Proposal Perancangan Sistem Elektronika “
Mini CNC (Computer Numerical Control) Digital Picture Pen Berbasis Arduino
”
Oleh : Didik Prasetiyo Prasetiyo
(1531110029)
Muhammad Nur Huda
(1531110010)
Kelas: 2A – 2A – D3 D3 Teknik Elektronika
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MALANG 2017
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi informasi yang pesat belakangan ini telah memasuki hampir semua bidang kehidupan, hal ini ditandai dengan banyaknya pengguna computer, baik untuk keperluan perusahaan, bisnis, ataau kepada h al hal yang bersifat hiburan, pendidikan dan kesehatan. Perkembangan ini didukung oleh industri hardware (perangkat keras) dan software (perangkat lunak) computer yang terus berkembang dan semua ini telah memberikan banyak b anyak dampak positif bagi kehidupan masyarakat, yakni dengan pengaksesan dan pemrosesan informasi yang cepat, akurat dan efisien. Dengan pesatnya perkembangan teknologi tersebut kebutuhan masyarakat akan sebuah pelayanan yang tidak dibatasi ruangdan waktu. Saat ini mendorong semakin dibutuhkannya suatu system, metodologi, strategi, dan perangkat lunak yang akan membantu proses produksi suatu industri ataupun dibidang pendidikan. Pada era modernisasi ini, proses manufaktur dalam industri sudah banyak memanfaatkan otomatisasi mesin menggunakan control automatic. Salah satu mesin otomasi manufaktur adalah CNC (Computer Numerical Control). CNC (Computer Numerical Control) merupakan alat yang dapat menggambar suatu gambar dua dimensi secara otomatis. Alat ini terdiri dari dua buah motor stepper (satu motor pada sumbu X dan satu motor pada sumbu Y) yang dapat men gendalikan posisi suatu kursor pada bidang X-Y. Dengan pengendalian ini, maka kursor yang dilengkapi dengan alat tulis dapat menggambarkan suatu pola tertentu pada sebuah bidang, misalnya misalnya kertas. kertas. Selain itu, terdapat terdapat satu satu buah motor servo pada bidang Z yang berfungsi untuk mengatur ketinggian alat tulis/pena kapan alat tulis tidak menyentuh men yentuh kertas dan kapan alat tulis menyentuh kertas sesuai dengan gambar yang sedang dibuat. CNC Digital Picture Pen sangat berguna dalam bidang-bidang yang membutuhkan proses penggambaran, terutama gambar teknik, misalnya arsitektur dan desain. Alat ini merupakan alat yang sangat fleksibel karena dapat menggambar suatu
plot menggunakan alat gambar dan bidang gambar yang fleksibel dan dapat disesuaikan sesuai dengan kebutuhan pengguna. Dalam bidang pendidikan khususnya teknik elektronika CNC Digital Picture Pen ini juga sangat bermanfaat, karena dapat digunakan untuk membuat pola skema suatu rangkaian PCB (Printed Circuit Board) secara otomatis. Proses pembuatan pola skema rangkaian dapat memberikan efisiensi baik waktu maupun biaya pada proses pembuatan skema layout PCB (Printed Circuit Board). Disamping itu penggunaan mini CNC Digital Drawing Pen ini dapat sangat membantu untuk membuat layout PCB (Printed Circuit Board) karena akan secara otomatis membentuk pola pada PCB secara langsung tanpa harus dilakukan penyablonan pada PCB tersebut. tersebut. Hal ini terjadi karena dirasa teknik penyablonan pada PCB secara manual masih tergolong sering terjadi kegagalan untuk di lakukan bagi para pemula. Selain itu juga membutuhkan waktu yang cukup lama untuk bisa memindahkan gambar dari kertas ke PCB yang akan dibentuk layout rangkaiannya. Oleh karena itu mini CNC Digital Drawing Pen ini sangat bermanfaat guna mengefisiensi waktu dan biaya ketika menggambar skema suatu rangkaian. 1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana merancang mini CNC (Computer Numerical Control) sebagai Digital Drawing Pen ? 2. Bagaimana kinerja Arduino dalam mini CNC (Computer Numerical Control)? 3. Bagaimana cara kerja mini CNC (Computer Numerical Control) sebagai Digital Drawing Pen? 1.3 Batasan Masalah
