DESAIN DAN REALISASI SISTEM PENGENDALI KONVEYOR MENGGUNAKAN SENSOR OPTIK BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51
Warsito, Sri Wahyu Suciyati dan Junaidi Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung Jl. Sumantri Brojonegoro No.1 Bandar Lampung 35145 Email :
[email protected]
ABSTRACK This research explain about system of controller of conveyor used in PT. CoalMine of Sour Hill ( Persero) of Port of Tarahan Float to use mikrokontroller AT89C51 stringed up with infra-red censor. Infra-Red censor function as consignor of sinyal of input which can determine to work or do not it is mikrokontroller. Mikrokontroler will work when infra-red ray blocked by train of during 15 second. Infra-Red Transmitter formed with network of multivibrator astabil use IC NE555. While it’s infra-red receiver use fotodioda of type of A-394HB which the number by saklar is electronics ( transistor of BD139 and BC108). Alarm will be set by a life first time in a time gap 30 second after blocked infrared censor. Later;Then first conveyor, second conveyor, third conveyor and so on with time delay 15 second. After the system will die ( mikrokontroler in position reset) after infra-red censor shall no longger be blocked ( hitting infra-red receiver) during 60 second. 1. PENDAHULUAN Konveyor merupakan suatu alat yang digunakan untuk tujuan peng- angkutan. Penggunaan konveyor juga dilakukan untuk efisiensi waktu. Konveyor di industri digunakan untuk mengangkut bahan produksi yang akan diproses lebih lanjut atau mengangkut barang hasil produksi. Konveyor yang ada biasanya selalu dalam keadaan hidup dan terus berjalan meskipun belum ada benda hasil produksi, maka yang terjadi adalah pemborosan energi. Dalam aplikasinya konveyor diputar dengan menggunakan motor listrik yang dikendalikan oleh sistem kontrol
baik secara manual maupun otomatis. Saat ini sistem kontrol yang digunakan masih dipandang mahal dan selalu memakai produk luar negeri. Hal inilah yang melatarbelakangi dilakukannya penelitian tentang konveyor. Simulasi dilakukan menggunakan arus searah dan arus bolak-balik. Arus searah digunakan untuk mengaktifkan relay dan alarm, sedangkan arus bolak-balik digunakan untuk sumber motor listrik yang akan memutar konveyor.
Pada sensor inframerahnya kami menggunakan LED Inframerah (transmiter) dan photodioda (receiver). Untuk mengontrol konveyor tersebut kami menggunakan mikrokontroler AT89C51 dan menggunakan pemrograman Turbo Assembler. 1.1
Sistem Kontrol
Suatu sistem dapat diklasifikasikan ke dalam dua jenis, yaitu sistem berumpan maju dan sistem berumpan balik. Sistem berumpan maju dicirikan dengan tidak adanya komponen balikan (feedback) di dalam sistem tersebut. Keluaran dari sistem tersebut selalu menjadi besaran penting bagi sistem tersebut. Sistem berumpan maju dapat pula dikatakan sebagai sistem pengukuran, (Gambar 1) (Warsito, 2003). Input
Proses
Output
Gambar 1. Sistem berumpan maju Sistem berumpan balik memiliki komponen balikan, yaitu keluaran dari sistem akan menjadi bagian masukan pada proses berikutnya, (Gambar 2). Sistem ini juga disebut sistem pengontrolan. Pengontrolan akan berakhir apabila sistem tersebut telah stabil.
