BAB I PENDAHULUAN I.
Latar Belakang Pengembangan
sistem
berbasis
digital
dalam
rangkaian
instrumentasi sungguh sangat cepat. Pengembangan alat-alat rumah tangga, industri menengah sampai insdustri berskala besar lebih membutuhkan instrumen atau sistem yang lebih simpel dan efiisien. Pengembangan sistem berbasis digital dibangun untuk memenuhi kebutuhan tersebut dan tentunya pengembangan tekhnologi modern untuk mencapai taraf hidup yang lebih dinamis. Salah satu contoh dari sistem berbasis digital yang sering dijumpai di lingkungan umum adalah timbangan digital yang memang lebih efisien dan keakuratannya terjamin dibandingkan dengan yang mekanik atau analog yang sering mengalami gangguan akibat pengaruh lingkungan.
II.
III.
Rumusan Masalah -
Bagaimana membangun sebuah sistem Timbangan Digital ?
-
Komponen apa saja yang dibutuhkan dalam membangun sistem ini ?
-
Tahapan apa yang perlu dilakukan untuk membangun sistem ini?
Tujuan Sebagai Bahan Ujian Akhir Praktikum Instrumentasi dan Pengukuran , Jurusan Fisika Universitas Padjadjaran
BAB II PEMBAHASAN I.
LANDASAN TEORI 1.1
Sensor Berat
Pada dasarnya sensor berat memanfaatkan karakteristik suatu benda, misalnya ke-elastisannya untuk dirubah menjadi besaran hambatan yang nanti akan mudah untuk dikonversi ke besaran listrik.
1.2
Penguat Operasional
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.
Gambar 2.1 Op-amp 1.2.1 Penguat Non-Inverting 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 di bawah ini
Gambar 2.2 Non-Inverting
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 R f dapat dinyatakan sebagai
Tegangan keluaran Vo didapat dengan menambahkan tegangan pada Ri yaitu Vi dengan tegangan pada Rf yaitu V Rf.
1.2.2 Penguat Diferensial 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 di bawah :
Gambar 2.3 Diferensial
1.2.3 Rangkaian penguat instrumentasi Rangkaian
pengkondisi
sinyal
menggunakan
rangkaian
penguat
instrumentasi. Penguat instrumentasi dibuat dengan menghubungkan sebuah penguat tersangga ke sebuah penguat diferensial.
Gambar 2.4 Rangkaian Instrumentasi Vo dari rangkaian penguat instrumentasi sebagai berikut :
II.
Perancangan Sistem Pada bab perancangan sistem ini akan membahas tentang prinsip kerja, perancangan perangkat keras (hardware ) dan perangkat lunak (software ) dari masing-masing blok rangkaian. Diagram blok sistem yang akan dirancang terlihat pada gambar 3.1
Timbangan (Potensiometer)
AT89S51 Pengkondi si Sinyal + ADC 0804
Display Decoder (74LS138)
Gambar 2.4 Blok diagram secara umum
7 segment
2.1 Perancangan Perangkat Keras Pada perancangan perangkat keras ini terdiri dari sebuah timbangan,
rangkaian
mikrokontroler
(sistem
minimum),
rangkaian
ADC0804, rangkaian IC 74LS138, rangkaian seven segment dan rangkaian power supply.
2.1.1 Timbangan Jenis timbangan yang digunakan adalah jenis timbangan pegas yang dapat menimbang hingga berat maksimal 20 kg. Timbangan berfungsi sebagai alat pokok dalam sistem ini. Di dalam timbangan ini dipasang sebuah potensiometer geser yang biasa digunakan untuk equalizer pada sebuah pemutar audio seperti tape, radio dan lain-lain. Potensiometer dipasang secara permanen yang apabila timbangan diberi beban maka pegas akan menurun dan ikut menggerakan potensiometer tersebut. Semakin berat beban yang diberikan semakin besar hambatan yang dihasilkan oleh potensiometer.
