ABSTRAK Jantung merupakan organ terpenting yang dimiliki oleh manusia. Untuk mendengarkan bunyi detak jantung dibutuhkan alat stetoskop. Dengan alat ini kami memanfaatkannya untuk rangkaian monitoring detak jantung wireless sebagai pengontrol kecepatan motor. Rangkaian ini berfungsi untuk mengetahui bunyi detak jantung yang ditangkap oleh rangkaian preamplifier untuk dikuatkan dan sinyal detak jantung diproses oleh rangkaian komparator, yang selanjutnya dikirim ke rangkaian penerima melalui infrared. Sinyal akan diterima oleh photodioda pada rangakaian penerima setelah dikuatkan dengan non inverting amplifier. Dan sinyal masuk ke rangkaian led 5 bar dan seven segment. Selanjutnya sinyal yang didapat pada seven segment digunakan untuk mengontrol kecepatan putaran motor menggunakan sistem PWM . 0-0 Motor OFF-> Display 1-47Motor Putar lambat> Display 48 keatas Motor putar Cepat.
Kata kunci: rangkaian pengirim, rangkaian penerima.
PENDAHULUAN 1.
Latar belakang Jantung merupakan organ terpenting dalam tubuh manusia. Organ ini sangat penting dalam setiap aktivitas manusia. Untuk itu melalui alat rangkaian Monitoring Detak Jantung Wireless sebagai Pengontrol Kecepatan Motor ini, bunyi detak jantung di deteksi oleh stetoskop dilengkapi dengan mic kondensor kemudian akan dihitung jumlah denyutnya permenit.
2.
Tujuan Menciptakan
rangkaian
Monitoring
Pengontrol Kecepatan Motor. Dimana
Detak
Jantung
Wireless
sebagai
IC OP-Amp adalah komponen paling
berperan dalam rangkaian ini, yaitu sebagai penguatan sinyal dalam rangkaian non inverting. sehingga sinyal yang didapatkan adalah sinyal tertinggi. Dengan sinyal tertinggi yang digunakan, maka rangkaian ini dapat berjalan dengan baik. .
DASAR TEORI Penjelasan umum sistem Cara kerja sistem “MONITORING DETAK JANTUNG WIRELESS SEBAGAI PENGONTROL KECEPATAN MOTOR ”. Sistem ini terdiri dari beberapa bagian yaitu, sistem pemancar (pre amplifier, komparator, monostabil), sistem penerima {timer, led 5 bar, display seven segment dan sistem PWM ( Pulse Wave Modulation)}. Berikut penjelasannya :
1) Penjelasan mengenai rangkaian pengirim ( TRANSMITTER ) Bunyi detak jantung diambil dari stetoskop yang telah dilengkapi mic kondensor didalamnya. Ouputan mic kondensor di kuatkan oleh rangkaian preamplifier yang didalamnya terdapat IC LM386. Selanjutnya outputannya di terima oleh rangkaian komparator. Hasil komparator akan diterima oleh monostabil yang selanjutnya dikirim melalui infrared ke rangkaian penerima.
2) Penjelasan mengenai rangkaian penerima ( RECEIVER ) Sinyal akan diterima oleh photodioda selanjutnya dikondisikan dengan rangkaian pengkondisi sinyal kemudian dikuatkan dengan op-amp, sinyal yang diterima akan diumpankan ke rangkaian led 5 bar. Sinyal detak jantung kemudian di hitung dengan counter dan hasilnya ditampilkan ke dalam 2 buah seven segment. Hasil dari seven segment nantinya digunakan untuk mengatur kecepatan motor dengan sistem PWM.
3) Penjelasan mengenai timer Rangkaian ini adalah rangkaian yang berfungsi untuk membatasi lama waktu penghitungan denyut jantung. Rangkaian ini disetting untuk waktu 1 menit sehingga ketika waktu telah mencapai 1 menit penghitungan denyut jantung berhenti sehingga pada display akan muncul nilai denyut per menit.
4) Penjelasan mengenai display Rangkaian ini berfungsi sebagai tampilan dari denyut jantung yang dihitung. Pada rangkaian ini banyaknya denyut jantung yang dihitung ditampilkan pada 2 buah seven segment yang kemudian digunakan untuk mengatur kecepatan putar motor.
5) Penjelasan mengenai sistem PWM ( PULSE WAVE MODULATION ) Rangkaian ini adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengatur kecepatan motor. Rangkaian ini bekerja berdasarkan angka yang di tunjukkan oleh seven segment dengan ketentuan sebagai berikut: Angka 00 Motor OFF Angka 1-47 Motor putar lambat Angka 48 keatas Motor putar cepat
Adapun beberapa komponen yang digunakan diantaranya : 1. IC (integrated circuit) Sirkuit terpadu (bahasa Inggris: integrated circuit atau IC) adalah komponen dasar yang terdiri dari resistor, transistor dan lain-lain. IC adalah komponen yang dipakai sebagai otak peralatan elektronika. Adapun ic yang dipakai dalam rangkaian ini adalah : LM386 LM386 adalah amplifier frekuensi audio berdaya rendah yang hanya memerlukan power supply kecil (baterai). IC ini memiliki 8 pin, didesain untuk penguatan 20x tanpa tambahan komponen luar. Tetapi penguatan ini bisa ditingkatkan sampai 200x dengan menambahkan beberapa komponen.
