BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Material Komposit Komposit didefinisikan sebagai dua macam atau lebih material yang digabungkan atau dikombinasikan dalam skala makroskopis(dapat terlihat langsung oleh mata)sehingga menjadi material baru yang lebih berguna.komposit terdiri dari 2 bagian utama yaitu : 1.
Matriks, berfungsi untuk perekat atau pengikat dan pelindung filler (pengisi) dari kerusakan eksternal. Matriks yang umum digunakan : carbon, glass, kevlar, dll
2.
Filler (pengisi), berfungsi sebagai Penguat dari matriks. Filler yang umum digunakan : carbon, glass, aramid, kevlar.
Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal dimana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja bersama untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan penyusunnya. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik – matrix) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fibre, fiber).
Sekarang, pada umumnya komposit yang dibuat manusia terbagi menjadi 3 kelompok, yaitu sebagai berikut :
5
1. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC) Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC) – Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan disebut, Polimer Berpenguatan Serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or Plastics) – bahan ini menggunakan suatu polimer-berdasar resin sebagai matriknya, dan suatu jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) sebagai penguatannya
2. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC) Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC) – ditemukan berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam seperti aluminium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti silikon karbida. 3. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)
Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC) – digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek, atau serabut-serabut (whiskers) dimana terbuat dari silikon karbida atau boron nitrida
2.1.1 Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites-PMC) Sistem resin seperti epoksi dan poliester mempunyai batasan penggunaan dalam manufaktur strukturnya, dikarenakan sifat-sifat mekanik tidak terlalu tinggi dibandingkan sebagai contoh sebagian besar logam. Bagaimanapun, bahan tersebut mempunyai sifat-sifat yang diinginkan, sebagian besar khususnya kemampuan untuk dibentuk dengan mudah kedalam bentuk yang rumit.
6
Bahan seperti kaca, aramid dan boron mempunyai kekuatan tarik dan kekuatan tekan yang luar biasa tinggi tetapi dalam ‘bentuk padat’ sifat-sifat ini tidak muncul. Hal ini berkenaan dengan kenyataan ketika ditegangkan, serabut retak permukaan setiap bahan menjadi retak dan gagal dibawah titik tegangan patah teoritisnya. Untuk mengatasi permasalahan ini, bahan diproduksi dalam bentuk serat, sehingga, meskipun dengan jumlah serabut retak yang terjadi sama, serabut retak tersebut terbatasi dalam sejumlah kecil serat dengan memperlihatkan sisa kekuatan teoritis bahan. Oleh karena itu seikat serat akan mencerminkan lebih akurat kinerja optimum bahan. Bagaimanapun juga satu serat dapat hanya memperlihatkan sifat-sifat kekuatan tarik sesuai panjang serat, seperti halnya serat dalam suatu tali. Jika sistem resin dikombinasikan dengan serat penguat seperti kaca, karbon dan aramid, sifat-sifat yang luarbiasa dapat diperoleh. Matrik resin menyebarkan beban yang dikenakan terhadap komposit antara setiap individu serat dan juga melindungi serat dari kerusakan karena abrasi dan benturan. Kekuatan dan kekakuan yang tinggi, memudahkan pencetakan bentuk yang rumit, ketahanan terhadap lingkungan yang tinggi dengan berat jenis rendah, membuat kesimpulan komposite lebih superior terhadap logam dalam banyak aplikasi. Bila Komposit Matrik Polimer mengabungkan sistem resin dan serat penguat, sifatsifat yang dihasilkan bahan komposit akan memadukan beberapa hal sifat-sifat yang dimiliki oleh resin dan yang dimiliki oleh serat.