input
Proses
output
Feedback Gambar 2. Sistem berumpan balik Sistem kontrol terbagi dalam dua jenis, yaitu sistem manual dan otomatis. Sistem manual merupakan sistem yang
otomatisasinya dilakukan langsung oleh manusia setiap kali sistem tersebut bekerja. Sedangkan sistem kontrol otomatis dapat terealisasi dengan suatu sistem cerdas, artinya keluaran akan mencatu masukan secara otomatis sampai tujuan keluaran tercapai (reference output). Realisasi suatu sistem kontrol otomatis memerlukan suatu nilai masukan referensi, baik dalam perumusan maupun pemberian nilai konstanta sebagai acuan sistem untuk menuju kestabilan (Warsito dan Yuliansyah, 2004). 1.2 Mikrokontroler AT89C51 Mikrokontroler AT89C51merupakan mikrokontroler CMOS 8 bit dengan 4 KByte Flash Programmable and Erasable Read Only Memory (PEROM). Mikrokontroler berteknologi memori non-volatile berkecepatan tinggi dari atmel ini kompatibel dengan mikrokontroler MCS-51. Mikrokontroler AT89C51 memiliki memori yang terdiri dari RAM internal dan Special Function Register (SFR). RAM internal berukuran 128 byte dan beralamatkan 00H – 7FH serta dapat diakses menggunakan RAM address register. RAM internal terdiri dari 8 buah register (R0 – R7) yang disebut bank register. Special Function Register berjumlah 21 buah berada pada alamat 80H – FFH (Budiharto, 2004). Mikrokontroler AT89C51 memiliki 40 pin, 32 pin diantaranya adalah pin untuk keperluan port paralel. Sebuah port paralel terdiri atas 8 pin (8 bit), sehingga terdapat 4 kelompok port paralel, yang masing-masing disebut Port 0 (P0), Port 1 (P1), Port 2 (P2)
dan Port 3 (P3). Nomor dari masingmasing port paralel dimulai dari 0 sampai 7. Gambar 3 merupakan diagram pin untuk mikrokontroler AT89C51 (Eko Putra, 2002).
Gambar 3. Diagram pin pada mikrokontroler AT89C51 1.3 Sensor Inframerah Terdiri dari dua buah rangkaian, yaitu rangkaian transimitter dan receiver inframerah. Rangkaian transmitter inframerah dibentuk menggunakan rangkaian astabil multivibrator dengan IC NE 555. Rangkaian ini mampu menghasilkan gelombang carrier (pembawa) dengan batasan 32 – 45 KHz. Rangkaian receiver inframerah terbentuk menggunakan fotodioda tipe A-394HB yang dioperasikan secara reverse bias. Fotodioda merupakan sensor optik. Terdapat dua operasi pada fotodioda, yaitu fordward biased dan reverse biased. Apabila bagian positif fotodioda dihubungkan dengan kutub
positip dari sebuah baterai, sedangkan kutub negatip fotodioda dihubungkan dengan bagian negatif baterai, maka terjadi hubungan yang dinamakan "forward bias". Dalam keadaan forward bias, di dalam rangkaian itu timbul arus listrik yang disebabkan oleh kedua macam pembawa muatan. Jadi arus listrik yang mengalir di dalam Sambungan p-n disebabkan oleh gerakan hole dan gerakan elektron. Arus listrik itu mengalir searah dengan gerakan hole, tapi berlawanan arah dengan gerakan elektron. Apabila bagian positif fotodioda dihubungkan dengan kutup negatip baterai dan bagian negatif fotodioda dihubungkan dengan kutub positip baterai, maka sekarang terbentuk hubungan yang dinamakan "reverse bias". Dengan keadaan seperti ini, maka hole (pembawa muatan positip) dapat tersambung langsung ke kutub positip, sedangkan elektron juga langsung ke kutub positip. Jadi, jelas di dalam Sambungan p-n tidak ada gerakan pembawa muatan mayoritas baik hole maupun elektron. Sedangkan pembawa muatan minoritas (elektron) di dalam bagian P bergerak berusaha mencapai kutub positip baterai. Demikian pula pembawa muatan minoritas (hole) di dalam bagian N juga bergerak berusaha mencapai kutub negatip. Karena itu, dalam keadaan reverse bias, di dalam Sambungan p-n terdapat arus yang timbul meskipun dalam jumlah yang sangat kecil (mikro ampere). Arus ini sering disebut dengan reverse saturation current atau leakage current (arus bocor).
1.4 Sinar Inframerah
2.2 Rancangan Penelitian
Sinar inframerah dihasilkan dari getaran atom pada suatu bahan seperti bahan untuk light emitting dioda (LED). Frekuensi sinar inframerah berkisar antara 3x1011 – 3,9x1014 Hz dengan panjang gelombang berkisar antara 7,7x10-7 – 10-3 meter.
a. Perancangan Sensor
Dalam aplikasi sensor agar diperoleh jangkauan yang relatif jauh, maka digunakan gelombang pembawa (carrier) yang menghasilkan frekuensi tertentu. Sinar inframerah ini dihasilkan oleh unsur Si dan HgCdTe.
