Judul-Judul Tugas Akhir

Perancangan Watt Meter Digital 1 Fasa Dengan Mikrokontroller AT89S51

2008-05-24T21:15:00.035+07:00

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

BIOKONTROL SEBAGAI PENDETEKSI TARAF KETEGANGAN MANUSIA

2008-04-08T16:27:00.024+07:00

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

TIMBANGAN BERAT BADAN DAN TINGGI BADAN DENGAN OUTPUT SUARA

2007-09-24T03:00:00.004+07:00

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

PEMANFAATAN MIKROKONTROLER SEBAGAI PENGENDALI SOLAR TRACKER UNTUK MENDAPATKAN ENERGI MAKSIMAL

2007-09-08T00:12:00.003+07:00

P erancangan 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.

Untuk dapat merealisasi sistem tersebut dibutuhkan beberapa sensor peka cahaya yang membaca arah datangnya
cahaya dari beberapa sudut. Sudut yang paling kuat dari sensor peka cahaya
tersebut diasumsikan sebagai sudut fokus arah datangnya sinar matahari, sehingga
sudut dengan fokus terkuat tersebutlah yang akan diikuti oleh pergerakan solar
tracker ini.
Sebagai sensor peka cahaya digunakan 5 buah sensor peka cahaya (LDR),
empat buah diantaranya diletakkan pada kondisi keempat penjuru mata-angin dan
sebuah lagi ditempatkan ditengah-tengahnya sebagai pembanding dari masingmasing
fokus yang diterima oleh LDR terkuat tersebut. Kepekaan paling kuat dari
LDR tersebut akan diikuti oleh pergerakan solar cell hingga terdapat nilai
kepekaan yang sama antara salah satu LDR yang diikuti tersebut dengan LDR
yang ditengah sebagai pembandingnya. Dengan kondisi ini maka solar cell akan
selalu mendapatkan sinar matahari secara optimal disepanjang hari.
Selain memanfaatkan sensor peka cahaya realisasi alat ini juga didukung
dengan beberapa rangkaian terkombinasi yang masing-masing berfungsi sebagai
penyimpan energi listrik yang diterima oleh solar cel tersebut dalam hal ini
diaplikasikan kedalam accumulator 12 volt. Selain ini juga terdapat unit penampil
data daya yang dihasilkan oleh penerimaan energi pada solar cel. Sedangkan
sebagai penggerak / tracker solar cell ini menggunakan motor DC terkopel gearbox
yang masing-masing track-nya digerakkan melalui sistem pemrograman pada
mikrokontroller AT 89S52. Secara keseluruhan realisasi sistem ini ditunjukkan
seperti pada diagram blok berikut ini:

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Kerja Solar Ttracker

3.2 Sistem Rangkaian Sensor Peka Cahaya
Pada alat ini menggunakan empat buah sensor peka cahaya LDR yang
dipasang sebagai pelacak arah fokus datangnya sinar matahari, di mana ke empat
sensor tersebut membentuk formasi layang-layang sama sisi dan di tengahnya
terdapat sebuah LDR lagi yang berfungsi sebagai pembanding kuat cahaya yang
diterima oleh masing-masing sensor pada kondisi terfokusnya. Pada kondisi
sebuah sensor mempunyai kepekaan terkuat maka tracker akan bergerak menuju
arah tersebut hingga didapatkan suatu kondisi kepekaan sensor terkuat tersebut
sama dengan kepekaan yang diterima oleh sensor yang ditengah sebagai
pembandingnya. Pada aplikasinya keempat sensor tersebut masing-masing
dihubungkan dengan komparator pada input inverting, sementara sensor yang di
tengah dihubungkan pada keempat komparator tersebut pada input non invertingnya.

Gambar 3.2 Skematik Posisi dan Sistem Rangkaian Sensor

Berdasar prinsip kerja LDR dimana pada kondisi mendapatkan cahaya
maka tahanannya turun, sehingga dengan metode rangkaian diatas pada LDR yang
mendapatkan kuat cahaya terbesar maka tegangan yang dihasilkan adalah
tertinggi. Masing-masing tegangan keluaran LDR terhubung dengan terminal
inverting rangkaian komparator. Sehingga dengan sistem rangkaian diatas,
komparator akan menghasilkan logika tinggi jika salah satu dari ke empat LDR
mempunyai tegangan keluaran lebih besar dari tegangan keluaran pembadingnya.
Logika keluaran rangkaian komparator inilah yang digunakan sebagai sinyal
informasi bagi rangkaian pemrograman untuk menggerakkan motor DC menuju
arah LDR dengan tegangan terbesar tersebut. Dengan demikian Tracker akan
mencari sumber cahaya terkuat hingga didapatkan kondisi tegangan keluaran LDR
pembanding sama atau bahkan lebih besar dari keempat LDR yang dituju tersebut.
Pada kondisi ini keluaran komparator berlogika rendah sehingga melalui
pemrograman pada mikrokontroller putaran motor DC akan dihentikan.

