28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN Pada bab ini penulis menjelaskan perencanaan alat yang akan dibuat, dengan memilih beberapa rangkaian dan komponen yang digunakan untuk pembuatan tugas akhir. 3.1 Blok Diagram Rangkaian Untuk mempermudah pengertian sistem secara keseluruhan, maka penulis membagi module menjadi beberapa blok rangkaian, yang mana didalamnya terdapat rangkaian pengaturan laju alir/flowrate beserta tampilan, volume sensor dengan tampilan dan control syringe, perhatikan gambr blok diagaram seperti pada (gambar 3.1): DISPLAY PERAGA 7 SEGMEN
LIMIT
ALARM
DEKODER
SELEKTOR REFERENSI
REFERENSI
MOTOR DAN MEKANIK
DEKODER
VOLUME SENSOR
BEBAN/ SYRINGE
DISPLAY PERAGA 7 SEGMEN
Gambar 3.1. Blok Diagram Rangkaian
http://digilib.mercubuana.ac.id/
29
Keterangan: Rangkaian selector referensi. Rangkaian ini adalah rangkaian yang digunakan untuk memilih besaran referensi yang digunakan untuk menentukan putaran pada motor, sehingga laju alir cairan yang diharapkan dapat tercapai. Rangkaian referensi Rangkaian referensi adalah rangkaian yang digunakan untuk memberikan pilihan referensi pada pengendali motor, dimana rangkaian ini sangat berpengaruh terhadap kecepatan putaran motor dan laju alir cairan yang didistribusikan. Motor dan rangkaian mekanik Rangkaian ini merupakan organ fital dari module ini, karena rangkaian ini merupakan penggerak yang digunakan untuk menggerakkan/mendorong tungkai syringe. Rangkaian limit Rangkaian limit cenderung digunakan untuk membaerikan kemudahan dan keamanan dalam pengoperasian alat, dimana kerja alat ini adalah mengontrol kondisi syringe, dan juga membatasi kerja dari motor dan rangkaian mekanik. Dekode Decode atau BCD ( Binery Code Decimal ), yaitu rangkaian yang difungsikan untuk mengkonversikan sinya-sinyal analaog menjadi bentuk digital, Sehingga dapat ditampilkan dalam peraga 7 segment dan dibaca secara fisual atau langsung. Rangkaian Volume Sensor Rangkain volume sensor adalah rangkaian yang digunakan untuk mendeteksi banyaknya volume cairan yan telah di masukkan kedalam tubuh pasien selama alat digital syringe pump bekerja.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
30
3.2 Rangkaian Selector Referensi Rangkaian selector adalah rangkaian yang digunakan untuk memilih atau menyeleksi, dan kali ini yang di seleksi adalah referensi tegangan. menurut perencanaan rangkaian selector ini menggunakan IC 74LS192 sebagai komponen utamanya, seperti yang telah dibahas pada bab sebelumnya, mengapa penulis memilih menggunakan IC 74LS192, karena IC ini merupakan IC UP-Dowm Counter yang mampu menyimpan data tertentu selama alat bekerja/menyala dan tidak mengganti data yang telah dimasukkan sebelumnya. Secara garis besar rangkain ini digunakan untuk memilih referensi yang berjumlah 10 panel Dari 9 panel referensi yang disediakan pada rangkaian referensi, kesemuanya itu terdiri dari tegangan yang digunakan untuk memberikan tegangan just pada regulator LM317 agar didapat laju alir sebesar 10,20,3040,50,60,70,80 dan 90 mL/jam. Karena kebutuhan operator untuk mengetagui besarnya laju alir yang telah di atur, maka rangkaian ini juga dirancang agar mampu untuk menampilkan pengaturan yang telah di masukkan. Hal ini dilakukan dengan menambahkan IC decoder dan peraga seven segment pada rangkaian selecktor, data yang ditampilkan merupakan data hasil keluaran dari IC counter 74LS192, yang berupa data biner 4bit. Berdasarkan jumlah IC 74LS192 yang digunakan maka jumlah dekoder yang digunakan harus menyesuaikan, yaitu berjumlah 4 buah. Selanjutnya secara berurutan keluaran dekoder diperagakan dengan LED peraga yaitu seven segmen. Tampilan yang dihasilkan oleh peraga seven segmen merupakan definisi dari pemilihan 9 panel referensi yang akan dibuat pada blaok rangkaian berikutnya. Empat blok angka yang di tampilkan oleh seven segmen secara berurut dapat dibaca ketentuan sebagai berikut: angka pertama dari kiri merupakan angka ratusan, angka kedua dari sebelah kiri merupakan angka puluhan, angka ketiga dari sebelah kiri merupakan angka satuan sedangkan angka keempat berikutnya merupakan angka decimal (satu angka di belakang koma).
