BAB III PERANCANGAN ALAT Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perencanaan pembuatan alat telemetri suhu tubuh.Perencanaan dilakukan dengan menentukan spesfikasi system secara umum,membuat system blok diagram,implementasi rangkaian,serta perancangan perangkat lunak dengan menggunakan mikrokontroler ATMEGA8535. 3.1 Perancangan Spesifikasi Alat Telemetri Suhu Tubuh Spesifikasi dalam pembuatan alat telemetri suhu tubuh meliputi spesifikasi fungsi dan teknik yang akan penulis jabarkan di bawah ini. 3.1.1
Spesifikasi fungsi
Spesifikasi fungsi merupakan penjelasan dari setiap perangkat yang bekerja sesuai fungsi masing- masing yang terdiri dari : 1. Perangkat keras (hardware) rangkaia
modul
yang terdiri dari rangkaian sensor suhu,
wireless,
rangkaian
mikrokontroler
ATMEGA8535,rangkaian display, rangkaian power supply. 2. Perangkat Lunak (Software) yaitu berupa diagram flow chart untuk pembuatan progam.Progam dibuat kemudian dimasukan dalam sebuah IC mikrokontroler ATMEGA8535 dan akan bekerja mengontrol kerja dari perangkat-perangkat keras. 3.1.2
Spesfikasi teknik
Spesifikasi teknik meliputi : 1. Nama alat
: Alat Telemetri suhu
2. Tegangan Supply
: + 5 Volt
3. Frekuensi Wireless
: 433 MHz
4. Jarak maksimal pengukuran
: 40 m
5. Display
: LCD 16 x 2 23
24
3. 2
Perencanaan Diagram Blok Rangkaian
Perencanaan secara diagram blok ini merupakan alur kerja dari tiap – tiap blok rangkaian yang bertujuan membantu penulis dalam merancang dan menyelesaikan modul hingga berfungsi.Terdapat dua diagram blok pada alat telemetri suhu tubuh ini, yaitudiagram blok rangkaian transmitter dan diagram blok rangkaian receiver.Gambar 3.1 dan 3.2 memperlihatkan diagram blok alat telemetri suhu tubuh.
Sensor suhu
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
MODUL WIRELESS TRANSMITTER
POWER SUPPLY
Gambar 3.1 Diagram blok rangkaian transmitter
POWER SUPPLY
MODUL WIRELESS RECEIVER
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
SETTING Gambar 3.2 Diagram blok rangkaian receiver
LCD
25
Untuk memahami cara kerja dari alat telemetri suhu tubuh dapat melihat blok diagram pada gambar 3.1 dan 3.2 diatas.Dari masing – masing blok diatas memiliki fungsi yang berbeda, yaitu : 1. Power Supply Berfungsi untuk mendistribusikan tegangan pada blok rangkaian lainnya sesuai dengan kebutuhan 2. Blok Sensor Suhu LM 35 Blok ini berfungsi untuk menyadap derajat suhu tubuh pasien yang keluaranya 10 mV/oC dan mengkonversikan kedalam sinyal listrik sebagai masukan informasi ke mikrokontroler 3. Blok Rangkaian Mikrokontroler ATMEGA8535 Rangkaian mikrokontroler ini berfungsi untuk mengatur kerja keseluruhan blok rangkaian pada alat telemetri suhu tubuh.Terdapat dua buah mikrokontroler ATMEGA8535 yaitu pada unitpengirim dan unit penerima.Pada unit pengirim masukan mikrokontroler berasal dari rangkaian sensor suhu LM35 ,sedangkan pada unit penerima masukan berasal dari wireless receiver dan tombol setting yang kemudian keluarannya berupa nilai suhu akan di tampilkan pada LCD. 4. Blok Rangkaian Setting Rangkaian ini melakukan fungsi pemilihan mode manual atau otomatis serta tombol Up dan tombol Down 5. Modul Wireless Transmitter Mengirim informasi data suhu tubuh pasien dalam bentuk gelombang elektromagnetik 6. Modul Wireless Receiver Menangkap gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh modul wireless transmitter 7. Blok Rangkaian Display Berfungsi untuk menampilkan derajat suhu tubuh pasien
26
3.2.1 Cara Kerja Blok Diagram Tegangan dari power supply 5V dc yang akan didistribusikan ke semua rangkaian. Sensor suhu LM 35 yang di tempelkan pada pasien akan mendeteksi suhu tubuh pasien. Sinyal hasil deteksi sensor tersebut masuk ke mikrokontroler 1 pada unit pengirim yang akan diproses dan dirubah menjadi sinyal digital. Sinyal digital akan dikirim ke modul wireless transmitter dan dirubah menjadi gelombang
elektromagnetik.
