PROPOSAL SKRIPSI
PEMBUATAN CDI SEPEDA MOTOR MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER IC AT89C51
DISUSUN : Nama
: Haris Afiatno
NIM
: 5250402032
Program Studi
: Teknik Mesin S1
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2006
ABSTRAK Haris Afiatno, 2007. Pembuatan Cdi Sepeda Motor Menggunakan Mikrokontroler IC AT89S51. Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Proses pengapian pada sepeda motor memerlukan waktu yang tepat sehingga pemilihanan waktu pengapian harus dipilih yang sesuai sedemikian rupa sehingga pembakaran bahan bakar sepeda motor memberikan daya yang terbesar dan pembakarannya berlangsung tanpa adanya pukulan atau detonasi. Bila pengapian yang terjadi adalah terlalu awal maka gas dari sisa pembakaran yang belum terbakar, terpengaruh oleh pembakaran yang masih berlaku dan pemampatan yang masih berjalan, akan terbakar sendiri. Bila pengapian terjadi terlalu lambat beberapa pukulan berkurang, tetapi berarti juga menurunnya daya. Hal ini merupakan suatu kerugian bagi mesin. Menurut Wardan Suyanto (1989) sistem penyalaan (pengapian ) adalah suatu sistem pada motor bakar yang menjamin motor dapat bekerja. Untuk sistem penyalaan campuran udara dan bahan bakar diperlukan syarat-syarat bunga api yang kuat, saat pengapian yang tepat dan ketahanan yang cukup. Dengan melihat kelebihan mikrokontroler AT89S51 yang mudah diisi program dan dihapus maka dapat digunakan sebagai pengatur sistem pengapian pada sepeda motor. Pengambilan data dalm metodologi penelitian adalah bertujuan untuk membandingkan CDI mikrokontroler AT89S51 dengan CDI standart, data yang diambil adalah pemakaian bahan bakar dan timing yang terjadi. Pengapian yang tepat adalah sesuai dengan kebutuhan putaran mesin untuk mengatasi adanya delay ignition dari bahan bakar. Perhitungan dalam program disederhanakan dengan menghitung rpm dalam rps. Lamanya penyalaan dapat diatur dengan memperpanjang atau memperbesar angka yang disalin ke register1. kecpatan yang terukur juga ditampilkan dalam seven segment, yang menunjukan besarnya Rps. Kecepatan motor bensin dikategorikan dalam rendah atau stasioner, sedang dan tinggi. Menurut pengapian yang terjadi pada cdi standart, Pengapian rendah memiliki timing ignition sebesar 150 sebelum TMA, sedang sebesar 200 sebelum TMA dan kecepatan tinggi berkisar 250 sebelum TMA. Sedangkan timing mikro dapat diatur sesuai dengan perubahan kecepatan. Untuk memperoleh pengapian yang baik diperlukan perhitungan delay waktu yang tepatoleh karena itu delay waktu diukur dalam mikrosekon. Pengapian yang sesuai dengan mesin stasioner adalah 150 – 200 sebelum TMA. Perolehan data menunjukan bahwa CDI standart masih lebih baik dari CDI mikrokontroler, Oleh karena itu diperlukan perhitungan waktu yang lebih cermat dalam mengatur delay period. Untuk menghambat sinyal dari pulser.
ii
HALAMAN PENGESAHAN PROPOSAL SKRIPSI
PEMBUATAN CDI SEPEDA MOTOR MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER IC AT89C51 Oleh : HARIS AFIATNO NIM. 525 040 2032
Proposal skripsi ini telah disetujui dan disahkan pada : September 2006
Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II
Ir. Samsul Kamal, M.Sc, Ph.dDrs. Wirawan Sumbodo, MT. NIP.131411088NIP. 131876223
iii
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL........................................................................................ i ABSTRAK .......................................................................................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN..........................................................................
iii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ...................................................................
iv
KATA PENGANTAR .....................................................................................
v
DAFTAR ISI....................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
ix
DAFTAR TABEL............................................................................................
xii
DAFTAR LAMPIRAN....................................................................................
xiii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................
1
A.
Latar Belakang Masalah...........................................................
1
B.
Permasalahan ...........................................................................
3
C.
Pembatasan Masalah ................................................................
3
D.
Penegasan Istilah......................................................................
4
E.
Tujuan Penelitian ..................................................................... ..
5
F.
Manfaat Penelitian ...................................................................
6
G.
Sistematika Penulisan .............................................................
6
BAB II LANDASAN TEORI .........................................................................
8
A.
Prinsip Kerja Motor Bensin .....................................................
8
B.
Mikrokontroler AT89S51 ........................................................
20
C.
Unit Rangkaian CDI.................................................................
28
BAB III METODELOGI PENELITIAN .........................................................
34
iv
A.
Bahan dan Alat Penelitian........................................................
35
B.
Variabel Penelitian ...................................................................
36
C.
Diagram Alir Penelitian ...........................................................
38
D.
Desain Pelaksanaan..................................................................
39
BAB IV. PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT .............................
46
A.
Perencanaan..............................................................................
42
B.
Realisasi CDI Mikrokontroler AT89S51 .................................
43
BAB V. SIMPULAN DAN SARAN ...............................................................
69
A.
Simpulan .................................................................................
69
B.
Saran.........................................................................................
70
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
v
BAB I PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG MASALAH Energi bahan bakar dapat dikonversikan menjadi energi mekanis dengan menggunakan mesin konversi energi yang juga disebut sebagi motor termis. Mesin termis pada dasarnya dibagi menjadi dua macam yaitu : Internal Combustion Engine (ICE) dan External Combustion Engine (ECE). Internal combustion engine adalah mesin dimana pembakaran bahan bakar terjadi di dalam suatu tempat yang disebut ruang pembakaran. Reaksi eksotermis bahan bakar dengan oksidator menghasilkan gas dengan temperatur dan tekanan yang tinggi, kemudian setelah digunakan gas tersebut dikeluarkan. Ciri utama dari internal combustion engine yaitu kerja yang digunakan terbentuk dari aksi secara langsung gas panas yang dikeluarkan sehingga menyebabkan gerakan komponen mesin dan menghasilkan tenaga, contohnya seperti : motor bakar torak (motor diesel dan motor bensin), mesin wankel dan turbin gas siklus tertutup. Berbeda dengan external combustion engine seperti mesin uap, turbin uap dan turbin gas siklus tertutup, dimana proses pembakaran digunakan untuk memanasi fluida kerja (secondary working fluid), fluida kerja ini kemudian digunakan untuk menggerakkan komponen mesin dihasilkan tenaga mekanis. Berdasarkan cara penyalaan, maka motor bakar torak ( reciprocating engine) dibedakan menjadi Compresion Ignition Engine ( CI engine ) atau
1
2
mesin diesel dan Sp ark Ignition Engine (SI engine) atau motor bensin. Pada CI engine (mesin diesel) penyalaan campuran dan bahan bakar terjadi karena udara yang terkompresi sehingga temperaturnya melampaui titik nyala bahan bakar. Sedangkan pada SI engine (mesin bensin) penyalaan campuran menggunakan percikan api (spark) dari busi. Untuk proses pengapian harus dipilih waktu yang tepat sedemikian rupa ssehingga motor memberikan daya yang terbesar dan pembakarannya berlangsung tanpa adanya pukulan atau detonasi. Bila pengapian yang terjadi terlalu awal maka gas sisa yang belum terbakar, terpengaruh oleh pembakaran yang masih berlaku dan pemampatan yang masih berjalan, akan terbakar sendiri. Bila pengapian terjadi terlalu lambat beberapa pukulan berkurang, tetapi berarti juga menurunnya daya. Hal ini merupakan suatu kerugian bagi mesin. Saat pengapian untuk mencapai pembakaran tanpa pukulan dan daya motor sebesar mungkin, merupakan hal yang sangat mutlak, bukan hanya saat pengapian dasarnya tetapi juga jumlah derajat yang lebih awal pada frekuensi putar yang tinggi maupun penyesuaian pada putaran rendah. Untuk memperoleh daya yang maksimum dari suatu operasi hendaknya penyalaan diatur sedemikian rupa sehingga tekanan gas maksimum terjadi pada saat torak berada disekitar 15 sampai 20 derajat engkol sesudah TMA. Jadi penyalaan yang baik bergantung pada kecepatan perambatan nyala, jarak perambatan nyala maksimum, dan kecepatan poros engkol.
3
B. PERMASALAHAN Sesuai dengan judul dan alasan pemilihan judul diatas maka permasalahan yang akan diteliti ini adalah : bagaimana merancang dan membuat suatu perangkat alat yang dapat memberikan sinyal untuk membakar bahan bakar yang ada di dalam silinder sesuai dengan kebutuhan mesin dari sensor frekuensi putaran mesin untuk memperoleh performa yang maksimal .