7
Secara umum, sifat-sifat komposit ditentukan oleh: 1. Sifat-sifat serat 2. Sifat-sifat resin 3. Rasio serat terhadap resin dalam komposit (Fraksi Volume Serat – Fibre Volume Fraction) 4. Geometri dan orientasi serat pada komposit
2..2 Mikrokontroller Atmega32 Mikrokontroler dapat dianalogikan sebagai sebuah sistem komputer yang dikemas dalam sebuah chip, artinya di dalam sebuah IC mikrokontroler sebetulnya sudah terdapat kebutuhan minimal agar mikroprosesor dapat bekerja, yaitu meliputi mikroprosesor, ROM, RAM, I/O dan clock seperti halnya yang dimiliki oleh sebuah PC. Mengingat kemasannya yang berupa sebuah chip dengan ukuran yang relatif lebih kecil, tentu saja spesifikasi dan kemampuan yang dimiliki oleh mikrokontroller akan menjadi lebih rendah bila dibandingkan dengan sistem komputer seperti PC baik dilihat dari segi kecepatannya. Tidak seperti system komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Meskipun dari sebuah kemampuan lebih rendah tetapi mikrokontroller memiliki kelebihan yang tidak bisa diperoleh pada sistem komputer yaitu,dengan kemasannya yang kecil dan kompak membuat mikrokontroller menjadi lebih fleksibel dan praktis digunakan terutama pada sistem-sistem yang relatif tidak terlalu kompleks atau tidak memerlukan bahan komputasi yang tinggi.
8
2.2.1
Arsitektur Mikrokontroler AVR ATmega32 Mikrokontroler AVR ATmega32 merupakan CMOS dengan konsumsi
daya rendah, mempunyai 8-bit proses data (CPU) berdasarkan arsitektur AVR RISC. Dengan mengeksekusi instruksi dalam satu (siklus) clock tunggal, ATmega32 memiliki kecepatan data rata-rata (throughputs) mendekati 1 MIPS per MHz, yang memungkinkan perancang sistem dapat mengoptimalkan konsumsi daya dan kecepatan pemrosesan. Berikut kelebihan yang dimiliki ATmega32 (Aozon mengambil referensi langsung dari Atmel termasuk datasheet yang diterbitkannya): 1. Kinerja Tinggi, Low-Power AVR® 8-bit Microcontroller Seperti yang disebutkan Atmel dalam websitenya "The low-power Atmel 8-bit AVR RISC-based microcontroller... The device supports throughput of 16 MIPS at 16 MHz and operates between 2.7-5.5 volts". 2. Menggunakan Arsitektur RISC Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur Reduced Instruction Set Computing (RISC) atau " set instruksi Komputasi yang disederhanakan". 3. Daya Tahan Tinggi dan Segmen Memori Non-Volatile Mikrokontroler AVR memiliki daya tahan data (retensi data) 20 tahun ketika suhu mencapai 85°C atau 100 tahun ketika suhu mencapai 25°C. 4. Memiliki Antarmuka JTAG (IEEE std. 1149.1 Compliant) Tidak hanya SPI, ATmega32 memiliki antarmuka JTAG yang memungkinkan pengguna dapat memprogram Flash, EEPROM, Fuse, dan Lock Bits. 5. Memiliki Fitur Perangkat
9
Mikrokontroler AVR memiliki fitur tambahan yang sangat membantu kita untuk melakukan penelitian yang lebih baik, seperti terdapat ADC, PWM dan Timer. 6. Memiliki Fitur Tambahan Mikrokontroler ini memiliki fitur menarik yang patut dicoba seperti 5 mode Sleep, eksternal dan internal interupsi, dan kalibrasi RC Oscillator internal. 7. Mempunyai 32 jalur Program I/O ATmega32 mempunyai 32 jalur Program sehingga memungkinkan kita untuk mengontrol lebih banyak device/ perangkat, seperti Tombol/ switch, LED, buzzer dan LCD. 8. Memiliki operasi tegangan dari 2,7 Volt sampai 5,5 Volt ATmega32 memiliki operasi tegangan dari 2,7 Volt sampai 5,5 Volt. Ini sangat membantu kita untuk menghemat listrik. Kecepatan maksimal bisa mencapai 16 MHz (tanpa overclock). 9. Daya yang dibutuhkan ketika aktif hanya 1,1 mA ATmega32 membutuhkan arus yang sangat kecil dibanding komponen analog yang biasa kita pakai. Hal ini dibuktikan dengan konsumsi daya yang dibutuhkan ketika aktif saja hanya 1,1 mA, bahkan bisa mencapai 1 uA ketika mode power-down. Arsitektur AVR ini menggabungkan perintah secara efektif dengan 32 register umum.
