TUGAS AKHIR
KOMPAS DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam Mencapai Gelar Sarjana Strata Satu ( S1 )
Di susun Oleh : Nama
: JOKO PRAMONO
NIM
: 41406120122
Jurusan
: Teknik Elektro
Peminatan
: Elektronika
Pembimbing
: Ir. Yudhi Gunardi, M.T
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008
LEMBAR PENGESAHAN
KOMPAS DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
Diajukan Sebagai Satu Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Program Studi Teknik Elektronika
Disusun Oleh : Nama
: JOKO PRAMONO
NIM
: 41406120122
Disetujui oleh :
Pembimbing
Koordinator Skripsi
( Ir. Yudhi Gunardi, M.T )
( Ir. Yudhi Gunardi, M.T )
Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Mercu Buana
( Ir. Budi Yanto Husodo, MSc )
i
ABSTRAK
Kompas digital berbasis mikrokontroler AT89S51 merupakan suatu alat yang mengkonversi kompas analog menjadi tampilan arah mata angin pada layar LCD. Alat ini akan menginformasikan arah mata angin tanpa menginformasikan derajat arah mata angin. Arah mata angin yang ditampilkan yaitu : Utara, Timur Laut, Timur, Tenggara, Selatan, Barat Daya, Barat, Barat Laut. Teknik pembuatannya yaitu dengan menggunakan delapan sensor LDR yang akan menginformasikan arah mata angin. Jarum kompas dipasangkan mika transparan dan dicat pada permukaannya dan dibuat celah yang digunakan sebagai pembaca sensor. Arah mata angin yang ditunjuk hanya mengaktifkan satu sensor. Keadaan sensor ini yang akan diproses oleh mikrokontroler dan ditampilkan ke LCD sebagai informasi arah mata angin.
iv
ABSTRACT
Digital compass with microcontroller AT89S51 is a devices that converting analog compass to be wind code and will be displayed on LCD. A digital compass will inform the kind of wind code without inform the degree of accuration code wind. Code wind that will be informed is North, Northeast, East, Southeast, South, Southwest, West, Northwest. The technical construction is using eight LDR sensor that will inform code wind. Compass needle is plating by transparent plastic that’s painted and devided to be one area for position sensor reading. Every code wind will active one sensor. This sensor condition will process by microcontroller and will be displayed on LCD as code wind information.
v
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji syukur penulis persembahkan ke hadirat Allah SWT, atas rahmat dan karuniaNya yang telah membuka pikiran dan pemahaman penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Sholawat serta salam penulis kirimkan untuk seorang manusia yang kehadirannya telah menjadi rahmat bagi seluruh alam dan peradaban dunia hingga akhir jaman, beliau adalah Muhammad SAW. Penyusunan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat guna mencapai gelar sarjana Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Mercu Buana. Penulis menyadari penyusunan Tugas Akhir ini tidak akan terselesaikan tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada : 1.
Bapak Ir. Budi Yanto Husodo, Msc. ; selaku pembimbing akademik dan Kepala Jurusan Teknik Elektro.
2.
Bapak Ir. Yudhi Gunardi, M.T. ; selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir dan Sekretaris Jurusan Teknik Elektro, yang telah banyak memberikan masukan, bimbingan, dukungan, dan bantuannya sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.
3.
Segenap dosen pengajar FTI Jurusan Teknik Elektro Universitas Mercu Buana yang telah memberikan kuliah dan membekali penulis dengan pengetahuan yang bermanfaat.
4.
Kedua Orang Tuaku ( Ibu Marsih dan Alm.Bapak Suyatno ), sembah sujudku untuk kasih sayangnya yang selalu mendukung, mencucurkan air mata dalam do’a, serta tanpa hentinya memberikan semua pengorbanannya. Akan kujaga selalu amanah, nasehat dan apa yang telah beliau didikan kepada penulis.
ii
5.
Saudara – saudaraku Mbak Sri Hastuti,AM.Pa, Mas Sriyanto, S.Pd, Mbak Sri Pujiati,AM.d, Mas Sriyono, Mas Sarjono,S.E, Mbak Alis Sri Wijayanti,S.T, Mas Dony Eko Prasetyo,S.T, yang selalu memberikan dukungan baik material maupun moral serta petuah – petuahnya yang membuat penulis tetap semangat.
