0
LAPORAN AKHIR PENELITIAN BIDANG ILMU TEKNIK ELEKTRO TAHUN 2015
PROTOTIPE ANEMOMETER DIGITAL YANG PORTABLE
Tim Peneliti : NYOMAN PRAMAITA, S.T., M.T., Ph.D.
NIDN. 0009047108
Dibiayai dari Dana (DIPA BLU) Universitas Udayana, Nomor : DIPA-042.04.2.400107/2015, Tanggal 15 April 2015. Dengan Surat Keputusan Rektor Universitas Udayana, Nomor : 2391.2/UN14.1.31/PN/2015, Tanggal 22 Juni 2015, Tentang : Hibah Penelitian Bidang Ilmu Teknik Elektro bagi Dosen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana Tahun 2015.
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA Oktober 2015
1
2
RINGKASAN PROTOTIPE ANEMOMETER DIGITAL YANG PORTABLE Anemometer merupakan peralatan yang sangat penting dalam menentukan arah dan kecepatan angin. Namun anemometer konvesional kebanyakan bersifat fixed dan tampilannya analog. Hal ini menyebabkan anemometer sulit untuk dibawa di dalam melakukan survey dan agak sulit dalam hal pembacaan, sehingga anemometer digital diharapkan mampu mengatasi permasalahan ini. Penelitian ini bertujuan merancang dan membangun prototipe anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51. Metode yang digunakan yaitu metode rancang bangun. Untuk merancang prototipe anemometer digital digunakan data primer dari hasil survey dan percobaan ditambah data dari buku – buku dan internet. Diharapkan dengan adanya penelitian ini dapat mewujudkan sebuah anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51, dapat memperdalam pemahaman teori dan dapat dijadikan referensi di dalam pembuatan anemometer. Kesimpulan dari penelitian ini yaitu anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51 dapat digunakan untuk mengukur kecepatan dan arah angin. Akan tetapi kecepatan angin yang dapat diukur maksimum 40 knot. Kata kunci : anemometer, mikrokontroler, dan digital.
3
KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nyalah penyusunan laporan akhir penelitian Dana (DIPA BLU) Universitas Udayana tahun anggaran 2015 ini, dapat kami selesaikan tepat pada waktunya. Penelitian Dana (DIPA BLU), Universitas Udayana tahun anggaran 2015 ini mengambil judul “ PROTOTIPE ANEMOMETER DIGITAL YANG PORTABLE ”. Dalam penyusunan laporan akhir penelitian Dana (DIPA BLU), Universitas Udayana tahun anggaran 2015 ini, kami banyak mendapat bantuan, bimbingan, dan saran, baik secara langsung maupun tidak langsung, dari berbagai pihak. Untuk itu ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kami sampaikan kepada : 1. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, M.T., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana dan sekaligus pembimbing penelitian ini. 3. Istri, dan ketiga anak kami di rumah, yang telah memberikan dukungan dan doanya dalam penelitian ini. 4. Teman-teman seperjuangan penelitian di lingkungan Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana, yang telah memberi motivasi dalam penyusunan laporan akhir penelitian Dana (DIPA BLU), Universitas Udayana tahun anggaran 2015 ini.
Laporan akhir penelitian Dana (DIPA BLU), Universitas Udayana tahun anggaran 2015 ini mungkin penuh dengan keterbatasan dan kekurangan. Oleh sebab itu saran dan kritik yang konstruktif sangat diharapkan demi kesempurnaan penulisan laporan akhir penelitian Dana (DIPA BLU), Universitas Udayana tahun
4
anggaran 2015 ini. Semoga laporan akhir penelitian Dana (DIPA BLU), Universitas Udayana tahun anggaran 2015 ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Bukit Jimbaran,
Oktober 2015
Peneliti
5
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Kecepatan angin adalah salah satu variable yang sangat penting
diperhatikan dalam kehidupan kita. Dari kecepatan angin kita dapat mengetahui kondisi cuaca pada suatu tempat. Hal ini sering digunakan oleh Badan Meteorologi dan Geofisika untuk menentukan ramalan cuaca pada suatu daerah / kawasan tertentu. Angin yang terlalu kencang bisa menjadi pertanda akan munculnya badai ataupun angin puting beliung. Dengan mengetahui perubahan kecepatan angin lebih dini, maka bahaya yang akan muncul akan dapat diketahui lebih cepat. Selain kecepatannya, arah angin juga sangat penting diperhatikan di dalam dunia penerbangan, olahraga dirgantara, maupun di bidang pelayaran. Di dalam dunia penerbangan, pesawat yang akan take-off maupun landing harus menuju ke arah yang berlawanan dengan arah angin untuk mempertahankan aerodinamik atau daya angkat pesawat. Kecepatan maupun arah angin dapat diukur dengan menggunakan peralatan anemometer. Alat ini banyak ditemui di stasiun meteorologi dan geofisika. Akan tetapi alat ini kebanyakan bersifat fixed (tidak dapat dibawa ke mana-mana) dan harga yang cukup mahal. Selain itu, masih banyak juga anemometer yang belum menggunakan display digital sehingga agak sulit dalam pembacaan. Berdasarkan hal di atas maka penulis melalui penelitian ini bermaksud merancang prototipe alat anemometer dengan tampilan digital untuk memudahkan pembacaan serta dengan harga yang relatif murah. Rangkaian ini akan menggunakan mikrokontroler AT89S51 karena mikrokontroler ini sangat menunjang untuk sistem otomatisasi dan display digital. Untuk mengetahui kecepatan dan arah angin mikrokontroler AT89S51 akan dipadukan dengan sensor inframerah yang dipasang pada propeler dan flap pada anemometer dan hasilnya akan ditampilkan pada LCD karakter 2x16. 1
6
1.2
Rumusan Masalah Dari uraian di atas maka dapat dirumuskan permasalahan yang akan
dibahas dalam penelitian ini yaitu: 1.
Bagaimana merancang dan merealisasikan prototipe Anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51.
2.
Bagaimana
unjuk
kerja
prototipe
Anemometer
digital
berbasis
mikrokontroler AT89S51.
1.3
Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Melihat luasnya permasalahan yang ada maka pada penelitian ini dibatasi
hanya dalam hal-hal sebagai berikut: 1. Menggunakan mikrokontroler AT89S51 sebagai unit pengendali utama. 2. Menggunakan LCD sebagai tampilan dari sistem. 3. Mikrokontroler AT89S51 menggunakan catu daya berupa baterai 5 V.
1.4
Tujuan Adapun tujuan dari penelitian ini yaitu:
1. Membangun sebuah prototipe anemometer digital yang portable. 2. Mengetahui unjuk kerja prototipe anemometer digital yang portable.
1.5
Manfaat Dengan laporan penelitian ini maka diharapkan beberapa manfaat yang
dapat diperoleh, yaitu: 1. Bagi para akademisi dapat digunakan sebagai bahan acuan dalam perancangan dan pengembangan anemometer. 2. Menghasilkan anemometer dengan harga yang murah dengan tampilan digital yang portable yang dapat dibawa ke mana-mana.
7
1.6
Sistematika Pembahasan
BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini menjelaskan Latar Belakang yaitu menjelaskan hal-hal yang melatar belakangi pengambilan judul, Rumusan Masalah menjelaskan masalah-masalah yang akan dibahas, Tujuan Penelitian berisi hal-hal yang ingin dicapai dari penelitian, Manfaat Penelitian menjelaskan manfaat yang diharapkan, Ruang Lingkup dan Batasan Masalah berisi batasan-batasan topik bahasan dan Sistematika Pembahasan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Berisikan teori-teori yang menunjang penelitian, di antaranya yaitu teori mengenai mikrokontroler, LCD, infra merah, dan kecepatan angin. BAB III TUJUAN DAN MANFAAT Menjelaskan Tujuan Penelitian yaitu hal-hal yang ingin dicapai dari penelitian dan menjelaskan Manfaat Penelitian yang diharapkan, BAB IV METODE DAN PERANCANGAN Menguraikan tentang Tempat dan Waktu Penelitian, Data, Sumber Data, Jenis Data, Rancangan Penelitian, Bahan dan Alat Penelitian, Cara Penelitian dan Pengambilan Data, Analisis Data dan Alur Analisis. BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Berisi uraian hasil penelitian. Pada Bab ini diuraikan perhitunganperhitungan serta bahasa program yang digunakan dalam merancang rangkaian anemometer digital. Selain itu pada bab ini juga akan dibahas unjuk kerja dari rangkaian anemometer digital dengan berbasis mikrokontroler AT89S51. BAB VI PENUTUP Berisi simpulan yang dapat diambil serta saran-saran untuk pihak yang terkait.
8
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler AT89S51 sering disebut sebagai single chip microcomputer karena dapat digunakan langsung sebagai unit pengontrol tanpa memerlukan bantuan komponen digital lain. AT89S51 merupakan sebuah microcomputer 8 bit CMOS, low power dengan 4 Kbyte PEROM (Programable and Eraseable Read Only Memory) dan dapat diprogram ulang dalam sistem dengan menggunakan program ISP Flash Programer. IC ini dibuat sesuai dengan instruction set dari MCS-51. Beberapa keunggulan dari AT89S51 adalah: (Setiawan,2005) 1. Mempunyai flash perom internal dengan kapasitas 4 KByte. 2. RAM internal 128 byte. 3. Dua buah timer / counter 16 bit 4. Sebuah port serial dengan control serial full duplex UART. 5. Empat buah port parallel bidirectional dengan beberapa fungsi khusus. 6. Lima buah jalur interupsi (2 buah interupsi external dan 3 buah interupsi internal) 7. Oscilator dan rangkaian pewaktu terdapat di dalam IC. 8. Kecepatan pelaksana instruksi setiap siklus 1 mikrodetik pada frekuensi detak 12 MHz. Mikrokontroler AT89S51 dikemas dalam kemasan standar DIL (Dual in Line) 40 pin dan masing-masing mempunyai
konfigurasi pin ,
pewaktu / timing dan karakteristik listrik yang sama. Dengan 4 Kbite flash perom internal atau On Chip kita dapat mengisi atau menghapus program sesuai dengan keinginan kita. AT89S51 dapat mengakses 64 Kbyte memori program external , mempunyai 32 jalur I/O yang diwujudkan dalam bentuk 4 port paralel, 1 port terdiri dari 8 jalur atau 8 data bit dan sebuah receive buffer, satu serial I/O dua arah sehingga mikrokontroler ini dapat menerima byte kedua dari data sebelum byte data yang diterima sebelumnya oleh receiver 4
9
register dan AT89S51dapat mengirim dan menerima data secara bersamaan. Konfigurasi pin dari Mikrokontroler AT89S51 dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Konfigurasi pin Mikrokontroler AT89S51
Pada
Gambar
2.1
diperlihatkan
konfigurasi
pin-pin
pada
Mikrokontroler AT89S51. Keping Mikrokontroler AT89S51 mempunyai 40 pin, 32 pin diantaranya untuk keperluan port program. Fungsi dari pin-pin pada Mikrokontroler AT89S51 dapat dikelompokkan menjadi: sumber tegangan, pin kristal, pin kontrol, pin I/O dan pin interupsi. Fungsi dari tiaptiap pin adalah sebagai berikut: (Setiawan,2005) 1. Vcc Pin untuk catu daya 5 Volt DC 2. GND Pin ground sumber tegangan 3. Port 0 Merupakan bidirectional I/O port 8 bit dengan konfigurasi open drain, setiap output port dapat menahan 8 buah TTL input. Saat logika ”1” diberikan ke setiap pin pada port 0, maka pin tersebut dapat digunakan sebagai high impedance input.
10
Port ini juga dapat dikonfigurasikan sebagai low order address /data bus yang termultiplek selama terjadi pengaksesan program dan memori eksternal. Pada mode ini port 0 memiliki internal pull-up. Port 0 juga menerima byte kode selama flash programing, dan dapat mengeluarkan byte-byte kode tersebut selama verifikasi program ini berlangsung. 4. Port 1 Merupakan bidirectional I/O port 8 bit dengan pull-up internal. Setiap buffer output port 1 dapat menahan atau memberikan (sink/source) arus kepada 4 buah TTL input. Saat logika ”1” diberikan ke port ini, maka pin tersebut akan diberi pull- high oleh internal pull-up sehingga dapat digunakan sebagai pin input. Sebagai pin input, pin-pin pada port 1 yang telah menjadi pull-low, secara external akan memberikan arus IIL dikarenakan adanya internal pull-up. Port 1 juga menerima low order address byte selama flash programming dan verifikasi program. 5. Port 2 Merupakan bidirectional I/O port 8 bit dengan pull-up internal. Setiap buffer output port 2 dapat menahan atau memberikan (sink/source) arus kepada 4 buah TTL input. Saat logika ”1” diberikan ke port ini, maka pin tersebut akan diberi pull- high oleh internal pull-up sehingga dapat digunakan sebagai pin input. Sebagai pin input, pin-pin pada port 2 yang telah menjadi pull-low, secara external akan memberikan arus IIL dikarenakan adanya internal pull-up. Port 2 juga menerima low order address byte selama flash programming dan verifikasi program. 6. Port3 Merupakan bidirectional I/O port 8 bit dengan pull-up internal. Setiap buffer output port 3 dapat menahan atau memberikan (sink/source) arus kepada 4 buah TTL input. Saat logika ”1” diberikan ke port ini, maka pin tersebut akan diberi pull- high oleh internal pull-up sehingga dapat
11
digunakan sebagai pin input. Sebagai pin input, pin-pin pada port 3 yang telah menjadi pull-low, secara external akan memberikan arus IIL dikarenakan adanya internal pull-up. Port 3 juga menerima beberapa sinyal kontrol selama flash programming dan verifikasi program. Selain itu port 3 juga mempunyai beberapa fungsi khusus seperti yang diperlihatkan oleh tabel 2.1: Tabel 2.1 Fungsi khusus port 3
7. RESET Reset high input pada pin ini selama dua machine cycle pada oscillator bekerja akan me-reset Mikrokontroler AT89S51. 8. ALE/PROG Address Latch Enable akan mengeluarkan pulsa untuk menahan bit rendah sebuah alamat selama mengakses memori eksternal. Pin ini juga merupakan input pulsa bagi Program (PROG) selama flash programing. Pada operasi normal ALE bernilai pada rata-rata 1/6 dari frekuensi oscillator dan bisa juga digunakan untuk timer eksternal atau tujuan clock. 9. PSEN Program Store Enable merupakan sinyal pengontrol yang membolehkan program memori eksternal masukan ke dalam bus selama proses pemberian / pengambilan instruksi. 10. EA/VPP Bila pin ini diberi logika tinggi (high), maka Mikrokontroler AT89S51 akan melaksanakan instruksi dari memori program internal. Bila
12
dihubungkan ke ground maka Mikrokontroler AT89S51 akan mengakses seluruh lokasi memori eksternal terlebih dahulu. Pin ini juga menerima tegangan programing 12 Volt (Vpp) selama flash programming untuk IC yang memerlukan 12 Volt Vpp. EA mesti disambungkan ke Vcc untuk eksekusi program internal dan EA mesti disambungkan ke Vcc untuk eksekusi program internal dan EA mesti disambungkan ke GND untuk eksekusi program aksternal. 11. XTAL 1 Merupakan input bagi penguat oscillator inverting dan ranglaian pengoperasian internal clock 12. XTAL 2 Merupakan output dari oscillator inverting. Pin ini dipakai bila menggunakan oscillator crystal.