http://digilib.mercubuana.ac.id/
31
Untuk mempermudah dalam pembelajaran maka penulis juga menyertakan gambar rangkaian selector referensi teggangan seperti terlihat pada (gambar 3.2):
4 5 CLKD CLKU 14 11 CLR LOAD 74LS192
down
1
VCC
1 2
4093
2
3
1 2
2
1k
100pF
VCC
1
up
2
4093
2
1k
4093
2
3
1k
4 5 CLKD CLKU
1 2 3 4
1 2 3 4
14 11 CLR LOAD
1
U4
100pF
1
down
2
4093
2
3
1k
1 2
2
4093
15 1 P0 10 P1 9 P2 P3 4 5 CLKD CLKU
J2 3 Q0 2 Q1 6 Q2 7 Q3 13 BO 12 CO
1 2 3 4
J3 1 2 3 4
ratusan
14 11 CLR LOAD 74LS192
100pF
3
VCC
1
up
1 2
1k
2
4093
3
7
1k
7
14
1
up
2
VCC
satuan
14
VCC
reseet
1k
13 BO 12 CO
74LS192 100pF
1
J3
14
2
3 Q0 2 Q1 6 Q2 7 Q3
VCC
7
1
down
7
1
15 1 P0 10 P1 9 P2 P3
J2
to 7442
14
U4
to 7447
VCC
3
7
1
100pF
puluhan
74LS192
3
7
1
4093
13 BO 12 CO
14
up
4 5 CLKD CLKU
J3 1 2 3 4
14 11 CLR LOAD
14
1k
J2 1 2 3 4
3 Q0 2 Q1 6 Q2 7 Q3
Gambar 3.2. Rangkaian Selecktor Referensi 3.3 Rangkaian Referensi dan Setting Merupakan alat yang mampu menghasilkan sejumlah tegangan referensi, dengan nilai yang dapat di atur sesuai dengan kebutuhan. Seperti yang telah disinggung sebelumnya, rangkaian ini harus mampu menghasilkan tegangan referensi berjumlah 9 panel yang juga dapat diatur sesuai dengan kebutuhan.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
to 7442
100pF
U4 15 1 P0 10 P1 9 P2 P3
to 7447
1k
VCC
100pF
13 BO 12 CO
to 7442
3
desimal
to 7447
4093
2
7
2
J3 1 2 3 4
7
down
1
1 2 3 4
14
14
1
J2 3 Q0 2 Q1 6 Q2 7 Q3
to 7442
U4 15 1 P0 10 P1 9 P2 P3
to 7447
VCC
100pF
32
Berdasar perencanaan maka penulis merancang rangkaian referensi ini menggunakan IC multiflekser 7442, kemudian keluaran keluaran daru IC 7442 yang berupa aktif low digunakan untuk mendriver IC swit change 4066. karaena keluaran dari multiflekser ini berjumlah sepuluh panel sedangkan setiap IC memiliki 4066 memiliki 4buah switch didalamnya, maka jumlah IC 4066 yang harus disediakan minimal 3 buah. Setelah IC 4066 dapat dikendalikan oleh IC multiflekser kemudian IC 4066 ini mendistribusikan tegangan kerangkaian voltage devider , sehingga disinilah besaran teganagan yang diinginkan di atur sesuai dengan kebutuhan. Rangkaian voltage devider itu sendiri adalah sebuah rangkaian pembagi tegangan, tegangan dapat dibagimenjadi 2 titik sumber atau lebih dengan besar setiap titik pengukuran berbeda-beda. Besaran tegangan yang dibutuhkan dapat ditentukan dengan menentukan nilai resistansi dengan contoh rumus dibawah. (rumus ini berlaku untuk rangkaian voltage devider 2 resistor) Vo = (R2/(R1+R2)) X Vin Dengan kondisi ini, yaitu setiap satu multiflekser terkendali oleh satu Up/Down conter, dan setiap multiflakser menghasilkan sepuluh keluaran referensi, Perhatikan gambar 3.3:
http://digilib.mercubuana.ac.id/
33
1 7404
2
13 14
1 7404
2
13 14
1 7404
2
13 14
1 7404
A B C D
dari counter
1 15 2 14 3 13 4 12
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9
2
13 14
1 2 3 4 5 6 7 9 10 11
1 7404
2
13 14
1 7404
2
13 14
7442
1 7404
2
13 14
1 7404
2
13 14
1 7404
2
13 14
1 7404
2
13 14
C 4066 VDD C 4066 VDD
A B
A B
C 4066A A B VDD C 4066 VDD C 4066 VDD C 4066 VDD C 4066 VDD C 4066 VDD C 4066 VDD C 4066 VDD
A B
1 2
VCC
1 2
1 2
1 2 TO CONTROL MOTOR
A B
A B
A B
A B
A B
A B
1 2
1 2
1 2
1 2
1 2
1 2