C. PEMBATASAN MASALAH Yang menjadi batasan masalah adalah pembuatan hardware dan software dan untuk diujikan pada mesin dinotest. Sehingga terjadi performa yang maksimum. 1. Hardware yang dirancang untuk dapat mengetahui besarnya putaran mesin dengan mengubah analog yang berasal dari sensor putaran untuk dikonversikan menjadi digital sehingga
dapat diproses oleh
mikrokontroler AT89S51 dan dapat membakar bahan bakar dengan memberikan arus pada busi sehingga terjadi percikan bunga api tepat sesuai dengan kebutuhan mesin. 2. Software dirancang sedemikian rupa sehingga mampu mengolah sinyal dari sensor dan memberikan keluaran arus ke CDI sesuai dengan putaran mesin. Setelah masuk banyaknya sinyal yang ada dihitung dan diambil tiap satuan waktu untuk dijadikan dasar banyaknya delay yangdibutuhkan dan software yang digunakan untuk membuat suatu
4
program yang dikenali mikrokontroler AT89S51 serta mudah dipahami oleh pemakai program tersebut 3. Proses yang diolah oleh sinyal Mikrokontroler AT89S51 adalah sinyal yang berasal dari pulser (koil pulsa) yang digunakan untuk memberikan perlambatan dan tampikan dalam sevent segment.
D. PENEGASAN ISTILAH Penegasan istilah merupakan penjelasan secara rinci dan tegas arti atau makna suatu kata atau istilah yang terkandung dalam judul skripsi agar tidak terjadi salah penafsiran oleh pembaca. Penegasan istilah berkenaan dengan judul skripsi ini dapat diperinci sebagai berikut : 1. CDI (Capasitor discharge ignition ). Merupakan alat yang digunakan untuk menginduksikan tegangan tinggi pada kumparan sekunder dengan menginterupsikan arus yang mengalir ke primer dari ” ignition ” melalui titik-titik kontak pemutus arus. Cdi disini menggunakan capasitor sebagai penyimpan arus listrik. 2. Sepeda Motor. Alat transportasi yang menggunakan dua roda dengan menggunakan bahan bakar minyak (bensin) sebagai energi yang dikonversikan menjadi energi mekanik berupa gerakan berputar roda. 3. Mikrokontroler Merupakan kombinasi dari CPU, memori I/O dalam sebuah chip atau sering juga disebut lingkungan chip mikrokontroler (SCM). CPU merupakan unit
5
pengolah pusat terdidi dari dua bagian yaitu unit pengendali control unit (CU) serta unit aritmatik dan logika Aritmatik Logik Unit (ALU). Fungsi utama unit pengendali adalah mengkode dan melaksanakan urutan instruksi sebuah program yang tersimpan dalam memori. Unit pengendali mengatur urutan operasi seluruh sistem. Unit ini juga menghasilkan dan mengatur sinyal pengendali yang diperlukan untuk menyerempakan operasi dari instruksi program. Unit pengontrol menendalikan aliran informasi pada bus data dan bus alamat. Dilanjutkan dengan menafsirkan dan mengatur sinyal yang terdapat pada bus pengendali.
E. TUJUAN PENELITIAN Berdasarkan dari permasalahan yang dikemukakan, maka tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Membuat dan merangkai suatu alat yang dapat membakar bahan bakar dalam ruang bakar sesuai dengan waktu yang dibutuhkan oleh putaran mesin. 2. Mencari daya yang maksimal pada motor bensin dengan bahan bakar secara ekonomis. 3. Membuat alat yang dapat meyempurnakan sistem pembakaran pada motor bensin.
F. MANFAAT PENELITIAN. Berdasarkan hasil penelitian dan pembuatan alat yang telah dilakukan diharapkan penelitian ini dapat diambil manfaatnya antara lain :
6
1. Pembuat : menambah ilmu pengetahuan dan lebih medalami ilmu pengetahuan terutama bidang otomotif dan elektronika digital. 2. Masyarakat : menerapkan teknologi yang mudah diaplikasikan dalam kehidupan bermasyarakat. 3. Lingkungan : penerapan teknologi yang lebih ramah lingkungan dengan penghematan bahan bakar. 4. Pendidikan : mengembangkan ilmu pengetahuan yang diterapkan dalam kegiatan praktek sehingga menambah pengetahuan baru tentang dunia otomotif modern.
G. SISTEMATIKA PENULISAN. BAB I Pendahuluan, bertujuan mengantarkan pembaca untuk memahami gambaran permasalahan yang akan dibahas, dalam bab ini akan dibahas mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika skripsi. BAB II Landasan Teori, landasan teori membahas teori-teori yang dipergunakan sebagai acuan atau pedoman untuk melakukan penelitian, teoriteori dalam bab ini yang akan dibahas yaitu mengenai latar belakang masalah, pengertian motor besin empat langkah, prinsip pengapian, Mikrokontroler AT89S51, CDI. BAB III Metodologi Penelitian, Metodologi penelitian menjelaskan mengenai
langkah-langkah
penelitian,
waktu
dan
tempat
penelitian,
7
pelaksanaan penelitian, variable penelitian, metode pengambilan data, analisis data dan diagram alir penelitian. BAB IV Perancangan Dan Pembuatan, Dalam bagian bab ini akan dibahas mengenai : hardware dan software mikrokontroler AT89S51, Rangkain CDI, Pulser, Penampil sevent segment serta bagaimana merangkai alat-alat tersebut. BAB V Hasil Penelitian Dan Pembahasan, dalam hasil penelitian dan pembahasan akan dipaparkan hasil dari penelitian, analisi data hasil pengujian terhadap komsumsi bahan bakar serta performa mesin. BAB VI Penutup, dalam bab ini akan dibahas mengenai kesimpulan dan saran-saran setelah penelitian selesai dilakukan.
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
BAB II LANDASAN TEORI
A. PRINSIP KERJA MOTOR BENSIN. Motor bensin juga disebut spark ignition engine (SI engine) karena penyalaan (ignition) campuran bahan bakar udara dengan loncatan bunga api (spark) pada elektrode busi. Pada motor bensin pencampuran antara bensin dan udara umumnya terjadi saat sebelum masuk ke dalam silinder, baik menggunakan karburator, atau sistem injeksi. Campuran akan terbentuk dengan perbandingan udara dan bahan bakar yang sesuai sehingga mudah terbakar, kemudian mengalir ke dalam silinder. Di dalam silinder campuran ini dikompresi dan dinyalakan oleh loncatan bunga api busi pada saat menjelang titik mati atas (TMA). Gas panas yang dihasilkan dari proses pembakaran akan mendorong torak bergerak turun sehingga mesin menghasilkan daya. Daya yang dihasilkan dari proses pembakaran digunakan untuk menggerakkan komponen mesin yang lain.
1. Cara Kerja Mesin Empat Langkah (Otto) a. Langkah hisap Selama langkah hisap ini katup masuk akan terbuka, sedangkan katup buang menutup. Piston melakukan ekspansi dengan bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB). Campuran udara dan bahan bakar masuk ke dalam silinder melalui saluran masuk bahan bakar dan udara,
8
9 katup hisap berfungsi untuk mengatur masuknya bahan bakar kedalam silinder.
Gambar II.1. Langkah Hisap b. Langkah Kompresi Saat kompresi posisi kedua katup tertutup. Piston bergerak TMB menuju TMA, akibat kompresi maka tekanan dan temperatur didalam silinder naik. Pada motor bensin tekanan dalam silinder tidak boleh melebihi 15 atm agar tidak terjadinya detonasi. Sesaat sebelum mencapai TMA, bunga api dari busi dipercikan sehingga terjadi pembakaran yang disertai ledakan. Perbandingan kompresi yang diijinkan pada motor bensin antara 7 – 11.
Gambar II.2 Langkah Kompresi
10 c. Langkah Tenaga Akibat ledakan yang terjadi maka piston akan terdorong ke bawah. Energi akibat gerak dorong tersebut kemudian akan dipindahkan ke poros engkol melalui perantara batang penghubung (conecting rod). Di poros engkol gerak resiprok (gerak bolak-balik) piston diubah menjadi gerak rotasi mesin, sebagian energi ini untuk menggerakkan komponen mesin yang lain dan sebagian lagi disimpan dalam roda gila untuk proses selanjutnya.
Gambar II.3Langkah Tenaga Motor
pembakaran
dalam
(internal
combustion
engine)
menghasilkan tenaga dengan jalan membakar campuran udara dan bahan bakar dalam silinder. Pada motor bensin, loncatan bunga api pada busi diperlukan untuk menyalakan campuran udara dan bahan bakar yang telah dikompresikan dengan tekanan yang tinggi sehingga menjadi sangat panas, dan bila bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder, akan terbakar secara serentak.