2.1.2 Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 Penggunaan mikrokontroler AT89S51 adalah berfungsi untuk menerima masukan sinyal digital dari ADC0804 yang kemudian diproses untuk menampilkan pembacaan berat di seven segment . Pin-pin yang digunakan pada mikrokontroler AT89S51 dapat dilihat pada tabel 3.1.
Tabel 2.1 Pin-pin AT89S51 yang digunakan pada mikrokontroler Nama Port
Nama Pin
Fungsi
Port 0
P0.0 – P0.6
Keluaran ke display seven segment dari a sampai g
Port 1
P1.0 – P1.7
Masukan dari ADC 0804 D0 samapai D7
Port 3
P3.2 – P3.4
Masukan dari ADC 0804 RD, WR, INTR
Port 3
P3.5 – P4.7
Keluaran ke IC 74LS138 sebagai select A, B, C
Gambar 2.5 Skema rangkaian mikrokontroler AT89S51 [9]
2.1.3 Rangkaian ADC 0804 Rangkaian ADC 0804 ini digunakan untuk mengonversi sinyal analog yang dihasilkan oleh potensiometer yang kemudian diproses oleh mikrokontroler AT89S51. ADC ini dirangkai untuk menghasilkan konversi secara kontinu. Untuk melaksankannya harus menghubungkan CS dan RD ke ground dan menyambungkan WR dengan INTR. Maka dengan ini,
keluaran
digital
akan
keluar
secara
kontinu
karena
sinyal
INTR
menggerakan masukan WR. Pada akhir konversi INTR berubah menjadi low , sehingga keadaan ini akan mereset konverter dan mulai konversi.
Tabel 2.2 Koneksi interface ADC ke mikrokontroler ADC
Mikrokontroler
INTR
P3.2
WR
P3.3
RD
P3.4
D0 s/d D7
P1.0 s/d P1.7
Gambar 2.6 Skema rangkaian ADC 0804 [9] 2.1.4 Rangkaian Decoder (74LS138) Fungsi dari rangkaian 74LS138 ini adalah sebagai masukan ke transistor. Transistor dalam rangkaian ini adalah jenis PNP 9012 yang
digunakan untuk saklar dalam menyalakan seven segment. Display seven segment akan menyala tergantung dari keluaran dekoder 74LS138 yang sedang mengeluarkan logika 0 (low),
sehingga dari tiga buah display
tersebut, selalu hanya ada satu display yang akan dihidupkan. Agar display tampak menyala secara bersamaan maka ketiga display tersebut harus dihidupkan secara bergantian dengan waktu tunda tertentu.
Gambar. 2.7 Skema rangkaian IC74LS138 [9]
2.1.5 Rangkaian Seven Segment Pada perancangan timbangan digital balita ini menggunakan 3 buah seven segment common anoda. Seven segment yang pertama adalah sebagai angka puluhan, seven segment yang kedua adalah sebagai angka satuan dan yang ketiga adalah sebagai angka pecahan. Seven segment ini dirangkai secara seri dimana kaki anoda semua terhubung dengan masukan tegangan sebesar 5 volt.
Gambar 3.5 Skema rangkaian seven segment [9]
2.1.6 Rangkaian Sensor Berat menggunakan jembatan wheatstone Wheatsone dilakukan agar sensor tersebut dapat bekerja dengan baik,berdasarkan pengujian tanpa diberi beban terjadi pergeseran nilai pada jembatan whaetstone sebesar 0,19mV,dengan menggunakan rangkaian yang ada keluaran load cell dan jembatan wheatsone diseting menggunakan Variable resistor supaya mendapatkan 0Volt dan ini berhasil.
