2008/09/18

Sistem Akuisisi Data Suhu Menggunakan Mikrokontroller AT89S51 Dengan Penampil LCD

Ini adalah makalah dari seorang teman yang ingin mengabadikan tugas makalahnya diblog saya yang mana makalahnya membahas tentang perancangan sistem akuisisi data suhu yang menggunakan komponen-komponen dasar berupa sebuah sensor suhu, mikrokontroller dan LCD sebagai fasilitas penampil. dengan ini saya ucapkan banyak-banyak terima kasih kepada mas Jaenal Arifin, ST yang telah berkenan dan mengijinkan makalah ini ditampilkan diblog ini dan bagi teman - teman yang lain yang kiranya berminat untuk menampilkan makalah atau Tugas Akhirnya diblog ini silahkan kirimkan Makalah atau Tugas Akhir anda kealamat Email saya : Joaldera@Gmail.com ...Terima kasih

Sistem Akuisisi Data Suhu Menggunakan Mikrokontroller AT89S51 Dengan Penampil LCD
Abstrak
Makalah ini membahas perancangan sistem akuisisi data suhu yang menggunakan komponen-konponen dasar berupa sebuah sensor suhu, mikrokontroller dan LCD sebagai fasilitas penampil. Sistem akuisisi data suhu menjadi satu hal yang sangat penting dalam kegiatan perindustrian, karena merupakan sebagian kecil dari sebuah proses kontrol. Berkenaan dengan pentingnya sistem, maka dilakukan perancangan sistem akusisi data suhu yang mampu melakukan kegiatan monitoring suhu suatu plant. Data yang akan diukur merupakan sebuah besaran fisis temperature sehingga untuk dapat diolah dan ditampilkan dalam bentuk sistem elektris digunakan sensor suhu LM35 yang mampu mengkonversi besaran tersebut dengan kenaikan 10mV/ºC. Untuk dapat merancang sistem maka pertama kali dilakukan proses mengubah suhu menjadi tegangan analog menggunakan sensor suhu LM35. Setelah melalui proses pengkondisian sinyal dengan cara dikuatkan, tegangan analog diubah menjadi data digital menggunakan ADC 0804. Data digital yang diperoleh kemudian diolah oleh Mikrokontroller AT89S51 dan ditampilkan, sehingga didapatkan suatu informasi mengenai suhu plant dengan satuan ºC pada sebuah LCD. Dari perancangan sistem akuisisi data suhu didapatkan hasil bahwa sistem ini memiliki kemampuan untuk mengukur suhu dari 25ºC sampai 100ºC dengan error rata-rata penunjukan suhu sebesar 0,2125°C.

Kata kunci : Akuisisi data suhu, Sensor suhu LM35, Mikrokontroller AT89S51




I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Sistem Instrumentasi yang berbentuk akuisisi data telah dipergunakan secara luas dalam kegiatan perindustrian, karena merupakan bagian dari proses kontrol. Pengukuran besaran fisis adalah salah satu langkah dalam akuisisi data. Temperatur merupakan salah satu besaran fisis yang sering dipakai dalam suatu sistem kontrol baik hanya untuk sistem monitoring saja atau untuk proses pengendalian lebih lanjut.
Dalam kaitannya dengan hal tersebut, maka kami membuat sebuah alat pendeteksi suhu yang dapat di kontrol oleh sebuah mikrokontroller. Dengan menampilkan suatu hasil pengukuran secara digital, pemantauan terhadap proses dapat dilakukan dengan lebih mudah.

1.2.1 Tujuan
- Merancang sistem akuisisi data suhu untuk kemudian ditampilkan di LCD dengan menggunakan Mikrokontroller AT89S51.
- Untuk memenuhi tugas mata kuliah Komponen Sitem Kontrol pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro.


1.3 Batasan Masalah
Dalam pembuatan tugas ini penulis membatasi permasalahan sebagai berikut :
1. Range akuisisi data adalah 25 ºC sampai dengan 100 ºC.
2. Data pengukuran ditampilkan pada sebuah LCD sebagai peralatan monitoring tanpa melakukan proses pengendalian.
3. Konfigurasi ADC diatur secara free running.

II. DASAR TEORI

2.1.1 Sensor Suhu LM 35
Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM 35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam °C, LM 35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor seperti pada gambar 1.

Gambar 1. LM 35 basic temperature sensor

Vout dari LM 35 ini dihubungkan dengan ADC (Analog To Digital Converter). Dalam suhu kamar (25°C) tranduser ini mampu mengeluarkan tegangan 250mV dan 1,5V pada suhu 150°C dengan kenaikan sebesar 10mV/°C.

2.2 Penguat Operasional (Operasional Amplifier)
Penguat operasional adalah rangkaian terpadu (IC) yang mempunyai 5 buah terminal dasar. Dua terminal untuk catu daya, 2 yang lain digunakan untuk isyarat masukan yang berupa masukan membalik (-) dan masukan tak membalik (+) serta 1 terminal untuk keluaran.

2.2.1 Penguat Tak Membalik (Non-inverting Amplifier)
Penguat tak membalik merupakan suatu penguat dimana tegangan keluarannya atau Vo mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukan atau Vi. Rangkaian penguat tak membalik ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Penguat tak membalik

Arus i mengalir ke Ri karena impedansi masukan op – amp sangat besar sehingga tidak ada arus yang mengalir pada kedua terminal masukannya. Tegangan pada Ri sama dengan Vi karena perbedaan tegangan pada kedua terminal masukannya mendekati 0 V.

Tegangan pada Rf dapat dinyatakan sebagai

Tegangan keluaran Vo didapat dengan menambahkan tegangan pada Ri yaitu Vi dengan tegangan pada Rf yaitu VRf.



2.2.2 Penguat Differensial
Penguat differensial merupakan suatu penguat dimana tegangan keluarannya atau Vo merupakan hasil selisih antara kedua buah tegangan masukan pada terminal inverting dan non-invertingnya. Rumus umum yang berlaku untuk penguat differensial adalah sebagai berikut :

Rangkaian penguat differensial ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Penguat differensial.

2.3 Rangkaian Analog to Digital Converter (ADC)
ADC pada rancangan ini digunakan untuk mengubah masukan analog keluaran sensor suhu yang sudah dikuatkan menjadi data digital 8 bit. Tipe ADC yang digunakan adalah ADC 0804 pada mode kerja free running. Rangkaian free running ADC 0804 ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Rangkaian Free running ADC.

Untuk membuat mode kerja ADC 0804 menjadi free running, maka harus diketahui bagaimana urutan pemberian nilai pada RD dan WR serta perubahan nilai pada INTR . Urutan pemberian nilai pada WR, RD perubahan nilai pada INTR ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Pemberian nilai pada RD dan WR serta perubahan nilai pada INTR


Mode kerja free running ADC diperoleh jika RD dan CS dihubungkan ke ground agar selalu mendapat logika 0 sehingga ADC akan selalu aktif dan siap memberikan data. Pin WR dan INTR dijadikan satu karena perubahan logika INTR sama dengan perubahan logika pada WR, sehingga pemberian logika pada WR dilakukan secara otomatis oleh keluaran INTR.
Nilai tegangan masukan (Vx) dari sebuah adc secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut:

dimana: Vx = tegangan masukan
Vref = tegangan referensi
Sedangkan resolusi dari sebuah adc secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut:
R7
dimana: ∆V = resolusi
Vref = tegangan referensi
n = jumlah bit

2.4 Mikrokontroller AT89S51

Gambar 5. Mikrokontroller AT89S51
Keterangan :
Vcc : Suplai Tegangan
GND : Ground atau pentanahan
RST : Masukan reset. Kondisi logika ‘1’ selama siklus mesin saat osilator bekerja dan akan mereset mikrokontroler yang bersangkutan.
Fungsi - fungsi Port :
Port 0 : Merupakan port paralel 8 bit open drain dua arah. Bila digunakan untuk mengakses memori luar, port ini akan memultipleks alamat memori dengan data.
Port 1 : merupakan port paralel 8 bit dua arah yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan.
Port 2 : merupakan port paralel selebar 8 bit dua arah. Port ini melakukan pengiriman byte alamat bila dilakukan pengaksesan memori eksternal.
P3.0 : Saluran masukan serial
P3.1 : Saluaran keluaran serial
P3.2 : Interupsi eksternal 0
P3.3 : Interupsi eksternal 1
P3.4 : Masukan eksternal pewaktu / pencacah 0
P3.5 : Masukan eksternal pewaktu / pencacah 1
P3.6 : Sinyal tanda baca memori data ekstrenal.
P3.7 : Sinyal tanda tulis memori data eksternal.