3.3 Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52
Dalam menjalankan chip IC mikrokontroler MCS-51 memerlukan
komponen elektronika pendukung lainnya. Suatu rangkaian yang paling sederhana
dan minim komponen pendukungnya disebut sebagai suatu rangkaian sistem
minimum. Dalam perancangan Tugas Akhir ini, sistem minimum mikrokontroler
AT89S52 terdiri dari:
1. Chip IC mikrokontroler AT89S52 keluarga MCS-51
2. Kristal 12 MHz
3. Kapasitor
4. Resistor

Gambar 3.3 Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52

Aplikasi mikrokontroller AT89S52 pada alat ini berfungsi sebagai
penerjemah data konduksi komparator pada rangkaian LDR untuk mengatur arah
putaran motor DC penggerak solar tracker. Untuk aplikasi ini menggunakan port 2
sebagai data masukan dan port 1 sebagai alamat keluarannya. Proses kerja
mikrokontroller ini ditentukan berdasar pulsa komparator 1,2,3,4 yang masuk
pada port 2.0 hingga 2.3. Dimana jika salah satu tegangan pada LDR 1,2,3,4 lebih
besar dari tegangan referensi komparator pada LDR tersebut akan berlogika
tinggi, pulsa masukan dari salah satu komparator 1,2,3,4 ini berfungsi untuk
menggerakkan motor solar tracker sesuai arah posisi LDR, jika tegangan referensi
lebih besar dari semua tegangan LDR, semua komparator berlogika rendah
sehingga tidak ada logika untuk menyulut data maskan pada port 2. Kondisi ini
menyebabkan semua alamat pada port 1 juga berlogika rendah sehingga motor
penggerak solar tracker berhenti. Untuk proses ini dirancang suatu diagram alir
sebagai berikut :

Gambar 3.4 Diagram Alir Mikrokontroller sebagai Penggerak Solar Tracker

Berdasar diagram alir yang disusun diatas maka dapat dirancang suatu
metode pemrograman berbahasa assembler sebagai proses pengalamatan data
komparator.

3.4 Perancangan Rangkaian Driver
Rangkaian driver dirancang untuk mengaktifkan motor DC sebagai
penggerak solar tracker. Kombinasi rangkaian driver ini dirancang supaya motor
DC dapat berputar forward-reverse, menyesuaikan input program yang bekerja
berdasar pembacaan sinyal dari LDR. Rangkaian driver ini diperlukan untuk
memberikan pemisahan tegangan kontrol sebesar 5 volt yang dihasilkan dari
keluaran mikrokontroller menjadi tegangan sesuai yang dibutuhkan oleh motor
DC tersebut. Untuk merealisasi ide ini dilakukan dengan menggunakan transistor
yang memanfaatkan tegangan kecil dari mikrokontroller sebagai pemicu dioda
masukannya dan memberikan tegangan yang relatif lebih besar pada transistor
keluarannya.
Metode reverse-foreward pada cara kerja motor DC dilakukan dengan
membalik arah arus yang melalui motor, hal ini direalisasikan dengan
menempatkan empat buah relay sebagai pembentuk arah arus dimana relay
digerakkan dari sebuah driver BD 139 yang memicu transistor D 313.

Gambar 3.5 Rangkaian Driver

Driver pada rangkaian diatas menggunakan BD 139 untuk memicu
transistor D 313 pada rangkaian daya penggerak motor DC. Untuk setiap motor
dengan arah gerakan referse forward digerakkan dengan menggunakan empat
buah relay (C1, C2, C3, C4) sebagai saklar daya yang membentuk kuadrant arah
arus yang masuk pada polaritas motor. Dimana C1 dan C2 aktif bersama sebagai
pemicu forward motor DC, dan C3 dan C4 aktif bersama sebagai pemicu reverse
motor DC. Dengan konfigurasi rangkaian seperti pada gambar diatas maka dapat
daiuraikan prinsip kerja aliran arus sebagai penggerak motor sebagai berikut,
saklar C1 dan C2 mengalami kondisi ON – OFF secara bersama-sama demikian
juga saklar C3 dan C4 karena keduanya dipicu dari sebuah transistor. Pada saat
transistor S1 mendapatkan pulsa maka relay C1 dan C2 ON menyebabkan
masing-masing kontak nya terhubung ke NO sehingga motor pada sisi “a” menuju
C1 terhubung ground dan motor pada sisi “b” menuju C2 terhubung tegangan
VCC. Kondisi ini menyebabkan motor berputar pada arah tertentu (sebut saja
kanan). Pada saat transistor S2 mendapatkan pulsa maka relay C3 dan C4 ON
menyebabkan masing-masing kontaknya terhubung ke NO sehingga motor pada
sisi “a” menuju C4 terhubung tegangan VCC dan motor pada sisi “b” menuju C3
terhubung ground. Kondisi ini menyebabkan motor berputar pada arah sebaliknya.
Dengan demikian berdasarkan pemicuan pulsa pada transistor 1 dan 2 akan
mengaktifkan ke empat relay tersebut untuk membuat suatu kondisi motor
berputar pada dua arah yang saling berlawanan.
Sedangkan pada BD 139 sendiri memiliki cara kerja dimana ketika
tegangan dari output mikrokontroller memicu dioda led pada pin 1, dioda tersebut
akan memancarkan sinar yang diterima oleh fototransistor sehingga transistor
pada sisi keluaran BD 139 menutup, hal ini menyebabkan arus pada sumber
(VCC) mengalir dari Kolektor menuju Emitor dan memicu transistor pada
rangkaian daya.