Semua
register
tersebut
langsung
terhubung
dengan
Arithmetic Logic Unit (ALU) yang memungkinkan 2 register terpisah diproses dengan satu perintah tunggal dalam satu clock cycle. Hal ini menghasilkan kode
10
yang efektif dan kecepatan prosesnya 10 kali lebih cepat dari pada mikrokontroler CISC biasa.
2.2.2
Konfigurasi Pin ATMega32
Gambar 2.1 Konfigurasi Pin-Pin ATMega32 Secara fungsional konfigurasi pin ATMega32 adalah sebagai berikut: a.
VCC - Tegangan sumber
b.
GND (Ground) - Ground
c.
Port A (PA7 – PA0)
Port A adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap pin memilki internal pull-up resistor. Output buffer port A dapat
11
mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port A digunakan sebagai input dan di pull-up secara langsung, maka port A akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Pin-pin dari port A memiliki fungsi khusus yaitu dapat berfungsi sebagai channel ADC (Analog to Digital Converter) sebesar 10 bit. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port A dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.1 Tabel 2.1 Fungsi khusus port A
d.
Port
Alternate Function
PA7
ADC7 (ADC input channel 7)
PA6
ADC6 (ADC input channel 6)
PA5
ADC5 (ADC input channel 5)
PA4
ADC4 (ADC input channel 4)
PA3
ADC3 (ADC input channel 3)
PA2
ADC2 (ADC input channel 2)
PA1
ADC1 (ADC input channel 1)
PA0
ADC0 (ADC input channel 0)
Port B (PB7 – PB0) Port B adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap
pin mengandung internal pull-up resistor. Output buffer port B dapat mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port B digunakan sebagai input dan di pull-down secara external, port B akan mengalirkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Pin-pin port B memiliki fungsi-fungsi khusus, diantaranya :
12
1. SCK port B, bit 7 Input pin clock untuk up/downloading memory. 2.
MISO port B, bit 6 Pin output data untuk uploading memory.
3. MOSI port B, bit 5 Pin input data untuk downloading memory. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port B dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.2
Tabel 2.2 Fungsi khusus port B Port
Alternate Function
PB7
SCK (SPI Bus Serial Clock)
PB6
MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)
PB6
MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)
PB5
SS (SPI Slave Select Input) AIN1 (Analog Comparator Negative Input)
PB3
OCO (Timer/Counter0 Output Compare Match Output) AIN0 (Analog Comparator Positive Input)
PB2 INT2 (External Interrupt 2 Input) PB1
T1 (Timer/Counter1 External Counter Input) T0 (Timer/Counter External Counter Input) XCK
PB0 (USART External Clock Input/Output)
13
e.
Port C (PC7 – PC0) Port C adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap
pin memiliki internal pull-up resistor. Output buffer port C dapat mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port C digunakan sebagai input dan di pull-down secara langsung, maka port C akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port C dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.3
Tabel 2.3 Fungsi khusus port C
f.