AT89S51 adalah sebuah mikrokontroller 8 bit terbuat dari CMOS, yang berkonsumsi daya rendah dan mempunyai kemampuan tinggi. Mikrokontroller ini memiliki 4Kbyte In-System Flash Programmable Memory, RAM sebesar 128 byte, 32 input/output, watchdog timer, dua buah register data pointer, dua buah 16 bit timer dan counter, lima buah vektor interupsi, sebuah port serial full-duplex, osilator on-chip, dan rangkaian clock.
AT89S51 dibuat dengan teknologi memori non-volatile dengan kepadatan tinggi oleh ATMEL. Mikrokontroller ini cocok dengan instruksi set dan pinout 80C51 standart industri.
Flash on-chip memungkinkan memori program untuk diprogram ulang dengan programmer memory nonvolatile yang biasa.

III. PERANCANGAN SISTEM



3.1 Perancangan Perangkat Keras

Gambar 6. Diagram blok sistem akuisisi suhu

3.1.1 Sensor Suhu ( LM35 )
Sensor suhu LM35 berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang berupa suhu menjadi besaran elektris tegangan. Sensor ini memiliki parameter bahwa setiap kenaikan 1ºC tegangan keluarannya naik sebesar 10mV dengan batas maksimal keluaran sensor adalah 1,5 V pada suhu 150°C.
Pada perancangan kita tentukan keluaran adc mencapai full scale pada saat suhu 100°C, sehingga saat suhu 100°C tegangan keluaran transduser (10mV/°C x 100°C) = 1V.
Dari pengukuran secara langsung saat suhu ruang, keluaran LM35 adalah 0.3V (300mV ). Tegangan ini diolah dengan menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal agar sesuai dengan tahapan masukan ADC.

3.1.2 Pengkondisi Sinyal
Pengkondisi sinyal berfungsi untuk menguatkan tegangan keluaran sensor suhu LM35 agar mampu diproses pada peralatan selanjutnya dalam hal ini oleh ADC 0804.
Diinginkan bahwa pengukuran suhu dapat dilakukan pada range 25°C – 100°C, sedangkan saat suhu kamar LM35 sudah mengeluarkan tegangan sebesar 0,3V, sehingga untuk dapat mengatur agar masukan ADC sebesar 0V pada suhu ruang, ditambahkan sebuah penguat differensial dengan konfigurasi sebagai berikut :

Gambar 7. Penguat differensial.

Keluaran penguat differensial dikuatkan lagi dengan rangkaian penguat non inverting dengan konfigurasi seperti pada gambar 6.
Dengan Vin = 1V pada 100°C dan Vout yang diinginkan sebesar 5V (Vx) maka dapat dihitung nilai tahanan untuk penguat non-inverting sebagai berikut :

Jika Ri = 1K maka, Rf = 4K dalam aplikasi digunakan potensiometer 50K untuk Rf

Gambar 8. Penguat non_inverting.

3.1.3 Analog to Digital Converter ( ADC 0804 )
Perancangan untuk rangkaian adc digunakan mode free running. Mode ini dipilih karena waktu konversi adc jauh lebih cepat terhadap tingkat perubahan suhu dari plant, sehingga setiap kali suhu berubah, adc selalu telah selesai melakukan konversi data sehingga data sudah valid untuk dicuplik.
Untuk ADC 0804 dengan jumlah bit sebesar 8 bit dan Vref = 5V maka resolusinya (∆V) = 5 x 2-8 = 19,53mV.
Masukan tegangan analog adc yang berasal dari keluaran pengkondisi sinyal saat full scale dengan nilai sebesar Vx dapat dihitung sebagai berikut:

dengan demikian saat tegangan masukan adc 4,9804 keluaran adc akan bernilai FFH.

3.1.4 Mikrokontroller ( AT89S51 )
Data digital 8 bit dari ADC diambil oleh mikokontroller melalui Port 2 ( P2.0-P2.7 dihubung dengan DB0-DB7 ). Sedangkan data masukan untuk penampil LCD dikeluarkan melalui Port 1 ( P1.0-P1.7 dihubung dengan D0-D7 ). Untuk mengontrol kaki RS dan E pada LCD mikrokontroller memanfaatkan kaki P3.6 dan P3.7
Proses pengambilan data dan pengolahan data dapat dilihat dalam gambar 7. Data yang diambil dari P2 dikalibrasi terlebih dahulu, setelah dikalibrasi data tersebut kemudian diubah ke dalam kode ASCII supaya tertampil angka 0-100 pada LCD, jika tidak diubah maka yang tertampil adalah angka 0-255.

Gambar 9. Flowchart program akuisisi data suhu.

IV. PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Pengujian setiap blok
4.1.1 Pengujian LM35
Sensor suhu LM35 diuji dengan cara memberikan catu 5V dan memberikan pemanasan secara tidak langsung, sedangkan tegangan keluaran langsung diamati dengan voltmeter. Dari pengujian didapatkan data sebagai berikut.

Tabel 2. Hasil pengujian sensor LM35
Dari hasil pengujian diketahui tegangan keluaran sensor naik sebesar 50mV untuk setiap 5°C atau 10mV/°C, maka sensor telah bekerja dengan baik.

4.1.2 Pengujian rangkaian pengkondisi sinyal
Pengujian rangkaian pengkondisi sinyal dilakukan dengan cara memberikan tegangan berubah-ubah pada bagian masukan penguat akhir ( penguat non inverting ) kemudian mengukur keluarannya untuk kemudian dihitung tingkat penguatan tegangan.

Tabel 3. Hasil pengujian pengkondisi sinyal


Dari data tabel diketahui bahwa tingkat penguatan tegangan rangkaian pengkondisi sinyal adalah 5 kali, maka rangkaian telah dapat bekerja dengan baik.

4.1.3 Pengujian ADC 0804
Pengujian dilakukan dengan cara memberi tegangan masukan pada ADC dan mencatat data digital keluaran yang dihasilkan melalui tampilan led 8 bit.

Tabel 4. Hasil pengujian ADC.

Data hasil pengujian ADC menunjukkan bahwa komponen ini dapat bekerja dengan baik
4.1.4 Pengujian Software
Pengujian software meliputi pengujian program akuisi data suhu dan kalibrasi data akuisisi terhadap tampilan suhu pada LCD. Proses pengujiannya dilakukan dengan melihat secara visual data digital yang tertampil pada led indikator yang merupakan data yang diakuisisi dan membanding hasil tampilan suhu di LCD terhadap rumus berikut ini.
R10
Keterangan: data digital untuk proses perhitungan dalam bentuk desimal

Tabel 5. Hasil pengujian tampilan suhu


Dari tabel diketahui bahwa antara suhu tertampil di LCD dengan suhu hasil perhitungan terdapat perbedaan dalam hal ketelitian, dimana suhu tertampil di LCD adalah nilai bulat tanpa menampilkan nilai dibelakang koma, sedangkan suhu terhitung adalah sebagai patokan suhu yang harus tertampil. Penghilangan nilai koma ini bertujuan untuk memudahkan proses pembuatan program, namun dengan konsekuensi adanya tingkat error suhu tertampil akibat penghilangan tersebut. Software telah dapat mengkalibrasi data digital dan menampilkan nilai suhu dari suatu plant, maka software telah dapat bekerja dengan baik.

4.2 Pengujian sistem keseluruhan
Pengujian sistem keseluruhan dilakukan dengan menempatkan sensor LM35 dan termometer dalam plant suhu yang sama kemudian membandingkan antara suhu penunjukan yang tertampil pada LCD terhadap penunjukan suhu pada termometer selama 30 menit.

Tabel 6. Hasil pengujian sistem

Hasil percobaan menunjukkan bahwa sistem akuisisi data suhu memiliki error rata-rata sebesar 0,2125°C, nilai ini didapat dengan menjumlahkan semua nilai error dari setiap pengujian dibagi jumlah pengujian ( 8 kali ). Secara rumus adalah sebagai berikut.


