BAB III PERENCANAAN
Pada bab ini akan dijelaskan langkah-langkah yang digunakan dalam merencanakan alat yang dibuat. Adapun pelaksanaannya adalah dengan menentukan spesifikasi dan mengimplementasikan dari hasil perencanaan secara terperinci.
3.1. Perencanaan blok diagram
Pada perencanaan blok diagram, penulis akan menghasilkannya dengan ragkaian-rangkaian serta fungsi dari masing-masing rangkaian yang mendukung dalam pembuatan alat kalibrasi pengukur tekanan darah agar lebih mudah. Diantaranya adalah sebagai berikut: 1.
Rangkaian catu daya Berfungsi untuk memberikan catu daya kedalam seluruh rangkaian. Catu daya yang dibutuhkan adalah +5V, -5V terhadap ground.
2.
Sensor tekanan Untuk membaca perubahan-perubahan yang terjadi pada setiap kenaikan atau penurunan tekanan udara dengan jenis strain gauge yang mempunyai jangkauan dari 000 mmHg sampai 150 mmHg.
37
3.
Rangkaian Pengatur Tegangan Referensi Untuk menghasilkan keluaran nol pada saat sensor tekanan belum mendapatkan tekanan udara dari luar, karena pada saat sensor di berikan catu daya, out put sensor sudah menghasilkan tegangan maka rangkaian pengatur tegangan referensi ini digunakan sebagai tegangan acuan pada saat masuk dalam rangaian penjumlah. 4.
Rangkaian penguat Sebagai rangkaian penguat dari sensor tekanan udara sehingga dihasilkan keluaran yang lebih besar dari sinyal masukan yang sangat kecil agar dapat dibaca dengan baik oleh rangkaian ADC.
5.
Rangkaian buffer Sebagai buffer disebut juga pengikut tegangan, penguat gain satu, penguat
penyangga
atau
penguat
isolasi.
Rangkaian
penguat
penyangga digunakan untuk mengisolasi suatu tingkat penguat ke tingkat berikutnya. Penyangga tegangan agar tetap setabil untuk dapat ditampilkan sesuai dengan hasil pada saat pengukuran. 6.
Rangkaian tampilan ADC Sebagai penampil dari hasil pengukuran dalam bentuk digital dengan menggunakan 3 buah seven segment common anoda.
Pada gambar III.1 merupakan perencanaan blok diagram alat kalibrasi pengukur tekanan darah :
38
SENSOR TEKANAN
R. PENGATUR TEGANGAN REFERENSI
RANGKAIAN BUFFER
ADC
R. PENJUMLAH PEMBALIK
DISPLAY
R. PENGUAT PEMBALIK
POWER SUPPLY
Gambar III.1 Perencanaan Blok Diagram Alat Kalibrasi Pengukur Tekanan Darah
Cara kerja berdasarkan blok diagram. Power supply sebagai pendistribusi tegangan sebesar +5V dan –5V keseluruh blok-blok rangkaian dengan tujuan mengaktifkan seluruh blok diagram yang ada. Manset mendapat tekanan udara jika roller ball dipompa, dan sensor tekanan akan membaca perubahan tekanan sehingga rangkaian sensor dapat membaca untuk merubah tekanan menjadi tegangan. Tegangan tersebut masuk kedalam rangkaian Op-amp, rangkaian Op-amp ini di fungsikan untuk menguatkan tegangan keluaran dari sensor tekanan agar dapat ditampilkan secara digital melalui rangkaian ADC. Dan keluaran yang dihasilkan ADC yang merupakan data biner ini akan di tampilkan melalui seven segment common anoda.
39
3.2. Perencanaan Sensor Tekanan
Dalam perencanaan pada sensor tekanan ini penulis menggunakan komponen jenis strain gauge sebagai sensor tekanan yang merubah tekanan udara menjadi tegangan. Dengan menggunakan penguat oprasional yang difungsikan untuk menguatkan tegangan output dari sensor tekanan yang menggunakan IC LM 741 dan keluarannya akan berubah saat terjadi kenaikan atau penurunan tekanan yang dihasilkan dari sensor. Maka pada setiap kenaikan tekanan sebesar 10 mmHg starin gauge akan menghasilkan tegangan sebesar 7,75.mV.
1 2 3 Gambar III.2 Bentuk fisik dari sensor tekanan Keterangan gambar : Pin 1
: Vcc
Pin 2
: Gnd
Pin 3
: Output
Berdasarkan dari gambar III.2 diatas, setelah sensor mendapat supplay tegangan sebesar +5 V DC, dimana sebelum sensor mendapat tekanan udara sudah didapat tegangan keluaran sebesar 186,4 mV dan setelah sensor mendapat tekanan udara sebesar 150mmHg maka pada output kaki 3 pada sensor
40
mengehasilkan tegangan sebesar 302,7 mV, untuk mencari kenaikan tegangan dalam setiap kenaikan 10mmHg maka dapat digunakan rumus sebagai berikut :
V/10 mmHg =
V (P. max ) − V (P.awal ) Σ. pengukuran
V/10 mmHg =
302,7 mV − 186,4mV 15
V/10 mmHg =
116,3mV 15
V/10 mmHg = 7,75 mV
Dimana sensor tekanan ini sifatnya pasip yang harus mendapatkan sumber energi dari luar agar didapat nilai tegangan, dimana cara kerjanya terdapat hubungan antara tekanan dengan selisih potensial (tegangan), semakin besar tekanannya semakin tinggi nilai potensialnya dan sebelumnya sensor ini harus diberi catudaya.