Port
Alternate Function
PC7
TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2)
PC6
TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)
PC6
TD1 (JTAG Test Data In)
PC5
TD0 (JTAG Test Data Out)
PC3
TMS (JTAG Test Mode Select)
PC2
TCK (JTAG Test Clock)
PC1
SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line)
PC0
SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)
Port D (PD7 – PD0) Port D adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap
pin memiliki internal pull-up resistor. Output buffer port D dapat mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port D digunakan sebagai input
14
dan di pull-down secara langsung, maka port D akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port D dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.4 Fungsi khusus port D
Port
Alternate Function OC2 (Timer / Counter2 Output Compare Match
PD7 Output) PD6
ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin) OCIB (Timer/Counter1 Output Compare B Match
PD6 Output)
2.3
PD5
TD0 (JTAG Test Data Out)
PD3
INT1 (External Interrupt 1 Input)
PD2
INT0 (External Interrupt 0 Input)
PD1
TXD (USART Output Pin)
PD0
RXD (USART Input Pin)
Load Cell Load
cell
merupakan
sensor
timbangan
yang
bekerja
secara
mekanis,dimana load cell menggunakan prinsip tekanan yang memanfaakan strain gauge sebagai pengindera (sensor). Strain gauge adalah sebuah transduser pasif yang merubah suatu pergeseran mekanis menjadi perubahan tahanan. Perubahan
15
ini kemudiandiukur dengan jembatan Wheatsone dimana tegangan keluaran dijadikan referensi beban yang diterima load cell.
Gambar 2.2 Load Cell
2.3.1
Prinsip Kerja Load Cell Ketika bagian lain yang lebih elastic mendapat tekanan, maka pada sisi
lain akan mengalami perubahan regangan yang sesuai dengan yang dihasilkan oleh straingauge, hal ini terjadi karena ada gaya yang seakan melawan pada sisi lainnya. Perubahan nilai resistansi yang diakibatkan oleh perubahan gaya diubah menjadi nilai tegangan oleh rangkaian pengukuran yang ada. Dan berat dari objek yang diukur dapat diketahui dengan mengukur besarnya nilai tegangan yang timbul. Sel beban (load cell) terdiri dari satu buah strain gauge atau lebih, yang ditempelkan pada batang atau cincin logam. Sel beban dikalibrasikan oleh pabrikan yang bersangkutan. Piranti ini dirancang untuk mengukur gaya tekanan mekanis, gaya pemampatan (kompresi), atau gaya puntir yang bekerja pada sebuah obje. Ketika batang atau cincin logam piranti ini berada dibawah tekanan, tegangan yang timbul pada terminal-terminalnya yamg dapat dijadikan rujukan untuk mengukur besarnya gaya.
16
2.3.2
Strain Gauge Strain Gage adalah komponen elektronika yang dipakai untuk mengukur
tekanan (deformasi atau strain). Alat ini berbentuk foil logam atau kawat logam yang bersifat insulatif (isolasi) yang ditempel pada benda yang akan diukur tekanannya, dan tekanan berasal dari pembebanan. Prinsipnya adalah jika tekanan pada benda berubah, maka foil atau kawat akan terdeformasi, dan tahanan listrik alat ini akan berubah. Perubahan tahanan listrik ini akan dimasukkan kedalam rangkaian jembatan Whetstone yang kemudian akan diketahui berapa besar tahanan pada Strain Gage. Tegangan keluaran dari jembatan Wheatstone merupakan sebuah ukuran regangan yang terjadi akibat tekanan dari setiap elemen pengindera Strain Gage. Tekanan itu kemudian dihubungkan dengan regangan sesuai dengan hukum Hook yang berbunyi : Modulus elastis adalah rasio tekanan dan regangan. Strain gauge atau bilah regangan adalah salah satu dari transdusertransduser yang banyak dipakai untuk mendeteksi dan mengukur gaya, beban torsi dan regangan.Unit dasar dari peralatan ini terdiri dari jalur resistif yang direkatkan pada dasar bahan isolasi yang fleksibel. Bilah ini dilekatkan pada bagian / obyek mekanis yang akan diukur regangannya. Dua Strain Gauge yang terletak di sisi yang lain merespon perubahan kolom saat mengalami keadaan “gendut/gembung”. Panjang pada sepasang Strain Gauge memendek, diameter kawatnya membesar dan hambatannya berkurang. Sementara sepasang yang lain jadi memanjang, diameter kawatnya mengecil dan hambatannya bertambah.