IV. PENUTUP
5.1.1 Kesimpulan
Dari hasil perancangan dan pembuatan perangkat sistem akuisisi suhu dapat disimpulkan hal – hal sebagai berikut :
1. Hasil pengujian ADC menunjukkan bahwa untuk masukan sebesar 4,9V data digital sudah mencapai FFh, maka akan mengakibatkan terjadinya kesalahan penunjukkan suhu dimana saat tegangan masukan 4,9V suhu tertampil sudah mencapai 100°C.
2. Error rata-rata penunjukan suhu pada sistem akuisisi data suhu adalah 0,2125°C.
3. LM35 memiliki tegangan keluaran sensor dengan kenaikan sebesar 50 mV untuk setiap 5°C atau 10 mV/°C, maka sensor memiliki kenaikan yang cukup linier.


5.2 Saran
1. Pada bagian keluaran akhir rangkaian pengkondisi sinyal sebaiknya ditambahkan rangkaian clipper yang berfungsi untuk membatasi masukan ADC agar maksimal sebesar 5V.
2. Untuk mempermudah pengaturan nol dari rangkaian penguat differensial sebaiknya keluaran LM35 diperkuat terlebih dahulu sehingga tegangan referensi pengurang tidak terlalu kecil.
3. Sumber tegangan referensi pengurang sebaiknya menggunakan diode zener agar didapatkan tegangan yang stabil.
4. Untuk membuat tampilan data suhu lebih presisi maka dapat dibuat program kalibrasi data suhu yang lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA

[1]Coughlin, Robert and Federick Driscoll, Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linier, Jakarta : Erlangga.
[2]Malvino, Prinsip – Prinsip Elektronika, Jakarta, Erlangga, 1996.
[3]Malik, M, I, Anistardi, Bereksperimen dengan Mikrokontroler 8031, Jakarta, Elex Media Komputindo, Gramedia Group, 1997.
[4]Putra, A, E, Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi, Yogyakarta, Gava Media, 2002.
[5]Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Otomatik, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1991.




Name : Jaenal Arifin,ST
Home Address : Tegal, Jl.Brawijaya No.14 Gg.Muara 12 Rt.03/01 Central Java Phone: (0283)3318991
Letter Address : Jl. Tirto Husodo I/12 Pedalangan,Tembalang,Semarang
Phone : (024)7460129
Address Jakarta : Jl.Pembangunan Dalam 1 No. 30 Rt.05/Rw.01 Kelurahan Petojo utara,Kecamatan Gambir ,Jakarta Pusat (Belakang Gajah Mada Plasa)
Mobile Phone : 08883916203/081390833220
E-mail : Jaetoga@yahoo.com or Elektronika@telkom.net or Sikitty@plasa.com
My. Blog : http: //Jaetoga.blogs.friendster.com/well_come_to_my_blog/


  • Silahkan DownLoad : Pelatihan Mikro AT89s51-52
















  • Read More......

    2008/05/24

    Perancangan Watt Meter Digital 1 Fasa Dengan Mikrokontroller AT89S51

    Watt meter digital ini dirancang dengan metode perkalian yang dihasilkan dari pembacaan arus beban oleh sensor arus dan pembacaan tegangan melalui sensor tegangan. Disamping itu alat juga memperhitungkan faktor daya beban yang diperoleh dengan mencari selisih atau pergeseran fasa antara sinyal arus dan tegangan yang dihasilkan oleh sensor tersebut. Sehingga untuk proses pengolahan sinyal terdapat tiga parameter sinyal yakni sinyal arus, sinyal tegangan dan beda fasa kedua sinyal tersebut. Untuk proses pengolahan ketiga sinyal tersebut dilakukan dengan menggunakan mikrokontroller AT89S51 yang membaca ketiga besaran tersebut melalui ADC 0809. Tampilan daya ditunjukkan melalui LCD dot matrik.

    Diagram blok untuk keseluruhan rangkaian tersebut ditunjukkan pada gambar berikut ini :

    Gambar 3.1 Digram blok watt meter digital

    3.2.1 Sensor Arus
    Sebatang kawat teraliri arus listrik menuju beban dilewatkan diantara cicin toroid dan sejumlah kawat email digulung padacincin toroid tersebut maka kumparan kawat pada cincin tersebut akan menginduksikan arus listrik dari sebatang kawat arus tersebut. Dengan mengolah sinyal induksi pada kawat kumparan toroid tersebut maka akan diperoleh nilai arus yang dilewatkan untuk mensuplay beban pada ujung kawat arus. Dengan metode ini arus yang dilewatkan akan terbaca pada fungsi besaran tegangan berbentuk gelombang sinusoidal.

    Gambar 3.2 Sensor arus dan pengkondisi sinyal

    Jenis penguat yang digunakan pada pengolah sinyal arus diatas merupakan penguat non inverting, pada bagian belakang diberikan sebuah dioda terpasang sebagai callper yang memotong sinyal dibawah sumbu nol dan kapasitor berfungsi sebagai pemurni tegangan DC. Sehingga pada rangkaian pengkondisi sinyal ini menghasilkan tegangan DC yang kompatibel terhadap kebutuhan tegnagan ADC.

    3.2.2 Sensor Tegangan
    Sensor tegangan berupa sebuah transformer step-down pada umumnya, besar transformer ialah 300mA. Keluaran dari sensor ini berupa tegangan, berbentuk gelombang sinusoidal.

    Gambar 3.3 Sensor tegangan dan pengkondisi sinyal

    Dari transformator tegangan yang mengkonversi tegangan 220 volt menjadi 3 volt kemudian sinyal disearahkan dengan penyearah gelombang penuh. Kalibrasi tegangan dilakukan dengan menempatkan resistor variable 50k sehingga tegangan yang dihasilkan dapat diatur, pada ujung rangkaian dipasang sebuah filter kapasitor untuk menghasilkan tegnagan DC murni yang kompatyibel terhadap tegangan yang dibutuhkan oleh ADC.

    3.3 Rangkaian Pengkondisi sinyal sebagai pembentuk beda fasa
    Dalam blok pengkondisi sinyal terdiri dari blok–blok rangkaian, yang bertujuan membuat sinyal sinusoidal keluaran dari sensor arus dan tegangan menjadi sinyal persegi. Pembentukan sinyal persegi dilakukan dengan metode Zerro Crossing Detector, dengan terbentuknya sinyal persegi maka akan mempermudah untuk membentuk beda fasa pada rangkaian logika EX-OR.

    Gambar 3.4A Rangkaian pembentuk beda fasa

    Gambar rangkaian diatas merupakan rangkaian pengkondisi sinyal keluaran dari kedua sensor yang digunakan, rangkaian ini menghasilkan tiga faktor utama yang digunakan untuk perhitungan daya, yaitu : Tegangan, Arus faktor daya.
    Sinyal yang dihasilkan oleh sensor secara langsung sebelum dilewatkanpada rangkaian pengkondisi masing-masing sinyal diambil dan dilewatkan pada rangkaian zerro Crossing Detector sehingga menghasilkan gelombang persegi. Dioda clamper berfungsi untuk memotong tegangan dibawah sumbu nol untuk diumpankan pada gerbang EX-OR. Logika EX-OR menghasilkan selisih kedua pulsa masukan, dan membentuk perbedaan fasa antara arus dan tegangan.
    Ketiga parameter diatas diperlukan untuk menentukan besarnya daya yang diserap oleh beban. Hal ini mengaku pada metode perhitungan daya AC :

    Dengan cos merupakan pergeseran fasa arus dan tegangan yang menuju beban.
    3.4 F to V 2917 sebagai penghasil tegangan DC rangkaian beda fasa
    Sinyal yang dibutuhkan oleh ADC dari ketiga factor pembentuk daya diatas merupakan tegangan DC untuk itu pulsa beda fasa inipun harus diubah menjadi tegangan analog. Untuk menghasilkan tegangan dari frekuensi gelombang kotak tersebut diperlukan konverter F to V, pada perancangan ini rangkaian F to V diimplementasikan dengan IC 2917. Agar bisa menghasilkan tegangan keluaran yang baik, perancangan F to V ini didukung oleh komponen-komponen ekstern seperti ditunjukkan pada Gambar 3.4B dibawah ini

    Gambar 3.4B rangkaian F to V converter

    LM2917 / 2907 adalah IC single chip F to V converter atau sering disebut rangkaian tachogenerator statis yang didesain dengan pemakaian komponen eksternal seminimal mungkin namun dapat menghasilkan tegangan keluaran yang optimal.
    Tachogenerator statis mengambil pulsa dari pembangkit frekuensi masukan melalui komparator pertama . Input inverting pada komparator pertama dihubungkan dengan ground melalui sebuah kapasitor seri dan masukan non inverting mendapat masukan sinyal gelombang kotak. Dengan rangkaian yang demikian maka komparator pertama ini berfungsi sebagai detektor penyilang nol (zero crossing detector) yang membandingkan gelombang persegi pada input non inverting dengan acuan tegangan nol volt pada masukan inverting. Keluaran dari komparator pertama ini diumpankan pada charge pump yang berfungsi mengubah frekuensi menjadi tegangan pada saat sinyal input berubah keadaan. Tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian tachogenerator diatas dirumuskan dengan
    Vo = VCC x f IN x C1 x R1 x K
    Dimana K konstanta penguatan LM 2917 sebesar 1 kali, sedangkan C2 pada gambar rangkaian diatas berfungsi sebagai perbaikan riple tegangan sekaligus memperbaiki respon waktu perubahan . sedangkan nilai R1 200k dan C1 10nF.

