http://ejournal.unp.ac.id/index.php/jtev/index
Volume 06  Number 01  2020 ISSN: 2302-3309
Received January 30, 2020; Revised February 01, 2020; Accepted February 03, 2020
Sistem Kendali Kecepatan Motor DC Berbasis Arduino dengan Metode Open Loop
Dio Pramanda 1* , Aswardi 2
1 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Padang * e-mail : dioprmnd@gmail.com

## Abstrak
Motor DC yaitu salah satu jenis motor yang banyak masih digunakan saat sampai sekarang ini.Motor DC ini sendiri sangat membantu didalam dunia perindustrian. Pada motor DC ini sendiri dibutuhkan sistem untuk mengoperasikannya,  yaitu  tujuannya  mengatur  kecepatan  Motor DC dengan  mengendalikan  nilai PWM (Pulse  Width  Modulation) pada  saat  pengoperasiannya.Perancangan  alat  ini  menggunakan software dan hardware. Adapun komponen Hardware diantaranya rangkaian, catu daya, Arduino, sensor kecepatan, sensor tegangan, sensor arus, gatedrive, motor DC dan Software Arduino IDE.Tahap pengujian yang dilakukan yaitu mengukur output tiap komponen.Jika sudah sesuai persyaratan maka siap dioperasikan.Dari hasil pengujian yang dilakukan dapat yaitu melakukan setpoin tegangan PWM (Pulse Width Modulation) sebesar 239 yang dimana  tegangan  input  nya  bervariasi  dari  50V,100V,150V  dan  200V  yang  menggunakan  beban  yang mengukur kecepatan terukur dengan referensi, dapat disimpulkan bahwa telah berhasil melakukan pengujian kecepatan motor DC.
Kata Kunci : Motor DC , Arduino Uno, Gatedrive, PWM

## Abstract
DC motor is one type of  motor that is  still widely used today. This DC  motor itself is  very helpful in the industrial world. The DC motor itself requires a system to operate it, namely the purpose of regulating the speed of a DC motor by controlling the PWM (Pulse Width Modulation) value at the time of operation. The design of this tool uses software and hardware. As for the Hardware components including circuits, power supplies, Arduino, speed sensors, voltage sensors, current sensors, gatedrive, DC motors and Arduino IDE Software. The testing phase is to measure the output of each component. If it is appropriate the requirements are ready to operate. From the results of the tests carried out that can be done setppoint PWM (Pulse Width Modulation) voltage of 239 where the input voltage varies from 50V, 100V, 150V and 200V which uses a load that measures the measured speed by reference, it can be concluded that the speed test was successful DC motor.
Keywords : Motor DC, Arduino Uno, Gatedrive, PWM

## PENDAHULUAN
Motor DC sangat  banyak digunakan,  ada berbagai  macam  motor DC banyak digunakan terutama  untuk  dunia  perindustrian.  Motor DC dimana  akan  dibutuhkan  variasi  kecepatan motor yang lebar. Dalam industri pengendalian motor DC sangat penting. Sistem pengontrolan kecepatan motor DC sekarang ini banyak dilakukan. Karena dalam pemakaian motor DC sangat dibutuhkan  diatur  kecepatannya.  Motor DC itu  sendiri  memiliki  beberapa  metode  untuk mengatur kecepatannya. Beberapa penelitian telah dilakukan dalam hal mengendalikan motor DC itu sendiri. Dari metode Fuzzy logic, PID dan PWM [1].Dalam pengoperasian motor DC tersebut  terdapat  acuan  yang  meliputi  kecepatan  motor,  tegangan  keluaran  motor  dan  arus keluaran  motor.  Beberapa  acuan  tersebut  memiliki  nilai  yang  sangat  penting  dalam  proses pengontrolan motor DC tersebut. Dengan mengukur nilai tersebut pengguna bisa mengetahui apa yang dibutuhkan dalam penggunaan motor DC tersebut[2].
Dengan seiringnya perkembangan zaman dan kemajuan teknologi, proses mengukur atau mengetahui  jadi  lebih  gampang,misalkan  pengguna  melihat  langsung  motor  DC  tersebut dengan  menggunakan  alat  ukur  terlebih  dahulu,  Sekarang  pengguna  bisa  lebih  gampang
mengetahuinya dengan cara membuat sebuah program dengan menggunkan Arduino IDE yang hasilnya akan keluar dalam satu lcd untuk melihat proses pengukuran motor DC tersebut[3].