17
Jika posisi beban digantung pada bagian bawah kolom, kolom akan mengalami gaya tarik. Kolom dan Strain gauge akan merespon kebalikan dari respon diatas tetapi Strain Gauge tetap memanjang dan memendek dengan respon yang sama seperti respon diatas.
Gambar 2.3. Konstruksi dasar Strain Gauge
Strain gage merupakan bagian terpenting dari sebuah load cell, dengan fungsi untuk mendeteksi besarnya perubahan dimensi jarak yang disebabkan oleh suatu elemen gaya. Strain gages secara umum digunakan dalam pengukuran presisi gaya, berat, tekanan, torsi, perpindahan dan kuantitas mekanis lainnya. Setelahnya dikonversi menjadi energi tegangan kedalam anggota mekanis. Strain gage menghasilkan perubahan pada nilai tahanan yang proporsional dengan perubahan
jangka
panjang
atau
perubahan
melalui
Strain gage memiliki dua tipe dasar strain gage yaitu : 1. Terikat (bonded)
18
lamanya
proses.
Bonded strain gage seluruh bagiannya terpasang pada elemen gaya (force member) dengan menggunakan semacam bahan perekat. Selagi elemen gaya tersebut meregang, strain gage juga dapat memanjang. 2. Tidak terikat (unbonded). Unbonded strain gage memiliki salah satu sudut akhir yang dipasang pada elemen gaya dan sudut akhir satunya lagi dipasang pada pengumpul gaya (force collector). Persyaratan ini sering digunakan untuk menguji kelayakan system strain gage untuk aplikasi tertentu dimana konstanta kalibrasi strain gage harus stabil, artinya tidak berubah terhadap waktu, temperature dan faktor lingkungan lain.Ketelitian pengukuran regangan ± 1μs dan pada daerah regangan ± 10 %, ukuran standarisasi strain gage, yaitu panjang 1o dan tebal wo harus kecil. Load cell merupakan alat pengujian dan perangkat untuk membantu kinerja dan komopnen pada sensor load cell (strain gage).
2.3.3
Karakteristik Strain Gauge Karakteristik dari filamen adalah sebagai berikut : 1. Faktor Gage tertinggi 2.
Koefisien suhu resistansi rendah
3.
Resitivitas tinggi
4.
Kekuatan mekanis tinggi
5. Potensial termo listrik minimum disekitar lead
19
2.3.4
Bahan- bahan yang bisa dijadikan Strain Gauge
Berbagai jenis bahan tahanan telah dikembangkan untuk pemakaian dalam gagegage kawat dan foil, seperti: 1. Constantan adalah paduan (alloy) tembaga-nikel dengan koefisien temperatur rendah. Biasanya Constantan ditemukan dalam Gage yang digunakan untuk strain dinamik, dimana perubahan level strain tidak melebihi ± 1500 μcm/cm. Batas temperatur kerja adalah dari 10 oC sampai 200oC. 2. Nichrome V adalah paduan nikel-chrome yang digunakan untuk pengukuran strain statik sampai 375 oC. dengan kompensasi temperatur, paduan ini dapat digunakan untuk pengukuran static sampai 650 oC dan pengukuran dinamik sampai 1000 oC. 3. Dynaloy adalah paduan nikel-besi dengan Faktor Gage yang rendah dan ketahanan yang tinggi terhadap kelelahan. Bahan ini digunakan untuk pengukuran strain dinamik bila sensitivitas temperatur yang tinggi dapat di tolerir. 4. Stabiloy adalah
paduan
nikel-chrome
yang
dimodifikasi
dengan
rangkuman kompensasi temperatur yang lebar. gage ini memikiki stabilitas yang sangat baik dan temperatur cryogenic sampai sekitar 350 oC dan ketahanan yang baik tehadap kelelahan. 5. Paduan-paduan platina tungsten memberikan stabillitas yang sangat baik dan ketahanan yang tinggi terhadap kelelahan pada temperatur tinggi. Gages ini disarankan untuk pengukuran uji static sampai 700 oC dan pengukuran dinamik 850 oC.