Modul
wireless
HC-11
transmitter
akan
memancarkan gelombang elektromagnetik tersebut yang kemudian pancaranya akan diterima oleh modul wireless receiver pada unit penerima.Mikrokontroler 2 pada unit penerima akan merubah kembali gelombang elektromagnetik menjadi sinyal digital yang hasilnya akan ditampilkan dalam derajad suhu pada LCD. Tombol pada unit penerima berfungsi untuk memilih mode display suhu secara otomatis atau manual. 3.3
Perancangan Perangkat Keras ( Hardware ) Dalam bagian ini ada beberapa perencanaan yang mengacu pada blok
diagram antara lain adalah perencanaan rangkaian Mikrokontoler,rangkaian sensor
suhu,rangkaian
wireless,rangkaian
power
supply
dan
rangkaian
dispay.Masing-masing rangkaian akan dijelaskan satu per satu 3.3.1
Rangkaian Sensor Suhu
Dalam perencanaan pembuatan alat telemetri suhu tubuh khususnya pada bagian rangkaian sensor suhu,penulis menggunakan IC LM 35.Pada rangkaian ini menggunakan tiga buah IC LM 35 yang dapat digunakan untuk mendekteksi suhu tubuh. Dalam proses pendeteksian inputan LM 35 berupa
kalor dan akan
dikonversikan menjadi tegangan.Besar kenaikan tegangan pada LM 35 adalah 10mV/ oC. Rangkaian Sensor suhu langsung dihubungkan dengan VCC yang menggunakan catu sebesar 5V DC.Output pada pin kaki 2 dari masing masing LM 35 (sensor 1.....sensor 3) akan dihubungkan langsung pada mikrokontroler.Socket kaki 2 (sensor 1) di hubungkan pada pin PA0 , Socket kaki 2 (sensor 2) di hubungkan
27
pada pin PA1, dan Socket kaki 2 (sensor 3) di hubungkan pada pin PA2 pada unit pengirim. Gambar rangkaian sensor suhu yang akan penulis rencanakan dapat dilihat pada Gambar 3.3
1
1
1
U12 27.0 2
U8
LM35
27.0 2
VOUT
VOUT
3
U9
LM35
27.0 2
LM35
VOUT
3
3
PA0 PA1 PA2
Gambar 3.3 Rangkaian LM 35 3.3.2
Rangkaian Modul Wireless
Penulis
menggunakan
dua
buah
modul
wireless
HC-11
RF
data
transceiver.Modul wireless 1 pada unit pengirim difungsikan sebagai transmitter yang memancarkan gelombang elektromagnetik dan modul wireless 2 pada unit penerima difungsikan sebagai receiver yang menangkap pancaran gelombang elektromagnetik dari transmitter.Pin Rx modul wireless HC-11
RF data
transceiver dihubungkan pada pin 14 ( PD0/RXD ) di mikrokontroler dan pin Tx dihubungkan pada pin 15 ( PD1/TXD ) pada mikrokontroler.Untuk mengaktifkan modul wireless HC-11 RF diperlukan tegangan +5 V DC pada pin VCC dan pemberian tegangan nol pada pin GND.
28
Vcc Gnd Rx Tx Con
HC-11
Gambar 3.4 Rangkaian wireles 3.3.3 Rangkaian Mikrokontroler Rangkaian mikrokontroller ini berfungsi untuk mengendalikan seluruh sistem dari rangkaian alat telemetri suhu tubuh. Mikrokontroller akan memproses data yang diterima dan juga akan memproses data tersebut menjadi keluaran yang diinginkan.Pada
perancangan
mikrokontroler
penulis
menggunakan
mikrokontroler ATMEGA8535.Mikrokontroler 1 pada unit pengirim dan mikrokontroler 2 pada unit penerima.Perancangan mikrokontroler ATMEGA8535 dapat dilihat pada gambar 3.5.