11 Motor bensin menghasilkan tenaga dari pembakaran di dalam silinder, dimana dengan pembakaran bahan bakar tersebut menghasilkan panas yang sekaligus akan mempengaruhi tekanan gas hasil pembakaran mengembang. Gas tersebut dibatasi oleh dinding silinder, maka walaupun ingin megembang tidak ada ruangan, akibatnya tekanan dalam silinder naik, pada kondisi tersebut dibutuhkan bunga api yang dipercikan oleh busi sehingga terjadi pembakaran. Dari pembakaran tersebut, terjadi tekanan ke bawah torak, tekanan tersebut kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga yang akhirnya meggerakkan motor. (Wardan Suyanto, 1989 : 20). Pembakaran diawali dengan loncatan bunga api busi pada akhir langkah kompresi atau pemampatan. Pada keadaan biasa kita mendapatkan pembakaran teratur dimana selalu terdapat dua tahapan yaitu bagian yang tidak terbakar dan bagian lain yang terbakar, keduanya dibatasi oleh pembakaran (front api). Suhu pembakarannya berkisar antara 2100K sampai 2500 K.
d. Langkah Buang Pada langkah buang, posisi katup isap tertutup sedangkan katup buang terbuka. Piston bergerak dari TMB naik keatas menuju TMA mendorong gas sisa hasil pembakaran keluar melalui saluran buang. Dari TMA siklus berulang kembali sesuai urutan diatas.
12
Gambar II.4 Langkah Buang 2. Prinsip pengapian. Menurut Wardan Suyanto (1989) sistem penyalaan (pengapian ) adalah suatu sistem pada motor bakar yang menjamin motor dapat bekerja. Motor pembakaran dalam dapat menghasilkan tenaga dengan jalan membakar campuran udara dan bahan bakar di dalam silinder. Untuk menyalakan campuran udara dan bahan bakar diperlukan syarat-syarat sebagai berikut : a. Bunga api yang kuat. Pembakaran normal bila seluruh campuran bahan bakar dan udara terbakar oleh nyala api yang berasal dari busi, sesuai dengan waktu yang telah ditentukan dan perbandingan campuran yang ideal. Untuk membakar seluruh campuran udara dan Bahan bakar dibutuhkan bunga api yang kuat.
13 b. Saat pengapian yang tepat. Untuk memperoleh pembakaran campuran bahan bakar dan udara yang paling baik, harus dilengkapi beberapa peralatan tambahan yang dapat mengubah-ubah saat pengapian sesuai dengan rpm dan beban motor. Setelah campuran bahan bakar dibakar oleh bunga api, maka diperlukan waktu tertentu bagi bunga api untuk merambat di dalam ruang bakar. Oleh sebab itu akan terjadi sedikit kelambatan antara awal pembakaran dengan pencapaian tekanan pembakaran maksimum. Dengan demikian, agar diperoleh output maksimum pada engine dengan tekanan pembakaran mencapai titik tertinggi (sekitar 10o setelah TMA), periode perlambatan api harus diperhitungkan pada saat menentukan saat pengapian (ignition timing) untuk memperoleh output mesin yang semaksimal mungkin, maka tekanan pembakaran maksimum harus tercapai pada sekitar 10o setelah TMA. Akan tetapi karena diperlukan waktu untuk perambatan api, maka campuran udara-bahan bakar harus dibakar sebelum TMA. Saat ini disebut dengan saat pengapian (ignition timing).
Pengapian terjadi sebelum torak
Pengapian terjadi setelah torak
Mencapai TMA ( pengapian awal )
melewati TMA ( pengapian lambat )
14
Gambar II.5 Timing Pengapian.
c. Ketahanan yang cukup Apabila sistem pengapian tidak bekerja, maka motor akan mati. Oleh karena itu sistem pengapian harus mempunyai ketahanan yang cukup untuk menahan getaran dan panas yang dibangkitkan oleh motor. Demikian juga tegangan tinggi yang dibangkitkan oleh sistem pengapian itu sendiri.
3. Kecepatan Mesin. Mesin memiliki sudut derajat pengapian yang dapat diumpamakan d dan kecepatan mesin beroperasi adalah N rpm. Maka waktu pembakaran adalah : d/360 N min Jika kecepatan mesin meningkat menjadi 2N, maka diwaktu yang sama dibutuhkan untuk pembakaran pengapian adalah 2d derajat [Ganesan V: 1995:287]. Perbandingan antara derjat pengapian dan kecepatan dapat digambarkan sebagai berikut:
Derajat pengapian 60 40 Beban 20 2000
4000
(rpm mesin)
15
Gambar II.6 Perbandingan Sudut Pengapian
B. Mikrokontroler AT89S51 1. Mikrokontroler AT89S51 memiliki sejumlah keistimewaan yaitu sebagai berikut: a. Sebuah CPU 8bit yang termasuk dalam keluarga MCS-51. b. Osilator internal dan rangkaian pewaktu c. RAM internal 128 byte (on chip) d. Empat buah programmable port I/O, masing-masing terdiri dari 8 buah jalur I/O. e. Dua buah timer/ counter 16 bit. f. Enam buah jalur interupsi. g. Sebuah port serial dengan control serial full duplex UART. Kemampuan melaksanakan operasi perkalian, pembagian, dan operasi Boolean (bit). h. Kecepatan pelaksanaan intstruksi persiklus 1 mikro detik pada frekuensi clock 24 MHz. Dengan keistimewaan tersebut diatas pembuatan alat menggunakan AT89S51 menjadi sederhana dan tidak memerlukan IC pendukung yang
16 banyak. Boleh dikatakan mikrokontroler ini mempunyai keistimewaan dari segi perangkat keras.
2. Pena-Pena mikrokontroler AT89S51 Susunan pena-pena mikrokontroler AT89S51 diperlihatkan pada gambar dibawah. Penjelasan dari masing-masing pena adalah sebagai berikut:
Gambar II.7 Susunan pena mikrokontroler AT89S51
a. Pena 1 sampai 8 (port 1) merupakan port parallel 8 bit dua arah yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan (general purpose).
17 b.Pena 9 (reset ) adalah masukan reset (aktif tinggi) yang digunakan untuk mereset program counter sehingga program dilaksanakan mulai dari addres 0000H. c. Pena 10 sampai 17 ( port3 ) adalah parallel port 8 bit dua arah yang memiliki fungsi pengganti. Fungsi pengganti meliputi TxD
(transmit
data), RxD (receiver data), Int 0 ( interrupt 0 ), int1 (interrupt 1), T0 (timer 0), T1 (timer 1), WR (write) dan RD (read). Bila fungsi pengganti tidak dipakai pena-pena ini dapat digunakan sebagai port parallel serba guna. d.Pena 18 (Xtal 2) adalah pena keluaran ke rangkaian osilator internal. Pena ini dipakai bila menggunakan osilator kristal. e. Pena 19 (XTAL 1) adalah pena masukan ke rangkaian osilator internal sebuah isolator kristal atau sumber osilator luar dapat digunakan. f. Pena 20 (ground) dihubungkan ke Vss atau Ground. g.Pena 21 sampai 28 adalah port parallel 2 (port 2) selebar 8 bit dua arah. Port 2 ini mengirim byte alamat bila dilakukan pengaksesan memori eksternal. h.Pena 29 adalah pena PSEN (program store enable) yang merupakan sinyal pengontrol yang membolehkan program memori eksternal masuk kedalam bus selama proses pemberian/ pengambilan instruksi (fetching). i. Pena 30 adalah ALE (address latch enable ) yang digunakan untuk menahan alamat memori eksternal selama pelaksanaan instruksi.
18 j. Pena 31 (EA). External Access Enable harus slalu dihubungkan ke ground, jika mikrokontroler AT89S51 akan mengeksekusi program dari memori eksternal lokasi 0000h hingga FFFFh. Selain itu EA harus dihubungkan ke Vcc agar mikrokontroler mengakses program secara internal. k.Pena 32 sampai 39 (port 0) merupakan port parallel 8 bit open drain dua arah. Bila digunakan untuk mengakses memori luar, port ini akan memultiplek alamat memori dengan data. l. Pena 40 (Vcc) dihubungkan ke Vcc ( +5 volt). 3. Organisasi Memori Memori merupakan piranti yang digunakan mikroprosesor atau mikrokontroler maupun computer untuk tempat penyimpanan program/ data.