2.2 Liquid Crystal Display (LCD) LCD yang digunakan di dalam tugas akhir ini yaitu LCD Character 2x16 yaitu mempunyai lebar display 2 baris dan 16 kolom seperti terlihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Liquid Crystal Display
Display karakter pada LCD diatur oleh pin EN, RS dan RW. Jalur EN dinamakan Enable. Pin ini digunakan untuk memberitahu LCD bahwa sedang ada data yang dikirim. Untuk mengirimkan data, maka pin EN harus dibuat logika low ”0”. Ketika jalur RS dan RW telah siap, set pin EN dengan logika ”1” dan tunggu untuk sejumlah waktu tertentu dan berikutnya set EN ke logika ”0” lagi. Fungsi dari 16 pin pada LCD dapat dilihat pada tabel 2.2.
13
Jalur RS adalah jalur Register Select. Ketika RS berlogika “0”, data akan dianggap sebagai sebuah “perintah” atau instruksi. Ketika RS berlogika “1” data yang dikirim adalah data text yang akan ditampilkan pada display LCD. Pin RW adalah jalur control Read/Write. Ketika RW belogika “0” maka informasi pada bus data akan dituliskan pada layer LCD. Ketika RW berlogika “1” maka program akan melakukan pembacaan memori dari LCD. Sedangkan pada aplikasi umum pin RW selalu diberi logika “0”. Bus data terdiri dari 4 atau 8 jalur (bergantung pada mode operasi yang dipilih oleh user). Pada bus data 8 bit, jalur diacukan sebagai DB0 s/d DB7. Tabel 2.2 Fungsi Pin pada LCD PIN
Nama
Fungsi
1
VSS
Ground voltage
2
VCC
+5V
3
VEE
Contrast voltage
4
RS
Register Select 0 = Instruction Register 1 = Data Register
5
R/W
Read/ Write, to choose write or read mode 0 = write mode 1 = read mode
6
E
Enable 0 = start to lacht data to LCD character 1= disable
7
DB0
LSB
8
DB1
-
9
DB2
-
10
DB3
-
11
DB4
-
12
DB5
-
13
DB6
-
14
DB7
MSB
15
BPL
Back Plane Light
16
GND
Ground voltage
14
2.3 Anemometer Angin adalah udara yang bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya. Angin berhembus dikarenakan karena suatu tempat mendapat intensitas
sinar
matahari
yang
lebih
banyak
dibandingkan
tempat
lainnya.Permukaan yang panas menyebabkan suhu udara di atasnya naik. Udara yang panas akan mengembang dan menjadi lebih ringan. Karena lebih ringan dibandingkan udara di sekitarnya maka udara itu akan naik. Begitu udara panas itu naik, tempatnya semula akan digantikan oleh udara di sekitarnya, terutama udara dari atas yang lebih dingin dan berat. Proses ini terjadi terus menurus sehingga akibatnya kita akan merasakan pergerakan udara atau yang secara umum kita sebut angin. Berat udara di atas permukaan tanah akan memberikan tekanan kepada bumi. Udara yang mengembang menghasilkan tekanan yang rendah.Sebaliknya udara yang berat akan menghasilkan tekanan yang tinggi. Angin bertiup dari daerah yang bertekanan udara tinggi ke daerah yang bertekanan udara rendah. Semakin besar perbedaan tekanannya, makin besar pula kecepatan anginnya. Rotasi bumi menyebabkan angin tidak bertiup lurus. Rotasi bumi menyebabkan coriolis force yang menyebabkan angin berbelok. Di belahan bumi utara angin berbelok arah ke kanan sedangkan di belahan bumi selatan angin berbelok arah ke kiri. (Soren Krohn,2002)
Gambar 2.3 Proses terjadinya angin
15
Kecepatan angin akan berfluktuasi terhadap waktu dan tempat. Di Indonesia kecepatan angin pada siang hari lebih kencang dibandingkan pada malam hari. Di beberapa tempat pada malam hari malah tidak ada pergerakan udara yang signifikan. Kecepatan udara akan berbanding lurus terhadap ketinggian dimana kecepatan angin pada permukaan akan semakin rendah seperti terlihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Grafik kecepatan angin menurut ketinggian udara
Kecepatan angin juga dipengaruhi oleh kontur dari permukaan. Di daerah perkotaan yang mana banyak terdapat gedung dan bangunan kecepatan anginnya akan rendah. Sementara itu daerah yang lapang akan memiliki kecepatan angin yang lebih tinggi. Faktor kepadatan benda di atas permukaan bumi (porositas) juga mempengaruhi kecepatan angin. Anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin. Ada beberapa jenis anemometer. Salah satunya yaitu anemometer
yang terdiri atas propeler dan flap. Propeler berhubungan
16
dengan pengukur kecepatan angin sedangkan flap berhubungan dengan penunjuk arah angin. Contoh propeler dan flap dapat dilihat pada gambar 2.6
Gambar 2.6 Propeler dan flap untuk menentukan kecepatan dan arah angin
Berikut adalah penggolongan angin menurut skala beaufort yang banyak digunakan oleh lembaga meteorologi di seluruh dunia.
Tabel 2.3 Penggolongan angin menurut skala beaufort Bilangan Beaufort (force) 0
Kecepatan Angin knot
mph
0-1
0-1
Tinggi Gelombang (feet)
-
1
2
1-3
4-6
1-3
4-7
0.25
0.5 - 1
Deskripsi menurut WMO*
Efek Terlihat di Laut
Udara tenang (Calm)
Laut seperti cermin
Udara bertiup ringan
Riak kecil-kecil tanpa buih
Angin sepoisepoi ringan
3
7 – 10
8 - 12
2-3
Angin sepoisepoi lembut
4
11-16
13-18
3½ - 5
Angin sepoisepoi sedang
Riak kecil; Puncak-puncak riak ombak berkilau seperti kaca
Riak berukuran besar; Puncak riak terpecah dengan buih putih di atasnya
Ombak kecil dan memanjang; jumlah buih putih semakin banyak
Efek Terlihat di Darat
17
Tabel 2.3 Lanjutan 17-21
5
22-27
6
28-33
7
25-31
32-38
6-8
9½-13
13½-19
Angin sepoisepoi segar/ semilir
Angin sepoisepoi kencang
Angin mendekati kencang
8
34-40
39-46
18-25
Angin kencang
9
41-47
47-54
23-32
Angin sangat kencang
10
48-55
55-63
29-41
Badai
11
56-63
64-72
37-52
Badai kuat (Violent storm)
12
2.4
19-24
64 ke atas
73 ke atas
45 ke atas
Topan (Hurricane)
Ombak berukuran sedang dan lebih memanjang;buih putih berjumlah banyak
Ombak berukuran besar, buih putih di mana- mana, banyak spray
Ombak besar memecah membentuk berisan barisan
Ombak agak tinggi dan memanjang; Ujung ombak mulai melengkung; buih ombak berlapis-lapis
Ombak tinggi; Laut mulai menggulung; buih sangat banyak; cipratan air mengurangi jarak pandang Ombak sangat tinggi dengan puncak yang menggantung; Laut berwarna putih karena banyak busa; jarak pandang terbatas
Ombak sangat tinggi. Laut ditutupi buih putih; jarak pandang sangat terbatas
Udara mengandung buih air laut; Laut benar-benar putih dipenuhi busa dan cipratan air laut; jarak pandang sangat minim.
World Meteorological Organization Devised by British Rear-Admiral, Sir Francis Beaufort in 1805 based on observations of the effects of the wind
IC Timer 555 IC timer 555 merupakan komponen yang memberi solusi praktis dan relatif
murah untuk berbagai aplikasi elektronik yang berkenaan dengan pewaktuan (timing). Terutama dua aplikasinya yang paling populer adalah rangkaian pewaktu
18
monostable dan osilator astable. Rangkaian internal komponen ini terdiri dari komparator dan flip-flop yang direalisasikan dengan banyak transistor.
Gambar 2.7 Pin diagram IC 555
IC ini didesain sedemikian rupa sehingga hanya memerlukan sedikit komponen luar untuk bekerja. Diantaranya yang utama adalah resistor dan kapasitor luar (eksternal). IC ini memang bekerja dengan memanfaatkan prinsip pengisian (charging) dan pengosongan (discharging) dari kapasitor melalui resistor luar tersebut.Rangkaian astable dibuat dengan mengubah susunan resistor dan kapasitor luar pada IC 555 seperti gambar 2.8. Ada dua buah resistor Ra dan Rb serta satu kapasitor eksternal C yang diperlukan. Prinsipnya rangkaian astable dibuat agar memicu dirinya sendiri berulang-ulang sehingga rangkaian ini dapat menghasilkan sinyal osilasi pada keluarannya. Pada saat power supply rangkaian ini dihidupkan, kapasitor C mulai terisi melalui resistor Ra dan Rb sampai mencapai tegangan 2/3 VCC. Pada saat tegangan ini tercapai, komparator A dari IC 555 mulai bekerja mereset flip-flop dan seterusnya membuat transistor Q1 ON. Ketika transisor ON, resitor Rb seolah dihubung singkat ke ground sehingga kapasitor C membuang muatannya (discharging) melalui resistor Rb. Pada saat ini keluaran pin 3 menjadi 0 (GND). Ketika discharging, tegangan pada pin 2 terus turun sampai mencapai 1/3 VCC. Ketika tegangan ini tercapai, giliran komparator B yang bekerja dan kembali memicu transistor Q1 menjadi OFF. Ini menyebabkan keluaran pin 3 kembali menjadi high (VCC). Demikian seterusnya berulang-ulang sehingga terbentuk sinyal osilasi pada keluaran pin 3. Terlihat di sini sinyal pemicu (trigger) kedua komparator tersebut bekerja bergantian pada tegangan antara 1/3 VCC dan 2/3 VCC. Inilah batasan untuk mengetahui lebar pulsa dan periode osilasi yang dihasilkan. Misal diasumsikan T1 adalah waktu proses pengisian kapasitor
19
yang diisi melalui resistor Ra dan Rb dari 1/3 VCC sampai 2/3 VCC. Diasumsikan juga T2 adalah waktu discharging kapasitor melalui resistor Rb dari tegangan 2/3 VCC menjadi 1/3 VCC. Dengan perhitungan eksponensial dengan batasan 1/3 VCC dan 2/3 VCC maka dapat diperoleh : t1 = ln(2) (Ra+Rb)C = 0.693 (Ra+Rb)C……………………………………. (2.1) t2 = ln(2) RbC = 0.693 RbC……………………………………………….. (2.2) Besarnya periode : T= t1 + t2 ………………………………………………………..………… (2.3) Frekuensi Pengulangan Pulsa (PRF) : PRF = 1,44 : (C.Ra + 2 C.Rb)………………………………………….....
(2.4)
Tanda untuk rasio spasi= t1 : t2 = (Ra+Rb) Rb……………………………
(2.5)
t1 t2 T Gambar 2.8 Rangkaian osilator astable
Persentasi duty cycle dari sinyal osilasi yang dihasilkan dihitung dari rumus T1/T. Jadi jika diinginkan duty cycle osilator sebesar (mendekati) 50%, maka dapat digunakan resistor Ra yang relatif jauh lebih kecil dari resistor Rb.
20
2.5
Infra Merah Sinar infra merah adalah pancaran sinar elektromagnetik yang mempunyai
gelombang lebih panjang dibandingkan sinar tampak namun
lebih pendek jika dibandingkan gelombang microwave. Sinar infra merah mempunyai panjang gelombang antara 750 nm sampai 1 mm. Tubuh manusia pada kondisi normal dapat memancarkan gelombang infra merah dengan panjang gelombang 10 mikron. Dalam sistem telekomunikasi, sinar infra merah digolongkan menjadi beberapa band seperti pada tabel 2.4. Tabel 2.4 Penggolongan sinar infra merah
Band
Descriptor
Wavelength range
O band E band S band C band L band
Original Extended Short wavelength Conventional Long wavelength
1260–1360 nm 1360–1460 nm 1460–1530 nm 1530–1565 nm 1565–1625 nm
U band
Ultralong wavelength
1625–1675 nm
Passive InfraRed Sensor (PIR) adalah peralatan elektronik yang dapat mengukur pancaran sinar infra merah. LED dan Phototransistor dipilih sebagai sensor pada peralatan ukur ini.LED sebagai sumber cahaya infra merah dan Phototransistor sebagai penerima / detektor cahaya infra merah. Simbol dari komponen infrared emitting diode seperti pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 Simbol Infrared Emitting Diode
21
Detektor cahaya infrared yang umum digunakan adalah photo transistor .Simbol dari komponen phototransistor seperti pada gambar 2.10.