LM741 LM741 adalah salah satu IC (Integrated Circuit) Op-Amp (Operational Amplifier) yang memiliki 8 pin. IC Op-Amp ini terdapat 2 jenis bentuk, yaitu tabung (lingkaran) dan kotak (persegi), tetapi yang umum adalah yang berbentuk persegi. Op-Amp banyak digunakan dalam sistem analog komputer, penguat video/gambar, penguat audio, osilator, detector dan lainnya. Supply maksimum untuk IC ini adalah 15 volt.
LM358 LM358 adalah IC 8 pin yang terdiri dari 2 Op-Amp. IC ini biasanya digunakan untuk penguatan tegangan (inverting Amp. atau non inverting Amp.), integerator, oscillator, komparator dengan menggunakan konfigurasi rangkaian masing-masing pada setiap kegunaannya.
IC 7447 IC 7447 digunakan sebagai decoder bilangan biner 4 input
IC 74192 IC ini merupakan IC sinkron Up/down counter yang pencacah puluhan dengan dua masukan clock ( pin 4 dan pin 5 ). Satu untuk counter down ( pin 4) dan yang satu lagi untuk counter up ( pin 5 ).
IC 7408 IC ini adalah IC 14 pin yang berisikan 4 buah gerbang logika AND 2 inputan.
IC 555 Ic ini di gunakan untuk rangkaian pewaktu/clock
2. Display seven segment Display 7 segment merupakan komponen yang berfungsi sebagai penampil karakter angka dan karakter huruf. Display 7 segment sering juga disebut sebgai penampil 7 ruas. Pada display 7 segment juga dilengkapi karakter titik (dot) yang sering dibutuhkan untuk karakter koma atau titik pada saat menampilkan suatu bilangan. Display 7 segment terdiri dari 7 penampil karakter yang disusun dalam sebuah kemasan sehingga dapat menampilkan karakter angka dan karakter huruf. Terdapat 7 buah penampil dasar dari LED (Light Emiting Diode) yang dinamakan karakter A-F dan karakter dot. Bentuk susunan karakter penampil karakter A-F pada display 7 segmen dapat dilihat pada gambar berikut. Bentuk Susunan Karakter Display 7 Segment
Pada dasarnya penampil 7 segment merupakan rangkaian 7 buah dioda LED (Light Emiting Diode). Terdapat 2 (dua) jenis rangkaian dasar dari display 7 segment yang dikenal sebagai display 7 segment common anoda (CA) dan common cathoda (CC). Pada display common anoda untuk mengaktifkan karakter display 7 segment diperlukan logika low (0) pada jalur A-F dan DP dan sebaliknya untuk display 7 segment common
cathoda (CA). Rangkaian internal display 7 segment common anoda dan common cathoda (CC) dapat dilihat pada gambar berikut. Rangkaian Internal Display 7 Segment Common Anoda
Rangkaian Internal Display 7 Segment Common Cathoda
Rangkaian LED seperti pada gambar diatas disusun sedemikian rupa sehingga membentuk display 7 segment yang dapat menampilkan karakter angka dan huruf. Karena hanya terdiri dari 7 bagian (7 ruas) maka tampilan huruf yang dihasilkan dispaly 7 segment tidak dapat menampilkn karakter huruf secara lengkap a-z, akan tetapi dalam aplikasi rangkaian elektronika karakter huruf yang sering ditampilkan oleh display 7 segment adalah karakter A-F saja. Display 7 segment dapat menamplikan karakter angka desimal 0 – 9 yang dapat dilihat pada gambar berikut. Karakter Angka Pada Display 7 Segment
Dipasaran dapat dijumpai dispaly 7 segment dalam beberapa farian fisik yang bermacam-macam. Ada yang dikemas untuk menampilkan 1 karakter angka dan ada juga yang dikemas langsung untuk menampilkan beberapa karakter angka. Contoh bentuk display 7 segment yang dapat dijumpai dipasaran dapat dilihat dipasaran dapat dilihat pada gambar berikut : Contoh Bentuk Fisik Display 7 Segment
3. Resistor Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Resistor merupakan sebuah komponen yang bersifat pasif, berguna untuk mengatur serta menghambat arus listrik. Besarnya nilai tahanan resistor ditentukan oleh warna yang tertera pada badan resistor.
Gambar 1. Tabel kode-kode warna pada Resistor 4. Multiturn Potensiometer adalah resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan dapat disetel. Jika hanya dua terminal yang digunakan (salah satu terminal tetap dan terminal geser), potensiometer berperan sebagai resistor variabel. Potensiometer biasanya digunakan untuk mengendalikan peranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat. Potensiometer yang dioperasikan oleh suatu mekanisme dapat digunakan sebagai transduser, misalnya sebagai sensor joystick. Potensiometer jarang digunakan untuk mengendalikan daya tinggi (lebih dari 1 Watt) secara langsung. Potensiometer digunakan untuk menyetel taraf isyarat analog (misalnya pengendali suara pada peranti audio), dan sebagai pengendali masukan untuk sirkuit elektronik.
gambar multiturn
5. VR (Variabel Resistor) Variabel resistor juga biasa disebut dengan potensiometer yaitu resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan dapat disetel. Jika hanya dua terminal yang digunakan (salah satu terminal tetap dan terminal geser), potensiometer berperan sebagai resistor variabel atau Rheostat. Potensiometer biasanya digunakan untuk mengendalikan peranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat.