Pada
mikrokontroler,
tempat
menyimpan
program
adalah
ROM/EPROM sedangkan pada PC program disimpan pada disket/hard disk. Ada beberapa tingkatan memori, diantaranya adalah register internal, memori utama dan memori missal ( mass memori ). Register internal adalah memori dalam ALU. Waktu akses register sangat cepat, umumnya kurang dari 100 ns. Memori utama adalah memori suatu system yang ukurannya berkisar antara 4 Kbyte sampai 64 Kbyte. Waktu aksesnya lebih lambat dari pada register internal antara 200ns sampai 1000ns. Memori missl dipakai untuk menyimpan berkapasitas tinggi, biasanya berbentuk disket, pita magnetic, atau kaset.
19 Mikrokontroler AT89S51 memiliki pembagian ruang alamat (address space) untuk program dan data. Pemisahan memori program dan memori data membolehkan memori data untuk diakses oleh alamat 8 bit. Sekalipun demikian, alamat dan memori 16 bit dihasilkan melaui register DPTR (Data Pointer Register). Memori program hanya dapat dibaca, tidak dapat ditulis ( karena disimpan dalam EPROM ). Sinyal yang membolehkan pembacaan dari memori program eksternal adalah dari PSEN (program store enable ). Maka data terletak pada ruang alamat terpisah dari memori program. RAM eksternal 64 Kbyte dapat dialamati dalam ruang memori data eksternal. CPU menghasilkan sinyal read dan write selama menghubungi data eksternal. Mikrokontroler AT89S51 memiliki lima buah ruang alamat, yaitu : a. Ruang alamat kode ( code address space ) sebanyak 64 Kbyte, yang seluruhnya merupakan ruang alamat kode eksternal (off-chip). b. Ruang alamat data internal yang dapat dialamati secara langsung, yang terdiri atas : 1). RAM (Random Acces Memori ) sebanyak 128 Byte. 2). Hardware register 128 Byte. c. Ruang alamat data internal yang dialamati secara tidak langsung sebanyak 128 byte seluruhnya diakses dengan pengalamatan tidak langsung.
20 d. Ruang alamat data eksternal sebanyak 64 Kbyte (off-chip) yang dapat ditambah oleh pemakai. e. Ruang alamat bit dapat diakses dengan pengalamatan langsung.
4. Pewaktu CPU Mikrokontroler AT89S51 memililki osilator internal (on chip osilator) yang dapat digunakan sebagai sumber clock bagai CPU. Untuk menggunakan osilator internal diperlukan sebuah kristal atau resonator keramik antara pena XTAL 1 dan XTAL 2 dan sebuah kapasitor ke ground.
Gambar II.8 Rangkaian pewaktu kristal.
Untuk kristal dapat digunakan frekuensi dari 1 sampai 24 MHz. Sedangkan untuk kapasitor dapat bernilai antara 27 pF sampai 33 pF. Untuk semua jenis mikrokontroler 51 Atmel memiliki osilator onchip, yang dapat digunakan sebagai sumber detak (clock) ke CPU. Untuk
21 menggakannya, hubungkan sebuah resonator kristal atau keramik diantara kaki-kaki XTAL1 dan XTAL2 pada mikrokontroler dan hubungkan kapasitornya ke ground.
5. Sistem interupsi. AT89S51 Apabila CPU pada mikrokontroler AT89S51 sedang melaksanakan suatu program kita dapat menghentikan pelaksanan program tersebut secara sementara dengan meminta interupsi. Interupsi adalah sebuah proses yang dilakukan segera setelah adanya oermintaan untuk menjalankan proses tersebut. Proses apapun yang sedang dikerjakan akan dihentikan untuk sementara, dan memberikan proses interupsi untuk dikerjkan terlebih dahulu. Proses yang terhenti tersebut akan dilanjutkan jika proses interupsi telah selesai dikerjakan. Apabila CPU mendapat permintaan interupsi. Program counter (PC) akan diisi alamat dari vektor interupsi. CPU kemudian melaksanakan rutin pelayanan interupsi mulai dari alamat kepelaksanaan program utama yang ditinggalkan.
Ada Permintaan Interuspi
Proses normal
Berhenti sementara
Proses interupsi Gambar II.9 Sistem Interupsi
Proses normal dilanjutkan
22
Pada Mikrokontroler AT89S51 terdapat beberapa saluran interupsi. Interupsi pada AT89S51 dibedakan dalam dua jenis yaitu : a. Interupsi yang tidak dapat dihalangi oleh perangkat lunak (non Maskable Interupt), misalnya reset. b. Interupsi yang dapat dihalangi perangkat lunak (maskable interrupt ), seperti contoh interupsi jenis ini adalah INT0 dan INT1 ( eksternal serta timer counter 0, timer counter 1 dan interupsi dari port serial (internal).
6. Perangkat lunak mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler AT89S51 memiliki 256 perangkat intrusksi. Seluruh instruksi dapat dikelompokan dalam 4 bagian yang meliputi intruksi 1 byte sampai 4 byte. Apabila frekuensi clock mikrokontroler AT89S51 yang digunakan adalah 12 MHz, kecepatan pelaksanaan instruksi akan bervariasi dari 1 hingga 4 mikrodetik. Perangkat instruksi mikrokontroler dapat dibagi menjadi lima kelompok yaitu : a. Instruksi transfer data, instruksi ini memindahkan data anatara registerregister, memori-memori, register-memori, antar muka register dan antar muka-memori. b. Instruksi aritmatika, ini melaksanakan operasi aritmatika yang meliputi penjumlahan
,
pengurangan,
penambahan
satu
pengurangan satu (dekremen), perkalian dan pembagian.
(inkremen),
23 c. Instruksi logika dan manipulasi bit, instruksi ini akan melakukan operasi logika AND, OR, XOR, perbandingan (compare), pergeseran dan complement data. d. Instruksi percabangan, instruksi ini mengubah urutan normal suatu program. e. Instruksi stack, I/O dan control, Instruksi ini mengatur penggunaan stack, membaca atau menulis port I/O, serta pengontrolanpengontrolan. Untuk memasukan program, data ditulis dalam format bahasa assembly yang mengubah berkas objek menjadi heksa dengan OH serta menjalankan simulasi program menggunakan Emulator TS Control 8051. sedangkan untuk memasukan program menggunakan software Prog85. penulisan menggunakan software ALDS.
Gambar II.10 Halaman muka software ALDS.
24
Gambar II.11 Halaman muka software PROG89S
C. Unit Rangkaian CDI (Capasitor Discharge Ignition) Rangkaian CDI dimaksudkan untuk memperbaiki sistem pengapian konvensional tanpa mengurangi komponen yang ada. CDI atau pengosongan kapasitif yang merupakan penyempurnaan sistem pengapian magnet konvensional dengan kontak platina. Penyampurnaan terletak pada penggantian titik kontak dengan unit CDI. Penggantian titik kontak dengan unit CDI dimaksudkan untuk menghindari motor sulit hidupkan karena pada titik kontak mudah sekali teroksidasi, aus, dan sensitive terhadap air. Bila titik kontak platina terjadi hal-hal tersebut maka akan mempengaruhi kinerja dari sepeda motor. Dengan penggantian titik kontak dengan unit CDI
maka
kemungkinan
kerusakan
dan
gangguan
akan
dapat
diminimalkan, sehingga akan diperoleh sistem pengapian yang lebih baik. Bila sistem pengapian baik maka motor akan mudah untuk dihidupkan. 1. Prinsip kerja CDI
25
Gambar diatas memperlihatkan sirkuit dasar CDI. Arus yang dihasilkan oleh koil eksitasi pada magneto CDI mengalir melalui diode (D1) kedalam kondensor (C) dimana arus tersebut disimpan. Berikutnya, sinyal “ ignition dari koil pulsa membuat thrysistor (SCR) menjadi konduktor dank arena itu, muatan listrik yang disimpan didalam kondensor dikeluarkan melalui thrysistor ke koil ignition. Voltase yang diinduksikan dikumparan primer dinaikkan didalam kumparan skunder, dan dihasilkan bunga api melintasi celah busi. Diode2 (D2) menarik voltase negative yang dihasilkan koil eksitasi untuk melindungi thrysistor. Diode (3) adalah untuk memperpanjang lamanya bunga api dari busi. Tanpa D3 arus akan mengalir seperti terlihat pad gambar dibawah no (1). Dan kondensor akan diisi lagi dengan arus balik setelah pengeluaran (discharge). Jadi, tidak ada arus mengalir ke kumparan primer dari koil ignition . D3 menghindari arus mengalir kedalam kondensor. Berarti, arus mengalir melaluiD3 dan bergerak seperti pada gambar dibawah no2.
26 sehingga seluruh energi listrik yang disimpan didalam kondensor dapat dipakai menghasilkan bunga api dengan waktu yang lama.
Gambar 13 . Energi listrik dalam kondensor.