Sensor dirancang dengan meletakkan bagian transmitter inframerah yang saling berseberangan dengan receiver inframerah. Transmitter inframerah terdiri dari rangkaian IC 555 yang berfungsi sebagai pembawa frekuensi dengan batasan 32 KHz – 42 KHz. Detektor (receiver) terangkai dengan menggunakan fotodioda tipe A394HB yang berfungsi sebagai pensuplai tegangan ke relay. Ketika cahaya inframerah terhalang oleh benda, maka transistor akan menghubungkan arus ke port P3.1 mikrokontroler sebagai masukan sensor. Pemilihan inframerah dalam penelitian ini didasari pertimbangan, jangkauan cahaya inframerah memiliki radius intensitas relatif jauh dan tidak mengganggu pandangan mata manusia. b. Perancangan Konveyor
Gambar 4. Spektrum cahaya dan respon mata manusia ( Diambil dari http://alds.stts.edu)
2. METODE PENELITIAN 2.1 Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : IC mikrokontroler AT89C51, IC NE555, IC LM7805, fotodioda tipe A-394HB, LED inframerah, relay 6 volt, transistor, resistor, kapasitor, kristal 12 MHz, Motor AC, batang alumunium, lembaran seng, bor listrik, multimeter dan komputer.
Alarm
dan
Alarm dirancang dengan tujuan pengamanan dan keselamatan pekerja. Alarm akan hidup pertama kali dalam selang waktu ± 30 detik ketika mikrokontroler aktif. Dengan aktifnya alarm ini diharapkan dapat memberikan informasi kepada para pekerja bahwa sistem akan mulai bekerja. Sehingga para pekerja yang ada di lingkungan konveyor ( sedang mengontrol atau memperbaiki konveyor ) lebih berhati-hati. Perancangan konveyor dibuat menggunakan batang alumunium dan seng. Sabuk konveyor kemudian diputar oleh motor listrik berspesifikasi 220 VAC. Dalam penelitian ini digunakan dua buah motor listrik yang hidup secara
kontinyu dengan tujuan penghematan energi listrik.
Mulai Tidak
c.
Perancangan Program Mikrokontroler AT89C51
Pada
Mikrokontroler AT89C51 berfungsi sebagai pengontrol dan pengendali sinyal masukan alarm dan motor listrik. Program tambahan dibuat untuk kondisi khusus, yaitu saat kereta api melintasi dan menghalang cahaya inframerah, maka sistem bekerja. Bahasa pemograman yang digunakan adalah Turbo assembler yang kemudian diuji menggunakan program topview simulator (frontline elektronics put ltd) sebagai simulator perangkat keras dari mikrokontroler AT89C51. Gambar 5 berikut merupakan blok diagram dari sistem pengendali konveyor :
Sensor
AT89C51
Relay
Gambar 5. Blok diagram pengendali konveyor
Alarm & Konveyor
sistem
Apakah P3.1 =1 ?
Ya Hidupkan Alarm (P0.0)
Tunda 30 detik
Matikan Alarm (P0.0)
Apakah P3.1 =1 ?
Tidak
Ya
Hidupkan Konveyor 1 (P0.1)
Tunda 15 detik
Apakah P3.1 =1 ?
Tidak
Tunda 60 detik lalu matikan sistem
Ya
Dari diagram blok di atas, mikrokontroler akan bekerja setelah sensor inframerah terhalang oleh objek (kereta api). Kemudian relay aktif dan menghubungkan tegangan AC ke motor listrik.
Hidupkan Konveyor 2 (P0.2)
Apakah P3.1 =1 ?
