Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094
PEMBUATAN TIMER OTOMATIS UNTUK LAMPU PENERANGAN MIKROKONTROLLER MCS 8051 Oleh: Yanu Shalahudin ABSTRAK Pemanfaatan energi listrik dewasa ini kurang efektif pasalnya banyak peralatan elektronik yang mengkonsumsi listrik secara berlebihan dan penggunanya terkadang lalai dalam mematikannya, dalam hal ini lampu penerangan jalan umum. Tujuan pembuatan alat ini adalah untuk menyalakan dan mematikan lampu penerangan jalan umum tanpa harus menekan tombol saklar. Alat ini menggunakan mikrokontroler AT89S51 sebagai CPU, setting waktu melalui keypad matrix 4X3, dan di tampilkan pada LCD 2X16 karakter seri M1632. Driver relay sebagai rangkaian saklar otomatis. Prinsip kerja alat ini mikrokontroller memproses data dari keypad dan tertampilkan pada LCD dan keaktifan relay bergantung pada perintah dari mikrokontroller. Buzzer sebagai indikator bunyi saat pencacahan waktu telah usai. Hasil dari pengujian yang dilakukan, alat ini bekerja sesuai harapan dan pencacahan waktunya lebih presisi Kata Kunci: mikrokontoller AT89S51 ABSTRACT Utilization of electrical energy today is less effective because many electronic devices that consume excessive power and users sometimes negligent in turning it off, in this case the public street lighting. The purpose of making this tool is to turn on and off lights street lighting without having to press the switch. This tool uses a microcontroller AT89S51 as the CPU, setting time through 4X3 matrix keypad, and LCD 2x16 character display on M1632series. Driver relay as a series of automatic switches. The working principle of this device microcontroller processes the data from the keypad and Shown on the LCD and the activity of the relay depends on the orders of the microcontroller. Buzzer sound indicator when the enumeration period has ended. The results of the tests performed, it works as expected and more precise enumeration time. Keyword: microcontoller AT89S51
menggunakan listrik untuk dapat bekerja. Salah satu peralatan elektronoik yang mengkonsumsi energi listrik adalah lampu. Lampu sangat dibutuhkan masyarakat khususnya dimalam hari sebagai penerangan jalan. Namun, banyak sekali masyarakat yang mengabaikan penggunaan lampu, sering kali lampu tersebut masih tetap menyala saat siang
I. PENDAHULUAN Pemanfaatan energi listrik dewasa ini kurang efektif pasalnya banyak peralatan elektronik yang mengkonsumsi listrik secara berlebihan. Hal tersebut disebabkan karena para pengguna alat elektronik kurang sadar akan pentingnya energi listrik dan lalai mematikan jika sudah tidak terpakai. Hampir semua alat elektronik 28
Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094
hari. Hal tersebut merupakan salah satu pemborosan energi listrik. maka upaya penghematan terjadinya pemborosan tersebut perlu dipasang rangkaian saklar lampu otomatis dengan menggunakan timer. Timer untuk mengaktifkan sistem elektrikal secara umum sudah banyak diproduksi. Rata-rata konfigurasi antara mekanikal, elektrikal dan sistem digital. Sampai sekarang timer belum ada yang di produksi di dalam negeri, walaupun teknologi di dalam negeri sudah banyak mengenal bahkan di pelajari di lingkungan akademi.
bagian yaitu hardware dan software, antara lain: 1. Hardware a. Blog Diagram Hardware CATU DAYA
KEYPAD MATRIX 3X4
MINIMUM SISTEM AT89S51
OUTPUT LCD KARAKTER M1632 RELAY
II. METODE PENELITIAN A. Studi Literatur Mempelajari komponen seperti mikrokontroler AT89S51, Keypad, LCD dan komponen pendukung lainnya. Literatur didapat dari referensi makalahmakalah, buku manual, beberapa sumber dari internet, dan survey yang berkaitan dengan alat.
LAMPU 220 Volt
Gambar 3. Blok Diagram b.