Dengan kata lain bila magnit yang ditetapkan pada rotor melewati koil pulser maka arus akan mengalir ke koil pengapian untuk kemudian bunga api dihasilkan oleh busi. Dari hal tersebut dapat diketahui bahwa timing dari pengapian ditentukan oleh penetapan posisi dari koil pulsa. Ini berarti bahwa sistem CDI tidak memerlukan penyetelan timing dari pengapian. Sistem CDI mempunyai banyak keunggulan yang membuatnya masih digunakan sampai sekarang ini. Sifat-sifat dari sistem CDI yaitu sebagai berikut : a. Mogoknya motor karena titik-titik kontak dapat dihindarkan. b. Tidak terjadi loncatan bunga api yang melintasi celah titik-titik kontak seperti pada platina, dan karenanya voltase skeunder stabil sehingga start dan performa yang sangat baik pada kecepatan rendah terjamin.
27 c. Saat putaran tinggi bunga api yang dihasilkan oleh busi lebih stabil sehingga mesin akan bekerja secara optimal. d. Pemeliharaan mudah karena tidak ada persoalan aus pada titik-titik kontak dan pada “ breaker arm hell”. e. Tidak memerlukan adanya penyetelan ignition karena tidak memakai titik-titik kontak dan cam. f. Busi tidak mudah kotor karena voltase sekunder yang lebih tinggi. g. Sirkuit yang ada didalam sistem CDI dibungkus dalam cetakan plastik, sehingga lebih tahan air dan kejutan.
Selain keunggulan diatas sistem CDI juga mempunyai perbedaan dengan sistem konvensional dalam hal pemajuan waktu pengapian. Pemajuan waktu pengapian pada sistem pengapian magnet konvensional mengandalkan gaya sentrifugal yang terjadi pada bobot governor disaat mesin berputar. Gaya sentrifugal yang bekerja pada bobot governor tersebut akan membuatnya terlempar keluar dan menyebabkan cam governor bergerak untuk memajukan waktu pengapian. Sedangkan pada sistem pengapian CDI, pemajuan waktu pengapian dilakukan dengan jalan mengubah waktu yang dibutuhkan untuk membangun voltase yang dihasilkan koil pulsa. Seperti pada gambar di bawah, voltase koil pulsa bertambah bila kecepatan rotor naik. Pada saat yang sama voltase naik lebih cepat. Ini berarti bahwa voltase mencapai “ gate trigger level “ dari thyristor lebih
28 cepat dengan perbedaan sudut engkol. Pada gambar dibawah ini menunjukan posisi (a) adalah keadaan saat mesin pada posisi stasioner (800-900 rpm), (b) saat mesin pada kecepatan sedang (±4000rpm) dan posisi (c) adalah saat mesin pada kecepatan tinggi (±7000) rpm).
Gambar II.14 Prinsip Spark Advance pada sistem pengapian CDI
2. Pulser Prinsip CDI adalah membebaskan arus listrik dalam voltase yang sangat tinggi untuk menyalakan Bahan bakar melalui elektroda busi dicapai dengan menyimpan energi listrik dalam suatu kapasitor yang digunakan. Pengapian diatur waktunya untuk membangkitkan arus listrik digunakan sebuah thyristor untuk membebaskan arus listrik pada kondensator melalui koil pengapian.
29 Sebagai sensor gerakan digunakan sebuah pulser untuk mengatur waktu pengapian. Pulser banyak jenisnya diantaranya menggunakan sinar infra merah dari transistor optic dan pulsa generator.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN Dalam suatu penelitian, diperlukan suatu langkah-langkah yang benar sesuai dengan tujuan penelitian, agar penelitian dapat dipertanggung jawabkan. Adapun metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode penelitian eksperimen jenis komparasi, yaitu suatu penelitian dimana peneliti sengaja membangkitkan sesuatu kejadian atau keadaan, kemudian diteliti bagaimana perbedaan dan akibatnya ( Suharsimi Arikunto, 1996: 4) Penelitian adalah suatu proses mencari sesuatu secara sistematik dalam waktu yang lama dengan metode ilmiah serta aturan-aturan yang berlaku. Untuk menerapkan metode ilmiah dalam praktek penelitian maka diperlukan suatu desain penelitian yang sesuai dengan kondisi, seimbang dengan dalam dangkalnya penelitian yang akan dikerjakan. Penelitian yang dilakukan dengan menggunakan metode eksperimental, maka perlu sekali diketahui desain-desain yang sering digunakan dalam penelitian tersebut, desain penelitian yang sering digunakan adalah desain percobaan, desain percobaan tidak lain dari semua proses yang diperlukan dalam merencanakan dan melaksanakan penelitian. Desain percobaan sangat diperlukan dalam melaksanakan penelitian eksperimental. Guna dari desain percobaan adalah untuk memperoleh suatu keterangan yang maksimum mengenai cara membuat percobaan dan bagaimana proses perencanaan serta pelaksanaan percobaan akan dilakukan. Proses perencanaan dan pelaksanaan percobaan perlu kita pikirkan dengan sungguh30
31 sungguh, peneliti harus lebih dahulu memikirkan langkah-langkah serta jenjang dari percobaaan yang akan dilakukan.
A. Alat dan Bahan Pada percobaan ini desain yang akan digunakan adalah desain One-shot case study yaitu penelitian hanya mengadakan satu kali penelitian yang langsung diambil data atau hasilnya (Suharsimi Arikunto 1998:83-84). Untuk menghindari adanya keraguan validitas rancangan penelitian maka perlu dilakukan beberapa pengontrolan terhadap jalannya eksperimen selama penelitian dilakukan, yang meliputi : 1. Alat Penelitian Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : a. Tool set, digunakan sebagai alat bantu untuk bongkar pasang bagianbagian yang diperlukan. b. Tachometer, digunakan untuk mengukur putaran mesin dalam rpm sesuai yang dibutuhkan. c. Stop Watch, digunakan untuk mengetahui banyaknya waktu yang diperlukan untuk menghabiskan bahan bakar sesuai dengan ketentuan. d. Gelas ukur, digunakan untuk mengetahui konsumsi bahan bakar dalam ukuran millimeter perdetik. e. Higrometer, digunakan untuk mengukur kelembapan udara. f. Osiloskop, digunakan untuk mengukur tegangan dan waktu pada komponen elektronik.
32 g. Selang bahan bakar untuk menyalurkan bahan bakar dari gelas ukur ke karburasi. h. Timing light, untuk mengetahui besarnya derajat pengapian. i. Seperangkat computer, untuk pembuatan program dalam IC j. Lembar observasi, digunakan untuk mencatat hasil penelitian atau data yang diperoleh. 2. Bahan penelitian Bahan dalam penelitian ini adalah : a.
Mesin Honda Supra X 110cc.
b. Bensin premium. c. CDI standar Honda Supra X d. CDI dengan menggunakan Mikrokontroler. e. Minyak pelumas.
B. Variabel Penelitian Dalam penelitian ini ada dua macam variable utama yang diteliti, variabelvariabel tersebut adalah : 1. Variabel bebas Variabel bebas adalah kondisi yang mempengaruhi munculnya suatu gejala. Dalam hal ini dapat dikatakan bahwa variabel bebas merupakan variabel yang sengaja dipelajari pengaruhnya terhadap variabel terikat. Sedangkan variabel bebas dalam penelitian ini adalah CDI menggunakan mikrokontroler AT89S51 dan CDI Standar Honda Supra X.
