BAB III PERENCANAAN PERANGKAT KERAS DAN LUNAK
3.1
Gambaran Umum Perangkat keras dari proyek ini secara umum dibagi menjadi dua bagian, yaitu perangkat elektronik dan mekanik alat pendeteksi gempa.Perancangan mekanik meliputi pengaturan struktur peletakkan sensor accelerometer dan modul komponen pendukung.Mekanik terbuat dari dua toples yang sudah dimodifikasi untuk keperluan alat pendeteksi gempa ini.Secara keseluruhan alat ini sangat ditentukan oleh perangkat lunak yang diterapkan didalamnya.Perangkat lunak yang dibangun didalam alat ini adalah perangkat lunak untuk mengatur respon terhadap pembacaan sensor. Selain itu agar alat ini dapat berjalan dengan baik dan sesuai dengan yang diinginkan maka sangat tergantung dari piranti keras sebagai pendukungnya, antara lain design mekanik alat itu sendiri serta mikrokontroller sebagai pembaca data dari sensor yang dikonversi ke data digital. Sistem perangkat lunak yang dirancang dalam alat ini terdiri dari dua yaitu sistem kontrol dan sistem sensor. Jenis sensor yang digunakan adalah sensor accelerometer yang termodulasi sebagai sensor pendeteksi getaran yang terjadi sehingga menjadi penghubung antara lingkungan uji dengan sistem alat pendeteksi gempa ini. Sedangkan sistem kontrol adalah pendeteksi getaran yang telah diatur sedemikian rupa sehingga sesuai dengan yang diinginkan. Buzzer akan menyala jika sebuah sistem mikrokontroller melalui sebuah sensor MMA7260 mendeteksi adanya perubahan data secara digital, berarti adanya getaran yang terdeteksi.
3.2
Blok Diagram system Sebelum merancang perangkat lunak, yang perlu diketahui adalah susunan dari sistem itu sendiri (blok diagram sistem). Secara keseluruhan gambaran sistem yang dibangun di alat ini adalah sebagai berikut:
25
Gambar 3.1Blok Diagaram Sistem Dari gambar diatas dapat diuraikan bahwa mikrokontroler ATmega8535
berfungsi
sistem.Perancangan acclerometer
sistem
dengan
sebagai
unit
berdasarkan
menggunakan
pengontrol
utama
implementasi
dari
sensor
perangkat
lunak
pendekatan
pada
(software) maupun perangkat keras (hardware). Menurut blok diagram diatas alat pendeteksi gempa ini sesuai dengan data yang diterima oleh mikrokontroller dari pembacaan sensor, yaitu data untuk mendeteksi adanya getaran. Sistem dirancang dengan menentukan terlebih dahulu sistem kontroller yang dipakai, Perencanaan port yang digunakan sebagai masukan dan keluaran, selanjutnya dilakukan pembuatan program utama dan subrutin-subrutinnya. 3.3
Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras bertujuan untuk menghindari kesalahan yang terjadi. Dalam perancangan rangkaian digunakan bantuan software isis proteus yang sangat berguna dalam mendesain rangkaian elektronik. Perancangan yang dilakukan pada bab ini adalah : 1. Perancangan power suplly 2
Rangkaian downloader ATmega 8535
3. Rangkaian sistem mikrokontroller
26
4. Perancangan LCD 5. Perancangan Sensor Accelerometer 6. Perancangan mekanik
3.3.1 Perancangan Rangkaian Power Suplly Rangkaian powersuplly berfungsi sebagai sumber tegangan beberapa rangkaian pendukung alat ini.Rangkaian power suplai yang dibuat untuk menghasilkan tegangan 5 volt dan 12 volt.Untuk menghasilkan tegangan 5 volt pada rangkaian power suplai digunakan regulator 7805.Regulator 7805 dapat menurunkan tegangan dari baterai 12 volt ke 5 volt. Tegangan 12 volt dari baterai diturunkan dengan 7805, tegangan
tersebut
dapat
langsung
disambungkan
pada
mikrokontroller yang membutuhkan tegangan 5 volt. Ic7805 tidak memerlukan komponen tambahan untuk meregulasi tegangan, membuatnya mudah digunakan, ekonomis dan hemat ruang.Regulator tegangan lainnya mungkin memerlukan komponen
tambahan
untuk
membantu
peregulasian
tegangan.Bahkan untuk regulator bersakelar, selain membutuhkan banyak komponen, juga membutuhkan perencanaan yang rumit. Seri ic 7805 memiliki rangkaian pengaman terhadap pembebanan lebih, panas tinggi dan hubungsingkat, membuatnya hampir tak dapat dirusak. Dalam keadaan tertentu, kemampuan pembatasan arus peranti 7805 tidak hanya melindunginya sendiri, tetapi juga melindungi rangkaian yang ditopangnya.Dari gambar 3.2 dapat dilihat gambar rangkain power suplai.