Gambar 3.3. Rangkaian Referensi Dari gambar 3.3 maka dapat diketahui untuk mencari besarnya nilai tegangan maka dapat di cari dengan mengatur variable resistor, dari rumus voltage devider maka variable resistor (1 sampai dengan 9) merupakan R1 namun nilai resistansinya dapat di ubah-ubah. Sedangkan Untuk menentukan besarnya tegangan reverensi maka penulis mengambil tiga dasar untuk penentuanya, yaitu: 1. Bardasarkan analaisa motor yang diaplikasikan pada modul 2. Sepesifikasi komponen pengendali kecepatan putaran motor dengan basis berupa regulator LM317. 3. Kebutuhan kecepatan motor untuk mengerakkan mekanik, yang berimbas pada laju alir cairan.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
34
Menggunakan statistic pengoperasian motor terhadap besanya tegangan yang diberikan. motor DC yang mampu mengkonversikan tegangan DC menjadi energi mekanik, dengan ketentuan motor yang dapat mengkonversikan tegangan 12 Volt DC menjadi energi mekanik dengan kecepatan putaran sebagai berikut: Table 3.1 Statistik Ujicoba Motor No
Tegangan ref
Volume/menit
1
2.3 Volt
1.9 mL
2
3.2 Volt
2.5 mL
3
3.6 Volt
2.9 mL
4
4.3 Volt
3.5 mL
5
5.2 Volt
4.1 mL
Data pada table 3.1 adalah data yang diambil dari hasil pengukuran tegangan yang diberikan kemotor, kemudian putaran dideteksi dengan menggunakan alat pendeteksi volume. detector volume itu sendiri berupa optocopler yang dipasangkan pada sumbu as motor, dimana dapat diketahui setiap satu putaran motor menghasilkan 0.2mL output pada detector. Maka jika di ambil sebuah contoh perhitungan misalkan dengan input tegangan 2.3Volt, dengan mengambil durasi waktu pengambilan data selama satu menit dan detector mendeteksi volume sebesar 1.9 mL maka dapat di hitung kecepatan motor dan laju alir sebagai berikut: Jika data diambil setiap satu menit maka volume yang dihasilkan juga dapat dijadikam besarnya laju alir hanya saja dalam menit (9.5mL/menit) sedangkan pada alat yang sebenarnya laju alir yang digunakan dengan satuan mL/jam maka dapat diketahui sebagai berikut:
http://digilib.mercubuana.ac.id/
35
Laju alir = 1.9 X 60 = 114mL/Jam Sedangkan untuk mencari kecepatan putaran motor maka dapat di cari dengan membagi volume terbaca, seperti yang telah diketahui bahwa setiap satu putaran motor maka menghasilkan 0,2mL output terbaca pada display detector, maka jika dalam satu menit detector menampilkan angka sebesar 1,9ml, maka dapat diketahui kecepatan putaran motor sebagai berikut: Rpm
=V/2 1.9 /2 0.95 rpm
Dari contoh perhitungan diatas maka penulis dapat menyajikan contoh data sebagai berikut: Table 3.2 Statistik Ujicoba Motor No
Tegangan Input
Laju alir
rpm
1
2.3 Volt
114mL/jam 0.95 rpm
2
3.2 Volt
150mL/jam 1.25 rpm
3
3.6 Volt
174mL/jam 1.45 rpm
4
4.3 Volt
210mL/jam 1.75 rpm
5
5.2 Volt
246mL/jam 2.05 rpm
Dari data dan hasil uji coba diatas maka penulis menggunkan komponen LM317 sebagai pengontrol tegangan sehingga didapat tegangan yang dibutuhkan motor. Koponen ini merupakan sebuah regulator, akan tetapi regulator ini keluaranya dapat ditentukan berdasarkan ketentuan tegangan pada pin just.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
36
Tegangan pada pin ini berbanding lurus terhadap tegangan keluaran pada LM317, tegangan just semakain besar maka tegangan keluaran juga semakin besar. Tegangan just semakin kecil maka tegangan keluaran juga semakin kecil. Dengan berdasar pada materi hasil pengujian dan penggunakan rangkaian inti pengendali putaran motor seperti pada gambar (3.3) maka dapat ditentukan besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk mengendalikan kecepatan putaran motor. Untuk pembelajaran lebih dalam maka penulis melampirkan gambar rangkaian dasar sebagai berikut: D1 V.in