Minimum Sistem AT89S51 Rangkaian ini sebagai CPU board yang berfungsi sebagai pengendali utama dari keseluruhan sistem atau disebut sebagai otak. Rangkaian ini dilengkapi dengan port-port dimana CPU board dapat berhubungan dengan modul-modul pendukung yang lain. Minimum sistem ini menggunakan chip AT89S51. Sistem kerja dari mikrokontroler AT89S51 antara lain : 1) Melakukan proses rutin inisialisasi, yakni proses untuk mengkondisikan informasi yang dibutuhkan sebelum proses pengambilan data setting waktu dari keypad matrik 3x4. 2) Melakukan proses rutin interupsi, yakni proses pengambilan data waktu. 3) Melakukan proses pengolahan data yakni dengan cara : a) Menyimpan data dan mengolah data waktu. b) Memberi perintah ke rangkaian output.
B.
Perancangan Sistem Melakukan perancangan secara umum, yaitu rancang bangun sistem minimum. C. Pembuatan Alat (Hardware) Membuat Proyek Akhir bagian perbagian, dimulai dari rangkaian penunjang sampai rangkaian utama. D. Pengujian Alat dengan Software Melakukan pengujian dan analisa terhadap rangkaian yang telah dibuat dan dipadukan dengan Software. E.
Penyempurnaan Sistem Perbaikan terhadap kerusakan dan penyempurnaan dari sistem yang dibuat agar sesuai dengan harapan. III. PERANCANGAN Perancangan automatisasi timer penerangan jalan umum dengan menggunakan mikrokontroller MCS 8051 ini secara umum dibagi menjadi dua
29
Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094 kejenuhan/saturasi. Dalam kondisi ini secara ideal besarnya Vce (tegangan kolektor-emitor) sama dengan nol dan dalam kondisi jenuh, penambahan Vb tidak akan berpengaruh lagi pada nilai Vce. Berdasarkan prinsip kerja tersebut, maka transistor dapat digunakan sebagai saklar aliran arus listrik untuk mengendalikan relay. Pada saat transistor cut-off sebagai saklar OFF dan pada saat transistor saturasi sebagai saklar ON.
c.
Keypad Matriks 3x4 Dalam Programmable Timer ini hardwareinput berupa keypad matrix 4X3. Selanjutnya akan ditentukan bagaimana pemasangan keypad matrix 4X3. Pemasangan keypadmatrix hanya membutuhkan 7 pin pada salah satu port mikrokontroler AT89S51, karena keypad matrix 4X3 noncommon hanya memiliki 7 kaki. Ketujuh keluaran keypad akan dihubungkan ke port 1 (P1) mikrokontroler AT89S51. Keluaran keypad terdiri dari C1, C2, dan C3 yang merupakan jalur column (kolom) dan R1, R2, R3 dan R4 yang merupakan jalur row (baris).
f. Catu Daya Catu daya yang digunakan pada rangkaian programmable timer ini memerlukan catu daya yang stabil serta harus mampumengalirkan arus yang cukup untuk rangkaian. Untuk itudigunakan IC stabilizer LM7805 yang menghasilkan tegangan DC sebesar 5 Volt yang telah teregulasi dengan baik. Agar keluaran IC LM7805 tersebut mampu mengalirkan arus yang cukup untuk rangkaian programmable timer maka ditambahkan sebuah transistor daya tipe 2N3055. Gunakan pendingin yang cukup untuk transistor daya tersebut.
d.
LCD (Liduid Crystal Display) Modul LCD M1632 terdiri dari 16 pin kaki dan 7 pin diantaranya terhubung ke port 0 (P0) mikrokontroler AT89S51 dimana 4 pin digunakan sebagai antarmuka data 4 bit dan 3 pin untuk kontrol. Kaki nomor 3 dari M1632 digunakan sebagai pengatur kontras atau kecerahan tampilan karakter pada LCD dan dihubungkan dengan trimpot untuk pengaturan kontras. e.
Relay Rangkaian saklar relay digital terdiri dari relay, sebuah transistor bipolar NPN sebagai penguat arus yang terhubung pada port 3.2 AT89S51, dan logic inverter ( IC 74LS04 ). Saklar relay ini digunakan sebagai saklar otomatis yang keaktifannya dikendalikan oleh mikrokontroler AT89S51. Transistor sebagai saklar. Ketika Vb (tegangan basis) yang masuk melalui Rb (resistor basis) sama dengan nol, maka sambungan basis-emitor tidak mendapat bias maju dan mengakibatkan transistor menjadi cut-off, sehingga secara ideal tidak ada arus kolektor yang mengalir ke emitor. Jika Vb positif dan lebih besar dari turn-on voltage (tegangan bias transistor berbahan silikon sebesar 0,7 volt), maka sambungan basis-emitor akan mendapat bias maju. Saat Vb mencapai tegangan 0,7 volt, transistor akan aktif dan jika Vb dinaikkan terus transistor akan mengalami
2.