    3.5 Aplikasi rangkaian ADC 0809
    ADC 0809 merupakan produk komponen pengubah data analog ke digital dengan komposisi paling lengkap, hal ini karena pada ADC 0809 juga dilengkapi dengan 8 chanel multiplekser selain dari 8 bit data digital peubah analog yang kompatibel terhadap port pada mikrokontroler. Dengan adanya 8 chanel multiplekser ini maka input ADC 0809 bisa membaca 8 data analog masukannya yang akan dibaca secara bergantian berdasar alamat chanel yang dipanggil oleh multiplekser. Aplikasi ADC jenis ini memang sangat tepat pada sistem mikrokontroller hal ini karena sistem kerja setiap daata proses konversi ADC 0809 harus digerakkan melalui pulsa-pulsa digital yang akan lebih mudah jika dikontrol melalui mikrokontroller. Sistem rangkaian ADC 0809 pada aplikasi mikrokontroller seperti pada gambar berikut ini

    Gambar 3.5 Rangkaian ADC 0809 pada aplikasi mikrokontroller

    Pada gambar diatas menunjukkan sistem kerja yang saling melengkapi dari ADC 0809 terhadap fungsi-sungsi port pada mikrokontroller. Sejumlah data analog yang akan dibaca terhubung pada Vin1 hingga Vin8 dengan metode pembacaan berdasar logika data pada AD0 hingga AD2. Sistem pengaktifan masing-masing chanel data masukan pada ADC 0809 dilakukan melalui sistem multiflekser berikut :

    Tabel 3.1 Sistem multiplekser pada ADC 0809

    Dari tabel diatas 3 Address line yang secara kombinasi tabel kebenaran mampu menghasilkan 8 urutan logika berfungsi untuk memanggil kedelapan alamat chanel. Sehingga pada logika yang dimaksud oleh adrress line maka data analog pada alamat itulah yang dibaca oleh ADC 0809.

    3.1 IC program mikrokontrol AT89S52
    Mikrokontroler yang digunakan dalam perancangan ini adalah mikrokontroler AT89S52 yang memiliki kemampuan sebagai berikut:
    • Kompatibel dengan produk dan program assembler MCS-51
    • Dapat di simpan program sebesar 4 kByte Flash.
    • 32 pin Input/Output yang dapat diprogram.
    • 128 x 8 bit internal RAM, dll
    Dengan kemampuan sesuai fasilitas mikrokontrol AT89S52 diatas maka pada mikrokontroller ini mampu melakukan pemrograman untuk pengalamatan data berdasar perubahan logika digital yang dihasilkan dari pembacaan ADC 0804. Untuk proses pengalamatan data dari ADC pada system ini menggunakan data pada port 1 dan keluaran data tersebut dialamatkan pada port 2 untuk menjalankan perintah data pada alamat LCD M1632.

    Gambar 3.6 Konfigurasi sismin mikrokontroller AT89S52

    Untuk merancang suatu sismin mikrokontroller AT89S5x dibutuhkan beberapa komponen tambahan untuk membuat mikrokontroller tersebut menjadi suatu system minimum yang terintegrasi. Komponen yang dibutuhkan dalam aplikasi rangkaian sismin tersebut yaitu rangkaian pembangkit frekuensi kerja mikrokontroller yang diaplikasikan dengan kristal 12 MHz. Dan dua buah keramik 33 pF yang disusun seperti pada pin 18 dan 19 diatas. Sebuah system reset yang aktif tinggi untuk memulai siklus kerja baru pada setiap perubahan interuksi kerja mikrokontroller terhubung dengan terminal RST. Yang tidak kalah urgen adalah power supply 5 volt untuk mengaktifkan tegangan kerja system minimum diatas.
    Pada system minimum yang menggunakan IC terprogram AT89S5X jauh lebih praktis disbanding dengan sismin yang menggunakan jenis AT 89C5x sebab pada aplikasi jenis 89S5X sismin bisa difungsikan sekaligus sebagai system download program dari serial port tanpa harus memindahkan IC pada sismin baru ketika akan diaplikasikan pada program yang akan dijalankan. Sedangkan dengan menggunakan tipe 89C5x rangkaian down load tidak bisa difungsikan sebagai sismin sehingga untuk mengaplikasikan program, IC mikrokontroller harus dipindahkan kedalam sismin yang teraplikasi khusus kedalam rangkaian kerja.
    Dengan menggunakan IC terprogram AT89S52 maka setiap data yang masuk dari ADC 0809 pada port 1 akan direspon oleh port keluaran (port 2) untuk dialamatkan pada LCD yang disediakan. Untuk menghasilkan suatu data yang tertampil pada LCD maka diperlukan pengaturan program yang langkah kerjanya ditentukan oleh alir kerja pemrograman sebagai berikut :

    Gambar 3.7 Diagram Alir pemrograman mikrokontroller

    3.2 Penyambungan LCD M1632
    LCD M1632 adalah sebuah modul terintegrasi yang tersusun dari bahan Liquid Cristal dependent dan beberapa bahan lain yang terintegrasi menjadi satu modul. Bahkan pada modul ini juga terdapat internal chip mikrokontroller sebagai salah satu piranti kerjanya. Modul LCD bisa menampilkan beberapa perintah berdasar karakter yang diinginkan melalui metode pemrograman dari sebuah mikrokontroller eksternal. Untuk menggabungkan modul ini dengan IC terprogram (mikrokontroller) tersebut kita perlu mengetahui fungsi dari masing-masing pin yang dimiliki oleh modul LCD tersebut. Metode penyambungan sebuah LCD memerlukan tahap-tahap kerja berikut; Hubungkan pin 1 dengan Ground, pin 2 dengan VCC +5 volt dan pin 3 dengan pin tegangan sebuah timer potensiometer 5KΩ yang dihubungkan sebagai pembagi tegangan (pin-pin yang masing-masing terhubung dengan Ground dan VCC. Selanjutnya potensio ini akan berfungsi sebagai pengatur kontras LCD. Terminal 4 modul LCD digunakan untuk memberikan informasi pada LCD tersebut bahwa ada data yang akan dikirim berupa karakter angka dan huruf ataukah berupa kode pengaturan. Terminal 5 berfungsi untuk menentukan arah data yang memberikan keterangan bahwa mikrokontroller akan meminta data atau mengirimkan data ke dan dari LCD. Terminal 6 berfungsi sebagai terminal enabel dimana jika arah data adalah menuju LCD, maka LCD akan mengambil data pada saat terminal enabel berada pada transisi turun. Sebaliknya jika data berasal dari LCD maka mikrokontroller sudah harus mengambil data sebelum sinyal enabel tersebut menjadi low. Teminal 7 hingga terminal 14 adalah jalur data yang terhubung dengan port I/O mikrokontroller dimana pada ke delapan jalur ini terjadi transaksi pengiriman dan pengambilan data yang tertampil pada layar LCD. Sedangkan terminal 15 dan 16 adalah pin untuk menyalakan lampu pada LCD tersebut. Secara lengkap uraian diatas dapat dilihat dalam tabel berikut :

    Tabel 3.2 Tabel fungsi pin pada LCD M1632

    Pada aplikasi ini penyambungan LCD dengan mikrokontroler adalah menghubungkan terminal 7 ke P2.0 berturut-turut hingga terminal 14 dengan P2.7. Kemudian terminal 4 (RS) dengan P3.0 dan terminal 6 (E) dengan P3.1. Terminal 5 langsung disambungkan ke GND sebab jika kita tidak mikrokontroller akan melakukan pembacaan data pada LCD (hal ini lebih sering dilakukan). Modul LCD M1632 membutuhkan waktu sekitar 15mS untuk persiapan sebelum dapat menerima data maupun instruksi. Jadi diperlukan listing pemrograman awal untuk melakukan penundaan sekitar 15mS sebelum memberikan data ataupun instruksi apapun untuk pertamakalinya. Modul LCD M1632 memberikan dua pilihan interface, yaitu 4 bit dan 8 bit. Kita telah menyambungkan LCD dengan lebar data 8 bit. Jadi kita memilih interface 8 bit. Pemilihan ini dilakukan dengan mengirim kode perintah 38H pada inisialisasi awal. Instruksi ini membutuhkan waktu tunda sekitar 4 mS.