3 1
VIN
VOUT
D2
2
TO MOTOR
ADJ LM317/CY L
FROM.REF
Gambar 3.4. Rangkaian Setting Motor Dengan berdasarkan kebutuhan flowrate atau laju alir cairan pada seting yaitu pada range 10,20,3040,50,60,70,80 dan 90mL/jam, sedangkan putaran motor mampu di konversikan menjadi energi mekanik, yang digunakan untuk mendorong tungkai syringe yang memiliki satuan mL. dengan perbandingan 1putaran motor sama dengan 0,2mL, maka untuk mendapatkan 60mL cairan output penulis membutuhkan 30 kali putaran motor, misalkan alat diset pada laju alir 114 mL/jam maka kecepatan putaran motor yang dibutuhkan untuk mencapai seting ini adalah sebesar 0.95rpm, maka yang dibutuhkan motor untuk mencapai kecepatan putaran ini adalah sebesar 2.3Volt. Dengan berdasarkan acuan diatas maka penulis dapat menyimpulkan dalam pembuatan tegangan referensi, maka dapat menggunakan langkah-langkah seperti dibawah ini: Langka pertama tentukan kecepatan putaran motor berdasar flow rate yang diatur, misalkan diketahui seting sebesar 114mL/jam maka kecepatan putaran motor adalah? 114 mL = (114 / 60)/2 = 0.95 rpm
http://digilib.mercubuana.ac.id/
37
Langkah kedua menentukan tegangan, yaitu dengan cara menggunakan data statistic aplikasi motor yang diperoleh perbandingan seperti dibawah: 2.3Volt:0.95rpm= V:R=2.42:1 Misalkan diketahui rpm yang harus diatur adalah 0.095rpm maka tegangan referensi yang harus diberikan adalah? V1:R1
= V2:R2
2.42:0.95 = V2:0.095 V2
= 0.242Volt
Berdasar pada data-data diatas maka penulis menyajikan data sebagai berikut: Table 3.3 Tegangan Referensi
No
Laju alir
Putaran
tegangan
(mL/jam)
(rot/jam)
rpm ®
(V)
(volume X 2)
(putaran/60)
0,O3:1=V:R
1
0
0
0
0
2
10
20
0.3
0.1
3
20
40
0.6
0.3
4
30
60
1
0.6
5
40
80
1.3
0.7
6
50
100
1.6
1.2
7
60
120
2
1.3
8
70
140
2.3
1.4
9
80
160
2.6
1,5
10
90
180
3
1,6
Maka jika meninjau dari tabel diatas maka untuk mendapatkan tegangan keluaran tersebut maka penulis harus menyediakan tegangan referensi untuk masukan pada pin adj LM317 sebesar:
http://digilib.mercubuana.ac.id/
38
Table 3.4 Tegangan Terhadap Laju Alir NO
LAJU ALIR
VO (Volt)
REF (Volt)
1
0 mL/Jam
0
0
2
10 mL/Jam
0,1
2,6
3
20 mL/Jam
0,3
2,8
4
30 mL/Jam
0,6
3
5
40 mL/Jam
0,7
3,1
6
50 mL/Jam
1,2
3,6
7
60 mL/Jam
1,3
3,7
8
70 mL/Jam
1,4
3,8
9
80 mL/Jam
1,5
3,9
10
90 mL/Jam
1,6
4
Sedangkan untuk mendapatkan tegangan referensi tersebut maka penulis menggunakan rangkaian voltage devuder seperti yang telah diahas sebelumnya, sehingga didapat bilai resustansi R1dab R2 sebrsar: Table 3.5 Tegangan Terhatap Resistansi NO
LAJU ALIR
1
V ref = (R2/(R1+R2)) X Vin V ref (Volt)
R1(Ohm)
R2 (Ohm)
0 mL/Jam
0
0
0
2
10 mL/Jam
2,6
304,6
330
3
20 mL/Jam
2,8
259,3
330
4
30 mL/Jam
3
220,0
330
5
40 mL/Jam
3,1
202,3
330
6
50 mL/Jam
3,6
128,3
330
7
60 mL/Jam
3,7
115,9
330
8
70 mL/Jam
3,8
104,2
330
9
80 mL/Jam
3,9
93,1
330
10
90 mL/Jam
4
82,5
330
3.4 Panel star-stop dan Limit control. Rangkaian ini digunakan untuk mengendalikan kerja seluruh bagian dari digital syringe pump yang penulis buat. Tapi setiap panel memiliki fungsi masing-
http://digilib.mercubuana.ac.id/
39
masing sesuai fungsionalnya. Secara keseluruhan penulis mengambarkan rangkaian ini sebagai berikut: v cc
3 1
VIN
VOUT
2
ADJ LM317/CYL
U4
VCC 14
100pF
1 2
2
4093
3
13 BO 12 CO
4 5 CLKD CLKU
2
2
STOP
VCC
4093
3
470 Ohm
EMTY
1 2
2
BUZZER VCC 3 Q0 2 Q1 6 Q2 7 Q3
4 5 CLKD CLKU
13 BO 12 CO
14 11 CLR LOAD
C945 R
1k 1
74LS192
1
C1 C
R1