Software Pada perancangan alat ini digunakan beberapa software, antara lain: a. Print-Layout 4.0 Sprint-Layout 4.0 adalah salah satu software yang dapat digunakan untuk merancang pola dan jalur PCB. b.
Proteus 7 Profesional Proteus 7 Profesional sebagai program yang digunakan untuk merancang rangkaian elektronik. c.
Ride IDE Program aplikasi Ride IDE adalah program apilkasi yang digunakan untuk menulis program dalam bahasa Assembly maupun bahasa C. Ride IDE mempunyai beberapa fitur yang dapat digunakan untuk edit, compile yang menghasilkan file dengan format biner (BIN) dan heksa (HEX), dan debug file yang digunakan untuk melihat error setelah listing program didebug. 30
Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094
d.
SPI Flash Programmer V 3.7 SPI Flash Programmer digunakan sebagai program downloader, yaitu memasukkan file dengan format heksa (HEX)ke dalam mikrokontroller AT89S51.
blok rangkaian buzzer dan LCD tegangan +5 Vdc, serta tegangan +12 Vdc pada blok relay.
SPI Flash Programmer adalah program aplikasi yang dapat digunakan untuk memprogram semua tipe AT89Sxx, yakni AT89S51/52/53/8252/8253. Selain itu, program ini juga mendukung beberapa tipe AVR lawas antara lain: AT90S1200/2313/4433/8515/8535 dan yang terpenting, program ini mendukung hampir semua AVR tipe tiny dan mega. Jadi, satu program untuk semua mikrokontroler ATMEL.
Data Hasil Pengujian dan Pengukuran Sumber Tegangan yang Diharapkan
Tabel 1
Catu Daya pada Rangkaian
IV. PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Sebelum rancangan instrumen ini di coba secara keseluruhan maka diperlukan pengujian pada masing-masing blok agar lebih mempermudah menganalisa alat sehingga hasilnya dapat sesuai dengan yang diharapkan, yaitu kesesuaian antara hasil perhitungan/hasil teori dengan hasil pengukuran/pengujian. 1. Pengujian Sumber Tegangan Pada pengukuran sumber tegangan (catu daya) diperlukan sebuah multimeter yang sebelumnya telah dipilih pada posisi Voltmeter, untuk pengukuran tegangan DC (direct current) digunakan voltmeter khusus untuk tegangan DC, demikian pula untuk tegangan AC (alternating current) digunakan voltmeter untuk sumber tegangan AC, kemudian voltmeter ini dihubungkan dengan catu daya yang akan diukur. Untuk diperhatikan bahwa pada tegangan DC harus terlebih dahulu diketahui antara tegangan positif maupun ground-nya, sehingga tidak salah dalam meletakkan probe pada sumber tegangan yang akan diukur. Pada pengukuran sumber tegangan AC pemasangan probe pada sumber tegangan bisa di bolak-balik.
Tegangan yang Diharapkan
Tegangan Hasil Pengukuran
Volt DC
Volt DC
+
-
+
-
Rangkaian mikrokontroler
5
-
4,9
-
Rangkaian Buzzer
5
-
4,9
-
Rangkaian LCD
5
-
4,9
-
Rangkaian Relay
12
-
11,85
-
2.
a.
b. c. d.
Pengujian Mikrokontroller Pengujian rangkaian mikrokontroler dilakukan dengan langkah sebagai berikut : Dibuat rangkaian 8 LED dengan anoda ke +5V dan ditambah dengan resistor 220 Ω. IC AT89S51 diberi tegangan +5V LED dihubungkan dengan P1 Dibuat program dengan bahasa assembler. Pada port P1 diberikan nilai low. Listing programnya sebagai berikut : Start : Mov P0,#00h Mov P1,#00h Mov P2,#00h Mov P3,#00h Jmp Start End
e. Jika LED menyala maka Port P1 IC AT89S51 dalam keadaan baik.
Selanjutnya mengukur Port P0, P2 dan P3 sama seperti penjelasan yang di lakukan pada Port P1.