20
2.3.5
Jembatan Wheatstone Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel
Hunter Christie pada 1833 dan meningkat dan dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Dalam umumnya Jembatan Wheatstone dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relative kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kortsluiting dan sebagainya. Rangkaian ini dibentuk oleh empat buah tahanan (R) yag merupakan segiempat A-B-C-D dalam hal mana rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan dan sebuah galvanometer nol (0). Kalau tahanan-tahanan itu diatur sedemikian rupa sehingga galvanometer itu tidak akan mengadakan suatu hubungan antara keempat tahanan tersebut. Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarannya). Kegunaan dari Jembatan Wheatstone adalah untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan cara arus yang mengalir pada galvanometer sama dengan nol (karena potensial ujung-ujungnya sama besar). Sehingga dapat dirumuskan dengan perkalian silang. Cara kerjanya adalah sirkuit listrik dalam empat tahanan dan sumber tegangan yang dihubungkan melalui dua titik diagonal dan pada kedua diagonal yang lain dimana galvanometer ditempalkan seperti yang diperlihatkan pada jembatan wheatstone.
2.3.6
Konsep Jembatan Wheatstone
Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari
21
rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer. Jembatan Wheatstone adalah suatu proses menentukan nilai hambatan listrik yang presisi/tepat menggunakan rangkaian Jembatan Wheatstone dan melakukan perbandingan antara besar hambatan yang telah diketahui dengan besar hambatan yang belum diketahui yang tentunya dalam keadaan Jembatan disebut seimbang yaitu Galvanometer menunjukkan pada angka nol. Rangkaian Jembatan Wheatstone tersebut memiliki susunan dari 4 buah hambatan yang mana 2 dari hambatan tersebut adalah hambatan variable dan hambatan yang belum diketahui besarnya yang disusun secara seri satu sama lain dan pada 2 titik diagonalnya dipasang sebuah Galvanometer dan pada 2 titik diagonal lainnya diberikan sumber tegangan. Galvanometer adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan pengukuran arus. Kebanyakan alat ini kerjanya tergantung pada momen yang berlaku pada kumparan di dalam magnet. R1, R2, dan R3 merupakan hambatan yang sudah diketahui, sedangkan R4 adalah hambatan yang akan dicari besarnya. Dengan mengatur sedemikian rupa besar hambatan variable sehingga arus yang mengalir pada Galvanometer sama dengan nol, dalam keadaan ini jembatan tersebut disebut seimbang sehingga sesuai dengan hukum Ohm. Rangkaian Jembatan Wheatstone juga dapat disederhanakan dengan menggunakan kawat geser apabila besarnya hambatan bergantung pada panjang penghantar. Jembatan Wheatstone adalah alat yang paling umum digunakan untuk pengukuran tahanan yang teliti dalam daerah 1 sampai 100.000 Ω. Jembatan Wheatstone terdiri dari
22
tahanan R1, R2, R3, dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui nilainya dengan teliti dan dapat diatur.
2.3.7
Aplikasi Jembatan Wheatstone Salah satunya adalah dalam percobaan mengukur regangan pada benda uji
berupa beton atau baja. Dalam percobaan kita gunakan strain gauge, yaitu semacam pita yang terdiri dari rangkaian listrik untuk mengukur dilatasi benda uji berdasarkan perubahan hambatan penghantar di dalam strain gauge. Strain gauge ini direkatkan kuat pada benda uji sehingga deformasi pada benda uji akan sama dengan deformasi pada strain gauge. Seperti kita ketahui, jika suatu material ditarik atau ditekan, maka terjadi perubahan dimensi dari material tersebut sesuai dengan sifat2 elastisitas benda. Perubahan dimensi pada penghantar akan menyebabkan perubahan hambatan listrik, ingat persamaan R = ρ.L/A. Perubahan hambatan ini sedemikian kecilnya, sehingga untuk mendapatkan hasil eksaknya harus dimasukkan kedalam rangkaian jembatan Wheatstone. Rangkaian listrik beserta jembatan Wheatstonenya sudah ada di dalam strain gauge.