    Gambar 3.6 Penyambungan LCD pada port mikrokontroller

    Tugas Akhir Oleh : B.Yoyok W.P
    Teknik Elektro
    Unika Sogijapranata
    Semarang





    Read More......

    2008/04/08

    BIOKONTROL SEBAGAI PENDETEKSI TARAF KETEGANGAN MANUSIA

    Berpegang pada realita kehidupan tentang stress, maka dirancang suatu sistem elektronis, sebut saja stress indicator, yang mampu mendeteksi dan mengelompokan kadar stress seseorang. Dengan stress indikator diharapkan seseorang dapat memonitor tingkat stress, melakukan semacam tindakan preventif atau tindakan untuk menghindari dan mengatasi stress.

    Contoh penggunaan stress indicator dalam dunia medis, yaitu sebagai alat monitoring tingkat stress pasien yang akan menjalani operasi, membantu penegakan diagnosa yang kerap kali menjadi tidak akurat karena pasien mengalami stress. Stress indicator dapat juga digunakan oleh pekerja yang menuntut kehandalan, sehingga pengendalian stress menjadi sangat penting untuk membantu kinerjanya.

    Gambar 1 Diagram blok rangkaian detektor ketegangan
    Prototype Stress Indicator ini merupakan sistem berbasis digital dengan
    metode pengalamatan pada IC terprogram EPROM yang menampilkan kadar
    tahanan dalam diri mannusia dan sekaligus indikator kondisi tingkat stres manusia
    tersebut dengan menampilkan huruf awal dari beberapa tingkat stress yang
    dialami manusia. Tampilan stress indicator akan digolongkan dalam empat
    kondisi stress seseorang yaitu, stressed (S), tense (t), calm (C) dan relaxed (r).
    Dan stress itu adalah suatu perasaan takut atau tegang yang berlebihan sehingga
    membuat ketidak nyamanan dalam aktivitas manusia itu sendiri. Tense juga
    mempunyai arti suatu perasaan takut atau tegang yang besar namun sedikit
    dibawah kondisi stress, demikian juga tentang kondisi calm yaitu mempunyai
    perasaan takut atau tegang tetapi hanya tingkatan yang kecil sehingga manusia itu
    bisa menganggap kalau tidak terjadi apa-apa dalam kehidupannya. Dan relaxed
    sendiri yaitu suatu perasaan yang nyaman, tenang sehingga manusia itu bisa
    merasakan kebahagiaan dan senang.
    Berdasar empat tingkat kondisi sterss seseorang diatas dapat dikategorikan
    beberapa parameter penyebab stres yaitu :
    1. Galvanic Skin Resistance (GSR) yaitu tahanan tubuh manusia biasanya
    diambil dari tahanan dua jari tangan dalam satuan _
    2. Heart rate (HR) dalam satuan beat per minute
    3. Blood presure (BP) tekanan darah ini terbagi dengan tekanan darah batas
    bawah blood presure diastole (BPD) dan tekanan darah atas blood presure
    systole (BPS)
    4. Temperatur tubuh atau dalam istilah medis disebut H & T
    Dari keempat indikasi tersebut dapat dikategorikan tingkat stress seseorang
    sebagai berikut :

    Tabel 3.1 Batasan stres pada 4 kondisi tubuh
    3.2 Perancangan sistem sensor tahanan tubuh manusia
    Sensor yang digunakan pada aplikasi alat ini mempunyai spesifikasi
    alumunium foil. Berdasarkan beberapa literatur dan percobaan yang dilakukan,
    bahan aluminium foil sangat baik digunakan sebagai pembaca kondisi tahanan
    tubuh manusia terutama jika diinteraksikan dengan bagian kulit ari manusia.
    Untuk itu pada alat ini digunakan bahan aluminium foil yang dikemas/dibentuk
    dengan sistem perekat-tarik dan diletakkan pada ujung jari-jari manusia. Dengan
    menempatkan sensor tersebut pada kedua ujung jari-jari dan memberikan beda
    potensial ordo rendah pada sistem rangkaian sensor tersebut maka akan
    menghasilkan beda potensial yang lain yang terintegrasi dengan kondisi tahanan
    kulit manusia. Beda potensial inilah yang digunakan sebagai kondisi masukan
    pada rangkaian biopotensial atau kompensasi isyarat. Rangkaian biopotensial
    atau kompensasi isyarat merupakan rangkaian yang terdiri dari kombinasi Op-
    Amp yang diperlukan sebagai pengatur komposisi tegangan yang dihasilkan oleh
    sensor sehingga melalui sistem ini dihasilkan suatu tegangan yang terkendali.

    Gambar 3.1 Rangkaian Bio potensial pada sistem pemantau stress
    Rangkaian kalibrasi ini berupa rangkaian penguat inverting yang terpasang
    secara bertingkat dengan buffer inverting, sehingga mempunyai dua fungsi yaitu
    untuk memperbesar dan mengatur amplitudo tegangan DC yang dihasilkan oleh
    keluaran sensor pada penguat invertingnya sekaligus mempertahankan tegangan
    tersebut tetap stabil terhadap penambahan rangkaian berikutnya melalui rangkaian
    buffer. Pemilihan jenis penguat inverting secara bertingkat ini dimaksudkan
    untuk tetap mempertahankan fasa tegangan keluaran terhadap masukannya.
    3.3 Perancangan sistem ADC
    Tegangan DC yang dihasilkan oleh rangkaian penyearah diatas merupakan
    tegangan analog, sedangkan untuk semua proses pengalamatan pada
    mikrokontroler ini yang diperlukan adalah tegangan digital, untuk itu tegangan
    analog ini perlu diubah dalam bentuk digital. Untuk keperluan pengubahan
    analog ke digital ini diperlukan rangkaian converter analog ke digital, dalam hal
    ini menggunakan IC ADC 0804.
    Rangkaian ADC 0804 yang digunakan adalah respon terkendali, dimana
    perubahan pembacaan data masukan dikendalikan oleh clock yang dihubungkan
    pada pin WR sehingga perubahan data dimulai setelah input WR tinggi. Untuk itu
    rangkaian ini dilengkapi dengan rangkaian clock dengan IC CMOS 4081 untuk
    memberikan kepastian detak ADC 0804. Dengan menambahkan clock pada ADC
    0804 ini menyebabkan keluaran biner ADC 0804 lebih stabil yang juga berimbas
    terhadap angka-angka digital yang ditampilkan. Sistem minimum rangkaian ADC
    0804 adalah sebagai berikut:

    Gambar 3.2 Sistem minimum rangkaian ADC 0804
    ADC 0804 ini mempunyai masukan (Vin +) yaitu kaki 6 sebagai masukan
    sinyal analog, kaki 9 (Vref/2) berfungsi untuk menentukan tegangan referensi
    (Vref) yang dapat dilakukan dengan mengatur tegangan pada Vref/2 dengan
    potensio tegangan VR 10K. Kaki chip select (CS) dan Rd aktif low, output enable
    dihubungkan ke ground. Kaki WR untuk memulai pengubahan atau yang lebih
    dikenal dengan start conversion (SC) yang diberi clock dari IC CMOS 4081 yang
    memberikan perubahan detak dari pulsa rendah kemudian pulsa tinggi untuk
    memulai perubahan biner ketika masukan berubah.
    Tegangan biner yang dihasilkan dari ADC 0804 ini memanfaatkan 8 titik
    keluarannya (D7 sebagai MSB hingga D0 sebagai LSB) sehingga pada kondisi
    maksimal tegangan biner yang dihasilkan oleh ADC ini adalah 1111 1111 atau
    255 kondisi masukan analog.
    3.4 Perancangan sistem terprogram pada EPROM 27C256
    Logika biner yang dihasilkan dari rangkaian ADC 0804 kemudian
    dilewatkan melalui rangkaian pengalamatan EPROM (dalam hal ini type 27C256
    microchip) untuk memberikan alamat desimal pada setiap masukan biner ADC
    0804. Pada EPROM ini sekaligus dapat dilakukan kalibrasi digital jika diperlukan
    untuk menampilkan angka tertentu pada bilangan biner masukan yang tidak
    bersesuaian. Pada EPROM inilah dilakukan pengalamatan dan kalibrasi untuk
    menunjukkan nilai tahanan tubuh manusia yang diukur melalui kedua ujung
    jarinya. EPROM 27C256 mempunyal 15 alamat (A14 – A0) dan 8 data keluaran
    (Q7 – Q0). Menyesuaikan data biner ADC 0804 maka hanya digunakan 8 alamat
    masukan EPROM saja yakni A7–A0, sedangkan alamat sisa lainnya diketanahkan
    untuk mengurangi distorsi pembacaan digital. Sedangkan pada 8 data keluaran
    dimanfaatkan untuk menggerakkan dekoder guna menampilkan instruksi desimal
    yang diminta oleh EPROM tersebut.