15 1 P0 10 P1 9 P2 P3
14
1k
1
1
74LS192
U4
7
NE
1
MOTOR DC
14 11 CLR LOAD
1
VCC
TP1
dari ref erensi
EMTY
100pF
1
+
470 Ohm
D313
-
1k
1
3 Q0 2 Q1 6 Q2 7 Q3
A
7
1
START
R1
15 1 P0 10 P1 9 P2 P3
SLN
2 BUZZER 2
Gambar 3.5. Rangkaian Start,Stop dan Limit.
Dari gambar diatas terlihat baerbagai fungsi dari start, stop sampai dengan rangkaian limit, secara kerja setiap panel penulis dapat paparkan sebagai berikut: Panel Start. Panel ini digunakan untuk memulai kerja dari motor, rangkaina ini terdiri dari tiga buah komponen pokok yaitu gerbang NAND IC counter dan transistor
http://digilib.mercubuana.ac.id/
40
sebagai switch change. Sedangkan secara teknis rangkaian ini bekerja sebagai berikut Ketika tombol/push bottom start ditekan maka logika H didistribusikan ke satu pin input gerbang NAND, yang mana pada kaki lain pada gerbang NAND selalu mendapatkan logika H, sehingga gerbang NAND mensimulasikan satu buah pulsa clock untuk sekali menekan tombol. Kemudian pulsa analog yang dihasilkan oleh gerbang NAND disimpan pada counter 74LS192, tapi selain disimpan setiap masukan yang di berikan oleh gerbang NAND juga dijumlahkan sesuai masukan. Dan ketika counter mulai menyimpan data maka keluaran cunter dapat dimanfaatkan untuk driver switch cange transistor. tapi perlu dipahami bahwa keluaran dari counter adalah biner 4bit yang jika di konfersikan menjadi decimal adalah 0 sampai dengan 15. sedangkan yang digunakan sebagai dtiver transistor hanya satu dan dipilih pada pin Q0, pin ini dipilih karena memiliki nilai decimal 1, sehingga hanya perlu satu kali menekan tombol start untuk memulai kerja motor. Untuk meminimalisir kesalahan fungsional pada panel start, maka pada keluaran Up/Down Counter dibatasi hanya satu decimal, dan ketika pulsa yang di masukkan ke counter adalah lebih dari dua maka secara otomatis counter mereset dan keluaran decimal kembali ke nol, kondisi ini juga menyebabkan motor berhenti karena suitch cange transistor tidak mendapatkan trigger. Panel stop Secara umum Panel ini berfungsi untuk menghentikan kerja dari mekanik dan motor. Cara kerja panel ini adalah dengan memberikan logika high (H) pada pin clear (pin 14) pada IC counter 74LS192. dengan demikian keluaran pada IC counter dalam decimal adalah 0. sehingga pada kondisi ini switch cange transistor tidak mendapat trigge, maka rangkaian pengendali motor tidak mendapatkan supply tegangan yang menyebabkan rangkaian mekanik berhenti berkerja.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
41
Kondisi ini sesbenarnya dapat dilakukan dengan mengunakan panel start, taetapi keakuratan hasil stop yang didapat terkadang tidak sesuai dengan yang diharapkan.oleh sebab itu penulis menambahkan panel stop untuk menjaga keakuratan kerja alat. Rangkaian limit Seperti yang telah disinggung pada bab perencanaan mode ini adalah serangkaian komponen yang difungsikan untuk menjaga atau membatasi kerja rangkaian mekanik (motor). Ada dua mode limit yang terdapat pada alatyang penulis buat, mode pertama adalah nearly emty, mode ini digunakan untuk menginformasikan bahwa cairan yang terdapat pada syringe mendekati habis, informasiyang diberikan berupa alarm, alarm menyala setelah siringe bergerak melewati mikro switch yang terpasang pada rangkaian mekanik, alarm ini tetap menyala selama selama operator belum menekan tombol silent. Tapi pada kondisi ini motor masih tetap bekerja hingga cairan habis atau ditekan tombol stop untuk mematikan