Gambar 2.10. Simbol dari komponen photo transistor
2.6 Operational Amplifier Operational amplifier atau Op-amp biasanya terdiri atas tiga bagian utama yaitu differential amplifier, voltage amplifier, serta output amplifier. Differential amplifier
pada komponen ini berfungsi memberikan
fungsi common mode
rejection, input differential, dan frequency response terhadap DC. Dengan teknik tertentu
rangkaian ini akan memberikan impedansi input yang cukup besar.
Skema operational amplifier dapat dilihat pada gambar 2.11. +V
Inverting input Diff. Amp
Voltage Amp
Output Amp
Noninverting input -V Gambar 2.11 Operational amplifier.
22
Bagian kedua merupakan high gain voltage amplifier. Bagian ini terdiri atas atas beberapa transistor yang dirangkai secara Darlington. Bagian ini mampu memberikan penguatan hingga 200.000 kali.Bagian terakhir merupakan rangkaian complementary emiter follower. Ini menyebabkan Op-amp memiliki impedansi output yang rendah. Dengan demikian Op-amp bisa mengalirkan arus ke beban hingga beberapa miliampere. Input teminal diberi label “+” dan “-“. Input “-“ disebut input inverting sedangkan input “+” disebut input noninverting. Jika sinyal input diberikan ke input “-“ sedangkan input “+” dihubungkan ke ground maka sinyal output akan berbeda fase 1800 dengan sinyal masukannya.Apabila sinyal input diberikan ke input “+” sedangkan input “-“ yang dihubungkan ke ground maka outputnya akan sefase dengan sinyal input. (Millmann,1992) Pada gambar 2.12 dapat dilihat rangkaian sederhana operational amplifier sebagai inverting amplifier. Pada rangkaian ini diberikan input,Vi, melalui resistor R1 pada kaki inverting input. Sementara itu kaki input noninverting dihubungkan ke ground. Output dari operational amplifier dihubungkan kembali dengan kaki inverting input melalui Rf yang merupakan tahanan feedback.Untuk menentukan penguatan dari rangkaian inverting amplifier dapat dihitung dengan menggunakan rumus: (Boylestad,2002)
Vo
Rf R1
* Vi .....................................................................................(2.6)
Rf
Vi R1
Vi Op-
Vo
Amp
+
Gambar 2.12 Operational amplifier sebagai inverting amplifier
23
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT
3.1 Tujuan Adapun tujuan dari penelitian ini yaitu: 1. Membangun sebuah prototipe anemometer digital yang portable. 2. Mengetahui unjuk kerja prototipe anemometer digital yang portable.
3.2 Manfaat Dengan laporan penelitian ini maka diharapkan beberapa manfaat yang dapat diperoleh, yaitu: 1. Bagi para akademisi dapat digunakan sebagai bahan acuan dalam perancangan dan pengembangan anemometer. 2. Menghasilkan anemometer dengan harga yang murah dengan tampilan digital yang portable yang dapat dibawa ke mana-mana.
24
BAB IV METODE PENELITIAN
4.1 Tempat dan Waktu Penelitian Kegiatan penelitian ini dilakukan mulai awal Juni sampai dengan akhir September 2015 (16 minggu). Penelitian dilakukan di : 1. Laboratorium Dasar Teknik Elektro (DTE) Gedung DI Lantai 2, JTE – F.T. UNUD Kampus Bukit Jimbaran, Kab. Badung, 2. Rumah tempat tinggal peneliti, di Jln. Jayagiri XV No. 12 Denpasar.
4.2 Data 4.2.1 Sumber Data Data-data yang digunakan dalam pembuatan alat ini bersumber dari internet, buku-buku literatur, dan sumber-sumber lain.
4.2.1 Jenis Data Jenis Data yang digunakan di dalam pembuatan alat ini adalah data primer, yaitu data-data tentang karakteristik dari komponen, kecepatan angin dan data sekunder dari buku-buku literatur.
4.3 Bahan dan Alat yang Digunakan Bahan-bahan yang digunakan di dalam pembuatan anemometer digital ini antara lain: a. Komponen-komponen elektronika 1. Mikrokontroler AT89S51
(1 buah)
2. Liquid Crystal Display / LCD
(1 buah)
3. Kapasitor
(6 buah)
4. Resistor
(10 buah)
5. Variable resistor
(2 buah)
6. Dioda
(2 buah)
7. Infrared emitting diode
(1 buah)
25
8. Phototransistor
(1 buah)
9. IC TL084
(1 buah)
10. Speaker
(1 buah)
11. IC 7404
(1 buah)
12. IC LM555
(2 buah)
13. Regulator tegangan LM7805
(1 buah)
14. Baterai kotak 9 Volt
(3 buah)
15. Kristal 12 MHz
(1 buah)
16. Kincir Angin
(1 buah)
17. Saklar
(2 buah)
18. LED
(3 buah)
b. Alat Bantu yang digunakan antara lain: 1. Solder 2. Pencabut timah 3. Timah 4. Kabel Jumper 5. Kabel Pelangi 6. Terminal 7. Kabel ISP c. Perangkat lunak yang diperlukan 1. ISP flash programing versi 1.3 2. ASEM51 3. Notepad 4. Compiler atmel 5. Protel Schematic 1.0
26
4.4 Alur Perancangan Alat Alur perancangan alat dapat dilihat pada gambar 4.1: Mulai
Studi literature dan bahan
Perencanaan dan pembuatan hardware
Perbaikan
Pengujian T Hasil Uji? Y Perencanaan dan pembuatan software
Perbaikan
Pengujian T Hasil Uji? Y Penggabungan Alat
Perbaikan
Pengujian T Hasil Uji? Y Pengujian keseluruhan system / Kalibrasi
Pengujian T Hasil Uji? Y Selesai
Gambar 4.1 Alur perancangan alat
Perbaikan
27
4.5 Diagram Blok Perangkat Keras Anemometer Digital Diagram blok perancangan alat dapat dilihat pada gambar 4.2.
SENSOR PADA PROPELER
TIMER
SENSOR PADA FLAP
P 1.0
Port 2
P1.1
P3.1
ALARM
MIKROKONTROLER AT89S51
Catu Daya +5V (baterai)
DISPLAY LCD
Gambar 4.2 Diagram blok anemometer digital
Blok-blok ini terdiri dari: a. Sensor pada propeler berfungsi memberikan input data jumlah putaran propeler yang akan dihitung oleh mikrokontroler untuk mengetahui kecepatan angin. Blok ini terhubung dengan port 1.0. b. Sensor pada flap berfungsi memberikan input untuk mengetahui arah angin. Blok ini terhubung dengan port 2.0 sampai dengan port 2.7. c. Alarm berfungsi memberikan peringatan apabila angin bertiup terlalu kencang. Blok ini terhubung dengan port 3.1. d. LCD type M1632 sebagai penampil data. Blok ini berada pada port 0.0 s/d port 0.7 sebagai port data, RS port 3.6 dan EN port 3.7 e. Timer berfungsi sebagai pewaktu untuk men-trigger mikrokontroler agar memproses data kecepatan angin yang disimpan di register.
28
4.6 Perancangan Sistem Tiap Blok 4.6.1 Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler AT89S51 bekerja pada level tegangan TTL yaitu sebesar 5 Volt DC. Tegangan Vcc + 5 Volt ini dihubungkan ke pin 40 Mikrokontroler AT89S51. Pin 20 dari Mikrokontroler ini dihubungkan ke ground. Port 1,2 dan 3 bersifat I/O dengan internal pull-up sedangkan port 0 tidak bersifat internal pullup sehingga outputnya harus dipasangkan resistor ke Vcc di luar Mikrokontroler AT89S51 dengan nilai 1 KΏ. Untuk frekuensi kerja digunakan oscillator 12 MHz dimana berdasarkan data sheet besarnya nilai kapasitor 30±10pF. Untuk lebih jelasnya sistem minimum Mikrokontroler AT89S51 dapat dilihat pada gambar 4.4. AT89S51 Input dari sensor pada propeler Input dari timer
1 P1.0
40 Vcc
2 P1.1
P0.0 (AD 0)
P1.2
P0.1 (AD 1)
P1.3
P0.2 (AD 2)
3
38
4
+ 5v
37
5 P1.4
P0.3 (AD 3)
P1.5 /MOSI
P0.4 (AD 4)
P1.6 /MISO
P0.5 (AD 5)
P1.7 /SCK
P0.6 (AD 6)
Rst
P0.7 (AD7 )
35
7
34
8
C 10μF
33
9
32
10
R 8,2 KΩ
Output ke alarm
31
P 3.0 (RXD)
EA / Vpp
P 3.1 (TXD)
ALE / PROG
P 3.2 (INT0)
PSEN
P 3.3 (INT1)
P2.7 (A15)
P 3.4 (T0)
P2.6 (A14)
P 3.5 (T1)
P2.5 (A13)
11
29 28
14
27
15
Ke LCD
26
16
25
P 3.6 (WR)
P2.4 (A12)
P 3.7 (RD)
P2.3 (A11)
X-Tal 1
P2.2 (A10)
X-tal 2
P2.1 (A 9)
GND
P2.0 (A 8)
17
24
18
23
19
12 MHz
+ 5v
30
12 13
C 30pF
Output Ke LCD
36
6
S
+ 5v
39
22
20
21
C 30pF Gambar 4.4 Sistem minimum Mikrokontroler AT89S51
Input dari sensor pada flap
29
Tabel 4.1 Pemakaian port/pin Mikrokontroler AT89S51 PORT/PIN
PENGGUNAAN
P0.0 – P0.7
Jalur data LCD
P1.0
Sensor kecepatan pada propeler
P1.1
Timer
P1.5 – P1.7
ISP programer cable
P2.0 – P2.7
Sensor arah angin pada flap
P3.6 dan P3.7
Pin EN dan RS pada LCD
Pin 9
Reset
Pin 18 dan 19
Crystal
Pin 20
Ground
Pin 31 dan 40
Vcc ( +5V)
P3.1
Alarm
4.6.2 Perancangan Rangkaian Sensor Kecepatan Angin pada Propeler Rangkaian ini berfungsi untuk mengukur kecepatan angin. Sensor pada propeler terdiri atas sepasang sensor infra merah. Sensor infra merah terdiri atas infrared emitting diode dan photo transistor yang saling berhadapan. Infrared emitting diode berfungsi memancarkan sinar infra merah dan photo transistor berfungsi menerima sinar infra merah. Di antara infrared emitting diode dan photo transistor terdapat lempeng propeler yang dapat berputar apabila terkena hembusan angin. Output rangkaian sensor kecepatan angin dihubungkan dengan port 1.0 mikrokontroler AT89S51 seperti ditunjukkan oleh gambar 4.5. Apabila lempeng propeler tepat tegak lurus terhadap tranceiver infra merah maka sinar infra merah akan terhalang oleh lempeng sehingga sinar infra merah tersebut tidak dapat diterima oleh phototransistor. Jika phototransistor tidak menerima sinar infra merah maka output rangkaian sensor inframerah yang masuk ke mikrokontroler AT89S51 adalah bit 1. Begitu juga sebaliknya, jika lempeng penghalang sudah tidak lagi menghalangi sinar infra merah dari infrared emitting diode menuju phototransistor maka output rangkaian sensor kecepatan angin yang masuk ke mikrokontroler AT89S51 adalah bit 0.