3.5 Pengukur Daya Solar Cell
Dengan memberikan sinar yang jatuh pada permukaan solar cell maka
board solar cell tersebut akan menghasilkan besaran listrik pada sisi keluarannya.
Pada aplikasi sistem ini besaran listrik tersebut diumpan balikkan untuk
menjalankan sistem kontrol pada pengendali solar tracker ini. Untuk menjalankan
sistem ini diperlukan sebuah accumulator untuk menyimpan besaran listrik dari
soler cell tersebut sehingga ketika solar cell melemah karena tidak adanya cahaya,
maka masih ada cadangan suplly yang bisa dimanfaatkan dari accumulator
tersebut. Untuk menunjang hal tersebut maka perlu diketahui pula besarnya daya
listrik yang dihasilkan oleh sollar cell tersebut, untuk itu pada sistem ini juga
dibuat suatu display daya listrik solar cell yang akan memantau secara realtime
besarnya daya yang dihasilkan oleh solar cell. Untuk keperluan ini pada keluaran
solar cell dipasang sensor arus dan sensor tegangan untuk mencuplik daya dari
solar cell tersebut. Untuk mencuplik arus digunakan sensor arus yang terpasang
seri terhadap solar cell. Dengan sistem ini maka didapatkan arus yang dihasilkan
oleh solar cell, yang dibaca pada skala tegangan. Sedangkan pencuplikan
tegangan dilakukan dengan menempatkan dua buah resistor simetris pada sisi
keluaran solar cell sehingga didapatkan sebuah nilai tegangan pada titik bagi
kedua resistor simetris tersebut. Dari kedua parameter ini kemudian
dikembangkan suatu sistem rangkaian sehingga didapatkan daya dari perkalian
kedua sensor tersebut. Berikut gambar sensor arus dan sensor tegangan :

Gambar 3.6 Sensor Tegangan dan Sensor Arus

3.6 Perancangan Rangkaian Multiplyer MC 1495
MC 1495 merupakan sebuah chip monolitik yang didesain untuk
menghasilkan sebuah output linier dari dua buah sinyal masukan yang berbeda.
Pada alat ini MC1495 difungsikan sebagai pengali dua buah sinyal yang
dihasilkan dari keluaran sensor rus dan sensor tegangan pada solar sell. IC ini
bekerja dengan mengolah dua tegangan masukan sebagai X input dan Y input.
Untuk menghasilkan sebuah tegangan analog yang linier IC ini dikombinasikan
dengan beberapa komponen eksternal sebagai ofset adjuster dari kedua sinyal
masukan tersebut.

Gambar 3.7 Skematik Rangkaian Multiplyer MC 1495

Pada rangkaian diatas tegangan dan arus yang dihasilkan oleh masingmasing
sensornya dihubungkan pada input pin 4 dan pin 9. Untuk menghasilkan
sebuah tegangan keluaran yang linier pada MC 1495 ini dipoerlukan sutu prosedur
kerja sebagai berikut :
1. Memberikan gelombang sinus 1 KHz sebesar 5 Vpp pada pin 4 dan
menghubungkan pin 9 dengan ground. Kemudian atur potensio P2 hingga
gelombang AC tersebut mempunyai offset nol pada keluarannya.
2. Memberikan gelombang sinus 1 KHz sebesar 5 Vpp pada pin 9 dan
menghubungkan pin 4 dengan ground. Kemudian atur potensio P1 hingga
gelombang AC tersebut mempunyai offset nol pada keluarannya.
3. Memberikan tegangan senilai nol volt pada kedua input X dan Y kemudian
atur potensio P4 hingga keluarannya juga bernilai nol volt.
4. Memberikan tegangan positif (lebih baik sekitar 10 volt) pada kedua input X
dan Y kemudian atur potensio P3 hingga keluarannya juga bernilai 10 volt.
Jika keempat prosedur tersebut telah berhasil maka proses kalibrasi
multiplyer MC1495 berhasil dan IC ini telah siap untuk diberi sinyal apapun
karena keluarnnya telah menjadi sebuah sinyal linier hasil perkalian dari kedua
masukan tersebut.

3.7 Perancangan Rangkaian ICL 7107
ICL 7107 merupakan sebuah chip dengan kemampuan kerja yang baik
dengan supply daya yang rendah. ICL 7107 merupakan sebuah chip yang bisa
berfungsi sekaligus sebagai A/D Converter dan dekoder seven segment sekaligus
dengan pin keluarannya yang masing-masing dilengkapi dengan clock dan
pengaturan referensi didalamnya. Sehingga dengan chip ini sebuah tegangan
analog pada sisi masukannya dapat langsung diolah menjadi digital sekaligus
dialamatkan kedalam keluaran untuk menjalankan seven segment. IC jenis ini
biasa digunakan dalam display multimeter digital dengan 3 ½ digit tampilan.
Dimana tiga digit diperlukan untuk menampilkan bilangan seven segment secara
penuh dan ½ digit untuk menampilkan angka 1/-1 .

Gambar 3.8 Skematik Rangkaian ICL 7107 sebagai Display Daya

Pada aplikasi alat ini ICL 7107 berfungsi untuk menampilkan daya yang
dihasilkan oleh solar cell setelah melalui pengolahan analog pada multiplyer
1495. Untuk menampilkan besarnya daya solar cell secara presisi ICL 7107
dilengkapi dengan pengatur referensi melalui resistor ekstern pada pin 36.
Dengan mengatur besarnya tegangan yang masuk pada pin ini hingga display
seven segment akan menghasilkan blangan “000” pada kondisi openload.