## METODE
Dalam proses pembuatan tugas akhir ini digunakan beberapa rujukan pada proses pembuatan alat agar dapat berfungsi untuk memonitoring proses pengukuran motor DC . A. Open Loop
Dalam metode openloop ini sederhananya motor listrik bekerja dengan prinsip dua buah medan  magnet  yang  menghasilkan  gerakan.  Tujuannya  adalah  untuk  supaya  dapat menghasilkan  sebuah  gaya  yang  menggerakan  torsi.  Motor  dipasang  untuk  mengerjakan sesuatu pekerjaan tertentu yang memerlukan kecepatan dan arah putar yang tepat, sehingga kecepatan  dan  arah  putar  motor  bisa  diatur  sedemikian  rupa  sesuai  dengan  tujuan penggunaan motor itu tersebut.
Gambar 1. Proses Openloop (Sumber: irma husnaini,2014)
Seperti  yang  diketahui  sistem openloop adalah  sistem  yang  keluarannya  tidak mempengaruh  terhadap  kontrol.  Artinya,  sistem openloop keluarannya  tidak  dapat digunakan sebagai umpan balik terhadap masukkan [4].

## B. Motor DC
Motor listrik yaitu mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Kebanyakan motor listrik  beroperasi  karena  interaksi  medan  magnet  dan  konduktor,  pembawa  arus  untuk menghasilkan  putaran  motor.  Motor  DC  sendiri  memiliki  komponen  penyusun  seperti rotor dan stator , rotor . Rotor terdiri dari as, inti, kumparan jangkar dan komutator.Motor DC yang  dipakai  untuk  pembuatan  tugas  akhir  ini  adalah  jenis  motor DC penguatan terpisah. Jenis motor DC penguatan terpisah mempunyai kumparan medan yang disupplai oleh sumber lain yang bebas. Motor DC penguatan terpisah, kinerja dari motor ini yaitu menambah kemampuan daya dan kecepatan karena memiliki fluks medan yang dihasilkan oleh kumparan medan, yang terletak secara terpisah dan mempunyai sumber.
Setelah melihat bahwa kecepatan tanpa beban motor berbanding lurus Untuk tegangan jangkar,  kita  perlu  mengeksplorasi  bagaimana  kecepatannya  akan  bervariasi  ketika  kita mengubah beban pada poros. Untuk menghitung adalah menentukan torsi yang diperlukan menggerakkan beban pada kecepatan tertentu [5].

## Gambar 2. Rangkaian Simbolik Motor DC Penguat terpisah
(Sumber : Yakob Liklikwatil,2014) Bentuk umum persamaan tegangan pada motor arus searah ini adalah : 𝑉𝑡 = 𝐸𝑎 + 𝐼𝑎 . 𝑅𝑎 .................................................................................................................. (1) 𝐸𝑎 = 𝐶 . 𝑛 . ɸ ........................................................................................................................... (2) 𝑉𝑓 = I𝑓 . R𝑓 = 𝑉𝑡 ................................................................................................................... (3)
Torsi elektromagnetik jangkar motor adalah :
𝑇𝑎 = 𝐶 . 𝐼𝑎 . ɸ ......................................................................................................................... (4)
Torsi poros motor adalah pembagian dari daya masukan dengan putran dalam radian perdetik. 𝑇𝑚 = P 2𝜋 ................................................................................................................................... (5)
Rumus kecepatan motor adalah:
................................................................................................................ (6)