30
propeler
angin AT89S51 lempeng propeler Photo transistor
infrared emitting diode
Gambar 4.5 Perancangan pemasangan rangkaian sensor kecepatan angin pada propeler
Mikrokontroler AT89S51 akan
berfungsi
sebagai
counter
untuk
menghitung jumlah bit 1 yang diterima. Jumlah bit yang diterima dalam satu periode tertentu kemudian dibandingkan oleh Mikrokontroler AT89S51 dengan data base untuk mengetahui kecepatan angin pada saat itu. Kecepatan angin ditampilkan dalam satuan knot. Data kecepatan angin akan ditampilkan tiap 3 detik. Adapun gambar rangkaian sensor sinar infra merah ditunjukkan oleh gambar 4.6. Pada rancangan ini digunakan operational amplifier sebagai penguat dengan pertimbangan untuk memudahkan perhitungan. Selain itu operational amplifier juga mamiliki faktor penguatan yang relafif stabil. Penulis memilih IC TL 084 karena di dalam IC ini terdapat 4 buah operational amplifier sehingga tidak terlalu banyak memerlukan IC. Infrared emiting dioda pada rangkaian ini dipasang forward bias dan berfungsi mengubah arus listrik menjadi sinar infra merah. Sebuah resistor dipasang seri dengan infrared emiting dioda. Dari data sheet diperoleh nilai tegangan infrared emiting dioda (VL)sebesar 1,5 Volt dan besarnya arus forward (If) yang melewatinya yaitu 20 mA. Dari data di atas maka dapat dihitung besarnya tahanan seri (Rs) dapat dihitung yaitu:
31
RS
Vcc V L IF
(5 1,5)v 20mA RS 175 RS
Karena di pasaran tidak ada resistor dengan nilai 175 Ω maka digunakan resistor dengan nilai yang mendekati yaitu 180 Ω. Sinar dari infrared emiting diode ini kemudian diterima oleh phototransistor untuk diubah kembali menjadi arus listrik. Besar kecilnya arus yang melewati phototransistor sangat dipengaruhi intensitas sinar infra merah yang diterimanya. Arus ini kemudian mempengaruhi besarnya tegangan yang masuk ke kaki non-inverting input pada operational amplifier TL 084. Pada saat sinar infra merah yang diterima phototransistor maksimum maka phototransistor akan mengalami saturasi. Pada saat ini tegangan pada kaki kolektor phototransistor menjadi nol Volt sehingga tegangan yang masuk ke kaki non-inverting input juga menjadi 0 Volt. Pada saat saturasi penulis membatasi besar arus yang melalui phototransistor (Is) sebesar 5mA, sehingga pada kaki kolektor dipasang sebuah tahanan (Rc) dengan nilai: Vcc Is 5v Rc 5mA Rc 1000 Rc
Rc 1K
Saat tegangan pada kaki inverting input nol Volt maka pada saat ini operational amplifier seolah rangkaian non-inverting amplifier dimana output dari operational amplifier sangat tergantung tegangan pada kaki non-inverting input. Tegangan ini kemudian diperkuat dengan besar penguatan (A) tergantung nilai dari Rf dan Rs. Tegangan output operational amplifier diatur agar dikenal oleh Mikrokontroler AT89S51 sebagai logika ”1”. Logika ”1” biasanya diasumsikan dengan tegangan +5 V. Jika diasumsikan tegangan minimum pada kaki noninverting input adalah 1 Volt maka untuk mencapai logika ”1” operational
32
amplifier
harus mempunyai penguatan (A) sebanyak 5 kali. Sehingga untuk
menentukan besar nilai Rs dan Rf dapat dihitung sebagai berikut: RF 1 Rs R 5 F 1 Rs R 4 F Rs R F 4 Rs A
Jika digunakan nilai Rf sebesar 1000 Ω maka besar nilai Rs dapat dihitung, yaitu: Rs = Rf : 4 Rs = 1000 : 4 Rs = 250 Ω Nilai resistor yang mendekati nilai ini adalah 220 Ω. Pada kaki non-inverting input operational amplifier dihubungkan dengan variabel resistor (VR) yang nilai tahanannya dapat diubah-ubah. Adapun dipasang variabel resistor pada kaki ini yaitu untuk mengatur besarnya tegangan pada kaki non-inverting input operational amplifier. Pada saat tidak ada sinar infra merah diterima oleh phototransistor tegangan pada kaki non-inverting input harus sama dengan tegangan pada kaki inverting input. Hal ini dimaksudkan agar pada saat sinar dari infrared emiting dioda operational
amplifier menjadi
terhalang oleh lempeng maka output dari nol
Volt dan Mikrokontroler AT89S51
mengenalinya sebagai logika ”0”. Ini terjadi karena sifat common mode rejection pada operational amplifier dimana input pada kaki inverting input dan noninverting input akan saling mengurangi, baru kemudian dikuatkan (amplified). Variabel resistor (VR) ini dihubungkan ke Vcc dan ground sehingga seolah membentuk voltage devider. Semakin besar nilai tahanan pada kaki VR yang terhubung kaki inverting input operational amplifier terhadap ground maka semakin besar pula tegangan
yang masuk ke inverting input operational
amplifier. Jika VR diatur maksimum yaitu sebesar 1000 Ohm maka tegangan yang masuk ke kaki non-inverting input menjadi +5 Volt.Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.6.Jika tahanan pada VR tepat 500 Ohm atau setengah dari
33
nilai VR maka besarnya tegangan pada kaki non-inverting input operational amplifier yaitu: 500 x5V 1000 Vin 2,5Volt Vin
Karena pada saat phototransistor terhalang lempeng ouput operational amplifier adalah bit 0 maka pada outputnya ditambahkan inverter yaitu IC 7404 yang berfungsi membalikkan logika 0 menjadi logika 1. Dengan dipasangnya IC inverter maka output rangkaian sensor kecepatan angin ke port 1.0 mikrokontroler AT89S51 pada saat terhalang lempeng adalah bit 1 dan pada saat tidak terhalang lempeng adalah bit 0. +5 V 1 KΩ 1KΩ
180 Ω
IC 7404
2 220Ω
3
4 1
TL + 084
3
4 Ke P1.0
11 VR 1KΩ + 5v Gambar 4.6 Rangkaian Sensor Inframerah pada propeler
4.6.3 Perancangan Rangkaian Sensor Arah Angin pada Flap Pada gambar 4.7 dapat dilihat rancangan blok diagram untuk menentukan arah angin. Di bagian luar alat akan dipasangkan flap yang dapat bebas berputar mengikuti arah angin. Flap ini dihubungkan dengan sebuah lempeng yang berisi tangkai switch dan terhubung sumber tegangan + 5 V. Lempeng akan ikut berputar jika flap berputar. Pada bagian bawah lempeng dipasangkan 8 buah plat seng di tiap-tiap arah mata angin. Tiap-tiap plat tidak terhubung satu sama lain. Plat–plat ini masing – masing terhubung dengan salah satu port 2 mikrokontroler AT89S51.
34
Pada saat terkena angin, flap akan berputar sesuai arah angin. Putaran flap akan diikuti oleh putaran lempeng dan tangkai switch. Selama berputar tangkai switch akan mengenai salah satu dari delapan buah lempeng seng.
flap
Lempeng yang dapat berputar
Tangkai switch
Ke port 2 AT89S51
8 buah lenpeng seng
Gambar 4.7 Perancangan pemasangan sensor pada flap
Lempeng seng yang terkena tangkai switch mendapat arus listrik dan akan meneruskannya ke kaki port 2 mikrokontroler AT89S51 yang terhubung kepadanya. Kaki port 2 itu mendapat tegangan sebesar + 5V dan menganggapnya sebagai bit 1 (high). Tabel 4.2 Hubungan port pada AT89S51 dengan arah mata angin
PORT AT89S51
ARAH ANGIN
2.0
UTARA
2.1
TIMUR LAUT
2.2
TIMUR
2.3
TENGGARA
2.4
SELATAN
2.5
BARAT DAYA
2.6
BARAT
2.7
BARAT LAUT
Mikrokontroler AT89S51 akan mengenali kaki port mana yang mendapat bit 1. Jika yang mendapat bit 1 adalah port 2.0 maka mikrokontroler AT89S51 akan mengirim data ke LCD bahwa pada saat itu angin bertiup ke arah utara. Jika
35
yang mendapat bit 1 adalah port 2.1 maka mikrokontroler AT89S51 akan mengirim data ke LCD bahwa pada saat itu angin bertiup ke arah timur laut. Begitu seterusnya sesuai tabel 3.2
4.6.4 Perancangan IC Timer 555 IC 555 di dalam rancangan ini berfungsi sebagai timer untuk menentukan waktu pembacaan register pada Mikrokontroler AT89S51. Register ini berisi jumlah bit yang telah terkumpul dari hasil sensor pada propeler.Timer diatur agar kecepatan angin dapat dibaca pada LCD setiap 3 detik. Untuk itu IC 555 diatur agar menghasilkan bit 1 setiap 3 detik yang dihubungkan dengan Port 1.1 Mikrokontroler AT89S51. Bit 1 pada port 1.1 ini akan memicu Mikrokontroler AT89S51 untuk memproses bit-bit yang telah terkumpul yang kemudian akan dibandingkan dengan database kecepatan angin. Untuk mengatur agar IC 555 menghasilkan bit 1 (on time) yang singkat sedangkan bit 0 (off time) yang lebih panjang cukup sulit, maka pada rancangan ini diperlukan sebuah inverter. Inverter ini akan mengubah bit 1 menjadi bit 0 dan demikian juga sebaliknya. Inverter yang akan digunakan yaitu IC 7404 yang cukup mudah didapat di pasaran. Dengan demikian maka diatur agar IC 555 menghasilkan bit 1 yang lebih panjang yaitu sekitar 2 detik dan bit 0 hanya sekitar 1 detik. Jadi total periode gelombang output rangkaian timer ini yaitu: T
= t1 + t2 = (2 + 1) detik = 3 detik.
Frekuensi gelombang output rangkaian timer ini yaitu: F
= 1 : T = 1 : 3 detik = 0,3333 Hz
Duty cycle gelombang output rangkaian timer ini yaitu: D
= t1 : T = (1 : 3) detik = 0,3333 atau 33,33 % Di dalam rangkaian timer ini digunakan kapasitor
2,2 µF. Untuk
mendapatkan t2 sebesar 1 detik maka besarnya Rb dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
36
t 2 0,693 * Rb * C t2 0,693 * C 1S Rb 0,693 * 2,2 * 10 6 F Rb 655.909,74 Rb
Untuk memudahkan mencari komponen maka di dalam rangkaian ini penulis menggunakan nilai Rb yang agak mendekati nilai di atas yaitu 680 KOhm. Setelah mendapat nilai Rb maka dilanjutkan dengan menghitung nilai Ra. Besar tahanan Ra dapat dihitung sebagai berikut: t1 0,693( Ra Rb ) * C t1 Rb 0,693 * C 2S Ra 680.000 0,693 * 2,2 * 10 6 F Ra 1.311.819,494 680.000 Ra
Ra 631.819,49
Nilai resistor yang mendekati nilai tersebut adalah 680 KOhm. Frekuensi pengulangan pulsa dapat dihitung: prf
= 1,44 : (C Ra + 2 CRb) = 1,44 : (2,2 .10-6 *6,8.104 + 2 *2,2 .10-6 *6,8.104) = 9,625
Tanda untuk rasio spasi: = t1 : t2 = 2 detik : 1 detik =2 Setelah mengetahui nilai komponen – komponen pada IC 555 maka rangkaian timer secara lengkap dapat dilihat pada gambar 4.8
37
+5 V
IC 555
C 2.2 µF
t1
2 1 IC 7404
t2
1
8
2
7
3
6
4
5
Ra 680KΩ
Rb 680K Ω
T Gambar 4.8 Rangkaian timer IC 555
4.6.5 Perancangan Rangkaian Alarm Rangkaian alarm di dalam rancangan ini berfungsi untuk memberi peringatan apabila kecepatan angin tergolong ekstrim ( 10 s/d 12 knot). Pada saat anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51 ini mendeteksi kecepatan angin tersebut maka secara otomatis mikrokontroler AT89S51 mengatur port 3.1 menjadi berlogika 1 sehingga tegangan pada port ini menjadi sekitar 5 Volt. Tegangan pada port 3.1 ini menjadi Vcc rangkaian alarm sehingga pada saat mendapat tegangan sebesar 5 V rangkaian alarm yang merupakan rangkaian oscillator astable langsung bekerja menghasilkan gelombang. Output dari rangkaian ini dihubungkan dengan speaker yang berfungsi mengubah gelombang listrik menjadi gelombang suara. Agar dapat didengar oleh telinga manusia maka frekuensi yang dihasilkan oleh rangkaian alarm harus berada pada kisaran frekuensi audio yaitu antara 20 s/d 20.000 Hz. Rangkaian timer secara lengkap dapat dilihat pada gambar 4.9 Ke P3.1
U3
2.2µF
LM555
1
8
2
7
3
6
4
5
Ra 330K Ω
Rb 680K Ω
Gambar 4.9 Rancangan rangkaian alarm
38
4.7 Interface Driver LCD LCD digunakan untuk menampilkan hasil pengolahan data dari Mikrokontroler AT89S51 berupa kecepatan dan arah angin. Gambar interface driver LCD 16x2 dengan mikrokontroler ditunjukkan oleh gambar 4.10.
P0.1
P0.3 P0.2
P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 P0.0 P3.7 P3.6
Gambar 4.10 Perancangan interface driver LCD
Hubungan dari pin LCD dengan mikrokontroler ditunjukkan oleh tabel 4.3. Pin 7 sampai dengan pin 14 merupakan pin untuk data (sebanyak 8 pin). Pinpin ini dihubungkan dengan port 0 mikrokontroler. Selain pin data, terdapat juga pin RS dan pin EN yang berfungsi pada saat mikrokontroler mengirimkan data maupun instruksi ke LCD. Pin ini masing-masing terhubung dengan port 3.6 dan port 3.7. Tabel 4.3 Hubungan pin LCD ke mikrokontroler PIN LCD
PORT MIKROKONTROLER
PIN 4 (RS)
Port 3.6
PIN 6 (EN)
Port 3.7
PIN 7 (DB0)
Port 0.0
PIN 8 (DB1)
Port 0.1
PIN 9 (DB2)
Port 0.2
PIN 10 (DB3)
Port 0.3
PIN 11 (DB4)
Port 0.4
PIN 12 (DB5)
Port 0.5
PIN 13 (DB6)
Port 0.6
PIN 14 (DB7)
Port 0.7
Alur kerja program driver LCD ditunjukkan oleh gambar 4.11:
39
Mulai Hapus Layar Atur function set Atur kursor dan display Mengatur increment / decrement Selesai Gambar 4.11 Alur kerja program driver LCD
Penjelasan mengenai gambar 4.11 yaitu: Pada saat LCD dihidupkan yang pertama kali dilakukan yaitu menghapus isi LCD / clear display. Setelah itu dilanjutkan dengan mengatur lebar data yang diinginkan. Data yang dikirim 8 bit sekaligus. Selanjutnya yaitu mengatur kursor apakah ditampilkan atau tidak. Yang terakhir yaitu mengatur pergeseran karakter apakah ke kanan atau ke kiri dengan mengeset increment/decrement. Berikut adalah cuplikan sub rutin untuk penulisan tampilan di LCD. RS_LCD EN_LCD Start: Mov DPTR,#Awalan Lcall Init_lcd Lcall tulis_char Lcall tulis_data
equ equ
P3.6 P3.7
;isi data pointer dengan awalan ;panggil inisialisai lcd ;panggil subrutin tulis karakter ;panggil subrutin penulisan data
tulis_char: mov r3,#16 ;isi R3 dengan 16 mov r1,#80h ;isi R1 dengan 80h call tulis_inst ;panggil subrutin pengiriman address ret; tulis_data: clr a movc a,@a+dptr mov r1,A inc dptr call tulis_lcd djnz r3,tulis_data hingga r3=0 ret ; Lanjutan………………………
; ; ; ; ; ;
A = 0 A = [A+ DPTR] R1 = A DPTR = DPTR +1 panggil subrutin tulis karakter ke LCD r3 kurangi 1 lalu ulangi terus tulis_data
40
Secara garis besar cara kerja programnya adalah pada saat dihidupkan maka pada LCD akan ditampilkan tulisan awalan yaitu “Anemometer Siap”. Setelah itu pada LCD akan ditampilkan kecepatan angin dan arahnya.