Gambar 2.8 Rangkaian Sensor berat
2.1.7 Rangkaian Pengkondisi sinyal Pengujian
Rangkaian
Pengkondisi
sinyal
bertujuan
untuk
mengetahui apakah rangkaian yang dihasilkan oleh rangkaian pengkondisi sinyal tersebut sudah sesuai dengan rangkaian yang diinginkan dan menguji kestabilan rangkaian tersebut
,
Gambar 2.8 Rangkaian Pengkondisi Sinyal
2.1.8 Power Supply Pada bagian rangkaian ini power supply merupakan bagian yang penting dari semua rangkaian. Power Supply berfungsi untuk memberikan suplai tegangan, khususnya ke IC mikrokontroler AT89S51 dan modul rangkaian lain yang bekerja pada tegangan 5 Volt DC. Regulator DC ini menggunakan dua buah dioda sebagai penyearah dengan mode penyearah gelombang penuh dari AC ke DC. Transformator yang digunakan adalah transformator jenis CT (Center Tap ), untuk itu IC regulator yang digunakan adalah IC regulator bertipe LM 7805. Berikut merupakan gambar rangkaian dari sistem power supply yang digunakan untuk menghasilkan tegangan keluaran 5 Volt DC pada sistem.
Gambar 2.9 Skema rangkaian power supply
3.2 Perancangan Perangkat Lunak Setelah selesai membuat perangkat keras selanjutnya bagian yang sangat penting dalam pembuatan tugas akhir ini adalah pembuatan perangkat lunak. Pada bagian perancangan perangkat lunak ini berfungsi untuk mengendalikan keseluruhan sistem dari alat. Perangkat lunak ini berisikan program yang nantinya disimpan di dalam mikrokontroler, sehingga
mikrokontroler
melaksanakan
perintah-perintahnya
secara
otomatis sesuai dengan urutan program yang dibuat. Untuk mendukung perancangan ini penulis menggunakan software Pinnacle 52 dengan bahasa yang digunakan yaitu bahasa assembly MCS-51.
3.2.1 Diagram Alir Keseluruhan Cara Kerja Alat Diagram alir cara kerja timbangan dapat dilihat pada gambar 3.6
Start
a
Beban
Potensiometer berubah nilai tegangan sesuai besar beban
b
ADC Mengonversi sinyal analog menjadi digital dari potensiometer
Mikrokontroler mengolah data dari ADC 0804
c
d
e Seven segment menampilkan nilai beban yang dikirimkan mikrokontroler
Gambar 2.10 Diagram alir cara kerja alat secara keseluruhan
Keterangan : a. Timbangan diberi beban minimal 1 kg dan maksimal 17 kg. b. Potensiometer bergeser dan berubah nilai tegangannya sesuai dengan berat beban. c.
ADC
mengonversi
potensiometer mikrokontroler.
keluaran
menjadi
data
analog digital
berupa kemudian
tegangan dikirimkan
dari ke
d. Mikrokontroler mengolah data digital dari ADC dan mengirimkannya ke seven segment . e.
Seven segment menampilkan angka sesuai yang dikirimkan oleh mikrokontroler yaitu tampilan berat.
3.2.2 Diagram Alir Program ADC
Start
Proses ADC
a
Konversi Data ADC Hexa ke Desimal
Tampilkan Data ADC ke 7Segmen
b
c
Gambar 2.11 Diagram alir program secara umum
Keterangan : a. Mikrokontroler memberikan perintah kepada ADC untuk mulai mengonversi data analog menjadi data digital. b. Mikrokontroler mengonversi data ADC hexa menjadi desimal. c. Mikrokontroler memberikan perintah kepada seven segment untuk menyala.
3.2.3 Diagram Alir ADC
a
b
c
d
e
y t Gambar 2.12 Diagram alir ADC
Keterangan : a.
ADC mulai mengonversi data analog
b.
Apakah INT (kaki 5) dari ADC bernilai low (0) ? apabila ya, maka instruksi selanjutnya adalah memberikan nilai kepada RD (kaki 2) dari ADC low (0). Apabila tidak maka program akan kembali ke label a.
c.
RD diberi masukan low (0).
d.
Ambil data ADC (hasil konversi analog ke digital) untuk diolah mikrokontroler.
e.
RD diberi masukan high (1).