27
Gambar 3.2 Rangkaian Power Suplly Rangkaian power suplai pada gambar 3.2
memiliki 3
channel 12 volt dan 5 channel 5 volt dari satu input baterai 12 volt. Digunakan satu buah led sebagai indikator bahwa adanya tegangan 5 volt pada konektor.Tegangan masukan harus lebih tinggi dari tegangan keluaran (biasanya 2-3 volt). Ini membuatnya tidak tepat digunakan untuk penggunaan tegangan rendah, misalnya regulasi 5 volt dari sumber baterai 6 volt tidak akan bekerja dengan 7805. Sebagaimana regulator linier lainnya, arus masukan sama dengan arus keluaran. Karena tegangan masukan lebih tinggi daripada tegangan keluaran, berarti ada daya yang diboroskan. Dalam perencanaan rangkaian regulator digunakan software isisproteus dalam membuat rangkaian power supply. Setelah dibuat dalam program isis proteus, dibuat rangkaian layout pcb menggunakan ares proteus. 3.3.2 Rangkaian Downloader ATmega 8535 Rangkaian ini digunakan untuk mendownloadkan program ke mikrokontroller. Pemrograman secara InSystem Programming adalah programmer yang tidak perlu melepas IC mikrokontroller pada waktu akan di downloadkan, berarti pendownloadan program
28
dapat langsung dilakukan pada rangkaian aplikasi.Yaitu dengan memanfaatkan pin-pin pada mikrokontroller ATmega8535.Untuk dapat menyimpan program yang telah kita buat pada memori mikrokontroller
dibutuhkan
perangkat
tambahan
yang
menghubungkan antara PC dan mikrokontroller. Perangkat interface ini disebut isp_dongle yang menghubungkan port parallel PC dan port SPI (Serial Peripheral Interface) mikrokontroller.
Gambar 3.3 Rangkaian Downloader 3.3.3 Rangkaian Sistem Mikrokontroller Rangkaian pembaca
data
sistem dari
mikrokontroller
sensor..Sistem
berfungsi
Mikrokontroler
sebagai yang
direncanakan adalah menggunakan ATmega8535 dengan memori program internal 8 Kbyte sehingga tidak memerlukan memori program eksternal. Mikrokontroler ATmega8535 dipilih selain karena telah terdapat ADC internal di dalam chip-nya dengan tingkat kestabilan yang cukup presisi, mempunyai compiler canggih dengan bahasa pemrograman tingkat tinggi yaitu bahasa C sehingga lebih memudahkan programmer, dan juga karena memiliki memori, jumlah timer/counter, serta jumlah port yang cukup untuk digunakan dalam proyek akhir ini. Dengan mengunakan
ATmega8535
29
pengontrolan
sistem
lebih
mudah.Gambar
rangkaian
sistem
mikrikontroller
seperti
ditunjukkan pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Sistem minimum rangkaian mikrokontroller
Mikrokontroler Atmega 8535 dalam proyek akhir ini digunakan untuk mengolah data dari masukan sensor dan kemudian diolah menjadi data keluaran. ATmega8535 mempunyai 3 jenis memori yaitu memori data,memori program dan memori EEPROM. Ketiganya memiliki ruang sendiri dan terpisah. 1. Memori Program ATmega 8535 memiliki kapasitas memori program sebesar 8 Kbyte yang terpetakan dari alamat 0000h-0FFFh dimana masing-masing alamat memiliki lebar data 16 bit.Memori program ini terbagi menjadi dua bagian yaitu bagian program boot dan bagian program aplikasi.