Gambar 3. Variable Resistor 6. Kapasitor Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf “C” adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.
Gambar 4. Kapasitor Berdasarkan kegunaannya kondensator di bagi menjadi : 1. Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap 2. Kondensator elektrolit (Electrolit Condenser
tidak dapat diubah) = Elco)
3. Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah)
Pada kapasitor yang berukuran besar, nilai kapasitansi umumnya ditulis dengan angka yang jelas. Lengkap dengan nilai tegangan maksimum dan polaritasnya. Misalnya pada kapasitor elco dengan jelas tertulis kapasitansinya sebesar 100µF25v yang artinya kapasitor/ kondensator tersebut memiliki nilai kapasitansi 100 µF dengan tegangan kerja maksimal yang diperbolehkan sebesar 25 volt. Kapasitor yang ukuran fisiknya kecil biasanya hanya bertuliskan 2 (dua) atau 3 (tiga) angka saja. Jika hanya ada dua angka, satuannya adalah pF (pico farads). Dari penjelasan di atas bisa diketahui bahwa karakteristik kapasitor selain kapasitansi juga tak kalah pentingnya yaitu tegangan kerja dan temperatur kerja. Tegangan kerja adalah tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih dapat bekerja dengan baik. Misalnya kapasitor 10uF25V, maka tegangan yang bisa diberikan tidak boleh melebihi 25 volt dc. Umumnya kapasitor-kapasitor polar bekerja pada tegangan DC dan kapasitor non-polar bekerja pada tegangan AC. Sedangkan temperatur kerja yaitu batasan temperatur dimana kapasitor masih bisa bekerja dengan optimal. 7. Dioda Dioda berasal dari kata DI = dua dan ODA = elektroda atau dua elektroda, dimana elektroda-elektrodanya tersebut adalah ANODA yang berpolaritas positif dan KATODA yang berpolaritas negatif. Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektroda aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik
satu
arah
yang
dimilikinya.
Dioda
varikap
(VARIable
CAPacitor/kondensator variabel) digunakan sebagai kondensator terkendali tegangan. Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik
menyearahkan.
Fungsi
paling
umum
dari
dioda
adalah
untuk
memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.
Gambar 5. Dioda beserta simbolnya
8. Trafo Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan. Bagian-Bagian Transformator
Gambar dan simbol trafo
Gambar 6. Transformator Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik.
Gambar 7. Skema transformator Pada skema transformator di atas, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya.
9. IC Regulated IC (Integrated Circuit) adalah nama lain chip. IC adalah piranti elektronis yang dibuat dari material semikonduktor. IC atau chip merupakan cikal bakal dari sebuah komputer dan segala jenis device yang memakai teknologi micro-controller lainnya. IC ditemulan pada tahun 1958 oleh seorang insinyur bernama Jack Kilby yang bekerja pada Texas Intruments mencoba memecahkan masalah dengan memikirkan sebuah konsep menggabungkan seluruh komponen elektronika dalam satu blok yang dibuat dari bahan semikonduktor. Penemuan itu kemudian dinamakan IC (Integrated Circuit) atau yang kemudian lazim disebut chip. Beberapa saat setelah itu, Robert Noyce, yang bekerja pada Fairchild Semiconductor Corporation, menemukan hal serupa, meskipun mereka bekerja pada dua tempat yang berbeda. -
IC 78xx dan 79xx Sirkuit terpadu seri 78xx dan 79xx (kadang-kadang dikenal sebagai LM78xx dan
LM79xx) adalah sebuah keluarga sirkuit terpadu regulator tegangan linier monolitik bernilai tetap. Keluarga 78xx dan 79xx adalah pilihan utama bagi banyak sirkuit elektronika yang memerlukan catu daya teregulasi karena mudah digunakan dan harganya relatif murah. Untuk spesifikasi IC individual, xx digantikan dengan angka dua digit yang mengindikasikan tegangan keluaran yang didesain, contohnya 7805 dan 7905 mempunyai keluaran 5 volt dan 7812 memberikan 12 volt. Keluarga 78xx adalah regulator tegangan positif, yaitu regulator yang didesain untuk memberikan tegangan keluaran yang relatif positif terhadap ground bersama. Keluarga 79xx adalah peranti komplementer yang didesain untuk catu negatif. IC 78xx dan 79xx dapat digunakan bersamaan untuk memberikan regulasi tegangan terhadap pencatu daya split. IC 78xx dan 79xx mempunyai tiga terminal dan sering ditemui dengan kemasan TO220, walaupun begitu, kemasan pasang-permukaan D2PAK dan kemasan logam TO3 juga tersedia. Peranti ini biasanya mendukung tegangan masukan dari 3 volt diatas tegangan keluaran hingga kira-kira 36 volt, dan biasanya mempu pemberi arus listrik hingga 1.5 Ampere (kemasan yang lebih kecil atau lebih besar mungkin memberikan arus yang lebih kecil atau lebih besar.
