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