Tugas Perancangan Sistem Elektronika dengan judul ” Perancangan Mini CNC (Computer Numerical Control) Digital Drawing Pen Berbasis Arduino” Arduino” ini disusun dengan batasan masalah sebagai berikut : 1. Mini CNC sebagai Digital Drawing Pen ini dibuat sebagai alat untuk menggambar gambar 2D sesuai pola yang dimasukkan dalam program
2. Penggunaan Mini CNC hanya dapat dilakukan dengan batasan tingkat ketelitian tertentu. Pemrograman untuk tingkat ketelitian ditentukan oleh derajat servo yang akan bekerja 3. Mini CNC hanya dapat membuat gambar 2D 2 D dalam satu warna tertentu sesuai pen yang digunakan dalam alat tersebut 4. Alat ini dapat di implementasikan dalam pembuatan skema rangkaian pada PCB (Printed Circuit Board) 1.4 Tujuan Perencanaan Sistem
Tujuan dari pembuatan tugas perancangan sistem mengenai ” Perancangan ” Perancangan Mini CNC (Computer Numerical Control) sebagai Digital Picture Pen Berbasis Arduino” Arduino” ini adalah 1. Untuk membuat gambar 2D secara otomatis yang hasilnya sama dengan gambar yang kita masukkan dalam programnya. 2. Untuk memberikan efesiensi waktu dan biaya ketika ingin membuat layout rangkaian langsung pada PCB (Printed Circuit Board). 3. Untuk mempermudah mahasiswa dalam membuat skema rangkaian langsung pad a
PCB tanpa harus melewati beberapa langkah yang akan memakan waktu yang lama. 1.5 Manfaat Perencanaan Sistem
Dengan perancangan sistem ini diharapkan banyak memberikan manfaat, diantaranya : 1. Dapat membantu mahasiswa dalam membuat skema rangkaian yang sama dengan gambar yang dibuat dalam suatu software perancangan 2. Dapat membuat media penggambaran skema rangkaian langsung pada PCB (Printed Circuit Board) 3. Dapat memahami kinerja dari CNC sebagai Digital Picture Pen yang menggunakan Arduino dalam pemrogramannya 4. Dapat mengetahui cara menggambar skema rangkaian pada PCB secara efektif dengan ketelitian yang cukup baik. 5. Dapat mempermudah mahasiswa dalam proses pembuatan PCB tanpa harus
memakai teknik lama untuk memindahkan skema rangkaian yang telah dibuat/ penyablonan
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Arduino Nano
Arduino Nano adalah arduino yang berukulan kecil dan sangat sederhana, menyimpan banyak fasilitas. Sudah dilengkapi dengan FTDI untuk pemograman lewat Micro USB. 14 pin I/O Digital I/O Digital , dan 8 pin input Analog (lebih banyak dari Uno). Arduino ini beroperasi pada tegangan 3.3V. Tegangan maksimum untuk pin I / O adalah sebesar 3.3V. Memberikan tegangan yang lebih tinggi, seperti 5V ke I / O pin dapat merusak arduino .Arduino ini menggunakan ATMEGA168, atau ATMEGA328 sebagai mikrokontrolernya. Arduino ini bekerja dengan kabel USB Mini-B. Arduino Nano dirancang dan diproduksi oleh Gravitech. Arduino Nano R3 ditunjukan oleh gambar 2.18 dibawah ini.
Gambar 2.1 Arduino nano R3 2.2 Small Servo Motor
Motor servo adalah sebuah motor DC yang dilengkapi dengan sistem closed feedback yang terintegrasi dalam motor tersebut. Pada motor servo posisi putaran sumbu (axis) dari motor akan diinifax kembali keringan kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikontrol dengan memberikan variasi lebar pulsa (duty cycle) sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya. k ontrolnya. Pada gambar 2.10 bentuk fisik dari motor servo motor servo.