3.8 Catu Daya Penggerak Solar Tracker
Sistem solar tracker ini diharapkan bisa berfungsi secara mandiri sebagai
alat yang mampu menghasilkan catu daya sendiri untuk menjalankan sistem
penggerak baik motornya atau pun sistem kontrol pada alat ini. Hal ini dapat
direalisasi dengan menggabungkan sistem converter DC-DC yang meregulasikan
tegangan plate yang dihasilkan pada solar cell menjadi tegangan kerja yang
dibutuhkan oleh komponen kontrol dan motor penggerak solar tracker ini.
Proses diatas tentunya bukan suatu proses yang sederhana dan memerlukan
riset yang lebih berkelanjutan untuk itu sebagai catu daya pada sistem ini
sementara menggunakan catu catu daya dari listrik yang disediakan oleh jala-jala
dengan sistem regulasi konvensional sebagai tegangan kerja masing-masing
sistem penggerak dan sistem kontrol sollar tracker ini. Ada beberapa kebutuhan
tegangan yang dibutuhkan pada alat ini diantaranya catu daya 5 volt yang
dibutuhkan sebagai catu mikrokontroller dan catu ADC ICL7107. Catu daya 15
volt simetris yang berfungsi sebagai pencatu rangkaian opersional amplifier dan
sebagai pensuplay tegangan pada rangkaian multiplyer analog 1495. Sedangkan
untuk penggerak motor menggunakan accumulator 12 volt yang suply
tegangannya dihasilkan dari sistem carge pada tegangan keluaran solar cell. Untuk
kebutuhan masing-masing catu daya tersebut dirancang suatu sistem rangkaian
peregulasi tegangan sebagai berikut :

Gambar 3.9 Rangkaian Power Supply
Sedangkan pada tegangan simetris menggunakan regulator pembentuk
tegangan 7805 untuk membentuk tegangan positif 5 volt dan regulator 7905 untuk
menghasilkan tegangan negatif 5 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 ini masih
mencukupi.

Oleh: Dedy Dhomo A
Teknik Elektro
UNIKA Soegijaprnata
Semarang

DESAIN DAN IMPLEMENTASI DC TO AC CONVERTER KENDALI DIGITAL

2007-09-07T23:51:00.004+07:00

D alam bab ini akan diuraikan perancangan rangkaian kontrol SPWM sebagai pengendali inverter gelombang penuh dengan metode digital. Dimana perancangan ini meliputi rangkaian kontrol secara keseluruhan dan perancangan rangkaian daya dengan kombinasi pembebanan Resistor dan induktor.

Seperti yang telah kita ketahui bahwa teknik sinusoidal pulse width
modulation didapat dari mengkomparasikan gelombang sinus sebagai referensi
dengan gelombang segitiga sebagai sinyal carrier. Hasil komparasi ini merupakan
suatu gelombang kotak dengan lebar pulsa yang lebar sempitnya beraturan,
dimana pulsa ini digunakan sebagai pengendali saklar daya inverter gelombang
penuh dalam hal ini mosfet, untuk menentukan frekuensi kerja mosfet dan
sekaligus sebagai pembentuk siklus positif dan negatif pada rangkaian beban
inverter. Bentuk keluaran paling ideal dari suatu inveter adalah bentuk
gelombang sinus. gelombang ini dihasilkan melalui pemilihan sifat beban
rangkaian keluaran yang ideal. Pemilihan sifat beban disini meliputi kombinasi
seri beban R-L dan pemilihan nilai beban tersebut secara tepat.
Perbedaan rangkaian inverter teknik SPWM metode digital ini dengan
metode konvensional adalah penggunaan EPROM sebagai pembangkit sinyal
SPWM menggantikan peranan Op-Am. Dengan menngunakan EPROM sebagai
pembangkit gelombang SPWM dirasa akan lebih compact, dan juga mampu
membangkitkan frekuensi penyaklaran yang tinggi.
3.1 Perancangan Inverter Satu Fasa Jembatan Penuh

Gambar 3.1 Rangkaian Inverter satu fasa jembatan penuh penuh

Rangkaian daya Inverter satu fasa jembatan penuh terdiri dari 4 buah
saklar semikonduktor dalam hal ini adalah mosfet. Saklar S1 dan S4 ON-OFF
secara bersama-sama demikian juga saklar S2 dan S3. Pada saat saklar S1 dan
S4 ON, maka saklar S2 dan S3 OFF. Oleh karena itu pada saat saklar S1 dan
S4 ON maka tegangan input +VDC akan melewati beban seperti terlihat pada
gambar di bawah ini :

Gambar 3.2 Setengah Siklus 1 Inverter satu fasa jembatan penuh penuh
Sedangkan pada saat saklar S2 dan S3 ON maka tegangan input -VDC akan
melewati beban, seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar 3.3 Setengah Siklus 2 Inverter satu fasa jembatan penuh penuh
Dari penjelasan ini dapat digambarkan gelombang keluaran dan tegangan
pada saklar semikonduktor seperti ditunjukkan pada Gambar 3.4 .