3.2.4 Seven Segmen Start
A B
Inisialisasi Data A ß Puluhan DPTR ß Alamat 7 Segmen
a
DISP2 ON P3.5 = 0, P3.6 = 1, P3.7 = 0
Waktu Tunda
b
i
j
Ubah Data A ke Kode 7 Segmen A ß Puluhan + Alamat 7 Segmen
Kirim Data ke 7 Segmen P0 ß A
c
DISP1 ON P3.5 = 0, P3.6 = 0, P3.7 = 0
d
e
Waktu Tunda
f
Inisialisasi Data A ß Satuan DPTR ß Alamat 7 Segmen
g
Ubah Data A ke Kode 7 Segmen A ß Satuan + Alamat 7 Segmen
Inisialisasi Data A ß Pecahan DPTR ß Alamat 7 Segmen
k
Ubah Data A ke Kode 7 Segmen A ß Pecahan + Alamat 7 Segmen
l
Kirim Data ke 7 Segmen P0 ß A
m
DISP3 ON P3.5 = 0, P3.6 = 1, P3.7 = 1
n
Waktu Tunda
o
B
h
Kirim Data ke 7 Segmen P0 ß A
A
Gambar 2.13 Diagram alir display ke 7 segment
Keterangan : a. Inisialisasi data yang dikeluarkan ADC sebagai angka puluhan untuk menunjuk nilai dari label puluhan dan disimpan di akumulator A. Nilai dari
label puluhan kemudian digunakan untuk menunjuk nilai dari label seven segment dan disimpan di DPTR. b. Data dari label seven segment sebagai puluhan disalin ke akumulator A. c. Nilai dari akumulator A disalin ke port 0 mikrokontroler. d. Nilai low (0) disalain ke p3.5, p3.6, p3.7 untuk menyalakan seven segment yang pertama. e. Seven segment pertama menyala sesuai dengan waktu tunda. f. Inisialisasi data yang dikeluarkan ADC sebagai angka satuan untuk menunjuk nilai dari label satuan dan disimpan di akumulator A. Nilai dari label satuan kemudian digunakan untuk menunjuk nilai dari label seven segment dan disimpan di DPTR. g. Data dari label seven segment sebagai satuan disalin ke akumulator A. h. Nilai dari akumulator A disalin ke port 0 mikrokontroler. i. Salin 0 ke p3.5, 1 ke p3.6 dan 0 ke p3.7 untuk menyalakn seven segment yang ke dua. j. Seven segment ke dua menyala sesuai dengan waktu tunda. k. Inisialisasi data yang dikeluarkan ADC sebagai angka pecahan untuk menunjuk nilai dari label pecahan dan disimpan di akumulator A. Nilai dari label pecahan kemudian digunakan untuk menunjuk nilai dari label seven segment dan disimpan di DPTR. l. Data dari label seven segment sebagai pecahan disalin ke akumulator A. m. Nilai dari akumulator A disalin ke port 0 mikrokontroler. n. Salin 0 ke p3.5, 1 ke p3.6 dan 1 ke p3.7 untuk menyalakn seven segment yang ke tiga. o. Seven segment pertama menyala sesuai dengan waktu tunda.
BAB III KESIMPULAN Ada beberapa kesimpulan dari makalah yang sudah saya buat, yakni : -
Dalam suatu sistem transduser atau sensor, dibutuhkan suatu pengkondisi sinyal. Karena belum tentu output yang keluar dari sebuah sensor akan sesuai dengan apa yang kita inginkan
-
Beberapa komponen dalam menyusun sistem ini adalah sensor, Opamp, ADC, Mikrokontroler serta Display 7 segmen
-
Sistem terbagi menjadi dua, yakni hardwere dan softwere. Bagian hardwere yakni seperti sensor, Op-amp dll. Sedangkan softwere nya adalah berupa program yang diset pada mikrokontroler dan lain sebagainya.
DAFTAR PUSTAKA http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/445/jbptunikompp-gdl-apipmiptah22211-3-babiii.doc http://eprints.undip.ac.id/25522/1/ML2F304246.pdf