Gambar 8. LM78XX
Gambar 9. LM79XX
10. Relay Relay adalah suatu rangkaian switching magnetik yang bekerja bila mendapat catu dari rangkaian trigger. Relay memiliki tegangan dan arus nominal yang harus dipenuhi output rangkaian pendrivernya/pengemudinya. Arus yang digunakan pada rangkaian adalah arus DC. Konstruksi dalam suatu relay terdiri dari lilitan kawat (coil) yang dililitkan pada inti besi lunak. Jika lilitan kawat mendapatkan arus, inti besi lunak menghasilkan medan magnet dan menarik switch kontak. Switch kontak mengalami gaya tarik magnet sehingga berpindah posisi ke kutub lain atau terlepas dari kutub asalnya. Keadaan ini akan bertahan selama arus mengalir pada kumparan relay. Dan relay akan kembali ke posisi semula yaitu normally-off, bila tidak ada lagi arus yag mengalir padanya. Posisi normal relay tergantung pada jenis relay yang digunakan. Dan pemakaian jenis relay tergantung pada keadaan yang diinginkan dalam suatu rangkaian/sistem.
Gambar 10. Bentuk fisik relay
Relay terdiri dari coil dan contact. Perhatikan gambar 2.2, coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay : ketika Coil mendapat energy listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup.
Gambar 11. Bagian-bagian Relay
Menurut kerjanya relay dapat dibedakan menjadi: Normaly Open (NO); saklar akan tertutup bila dialiri arus. Normaly Close (NC); saklar akan terbuka bila dialiri arus.
11. Transistor Transistor adalah komponen semi konduktor (bersifat menghantar dan menahan arus listrik). Semua Transistor mempunyai tiga kaki,yaitu Colector (C) Basis (B) Emitor (E) dan masing2 mempunyai fungsi sendiri-sendiri dengan berbagai tipe. Berikut fungsi Transistor : 1. Sebagai perata arus. 2. Menahan sebagian arus. 3. Menguatkan arus. 4. Membangkitkan frequency rendah maupun tinggi.
a. Transistor NPN Adalah transistor positive ,dimana transistor dapat bekerja mengalirkan arus listrik apabila basis dialiri tegangan. Dimana karakteristik transistor ini akan mengalami saturasi apabila arus basis lebih dari 0,7 V.
b. Transistor PNP Adalah transistor yang dapat bekerja mengalirkan arus listrik apabila basis dialiri tegangan. Dimana karakteristik transistor ini akan mengalami saturasi apabila arus basis kurang dari 0,7 V.
c. Jenis transistor menurut bahannya 1. Transistor Germanium Adalah transistor yang terbuat dari bahan germanium (berbadan besi keras berwarna putih) terdiri dari jenis NPN dan PNP. 2. Transistor Silicon Adalah transistor yang terbuat dari silikon (berbadan seperti plastik mengkilap kebanyakan berwarna hitam) juga terdiri dari jenis NPN dan PNP.
Gambar 12. Bentuk TR Silicon & Germaium 1.1 Transistor Sebagai Saklar Transistor dapat dikatakan sebagai saklar (switch). Selalu berada pada daerah jenuh (saturasi) dan daerah cut off. Maka transistor dapat dijadikan saklar dengan pemutus dan penyambungannya berupa tegangan pada basisnya. Secara prinsip transistor akan dikendalikan arus basis, dimana arus basis ini lebih kecil nilainya dibandingkan Ic ataupun Ie. Pada praktek arus basis harus diketahu nilainya. IE =Ic+IB Ic=βxIB Dengan β merpakan penguat arus/ perbandingan antara arus IB dan Ic
Gambar pengontrol beban : Vc Rc
VB
C
RB
B E
Jika IB = 0, maka IC= 0 (posisi cut off) Jadi, untuk membuat saklar ON kita memberi tegangan VB yang mengakibatkan transistor saturasi. Sedangkan jika VB =0 maka IB dan Ic = 0 (disebut saklar terbuka/tidak menghantarkan arus listrik). Analogi gambar : Vc Vc LED LED Rc
Posisi ON analog dengan Rc
VB
RB
C B
VB E
Vc
Vc
LED
LED
Rc
Rc analog dengan posisi off
C E
2
RB
SW1
VB=0 1
VB
1.2 Transistor Sebagai Penguat Prinsip dasar transistor sebagai penguat adalah arus kecil pada basis mengontrol arus yang lebih besar dari kolektor melewati transistor. Transistor berfungsi sebagai penguat ketika arus basis berubah. Perubahan kecil pada arus basis mengontrol perubahan besar pada arus yang mengalir dari kolektor ke emittor. Pada saat ini transistor berfungsi sebagai penguat. 12. SCR Silicon Controlled Rectifier (SCR) adalah komponen yang terbuat dari bahan semiconductor silicon dan mempunyai fungsi sebagai pengendali ataupun sebagai switch. Sebagai pengendalinya adalah gate (G). SCR juga sering disebut thyristor. SCR sebetulnya terbuat dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda. Dalam suatu rangkaian elektronik SCR memiliki fungsi yakni sebagai:
Sebagai rangkaian Saklar (switch control)
Sebagai rangkaian pengendali (remote control)
SCR banyak dipakai sebagai pemicu atau saklar dalam rangkaian catu daya arus bolak-balik (AC) agar dapat membatasi arus dan tegangan yang dipakai suatu beban, bentuknya seperti gambar dibawah ini.