Gambar 3.4 Keluaran Inverter satu fasa jembatan penuh penuh

Bentuk dasar gelombang keluaran inverter satu fasa jembatan penuh
merupakan suatu bentuk gelombang kotak, hal ini dikondisikan faktor beban
keluaran adalah beban fundamental atau beban resistif saja. Pada pembebanan
dengan beban fundamental maka arus keluarannyapun adalah arus fundamental
seperti ditunjukkan pada Gambar.

Gambar 3.5 arus dan tegangan Keluaran fundamental

Arus keluaran fundamental ini akan dijadikan sebagai referensi jika
gelombang keluaran inverter dikehendaki sebagai gelombang sinus. Hal ini
dilakukan dengan mengatur nilai faktor beban dengan perancangan kombinasi
beban induktif dan resistif.

3.2 Perancangan Kontrol Inverter Jembatan Penuh
Tujuan rangkaian kontrol menghasilkan gelombang input untuk gate
MOSFET yang akan berfungsi sebagai saklar inverter. Gelombang keluaran
rangkaian kontrol berupa gelombang kotak yang dihasilkan dari suatu modulasi
lebar pulsa dalam hal ini merupakan hasil komparasi dari gelombang sinus dengan
gelombang segitiga. Adapun blok diagram rangkaian kontrol seperti pada gambar
di bawah.

Gambar 3.6 Blok diagram rangkaian kontrol

Gelombang kotak keluaran dari rangkaian kontrol ini mempunyai lebar
pulsa yang berbeda-beda namun beraturan mengikuti kondisi gelombang sinus
yang dimodulasi. Tinggi rendah gelombang sinus yang termodulasi selanjutnya
disebut sebagai dutycycle. Gelombang keluaran yang dimaksudkan ditunjukkan
pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Gelombang kontrol Inverter

Untuk menghasilkan gelombang keluaran seperti yang diharapkan di atas dalam
teknik sinusoidal pulse width modulation ini melalui beberapa tahap, dimana
amplitudo maksimal gelombang segitiga harus lebih atau sama dengan besar
amplitudo maksimal gelombang sinus dan frekuensi gelombang segitiga harus
lebih tinggi dibandingkan gelombang sinus. Hal ini dilakukan agar dapat
menghasilkan duty cycle yang berimbang untuk menentukan waktu mati (toff) dan
waktu hidup (ton) gelombang keluaran SPWM. Dengan komparasi akan
didapatkan keluaran gelombang kotak yang dapat diatur lamanya ton dan toff-nya.
Untuk mengatur lamanya ton dapat dilakukan dengan meningkatkan frekuensi
gelombang segitiga dan gelombang sinus yang dikoparasikan. Untuk mengatur
lamanya toff dapat dilakukan dengan mengurangi frekuensi gelombang segitiga
atau gelombang sinus yang dikomparasikan. Perancangan rangkaian pembangkit
SPWM ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Rangkaian pembangkit SPWM

Dari gambar rangkaian di atas kemudian di simulasikan dengan
menggunakan software power simulator yang kemudian dikonvert lebih lanjut ke
dalam microsoft exel untuk mengetahui pola pensaklaran dari gelombang SPWM
yang telah kita buat tersebut. Pola pensaklaran tersebut yang nantinya akan
dialamatkan ke dalam EPROM. Adapun hasil simulasinya adalah seperti gambar
di bawah ini :
3.2.1 Rangkaian Generator Gelombang Kotak
Rangkain pembentuk gelombang kotak ini menggunakan prinsip kerja dari
Ic 555 yang dikondisikan sebagai multivibrator astabil (bergerak bebas) dengan
kata lain tegangan keluarannya beralih dari tingkat yang tinggi ke tingkat yang
rendah dan kembali secara terus menerus.

Gambar. 3.9 Rangkain generator gelombang kotak 555

pada waktu kaki 2 maupun kaki 6 berada dibawah VLT = 1/3 VCC dan
keluaran kaki 3 menjadi tinggi dalam tingkat A dan kaki 7 menjadi terbuka
sehingga kapasitor C mengisi melalui R1 + R2, selama waktu itu berada pada
tingkat memori C.
jadi keluaran akan tetap tinggi selama selang waktu dimana C terisi dari
1/3 VCC sampai 2/3 VCC
ttinggi = 0,695 (R1 +R2) C
dan pada saat VC berada tepat diatas VUT = 2/3 VCC kaki 7 terbuka dan C
mengalami pengosongan dan berada pada tingkat memori C selanjutnya urutan
tersebut berulang.
Jadi keluaran akan tetap rendah selama selang waktu dimana C dikosongkan dari
2/3 VCC sampai 1/3 VCC.
trendah = 0,695 R2 C
Dari persamaan diatas didapat perioda osilasi total T adalah
T = ttinggi + trendah =0,695 (R1 +2R2) C
f =1/T
3.2.2 Rangkaian Counter dan EPROM
Rangkaian ini diaplikasikan dengan IC Cmos 4520 dimana memiliki dua
masukan clock dengan empat keluaran tiap groupnya dalam satu struktur (dual
binery counter). Counter ini memungkinkan untuk dikerjakan dengan sistem
cascade seperti terlihat pada rangkaian di bawah ini.