Gambar 2.2 Bentuk Fisik Motor Servo
dari motor DC, gearbox, resistor variabel VB) atau potenslometer dan rangkaian kontrol Potensiometer berfungsi untuk menentukan putaran sumbu (sumbu) motor servo. Dari motor motor servo 2.3 Ic L293D
IC L293D adlah IC yang didesain khusus sebagai driver motor driver motor DC dan dapat dikendalikan dengan rangkaian TTL maupun mikrokontroler. Motor DC yang dikontrol dengan driver IC L293D dapat dihubungkan ke ground maupun ke sumber tegangan positif karena di dalam driver L293D sistem driver d river yang digunakan adalah totem pool. Dalam 1 unit chip IC L293D terdiri dari 4 buah driver motor DC yang berdiri sendiri sendiri dengan kemampuan mengalirkan arus 1 Ampere tiap drivernya. Sehingga dapat digunakan untuk membuat driver H-bridge untuk un tuk 2 buah motor DC. Konstruksi pin driver motor DC IC l293D adalah sebagai berikut.
Gambar 2.3 Bentuk Fisik Driver Fisik Driver Motor DC IC L293D
Gambar 2.4 Konstruksi Pin Driver Motor DC IC L293D
2.4 Zero PCB
PCB berlubang meru pakan salah satu jenis PCB yang biasa digunakan untuk menyusun elektronika. Dikrima bentuknya yang terdiri atas susunan bang yang dibentuk matemat garis, maka PCB ini disebut dengan PCB Matrix Strip Board. PCB ini sudah dipakai oleh penggemar. elektronika buat rangkaian dummy). Pada hal ini, PCB ini memang dibuat untuk memu- dahkannya dalam rangkaian komponen-komponen elektronika hanya dengan kabel penghubung (jumper).
Gambar 2.5 Bentuk Fisik Zero PCB 2.5 Motor DVD Writer
Motor traverse berfungsi untuk mengerakan maju dan mundurnya optik sesuai dengan batas program yang terdapat pada disk. Motor ini terletak bawah belakang dan berada dalam satu PCB motor lain. Motor ini dapat dibedakan yaitu motor yang yang berhubungan dengan roda gigi dan menempel pada sumbu yang memanjang
Gambar 2.6 Bentuk Fisik Motor DC DVD Treverse
2.6 Rangkaian Kendali CNC
Rangkaian Kendali CNC merupakan rangakaian inti dari mesin CNC yang berfungsi mengaplikasikan gambar yang buat oleh software dikomputer maupun laptop, kemudian dari gambar diubah menjadi bahasa pemrograman mesin dengan sofware GCode dan dikirim ke Arduino Nano melaui kabel USB Arduino. Dari Arduino Nano ini, nantinya akan mengendalikan, IC L293D, 2 motor traverse, dan motor servo untuk melakukan proses pembuatan gambar 2D pada objek yang sudah disediakan.
Gambar 2.7 Rangkaian Kendali CNC
Untuk sumber daya yang dibutuhkan oleh rangkaian CNC sebesar 5 volt. kabel yang digunakan untuk memperoleh sumber daya pada rangkaian CNC mengunakan port USB yang telah dirangkai dengan arduino dan juga IC kendali motor servo dan moto traverse
BAB III METODE PERANCANGAN SISTEM
3.1. Jenis Perancangan : Pengembangan IPTEK
Membuat rancangan sistem mini CNC (Computer Numerical Control) sebagai Digital Picture Pen dengan menggunakan Arduino. Alat ini merupakan alat yang sangat fleksibel karena dapat menggambar suatu plot/pola menggunak an alat gambar berupa bolpoin atau spidol dan bidang gambar yang fleksibel dan dapat d apat disesuaikan sesuai dengan kebutuhan pengguna. pengguna. Ketika program membaca kode dari suatu gambar 2D tertentu maka bolpoin akan langsung bergerak membuat pola gambar sesuai dengan masukan dalam program di Arduino nya. Mini CNC ini juga dapat membuat suatu skema rangkaian langsung pada PCB (Printed Circuit Board) jika media yang digunakan tepat. 3.2. Tempat perancangan
Tempat perancangan alat “Mini CNC (Computer Numerical Control) Digital Picture Pen Berbasis Arduino” Arduino” bertempat bertempat di Laboratorium Teknik Elektronika Politeknik Negeri Malang yaitu di Gedung AJ
3.3. Alat dan bahan yang diperlukan 1. Arduino Nano
10.