33 2. Variabel Terikat Variabel terikat adalah himpunan sejumlah gejala yang memiliki pula sejumlah adspek atau unsur didalamnya, yang berfungsi menerima atau menyesuaikan diri dengan kondisi lain, yang disebut variabel bebas. Dengan kata lain ada atau tidaknya variabel terikat tergantung ada atau tidaknya variabel bebas. Penelitian ini variabel terikatnya adalah daya dan konsumsi bakan bakar sehingga diketahui performa masing-masing CDI. 3. Variabel Kontrol Variabel control adalah himpunan sejumlah gejala yang memiliki berbagai aspek atau unsur didalamnya, yang berfungsi untuk mengendalikan agar variabel terikat yang muncul bukan karena variabel lain, tetapi benarbenar karena variabel bebas tertentu. Pengendalian variabel ini dimaksudkan agar tidak merubah atau menghilangkan variabel yang akan diungkap pengaruhnya. Dengan kata lain control yang dilakukan terhadap variabel ini, akan menghasilkan variabel terikat murni. Penelitian ini variabel kontrolnya adalah : a. Keadaan mesin tanpa beban. b. Keadaan udara baik kelembapan maupun suhu dijaga agar tetap sama atau tidak berubah dari semua pengambilan data. c. Celah busi 0,8 mm d. Tekanan kompresi 9-13 kg/cm2 e. Celah katup masuk 0,020 mm f. Celah katup buang 0,030 mm
34 g. Suhu kerja mesin 800 C h. Putaran mesin 1500, 2000, 25000, 3000, 3500, 4000,4500. i. Bahan bakar premium diambil dari salah satu SPBU. C. Diagram alir Penelitian Tahap eksperimen dalam penelitian ini dapat digambarkan dengan bagan aliran proses eksperimen sebagai berikut : MESIN SEPEDA MOTOR BENSIN HONDA SUPRA X MENGGUNAKAN CDI MIKROKONTROLER AT89S51
HONDA SUPRA X MENGGUNAKAN CDI STANDART
Putaran mesin
Putaran mesin
1500 2500 2000 3000 3500 4000 4500
1500 2500 2000 3000 3500 4000 4500
ANALISIS DATA
ANALISIS DATA PERHITUNGAN KONSUMSI DAYA DAN KONSUMSI BAHAN BAKAR
PERBANDINGAN DATA CDI
KESIMPULAN
Gambar III.1. Diagram Penelitian
35 D. Desain Penelitian Adapun urutan langkah eksperimennya sebagai berikut : 1. Menyiapkan sampel yang akan digunakan, yaitu mesin Honda supra X 110 dengan kondisi sesuai dengan variabel kontrol yang digunakan. 2. Menyiapkan dua buah CDI ( CDI standart Honda Supra X dengan CDI menggunakan mikrokontroler AT89S51 ). 3. Menyiapkan tachometer untuk mengukur putaran mesin. 4. Menyiapkan gelas ukur dan mengisi bensin premium sebanyak 50ml. 5. Mengukur tekanan kompresi mesin dalam silinder sesuai standart yaitu 9-13 Kg/ cm 2. 6. Mengukur suhu ruangan dan kelembapan udara. 7. Menghidupkan mesin selama beberapa saat dengan CDI Standart Honda Supra X. untuk mendapatkan suhu kerja mesin yang optimal, kemudian dilakukan pengukuran Rpm dengan Tachometer pada Putaran mesin 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500,. untuk mengambil data pada CDI mikrokontroler AT89S51. 8. Matikan mesin dan ganti dengan CDI mikrokontroler AT89S51 9. Hidupkan mesin kembali beberapa menit untuk mencapai suhu optimal dalam mesin, kemudian lakukan pengukuran dengan Tachometer pada Putaran mesin 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, untuk mengambil data pada CDI mikrokontroler AT89S51. Catat hasil penelitian dalam tabel hasil pengukuran sebagai berikut:
36 Tabel III.1 Hasil Pengukuran. a. Tabel Hasil Pengukuran Cdi standart Honda supra
Rpm
Konsumsi Bahan Bakar
Timing Ignition
Daya
1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
b. Tabel Hasil Pengukuran Cdi mikrokontroler AT89S51 Rpm 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Konsumsi Bahan Bakar
Timing Ignition
Daya
37 Untuk memperjelas hasil pengujian semua data dibentuk dalam grafik Rpm Vs Konsumsi dan Rpm Vs Timing Ignition. Konsumsi BB
Rpm Grafik Konsumsi BB Vs Rpm
Timing Inition
Gambar. III.2. Contoh grafik Rpm Vs Konsumsi BB
Rpm
Grafik Timing Ignition Vs Rpm Gambar. III.3 Contoh grafik Rpm Vs Timing Ignition
BAB IV PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT Dalam bagian bab ini akan dibahas mengenai : software dan hardware mikrokontroler AT89S51. Perancangan hardware mengenai rangkaian CDI, Pulser, Penampil sevent segment. Perancangan software dibuat dengan pemrograman IC Mikrokontroler AT89S51 dalam bahasa assembly.
A. PERENCANAAN. Perencanaan alat adalah pemilihan dan rancangan komponen baik untuk software dan hardware yang diperlukan untuk menghasilkan sinyal pulsa dari sensor, yang dapat digunakan sebagai pulsa untuk membebaskan arus listrik dalam kapasitor dan memberikan tampilan dalam sevent segment. Sesuai dengan tujuan penelitian ini untuk merancang CDI Mikrokontroler AT89S51 dengan memanfaatkan sinyal pulsa, maka model penelitian yang digunakan untuk pengumpulan data adalah model penelitian eksperimen. Model penelitian eksperimen adalah penelitian yang dilakukan dengan mengadakan manipulasi terhadap obyek penelitian serta adanya control (M. Nazir, 1983 : 74). Jadi eksperimen dibawah kondisi buatan
( artificial Condition), dimana kondisi tersebut
dibuat dan diatur oleh peneliti. Dalam kasus ini yang diatur sedemikian rupa adalah kondisi timing pengapian melalui program yang terdapat dalam mikrokontroler AT89S51.
38
39
B. REALISASI CDI MIKROKONTROLER AT89S51 Pembuatan cdi Mikrokontroler AT89S51 dibagi menjadi dua bagian yaitu hardware dan software. 1. Pembuatan Hardware Rangkaian CDI ini terdiri dari 4 bagian penting yang saling mendukung satu dengan yang lain. Dibawah ini merupakan blok rancangan awal dari rangkaian CDI. Rangkaian CDI SENSOR
Mikrokontroler AT89S51 Display sevent segmen Gambar IV.1 Blok rangkaian CDI
a. Sensor Sebagai ujung pendeteksi putaran mesin adalah berupa sensor, sensor yang digunakan berupa sebuah koil eksitasi atau yang biasa disebut pulser yang terdapat banyak dipasaran. Pulser yang digunakan masih standar dari sepeda motor sehingga tidak banyak perubahan pada pembuatan rangkaian dan perubahan.
Lilitan Magnet
40
Gambar IV.2 koil pulser Signal generator (Pulser) adalah sejenis generator AC yang berfungsi untuk menghidupkan power transistor di dalam CDI untuk memutuskan arus primer koil pengapian yang tepat. Signal generator terdiri dari magnet permanen yang memberi magnet pada pick up koil. Pick up koil berfungsi untuk membangkitkan arus bolak-balik (AC) dan signal rotor menginduksi tegangan AC didalam pick up koil sesuai dengan saat pengapian. b. Mikrokontroler Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 yang dibuat merupakan sistem minimum yang komplek yang terdiri dari sebuah kristal keramik 11,0592 MHz, dua buah keramik 30pf. Sebuah resistor 10 KΩ. Delapan
buah resistor 330Ω, sebuah elco 10μf.
Gambar IV.3 Rangkaian sistem minimum Mikrokontroler AT89S51
41 Tegangan yang dibutuhkan Mikrokontroler AT89S51 sebesar 9volt sedangkan pada sepeda motor menggunakan energi listrik yang bersumber dari aki sehingga perlu diturunkan terlebih dahulu. Untuk menurunkan tegangan aki dari 12 volt menjadi 9 volt dibutuhkan IC 7805.
IC 7805
+
Accu _ Gambar IV.5 Rangkaian pengkonversi 12V menjadi 9 volt.
c. Rangkaian CDI
Gambar IV.6 Rangkaian CDI
Rangkaian CDI yang dibuat merupakan dasar dari sebuah sirkuit CDI dan telah digabungkan dengan dengan koil pulser.
42 Rangkaian ini terdiri dari : kondensator 400 volt sebagai penyimpan arus dari koil eksitasi, 4 dioda seri 4007 dan SCR. Untuk elco dipakai tegangan 16 volt. d. Display sevent segment. Sevent segmen merupakan penampil yang terdiri dari tujuh buah Led sebagai pembentuk karakter dan satu led untuk nyala titik (point). Jika diberikan bias maju ( forward bias). Yaitu tegangan anoda lebih positif dari katoda. Pada sevent segment common anoda untuk menyalakan setiap led supaya membentuk satu karakter, pada katoda di groundkan sedangkan pada anoda jadi satu dan diberi tegangan skunder.