Gambar14. SCR (Silicon Controlled Rectifier)
13. LED (Light Emitting dioda) Led adalah sejenis dioda semi konduktor yang jika diberi tegangan akan memancarkan cahaya non-koheren dengan panjang gelombang tertentu.Panjang gelombang ini akan ditangkap oleh mata manusia sebagai warna.
Gambar15.LED Ciri-ciri dari komponen ini adalah : Memiliki tegangan kerja sekitar 1,4V sampai dengan 3V Mengambil arus sebesar 30mA sampai dengan 100mA Digunakan pada rangkaian lampu kontrol, lampu variasi, lampu indikator, dan sebagainya
Cara kerja LED : LED bekerja dengan prinsip elektroluminasi, di mana dia akan memancarkan cahaya saat diberikan arus listrik.
14. Sensor infrared Sinar infra merah yang dipancarkan oleh pemancar infra merah tentunya mempunyai aturan tertentu agar data yang dipancarkan dapat diterima dengan baik di receiver. Oleh karena itu baik di transmitter infra merah maupun receiver infra merah harus mempunyai aturan yang sama dalam mentransmisikan (bagian transmitter) dan menerima sinyal tersebut kemudian mendekodekannya kembali menjadi data biner (bagian receiver). Komponen yang dapat menerima infra merah ini merupakan komponen yang peka cahaya yang dapat berupa dioda (photodioda) atau transistor (phototransistor). Komponen ini akan merubah energi cahaya, dalam hal ini energi cahaya infra merah, menjadi pulsa-pulsa sinyal listrik. Komponen ini harus mampu mengumpulkan sinyal infra merah sebanyak mungkin sehingga pulsa-pulsa sinyal listrik yang dihasilkan kualitasnya cukup baik. Semakin besar intensitas infra merah yang diterima maka sinyal pulsa listrik yang dihasilkan akan baik jika sinyal infra merah
yang diterima intensitasnya lemah maka infra merah tersebut harus mempunyai pengumpul cahaya (light collector) yang cukup baik dan sinyal pulsa yang dihasilkan oleh sensor infra merah ini harus dikuatkan. Pada prakteknya sinyal infra merah yang diterima intensitasnya sangat kecil sehingga perlu dikuatkan. Selain itu agar tidak terganggu oleh sinyal cahaya lain maka sinyal listrik yang dihasilkan oleh sensor infra merah harus difilter pada frekuensi sinyal carrier yaitu pada 30 KHz sampai 40 KHz. Selanjutnya baik photodioda maupun phototransistor disebut sebagai photodetector. Dalam penerimaan infra merah, sinyal ini merupakan sinyal infra merah yang termodulasi. Pemodulasian sinyal data dengan sinyal carrier dengan frekuensi tertentu akan dapat memperjauh trasnmisi. Faktor lain yang juga berpengaruh pada kemampuan penerima infra merah adalah ‘active area’ dan ‘respond time’. Semakin besar area penerimaan suatu dioda infra merah maka semakin besar pula intensitas cahaya yang dikumpulkannya sehingga arus bocor yang diharapkan pada teknik ‘reserved bias’ semakin besar. Selain itu semakin besar area penerimaan maka sudut penerimaannya juga semakin besar. Kelemahan area penerimaan yang semakin besar ini adalah noise yang dihasilkan juga semakin besar pula. Begitu juga dengan respon terhadap frekuensi, semakin besar area penerimaannya maka respon frekuansinya turun dan sebaliknya jika area penerimaannya kecil maka respon terhadap sinyal frekuensi tinggi cukup baik. 15. Photodioda Photodioda dibuat dari semikonduktor dengan bahan yang populer adalah silicon ( Si) atau galium arsenida ( GaAs), dan yang lain meliputi InSb, InAs, PbSe. Material ini menyerap cahaya dengan karakteristik panjang gelombang mencakup: 2500 Å - 11000 Å untuk silicon, 8000 Å – 20,000 Å untuk GaAs. Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah elektron dan sebuah hole, di mana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah Arus yang melalui sebuah semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa. cara tersebut didalam sebuah photodioda digunakan untuk mengumpulkan photon - menyebabkan pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda. Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh Infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodioda tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared. Receiver Infrared Komponen yang dapat menerima infra merah ini merupakan komponen yang peka cahaya yang dapat berupa dioda (photodioda) atau transistor (phototransistor).
Komponen ini akan merubah energi cahaya, dalam hal ini energi cahaya infra merah, menjadi pulsa-pulsa sinyal listrik. Komponen ini harus mampu mengumpulkan sinyal infra merah sebanyak mungkin sehingga pulsa-pulsa sinyal listrik yang dihasilkan kualitasnya cukup baik. Semakin besar intensitas infra merah yang diterima maka sinyal pulsa listrik yang dihasilkan akan baik jika sinyal infra merah yang diterima intensitasnya lemah maka infra merah tersebut harus mempunyai pengumpul cahaya (light collector) yang cukup baik dan sinyal pulsa yang dihasilkan oleh sensor infra merah ini harus dikuatkan. Pada prakteknya sinyal infra merah yang diterima intensitasnya sangat kecil sehingga perlu dikuatkan. Selain itu agar tidak terganggu oleh sinyal cahaya lain maka sinyal listrik yang dihasilkan oleh sensor infra merah harus difilter pada frekeunsi sinyal carrier yaitu pada 30KHz sampai 40KHz. Selanjutnya baik photodioda maupun phototransistor disebut sebagai photodetector. Dalam penerimaan infra merah, sinyal ini merupakan sinyal infra merah yang termodulasi. Pemodulasian sinyal data dengan sinyal carrier dengan frekuensi tertentu akan dapat memperjauh trasnmisi data sinyal infra.