Gambar. 3.10 Rangkaian counter dengan 4520

Dengan skematik rangkaian seperti diatas Logika kerja dari konter diatas
adalah sebagai berikut :

Gambar. 3.11 Keluaran yang diharapkan dari Rangkaian counter

Rangkaian counter di atas digunakan sebagai penghitung untuk sinyal
masukan pada pengalamatan EPROM yang telah diisi dengan pola pensaklaran
dari gelombang SPWM. Dari gambar di atas pola penghitungan dimulai dari
output 00A sampai dengan output 03B. yang berarti mulai dari alamat 00H sampai
dengan FFH. Oleh karena MRA dan MR B digabungkan maka, setelah berakhir di
alamat FFH, maka counter akan menghitung kembali mulai dari alamat 00H dan
begitu seterusnya. Kecepatan clock ditentukan dari pengaturan keluaran dari
frekuensi generator 555. Kombinasi antara rangkaian counter dengan EPROM
terlihat seperti gambar di bawah ini.

Gambar. 3.12 Kombinasi rangkaian Counter dan EPROM

Dari gambar keluaran gelombang SPWM hasil simulasi menggunakan software
Power simulator kemudian diubah menjadi data Hexa desimal menggunakan
software microsoft exel untuk kemudian dimasukkan dalam memori EPROM.

TA : Eka Wahyu Andreas.C
Teknik Elektro
Unika Soegijapranata
Semarang

SISTEM PEMANTAU JUMLAH KENDARAAN DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR SUARA

2007-09-02T05:27:00.004+07:00

A lat 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 penambahan jumlah pembacaan yang ditunjukkan oleh alat ini hanya dibatasi berdasarkan kriteria suara mobil saja. Untuk merealisasi perancangan alat ini menggunakan metode seperti yang ditunjukkan pada diagram blok berikut :

Gambar 3.1 Diagram blok pemantau jumlah mobil

Berdasar blok diagram setiap suara mampu diterima oleh mik sebagai sensor suara yang kemudian diolah melalui bandpass filter sehingga hanya batasan suara tertentu saja yang dilewatkan dan suara yang memenuhi kriteria bandpass tersebut yang dihitung untuk menunjukkan jumlah mobil yang dibacanya. Melalui rangkaian bandpass sinyal suara diolah dan suara yang memenuhi kriteria dihitung
dan ditampilkan melalui seven segmen. Untuk merealisasi diagram blok diatas maka dibuatlah suatu aplikasi perancangan rangkaian seperti yang akan diuraikan pada bab ini.
TA: Ronny Kristianto
Teknik Elektro
Unika Sogijapranata
Semarang

Pengaturan Keluaran Volume Air Dengan Menggunakan Motor Dc

2007-09-02T01:32:00.003+07:00

P erancangan alat pembuka pintu air ini merupakan system terintegrasi anatara sensor ketinggian air dengan pelampung yang menggerakkan sebuah pintu air secara bolak-balik berdasar tinggi debet air tersebut.

Perubahan posisi ketinggian air yang menggerakkan pelampung ini dibedakan menjadi 4 titik pembacaan yang masing-masing menggerakkan pintu air pada 4 posisi tertentu. Posisi yang dimaksud adalah bahwa pintu air akan membuka beradasar 4 posisi ketinggian air. Dari keempat posisi tersebut masing-masing perhentian pintu dilakukan dengan menggunakan limit switch dan apabila pada posisi tertentu air menurun debitnya maka posisi pintu air juga akan mengikuti penurunnyannya hingga pada posisi dibawahnya. Sebagai penggerak atau pemutar tuas pintu air menggunakan motor DC yang diputar bolak-balik. Untuk merealisasikan sistem ini disusun suatu diagram blok berikut ini :

Gambar 3.1 Diagram blok sistem penggerak pintu air
TA: Imam Nurhidayat
Teknik Elektro
Unika Sogijapranata.
Semarang

Multimeter Dengan Tampilan Seven Segment dan Isyarat Suara

2007-09-01T03:41:00.007+07:00

P embuatan alat ini menggunakan ADC MC14433 sebagai pengubah sinyal analog ke digital, kemudian mikrokontroller AT89S5X sebagai pengalamatan data, ISD 1420 sebagai penyimpan suara sekaligus menampilkan suara dan seven segmen berfungsi sebagai penampil angka.

Multi Meter 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 multi meter analog sebagai pengolah sinyal yang terukur, sinyal keluaran pembacaan data analog ini kemudian dilewatkan pada ADC sebagai data masukan digital bagi pengolahan mikrokontroller. Dalam mikrokontroller dilakukan pengalamatan data untuk memanggil alamat sinyal suara yang telah disimpan didalam IC Information Storage Device (ISD) sekaligus untuk melakukan pengalamatan data untuk menampilkan data digital masukan dari ADC kedalam 7 segment secara scanning. Untuk pembacaan tegangan dan tahanan ini dilengkapi dengan range selektor sebagai pengali pembacaan volt/ohm meter.