nyala alarm sekaligus menghentikan kerja alat (rangkaian mekanik). Komponen utama yang digunakan pada rangkaian nearly emity adalah IC counter 74LS192, system kerjanya adalah ketika rangkaian mekanik bergerak melewati limit switch maka secara bersamaan counter mendapatkan satu masukan satu masukan pulsa, sehingga mengakibatkan keluaran pada counter decimal 1 dan keluaran ini digunakan untuk mengakatifkan buzzer dengan menggunakan transistor sebagai switch. Sedangkan prinsip kerja tombol silent mereset keluaran pada counter sehingga counter kembali memiliki keluaran decimal 0, yang tidak bisa dimanfaatkan transistor sebagai driver, dengan demikian alarm mati. Mode kedua dari rangkaian limit adalah emty, rangkaian ini berfungsi untu menginformasikan bahwa cairan pada syring telah habis, sama seperti nearly emty rangkaian ini juga memberikan informasi berupa alarm. Tapi berbeda dengan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
42
nearly emty ketika mekanik menlewati limit emty meka secara otomatis motor berhenti berkerja. System kerja dari rangklaian ini dadalah memenfaatkan panel stop, yaitu dengan memasang parallel satu mikro switch terhadap panel stop, maka ketika ketika mikro switch terdorong oleh mekanik maka jika disimulasikan kejadianya akan seperti ketika panel stop ditekan. Selain itu mikro switch juga di gank terhadap satu buag mikro switch yang digunakan untuk mengaktifkan alarm, alarm ini hanya bisa berhenti jika tungkai mekanik pendorong ditarik keluar.
3.6 Rangkaian Volume Sensor. Merupakan serangkaian elektronik yang digunakan untuk mendeteksi banyakanya cairan yang telah dimasukakkan kedalam pasien. Rangkaian ini memanfaatkan fungsi dari komponen elektronika yaitu berupa optokopler sebagai sensor putaran yang dikonversikan terhadap volume, dan juga ditunjang dengan komponen lainya sperti op-amp, UP/Dow counter, IC pencacah dan peraga seken segmen sebagai dispaly.
Secara menyeluruh rangkaian volume sensor dan
rangkaian display dapat panulis gambarkan sebagai berikut:
http://digilib.mercubuana.ac.id/
43
470
+VCC
1M
3,3 uF
100 KΩ
TO DISPLAY SENSOR VOLUME
220 KΩ +5 V
+5 V 2 _ 2 _ 3
LM 741 +
+5 V
7 2 _
6
7 6
3 +
LM 741 4
3
4
7
LM 741 +
6
470 Ω
4
+5 V 22 KΩ 5 KΩ
Gambar 3.6. Rangkaian Volume Sensor.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
44
A F
A B
F
C
E
G
E
16 12 13
5
PL
QC
BORROW RESET
QD QB QA
7
6
6
2
2
1
3
7
QC QB
3
AB CD
E FG
AB CD
E FG
QA
A 12 B 11 C 10 D 9 E 15 F 14 G
UP 8
+ VCC
16 12 13
5
11 PL
CARRY BORROW
74192
RESET
QD QC QB QA
PL
QD
BORROW
QC
RESET
QB
DOWN
QA
7
6
6
2
2
1
3
7
QD QC QB QA
7447
16
4
16
11
CARRY
74192
14
+ VCC
5
E FG
C D
2
FROM VOLUME SENSOR
4
D
DOWN
8
3
G
13
QD
7447
4
14
E
16
11
CARRY
74192
14
2
C
B
+ VCC
RESET
1
F
G
D
AB CD
A B
A B C D E F G
13 12 11 10 9 15 14
A B C D E F G
13 12 11 10 9 15 14
UP
7 8
6 2
+ VCC
3
DOWN UP
16 12 8
13 14
3
5 4
2 470 Ώ
QD
BORROW
QC
RESET
QB
UP
QA
7
6
6
2
2
1
3
7
QD QC QB
7447
1
PL
74192
470 Ώ
16
11
CARRY
QA
DOW N 8
8
Gambar 3.7. Rangkaian Display Volume Sensor. Dari dua gambar volume sensor diatas maka penulis dapat memaparkan setiap fungsi komponen dan system kerja dari rangkain ini, penjelasan system rangkaian dibawah ini: 1. Optokopler sebagai sensor volume Meninjau dari bentuk dan cara kerjanya, OPTOCOUPLER yang terdiri dari dua bagian terpisah yaitu LED infra red sebagai transmitter yang mengirim sinyal (ifra red) dan fototransistor sebagai receiver yang peka tehadap sinar infra merah,