4.8 Catu Daya Pada rancangan ini digunakan catu daya dengan tegangan konstan. Mengingat seluruh komponen di dalam rancangan ini adalah komponen yang sangat peka terhadap perubahan tegangan dan seluruh komponen dirancang dengan tegangan Vcc sebesar 5 Volt maka catu daya harus mampu mensuplay tegangan +5 Volt DC yang konstan. Untuk memenuhi kebutuhan itu maka peneliti memasang regulator IC LM7805 untuk mendapatkan tegangan yang stabil sebesar 5 Volt. IC LM7805 Baterai 9V
+ -
GND
C 10 μF
+5 V
Gambar 4.12 Catu daya
Regulator tegangan ini juga berfungsi untuk mengantisipasi terjadinya hubungan singkat pada beban. IC LM7805 ini dipadukan dengan baterai 9 Volt yang merupakan sumber tegangan DC 9 Volt. Dipilih sumber tegangan baterai yaitu untuk menunjang mobilitas dari rancangan anemometer digital ini. Adapun pemasangan IC LM7805 ditunjukkan oleh gambar 4.12.
41
4.9 Penggabungan perangkat keras secara keseluruhan Penggabungan seluruh perangkat keras secara keseluruhan ditunjukkan oleh gambar 4.13. +5 V R9 1 KΩ
R7 180 Ω
R8 1KΩ
-
2 D1
R10 220Ω
3
4
IC 7404 3 4
1 11
+
1U4 3 +
Q1
+ 5v
VR 1KΩ
11 +5 V
U2 1 8 LM555 2
C1 1µF
3 4
+ 5v
R1 680KΩ
7
1
R2 680K Ω
6
GND
2
Vcc
3 40
VR 1KΩ
Vcc
2
VEE
4
RS
39 P1.1
IC 7404 1 2
5
U1 AT89S51 P1.0
1
P0.0 (AD 0)
3
P3.6 &P3.7
38 P1.2
P0.1 (AD 1) 6
37 4
P1.3
5
P1.4
6
P1.5 /MOSI
7
P1.6 /MISO
R/ W
5
EN
P0.2 (AD 2) 7
P0.0 – P0.7
36 P0.3 (AD 3)
+5 V
35
DB 0
8
DB 1
P0.4 (AD 4) 34
9
33
10
32
11
DB 2
P0.5 (AD 5) P1.7 /SCK 8 9
5v
10
C2 10μF R3 8,2 KΩ
12
5 v
R4 8,2 KΩ
D2 R7 8,2 KΩ D3
R8 8,2 C3 KΩ 30pF
31
P 3.1 (TXD) P 3.2 (INT0)
DB 5
12
5v
DB 6
13 30
ALE / PROG
29
DB 7
14
+ 5v
PSEN
28
15
P 3.3 (INT1)
P2.7 (A15)
27
16
P 3.4 (T0)
P2.6 (A14)
P 3.5 (T1)
P2.5 (A13)
P 3.6 (WR)
P2.4 (A12)
P 3.7 (RD)
P2.3 (A11)
18
X-Tal 1
P2.2 (A10)
19
X-tal 2
P2.1 (A 9)
22
20
GND
P2.0 (A 8)
21
13
DB 4
P0.7 (AD7 ) P 3.0 (RXD) EA / Vpp
11
DB 3
P0.6 (AD 6) Rst
V+B L VBL
14 15
LCD
26
16
25
17
24 23
12 MHz
+ 5v
C4 30pF +5 V
C5 2.2µF
U3 LM55 1 8 52 7 3
6
4
5
R5 330K Ω
R6 680K Ω
Gambar 4.13 Rangkaian perangkat keras secara keseluruhan
Untuk pembahasan penggabungan perangkat keras secara keseluruhan akan diuraikan secara lengkap pada bab selanjutnya meliputi proses kerja sensor
42
pada propeler, sensor pada flap maupun alur kerja program. Visualisasi perangkat keras rancangan rangkaian anemometer digital dapat dilihat pada gambar 4.14.
flap angin propeler
Sensor kecepatan
Papan Rangkaian
Sensor arah angin
LCD
Gambar 4.14 Visualisasi rancangan anemometer digital
4.10 Perancangan perangkat lunak Perangkat lunak yang direncanakan yaitu proses pembuatan program utama dari keseluruhan perangkat lunak yang dibuat. Perancangan diagram alir rangkaian anemometer digital dapat dilihat pada gambar 4.15. Langkah pertama adalah perencanaan diagram alur, penulisan bahasa assembly dan mensimulasikannya dengan software. Jika terjadi kesalahan pada program maka akan dilakukan program ulang ke dalam Mikrokontroler AT89S51. Pada saat LCD pertama kali dinyalakan maka dilakukan inisialisasi LCD untuk meng-clear display pada LCD serta mengatur sistem pengiriman data maupun kursornya. Proses berikutnya yaitu menentukan arah angin. Pada proses ini Mikrokontroler AT89S51 juga menunggu bit input dari 8 port yang terhubung dengan sensor pada flap untuk mengetahui arah angin pada saat itu. Mikrokontroler AT89S51 akan mengecek apakah ada bit input dari port utara.
43
Jika ada maka akan dibandingkan datanya dengan database untuk ditampilkan pada LCD. START
INISIALISASI LCD
Y
APAKAH UTARA?
JALANKAN TIMER
T
APAKAH TIMUR LAUT
Y TUNGGU INPUT DARI PORT 1.0
T
APAKAH TIMUR ?
Y SIMPAN BIT 1 DI REGISTER
T T APAKAH TENGGARA ?
Y
ADA INPUT DARI TIMER?
T
APAKAH SELATAN ?
Y
Y
BANDINGKAN DENGAN DATABASE (DB)
T
APAKAH BARATDAYA
HITUNG JUMLAH BIT 1
Y TAMPILKAN DI LCD “ARAH ANGIN”
BANDINGKAN DENGAN DATABASE (DB)
T
APAKAH BARAT ?
Y
TAMPILKAN DI LCD “KECEPATAN ANGIN”
Y
selesai
T
APAKAH BARAT LAUT
T TAMPILKAN DI LCD “MENCARI ARAH ANGIN”
Gambar 4.15 Diagram alir program
Jika tidak ada bit input pada sensor utara maka dilanjutkan dengan memeriksa port timur laut. Jika ada maka dilakukan proses yang sama dengan di
44
atas. Jika tidak ada maka dilanjutkan dengan memeriksa port berikutnya yaitu port timur. Jika sama sekali tidak ada input pada sensor arah maka pada LCD ditampilkan tulisan ”Mencari Arah Angin”. Proses berikutnya yatu menghitung kecepatan angin. Kecepatan angin dihitung dengan cara menghitung jumlah bit yang berasal dari port 1.0 dalam rentang waktu yang ditentukan oleh rangkaian
timer. Selama timer
belum
memberi input bit 1 ke port 1.1 maka alat akan menunggu input bit digital dari pot 1.0 yang terhubung dengan rangkaian sensor kecepatan di propeler. Jika ada bit ”1” yang diterima oleh port Mikrokontroler AT89S51 maka bit tersebut akan disimpan ke dalam register di dalam Mikrokontroler AT89S51. Setelah timer mengirim bit 1 ke port 1.1 maka akan dihitung jumlah bit ”1” yang terkumpul di register. Data ini kemudian dibandingkan dengan data base kecepatan angin. Data yang cocok dengan data base yang tersimpan di dalam ROM Mikrokontroler AT89S51 kemudian dikirim ke LCD untuk ditampilkan. Demikian proses ini berlanjut sesuai dengan gambar 4.15.
45
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1.Realisasi Perangkat Keras Anemometer Digital Dari perancangan pada Bab IV diperoleh anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51 yang dapat mengukur kecepatan angin dan mengetahui arah angin. Alat ini portable sehingga mudah dibawa untuk survey di lapangan seperti terlihat pada gambar 5.1. flap propeler
Sensor pada propeler
Switch arah angin AT89S51
(a)
LED timer
LCD
(b) Gambar 5.1 Anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51 a) Tampak bagian dalam b) Tampak bagian luar
48
46
5.2 Pengujian dan Pembahasan Perangkat Keras Pengujian dilakukan terhadap setiap bagian / blok perangkat keras yang telah dirancang pada bab IV dengan menggunakan multimeter. Blok-blok perangkat keras yang diuji yaitu: a. Port paralel mikrokontroler AT89S51 b. Rangkaian sensor arah angin dengan tampilan LCD c. Rangkaian timer d. Rangkaian sensor kecepatan angin e. Rangkaian alarm
5.2.1 Pengujian dan Pembahasan Port Paralel Mikrokontroler AT89S51 Port paralel minimum sistem mikrokontroler AT89S51 dapat digunakan sebagai I/O jika dalam kondisi awal pin pada tiap port berlogika tinggi (high). Untuk menguji kondisi awal port paralel mikrokontroler AT89S51 dilakukan sesuai gambar 5.2 . Sebelum pengujian, ke dalam mikrokontroler AT89S51 di-download program untuk menguji kondisi awal port paralel mikrokontroler AT89S51. Pengukuran dilakukan dengan cara menempelkan probe voltmeter ke salah satu pin port paralel mikrokontroler AT89S51. Pengujian kondisi awal port paralel mikrokontroler AT89S51 dilakukan satu per satu ke tiap port secara berurutan. Pertama kali dilakukan pengujian terhadap Port 0. Melalui program diatur agar Port 0 berada dalam kondisi high. Kondisi high ini dipertahankan selama kira – kira 1 menit dengan cara memanggil sub rutin delay. Dalam rentang waktu 1 menit tersebut dilakukan pengukuran ke delapan pin port 0 (pin 32 s/d 39). Pada 1 menit berikutnya port 0 di-set ke kondisi low. Selama 1 menit ini kembali dilakukan pengukuran untuk mengetahui tegangan pada delapan buah pin port 0. Langkah berikutnya dilakukan dilakukan pengukuran pada port 1, port 2, dan port 3 dengan cara yang hampir sama dengan pengukuran port 0.
47
Mikrokontroler AT89S51 Port 0 Port 1 Port 2 Port 3
Voltmeter
Gambar 5.2 Diagram blok pengukuran port paralel AT89S51
Cuplikan potongan program untuk menguji kondisi awal port paralel mikrokontroler AT89S51 adalah sebagai berikut: Setb Call Clr Call Setb Call Clr Call Setb Call Clr Call Setb Call Clr Call End
P0 Delay P0 Delay P1 Delay P1 Delay P2 Delay P2 Delay P3 Delay P3 Delay
;Set Port 0 ke ;Panggil delay ;Set Port 0 ke ;Panggil delay ;Set Port 1 ke ;Panggil delay ;Set Port 1 ke ;Panggil delay ;Set Port 2 ke ;Panggil delay ;Set Port 2 ke ;Panggil delay ;Set Port 3 ke ;Panggil delay ;Set Port 3 ke ;Panggil delay ;selesai
kondisi high (bit 1) kondisi low (bit 0) kondisi high (bit 1) kondisi low (bit 0) kondisi high (bit 1) kondisi low (bit 0) kondisi high (bit 1) kondisi low (bit 0)
Hasil pengukuran pada masing-masing port mulai dari port 0 hingga port 3 pada mikrokontroler AT89S51 dapat dilihat pada tabel 5.1. Tabel 5.1 Kondisi awal port paralel PORT
NO PIN
0
32 s/d 39
1
1 s/d 8
2
21 s/d 28
3
10 s/d 17
LOGIKA
TEGANGAN
High
4,36 V
Low
0,00 V
High Low
4,36 V 0,00 V
High
4,36 V
Low
0,00 V
High
4,36 V
Low
0,00 V
48
4,36 Volt Gambar 5.3 Pengukuran kondisi awal port paralel AT89S51
Dari hasil pengukuran yang dilakukan, kondisi output setiap port paralel dari minimum sistem mikrokontroler AT89S51 sesuai dengan program yang dimasukkan. Hal ini menandakan sistem minimum yang dirancang telah dapat digunakan sebagai I/O. Pengukuran kondisi awal port paralel dari minimum sistem mikrokontroler AT89S51 dapat dilihat pada gambar 5.3
5.2.2 Pengujian Sensor Arah Angin dengan Tampilan LCD Sesuai dengan perancangan alat pada bab III, sensor arah dihubungkan dengan port 2 mikrokontroler AT89S51 dan LCD dihubungkan dengan port 0 dan port 3. Diagram blok pengukuran sensor dapat dilihat pada gambar 5.4. Pengujian sensor dilakukan dengan memutar flap sensor arah angin dengan tangan ke 8 buah sensor secara bergantian. Sensor arah angin berupa switch yang terdiri atas bagian yang dapat berputar bersama flap dan bagian yang diam (fix). Sensor yang dapat berputar berupa tangkai yang diberi tegangan ± 5 Volt. Bagian lainnya yaitu terdiri atas 8 buah lempeng plat yang masing-masing terhubung dengan port 2 mikrokontroler AT89S51.Plat yang sejajar dengan flap akan mendapat tegangan sebesar + 5V sehingga salah satu dari delapan buah port 2 mikrokontroler AT89S51 yang terhubung dengan sensor itu akan berlogika 1. Mikrokontroler AT89S51 akan mengenali port yang mendapat bit 1 dan mengirim tulisan ke LCD arah angin pada saat tersebut.