2.3.8
Kelebihan Jembatan Wheatstone Dapat mengukur perubahan hambatan yang sangat kecil pada penghantar.
Contoh aplikasi : strain gauge, yang digunakan untuk mengukur regangan material (baja atau beton) didasarkan pada perubahan kecil penghantar yang berdeformasi akibat gaya eksperimen. Perubahan kecil dimensi penampang dihitung dari peribahan hambatan pada rangkaian jembatan wheatstone yang dihubungkan sensor ke alat pencatat data logger untuk setiap transducer.
23
2.4
IC HX711 HX711 24-Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scales
hx711
adalah
sebuah
komponen
terintegrasi
dari
perusahaan
"AVIA
SEMICONDUCTOR" . HX711 presisi 24-bit analog-to-digital converter (ADC) yang di desain untuk sensor timbangan digital (weight scales) dan industrial control aplikasi yang terkoneksi dengan sensor jembatan (bridge sensor). HX711 adalah modul timbangan, yang memiliki prinsip kerja mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Modul melakukan komunikasi dengan computer/mikrokontroller melalui TTL232.
Gambar 2.4 IC HX711
2.4.1
Kelebihan IC HX711
Struktur yang sederhana, mudah dalam penggunaan, hasil yang stabil dan reliable, memiliki sensitivitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan cepat.
24
2.4.2
Fitur IC HX711
1. Differential input voltage: ±40mV(Full-scale differential input voltage is ± 40mV) 2. Data accuracy: 24 bit (24 bit A / D converter chip.) 3. Refresh frequency: 80 Hz 4. Operating Voltage : 5V DC 5. 2.5
Size:38mm*21mm*10mm LCD (Liquid Crystal Display) LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai
banyak digunakan. Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari penampil CRT (Cathode Ray Tube), yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan manusia sebagai penampil gambar/text baik monokrom (hitam dan putih), maupun yang berwarna. Teknologi LCD memberikan keuntungan dibandingkan dengan teknologi CRT, kaena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang digunakan
sebelum
transistor
ditemukan.
Beberapa
keuntungan
LCD
dibandingkan dengan CRT adalah konsumsi daya yang relative kecil, lebih ringan, tampilan yang lebih bagus, dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor CRT lebih cepat memberikan kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD.
Gambar 2.5 LCD 2 baris 16 kolom (2x16)
25
LCD memanfaatkan silicon atau gallium dalam bentuk Kristal cair sebagai pemendar cahaya. Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi piksel yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian, setiap pertemuan baris dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang latar (backplane), yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang ditutupi oleh lapisan elektroda trasparan. Dalam keadaan normal, cairan yang digunakan memiliki warna cerah. Daerah-daerah tertentu pada cairan akan berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar dan pola elektroda yang terdapat pad sisi dalam lempeng kaca bagian depan. Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa microampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat menggunakan catu daya yang kecil. Keunggulan lainnya adalah tampilan yang diperlihatkan dapat dibaca dengan mudah di bawah terang sinar matahari. Di bawah sinar cahaya yang remang-remang dalam kondisi gelap, sebuah lampu (berupa LED) harus dipasang dibelakang layar tampilan. LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2 baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah : 1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk membuat program tampilan. 2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya mengunakan 8 bit data dan 3 bit control. 3. Ukuran modul yang proporsional. 4. Daya yang digunakan relative sangat kecil.
26
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
RS 4 RW 5 EN 6
LCD 16x2
1 GND 3 LCD Drv 16 V-BL
10 11 12 13 11 12 13 14
2 VCC V+BL15
+5VDC
Gambar 2.6Konfigurasi Pin LCD Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan instruksi membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap karakter dengan huruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter (membaca program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah utama LCD adalah Display Clear, Cursor Home, Display ON/OFF, Display Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift. Tabel 2.2 menunjukkan operasi dasar LCD.