http://digilib.mercubuana.ac.id/
45
keduanya terpisah pada dua bagian saling berhadapan dengan sekat udara dengan jarak kira-kira nol koma llima senti meter sampai dengan satu senti meter. Sedangkan cara kerja optocopler adalah sebagi berikut, ketika bagian sekat tidak tehalang apa pun maka sinar infra merah yang di pancarkan oleh trnsmiter mampu dimanfaatkan transistor sebagi trigger maka nilai resistansi transistor menjadi lebih kecil sehingga output yang dihasilkanpun kesil. Pada kondisi sebaliknya keluaran optocopler menjadi lebih besar karena nilai resistansi transistor menjadi lebih besar, untuk lebih memehami penulis melengkapi gambar
5
2
yang disertai dengan perhitunggan seputar tentang pengaplikasian optocopler.
4
1
ISO1 OPTO ISOLATOR
Gambar 3.8. Konfigurasi Optocopler. Sebagi contoh perhatikan rumus dibawah ini: Iled = (Vs – Vled)/ Rled Berdasarkan rumus diatas maka jika diketahui : Vcc = 5 volt Vled= 15 volt Rled = 150 Ω Iled = ..............? Iled = (Vs – Vled)/ Rled Iled =( 5 V – 15 V)/150 Iled = 0,02 A
http://digilib.mercubuana.ac.id/
46
2. Op-amp sebagai buffer/ penyangga Rangakaian buffer berfungsi untuk menyangga besarnya tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian sensor jari, agar tidak terganggu oleh frekuensi yang berada diluar rangkaian. +5 V 2 _ 3
Dari Sensor
7
LM 741 +
6
Kerangkaian Penguat
4
Gambar 3.9. Rangkaian Buffer. 3. Op-amp sebagai penguat Pada module yang penulis buat, penulis menggunakan rangkaian penguat tak membalik. Rangkaian penguat ini memiliki susunan sebagi berikut. Ri +5 V 2 _
7 6
Input
3 +
LM 741
Output
4
Rf
Gambar 3.10. Rangkaian Non Iverting Amplifier. Untuk menggunakan rangkaian ini maka hal pertama yang harus dibuat adalah besarnya penguatan yang di inginkan, setelah besarnya penguatan ditentukan maka dapat menentukan besarnya nilai resistansi berdasarkan pada rumus: A = ( Ri / Rf ) + 1 Dengan ketentuan: A
: nilai penguatan
Rf/Ri: resistansi pembanding
http://digilib.mercubuana.ac.id/
47
Pada kasus ini Jika diketahui di inginkan penguatan sebesar 10 maka nilai Ri dan Rf yang harus dipasang harus memiliki perbandingan Ri:Rf=9:1. Estimasikan jika nilai Rf yang di pasang adalah 5 KΩ maka nilai Ri yang harus dipasang dapat diketahui adalah? A = (Ri/Rf)+1 10= ( Ri / 5 KΩ ) + 1 Ri= (10/5)-1 Ri= 49 KΩ 4. Op-Amp sebagai komparator Cara kerja Rangkaian komparator ini adalah dengan membandingkan nilai masukan pada kaki input negativ terhadap input kaki positif dan atau input kaki positiv terhadap input kaki negativ. Rangkaian ini bekerja berdasarkan prinsip sebagai berikut, ketika input positif diberikan input tegangan lebih besar dari input tegangan pada kaki negative maka keluaran pada komparator adalah positif Vsat, dan sebaliknya ketika input negative lebih besar dari input positif maka keluaran pada komparator adalah negative Vsat. Dan ini adalah gambar rangkaian komparator. +5 V 2 _
V in
7
3 LM 741 + 4
+5 V
6
V out
5 KΩ
Gambar 3.11. Rangkaian Komparator. 5. Op-Amps sebagai filter low pass buterworth. Rangkaian filter low pass buterworth dengan kemiringan 40 dB / decade yang berfungsi untuk menguatkan frekuensi di bawah frekuensi cut off. Besarnya tergantung dari R, C dan op-amp nya yang digunakan sebagai penguat gain satu.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
48
100 KΩ
+5 V
220 nF 100 KΩ input
2 _
7
3 LM 741 + 4
100 nF
6
output
5,6 KΩ
Gambar 3.12. Rangkaian Filter Buterworth.