6.
Pendamping hidupku “ Risda Yanti, S.Kom “, semoga selendang kasih sayangmu tetap abadi dan merengkuh kehidupan kita hingga keharuman nurani yang kau ciptakan akan menjadi penyejuk perjalanan hidup kita.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan dan kelemahan baik dari segi teori, pembahasan maupun penyajian. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membantu sehingga Tugas Akhir ini dapat lebih sempurna lagi.
Jakarta,
Agustus 2008
Penulis
iii
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan ........................................................................................
i
Kata Pengantar ................................................................................................
ii
Abstrak ............................................................................................................
iv
Abstract ...........................................................................................................
v
Daftar Isi .........................................................................................................
vi
Daftar Gambar .................................................................................................
ix
Daftar Komponen ............................................................................................
xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang ........................................................................
1
1.2
Tujuan Penulisan .....................................................................
2
1.3
Pembatasan Masalah ...............................................................
2
1.4
Metode Penulisan ....................................................................
3
1.5
Sistematika Penulisan .............................................................
3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1
Kompas ...................................................................................
5
2.1.1
Struktur Kompas .........................................................
5
2.1.2
Prinsip Kerja Kompas .................................................
7
2.2
Catu Daya ................................................................................
9
2.3
LDR .........................................................................................
10
2.3.1
Laju Recovery .............................................................
10
2.3.2
Cara Kerja LDR ..........................................................
10
Penguat Operasi ......................................................................
11
2.4.1
Karakteristik Penguat Operasi ....................................
11
2.4.2
Parameter Penguat Operasi .........................................
11
2.4
vi
2.4.3 2.5
2.6
Penguat Operasi Pembanding .....................................
12
Mikrokontroler AT89S51 .......................................................
14
2.5.1
Fitur Mikrokontroler Atmel AT89S51 ........................
15
2.5.2
Konfigurasi Pin AT89S51 ...........................................
16
2.5.3
Blok Diagram Mikrokontroler AT89S51 ....................
17
Tampilan Liquid Cristal Display ............................................
17
2.6.1
18
Spesifikasi Tampilan Kristal Cair ( LCD ) .................
BAB III PERANCANGAN SISTEM KOMPAS DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 3.1
Umum .....................................................................................
20
3.2
Blok Diagram Rangkaian ........................................................
20
3.3
Sistem Elektronika ..................................................................
21
3.3.1
Rangkaian Catu Daya .................................................
23
3.3.2
Rangkaian Sensor Cahaya ...........................................
24
3.3.3
Mikrokontroler ............................................................
25
3.4
Sistem Mekanik ......................................................................
27
3.5
Sistem Kontrol ........................................................................
31
3.5.1
Flow Chart ..................................................................
31
3.5.2
Program Mikrokontroler .............................................
33
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ALAT 4.1
Pengujian Kompas, Sensor dan Rangkaian Elektronika .........
40
4.1.1
Kompas .......................................................................
40
4.1.2
Pengujian Sensor .........................................................
41
4.1.3
Pengujian Rangkaian Elektronika ...............................
41
4.2
Analisa Alat Berdasarkan Flow Chart ....................................
43
4.3
Analisa Mekanik Alat .............................................................
44
4.4
Analisa Kerja Alat Keseluruhan .............................................
45
vii
BAB V PENUTUP 5.1
Kesimpulan .............................................................................
47
Daftar Pustaka Lampiran
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Mekanik Kompas .....................................................................
6
Gambar 2.2
Jarum Mekanik Kompas ..........................................................
6
Gambar 2.3
Jarum Magnet Kompas ............................................................
6
Gambar 2.4
Arah Medan Magnet ................................................................
7
Gambar 2.5
Kutub Utara Selatan Bumi .......................................................
8
Gambar 2.6
Pergerakan Jarum Kompas .......................................................
9
Gambar 2.7
Rangkaian Catu Daya ...............................................................
9
Gambar 2.8
LDR ..........................................................................................
10
Gambar 2.9
Penguat Operasi Sebagai Komparator .....................................
12
Gambar 2.10 Rangkaian Pembanding ............................................................