49
Sensor Arah
Port 2
AT89S51
Port 0
LCD
Voltmeter
Gambar 5.4 Blok diagram pengujian sensor arah angin
Realisasi switch yang digunakan sebagai sensor arah angin dapat dilihat pada gambar 5.5
Bagian switch yang dapat berputar
Gambar 5.5 Switch pada sensor arah
Bahasa yang digunakan untuk membuat program pembacaan sensor arah angin adalah bahasa assembly.Cuplikan program untuk sensor arah angin adalah sebagai berikut: Startarah: Jnb
SensorUtara,BukanUtara ke BukanUtara DPTR,#PesanUtara Posisi2 baca
;Jika SensorUtara bit 0 lompat
Mov ;Copy data PesanUtara ke DPTR Lcall ;panggil subrutin Posisi2 Ljmp ;lompat ke baca BukanUtara: Jnb SensorTimurLaut,BukanTimurLaut; Jika SensorTimurLaut bit 0 lompat ke BukanTimurLaut Mov DPTR,#PesanTimurLaut ;Copy PesanTimurLaut ke DPTR Lcall Posisi2 ;panggil subrutin posisi2 Ljmp baca ;lompat ke baca BukanTimurLaut: Jnb SensorTimur,BukanTimur ;Jika SensorTimur bit 0 lompat ke BukanTimur Mov DPTR,#PesanTimur ;Copy PesanTimur ke DPTR Lcall Posisi2 ;panggil subrutin posisi2 Ljmp baca ;lompat ke baca
50
BukanTimur: Jnb SensorTenggara,BukanTenggara;Jika SensorTenggara bit 0 lompat ke BukanTenggara Mov DPTR,#PesanTenggara ;Copy PesanTenggara ke DPTR Lcall Posisi2 ;panggil subrutin posisi2 Ljmp baca ;lompat ke baca BukanTenggara: Jnb SensorSelatan,BukanSelatan;Jika SensorSelatan bit 0 lompat ke BukanSelatan Mov DPTR,#PesanSelatan ;Copy PesanSelatan ke DPTR Lcall Posisi2 ;panggil subrutin posisi2 Ljmp baca ;lompat ke baca BukanSelatan: Jnb SensorBaratDaya,BukanBaratDaya;Jika SensorBaratDaya bit 0 lompat ke BukanBaratDaya Mov DPTR,#PesanBaratDaya ;Copy PesanBaratDaya ke DPTR Lcall Posisi2 ;panggil subrutin posisi2 Ljmp baca ;lompat ke baca BukanBaratDaya: Jnb SensorBarat,BukanBarat ;Jika SensorBarat bit 0 lompat ke BukanBarat Mov DPTR,#PesanBarat ; Copy PesanBarat ke DPTR Lcall Posisi2 ;panggil subrutin posisi2 Ljmp baca ;lompat ke baca BukanBarat: Jnb SensorBaratLaut,BukanBaratLaut; Jika SensorBaratLaut bit 0 lompat ke BukanBaratLaut Mov DPTR,#PesanBaratLaut ;Copy PesanBaratLaut ke DPTR Lcall Posisi2 ;panggil subrutin posisi2 Ljmp baca ;lompat ke baca BukanBaratLaut: Mov DPTR,#CariArah ;Copy CariArah ke DPTR Lcall Posisi2 ;panggil subrutin posisi2 jmp Startarah ;lompat ke Startarah PesanUtara: DB 'ARAH:Utara 000' PesanTimurLaut: DB 'ARAH:Tm.Laut 045' PesanTimur: DB 'ARAH:Timur 090' PesanTenggara: DB 'ARAH:Tenggara135' PesanSelatan: DB 'ARAH:Selatan 180' PesanBaratDaya: DB 'ARAH:Br.Daya 225' PesanBarat: DB 'ARAH:Barat 270' PesanBaratLaut: DB 'ARAH:Br.Laut 315' CariArah: DB 'MencariArahAngin' dst..................
Penjelasan mengenai cuplikan program di atas adalah sebagai berikut:
51
Pembacaan sensor pertama kali dimulai dari sub rutin StartArah yang merupakan subrutin untuk membaca sensor utara. Jika sensor utara (port 2.0) masih dalam kondisi low (bit 0) maka langkah selanjutnya langsung melompat ke sub rutin BukanUtara. Tapi jika sensor utara dalam kondisi high (bit1) maka dilanjutkan dengan langkah meng-copy isi PesanUtara ke dalam data pointer (DPTR). PesanUtara merupakan salah satu isi
data base kalimat yang akan
ditampilkan di LCD. Langkah selanjutnya yaitu memanggil sub rutin Posisi2. Sub rutin ini merupakan rangkaian perintah – perintah untuk menampilkan data pada LCD. Pada sub rutin ini diatur agar PesanUtara ditampilkan pada baris kedua LCD. Setelah sub rutin Posisi2 selesai dilaksanakan maka pada LCD akan muncul tulisan ”ARAH:Utara
000”.
Setelah muncul informasi mengenai arah di LCD langkah selanjutnya yaitu memanggil sub rutin baca. Sub rutin baca merupakan rangkaian perintah untuk membaca sensor kecepatan (port 1.0) dan output rangkaian timer (port1.1). Seperti yang disebutkan sebelumnya, jika sensor utara dalam kondisi low (bit 0) dan ternyata sensor Timur Laut dalam kondisi high (bit1) maka ke dalam data pointer (DPTR) yang di-copy-kan adalah isi PesanTimurLaut. Langkah berikutnya hampir sama dengan sub rutin StartArah yaitu memanggil subrutin Posisi2 sehingga pada LCD akan tampil kalimat”ARAH:Tm.Laut 045”. Apabila sensor utara dan sensor timur laut ternyata dalam kondisi low (bit 0) maka dilanjutkan dengan membaca sensor timur. Jika sensor timur juga ternyata dalam kondisi low (bit 0) maka dilanjutkan dengan pembacaan sensor – sensor lainnya secara berurutan yaitu sensor tenggara, sensor selatan, sensor barat daya, sensor barat, dan terakhir sensor barat laut. Pembacaan sensor berlanjut sampai salah satu sensor terbaca dalam kondisi high (bit1). Setelah ditemukan sensor yang dalam kondisi high (bit1) maka DPTR diisi dengan pesan dari data base arah angin yang sesuai. Namun apabila pembacaan dari sensor utara hingga sensor barat laut tidak ada ditemukan satupun sensor yang dalam kondisi low (bit 0) maka pada DPTR di-copy pesan
52
CariArah sehingga pada saat ditampilkan di LCD akan muncul tulisan ”MencariArahAngin”. Tabel hasil pengujian sensor arah dapat dilihat pada tabel 5.2. Tabel 5.2 Pengujian sensor arah ARAH YANG DIUJI
PORT AT89S51
TEGANGAN
UTARA
2.0
4,8 V
ARAH UTARA
TIMUR LAUT
2.1
4,8 V
ARAH TIMUR LAUT 045
TIMUR
2.2
4,8 V
ARAH TIMUR
090
TENGGARA
2.3
4,8 V
ARAH TENGGARA
135
SELATAN
2.4
4,8 V
ARAH SELATAN
180
BARAT DAYA
2.5
4,8 V
ARAH BARAT DAYA 225
BARAT
2.6
4,8 V
ARAH BARAT
BARAT LAUT
2.7
4,8 V
ARAH BARAT LAUT 315
-
0V
MENCARI ARAH ANGIN
-
TULISAN PADA LCD 000
270
Foto hasil pengujian sensor arah seperti terlihat pada gambar 5.6.
Gambar 5.6 Tampilan LCD pada saat pengujian sensor arah
Dari hasil pengujian terhadap sensor arah angin seperti yang ditunjukkan oleh gambar 5.6 dan tabel 5.2 maka rangkaian sensor arah angin telah bekerja sesuai dengan hasil rancangan penulis pada Bab IV.
5.2.3 Pengujian Timer Sesuai dengan rancangan pada bab IV, rangkaian timer berfungsi mengatur waktu untuk memproses data bit yang ada pada register mikrokontroler AT89S51 agar dapat ditampilkan pada LCD. Timer diatur agar data kecepatan
53
angin dapat ditampilkan pada LCD tiap 3 detik. Untuk men-trigger agar port 1.1 mengenali sinyal dari rangkaian timer maka port 1.1 harus diberi logika high (bit 1) minimal sekitar 0,5 detik. Dari rumus 2.1 dan 2.2 untuk menghitung panjang bit yang ditulis pada bab II adalah tidak mungkin membuat output IC 555 dalam kondisi low lebih lama dan kondisi high lebih singkat. Untuk itu diperlukan suatu inverter yang dapat membalikkan kondisi output IC 555 dari kondisi high ke low dan begitu juga sebaliknya dari kondisi low ke high. Dengan cara demikian kondisi high yang diberikan ke port 1.1 mikrokontroler AT89S51 dapat diatur menjadi lebih singkat dibandingkan kondisi low-nya. Inverter yang digunakan di dalam rangkaian ini yaitu IC 7404. Pada saat ouput rangkaian timer dalam kondisi low maka sensor kecepatan angin akan membaca dan menyimpan bit 1. Setelah ouput rangkaian timer dalam kondisi high barulah data dari sensor kecepatan angin itu diproses untuk mengetahui arah angin. Untuk memudahkan pengamatan kondisi logika pada output rangkaian timer maka dipasang komponen Light Emiting Diode (LED) sebelum dan sesudah IC 7404. Apabila output dalam kondisi high maka LED akan menyala dan jika output dalam kondisi low maka LED akan padam. Blok diagram pengujian timer dapat dilihat pada gambar 5.7.
Timer
Port
1.1
AT89S51
Voltmeter
Gambar 5.7 Blok diagram pengujian rangkaian timer
Dari perhitungan dalam perancangan di Bab IV diatur sehingga port 1.1 mikrokontroler AT89S51 mendapat bit 0 selama sekitar 2 detik dan mendapat bit 1 selama sekitar 1 detik. Untuk mengukur lama bit tersebut digunakan peralatan oscilloscope . Selain itu juga dilakukan pengujian dengan cara mengamati kondisi
54
LED pada saat menyala dan padam.Untuk mengukur tegangan output digunakan voltmeter / oscilloscope.Pengukuran tegangan output rangkaian timer dengan menggunakan voltmeter dapat dilihat pada gambar 5.8
2,20 Volt
Gambar 5.8 Pengukuran tegangan output rangkaian timer
Hasil pengujian rangkaian timer dicatat pada tabel 5.3. Tabel 5.3 Pengujian timer
LOGIKA
WAKTU (Detik)
TEGANGAN
Hasil pengukuran
(Volt)
Hasil perhitungan
HIGH
2,20
1’
0’59”
LOW
0
2’
2’45”
dengan stopwatch
Dari hasil pengukuran yang dicatat pada tabel 5.3 didapat hasil tidak sama persis dengan perhitungan namun tidak jauh menyimpang dari batas toleransi. Hal ini disebabkan nilai pembulatan dan toleransi pada komponen resistor serta kapasitor yang digunakan di dalam rangkaian timer.
5.2.4 Pengujian Sensor Kecepatan Angin dengan Tampilan LCD Rangkaian ini berfungsi untuk mengukur kecepatan angin. Sensor pada propeler terdiri atas sepasang sensor infra merah. Sensor infra merah terdiri atas infrared emitting diode dan photo transistor yang saling berhadapan. Infrared emitting diode berfungsi memancarkan sinar infra merah dan photo transistor berfungsi menerima sinar infra merah. Di antara infrared emitting diode dan photo
55
transistor terdapat sebuah lempeng propeler yang dapat bergerak berputar. Output rangkaian sensor kecepatan angin dihubungkan dengan port 1.0 mikrokontroler AT89S51. Apabila lempeng propeler tepat tegak lurus terhadap tranceiver infra merah maka sinar infra merah akan terhalang oleh lempeng sehingga sinar infra merah tersebut tidak dapat diterima oleh phototransistor. Jika phototransistor tidak menerima sinar infra merah maka output rangkaian sensor inframerah yang masuk ke mikrokontroler AT89S51 adalah bit 1. Begitu juga sebaliknya, jika lempeng penghalang sudah tidak lagi menghalangi sinar infra merah dari infrared emitting diode menuju phototransistor maka output rangkaian sensor kecepatan angin yang masuk ke mikrokontroler AT89S51 adalah bit 0. Untuk menguji bekerja tidaknya sensor kecepatan ini dilakukan dengan pengukuran tegangan
pada port 1.0 mikrokontroler AT89S51. Pada saat
phototransistor terhalang lempeng dan tidak menerima sinyal infra merah maka port 1.0 mikrokontroler AT89S51 harus mendapat bit 1 yang ditandai dengan menyalanya LED dan sebaliknya pada saat phototransistor
tidak terhalang
lempeng maka pada port 1.0 mendapat bit 0 dan LED padam. Diagram blok pengujian rangkaian sensor kecepatan angin dapat dilihat pada gambar 5.9.
Sensor Kecepatan
Port
1.0
AT89S51
Port 0
LCD
Voltmeter
Gambar 5.9 Blok diagram pengujian sensor kecepatan angin
Untuk mengetahui kecepatan angin, maka harus ada data mengenai hubungan kecepatan angin dengan jumlah putaran propeler kincir angin yang dirancang. Data ini akan menjadi dasar dalam pembuatan data base software anemometer digital yang akan di-download ke dalam mikrokontroler AT89S51. Untuk mendapatkan data korelasi antara kecepatan angin dan jumlah putaran
56
propeler maka penulis melakukan uji banding dengan peralatan anemometer yang ada di Stasiun Meteorologi dan Geofisika yang secara rutin telah dikalibrasi. Tabel 5.4 Korelasi kecepatan angin dan jumlah putaran propeler dalam 3 detik. KECEPATAN ANGIN (Knots)
JUMLAH PUTARAN
0
0
0,5
1
1
2
1,5
3,5
2
4
2,5
5,5
3
6
3,5
7
4
8
5
10,5
6
12
Data mengenai korelasi antara kecepatan
angin dan jumlah putaran
propeler diperoleh dengan cara menghitung jumlah putaran propeler dalam jangka waktu 3 detik pada saat kecepatan tertentu. Pengukuran juga tidak dapat dilakukan pada semua level kecepatan mengingat kecepatan angin yang tidak menentu dan ada kecepatan angin yang bersifat
ekstrim yang sangat jarang
terjadi. Hasil pengukuran korelasi antara kecepatan angin dan jumlah putaran propeler dapat dilihat pada tabel 5.5 dan grafik 5.1. 14 12
Jml. Putaran
10 8
Putaran
6 4 2
(knot)
0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
Kecepatan angin
Grafik 5.1 Korelasi kecepatan angin dan jumlah putaran propeler dalam 3 detik.