    Gambar 3.3 Sistem penyambungan EPROM 27C256
    Metoda Pengisian EPROM dilakukan dengan menggunakan EPROM
    Programmer yang ditampilkan melalui layar komputer, sehingga alamat-alamat
    EPROM 27C256 yang sejumlah 262144 bit ini tampil pada layar monitor dalam
    tampilan heksadesimal. Pada aplikasi ini bit yang dimanfaatkan hanya sebagian
    kecil saja yaitu hanya mengalamatkan angka desimal 00 hingga 99, hal ini sesuai
    dengan jumlah display maksimal yang bisa dimanfaatkan. Sehingga pada layar
    monitor alamat heksadesimal yang diisi dengan angka desimal berturut-turut
    hingga pada alamat 63H saja.
    Melalui metode pengisian angka-angka desimal maka keluaran EPROM
    pada data berupa bilangan-bilangan biner yang sudah berkode desimal, dengan
    metode BCD ini angka-angka keluaran EPROM akan lebih mudah diterjemahkan
    melalui dekoder untuk ditampilkan pada seven segment.
    Pada sistem ini juga menggunakan dua buah EPROM dimana sebuah
    EPROM berfungsi untuk menampilkan angka-angka yang menunjukkan tahanan
    tubuh manusia, dan untuk fungsi ini EPROM harus dilengkapi dengan dekoder
    seven segment. Sedangkan EPROM yang kedua berfungsi sebagai penampil
    karakter huruf depan dari indikator tingkatan stress yang ada. Untuk aplikasi ini
    EPROM tidak memerlukan tambahan dekoder melainkan dengan pemrograman
    khusus hingga membentuk karakter yang dikehendaki sesuai dengan tingkatan
    tahanan yang ditunjukkan oleh penampil tahanan tubuh manusia. Untuk aplikasi
    penampil karakter ini data keluaran EPROM diambil tujuh bit saja dari setiap byte
    nya dan dihubungkan dengan ketujuh karakter led pembentuk seven segment.
    Dengan metode ini maka dapat dibentuk huruf berdasar penyalaan bit pembentuk
    karakter tampilan pada led seven segment.

    Dari gambar diatas maka untuk membentuk huruf “r” yang menyatakan kata
    “relaxed” dilakukan dengan mengaktifkan led a,f dan e pada led seven segment.
    Untuk membentuk huruf “C” yang menyatakan kata “Calm”dilakukan dengan
    mengaktifkan led a,f,e dan d. Untuk mengaktifkan huruf “t” yang menyatakan
    kata “tense” dilakukan dengan mengaktifkan led pembentuk d,e,f, dan g.
    Sedangkan untuk mengaktifkan huruf “S” yang menyatakan kata “stressed”
    dilakukan dengan mengaktifkan led a,f,g,c dan d.
    Untuk mengaktifkan masing-masing led pembentuk karakter huruf pada
    seven segment tersebut dilakukan dengan menghubungkan masing masing port
    led karakter a,b,c,d,e,f,g dengan keluaran EPROM pada output masing-masing
    Q6,Q5,Q4,Q3,Q2,Q1,dan Q0. Sehingga untuk membentuk huruf “r” misalnya
    EPROM harus mengaktifkan keluaran Q6,Q2 dan Q0 dan berdasar urutan BCD
    EPROM maka dilakukan pemrograman dengan memasukkan angka 45h.
    Sedangkan untuk mengaktifkan huruf “C” untuk Calm maka EPROM harus
    mengaktifkan keluaran Q6,Q3,Q2 dan Q0 dan berdasar urutan BCD EPROM
    maka dilakukan pemrograman dengan memasukkan angka 4Dh.dan seterusnya.
    3.5 Rangkaian Dekoder Seven Segment
    Pemilihan dekoder seven segment menggunakan IC dekoder 74LS247,
    pemilihan ini berdasar pada beberapa kriteria diantarnya adalah kemampuan IC
    dekoder tersebut dalam menampilkan dioda led-dioda led seven segment secara
    sempurna terutama dalam menampilkan angka 9 dan angka 6. Kriteria lain adalah
    karena jenis seven segment yang digunakan adalah jenis anoda bersama dimana
    VCC menjadi common dan hal ini sangat sesuai dengan karakteristik dekoder
    74LS247 dimana keluaran dekoder ini merupakan logika output rendah atau
    sering disebut dengan istilah ground jalan. Metode penyambungan dekoder
    74LS247 yang teraplikasi pada seven segment penunjuk suhu pada pembuatan
    alat ini ditunjukkan pada gambar berikut ini :

    Gambar 3.4 Dekoder 74LS247 sebagai penggerak seven segment
    Masing-masing dekoder 74LS247 diatas mendapatkan masukan dari data
    keluaran EPROM yang telah mengelompok menjadi dua kelompok BCD masingmasing
    sebagai penampil puluhan dan penampil satuan. Masukan dekoder 74247
    merupakan kode-kode desimal DCBA atau urutan 8421 dimana kombinasi dari
    kode-kode desimal tersebut yang digunakan untuk menampilkan angka pada
    seven segment. Sebagai contoh untuk menampilkan angka 9 maka kode desimal
    dalam bentuk biner yang harus aktif adalah 1001, sesuai urutan kode 8421 maka
    penjumlahan dari kode 1001 adalah angka desimal 9. Pada permintaan kode ini
    maka led seven segment yang aktif adalah a,b,c,d,f,g. Jadi untuk keperluan
    penterjemahan kode menjadi display atau led yang aktif inilah dekoder 74247
    diperlukan.
    3.6 Perancangan rangkaian power suplay
    Power suplay merupakan salah satu faktor utama dalam pembuatan suatu
    rangkaian sebab semua aplikasi rangkaian mutlak memerlukan adanya power
    suplay tersebut. Dalam aplikasi rangkaian elektronika dikenal beberapa jenis
    power suplay diantaranya adalah power suplay simetris, power suplay fiks satu
    sisi dan power suplay variable. Dalam perancangan alat ini digunakan dua buah
    power suplay yaitu power suplay simetris dan power suplay fiks 5 volt. Disebut
    power suply simetris karena tegangan yang dihasilkan oleh power suplay jenis ini
    setimbang atau sama besar pada sisi negatif dan positif. Pada power suplay
    simetris ini menghasilkan tegangan 12 volt dan –12 volt, yang digunakan sebagai
    pencatu IC jenis CMOS dan komponen Opamp yang membutuhkan kondisi
    simetris. Sedangkan power suplay fiks 5 volt digunakan untuk mencatu beberapa
    jenis IC TTL, ADC 0804 dan EPROM.

    Gambar 3.5 Rangkaian power suply
    Untuk menghasilkan tegangan fiks 5 volt pada power suplay ini
    menggunakan sebuah dioda zener 5V1 yang dikuatkan dengan transistor untuk
    memberikan kestabilan arus kerja power suplay tersebut. Sedangkan pada
    tegangan simetris menggunakan regulator pembentuk tegangan 7812 untuk
    membentuk tegangan positif dan regulator 7912 untuk menghasilkan tegangan
    negatif 12 volt. Pada perancangan sistem tegangan simetris ini tidak disertai
    dengan transistor sebab regulator tersebut telah dilengkapi dengan sistem
    penstabil sehingga untuk diaplikasikan pada beban yang tidak terlalu besar seperti
    pada alat ini kemampuan penstabilan regulator 12 volt ini masih mencukupi.