3.3. Rangkaian Buffer
Rangkaian ini berfungsi untuk menyangga tegangan yang berasal dari sensor tekanan agar memperoleh tegangan yang mempunyai impedansi masukan yang sangat tinggi. Hal ini dimaksudkan karena tegangan yang terjadi antara sensor tekanan dan udara yang menekannya tidak dapat menimbulkan arus listrik yang cukup tinggi sehingga tegangan keluaran dari sensor sangat kecil.
41
Pada saat Vin sama dengan nol Volt maka Vout = 0 Volt. Hal ini sesuai dengan persamaan (II.2), dimana = Vin = 0 Volt. Rf Vo = + 1.Vin Ri
4
0 Vo = + 1.186,4 = 1. 186,4 = 186,4 mV Ri
2
-
3
+
6
Vo
7
Vin
Gambar III.3 Rangkaian Buffer
3.4. Rangkaian Penjumlah Membalik Pada perencanaan penjumlah membalik ini akan menjumlahkan masukan V1 dan V2 (tegangan acuan sebesar 186,4 mV). hal ini dimaksudkan agar pada saat sensor tekanan belum mendapatkan masukan berupa tekanan udara tegangan keluarannya dari rangkaian penjumlah sebesar nol volt, maka pada display menunjukan 000 mmHg. Hal ini dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (II.5) dimana : Vout = -(V1+V2) apabila nilai R1,R2 dan Rf sama
42
RF - VCC
2
-
3
+
U3 6
R2
Vout
7
V2
R1 4
V1
0
+ VCC
Gambar III.4 Rangkaian penjumlah membalik
Dimana : V1 adalah keluaran dari rangkaian buffer V2 adalah keluaran dari rangkaian Pengatur tegangan Referensi R1,R2 dan Rf mempunyai nilai yang sama yaitu 10 KΩ Sehingga didapat : Vout = - ( 186,4mV + (-186,4mV) Vout = 0 mV Besarnya nilai tegangan adalah didapat dari hasil penjumlahan tegangan yang kemudian dimasukan kerangkaian pembagi tegangan dengan penguatan membalik, dimana fungsinya untuk memberikan tegangan referensi pada rangkaian penjumlah sehingga pada saat sensor belum mendapat tekanan udara output dari rangkaian penjumlah adalah 0 volt. rangkaian pembagi tegangan dengan penguatan membalik tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini
43
vcc
R1 R4
- vcc 4
R2
2
-
3
+
U2
7
6
R3 + VCC
Gambar III.5 Rangkaian Pengatur Tegangan Referensi
Agar dapat tegangan acuan 186,4 mV, maka besarannya nilai R4 adalah: Vref =
R3 .Vcc R3 + R 4
186,4 mV =
20Ω .5Volt 20Ω + R 4
186,4 mV =
100 20Ω + R 4
186,4 mV (20Ω + R 4 ) = 100 0,186. R4 = 100 – 3,72 R4 =
100 − 3,72 0.186
R4 =
96,28Ω 0,186
R4 = 517,63 Ω
44
3.5. Rangkaian Penguat Membalik
Pada rangkaian ini diharapkan tegangan keluarannya sepuluh kali dari masukannya. Untuk itu diperlukan perbandingan antara Ri dan Rf sama dengan 10/1 kali. Hal itu dapat diwujudkan dengan memberi nilai Ri sebesar 10KΩ dan Rf sebesar 100KΩ. Sehingga pada saat masukannya 186 mV maka keluarannya menjadi 1,86 V. sesuai gambar rangkaian dan menurut persamaan (2.15) seperti dibawah ini : Rf Vo = - .Vin Ri 100kΩ Vo = - .Vin 10kΩ
Vo = - 10. Vin Misalkan Vin = - 186 mV maka Vo adalah Vo = - 10 . (-186 mV) Vo = 1,86 Volt
4
Rf
Ri
2
-
3
+
6
7
Vin
Gambar III.6 Rangkaian Penguat Membalik
Vo
45
3.6. Perencanaan Rangkaian Display
Gambar III.7 Rangkaian Penampil mmHg
Rangkaian display ini merupakan sebagai penampil dari hasil pengukuran dalam satuan mmHg yang didapat dari pengindraan dari sensor tekanan dengan resolusi dari jangkauan yang telah ditetapkan yang berupa pengolahan data dari tegangan listrik dan akan dikonversikan kedalam kode-kode biner yang dihasilkan oleh ADC.