Gambar16.Photodioda
SKEMATIK RANGKAIAN 1. BLOK DIAGRAM RANGKAIAN Display Seven Segmen
COUNTER UP
Preamplifier Amplifier
Rangkaian Pengkondisi Sinyal
Infrared
Rangkaian Pengkondisi Sinyal
Photodioda
2. CARA KERJA A. Cara kerja keseluruhan blok Rangkaian power supply utama Tegangan AC 220V kedalam trafo stepdown 2A, kemudian oleh trafo diturunkan menjadi tegangan AC 9V & 16V kemudian disearahkan menjadi tegangan DC 9V & 16V. Setelah itu tegangan DC +9V oleh IC Regulator 7805 dibatasi menjadi tegangan DC +5V sedangkan tegangan DC - 9V oleh IC Regulator 7905 dibatasi tegangannya menjadi tegangan DC -5V. Untuk tegangan DC +16V oleh IC Regulator 7812 dibatasi menjadi tegangan DC +12V sedangkan tegangan DC – 16V oleh IC Regulator 7912 dibatasi tegangannya menjadi tegangan DC -12V. Sehingga outputan dari power supply ini: +5VDC, +12VDC, -5VDC, -12VDC.
Rangkaian pengirim (transmitter) Rangkaian preamplifier Bunyi detak jantung ditangkap oleh stetoskop yang dilengkapi mic kondensor didalamnya. Bunyi tersebut menghasilkan selisih tegangan yang ditangkap oleh rangkaian preamplifier. Dalam rangkaian ini terdapat IC LM386 yang dapat menguatkan dari 20 kali hingga 200 kali. Sehingga saat transistor saturasi, maka akan ditangkap oleh IC LM386, dan outputnya terhubung oleh speker dan rangkaian komparator.
Rangkaian komparator Rangkaian ini terdapat pada rangkaian transmitter yang menangkap inputan dari Preamplifier. Dalam rangkaian ini terdapat IC LM311 yang berfungsi mengambil sinyal puncak positif saat jantung berdetak. Dan outpunya terhubung oleh rangkaian monostabil.
Rangkaian monostabil Rangkaian ini menerima inputan dari komparator yang selanjutnya mengirim sinyal infrared pada photodioda. Rangkaian pengirim (receiver) Sinar pancaran yang dikirim oleh infrared pengirim akan diterima oleh photodioda penerima. Saat infrared memancar, maka tegangan yang dihasilkan dari pembagian tegangan antara photodioda dan variable resistor akan bertambah dan bila infrared tidak memancar maka tegangan akan turun. Tegangan ini akan dikuatkan oleh amplifier kemudian akan mengakibatkan transistor dalam keadaan bergantian saturasi dan cut off. Saat saturasi maka inputan ke rangkaian monostabil berlogika low ( gnd ) sehingga outputannya berupa logika high ( 5V ) dan ketika transistor cut off maka inputan monostabil akan berlogika high dan outputannya masih akan berlogika high hingga setting waktu yang diinginkan. Outputan monostabil ini diteruskan ke rangkaian display seven segment dan led 5 bar.
Rangkaian timer Ketika push button ditekan maka input IC 555 akan mendapat logika low ( gnd) sehingga output monostabil mengeluarkan logika high ( 5V ). Ketika tombol push button dilepas maka rangkaian timer akan tetap menyala selama 1 menit untuk mensaturasikan transistor. Sehingga relay akan bekerja selama 1 menit untuk menghubungkan antara rangkaian receiver dengan rangkaian monostabil untuk seven segment dan led 5 bar. Ketika waktu habis maka transistor cut off sehingga relay mati dan memutuskan hubungan antara rangkaian receiver dan monostabil untuk seven segment dan led 5 bar. Pada rangkaian ini LED hanya berfungsi sebagai indikator.
Rangkaian display seven segment Keluaran dari rangkaian monostabil rangkaian penerima akan diinputkan ke IC 74192 sebagai modulo 10 ripple up counter. Selanjutnya keluaran dari IC 74192 akan diinputkan ke IC 7447 sebagai decoder yang kemudian outputnya akan dihubungkan langsung dengan seven segment.
Rangkaian led 5 bar Rangkaian ini adalah gabungan dari beberapa komparator yang tegangan referensinya sudah diatur dengan menggunakan pembagian tegangan dengan resistor dibandingkan dengan tegangan input dari sinyal denyut jantung.
B. Keterangan Fungsi Dan Cara Kerja Masing-masing
1. Rangkaian power supply utama Fungsi
:
Rangkaian ini berfungsi sebagai pensuplai tegangan dan arus listrik untuk rangkaian.