Agar dapat terpenuhi rancangan seperti yang di harapkan maka penulis harus mengetahui terlebih dahulu frekuensi cut off atau frekuensi sudutnya, yaitu dengan cara menentukan nilai-nilai komponen sebagai berikut : R1= R2 = 100 KΩ C1= 220 nF Sehingga penulis dapat mengetahui besarnya frekuensi cut off dengan menggunakan persamaan seperti dibawah ini : Fc = 0,707 / 2π RC = 0.707 / ( 2 x 3,14 x 100 KΩ x 220 nF ) = 0,707 / 0,138 = 5,12 Hz
http://digilib.mercubuana.ac.id/
49
6. Aplikasi gerbang NAND Gerbang NAND diterapkan pada rangkaian ini untuk memberikan pulsa analog pada clock up IC Up/Down cunter 74LS192, pulsa yang diinput pada gerbang ini merupakan pulsa yang dihasilkan oleh sensor volume.
1 2
f rom sensor v olume
DIODE
4093
3 to counter
7
DIODE
14
VCC
0
Gambar 3.13. Rangkaian Aplikasi Gerbang NAND.
7. Rangkaian Up counter Counter adalah pencacah kombinasi dari beberapa rangkaian dasar digital yang berfungsi untuk menghitung banyaknya pulsa yang masuk dengan cara membagi – bagi pulsa masukannya menjadi pulsa-pulsa frekuensi rendah, ada dua jenis counter yaitu : 1. up counter 2. down counter IC yang digunakan pada rangkaian ini adalah IC 74LS192, pada bab dua penulis sudah membahas tentang komfigurasi IC ini. Dan untuk kebutuhan sensor volume ini dari dua macam counter yang ada hanya satu yang digunakan yaitu Up cunter, dengan Up counter ini maka setiap pulsa yang di hasilkan sensor volume di simpan , dijumlahkan dan di keluarkan melalui kofigurasi biner dengan empat jalan keluaran. Data / pulsa yang telah masuk akan terus dihitung dan di simpan pada counter ini sam pai dengan tombol reset di tekan. Perhatika gambar rangkaian berikut.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
15 1 10 9 4 5 14 11
15 1 10 9 4 5 14 11
CLKD CLKU
BO CO
CLR LOAD
3 2 6 7
1 2 3 4
13 12 74LS192
P0 P1 P2 P3
Q0 Q1 Q2 Q3
CLKD CLKU
BO CO
CLR LOAD
3 2 6 7
1 2 3 4
to 7447
14 11
Q0 Q1 Q2 Q3
13 12 74LS192
P0 P1 P2 P3
Q0 Q1 Q2 Q3
CLKD CLKU
BO CO
CLR LOAD
3 2 6 7
1 2 3 4
to 7447
4 5
P0 P1 P2 P3
1 2 3 4
to 7447
15 1 10 9
to 7447
50
13 12 74LS192
FROM NAND
VCC_BAR
1
reset
15 1 10 9 2
4 5 14 11
470 Ohm
P0 P1 P2 P3
Q0 Q1 Q2 Q3
CLKD CLKU
BO CO
CLR LOAD
3 2 6 7 13 12 74LS192
0
Gambar 3.14. Rangkaian Counter Tersusun Seri. 8. Rangkaian display Pada rangkaian volume sensor ini display yang digunakan adalah bentuk LED peraga seken segmen yang digerakkan oleh IC pencacah 7447, inputan yang digunakan sebagai acuan oleh IC pencacah itu sendiri merupakan keluaran dari conter 74LS192 yang merupakan data hasil penghitungan jumlah clock dari volume sensor.
http://digilib.mercubuana.ac.id/