30
Gambar3.5 Memori Program AVR ATmega 8535
2. Memori Data ATmega memiliki kapasitas memori data sebesar 608 byte yang terbagi menjadi 3 bagian yaitu register serba guna, register I/O dan SRAM. ATmega 8535 memiliki 32 byte register serba guna, 64 byte register I/O yang dapat diakses sebagai bagian dari memori RAM (menggunakan instruksi LD dan ST) atau dapat juga diakses sebagai I/O (menggunakan instruksi IN atau OUT) dan512 byte digunakan untuk memori data SRAM. Register serba guna menempati space data pada alamat terbawah yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 sampai $5F. Register
tersebut
31
merupakan
register
yang
khusus
digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register, timer/counter, fungsi fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap dapat dilihat pada tabel dibawah. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F.
Tabel 3.1 Memori Data AVR ATmega 8535 Memori program yang terletak pada Flash Perom tersusun dalam word atau 2 byte karena setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32bit.AVR ATMega8535 memiliki 4KByte x 16 Bit Flash Perom dengan alamat mulai dari $000 sampai $FFF.AVR tersebut memiliki 12 bit Program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi Flash. 3. Memori EEPROM ATmega8535 memiliki memori EEPROM sebesar 512 byte yang terpisah
dari memori program maupun memori data.
Memori EEPROM hanya dapat diakses dengan mengunakan register-register I/O yaitu register EEPROM Address, register EEPROM data dan register EEPROM Control. Untuk mengakses memori EEPROM ini sama seperti mengakses data
32
eksternal, sehingga waktu eksekusinya relative lebih lama dibandingkan dengan mengakses data dari SRAM
3.3.4 Perancangan LCD Perancangan LCD terhubung pada port c mikrokontroller, port c pada mikrokontroller difungsikan untuk menampilkan suatu karakter pada lcd yang udah disetting dalam codewizardavr. Dapat dilihathubungan antara mikrokontroller dengan lcd pada isis proteus. Untuk koneksi keluar, modul LCD ini dilengkapi dengan 16 pin. LCD ini dilengkapi dengan jalur data bus (yaitu DB.0..DB7) yang dapat digunakan untuk menyalurkan data ke LCD.selain itu LCD dilengkapi dengan pin E, R/W dan RS sehingga compatable dengan mikroprosesor. RS merupakan singkatan dari register select yang berfungsi untuk membedakan data yang akan diterima oleh LCD. Jika RS=0,data yang dikirim adalah
perintah
yangmengatur
kerja
LCD.sedangkan
jika
RS=1,data yang dikirim adalah data yang akan ditampilkan pada panel LCD.
Gambar 3.6 Rangkaian LCD
33
Mikrokontroler hanya perlu untuk mengirimkan data-data yang merupakan karakter yang akan ditampilkan pada layar LCD maupun perintah-perintah pengaturan tampilan LCD. Pada LCD kaki 15 dan 16 akan ditambahkan suplai 5 volt untuk menyalakan itensitas cahaya. Pada rangkaian LCD membutuhkan 5 volt sebagai suplai dan potensiometer untuk mengatur kontras/kecerahan dari LCD tersebut. Pada input LED, dipasang resistor sebagai penguat arus, sehingga dapat menampilkan cahaya LED yang cukup terang.