Cara Kerja :
Tegangan AC yang keluar dari trafo oleh dioda bridge diubah menjadi tegangan DC kemudian noise tegangan dihaluskan oleh kapasitor 3300µF sehingga menjadi tegangan DC sempurna. Kemudian tegangannya dibatasi oleh IC Regulator. Lalu oleh transistor TIP 3055 ( untuk tegangan DC +5V, +12V ) & TIP 2955 (untuk tegangan DC -5V, -12V) dikuatkan arusnya sehingga besar arus output sama dengan besar arus yang dikeluarkan oleh trafo. Kemudian outputan dari transistor dihaluskan lagi dengan kapasitor 220µF dan 100nF agar tegangan output tetap stabil (tidak ada noise tegangan)
2. Rangkaian preamplifier Fungsi
: Menangkap sinyal dari mic kondensor yang akan dikuatkan oleh op amp audio.
Cara Kerja
: Bunyi detak jantung ditangkap oleh stetoskop yang terdapat mic kondensor di dalamnya. Setiap Bunyi tersebut menghasilkan selisih tegangan yang ditangkap oleh rangkaian preamplifier. Dalam rangkaian ini terdapat IC LM386 yang dapat menguatkan dari 20 kali hingga 200 kali. Sehingga saat transistor saturasi, maka akan ditangkap oleh IC LM386, dan outputnya terhubung oleh speker dan rangkaian komparator.
3. Rangkaian komparator Fungsi
: Menangkap inputan dari Preamplifier mengambil sinyal puncak saat jantung berdetak.
Cara Kerja
: Outputan dari preamplifier terhubung oleh rangkaian komparator. Setiap sinyal jantung yang masuk diambil sinyal puncak positif. Hal ini dikarenakan jantung manusia memiliki masa saat reaksi dan relaksasi. Saat masa reaksi ini akan masuk pada rangkaian komparator. Inputan rangkaian komparator terdapat pada TP3.
4. Rangkaian monostabil Fungsi : Menangkap inputan dari komparator dan mengirim sinyal infrared ke photodioda. Cara kerja : Setiap outputan komparator yang berlogika 1 ditangkap oleh rangkaian monostabil yang terdapat IC 555. Saat berlogika 1, infrared akan memancar dan led indikator menyala. Pancaran infrared akan diterima oleh rangkaian penerima.
5. Rangkaian penerima Fungsi
: Rangkaian penerima akan menerima sinyal yang dikirim oleh rangkaian pengirim. Sinyal ini akan masuk ke pengondisi sinyal kemudian dikuatkan oleh amplifier. Output amplifier kemudian digunakan untuk menyaklar transistor. Kondisi transistor akan mempengaruhi kondisi rangkaian monostabil. Keluaran rangkaian monostabil inilah yang kemudian diinputkan pada led bar dan rangkaian 7 segment.
Cara kerja
: Sinar pancaran yang dikirim oleh infrared pengirim akan diterima oleh photodiode penerima. Saat infrared memancar, maka tegangan yang dihasilkan dari pembagian tegangan antara photodiode dan variable resistor akan bertambah dan bila infrared tidak memancar maka tegangan akan turun. Tegangan ini akan dikuatkan oleh amplifier kemudian akan mengakibatkan transistor dalam keadaan bergantian saturasi dan cut off. Saat saturasi maka inputan ke rangkaian monostabil berlogika low ( gnd ) sehingga outputannya berupa logika high ( 5V ) dan ketika transistor cut off maka inputan monostabil akan berlogika high dan outputannya masih akan berlogika high hingga setting waktu yang diinginkan. Outputan monostabil ini diteruskan ke rangkaian display seven segment dan led 5 bar.
6. Rangkaian timer Fungsi
: Rangkaian ini berfungsi untuk membatasi lama waktu penghitungan denyut jantung. Sehingga ketika telah dicapai waktu yang diinginkan yaitu 1 menit rangkaian ini akan memutuskan input clock pada rangkaian display dan led 5 bar. Sehingga ketika waktu telah 1 menit seven segment akan berhenti dan menunjukkan denyut jantung dalam 1 menit.
Cara Kerja : ketika push button ditekan maka input IC 555 akan mendapat logika low ( gnd ) sehingga output monostabil mengeluarkan logika high ( 5V ). Ketika tombol push button dilepas maka rangkaian timer akan tetap menyala selama 1 menit untuk mensaturasikan transistor. Sehingga relay akan bekerja selama 1 menit untuk menghubungkan antara rangkaian receiver dengan rangkaian monostabil untuk display dan led 5 bar. Ketika waktu habis maka transistor cut off sehingga relay mati dan memutuskan hubungan antara rangkaian receiver dan monostabil untuk seven segment, dan led 5 bar. Pada rangkaian ini LED hanya berfungsi sebagai indikator. .
7. Rangkaian display seven segment Fungsi
: Rangkaian display ini akan menampilkan jumlah denyut jantung pemakai. Pada rangkaian ini juga terdapat gerbang AND. Gerbang logika ini berfungsi untuk inputan PWM sebagai pengatur kecepatan motor.