Gambar IV.7 Rangkaian Seven Segment
2. Pembuatan software. a). Alur Program
43 Sebelum software dibuat, pemrograman CDI Mikrokontroler AT89S51 dibuat dalam alur kerja program utama sebagai berikut: 1). Pada saat kunci kontak pada posisi ON, arus baterai / aki mengaktifkan
Mikrokontroler
AT89S51,dan
siap
menjalankan
perintah / program. 2). Rangkaian CDI Mikrokontroler AT89S51 aktif ditandai dengan nyala lampu led dan rangkaian sevent segment menyala . 3). Periksa apakah ada sinyal yang masuk pada Mikrokontroler AT89S51, jika ada sinyal = 1, maka aktifkan SCR untuk meberikan arus ke kumparan primer dan terbentuk bunga api pada busi. 4). Jalankan program interupsi timer/counter untuk menghitung rpm dan hasil ditampilkan pada display seven segment. 5). Bandingkan data rpm dengan mode pemajuan timing ignition. 6). Program diulang dari 3 sampai dengan 5 dan program selesai.
b). Pengukur Waktu Untuk mengukur kecepatan putar mesin diperlukan suatu waktu yang mengukur tepat dalam waktu sekian detik atau frekuensi putar tersebut. Dalam kasus ini kita membutuhkan sebuah timer dan counter. Counter digunakan sebagai penghitung jumlah putaran, dan timer digunakan sebagai basis waktu. Dalam mikrokontroler AT89S51 menggunakan register TL1 dan TH1 sebagi counter. sedangkan register yang digunakan sebagai timer adalah TL0 dan TH0. Untuk mendapatkan
44 konfigurasi seperti ini maka harus mengatur register TMOD (timer Mode) sebagai berikut:
GATE
7
C/T
M1
M0
6 5 TIMER1
4
GATE
3
C/T
M1
M0
2 1 TIMER0
0
Gambar IV.8 Susunan Bit dalam register TMOD
•
Nibble atas, yaitu bagian yang mengatur timer/counter 1, diatur agar berfungsi sebagai counter. Dengan demikian bit2 dalam nibble tersebut (bit 6 dalam byte) di-set.
•
Karena counter kapasitas counter cukup besar, counter diatur dalam ukuran 16 bit. Maka dipilih mode1. dengan demikian bit pembentuk mode pada nibble dibentuk angka 1. bit pembentuk mode adalah bit0 dan bit1 dalam bit tersebut. Dengan demikian bit0 dan bit1 disusun sebagai 01b.
•
Dari dua poin diatas didapat bilangan untuk nibble atas sebagai 101b atau 0101b.
•
Nibble bawah diatur agar menjadi timer. Dan karena diinginkan waktu yang akurat maka dipilih mode 1. Maka didapat perhitungan untuk nibble bawah sebagai 0001b. TF1
TR1
7 6 TIMER1
TF0
TR0
5 4 TIMER0
IE1
IT1
IE0
IT0
3
2
1
0
45
Gambar IV.9 Susunan Bit dalam register TCON
•
Hasil akhir didapatkan angka untuk register TMOD sebagai 01010001b. Selain register TMOD, masih ada register TCON yang perlu disetting. Register TCON. Untuk membuat counter berjalan, maka flag TR (TR0 maupun TR1) harus diset.. Setelah nilai TMOD didapat, selanjutnya pangaturan register IE (interrupt Enable). Interupsi yang akan di enable yang ada adalah interupsi timer 0. dengan demikian flag ET0 dan flag EA harus diset. Bilangan yang harus diisikan adalah 10000011b.
c). Konfigurasi interupsi timer 1 Untuk mendapatkan format yang bisa dipahami oleh mikro, maka dalam mode auto reload timer 1 pengisian TH1 dalam timer 1 diisi dengan 256100=156. Dengan demikian setiap terjadi limpahan 100 dari counter TL1. Karena jumlah digit yang tersedia hanya empat maka angka terbesar yang dapat ditampilkan adalah [9999], maka disimpan dalam empat variabel, Variable tingkat 0 disimpan dalam SATUAN dan variabel tingkat 2 disimpan dalam puluhuan dan seterusnya.
d). Prosedur isi buffer
46 Prosedur isi buffer merupakan langkah untuk memindahkan nilai suatu variabel untuk ditampilkan dalam seven segment. Jumlah digit seven segment ada empat yang digunakan untuk menampilkan rpm. Sedangkan variable yang akan ditampilkan sebesar 16 bit, atau sama dengan 4x4 bit, atau sama dengan 4nibble. Dengan demikian jumlah digit seven segment sama dengan jumlah digit nibble yang akan ditampilkan. Dengan mengambil sebagian perintah (MOV) digunakan untuk mengisi Ram internal berlabel (SIMPAN) sebagai pembanding kecepatan yang terjadi. Isi dari Ram tersebut berupa angka yang digunakan sebagai pembanding. MOV
R2,SATUAN
MOV
R3,PULUHAN
MOV
R4,RATUSAN
MOV
R5,RIBUAN
Perbandingan tersebut yang akan digunakan pada interupsi berikutnya yaitu interupsi external 0.
e). Prosedur Interupt external 0. Interupsi external 0 digunakan untuk menyalakan busi tepat dengan keadaan yang dibutuhkan mesin. Prosedur interupsi ext0 diaktifkan dengan memberi logika 1 pada bendera TCON.1 dengan perintah setb EX0. dan memulai dijalankan dengan mengeset 1 bendera IE. Hal ini dilakukan pada inisialisasi program . Setelah dilakukan pengaktifa bendera IE maka interupsi akan dijalankan setiap ada sinyal yang masuk pada kaki Port.3.2.
47 Setelah adanya sinyal 1 dari pulser. Maka langkah berikutnya membandingkan dengan bagian mode. Kecepatan atau rotasi mesin yang telah diukur kemudian dicocokan dengan variabel mode yang sesuai pada bagian bawah diberi perintah ekskusi SETB SCR untuk penyalaan busi
3. Pembuatan PCB. Langkah-langkah yang dilakukan untuk membuat layout pada PCB adalah sebagai berikut : •
Menyiapkan PCB secukupnya dan disesuaikan dengan gambar yang akan dibuat.
•
Menggambar
jalur
PCB
sesuai
dengan
gambar
rencana
menggunakan pena tebal snowman permanent dengan ukuran M atau cetak sablon. •
Melubangi PCB sebagai tempat berdirinya komponen-komponen elektronika.
•
Meneliti jalur pada PCB apakah telah sesuai dengan gambar rencana yang telah disusun.
•
Melarutkan rangkaian-rangkaian tadi kedalam larutan Ferri Clorit (FECL2) dengan menggunakan loyang plastic.
•
Rendam
dan
goyang-goyangkan
selama
30
menit
untuk
mendapatkan jalur yang baik dan menghilangkan tembaga pada PCB.
48 •
Membersihkan PCB dengan air agar terbentuk gambar PCB yang baik dan bagus.
•
Mengeringkan rangkaian elektronika supaya bersih dari tembaga dan dikeringkan.
BAB V HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. HASIL PENELITIAN Setelah dilakukan pembuatan CDI dari gambar perancangan, maka perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui tingkat kualitas alat tersebut. Pengujian alat dibagi menjadi dua yaitu pengujian software atau program dan pengujian cdi atau hardware. Pengujian software dilakukan melalui program yang dapat menampilkan simulasi mikrokontroler, sedangkan pengujian hardware dilakukan dengan pemasangan secara langsung pada kendaraan sepada motor Honda SupraX. Pengujian ini ditujukan sebagai pembanding
sebelum
menggunakan
dan
sesudah
menggunakan
mikrokontroler AT89C51. Kabel-kabel
CDI
dihubungkan
sesuai
dengan
keterangan,
kemudian mikrokontroler dihubungkan dengan tegangan catu 12 volt, sebagai pembanding kecepatan digunakan tachometer manual yang mengukur arus dari keluaran atau sinyal CDI menuju kekoil. Untuk mempermudah penunjukan waktu pengapian, maka pada magnet yang terletak di sebelah kiri mesin, diberi tanda berupa angka dan huruf. Setelah persiapan selesai maka mikrokontroler siap digunakan dan siap dilakukan pengambilan data. Pembuatan grafik prestasi hasil penelitian dalam berbagai variabel dibuat diperoleh secara langsung dari pengujian menggunakan dynamometer. Yang menampilkan torsi, daya dan kecepatan 49
50 putaran
mesin.
Untuk
watu
pengapian
diukur
secara
langsung
menggunakan timing light. 1. Pengujian Software. Software yang dimaksud adalah serangkaian program yang mengisi IC Mikrokontroler AT89S51. dalam program tersebut waktu pengapian atau delay ignition dibagi menjadi beberapa 6 bagian atau 6 mode. Mode diperoleh dari besarnya kecepatan mesin yang terukur. Adapun besarnya kecepatan yang menjadi patokan diukur dalam satuan rotasi perdetik dan sesuai dengan tabel sebagai berikut: Tabel V.1 Mode Pengapian Mode
Kecepatan Mesin
Delay Ignition
RPM
RPS
Mode0
< 1500
< 25
111μs
Mode1
1500 – 2000
25 – 33
84μs
Mode2
2000 – 2500
33 – 41
67μs
Mode3
2500 – 3000
41 – 50
56μs
Mode4
3000 – 3500
50 – 58
47μs
Mode5
3500 – 4000
58 – 66
42μs
Mode6
4000 <
66 <
37μs
Mikrokontroler ON setelah memperoleh catu daya dan akan langsung mengaktifkan program penghitungan kecepatan, dan perintah interupsi timer akan datang jika telah menghitung tepat dalam waktu satu detik. Namun setiap ada sinyal datang dari pulser , maka diangap sebagai
51 perintah interupsi untuk menyulut SCR dan menyampingkan penghitungan waktu terlebih dahulu.