## C. Sensor Arus
Penggunaan sensor arus ini memiliki kekurangan yakni nilai arus yang didapatkan tidak linear sehingga membutuhkan linear yang lebih tinggi.ACS712 ini memiliki arus maksimal 5A,20A,30A  dan  menggunakan  VCC  5V.  Sensor  ACS712    merupakan  sensor  pendeteksi arus  yang  paling  sering  digunakan  untuk  mengerjakan  project  yang  diinginkan  dan berhubungan dengan pembacaan arus. [6].
Gambar 3. Sensor Arus ( Abubakar, 2017 : 1077 )

## D. Sensor Tegangan
Diperlukan  rangkaian  sensor  tegangan  yang  berfungsi  untuk  membaca  tegangan keluaran  dari  motor  pada  sistem  monitoring  motor  yang  dibuat,,  yaitu  menggunakan  2 buah resistor yaitu menggunakan resistor 200K dan 50K.

## Gambar 4. Sensor Tegangan

## E. Sensor Kecepatan
Sensor kecepatan ini adalah digunakan untuk menampilkan jumlah putaran motor listrik per  menit.  Program  utama  terletak  pada  IC  mikrokontroler  yang  menggunakan  program untuk perhitungan putaran motor listrik. Hal tersebut dapat dilakukan dengan meletakkan sensor ke antara piringan yang dibuat di sumbu motor yang sedang berputar. Kemudian data yang  dihasilkan  oleh  sensor  diteruskan  ke  Arduino  Uno  melalui  pin  ADC.  Setelah  data diterima  oleh  Arduino  uno  Maka  diproses  lebih  lanjut  untuk  mendapatkan  nilai  putaran motor  listrik  yang  ditampilkan  oleh  Tabel  dengan  satuan  RPM  atau  jumlah  putaran  per menit.
Gambar 5 . Sensor Kecepatan

## F. PWM (Pulse Width Modulation)
PWM  adalah  suatu  metode  untuk  mendapatkan  output  tegangan  bervariasi  pada mikrokontroler. PWM  dibentuk  dengan membuat output gelombang kotak pada frekuensi tinggi. Tegangan output dapat diatur dengan merubah lebar pulsa high (duty cycle).
Perioda = Ton + Toff ........................................................................................................... (7) Frekuensi = 1/perioda .......................................................................................................... (8) Duty Cycle = 𝑇𝑜𝑛 𝑇𝑜𝑛+𝑇𝑜𝑓𝑓 ........................................................................................................ (9)
Berikut adalah tampilan gelombang PWM pada gambar 6.
Gambar 6. Duty Cycle
G. Gatedrive
Gatedrive adalah  rangkaian  untuk  meneruskan  sinyal  kontrol  dari  keluaran mikrokontroler. Gaterdrive digunakan untuk mengontrol atau sebagai switching putaran motor dengan menggunakan 3 buah transistor untuk switching dari putaran motor tersebut. Transistor yang digunakan yaitu irfp460n dan menggunakan octocoupler pc817 Rangkaian ini juga berfungsi sebagai isolasi rangkaian kontrol dan rangkaian daya.
Gambar 7. Rangkaian Gatedrive

## H. Arduino Uno
Arduino Uno merupakan Atmega328p. Mikrokontroler ini mempunyai pin analog dan digital, yaitu 6 pin analog dan14 pin digital yangdapat diprogram dengan aplikasi Arduino IDE yang disambung melalui kabel USB. Mikrokontroler ini dilengkapi dengan input dan output digital analog yang dapat dihubungkan ke sirkuit lainnya [7].

## Gambar 8. Arduino Uno
( Abdul, 2012 : 15 )
Setiap pin digital dapat digunakan sebagai input dan output beroperasi pada tegangan 5V serta  mempunyai  flash  memori  32  KB  digunakan  untuk bootloader ,  2  KB  dengan  0.5  KB digunakan bootloader , 2 KB SRAM dan 1 KB EEPROM, berikut blok memori arduino uno:
Gambar 9. Diagram Blok Memori Arduino Uno
( Abdul, 2012 : 16 ) Motor DC dapat  dikendalikan  oleh  mikrokontroler.  Fungsi PWM yang  terdapat  pada arduino gunakan untuk menentukan kecepatan motor. Tegangan keluaran arduino oleh motor driver untuk menjadi besaran tegangan untuk mengatur kecepatan motor DC [8] .