57
Setelah diperoleh data korelasi antara kecepatan angin dan jumlah putaran propeler langkah selanjutnya yaitu menggunakan data pada tabel 5.5 sebagai acuan dalam membuat software data base kecepatan angin. Karena data mengenai korelasi antara kecepatan angin dan jumlah putaran propeler tidak lengkap maka data kecepatan yang tidak tercantum pada tabel 5.5 dibuat dengan perkiraan korelasi data secara linier. Cuplikan program untuk kecepatan angin adalah sebagai berikut: baca: clr P1.0 ;port 1.0 dibuat kondisi low jnb P1.0,cek ;jika P1.0 low maka lompat ke cek jnb P1.0,$ ;jika P1.0 high maka tunggu hingga low lg inc r5 ;R5 + 1 call cek ;panggil cek cek: jb P1.1,speed_0;jika P1.1 high lompat ke speed_0 call speed_z ;panggil speed_z speed_z: CJNE R4,#0b,speed_1 ;jika isi R4 ≠ nol lompat ke speed_1 Mov DPTR,#kecepatan_0 ;isi DPTR pesan kecepatan_0 Lcall Posisi ;panggil Posisi Ljmp Startarah ;loncat ke Startarah speed_0: mov a,r5 ;copy data R5 ke accumulator mov r4,a ;copy data accumulator ke R4 mov r5,#0 ;kosongkan R5 CJNE R4,#0b,speed_1 ;jika R4 ≠ nol lompat ke speed_1 Mov DPTR,#kecepatan_0 ;isi DPTR pesan kecepatan_0 Lcall Posisi ;panggil Posisi Ljmp Startarah ;loncat ke Startarah speed_1: CJNE R4,#1,speed_2 ;jika isi R4 ≠ 1 lompat ke speed_2 Mov DPTR,#kecepatan_1 ;isi DPTR pesan kecepatan_1 Lcall Posisi ;panggil Posisi Ljmp Startarah ;loncat ke Startarah speed_2: CJNE R4,#2,speed_3 ;jika isi R4 ≠ 2 lompat ke speed_3 Mov DPTR,#kecepatan_2 ;isi DPTR pesan kecepatan_2 Lcall Posisi ;panggil Posisi Ljmp Startarah ;loncat ke Startarah speed_3: CJNE R4,#3,speed_4 ;jika isi R4 ≠ 3 lompat ke speed_4 Mov DPTR,#kecepatan_3 ;isi DPTR pesan kecepatan_3 Lcall Posisi ;panggil Posisi Ljmp Startarah ;loncat ke Startarah kecepatan_0: DB '0.0knot calm' kecepatan_1: DB '0.5knot calm' kecepatan_2: DB '1.0knot calm'
dst ...........................................
58
Berikut adalah penjelasan mengenai cuplikan program di atas: Setelah anemometer berhasil melakukan pembacaan arah mata angin, langkah berikutnya yaitu menghitung kecepatan angin. Pertama kali yang dilakukan adalah me-reset port 1.0 menjadi berlogika 0. Langkah selanjutnya yaitu mikrokontroler AT89S51 akan menunggu input bit 1 pada port 1.0 yang berasal dari sensor kecepatan angin. Apabila port 1.0 masih dalam kondisi low maka langsung loncat ke subrutin cek untuk memeriksa apakah pada port 1.1 telah menerima input dari timer.Apabila pada port 1.0 nantinya diterima bit 1 maka ditunggu sampai bit ini kembali ke kondisi low kembali. Hal ini bertujuan untuk memisahkan antara bit 1 dengan bit lainnya karena pada kecepatan tertentu panjang bit 1 yang diterima tentunya juga berbeda-beda. Hal ini juga bertujuan untuk mengenali jika pada suatu saat sensor kecepatan angin dalam kondisi nyangkut. Setelah bit 1 kembali lagi ke kondisi low maka mikrokontroler AT89S51 akan melakukan increment terhadap isi register R5 (data R5 +1). Langkah ini untuk menghitung dan menyimpan bit 1 yang telah terbaca di register R5. Setelah itu dilanjutkan dengan sub rutin cek. Sub rutin ini berfungsi mengecek port 1.1 apakah sudah menerima bit 1 dari rangkaian timer. Jika yang diterima masih bit 0 maka langkah dilanjutkan ke speed_z. Langkah ini bertujuan pada saat aneometer pertama kali dihidupkan dan belum ada data kecepatan angin yang diproses karena belum menerima bit 1 dari timer maka pada LCD ditampilkan kecepatan saat itu adalah 0 knot. Jika pada saat sub rutin cek dijalankan ternyata port 1.1 telah menerima bit 1 dari rangkaian timer maka langkah selanjutnya langsung loncat ke sub rutin speed_0. Pada sub rutin speed_0 data dari register R5 di-copy ke accumulator (A) untuk kemudian di-copy ke register R4. Setelah data di-copy ke R4 kemudian data di R5 dihapus (reset) untuk mulai menghitung bit 1 dari awal lagi yang akan digunakan untuk menghitung kecepatan angin pada 3 detik berikutnya. Langkah berikutnya yaitu membandingkan data jumlah bit yang telah dicopy ke R4 dengan data base kecepatan angin. Jika misalnya ternyata di R4 tercatat ada 1 buah bit 1 dalam 3 detik maka sub rutin yang cocok adalah sub rutin
59
speed_1 dan pada data pointer (DPTR) akan di-copy pesan kecepatan_1. Setelah itu dilanjutkan dengan memanggil sub rutin posisi yang berisi rangkaian perintah untuk menampilkan pesan di DPTR pada baris pertama LCD. Setelah pesan mengenai kecepatan angin dan kategori angin berhasil ditampilkan di LCD maka langkah berikutnya yaitu loncat kembali ke Startarah untuk mulai lagi pembacaan arah angin. Software yang sudah benar dan lengkap kemudian di-download ke dalam mikrokontroler AT89S51 dengan ISP flash programing. Hasil dari pengujian rangkaian sensor kecepatan angin dapat dilihat pada tabel 5.5. Tabel 5.5 Hasil pengujian sensor kecepatan
KONDISI PHOTOTRANSISTOR
TEGANGAN Port 1.0 KONDISI LED
Tidak terhalang
0V
Padam
Terhalang propeler
2,74 V
Menyala
Foto pengujian rangkaian sensor kecepatan angin dapat dilihat pada gambar 5.10
propeler
Sensor infra merah
2,74 Volt
Gambar 5.10 Gambar pengukuran tegangan sensor kecepatan angin
Dari hasil pengujian rangkaian sensor kecepatan angin didapat hasil yang sesuai dengan rancangan pada bab IV sehingga anemometer digital dapat digunakan untuk mengukur kecepatan angin.
60
5.2.5 Pengujian Alarm Rangkaian alarm di dalam rancangan ini berfungsi memberikan peringatan apabila kecepatan angin yang terukur tergolong ekstrim. Rangkaian alarm terhubung dengan port 3.1 mikrokontroler AT89S51. Pada saat berhembus angin yang tergolong badai dan topan (10 s/d 12 knot) maka port 3.1 yang semula berlogika 0 (low) akan berubah menjadi berlogika 1 (high) dengan tegangan sekitar 4,36 Volt. Karena port 3.1 yang merupakan Vcc bagi rangkaian alarm mendapat tegangan sekitar +5V maka akan menyebabkan IC 555 di dalam rangkaian alarm berosilasi. Proses osilasi ini terus berlangsung selama Port 3.1 dalam kondisi high karena rangkaian alarm ini adalah rangkaian osilator astable. Output dari rangkaian alarm ini berupa gelombang square yang dihubungkan dengan speaker. Gelombang listrik berupa gelombang square IC 555 diubah menjadi gelombang suara oleh speaker sehingga dapat didengar oleh telinga manusia berupa suara alarm. Diagram blok pengujian rangkaian dapat dilihat pada gambar 5.12. Pengujian ini untuk mengetahui kondisi port 3.1 mikrokontroler AT89S51 pada saat kecepatan angin yang ekstrim dilakukan dengan cara mengukur tegangan pada port 3.1 mikrokontroler AT89S51 dengan menggunakan voltmeter dan mengamati kondisi speaker.
Speaker
Alarm
Port
3.1
AT89S51
Voltmeter
Gambar 5.11 Blok diagram pengujian rangkaian alarm
Hasil pengukuran port 3.1 mikrokontroler AT89S51 dengan menggunakan voltmeter dapat dilihat pada tabel 5.6.
61
Tabel 5.6 Pengujian port 3.1 dan rangkaian alarm
Kondisi Port Tegangan P3.1 Kondisi Alarm Low
0V
Diam
High
4,36 V
Bunyi
5.3 Cara Kerja Anemometer secara Keseluruhan Perangkat lunak yang telah dirancang pada Bab IV ditulis ke dalam EPROM internal mikrokontroler AT89S51 melalui port 1 yang dihubungkan dengan port paralel (LPT1) komputer. Software yang digunakan untuk download program ke mikrokontroler AT89S51 yaitu ISP flash programing. Isi lengkap software anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51 ini dapat dilihat di halaman lampiran.
Buka file *.hex dengan software ISP lalu tekan A
Gambar 5.12 Download program anemometer digital ke dalam AT89S51
Untuk mengetahui apakah perangkat lunak yang dirancang telah sesuai dengan yang direncanakan, maka dilakukan pengujian dengan menggabungkan antara perangkat keras dan lunak. Setelah perangkat keras dan lunak terhubung dengan baik maka anemometer digital bisa dihidupkan untuk pengujian. Pada saat pertama kali
62
dihidupkan maka anemometer digital akan melakukan inisialisasi LCD. Langkah selanjutnya yaitu dilakukan pembacaan sensor arah. Pembacaan sensor dimulai dari sensor arah utara. Jika sensor utara belum menerima bit maka dilanjutkan dengan membaca sensor timur laut. Jika sensor timur laut juga belum menerima bit 1 maka dilajutkan dengan sensor timur, sensor tenggara, sensor selatan, sensor barat daya, sensor barat, dan sensor barat laut secara berurutan. Jika semua sensor arah belum menemukan arah angin yang pas maka pada LCD akan muncul tampilan seperti pada tabel 5.7 (1). Setelah salah satu sensor menerima bit maka mikrokontroler AT89S51 akan mengenali sensor mana yang mengirimkan bit 1. Setelah dibandingkan dengan data base, data mengenai arah angin itu lalu ditampilkan di LCD pada baris kedua. Jika misalnya yang mengirim bit 1 adalah sensor arah selatan maka di LCD akan ditampilkan data seperti tabel 5.7 (2) Langkah berikutnya setelah menampilkan arah angin adalah menampilkan kecepatan angin. Kecepatan angin ditampilkan setiap 3 detik, menunggu trigger yang berasal dari rangkaian timer IC 555. Selama belum ada input dari timer yang terhubung dengan port 1.1 , maka mikrokontroler AT89S51 hanya melakukan sensing pada port yang dipasang pada propeler. Jika sensor kecepatan itu menerima bit 1 maka bit itu disimpan ke register internal mikrokontroler AT89S51. Pada saat mikrokontroler AT89S51 menerima trigger dari rangkaian timer maka mikrokontroler AT89S51 akan menghitung bit – bit 1 yang telah terkumpul di register. Jumlah bit 1 itu kemudian dibandingkan dengan data base kecepatan angin. Setelah ditemukan kecepatan yang cocok maka data itu ditampilkan di LCD.Data yang ditampilkan di LCD berupa kecepatan angin dalam satuan knot dan kategori angin. Data kecepatan angin ditampilkan pada baris pertama LCD seperti terlihat pada gambar 5.7(3)
63
Tabel 5.7 Tampilan pada LCD
No
Kondisi Anemometer
1
Belum ada input
2
Ada input dari sensor
Tampilan LCD
arah angin
3
Ada input dari sensor arah angin dan sensor kecepatan angin
Setelah program berjalan maka dilakukan pengujian kembali dengan cara membandingkan kecepatan yang ditunjukkan oleh anemometer di Stasiun Meteorologi dan Geofisika dengan anemometer digital rancangan penulis. Percobaan dilakukan sebanyak 5 kali. Data hasil anemometer tersebut dapat dilihat pada tabel 5.8.
perbandingan kedua
64
Tabel 5.8 Perbandingan kecepatan angin anemometer konvensional dan digital KECEPATAN ANGIN ANEMOMETER (Knots) Konvensional
Percobaan I
Percobaan II
Percobaan III
Percobaan IV
Percobaan V
0
0
0
0
0
0
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
1
1
1
0,5
0,5
0,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
2
2
2
2
2
2
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
3
3
3
3
3
3
3,5
3
3
3,5
3,5
3
4
4
4
4
4
4
4,5
4,5
4,5
5
4,5
4
5
5
4,5
5
5
5
6
6
6
6
6
6
6,5
6,5
6,5
6,5
6,5
6
7
6,5
7
6,5
6,5
7
7,5
7,5
7
7,5
7,5
7,5
8
8
8
8
7,5
8
Tabel 5.8 menunjukkan perbandingan antara kecepatan angin yang ditunjukkan oleh anemometer di Stasiun Meteorologi dan Geofisika dengan anemometer digital rancangan penulis. Dari tabel 5.8 dapat dilihat jumlah pembacaan yang tidak sama (menyimpang) sebanyak 15 kali dari total 80 kali pembacaan. Dengan demikian deviasi / penyimpangan pembacaan anemometer digital dengan berbasis mikrokontroler AT89S51 adalah sebesar:
x
jml.kesalahan 15 *100% *100% 18,75% jml. pembacaan 80
Dari hasil perhitungan di atas dapat disimpulkan anemometer digital dengan berbasis mikrokontroler AT89S51 dapat digunakan sebagai salah satu alternatif untuk menentukan arah dan kecepatan angin. Namun untuk
65
mendapatkan
hasil pembacaan yang lebih presisi maka
untuk ke depan
anemometer digital dengan berbasis mikrokontroler AT89S51 masih perlu disempurnakan lagi.