Tidak
Ya
Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada diagram alur penelitian berikut :
Hidupkan Seluruh Konveyor
Selesai
Gambar 6. Diagram alur penelitian
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Data karakteristik fotodioda tipe A-394HB terhadap perubahan jarak
Tegangan (volt)
3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0
20
40
60
80
100 120 140
160 180 200 220 240 260 280 300
Jarak (cm)
Gambar 7. Data karakteristik fotodioda tipe A-394HB terhadap perubahan jarak Dari grafik di atas, diperoleh nilai yang tidak linier. Hal ini disebabkan oleh faktor intensitas cahaya luar yang ikut tertangkap oleh detektor inframerah. Ketidaklinieran antara perubahan jarak terhadap nilai tegangan keluaran dari detektor juga dapat disebabkan oleh faktor catu daya yang diberikan. Catu daya yang digunakan hanya menggunakan sebuah baterai 9 Volt yang kemudian dirangkai dengan sebuah IC regulator LM 7805. Diperkirakan pada saat pengambilan data, nilai arus dari baterai berkurang, sehingga menyebabkan suplai arus ke detektor juga ikut berkurang. Pada posisi terhalang (inframerah tidak mengenai fotodioda), besar tegangan keluaran dari fotodioda tipe A394HB adalah 4,86 volt untuk setiap perubahan jarak. 3.2 Transistor sebagai saklar Rangkaian transistor sebagai saklar tersususn atas dua buah transistor, yaitu tipe BD139 dan tipe BC108 sebagai saklar. Seperti terlihat pada Gambar 8 berikut :
Input
Gambar 8. Rangkaian transistor sebagai saklar Karena nilai arus yang terlalu kecil ( 0,14 mA), maka keluaran dari fotodioda tidak dapat langsung dihubungkan dengan pin P3.1 sebagai pin masukan sensor, tetapi harus dikuatkan terlebih dahulu. Mikrokontroler akan aktif (bekerja) apabila pada pin P3.1 mendapat sinyal masukan aktif tinggi. Mikrokontroler tipe AT89C51 akan aktif apabila mendapat tegangan sebesar 1,9 volt sampai 5,5 Volt untuk kondisi high (logika 1) dan 0,5 volt sampai 0,9 Volt untuk kondisi low (logika 0).
3.3 Rangkaian Pengendali Alarm dan Konveyor Rangkaian pengendali alarm dan konveyor dibuat sederhana yang terdiri dari rangkaian pensaklaran menggunakan sebuah transistor tipe A 733 dan dua buah resistor yang terhubung ke relay 5 Volt, (Gambar 9).
Dari Port 0
Gambar 9 Rangkaian Pensaklaran Alarm dan Konveyor Semua pin keluaran dari mikrokontroler AT89C51 dalam keadaan aktif tinggi (sama dengan tegangan Vcc) pada saat belum diisikan program. Pada gambar di atas transistor akan aktif apabila pada kaki basis mendapat tegangan rendah (logika 0). Berdasarkan hasil pengukuran dengan multimeter, tegangan yang masuk pada kaki basis
saat program dijalankan dan menghidupkan alarm dan konveyor adalah 0 Volt dengan arus sebesar 82,7 mA. 4. Kesimpulan Alat pengendali konveyor yang telah dibuat terbukti mampu mengendali konveyor. Berdasarkan pembahasan yang telah diberikan sebelumnya, didapat beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Transmitter dan receiver inframerah dapat bekerja dengan baik pada jarak ± 3 meter. 2. Tegangan keluaran fotodioda sebesar +4,86 Volt dengan arus sekitar 0,14 mA pada saat cahaya inframerah terhalang dan +1,93 Volt dengan arus 0,14 mA pada saat cahaya inframerah tidak terhalang. 3. Mikrokontroler akan bekerja apabila tegangan pada port 3.1 logika satu selama ± 15 detik dan akan reset dalam waktu ± 60 detik setelah port 3.1 benilai logika nol.
DAFTAR PUSTAKA Anonimous, 2006, Teknik Remot Kontrol dengan Inframerah, http://alds.stts.edu. Budiharto, W., 2004, Interfacing Komputer dan Mikrokontroler, Gramedia, Jakarta. Eko Putra, A., 2002, Belajar Mikrikontroler AT89C51/52/55 ( Teori dan Aplikasi), Gava Media, Yogyakarta. Nalwan, A. P., 2003, Teknik Antarmuka dan Pemograman Mikrokntroler AT89C51, Gramedia, Jakarta. Suhata, 2005, Aplikasi Mikrokontroler Sebagai Pengendali Peratan Elektronik Via Line Telepon, PT Elex Media Komputindo, Jakarta. Warsito, 2003, Bahan Ajar Teori Sistem, tidak diterbitkan. Warsito dan Yuliansyah D., 2004, Desain dan Realisasi Prototive Sistem Conveyor Yang Dikendalikan Oleh Sebuah PC Berbasis PPI8255, Jurnal Informatika Darmajaya, Vol.2, No.1, 67-77, Juni 2004.