Tabel 2.5 Operasi Dasar LCD RS R/W Operasi 0
0
Input Instruksi ke LCD
0
1
Membaca Status Flag (DB7) dan alamat counter (DB0 ke DB6)
1
0
Menulis Data
1
1
Membaca Data
27
Metode screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolo dan suatu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua. Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalur yang digunakan untuk mengaktifkan panel LCD. Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD, mulai jenis LCD biasa, Passive Matrix LCD (PMLCD), hingga Thin-Film Transistor Active Matrix (TFT-AMLCD). Kemampuan LCD juga telah ditingkatkan daru yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan warna.
Tabel 2.6 Konfigurasi Pin LCD Nomor Pin
Nama
Keterangan
1
GND
Ground
2
VCC
+5V
3
VEE
Contras
4
RS
Register Select
5
RW
Read/write
6
E
Enable
7-14
D0-D7
Data bit 0-7
15
A
Anoda (back light)
16
K
Katoda (back light)
28
Tabel 2.7 Konfigurasi LCD Pin
Bilangan Biner
Keterangan
RS
0
Inisialisasi
1
Data
0
Tulis LCD / W (write)
1
Baca LCD / R (read)
0
Pintu Data Terbuka
1
Pintu data tertutup
RW
E
Lapisan film yang berisis Kristal cair diletakkan di antara dua lempeng kaca yang telah ditanami elektroda logam transparan. Saat teganganya dicatukan pada beberapa pasang elektroda, molekul – molekul Kristal cair akan menyusun diri agar cahaya yang mengenainya akan dipantulkan atau diserap. Dari hasil pemantulan atau penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk pola huruf, angka, atau gambar sesuai bagian yang di aktifka. LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrument elektronika lain seperti Global Positioning System (GPS), baragraph display dan multimeter digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam satu panel. Untuk membentuk pola, baik karakter maupun gambar pada kolom dan baris secara bersamaan digunakan metode Screening. LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai banyak digunakan.
29
Kontrol tekanan adalah kontrol (mempertahankan tekanan gas cairan atau benda padat pada nilai yang ditentukan), atau pembatas (merasakan tekanan sudah mencapai pada suatu batas yang sudah ditentukan pada Suatu batas yang sudah ditentukan sebelumnya atau pindah dari suatu rentang yang aman).tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas. Satuan tekanan yang paling umum adalah pounds per inchi kuadrat (psi), inches dari kolom air (wc) pada panometer atau inches dari air raksa (Hg) pada manometer. Satuan metrik yang paling populer dari pengukuran adalah kilopascal (kPa).Tekanan harus sehubungan diukur dengan tekanan referensi yang diberikan, tetapi yang paling umum adalah tekanan atsmosfer pada permukaan laut atau tekanan nol absolut. Load cell adalah alat yang mengeluarkan signal listrik proporsional dengan gaya / beban yang diterimanya. Load cell banyak digunakan pada timbangan elektronik. Starin Gauge tersusun dari kawat yang sangat halus, yang dianyam secara berulang menyerupai kotak dan ditempelkan pada plastic atau kertas sebagai medianya.Kawat yang dipakai dari jenis tembaga lapis nikel berdiameter sekitar seper seribu (0.001) inchi.Kawat itu disusun bolak-balik untuk mengefektifkan
panjang
kawat
sebagai
raksi
terhadap
tekanan/gaya
yang
mengenainya.Pada ujungnya dipasang terminal.Strain Gauge bisa dibuat sangat kecil, sampai ukuran 1/64 inchi.Untuk membuat Load Cell, Strain Gauge dilekatkan pada logam yang kuat sebagai bagian dari penerima beban (load receptor).Strain Gauge ini disusun sedemikian rupa membentuk Jembatan Wheatstone.
30