29
R3
U13
10k 1 2 3 4 5 6 7 8
C7 10uF
PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK
14 15 16 17 18 19 20 21
C8 22nF
X3
13 12 9
4MHz
C9
PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2
40 39 38 37 36 35 34 33
PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7
22 23 24 25 26 27 28 29
PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5 PC6/TOSC1 PC7/TOSC2
XTAL1 XTAL2 RESET
32 30
AREF AVCC
ATMEGA8535
22nF
Gambar 3.5 Rangkaian Mikrokontroler ATMEGA8535 Tabel 3.1 Penggunaan port pada mikrokontroler ATMEGA8535 No
Port
Keterangan
1
PA0, PA1, PA2
Input data dari rangkaian sensor suhu LM 35
2
PB0, PB1, PB2, PB3
Input data dari rangkaian tombol pemilihan mode
3
PC0, PC1, PC4, PC5,
Output data ke LCD
PC6, PC7 PD0, PD1
Output data ke rangkaian wireless pada unit pengirim dan input data dari wireless receiver pada unit penerima
4
AVCC
Inputan tegangan + 5Volt
5
RESET
Mereset mikrokontroler
Pengaktifan pin atau port secara paralel atau tersendiri pada mikrokontroler dijalankan
dengan
menggunakan
perangkat
lunak
(
software
).Untuk
30
mengaktifkan ATMEGA8535,perlu diberikan tegangan + 5Volt pada pin VCC dan pemberian tegangan nol pada pin GND. Disamping itu diperlukan juga pengaktifan osilator yang terdapat pada mikrokontroler. Untuk mengaktifkan osilator tersebut dalam perancangan ini mengunakan kristal 4 MHz dan kapasitor 22 nF. Digunakannya kristal 4 MHz untuk memperoleh kecepatan pelaksanaan instruksi persiklus sebesar 1 mikrodetik (1/4MHz) x4 siklus perioda.Untuk pin reset (pin 9)digunakan untuk mereset mikrokontroller kembali ke program awal yaitu dengan menekan tombol reset maka mikrokontroler kembali pada progam awal.
3.3.4
Rangkaian Setting (Tombol PemilihanMode)
Dalam perencanaan rangkaian ini menggunakan 4 buah switch push button (normaly open) sebagai tombol pemilihan mode,tombol enter, tombol up, dan tombol down.Tombol mode digunakan untuk memilih tampilan temperature secara otomatis ataupun hasil tampilan secara manual.Tombol enter berfungsi untuk menjalakan perintah yang dipilih .Tombol up atau down digunakan untuk memindah tampilan temperatur ke tampilan berikutnya.
Tombol Up
PB0
Tombol Down PB1 Tombol Enter PB2 Tombol Mode PB3
Gambar 3.6 Rangkaian Setting Pada perencanaan rangkaian ini diberi tegangan 5 Volt dan dihubungkan langsung keport ( Port PB0...port PB3 ) pada mikrokontroller, sedangkan kaki
31
push button yang lainnya dihubungkanke ground.Tombol akan bekerja apabila mendapat logika low. Pada saat tombol push button ditekan maka tombol akan terhubungkan ke ground sehingga masukan pada mikrokontroler pada pin berlogika low dan saat belum ditekan maka masukan mikrokontroler pada pin berlogika high.
3.3.5 Rangkaian Display Rangkaian display di alat ini menggunakan Liquid Crystal Display (LCD) 16x2 yang berfungsi untuk menampilkan hasil pengukuran temperature.Input rangkaian ini berasal dari port C ( PC4 sampai port PC7 ) untuk D4 sampai D7. PC0 untuk Pin RS, PC1 untuk Pin R/W dan PC2 untuk Pin E pada LCD.
LCD2 LM016L
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 7 8 9 10 11 12 13 14
RS RW E 4 5 6
1 2 3
50%
VSS VDD VEE
RV2
10k
PC0 PC1 PC2 PC4 PC5 PC6 PC7
Gambar 3.7 Rangkaian Display LCD
32
3.3.6 Rangkaian Power Supply Rangkaian power suplay menggunakan IC 7805 dengan keluaran +5V. Suplay ini berasal dari output trafo 12V yang disearahkan dengan diode brigde, dengan outputan 5volt setelah melalui IC Regulator 7805 yang kemudian didistribusikan ke rangkaian lain.