## I. Flowchart dan Diagram blok
Flowchat merupakan diagram alir yang mengilustrasikan alur atau proses kerja dari suatu sistem,flowchart  berguna  supaya  dapat  memahami  alur  pada  alat  pada  gambar  10  dapat dijelaskan proses sistem.
Gambar 10. Flowchart kerja Sistem
Pada gambar 10 menjelaskan diagram kerja alat secara keseluruhan Alat ini akan bekerja dengan  sumber  tegangan  220VDC  yaitu  dengan  masukan  setpoin dutycycle sehingga  motor berputar,  dengan  membaca  nilai  kecepatan  motor  yang  ditampilkan  di  lcd  ,  arus  bandingkan referensi dengan yang terukur sehingga mendapatkan kecepatan terukur sama dengan kecepatan referensi.
Gambar 11. Diagram KerjaAlat secara keseluruhan
Pada gambar 11 Perancangan sistem dalam Tugas Akhir ini merupakan proses perencanaan sebelum melakukan pembuatan alat yang mampu mengontrol motor DC dengan  metode open  loop ,  dimana  motor  DC  dikontrol  dengan open  loop dengan kontroler  Arduino  Uno.  blok  diagram  ini  menjelaskan  cara  sistem  kerja  alat  yang bagaimana  setpoint dari potensio yang diolah oleh arduino uno dan di switching oleh gatedrive dan masuk ke input motor dan dibaca oleh sensor arus, sensor tegangan dan sensor kecapatan yang diolah oleh arduino uno dan ditampilkan di lcd.

## METODE PENELITIAN A. Rangkaian keseluruhan
Rangkaian  keseluruhan  merupakan  salah  satu  bagian  terpenting  dalam  sebuah perancangan  komponen  elektronik,  dengan  adanya  diagram  blok  dapat  memberikan kemudahan  dalam  mengetahui  prinsip  kerja  sebuah  alat  secara  keseluruhan  dan  juga memberikan kemudahan dalam megetahui sebuah kesalahan pada alat dengan melakukan pengecekan pada rangkaian.
Gambar 12. Rangkaian Alat Keseluruhan

## B. Pengujian Catu Daya 12 VDC
Pengujiannya dapat dilakukan untuk dapat mengetahui apakah rangkaian dapat bekerja dengan baik. Supaya dapat mensuplai arduino, gatedrive dan lcd. Pengujian dapat dilakukan dengan  menggunakan  alat  ukur  multimeter.  Pengujian  dapat  dilakukan  pada  komponen utama yaitu transformer dan terminal tegangan output regulator.

## Gambar 13. Pengujian CatuDaya 12 VDC

## C. Hasil pengujian dan analisa perangkat
Pengujian alat ini dilakukan untuk membandingkan referensi dengan yang terukur pada kecepatan motor DC tersebut.
Tabel 1. Pengujian Sensor kecepatan
Vin Sensor Kecepatan Alat ukur Kecepatan Selisih Error(%)
50                                      200                                 214                               14                             1.20% 100                                  493                                 500                               7                               0.49% 150                                  720                                 750                                30                            3.06% 200                                  900                                 910                               10                             1.09%
Gambar 14. Tampilan Alat

## Gambar 15 .Kurva Pengujian RPM
Dari  hasil  pengujian  yang  didapat  motor  DC  menggunakan  beban,  beban  menggunakan  5 buah lampu 100 watt.
Pengujian  berbeban  Setpoint = 90% dutycycle Beban menggunakan lampu 5 buah lampu 100 Watt Tabel 2. Hasil Pengujian Motor DC Berbeban
Vin       If        Vout       Imotor       Ibeban        Pwm        Rpm      Rpm terukur      Torsi     Vgenerator
50 0.8      49         0.8            0.1          239        200           214              0.1             30 100    0.8      90         1.4            0.4          239        493           500                 1             70 150    0.8      140       2.2            1.5          239        720           750                 2             110 200    0.8      190       3.1            2.4          239        900           910                 3             150
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 50 100 150 200 rpm
rpm terukur