    Oleh:
    KRISNA TRI HANDOYO
    Teknik Elektro
    UNIKA Sogijapranata
    SEMARANG






    Read More......

    2007/09/24

    TIMBANGAN BERAT BADAN DAN TINGGI BADAN DENGAN OUTPUT SUARA


    P ada bagian ini akan dijelaskan tentang perancangan sistem yang dibagi atas dua bagian utama yaitu perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Dalam perancangan ini diperhatikan kondisi alat timbang badan pada nilai pendekatan yang menunjukkan nilai stabil dari pembacaan yang dilakukan terhadap obyek yang terukur.

    3.1 Perancangan sistem hardware
    Pada perancangan hardware menguraikan proses pengolahan sinyal
    tegangan yang dihasilkan melalui alat ukur dalam hal ini load cell sebagai
    pengukur berat dan resistor geser yang dihasilkan dari sistem gulungan email
    sebagai pengukur tinggi badan. Dari kedua alat tersebut diolah hingga
    menghasilkan suara melalui proses digital. Proses pengolahan tegangan tersebut
    seperti pada blok diagram berikut ini.

    Gambar 3.1 Diagram blok pengolahan tegangan pada sistem timbang badan

    3.2 Sensor berat dan tinggi badan
    Pada sistem penimbang tinggi badan ujung-ujung kumparan geser diberikan
    tegangan 5 volt sedangkan penggeser menggunakan batang ferit dimana titik
    pergeseran ferit tersebut menghasilkan tegangan keluaran berdasar prinsip resistor
    pembagi tegangan. Sehingga pada sistem pengukur tinggi badan ini menggunakan
    prinsip rangkaian sebagai berikut :

    Gambar 3.2 Rangkaian detektor tegangan pada resistor geser
    Dengan metode tersebut maka tegangan keluaran dihasilkan melalui perbandingan
    sebagai berikut :

    Dengan prinsip rangkaian diatas maka semakin tinggi ferit maka semakin besar
    tegangan yang dihasilkan oleh sistem ini.
    Pada penimbang berat badan menggunakan sensor berat jenis load cell dimana
    pada sensor ini merupakan jenis transducer yang akan langsung menghasilkan nilai
    tegangan dari perubahan tekanan yang membebani sensor tersebut. Kenaikan
    tegangan pada sensor ini terjadi secara linier dimana seiring penambahan beban maka
    tegangan yang dihasilkan pada sisi keluarannya akan secara linier naik.
    Perancangan sistem kalibrasi tegangan
    Rangkaian kalibrasi tegangan atau sering juga disebut kompensasi isyarat
    merupakan rangkaian yang terdiri dari kombinasi Op-Amp yang diperlukan sebagai
    pengatur komposisi tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing sensor sehingga
    melalui sistem ini dihasilkan suatu kelinieran tegangan dari ketidak stabilan dan
    ketidak tepatan tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing sensor secara langsung.
    Rangkaian kalibrasi ini berupa rangkaian penguat inverting yang terpasang secara
    bertingkat, sehingga mempunyai dua fungsi yaitu untuk memperbesar amplitudo
    tegangan DC yang dihasilkan oleh keluaran sensor sekaligus sebagai pengatur ofset
    DC nya. Pemilihan jenis penguat inverting secara bertingkat ini dimaksudkan untuk

    Gambar 3.3 Rangkaian kalibrasi tegangan keluaran sensor

    Sistem kompensasi/kalibrasi tegangan seperti pada gambar diatas terpasang pada
    masing-masing sensor yang digunakan dalam sistem timbangan VR-50K pada input
    noninverting Op-amp I berfungsi sebagai pengatur offset untuk menentukan nilai awal
    dari tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian kalibrasi ini. Sedangkan VR-50K pada
    Op-Amp II berfungsi sebagai penguat tegangan dari tegangan awal yang dihasilkan
    oleh sensor pada sisi masukan.
    Untuk memilih jenis pengukuran pada timbangan ini dilakukan dengan
    melalui sebuah selektor switch yang memilih tipe timbangan berat ataupun tipe
    timbangan tinggi. Dengan selektor ini maka pengukuran dapat dilakukan secara
    bergantian untuk menghindari benturan alamat pada mikrokontroller sebagai
    pengalamatan kode suara untuk IC ISD 1420.
    Perancangan sistem ADC
    Tegangan yang dihasilkan oleh sensor berat dan sensor tinggi yang dilewatkan
    pada masing-masing rangkaian kompensasinya merupakan tegangan analog,
    sedangkan untuk semua proses pengalamatan pada mikrokontroler ini yang
    diperlukan adalah tegangan digital, untuk itu tegangan analog ini perlu diubah dalam
    bentuk digital. Untuk keperluan pengubahan analog ke digital ini diperlukan
    rangkaian converter analog ke digital, dalam hal ini menggunakan IC ADC 0804.
    Rangkaian ADC 0804 yang digunakan adalah respon terkendali, dimana
    perubahan pembacaan data masukan dikendalikan oleh clock yang dihubungkan pada
    pin WR sehingga perubahan data dimulai setelah input WR tinggi. Untuk itu
    rangkaian ini dilengkapi dengan rangkaian clock dengan IC CMOS 4081 untuk
    memberikan kepastian detak ADC 0804. Dengan menambahkan clock pada ADC
    0804 ini menyebabkan keluaran biner ADC 0804 lebih stabil yang juga berimbas
    terhadap angka-angka digital yang ditampilkan. Sistem minimum rangkaian ADC
    0804 adalah sebagai berikut:

    Gambar 3.4 Sistem minimum rangkaian ADC 0804

    ADC 0804 ini mempunyai masukan (Vin +) yaitu kaki 6 sebagai masukan
    sinyal analog, kaki 9 (Vref/2) berfungsi untuk menentukan tegangan referensi (Vref)
    yang dapat dilakukan dengan mengatur tegangan pada Vref/2 dengan potensio
    tegangan VR 10K. Kaki chip select (CS) dan Rd aktif low, output enable
    dihubungkan ke ground. Kaki WR untuk memulai pengubahan atau yang lebih
    dikenal dengan start conversion (SC) yang diberi clock dari IC CMOS 4081 yang
    memberikan perubahan detak dari pulsa rendah kemudian pulsa tinggi untuk memulai
    perubahan biner ketika masukan berubah.
    Tegangan biner yang dihasilkan dari ADC 0804 ini memanfaatkan 8 titik
    keluarannya (D7 sebagai MSB hingga D0 sebagai LSB) sehingga pada kondisi
    maksimal tegangan biner yang dihasilkan oleh ADC ini adalah 1111 1111 atau 255
    kondisi masukan analog.
    IC program mikrokontrol AT89C51
    Mikrokontroler yang digunakan dalam perancangan ini adalah mikrokontroler
    AT89C51 yang memiliki kemampuan sebagai berikut:
    · Kompatibel dengan produk dan program assembler MCS-51
    · Dapat di simpan program sebesar 4 kByte Flash.
    · 32 pin Input/Output yang dapat diprogram.
    · 128 x 8 bit internal RAM
    · Dua buah timer / counter 16 bit.
    Dengan kemampuan sesuai fasilitas mikrokontrol AT89C51 diatas maka pada
    mikrokontroller ini mampu melakukan pemrograman untuk pengalamatan data
    masukan sebagai penampil suara sekaligus mampu melakukan pengalamatan untuk
    menampilkan angka yang diukur pada seven segment. Untuk proses pengalamatan
    kode suara pada system ini menggunakan data pada port 2 yang terhubung dengan
    port masukan IC ISD 1420 sedangakan untuk pengalamatan kode yang ditampilkan
    kedalam seven segment menggunakan port 3. kedua port keluaran tersebut
    mengambil data dari port 0 yang terhubung dengan data masukan dari ADC 0804.
    Sementara port 1 digunakan sebagai pengendali system kompensasi sehingga jenis
    timbangan dapat di-select untuk mode ukur tinggi dan ukur berat. Pada aplikasi ini
    untuk pengukuran berat dan tinggi badan port 1.0 sebagai chip select harus selalu
    dihubungkan dengan kondisi aktif rendah sehingga untuk setiap mode pengukuran
    yang ingin ditampilkan, selector harus dihubungkan dengan tegangan low (0 volt).
    Rangkaian mikrokontroler AT89C51 didisain dalam bentuk minimum seperti
    yang terlihat pada gambar 3.5.