3.3.5 Perancangan Sensor Accelerometer Secara umum perancangan perangkat keras dari sistem instrumentasi
accelerometer
meliputi
perancangan
sensor
accelerometer MMA7260, pengondisi sinyalSensor accelerometer beroperasi padategangan 2,2 – 3,6 volt dengan tegangan tipikal 3,3 volt (Vdd). Keluaran sensor accelerometer berupa tegangan analog yang merepresentasikandata percepatan dalam satuan gravitasi (g).Sensor accelerometer MMA7260Qmemiliki tingkat sensitivitas yang dapat dipilih yaitu 1,5 g/ 2 g/ 4 g/ 6 g. Tingkat sensitivitasdapat dipilih dengan melakukan pengesetan padapin gselect1 dan g-select2. Koneksi masukan dankeluaran pin-pin pada accelerometer MMA7260dapat dilihat pada Gambar 3.7.
34
Gambar 3.7 Konfigurasi pin-pin accelerometer MMA7260.
3.3.6 Perancangan Mekanik Pada perencanaan pembuatan mekanik baik rangka dari alatini dipilih bahan yang mudah untuk dibentuk dan mempunyai berat yang ringan, maupun dalam pemilihan bentuk mekanik alat ini.Bahan dari mekanik terbuat dari plastik.Ada dua bagian mekanik yaitu bagian atas dan bawah yang memisahkan beberapa komponen alat pendeteksi gempa ini dengan sensor yang berada di bagian atas.Sensor terletak tersendiri dibagian atas mekanik untuk mengfleksibelkan gerakan sensor jika mengalami getaran.Di bagian bawah terdapat tempat untuk komponen seperti modul mikrokontroller, LCD, buzzer dan power suplai.
Gambar dari
mekanik alat pendeteksi gempa ini dapat dilihat gambar dibawah ini:
Gambar 3.8 mekanik tampak depan
35
Gambar 3.9 mekanik tampak samping 3.4 Perancangan Perangkat Lunak 3.4.1 Sistem Kontroler Sistem
Mikrokontroler
yang
direncanakan
adalah
menggunakan ATmega8535 dengan memori program internal 16 Kbyte sehingga tidak memerlukan memori program eksternal. Mikrokontroler ATmega8535 dipilih selain karena telah terdapat ADC internal di dalam chip-nya dengan tingkat kestabilan yang cukup presisi, mempunyai compiler canggih dengan bahasa pemrograman tingkat tinggi yaitu bahasa C sehingga lebih memudahkan programmer, dan juga karena memiliki memori , jumlah timer/counter, serta jumlah port yang cukup untuk digunakan
dalam
proyek
akhir
ini.
Dengan
mengunakan
ATmega8535 pengontrolan sistem lebih mudah, salah satunya
36
yaitu mengenai pengontrolan 3 chanel ADC yang digunakan sebagai pengolah data dari sesor MMA7260. Mikrokontroler dipergunakan untuk mengontrol semua peralatan yang ada dalam sistem dengan acuan pembacaan data dari sensor accelerometer.Pembacaan dari sensor accelerometer langsung dimasukkan ke dalam mikrokontroler yang kemudian diproses dan dijadikan acuan untuk pengambilan keputusan, yang dalam hal ini adalah mengetahui adanya getaran atau tidak. 3.4.2 Perencanaan Masukan Dan Keluaran Pada Mikrokontroler ATmega8535 terdapat 4 buah port I/O 8 bit, yaitu port A, port B, port C, dan port D. Dimana dalam pengerjaan tugas akhir ini konfigurasi port – port yang digunakan adalah sebagai berikut :
Port A: 3 bit dari port A ini digunakan sebagai 3 chanel ADC untuk konversi input 3 sumbu x,y dan z keluaran dari sensor accelerometer. yang difungsikan sebagai pengukur adanya getaran.
Port C : 6 bit dari Port C ini digunakan sebagai keluaran port untuk LCD.
Port D : 1 bit dari Port D ini digunakan sebagai RX output untuk menyalakan buzzer.
37