## D. Gatedrive
Nilai pembacaan gatedrive menggunakan alat ukur osciloscop.
Gambar 16 . Pengujian Gatedrive

## PENUTUP
Sebelumnya  telah  dilakukan  perancangan  sistem  kendali  kecepatan  motor DC berbasis Arduino dengan  metode Openloop .    Maka  dapat  diambil  kesimpulan  sebagai  berikut  yaitu sebagai  referensi  untuk  mengukur  nilai  pengontrolan motor  DC .Berdasarkan  perancangan sistem kendali kecepatan motor DC berbasis Arduino dengan metode Openloop , masih banyak terdapat  kekurangan  pada  alat.  Untuk  itu  penulis  memberikan  beberapa  saran  dan  masukan agar kedepannya alat ini bisa lebih baik lagi. Berikut saran dan tambahan dari penulis yang dapat  dikembangkan  Pada software penulis  juga  menyarankan  ditambahkan interface pada untuk  melihat  nilai  ukur , Pengukuran  kecepatan  kurang  presisi  sehingga  hasil  yang  di  dapat kurang maksimal , Untuk pengukuran arus kurang baik karena sensor memiliki kelemahan jika mengukur arus kecil karena itu sebaiknya lakukan kalibrasi pada bagian program untuk hasil yang lebih baik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Husnaini, Irma. 2014. “Sistem Kendali”. Padang : Universitas Negeri Padang
[2]Mardianto,  Eric.  2018. Rancang  Bangun  Antarmuka  Operasi  Motor  DC  Dengan           Converter  4  Kuadran. Tugas Akhir. Padang : Universitas Negeri Padang.
[3] Isnan, Rizky 2017. Perancangan Pengendalian Kecepatan Putar Motor DC dengan PID    berbasis ATmega16 . Tugas Akhir. Padang : Universitas Negeri Padang.
[4] Rismawan , Agung.2015. “konsep Sistem Kendali” . Bandung : Universitas Pendidikan   Indonesia
[5] Liklikwatil, Yakob. 2014. Mesin-mesin Listrik untuk D3. Yogyakarta, Deepublish
Keterangan : -Vpp= 14.2 V -Vavg=  13.7V -Freq=    489.7 Hz -M=500 µs
[6]  Abubakar,  S.N  Khalid.  (2017). Calibration  Of  ZMPT101B  Voltage  Sensor  Module  Using  Polinomial Regression  For  Accurate  Load  Monitoring .  Johor  Bahru.  Faculty  of  Electrical  Engineering  Universiti Teknologi Malaysia.
[7]  Andrianto,  Heri.  (2013).  Pemrograman  Mikrokontroler  AVR  ATmega  16  Menggunakan  Bahasa  C  (Code Vision AVR). Rev.ed. Bandung : Informatika Bandung.
[8] Sri Zholehaw, A. B. Pulungan, dan Hamdani. 2019. Sistem Monitoring Realtime Gas Co Pada Asap Rokok Berbasis Mikrokontroler, Jurnal Teknik Elektro dan Vokasional. Universitas Negeri Padang. Vol. 1, No. 8. pp. 17-21.

## Biodata Penulis
Dio  Pramanda, lahir  di  Padang,  28  April  1995.  Sedang  menempuh  jenjang  sarjana  pada Program Studi Teknik Elektro Industri di jurusan Teknik Elektro FT UNP. [1]
Aswardi , dilahirkan di  Kubang Putih, 21  Februari  1959. Menyelesaikan studi S1 di Jurusan Pendidikan  Kejuruan    IKIP  Padang  tahun  1983.  Pendidikan  S2  Jurusan  Teknik  Elektro    di Institut  Teknologi  Bandung(ITB)  tahun  1999.  Sekarang  menjadi  staf  pengajar  di  Jurusan Teknik Elektro Universitas Negeri Padang. [2]