    Gambar 3.5 Konfigurasi sismin mikrokontroller AT89C51

    Perancangan sistem ISD 1420
    Information Storage Device (ISD) 1420 merupakan suatu chip yang bila
    secara terintegrasi terhadap komponen pendukung bisa digunakan sebagai penyimpan
    data suara yang direkam dan didownloadkan didalamnya. Metode penyimpanan data
    suara pada ISD dibatasi oleh lama waktu yang ditentukan oleh masing-masing chip
    ISD tersebut. Seperti halnya ISD 1420 diartikan mampu menyimpan data suara
    hingga maksimal 20 detik. Pada perancangan sistem timbangan dengan tampilan
    suara ini data yang disimpan kedalam ISD dilakukan dengan memasukkan setiap suku
    kata dari keseluruhan kata yang harus ditampilkan pada kemungkinan pengukuran
    yang terjadi.
    Metode pengisian data suara kedalam ISD ini dilakukan melalui perekam
    suara yang dapat disimpan dalam bentuk wave. Setelah melalui proses editing untuk
    mendapatkan kualitas suara yang baik ,dari program wave suara di down load dengan
    menekan tombol REC pada rangkaian terintegrasi ISD melalui port LPT yang
    dihubungkan dengan port ISD tersebut . Suara yang didownload kedalam ISD
    disimpan dalam bit-bit biner dengan satu alamat data untuk setiap satu suku kata.
    Untuk menampilkan suara dari data yang disimpan dilakukan dengan memanggil data
    biner tersebut. Sebagai suatu contoh untuk menampilkan suara “lima kilogram” maka
    data biner untuk masing-masing suku kata lima, dan kilogram dipanggil secara
    berurutan. Sistem minimum dari rangkaian ISD 1420 yang terintegrasi dengan sistem
    rekam data adalah sebagai berikut:

    Gambar 3.6 Skematik rangkaian ISD 1420

    Dekoder seven segment BCD 74LS248
    Pemilihan dekoder seven segment menggunakan IC dekoder 74LS248, pemilihan
    ini berdasar pada beberapa kriteria diantaranya adalah kemampuan IC dekoder
    tersebut dalam menampilkan model angka pada led seven segment secara
    sempurna terutama dalam menampilkan angka 9 dan angka 6. Kriteria lain adalah
    karena jenis seven segment yang digunakan adalah jenis katoda bersama dimana 0
    menjadi common dan hal ini sangat sesuai dengan karakteristik dekoder 74LS248
    dimana keluaran dekoder ini merupakan logika output tinggi atau sering disebut
    dengan istilah aktif high. Metode penyambungan dekoder 74LS248 yang
    teraplikasi pada seven segment penunjuk berat dan tinggi badan pada pembuatan
    alat ini dilakukan dengan model scanning melalui port mikrokontroller sehingga
    untuk sebuah IC bisa digunakan untuk menjalankan seven segment hingga
    sejumlah port yang dimanfaatkan. Sedangkan IC dekoder ini hanya mengaktifkan
    common seven segmet tersebut melalui sebuah transistor untuk setiap seven
    segment yang digunakan. Dengan sistem rangkaian seperti ini maka dapat
    melakukan penghematan IC dekoder tersebut.

    Gambar 3.7 Rangkaian scanning seven segment katoda bersama

    IC ini masukannya berupa bilangan biner 4-bit yang ditunjukkan pada oleh
    bilangan A,B,C,D. Pada gambar 3.7 bilangan BCD tersebut dikodekan, maka
    hasilnya akan ditampilkan pada tujuh segmen. Dua masukan lainnya yaitu
    masukan uji lampu yang berfungsi untuk menguji apakah semua lampu segment
    beroperasi dengan memberi kondisi rendah (active low). Selanjutnya masukan
    pengosongan dan pengosongan akan mematikan semua segmen dan
    mengosongkan penampil hanya bila berisi 0. Keduanya diaktifkan oleh masukan
    rendah (active low). Keluaran dari IC ini juga merupakan keluaran yang aktif
    tinggi.
    Gambar 3.7 memperlihatkan sebuah pendekode BCD ke tujuh segment
    digunakan untuk mengendalikan sebuah LED tampilan tujuh segmen. Untuk
    menjelaskan rangkaian ini, kita anggap bahwa masukan BCD adalah D=0, C=1, B=0,
    A=1, yang berarti BCD untuk 5. Dengan masukan–masukan ini, keluaran dekoder
    atau penggerak a,f,g,c,d akan digerakkan dengan logika tinggi (High) memungkinkan
    arus melalui bagian LED a,f,g,c, dan d; yang akan menampilkan angka 5, keluaran b
    dan e akan low (open), sehingga bagian LED b dan e tidak menyala.. Karena
    keluaran dari IC ini aktif tinggi maka digunakan tujuh segment katoda bersama.
    Perancangan sistem software
    Pada sistem perangkat lunak ini berisi tahap-tahap perancangan program pada
    mikrokontroller AT89C51. Dimana didalam IC program ini merupakan otak dari
    sistem yang ingin daijalankan pada perancangan alat timbangan digital ini. Untuk
    merancang suatu pengalamatan program terlebih dahulu harus disisun suatu diagram
    alir agar pengalamatan program terorganisir dengan baik didalamnya. Diagram alir
    dalam perancangan sofware ini sebagai berikut :

    Gambar 3.8 Diagram alir perancangan software.

    Pada diagram alir diatas terdapat beberapa instruksi yang harus dipilih oleh operator
    penimbang. Saklar mode dimaksudkan untuk memilih jenis pengukuran yang ingin
    dilakukan (berat atau tinggi), pada sistem ini untuk membedakan mode pengukuran
    berat dilakukan dengan menghubungkan dengan ground pada saklar yang terhubung
    dengan port P1.0. Sedangkan untuk pengukuran tinggi badan dilakukan dengan
    menguhubungkan dengan VCC pada saklar yang terhubung dengan port P1.0 tersebut.
    Setelah mode dipilih ADC akan membaca besaran masukan baik berat maupun tinggi
    untuk dialamatkan pada mikrokontroller AT89C51. Pada IC program ini dilakukan
    pengolahan data biner tersebut menjadi alamat suara dan alamat BCD untuk
    mengaktifkan sevensegment. Pengalamatan suara diterjemahkan melalui ISD 1420
    menjadi output suara yang terangkai berdasar alamat masukannya. Data yang
    dihasilkan oleh suara ataupun seven segment ini merupakan data pengukuran yang
    dilakukan. Untuk melakukan pengukuran lagi dilakukan dengan menekan saklar
    mode pengukuran kembali yang sekaligus sebagai reset dari sistem yang telah
    dilakukan.


    Hendry Kurniawan
    TEKNIK ELEKTRO
    UNIKA Sogijapranata
    2007





    Read More......
    Multimeter Dengan Tampilan Seven Segment dan Isyarat Suara

    V – O meter digital ini dirancang untuk menampilkan pengukuran volt meter AC/DC dan ohm meter yang ditampilkan secara digital dengan kelebihan adanya tambahan tampilan suara untuk menyebutkan pembacaan pengukurannya. Aplikasi ini memanfaatkan bagian dari...Read More...

    Sistem Pemantau Jumlah Kendaraan Dengan Menggunakan Sensor Suara

    Alat pemantau jumlah kendaraan ini tepat digunakan pada ruas gerbang tol untuk mengetahui tingkat kepadatan atau pemakaian gerbang tol tersebut dalam batasan waktu tertentu. Sistem sensor yang digunakan pada perancangan alat ini menggunakan sensor suara sehingga...Read More...

    Followers

    Pemanfaatan Mikrokontroler Sebagai Pengendali Solar Tracker Untuk Mendapatkan Enegi Maximal

    Perancangan ini bertujuan untuk membuat suatu alat penyimpan energi listrik melalui solar cell yang dapat seoptimal mungkin mendapatkan panas dari sinar matahari. Kondisi ini dapat dilakukan jika solar cell tersebut selalu tegak lurus terhadap arah fokus datangnya sinar matahari, dengan demikian solar cell harus selalu mengikuti arah pergerakan matahari....Read More...

    W-I-B

    Buku-Buku


    Masukkan Code ini K1-7FA1D9-2
    untuk berbelanja di KutuKutuBuku.com

    Baner

    Pesan

    Blog Archive

     

    Copyright © 2009 by Judul-Judul Tugas Akhir