Gambar 5.13 Salah satu anemometer di Balai Meteorologi dan Geofisika Bali
Selain itu anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51 lebih mudah dibaca dibandingkan terhadap anemometer konvensional seperti terlihat pada gambar 5.14
(a)
(b)
Gambar 5.14 Perbandingan tampilan anemometer a) Anemometer konvensional b) Anemometer digital berbasis AT89S51
5.4 Cara Pengoperasian Alat Pengoperasian anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51 sangat mudah. Berikut akan dijelaskan cara pengoperasiannya. 1) Letakkan anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51 di lokasi yang akan diukur kecepatan dan arah anginnya. Pastikan tidak ada benda yang menghalangi angin dalam radius ± 15 meter. Taruhlah anemometer di bidang datar agar tidak mudah jatuh. Untuk memudahkan pembacaan LCD, anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51 dapat diletakkan di atas meja atau di atas benda yang agak tinggi.
66
2) Atur penunjuk arah utara agar tanda panah menunjuk ke arah utara. 3) Tekan kedua buah saklar ke posisi ON untuk menghidupkan anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51. Pada saat kedua buah saklar berada pada posisi ON maka LCD, LED pada timer dan LED pada propeler akan menyala. 4) Lakukan pengamatan terhadap informasi arah dan kecepatan angin yang muncul pada LCD.
5.5 Konsumsi Daya Anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51 hasil rancangan penulis menggunakan baterai kotak 9 Volt DC sebagai sumber tegangan. Agar anemometer tersebut beroperasi normal diperlukan 1 buah baterai 9 Volt. Akan tetapi untuk memperoleh hasil yang optimal dan durasi waktu penggunaan yang lebih lama maka akan lebih baik jika digunakan 2 buah baterai 9 Volt yang dipasang secara paralel. Pada tabel 5.9 dapat dilihat perbandingan lama waktu hidup (on time duration) menggunakan 1 buah baterai 9 Volt dengan merk yang berbeda-beda. Tabel 5.9 Perbandingan on time duration baterai 9 Volt. MERK BATERAI 9 VOLT
LAMA PENGGUNAAN
ABC
5 Jam
EVEREADY
6 Jam
ALKALINE
7 Jam 15 Menit
ENERGIZER
7 Jam 45 Menit
67
BAB VI PENUTUP
6.1 Kesimpulan Dari pembahasan yang telah diuraikan maka dapat ditarik kesimpulan berupa: 1. Mikrokontroler AT89S51 dapat dikoneksikan dengan LCD, sensor arah, sensor kecepatan, rangkaian alarm dan rangkaian timer melalui port-port paralel 8 bit yang telah dimiliki oleh mikrokontroler AT89S51 untuk menunjukkan arah dan kecepatan angin. 2. Pengujian pada blok rangkaian sensor arah angin, sensor kecepatan angin, rangkaian timer dan alarm telah sesuai dengan rancangan sehingga dapat digunakan untuk menentukan arah dan kecepatan angin . 3. Anemometer digital berbasis mikrokontroler AT89S51 hanya dapat digunakan pada kecepatan angin maksimum 40 knot.
6.2 Saran Beberapa saran dari peneliti : 1.
Agar peralatan yang dirancang berjalan sesuai dengan yang diharapkan, maka dalam pemilihan komponen gunakanlah komponen dengan kualitas yang baik.
2. Bagian mekanik pada bagian propeler dan flap terbuat dari besi yang mudah berkarat sehingga dapat mempengaruhi perputaran propeler. Untuk itu perlu dilakukan kalibrasi secara rutin untuk menghasilkan pembacaan kecepatan angin yang lebih akurat. 3. Untuk pengembangan lebih lanjut agar data dari anemometer digital ini dapat dikirim melalui media transmisi sehingga dapat disimpan di komputer dan dapat dibaca ditempat yang jauh.
68
DAFTAR PUSTAKA
1. Boylestad, Robert. 2002. Electronic Devices and Circuit Theory. New Jersey : Prentice Hall International 2. Malvino,1996. Prinsip Prinsip Elektronika. Jakarta. Erlangga 3. Nalwan,Paulus
Andi.2003.
Teknik
Antarmuka
dan
Pemrograman
Mikrokontroler AT89S51. Jakarta: PT. Elex Media Komputindo 4. Sudjadi. 2005. Teori dan Aplikasi Mikrokontroler. Semarang : Graha Ilmu 5. Setiawan, Rachmad. 2005. Mikrokontroler Mcs-51. Surabaya: Graha Ilmu 6. Setiawan,
Sulhan.
2006.
Mudah
dan
Menyenangkan
Mikrokontroler. Yogyakarta : Andi 7. www.atmel.com Data sheet AT89S51 8. www.diodes.com Data sheet dioda 9. www.fairchild.com Data sheet Infrared 10. www.microtips.com.tw Data sheet LCD 11. www.mytutorialcafe.com situs mikrokontroler umum 12. www.delta-electronic.com datasheet LCDHD44780U 13. www.datasheetcatalog.com datasheet Dioda 1N4007 14. www.datasheetcatalog.com datasheet Transistor BC 547 15. www.datasheetcatalog.com datasheet Regulator 7805 dan 7812 16. www.datasheetcatalog.com datasheet IC 7404 17. www.datasheetcatalog.com datasheet IC 74LS244 18. www.maxim.com datasheet RTC DS1287
Belajar
69
Daftar Riwayat Hidup I. Pengusul / Peneliti : A. IdentitasDiri 1 2 3 4 5 6 7 9 10
Nama Lengkap (dengan gelar) Jabatan Fungsional Jabatan Struktural NIP / NIK / Identitas lainnya NIDN Tempat dan Tanggal Lahir Alamat Rumah Nomor Telepon / Faks / HP Alamat Kantor
Nyoman Pramaita, ST, MT, Ph.D Lektor 19710409 199702 1 004
11 12
Nomor Telepon / Faks Alamat e-mail
13.
Mata Kuliah yang Diampu
0361703315
[email protected] 1. Analisa Sinyal dan Sistem 2. Teknologi Informasi 3. Sistem Komunikasi Data 4. Pengolahan Sinyal Digital 5. Sistem Komunkasi Bergerak dan Nirkabel
0009047108
Denpasar, 9 April 1971 Jalan Jayagiri XV No. 12 Denpasar 081239781152
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik,Universitas Udayana
B. Riwayat Pendidikan S-1 Universitas Brawijaya Telekomunikasi
S-2 Institut Teknologi SepuluhNopember Telekomunikasi Multimedia
Tahun Masuk - Lulus Judul Skrips / Thesis / Disertasi
1990-1995 Studi Evaluasi dan Perencanaan Jaringan Telepon di Sentral Ubung
2001-2003 AnalisaUnjukKerja Sistem V-BLAST padaKanal Flat Fading yang Berkorelasi
Nama Pembimbing / Promotor
1. Ir. Budiono Mismail, MSEE, PhD 2. Ir. Ratu Ratnaningsih Lubis
1.Dr. Ir. Gamantyo H., M.Eng
Nama Perguruan Tinggi Bidang Ilmu
2. Ir. Achmad Mauludiyanto, MT
S-3 Liverpool John Moores University Electronic and Electrical Engineering 2011-2014 Hybrid Orthogonal Code Sequences for High-Density Synchronous CDMA Systems Dr. Princy Johnson
70
C. Pengalaman Penelitian
1
Tahun
Judul Penelitian
2010
Rancang Bangun Sistem Komunikasi Radio Digital sebagai Remote Kontrol Saklar Lampu pada Bangunan Berbudaya Bali
Sumber Hibah Unggulan UNUD
Pendanaan Jml (Rp) Rp. 50.000.000
D. PengalamanPengabdianKepadaMasyarakat No.
Tahun
Judul Pengabdian Kepada Masyarakat Sumber*
1
1998
Pembimbing KKN di Desa Kramas, Gianyar
2
2015
Perencanaan dan Pengawasan Instalasi Kelistrikan Gedung Pasangan Tetap di Bale Banjar Peken Desa Pakraman Sangsit Dauh Yeh, Kecamatan Sawan, Kabupaten Buleleng
PNBP Unud
Pendanaan Jml (JutaRp)
Rp. 10.000.000
Dst
* Tuliskan sumbe rpendanaan : Penerapan IPTEKS-SOSBUD, Vucer, VucerMultitahun, UJI, Sibermas, atau sumber lainnya. E. Pengalaman Penulisan Artikel Ilmiah No.
Judul Artikel Ilmiah
1
Analisa Unjuk Kerja Sistem V-BLAST pada Kanal Flat Fading yang Berkorelasi Simulasi Unjuk Kerja MIMO dengan Arsitektur VBLAST pada Kanal Fading Rayleigh Rancang Bangun Sistem Komunikasi Radio Digital sebagai Remote Kontrol Saklar Lampu pada Bangunan Berbudaya Bali Novel Hybrid Code Sequence for High Density Wireless Network
2
3
4
Volume/ Nomor / Tahun
Nama Jurnal
Vol. 3, No. 2, Teknologi Desember 2004, Unud ISSN:1693-2951
Elektro,
Vol. 3, No. 1, Desember 2006, ISSN: 1693-2951 Vol. 9, No.1, Januari 2010, ISSN: 16932951
Teknologi Unud
Elektro,
Teknologi Unud
Elektro,
Vol 1 (2014), eISSN: IPTEK Journal of 2354-6026 Proceedings Series, ITS
71
F. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar Ilmiah No.
Judul Makalah
AcaraSeminar
1
Novel Hybrid Code Sequence for High Density Wireless Network
4th International Conference on Applied Technology, Science and Arts
Denpasar,
Tempat dan Tahun ITS, 2013
September 2015
( Nyoman Pramaita, ST, MT, Ph.D )
72
II. Pembimbing : Identitas Diri : Nama Tempat/tanggal lahir Alamat NIP NIDN Jabatan Fungsional / Struktural
: Ir. I Nyoman Setiawan, MT. : Gianyar, 29 Desember 1963 : Br. Jasri, Desa Belega, Kab. Gianyar, Telp. (0361) 945208, HP. 081338721408 : 19631229 199103 1 001 / : 002912631 : Lektor Kepala / Ketua Jurusan
Pendidikan : Jejang Pendidikan S1 S2
Tempat
Tahun Lulus
ITS ITS
1990 1999
Gelar Ir. (Insinyur) M.T. (Magister Teknik)
Hasil Penelitian / Karya Ilmiah / Pengalaman Kerja : No
1.
Judul Publikasi/Penerbit Pengembangan Metode Analisis Proceedings ECCIS 2000 Aliran Daya Untuk Menentukan Besar Universitas Brawijaya kWh Tak Terjual Akibat Pemadaman Malang Pada Jaringan Distribusi.
2.
Analisis Aliran daya Jaringan Majalah Energi & Listrik Distribusi Radial 20 kV dengan PLN-LMK Jakarta metode yang lebih efisien.
3
Rencana Umum Kelistrikan Daerah Bali
4
Bapeda Provinsi Bali
Peningkatan Kwalitas Pembelajaran Proceeding Research And Elektronika Daya Untuk Studies TPSDP Menghasilkan Lulusan Teknik Elektro Dirjen Dikti Yang Bermutu
Tahun
2000
2001
2003
2004
5
Usaha Untuk memperbaiki Profil Hibah Pekerti I Tegangan Pada Sistem Distribusi Di Lembaga Penelitian Bali (Hibah Pekerti Tahun I ) Universitas Udayana
2005
6
Usaha Untuk memperbaiki Profil Hibah Pekerti II Tegangan Pada Sistem Distribusi Di Lembaga Penelitian Bali (Hibah Pekerti Tahun II) Universitas Udayana
2005
7
Profil Tegangan Sistem Distribusi TPSDP Tenaga Listrik Pada Area Jaringan Udayana Bali Timur.
2004
Universitas
73
Kajian Pasokan Energi Listrik Bali
PT. PLN (Persero) Distribusi Bali / 2005
8 Perencanaan Tenaga Listrik
(Persero)
2005
9 10
Pembuatan Desain Rencana Pusat Dinas Pertambangan dan Listrik Tenaga Mikro Hidro. Energi / 2005
2005
11
Pembuatan Desain Rencana Pusat Dinas Pertambangan dan Listrik Tenaga Surya. Energi / 2005
2005
12
13
14
Sistem
Distribusi PT. PLN Distribusi Bali
2005
Analisa Profil Tegangan dan Usaha Jurnal Transistor, Vol. 7 untuk Mengatasinya pada Penyulang- No. 1, Juli 2006, ISSN: Penyulang yang melayani Daerah 1411-366X Pariwisata yang sedang berkembang di Bali
2006
Studi perancangan KV Meter Untuk Teknik Elektro Unud Mengukur Tegangan Pesawat X-Ray
2006
Penentuan angka keluar peralatan untuk evaluasi keandalan sistem distribusi tenaga listrik di Bali
Hibah Bersaing Lembaga Penelitian Universitas Udayana
2007
Bali Electrical Energy Demand : Forecast and Supplay Strategies
Proseding Seminar Nasional XIV _ FTI- ITS Surabaya,22 – 23 Juli 2009
2009
Usaha mengatasi Krisis Energi dengan memanfaatkan Aliran Sungai Pangkung sebagai Pembangkit Energi Listrik Alternatif
Proseding Seminar Nasional Teknologi Industri XV 2011 ITS Surabaya,12 Mei 2011
2011
15
16
Denpasar, 01 Desember 2012
Ir. I Nyoman Setiawan, MT. NIP. 19631229 199103 1 001