Pada instrumen ini dibutuhkan supply tegangan sebesar +5 Vdc pada blok rangkaian mikrokontroler dan pada 31
Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094 Po.5 digunakan pada DB5 P0.6 digunakan pada DB6 P0.7 digunakan pada DB7 LCD character 2x16
Vcc P1.0
P1.3
P1.7 RST P3.0
A T 8 9 s 5 1
P0.0 4 16
1
11 +5 P0.7 EA
P2.7
P3.7 X1 X2 P2.0
Gambar 4 Pengujian LCD Menggunakan Software Kemudian software sederhana dibuat untuk menguji LCD yang akan digunakan, setelah software selesai dirancang dan di uji cobakan pada simulator maka dibutuhkan downloader seperti jenis ISP yang digunakan dalam tugas akhir ini. Berikut ini adalah contoh software yang digunakan dalam menguji LCD:
Gambar Rangkaian Pengujian Mikrokontroller 3.
Pengujian Rangkaian Keypad Pengujian keypad adalah untuk mengetahui apakah keypad yang ditekan sesuai dengan data yang ditampilkan dalam LCD dan sesuai dengan perencanaan. Pengujian rangkaian Keypad dilakukan dengan langkah sebagai berikut : a. Memprogram mikrokontroler sesuai dengan program pengujian keypad b. Menyusun rangkaian pengujian keypad c. Memberi masukan dengan menekan salah satu tombol pada keypad d. Mengamati tampilan LCD
Dim A As Byte Do Cls Lcd " uji LCD." Waitms 50 Lowerline Waitms 10 Lcd " oleh CP." Waitms 50
4.
Pengujian Rangkaian LCD Tujuan pengujian LCD adalah untuk mengetahui apakah rangkaian LCD dapat menampilkan data atau karakter sesuai dengan perencanaan. Pengujian rangkaian LCD dilakukan dengan langkah sebagai berikut : Pada penggunaan bahasa basic penulis menggunakan BASCOM 8051 sebagai compiler-nya, dalam BASCOM 8051 inialisasi LCD scr otomatis akan tercompile tanpa harus kita merancangnya terlebih dahulu, port yang akan digunakan pada LCD ditentukan terlebih dahulu sebelum membuat software-nya. Port yang akan digunakan pada tugas akhir ini adalah port 0, dengan perincian sebagai berikut: P0.2 digunakan pada RS P0.3 digunakan pada E P0.4 digunakan pada DB4
For A 1 To 16 Shiftlcd Right Waitms 50 Next For A 1 To 16 Shiftlcd Left Waitms 50 Next Loop
Hasil pengujian menujukkan data yang sesuai dengan apa yang dikehendaki. 5.
Pengujian Rangkaian Relay Pengujian pada rangkaian relay bisa disimulasikan menggunakan LED (light emitting dioda) yaitu dengan menghubungkan rangkaian relay dengan LED (light emitting dioda ) dan sebagai inputan menggunakan transistor yang difungsikan sebagai saklar. Tabel dibawah ini merupakan hasil pengujian rangkaian relay. Tabel 2 Hasil Pengujian Rangkaian Relay Input relay
output
high
nyala mati
low
32
Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094 acuan yang digunakan adalah software Timeleft yang dijalankan dikomputer. Perbandingan waktu berdasarkan pada tampilan software Timeleft dengan tampilan LCD Programmable Timer.
6.
Pengujian Rangkaian Catu Daya Rangkaian catu daya berfungsi untuk mengubah tegangan AC 220V menjadi tegangan DC. Catu daya yang digunakan pada rangkaian ini memerlukan catu daya yang stabil serta harus mampu mengalirkan arus yang cukup untuk rangkaian. Untuk itu digunakan IC stabilizer LM7805 yang menghasilkan tegangan DC sebesar 5 Volt dan 12 Volt yang telah teregulasi dengan baik. Agar keluaran IC LM7805 tersebut mampu mengalirkan arus yang cukup untuk rangkaian programmable timer maka ditambahkan sebuah transistor daya tipe 2N3055. Pengujian pada rangkaian ini dilakukan dengan menggunakan voltmeter. Yaitu dengan menghubungkan rangkaian dengan voltmeter.
Tabel 4 Tabel Pengujian Programmable Timer No
Tabel 3 Pengujian Rangkaian Catu Daya Catu Daya pada Rangkaian
Tegangan yang Diharapkan
Tegangan Hasil Pengukuran
Volt DC
Volt DC
+
-
+
-
Port I
12
-
12
-
Port II
5
-
5
-
7.