2. Pengujian Hardware. Dari hasil percobaan ini didapat data konsumsi bahan bakar disertai dengan timing ignition yang terjadi. Adapun perolehan Timing didapat dengan melihat tanda yang terdapat pada fly whell atau magnet yang dihubungkan dengan poros engkol. Magnet diberi tanda strip yang jarak intervalnya adalah 5mm atau 0,5 cm. sedangkan keliling dari magnet tersebut adalah 35,5 cm. maka 360 / 35.5 sama dengan 10,1. jadi satu strip mewakili 50. adapun data yang diperoleh adalah sebagai berikut:
Tabel V.1 Hasil Penelitian Menggunakan CDI Standart RPM
Konsumsi BB/cc
Timing Ignition
1500
32,57 s
3
2000
22,86 s
3
2500
20,84 s
4
3000
17,58 s
5
3500
12,90 s
5
4000
11,32 s
5
4500
10,96 s
5
52
Tabel V.2 Hasil Penelitian Menggunakan CDI Mikrokontroler RPM
Konsumsi BB/cc
Timing Ignition
1500
42.19 s
3
2000
35,78 s
3,5
2500
33,33 s
3
3000
34,56 s
4
3500
28,01 s
11
4000
19,56 s
5
4500
10,98 s
*K
*Catatan: K mewakili garis yang telah melewti titik TMA
B. Pembahasan Sesuai dengan tujuan penelitian maka pembahasan hasil penelitian dapat peneliti sajikan sebagai berikut: Kecepatan motor bensin dapat dikategorikan dalam kecepatan rendah atau Stasioner, kecepatan sedang, dan kecepatan tinggi. Semakin tinggi kecepatan maka konsumsi bahan bakar akan semakin meningkat. Disertai
53 dengan daya dan torsi ikut meningkat. Dan timing ignition akan semakin bertambah seiring dengan kecepatan sampai level tertentu Untuk kecepatan stasioner, timing ignition CDI standar jatuh pada angka tiga. Maka 3 x 5 = 150. jadi pembakaran terjadi 15 derajat sebelum pengapian. Waktu kecepatan sedang timing terjadi pada angka empat. Maka 4 x 5 = 200 , yang berarti bahwa pengapian CDI Standart mengalami pemajuan sebesar 50 dari waktu stasioner. Kecepatan sedang terjadi antara 2000 – 2500 rpm, langkah ini menunjukan adanya langkah transisi. Begitu pula pada keadaan kecepatan tinggi terjadi waktu pemajuan timing sebesar 50, yang berarti terjadi 25 0 sebelum waktu TMA. Melihat dari waktu pengapian setelah melewati kecepatan sedang adalah tetap. Maka dapat dikatakan bahwa pulsa teratas telah mencapai puncak, atau bisa dikatakan bahwa CDI standart mengandung pembatas arus atau Limiter. Pembatasan arus ini untuk mencegah putaran yang terus bertambah an penghematan bahan bakar. Dari segi konsumsi bahan bakar, CDI standart masih jauh lebih irit dibandingkan dengan CDI mikrokontroler. Hal ini disebabkan karena CDI Mikrokontroler mengelami pengapian dibusi yang terkadang menghilang. ( tidak menyala secara kontinu) sehingga bahan bakar yang sudah tercampur tidak jadi terbakar dan akhirnya terbuang. Pengapian CDI mikrokontroler juga terkadang mengalami perubahan titik pengapian sehingga sering terjadi knocking. Hal ini disebabkan
sensor yang ada kurang tepat bila masih
menggunakan pulser. Namun disisi lain bunga api yang terjadi lebih besar.
54 Pada sistem CDI, induktansi Primer dan sekundernya rendah dan arus yang besar mengalir pada belitan primer. Karena itu jumalah belitan primer dibuat sangat kecil (10 lilitan ). Walaupun dengan Ns/Np yang masih tinggi (166). Akan diperoleh jumlah lilitan pada sekunder yang masih kecil sekitar 10% jumlah lilitan sistem konvernsional. Dengan demikian induktansi maupun kapasitansi rangkaian sekunder juga kecil sehingga rise time nya kecil. Pada CDI mikrokontroler, Kapasitor yang digunakan adalah 105, yang berarti 1000.000pF atau sebesar 1μF. Grafik V.1 Grafik Konsumsi Bahan Bakar Vs Rpm CDI standart Grafik Konsumsi Bahan Bakar Konsumsi Bahan Bakar
35 30
32,57
25
22,86
20
20,84 17,8
15
12,9
10
11,32 10,96
5 0 1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
RPM
Grafik V.2 Grafik Konsumsi Bahan Bakar Vs Rpm CDI Mikrokontroler
55
Konsumsi Bahan Bakar
Grafik Konsumsi Bahan Bakar 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
42,19 35,78
33,33 34,56 28,01 19,56 10,98
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
RPM
Grafik V.3 Grafik Timing Ignition Vs Rpm CDI Mikrokontroler Grafik Timing Ignition 12 10 8 6 4 2 0 1500
2000
2500
3000
3500
4000
Grafik V.4 Grafik Timing Ignition Vs Rpm CDI Standart
56
Grafik Timing Ignition 6
Ttiming
5 4 3 2 1 0 1500
2000
2500
3000 RPM
3500
4000
4500
BAB VI SIMPULAN DAN SARAN A. SIMPULAN Dari hasil penelitian “Pembuatan Cdi Sepeda Motor Menggunakan Mikrokontroler IC AT89S51”, peneliti dapat menarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Pemakaian sensor CDI yang menggunakan Pulser kurang tepat dalam pemakaian untuk digital. Karena arus yang keluar berubah – ubah bentuk voltase nya bila dilihat dari osiloskop. Hal ini menyebabkan kurang sempurnanya arus yang dapat dideteksi oleh mikrokontroler. 2. Konsumsi Bahan bakar CDI standart masih lebih baik dari pada konsumsi
bahan
bakar
CDI
mikrokontroler.
mikrokontroler sering mengalami Hang
Karena
CDI
yang menyebabkan ada
tidaknya pengapian yang terjadi. 3. CDI mikrokontroler terkadang mati karena disebabkan oleh adanya induksi balik dari kumparan sekunder, sehingga ground atau pertanahan yang digunakan kurang sempurna. 4.
Waktu pengambilan data pada mikrokontroler adalah satu detik, sehingga banyak terjadi kelambatan.
5. CDI mikrokontroler menggunakan IC AT89S51 dapat digunakan sebagai pengatur waktu pengapian dengan perhitungan delay period yang sangat tepat.
57
58 B. SARAN 1. Untuk memperoleh pengapian yang baik diperlukan bunga api yang besar dan waktu yang tepat. Untuk CDI mikrokontroler dibutuhkan perhitungan yang lebih akurat. 2. Perhitungan program mengambil data tiap satu detik sehingga perlu diadakan perubahan yaitu pengambilan data tiap kali ada sinyal datang. 3. Sensor yang digunakan pada CDI perlu dibedakan untuk keperluan analog dan keperluan digital sehingga pulser perlu diganti dengan rangkaian yang lebih baik. 4. CDI mikrokontroler kurang kuat menahan getaran, untuk mengatasi nya dibutuhkan pengemasan rangkaian CDI yang lebih komplek dalam menangani getaran maupun goncangan.
59
DAFTAR PUSTAKA
Pakpahan Abigain. 1998. Motor Otomotif I. Bandung : Angksa. Arend, BPM & Berenschot. H. 1980. Motor Bensin. Jakarta : Erlangga. Arikunto Suharsimi. 1992. Prosedur Penelitian Suatu Pendekatan Praktik. Jakarta : PT Rieneka Cipta. Sudjana. 1991. Desain Dan Analisis Eksperimen. Bandung : Tarsito 1992. Service Auto Mobil. Bandung : Pustaka Setia. Wardan Suyanto. 1989. Teori Motor Bensin. Jakarta : Depdikbud Wiranto Aris Munandar. 1988. Penggerak Mula Motor Bakar. Bandung : ITB Pers. Eko Putra Agfianto. 2002. Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55. Yogyakarta. Gava Media. Setiawan Sulhan. 2006. Mudah dan Menyenangkan Belajar Mikrokontroler. Yogyakarta : C.V. Andi Offset. Boentarto, Drs. 2005. Menghemat Bensin Sepeda Motor. Semarang : Effhar & Dahara Prize. Suganda Hadi & Kageyama Katsumi. 1993. Pedoman Perawatan Sepeda Motor. Jakarta : Pradnya Paramita.