Baut
2. Small Servo Motor
11.
Timah
3. 2 buah old PC DVD Writer
12.
Solder
4. IC L293D
13.
Lem
5. Zero PCB
14.
Kabel Jumper
6. Kabel USB to USB
15.
Obeng
7. Akrilik
16.
Tang Combine
8. PCB
17.
Selotip
9. Mur
18.
Drawing Pen
3.4. Studi literatur
Dalam melakukan perancangan suatu sistem perangkat harus dilakukan teknik penyusunan yang sistematis untuk memudahkan langkah-langkah yang akan diambil. Begitu pula yang dilakukan penulis dalam dalam perancangan sistem “Mini CNC (Computer Numerical Control) sebagai Digital Digital Picture Pen Berbasis Arduino“ ini, langkah pertama yaitu dengan melakukan studi literatur pada buku-buku yang membahas tentang Theory of Constraints, jurnal, dan p enelitian yang telah dilakukan yang berkaitan dengan perancangan mini CNC . Data yang didapat dari studi literatur ini akan digunakan sebagai acuan untuk merancang rangkaian yang akan digunakan dalam pembuatan Mini CNC (Computer Numerical Control) 3.5 Perancangan Blok Diagram Sistem
Diagram blok sistem merupakan salah satu bagian terpenting dalam perancangan sistem dan pembuatan alat. Karena dari diagram blok dapat diketahui prinsip kerja keseluruhan rangkaian. Tujuan lain diagram blok ini adalah memudahkan proses perancangan dan pembuatan pada masing-masing bagian, sehingga akan terbentuk suatu sistem yang sesuai dengan perancangan sebelumnya.
inkscape
G-Code
Ardunio Nano
Motor Servo & Motor traverse
Objek layout
error
Gambar 3.1 Diagram Blok Keseluruhan Sistem 1. inkscape ini digunakan untuk membuat gambar layout yang merupakan inputan atau masukan dari sistem. 2. G-Code digunakan untuk mengkonversikan gambar layout yang sudah dibuat ke dalam bentuk code perintah yang dapat dieksekusi oleh arduino nano. 3. Arduino digunakan sebagai Programmer/pengolah data dari laptop melalui kabel USB.
4. Jika terjadi kesalahan pengiriman data dari G-Code maka G-Code melakukan pengiriman ulang sampai arduino nano terkonfirmasi dapat mengolah data yang telah dikirim. 5. Motor servo dan traverse berfungsi untuk menggerakkan bolpoin untuk menggambar layout pada objek sesuai gambar yang telah ditentukan/dibuat. 6. Objek layout adalah tempat bahan penggambaran layout
BAB IV BIAYA DAN JADWAL PERANCANGAN SISTEM
4.1. Biaya
No
Uraian
Jml. Satuan (buah)
Harga satuan (Rp)
Total harga (Rp)
1
Arduino Nano
1
55.000
55.000
2
Small Servo Motor
1
30.000
30.000
3
IC LD293D
1
15.000
15.000
4
Old PC DVD Writer
2
10.000
20.000
5
Zero PCB
1
5.000
5.000
6
Akrilik
1
20.000
20.000
7
Kabel USB to USB
1
10.000
10.000
8
Lem
1
5.000
5.000
9
Timah
1
5.000
5.000
10
Mur
8
250
2.000
11
Baut
8
250
2.000
12
Kabel Jumper
2
8.000
8.000
13
Selotip
1
3.000
3.000
14
Drawing Pen
1
5.000
5.000
Total
185.000
4.2. Jadwal waktu perancangan
Bulan No
Uraian Sept
I
Pengajuan Proposal
II
Pengumpulan Data Data Komponen Data Pengujian ALat Hasil Pengujian
III
Analisa Data Analisa Rangkaian Pembahasan &
IV
penyusunan kesimpulan
V
Presentasi
Okt
Nov
Des
Jan