Seting Protimer
Seting Timer Acuan
Selisih Waktu
1
10 detik
10 detik
0 detik
2
1 menit
1 menit
0 detik
3
5 menit
5 menit
0 detik
4
30 menit
30 menit
0 detik
5
1 jam
59 menit, 59 detik
1 detik
6
2 jam
1 jam, 59 mnt, 57dtk
3 detik
Berdasarkan tabel pengujian, selisih antara tampilan waktu timer pada software Timeleft dengan tampilan waktu timer pada LCD Programmable Timer adalah lebih presisi. Pengujian dilakukan dengan percobaan yaitu membandingkan dengan rangkaian pewaktu lain yang dinilai lebih akurat. Pengujian tersebut menggunakan sebuah lampu pijar 5 Watt yang dipasangkan pada keluaran Programmable Timer. Setiap percobaan dilakukan dengan menyalakan lampu pijar 5 Watt tersebut untuk tiap-tiap waktu yang telah ditentukan sebelumnya menggunakan ProgrammableTimer (protimer) dan lama cacahan waktu yang ditampilkan pada LCD Programmable Timer dibandingkan dengan timer acuan yang digunakan. Berikut adalah tabel waktu sampel pengujian alat dengan timer acuan. Timer acuan yang digunakan adalah software Timeleft yang dijalankan dikomputer. Perbandingan waktu berdasarkan pada tampilan software Timeleft dengan tampilan LCD Programmable Timer.
Pengujian Rangkaian Keseluruhan
Pengujian dilakukan dengan percobaan yaitu membandingkan dengan rangkaian pewaktu lain yang dinilai lebih akurat. Pengujian tersebut menggunakan sebuah lampu pijar 5 Watt yang dipasangkan pada keluaran Programmable Timer. Setiap percobaan dilakukan dengan menyalakan lampu pijar 5 Watt tersebut untuk tiap-tiap waktu yang telah ditentukan sebelumnya menggunakan ProgrammableTimer (protimer) dan lama cacahan waktu yang ditampilkan pada LCD Programmable Timer dibandingkan dengan timer acuan yang digunakan. Berikut adalah tabel waktu sampel pengujian alat dengan timer acuan. Timer 33
Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094
V. PENUTUP A. Kesimpulan Setelah melakukan pengukuran dan pengujian, dapat disimpulkan bahwa alat ini bekerja dengan baik, dengan penjelasan sebagai berikut: 1. Keypad matrix 3X4 berfungsi memberi input data waktu. 2. Mikrokontroller AT89S51 sebagai pngendali utama yang memproses data dari keypad dan dikeluarkan ke rangkaian output. 3. Rangkaian output terdiri dari driver relay yang digunakan untuk mengendalikan sistem elektrikal dan ditampilkan pada LCD 2X16 karakter M1632 dan buzzer sebagai indikator bunyi saat pencacahan waktu telah usai.
B.
Saran Saran-saran dalam pembuatan Automatisasi Timer Penerangan Jalan Umum Dengan Menggunakan Mikrokontroller MCS 8051 sebagai berikut: 1. Perlu adanya penambahan IC real time supaya nantinya alat ini bisa real time, sehingga selisih waktu kurang dari 1 detik bahkan 0 detik. 2. Jika arus beban peralatan elektronik yang dikendalikan cukup besar, maka pemilihan relay harus diperhatikan. Gunakan relay dengan kontak yang dapat mengalirkan arus beban yang besar.
DAFTAR PUSTAKA
Erwanto, Danang. 2010. (http://kolomelka.blogspot.com/p/mikroprosesor.ht ml)
Malvino, Albert. 1991. Prinsip-prinsip Elektronika Dasar, Jilid 2, Edisi ketiga. Jakarta: Erlangga
Ikhwanushofa, Seto, 2009. Perancangan Prototipe Sistem Otomatisasi Buka Tutup Palang Pintu Rel Kereta Api Dengan Menggunakan IC Mikrokontroler AT89S51. Skripsi. Kediri: Universitas Islam Kadiri
Milman, J., Halkias. CM, Barmawi, Mo Tjia. 1991. Elektronika Terpadu, Jilid 2. Jakarta: Erlangga Yusuf, Muhammad, 2009. Prototipe Sensor Parkir Mobil Berbasis Mikrokontroler AT89S51. Tugas Akhir. Surakarta: Universitas Sebelas Maret
34