TR1
12vac
U2
BR1
7805 1
CT
VI
VO
C1
470uF
1uF
2
C2
GND
220vac
5v
3
C3
C4
10nF
100uF
BRIDGE TRAN-2P3S
0v
Gambar 3.8 Rangkaian Power Supply 3.4
Perencanaan Perangkat Lunak ( Software )
Untuk menjalankan modul yang penulis buat tidak cukup merancang bagian hardwarenya saja tetapi diperlukan adanya perangkat lunak (sofware), yaitu berupa program-program yang bertujuan untuk mengerakan hardware sesuai dengan fungsi alat yang diinginkan. Tujuan utama dari modul yang dibuat penulis adalah agar dapat mendeteksi suhu tubuh agar dapat berguna bagi proses monitoring terhadap keadaan pasien. CPU sebagai pengendali utama yaitu mikrokontroller ATMEGA 8535yang dirancang dengan menggunakan bahasa C. Berikut ini adalah flowchart dan beberapa bagian perencanaan program perangkat lunak yang fungsinya sangat penting bagi alat :
33
3.4.1 Flow chart START INISIALISASI BACA SENSOR 2
SIMPAN DI BUFFER 2 BACA SENSOR 2 SIMPAN DI BUFFER 2 BACA SENSOR 2 SIMPAN DI BUFFER 2
KIRIM BUFFER ( SERIAL ) T BUFFER = 0 ?
Y KOSONGKAN BUFFER
END
Gambar 3.9 Flow Chart Progam Rangkaian Transmitter Adapun system kerja perangkat lunak(software) Transmitter sebagai berikut: Saat mikrokontroller mendapatkan supply tegangan, program dieksekusi dengan melakukan inisialisasi awal, variable, clock, register , port I/O, ADC dll, kemudian proses pembacaan sensor yang masuk melalui pin ADC dalam hal ini pembacaan sensor ada 3 yang masuk pada 3 pin ADC. Hasil pembacaan diolah
34
dan disimpan pada Buffer, yaitu Buffer[0], Buffer[1], Buffer [2]. Setelah proses penyimpanan di dalam Buffer, Buffer dikirim secara Serial menggunakan Port Tx, metode yang digunakan adalah Asyncronous, dimana data akan dikirim secara terus menerus dengan 1 stop bit sebagai penanda pengiriman buffer telah terkirim semua. Setelah Buffer terkirim semua, buffer akan dikosongkan dan diisi kembali olah data yang berasal dari hasil pengolahan input ADC. Begitu seterusnya.
Gambar 3.10 Flow Chart Progam Rangkaian Receiver
35
Gambar 3.11 Lanjutan Flow Chart Progam Rangkaian Receiver Untuk cara kerja software Receiver adalah sebagai berikut: Seperti pada software Transmitter, mikrokontroller melakukan inisialisasi awal saat mendapatkan supply, kemudian melakukan proses pembacaan input data serial pada Pin Rx, data-data tersebut diambil dan disimpan pada Buffer, untuk mengecek kebenaran data yang masuk, digunakan Checksum, yaitu penanda data terakhir yang masuk dengan membandingkan buffer dengan checksum. Kemudian data dari Buffer diekstrak sesuai dengan data suhu yang akan ditampilkan. Untuk menampilkan data yang masuk menggunakan 2 mode yaitu mode manual dan mode otomatis, yakni dengan membandingkan input tombol manual dan otomatis serta diakhiri dengan menekan tombol enter, maka data akan ditampilkan sesuai dengan mode yang dipilih.
36
Untuk mode Otomatis, tampilan pada layar LCD 2x16 akan menampilkan 2 data ( suhu 1 dan suhu 2) delay/tunda waktu 3 sekon, kemudian menampilkan 2 data ( suhu 3) delay/tunda 3 sekon dan kemudian menampilkan data suhu 1 dan 2, begitu seterusnya. Untuk mode manual, tampilan awal adalah data suhu 1 dan suhu 2, jika ingin menampilkan data suhu berikutnya dengan menekan tombol down , dan up untuk menampilkan data suhu sebelumnya.