Gambar 3.1 Blok diagran Volt - Ohm meter suara

3.1 Perancangan Rangkaian Pembaca Tegangan
Rangkaian kalibrasi tegangan atau pembaca tegangan merupakan metode untuk membaca tegangan baik tegangan AC maupun DC agar nilai tersebut bisa dibaca pada sistem ADC. Pada rangkaian voltmeter dikenal beberapa metode pengkalibrasi tegangan sedangkan sistem yang digunakan ini adalah metode rangkuman ganda. Metode ini dilakukan dengan menempatkan sejumlah tahanan pengali dengan sebuah saklar rangkuman (range switch), sehingga dengan metode ini volt meter dapat digunakan untuk membaca sejumlah batasan tegangan.
Pada perancangan voltmeter AC maupun DC sistem rangkuman ganda atau multirange voltmeter ini bisa saja diaplikasikan, pada perancangan ini untuk pembacaan tegangan DC dilakukan secara langsung dengan menghubungkan tegangan DC yang terukur pada resistor multi range tersebut sedangkan untuk pembacaan tegangan AC diperlukan rangkaian penyearah dengan filter C sebelum dihubungkan dengan resistor multi range tersebut. Pada aplikasi ini perancangan kalibrasi tegangan ditunjukkan pada gambar berikut :

Gambar 3.2 Rangkaian pembaca tegangan AC dan DC
Berdasar rangkaian diatas maka pembacaan tegangan semuanya dilakukan dengan metode pembacaan tegangan DC, hal ini dilakukan dengan melakukan penyearahan dulu terhadap metode pengukuran tegangan AC. Untuk membaca tegangan pada rangkaian multirange voltmeter dilakukan dengan memasang resistor secara seri dan pengukuran tegangan dilakukan diantara masing-masing resistor seri tersebut dengan metode voltage devider.

3.2 Perancangan rangkaian pembaca tahanan
Sistem pembaca tahanan dilakukan dengan membuat suatu tegangan keluaran pada suatu IC regulator dimana untuk menghasilkan tegangan keluarannya regulator tersebut harus dikombinasikan dengan sebuah resistor terparalel terhadap nol. Nilai tegangan yang dihasilkan dengan memberikan tahanan tersebut dikalibrasikan sebagai nilai tahanan yang diukur. Sistem kalibrasi ini dilewatkan pada rangkaian regulator variable LM317 dimana komponen tersebut merupakan regulator variable dengan range hingga 30 volt DC.
Gambar 3.3 Rangkaian pengkalibrasi pengukur tahanan
IC LM 317 merupakan sebuah regulator variable yang tegangan keluarannya ditentukan oleh pengaturan tahanan yang ditempatkan pada pin 2 terhadap ground. Sehingga dengan menempatkan resistor pada pin IN resistor maka tegangan keluaran LM 317 dapat berfluktuasi menyesuaikan besar tahanan tersebut. VR1 dan VR2 berfungsi sebagai kalibrator tegangan keluaran IC LM 317 sehingga ketidak presisian tegangan keluaran terhadap pembacaan resistor masukan dapat dikalibrasi melalui VR1 atau VR2 ini. Tujuan VR ini untuk mengasumsikan tegangan yang dihasilkan LM 317 sebagai nilai tegangan yang dibaca.
Pada Volt terdapat resistor keluaran 48K dan 480K hal ini diperlukan sebagai pembentuk range pembacaan resistor dimana pada resistor yang tidak terbaca pada range 48K dapat dibaca pada range 480K. Dengan sistem rangkaian ini maka tegangan keluaran IC LM 317 dibentuk berdasarkan nilai tahanan yang dipasang sebagai divider tegangan terhadap resistor 48K atau 480K diatas.
3.3 Perancangan rangkaian ADC MC 14433
ADC MC-14433 merupakan single chip ADC yang istimewa, dimana keistimewaannya adalah selain bisa membaca input analog menjadi bit biner pada keluarannya, ADC ini juga dapat diaplikasikan secara langsung untuk menjalankan dekoder dan display 7 segment kommon katoda secara langsung. Tampilan 7 segment yang mampu dihasilkan oleh ADC ini sejumlah 3 ½ digit dengan kemampuan pembacaan hingga “1999”. Seperti halnya ADC yang lazim digunakan ADC MC 14433 juga menggunakan tegangan referensi 2,5 volt untuk mambaca tegangan masukan. Tegangan referensi ini berfungsi untuk menentukan step kerja ADC yang berhubungan dengan kemampuan pembacaan ADC tersebut.

Gambar 3.4 Rangkaian ADC MC 14433

Rangkaian ADC MC 14433 memiliki 8 keluaran dimana masing-masing empat keluaran berfungsi sebagai ouput dekoder dengan logika BCD konter dan empat keluaran yang lain sebagai desimal select yang menentukan tegangan kerja 7 segment yang menyala.

3.4 Perancangan rangkaian selektor
Rangkaian selektor berfungsi sebagai pelewat data yang harus dibaca oleh ADC MC 14433. Rangkaian ini menggunakan rotari switch terkombinasi dengan rangkaian kalibrasi pembacaan tegangan baik AC maupun DC dan ohm meter. Rangkaian ini juga berfungsi untuk menentukan range pembacaan pada rangkaian 7 segment. Pembacaan rangkaian selektor dilakukan berdasar metode multirange dimana tahap pembacaannya dilakukan dengan membagi kelipatan 10 dari setiap data yang dibaca seperti pada gambar berikut :
Gambar 3. 5 Rangkaian Range selektor

