = I2C(1, sda=Pin(2), scl=Pin(3), freq=400000)
lcd = I2cLcd(i2c, I2C_ADDR, I2C_NUM_ROWS, I2C_NUM_COLS)
lcd.clear()
lcd.putstr("Counter Dimulai")
time.sleep(2)
lcd.clear()
# ===================== SETUP SERVO =====================
servo1 = PWM(Pin(18)) # Merah
# Hijau
servo1.freq(50)
def map_value(value, in_min, in_max, out_min, out_max):
return int((value - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min)
def move_servo(pwm, angle):
angle = max(0, min(180, angle))
duty = map_value(angle, 0, 180, 1500, 7500)
pwm.duty_u16(duty)
# ===================== SETUP IR SENSOR =====================
ir_merah = Pin(6, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
ir_hijau = Pin(7, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
counter_merah = 0
counter_hijau = 0
prev_merah = 1
prev_hijau = 1
last_merah = -1
last_hijau = -1
# ===================== UART BUFFER =====================
buffer = ""
servo1_trigger_time = 0
servo_duration = 2000 # ms
# ===================== LOOP UTAMA =====================
while True:
now = time.ticks_ms()
# ---------- BACA DATA UART ----------
if uart.any():
try:
char = uart.read(1).decode()
if char == '\n':
line = buffer.strip()
buffer = ""
parts = line.split(",")
if len(parts) == 4:
try:
r = int(parts[0])
g = int(parts[1])
b = int(parts[2])
jarak = float(parts[3])
print(f"R: {r}, G: {g}, B: {b}, Jarak: {jarak:.2f}")
if r > g and r > b and jarak == 1:
print("Aksi: Servo1 aktif (Merah)")
move_servo(servo1, 85)
servo1_trigger_time = now
elif g > r and g > b and jarak < 6:
print("Aksi: Servo1 aktif (Hijau)")
move_servo(servo1, 40)
servo1_trigger_time = now
except Exception as e:
print("Parsing Error:", e)
else:
print("Format tidak sesuai:", line)
else:
buffer += char
except Exception as e:
print("UART read error:", e)
# ---------- RESET SERVO SETELAH WAKTU HABIS ----------
if servo1_trigger_time and time.ticks_diff(now, servo1_trigger_time) > servo_duration:
move_servo(servo1, 0)
servo1_trigger_time = 0
# ---------- BACA IR SENSOR ----------
val_merah = ir_merah.value()
val_hijau = ir_hijau.value()
if val_merah == 0 and prev_merah == 1:
counter_merah += 1
if val_hijau == 0 and prev_hijau == 1:
counter_hijau += 1
prev_merah = val_merah
prev_hijau = val_hijau
# ---------- TAMPILKAN KE LCD HANYA JIKA BERUBAH ----------
if counter_merah != last_merah or counter_hijau != last_hijau:
lcd.move_to(0, 0)
lcd.putstr("Merah : {:<3}".format(counter_merah))
lcd.move_to(0, 1)
lcd.putstr("Hijau : {:<3}".format(counter_hijau))
last_merah = counter_merah
last_hijau = counter_hijau
# ---------- DELAY UTAMA ----------
time.sleep(0.01) # Lebih responsif
clave
e. Video Demo [Kembali]
- Download Data sheet motor servo klik di sini
- Download Data sheet Raspberry Pi Pico Unduh
- Download Data Sheet LCD klik di sini
- Download Data Sheet Sensor Infrared klik disini
- Download Data Sheet Sensor Warna RGB klik disini
- Download Data Sheet Sensor Ultrasonik klik disini
- File Rangkaian klik disini klik disini
- Video Rangkaian klik disini
- Link Download Program Raspberry klik disini
Komentar
Posting Komentar