13
Gambar 2.11 Bentuk Grafik Masukan dan Keluaran .....................................
13
Gambar 2.12 Konfigurasi Pin CA 3140 .........................................................
14
Gambar 2.13 Mikrokontroler Atmel AT89S51 .............................................
16
Gambar 2.14 Diagram Blok Mikrokontroler AT89S51 .................................
17
Gambar 2.15 Pin LCD ...................................................................................
18
Gambar 2.16 Diagram Blok LCD ..................................................................
19
Gambar 3.1
Diagram Blok Sistem Alat .......................................................
20
Gambar 3.2
Rangkaian Alat Keseluruhan ...................................................
22
Gambar 3.3
Rangkaian Catu Daya ...............................................................
23
Gambar 3.4
Rangkaian Sensor Cahaya ........................................................
24
Gambar 3.5
Sistem Input/Output AT89S51 .................................................
25
Gambar 3.6
Diagram Blok Modul Tampilan LCD ......................................
26
Gambar 3.7
Rangkaian Mekanik Kompas ...................................................
27
Gambar 3.8
Rangkaian Mekanik Kompas 2 ................................................
28
Gambar 3.9
Desain Permukaan Jarum Kompas ...........................................
29
ix
Gambar 3.10 Permukaan Jarum Kompas Dengan Menggunakan Kompas ...
30
Gambar 3.11 Diagram Alir Rancangan Alat ..................................................
32
Gambar 4.1
Desain Jarum Kompas Dengan Sensor ....................................
39
Gambar 4.2
Rangkaian Sensor Cahaya Dengan Menggunakan Komparator ..............................................................................
41
Gambar 4.3
Analisa Alat Berdasarkan Flow Chart .....................................
43
Gambar 4.4
Sistem Mekanik Kompas .........................................................
44
x
DAFTAR KOMPONEN
VR1 ÷ VR8
= 20K
D3 ÷ D11
= LED
R1, R4, R7, R10, R13, R16, R19, R22
= 470 Ω
R3, R6, R9, R12, R15, R18, R21, R24
= 100 Ω
R2, R5, R8, R11, R14, R17, R20, R23
= 10 KΩ
D1
= Dioda Bridge
Trafo
= Transformator 1A
IC1
= 7805
C1
= 2200 m F/25V
C2
= 1000
C3, C4
= 100 m F/10V
Q1
= TIP 3055
IC MIKROKONTROLER
= AT89S51
m F/16V
LDR LCD
xi
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Perkembangan teknologi saat ini meningkat dengan cepat, khususnya dalam bidang elektronika. Perkembangan ini semakin nampak pada teknologi digital yang dari tahun ke tahun mengalami perubahan yang sangat pesat. Penerapan teknologi digital ini dapat dilihat antara lain pada komputer, mikrokontroller, satelit, telepon seluler dan lain sebagainya. Dari perkembangan teknologi ini, kami mencoba mengaplikasikan salah satu penerapan teknologi di atas yaitu alat navigasi yang digunakan sebagai alat penunjuk arah mata angin berupa kompas dengan tampilan arah mata angin menggunakan tampilan pada layar LCD (Liquid Crystal Display). Alat navigasi ini menerapkan mikrokontroler AT89S51 sebagai pengontrolnya dengan berbagai rangkain elektronika sebagai pengkondisian sistem. Pada alat ini menggunakan prinsip sifat kutup magnet yaitu tolak menolak dengan kutup sejenis dan tarik menarik dengan kutup yang tidak sejenis. Dari prinsip itu maka dibuat sebuah alat navigasi berupa kompas dengan menggunakan magnet yang memiliki dua jenis kutup yang berbeda dan diletakkan pada suatu poros. Untuk menghasilkan keluaran yang mudah dibaca maka diperlukan sensor dan rangkaian elektronika untuk menjadikan suatu sistem dapat diproses oleh
2 mikrokontroler dan di tampilkan pada suatu media yang kita harapkan, dapat berupa indikator atau tampilan pada layar LCD. 1.2 Tujuan Penulisan Tujuan penyusunan Tugas Akhir ini adalah membuat alat navigasi kompas dengan tampilan pada layar LCD menggunakan mikrokontroler yang akan menunjukkan delapan arah mata angin. 1.3 Pembatasan Masalah Pada penyusunan tugas akhir ini penulis membatasi masalah yang berkaitan dengan : 1.