Cara Kerja
: Keluaran dari rangkaian monostabil rangkaian penerima akan diinputkan ke ic 74192 sebagai modulo 10 ripple up counter. Selanjutnya keluaran dari ic 74192 akan diinputkan ke ic 7447 sebagai decoder yang kemudian outputnya akan dihubungkan langsung dengan seven segment. Seven segment yang dipakai merupakan jenis common anoda dengan vcc 5V dan input berupa logika low ( gnd ) karena output dari ic 7447 sendiri merupakan logika low. Untuk angka
puluhan pada kaki 5 di IC 74192 untuk puluhan mendapat inputan dari kaki 12 di IC 74192 untuk satuan dan selanjutnya prosesnya sama hingga sven segment. Sehingga ketika angka satuan telah mencapai angka 9 lalu ketika kembali ke angka 0 maka pada angka puluhan akan bertambah 1. Kemudian untuk pengaturan kecepatan adalah dengan mengambil output QA,QB,QC,QD pada IC 74192 ketika membentuk angka. Contohnya ketika angka 5 QA=QC=1 pada IC 74192 satuan dijadikan inputan gerbang AND sehingga outputan gerbang AND adalah high digunakan untuk mentrigger SCR 1 sehingga motor berputar lambat. Ketika angka 37,
QA=QB=1 pada IC 74192 puluhan dan
QA=QB=QC=1 pada IC 74192 satuan dijadikan inputan gerbang logika AND sehingga outputan gerbang logika AND menjadi high digunakan untuk mentrigger SCR 2 sehingga motor berputar cepat.
8. Rangkaian led 5 bar Fungsi
: Rangkaian ini akan menyalakan 4 led yang berfungsi sebagai tampilan denyut jantung. 1 led menyala terus.
Cara Kerja : Rangkaian ini adalah gabungan dari beberapa komparator yang tegangan referensinya sudah diatur dengan menggunakan pembagian tegangan dengan resistor dibandingkan dengan tegangan input dari sinyal denyut jantung. Perhitungan tegangan referensi di : multiturn di setting 10K Ω Op amp 1 : Op amp 2 : Op amp 3 : Op amp 4 :
HASIL DAN ANALISA DATA Blok pengirim (Transmitter) Dari hasil pengujian, sinyal yang diperoleh sangat kecil. Dipelukan beberapa penguatan untuk mengeluarkan output berupa suara detak jantung ke speaker. Dari penguatan tersebut juga dimasukkan ke rangkaian komparator untuk mengambil sinyal jantung saat kontraksi. Output komparator dimasukkan ke rangkaian monostabil untuk selanjutnya dikirim dengan infrared menuju photodioda.
Blok penerima (Receiver) Blok pada rangkaian penerima terdiri dari beberapa rangkaian, diantaranya yaitu non inverting amplifier, komparator, monostabil, led 5 bar & seven segment, dan power supply. Non inverting amplifier akan menguatkan tegangan yang keluar dari photodioda. Setelah dikuatkan maka outputannya akan masuk dalam integrator untuk diambil sinyal puncak tertinggi yang selanjutnya dikirim ke monostabil. Jarak penerimaan sinyal infrared bisa mencapai 1-2 meter. Outputan dari integrator masuk pada monostabil dan akan digunakan untuk memberikan clock pada seven segment. Output dari integrator juga digunakan untuk menyalakan led 5 bar. Dalam rangkaian kami display tidak mengacak. Display dapat menampilkan angka secara urut. Dan kami tidak menggunakan rangkaian PWM.
KESIMPULAN Sinyal jantung yang diperoleh bisa dihitung menggunakan seven segment dengan cara mengirimkan sinyal tersebut melalui infrared dan diterima oleh photodioda dan akan diolah oleh rangkaian pada blok penerima. Hal ini sesuai dengan aplikasinya dalam dunia kesehatan, yaitu menghitung bunyi detak jantung per menit. Dengan ketentuan detak jantung manusia normal berkisar 60-100 per menit. Jika melebihi dari angka tersebut, banyak faktor yang mempengaruhi, diantaranya sedang melakukan aktivitas yang berat atau juga bisa terindikasi penyakit jantung, stroke. Dan untuk kondisi jantung dibawah normal, dapat memeriksanya ke dokter untuk menganalisa kondisi jantung.
DAFTAR PUSTAKA [1] http://ilmuelektromedik.blogspot.com [2]
repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18990/.../Chapter%20II.pdf
[3]
file.upi.edu/Direktori/.../MEKATRONIKA_MODUL_1.pdf
[4]
http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/535/jbptunikompp-gdl-iipirmansy-26712-5-unikom_ii.pdf
[5]
Diary- mybustanoel.blogspot.com/2011/09/pengertian-scr-tyristor.html
[6]
elektronika-elektronika.blogspot.com
[7]
www.elektro.undip.ac.id/transmisi/jun05/sudjadijun05.PDF
[8]
www.google.com
[9]
http://duniaelektronika.blogspot.com/2008/08/dioda-adalah-piranti-semikonduktor.html
[10] http://aldiakbar.com/pengertian-dan-cara-kerja-dioda-rectifier-2.html [11] ebookbrowse.com/modul-keseluruhan-automasi-1-1-bab-2.html
LAMPIRAN Rangkaian Power Supply
Rangkaian Preamplifier
Rangkaian Receiver
Rangkaian Komparator
Rangkaian Monostabil
Rangkaian Penerima
Rangkaian Led 5 Bar
Rangkaian Timer
Rangkaian 7 Segment