Dengan rotari switch 3 induk 4 anak seperti pada gambar range selektor diatas maka sistem selektor ini dapat dipilih untuk beberapa mode yaitu sebagai selektor pengukuran volt meter (AC dan DC) memanfaatkan 2 anak dari dua buah induk yang terhubung dengan tegangan masukan yang diukur dan tegangan keluaran yang terhubung dengan ADC MC 14433. Sedangkan dua anak yang lain pada induk yang sama dengan induk pembacaan tegangan berfungsi untuk membaca nilai tahanan yang diukur dan tegangan keluaran sebagai kalibrasi tahanan tersebut. Sedangkan induk ketiga berfungsi untuk menggeser desimal point sebagai pengatur range pengukuran tegangan ataupun tahanan.
3.5 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 7 segment. Untuk proses pengalamatan kode suara pada sistem ini menggunakan data pada port 2 yang terhubung dengan port masukan IC ISD 1420 sedangakan untuk pengalamatan kode yang ditampilkan kedalam 7 segment menggunakan port 3. Kedua port keluaran tersebut mengambil data dari port 0 yang terhubung dengan data masukan dari ADC MC 14433. Sementara port 1 digunakan sebagai pengendali sistem kompensasi sehingga jenis V/O meter dapat di-select untuk mode ukur tegangan maupun tahanan.
Rangkaian mikrokontroler AT89C51 didisain dalam bentuk minimum seperti yang terlihat pada gambar 3.5.

Gambar 3.6 Konfigurasi Port mikrokontroller AT89C51

Berdasarkan gambar diatas data dari ADC MC 14433 dimasukkan pada port 0, melalui pengolahan data terprogram dalam mikrokontroller AT89S51 data tersebut dialamatkan untk menampilkan digit angka pada 7 segment dan mengalamatkan data tersebut untuk memanggil suara yang bersesuaian dengan penunjukan 7 segment pada ISD 1420. Sedangkan data dari selektor dialamatkan pada mikrokontroller AT89S51 untuk dilakukan proses pengali pembacaan sekaligus sebagai pengatur digit point pada 7 segment berdasar pengaturan digit point pada rangkaian range selektor.

3.6 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 pembaca V/O meter 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 satu koma dua maka data biner untuk masing-masing suku kata satu, koma dan dua dipanggil secara berurutan. Sistem minimum dari rangkaian ISD 1420 yang terintegrasi dengan sistem rekam data adalah sebagai berikut:

Gambar 3.7 Skematik Rangkaian ISD 1420

3.7 Dekoder 7 segment BCD 74LS248
Pemilihan dekoder 7 segment menggunakan IC dekoder 74LS248, pemilihan ini berdasar pada beberapa kriteria diantaranya adalah kemampuan IC dekoder tersebut dalam menampilkan model angka pada led 7 segment secara sempurna terutama dalam menampilkan angka 9 dan angka 6. Kriteria lain adalah karena jenis 7 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 7 segment penunjuk tegangan dan tahanan pada pembuatan alat ini dilakukan dengan model scanning melalui port mikrokontroller sehingga untuk sebuah IC bisa digunakan untuk menjalankan 7 segment hingga sejumlah port yang dimanfaatkan. Sedangkan IC dekoder ini hanya mengaktifkan
common 7 segmet tersebut melalui sebuah transistor untuk setiap 7 segment yang digunakan. Dengan sistem rangkaian seperti ini maka dapat melakukan penghematan IC dekoder tersebut.
Gambar 3.8 Rangkaian scanning 7 segment katoda bersama

IC ini masukannya berupa bilangan biner 4-bit yang ditunjukkan oleh bilangan A,B,C,D. Pada gambar 3.8 bilangan BCD tersebut dikodekan, maka hasilnya akan ditampilkan pada 7 segment. 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 3.8 memperlihatkan sebuah pendekode BCD ke 7 segment digunakan untuk mengendalikan sebuah LED tampilan 7 segment. 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 7 segment katoda bersama.

3.8 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 dijalankan pada perancangan alat V/O meter digital ini. Untuk merancang suatu pengalamatan program terlebih dahulu harus disusun suatu diagram alir agar pengalamatan program terorganisir dengan baik didalamnya. Diagram alir dalam perancangan sofware V/O meter digital ini sebagai berikut :
Gambar 3.9 Diagram alir perancangan perangkat lunak VO meter

Pada diagram alir diatas terdapat beberapa instruksi yang harus dipilih oleh operator. Diantaranya adalah apakah jenis pengukuran yang akan dilakukan?, jika tegangan apakah jenis tegangan yang akan diukur AC/DC? Dan kemudian apakah pada setiap pengukuran baik tegangan maupun tahanan tersebut memenuhi range kalibrasi yang disediakan? untuk menjawab masing-masing opsi tersebut dilakukan melalui pengaturan range dengan memutar saklar rotari yang disediakan untuk masing-masing jawaban dari pertanyaan-pertanyaan tersebut. Saklar mode / rotari tersebut dimaksudkan untuk memilih jenis pengukuran yang ingin dilakukan, pada sistem ini untuk membedakan mode pengukuran tegangan dan tahanan. Setelah mode dipilih ADC akan membaca besaran masukan baik tegangan maupun tahanan untuk dialamatkan pada mikrokontroller AT89C51. Pada IC program ini dilakukan pengolahan data biner tersebut menjadi alamat suara dan alamat BCD untuk mengaktifkan 7 segment. 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.

Tugas akhir Joni Permana
Teknik Elektro
Unika Sogijapranata
Semarang
2007

Donlot

2007-06-21T23:11:00.002+07:00

modul_ATmega8535

pelatihan_AT89S51_Mikro

contoh_program_Mikro

ADC MC14433

ADC 0804

ADC 0809

ADC 0801