Alat yang dibuat mengkonversikan kompas analog menjadi kompas digital.
2.
Kompas dirancang hanya menunjukkan delapan arah mata angin ( Utara, Timur Laut, Timur, Tenggara, Selatan, Barat Daya, Barat, Barat Laut) saja tanpa menginformasikan derajat ketepatan arah mata angin.
3.
Arah mata angin ditampilkan pada LCD yang dikontrol oleh mikrokontroler.
3 1.4 Metode Penulisan Metode penulisan tugas akhir ini dilakukan dengan beberapa cara yaitu 1. Metode Studi Kepustakaan Yaitu mencari data-data pustaka yang mendasar untuk mendukung landasan teori, dat-data maupun informasi sebagai acuan dalam melakukan percobaan, perencanaan, dan penyusunan laporan tugas akhir. 2. Metode Observasi Melakukan pengamatan langsung ke lapangan yang berkaitan dengan permasalahan yang dihadapi. 3. Metode Percobaan dan Pengamatan Metode percobaan dan pengamatan ini dimaksudkan untuk memperoleh rangkaian benda jadi yang diharapkan. 1.5 Sistematika Penulisan Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini, maka disusun sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I
PENDAHULUAN Bab ini menjelaskan tentang latar belakang pemilihan judul, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II
LANDASAN TEORI Bab ini menjelaskan tentang teori dasar masing – masing bagian yang mendasari pembuatan tugas akhir ini. Selain itu, juga menjelaskan secara singkat mengenai tinjauan pustaka yang
4 berhubungan
dengan
rancangan
sebagai
penunjang
dalam
pembuatan alat. BAB
III
PERANCANGAN SISTEM KOMPAS DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 Bab ini menjelaskan tentang blok diagram serta prinsip kerja dari alat secara keseluruhan.
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA ALAT Bab ini menjelaskan tentang data hasil pengukuran dan pengujian pada rangkaian serta analisa yang dilakukan pada mekanik.
BAB V
PENUTUP Bab ini berisi kesimpulan dari pembahasan alat serta saran-saran pengembanganya.
5 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
KOMPAS Kompas adalah alat navigasi untuk mencari arah berupa sebuah panah
penunjuk magnetis yang bebas menyelaraskan dirinya dengan medan magnet bumi secara akurat, dan karena sifat magnetnya jarumnya akan selalu menunjuk arah utara selatan (meskipun utara yang dimaksud disini bukan utara yang sebenarnya, tapi utara magnetis). Kompas memberikan rujukan arah tertentu, sehingga sangat membantu dalam bidang navigasi. Arah mata angin yang ditunjuknya adalah utara, selatan, timur, dan barat. Alat apa pun yang memiliki batang atau jarum magnetis yang bebas bergerak menunjuk arah utara magnetis dari magnetosfer sebuah planet sudah bisa dianggap sebagai kompas. Dalam memilih kompas, harus berdasarkan penggunaannya. Namun secara umum, kompas yang baik adalah kompas yang jarumnya dapat menunjukkan arah utara secara konsisten dan tidak bergoyang-goyang dalam waktu lama. Bahan dari badan kompas pun perlu diperhatikan harus dari bahan yang kuat/tahan banting mengingat kompas merupakan salah satu unsur vital dalam navigasi darat.
2.1.1
Struktur Kompas
Secara fisik kompas terdiri dari : 1.
Badan, tempat komponen lainnya berada.
2.
Jarum, selalu menunjuk arah utara selatan, dengan catatan tidak dekat dengan magnet lain/tidak dipengaruhi medan magnet, dan pergerakan jarum tidak terganggu.
3.
Skala penunjuk, merupakan pembagian derajat sistem mata angin.
6
BADAN KOMPAS
JARUM KOMPAS POROS
Gambar 2.1 Mekanik Kompas
315O
0O UTARA
BARAT LAUT
45O TIMUR LAUT JARUM MAGNET
270O
90O
TIMUR
BARAT
225O BARAT DAYA
TENGGARA
135O
180O SELATAN
Gambar 2.2 Jarum Mekanik Kompas Jarum Magnet Kutub Selatan
Kutub Utara
Poros
Gambar 2.3 Jarum Magnet Kompas
7 Berikut ini adalah arah mata angin yang dapat ditentukan kompas. •
Utara.
•
Barat.
•
Timur.
•
Selatan .
•
Barat laut (antara barat dan utara).
•
Timur laut (antara timur dan utara).
•
Barat daya (antara barat dan selatan).
•
Tenggara (antara timur dan selatan).
2.1.2
Prinsip Kerja Kompas Kompas analog dengan jarum magnet bekerja berdasar pada prinsip kerja
sifat medan magnet. Yaitu antara kutub jarum magnet dengan kutub magnet bumi. Karena menurut wiliam gilbert bahwa bumi merupakan magnet raksasa. Sehingga jarum magnet akan bergerak terhadap magnet bumi sesuai sifat kemagnetannya, arah medan magnet dari kutub utara ke kutub selatan serta gaya tolak magnetis yang berkutub sama dan tarik – menarik terhadap dua kutub yang berbeda. Untuk arah pergerakan medan magnet dapat ditunjukkan sebagai berikut :
Gambar 2.4 Arah Medan Magnet
8
Gambar 2.5 Kutub Utara Selatan Bumi John Michell dalam penemuannya bahwa gaya tarik dan tolak suatu magnet berbanding terbalik dengan kuadrat jarak terhadap kutub – kutub. Charles Agustin Coulomb juga membenarkan dari teori ini. Karena sifat magnet maka kutub utara jarum kompas selalu menuju kutub selatan bumi dan kutub selatan jarum kompas selalu menuju kutub utara bumi. Sedangkan besar gaya tolak dan tarik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kutub – kutubnya. Arah pergerakan jarum kompas dapat digambarkan sebagai berikut :
S
Jarum Magnet Kompas
Magnet Bumi
U
9
S
Jarum Magnet Kompas
Magnet Bumi
U
Gambar 2.6 Pergerakan Jarum Kompas 2.2
Catu Daya Catu daya adalah suatu sistem penyearah yang mengubah tegangan AC
(Alternating Current) menjadi tegangan DC ( Direct Current ). Catu daya dianggap memenuhi syarat jika besar tegangan dan arus yang dibutuhkan tercapai dalam kondisi stabil meski terjadi perubahan tegangan searah dari tegangan jala – jala. Tegangan yang dibutuhkan pada pembuatan alat ini yaitu + 5 Volt DC. T1
Q1
6V
+5 V 220 AC
IC1 7805
D1
C2
C3 C4
C1 0V
D2 0V
Gambar 2.7 Rangkaian Catu Daya
10 2.3
LDR LDR (Light Dependent Resistor) merupakan suatu komponen yang
mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung cahaya. Semakin terang cahaya maka resistansi akan semakin kecil demikian pula sebaliknya. Semakin gelap cahaya maka resistansi akan semakin besar.
Gambar 2.8 LDR
2.3.1
Laju Recovery Bilamana LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya
tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap bisa diamati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah tetapi hanya akan mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam KΩ/detik. Untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200 KΩ/detik (selama 20 detik pertama mulai dari level cahaya 1000 lux). Kecepatan ini akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pergi dari tempat gelap ke tempat yang terang sekitar 300 lux, akan memakan waktu kurang dari 10 milidetik untuk mencapai nilai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.
2.3.2
Cara Kerja LDR LDR memiliki kepekaan terhadap cahaya yang mengenai LDR. Output
yang ditimbulkan pada LDR yaitu berupa resistansi. Semakin besar intensitas cahaya yang mengenai LDR, maka semakin kecil nilai reistansinya sebaliknya semakin kecil intensitas cahaya yang mengenai permukaan LDR maka nilai resistansi LDR akan semakin besar. Jadi nilai resistansi yang ditimbulkan oleh
11 LDR berbanding terbalik dengan nilai intensitas cahaya yang mengenai permukaan LDR.
2.4
Penguat Operasi Penggunaan penguat operasi telah mendapatkan tanggapan yang luas
sebagai penguat yang handal serta ekonomis yaitu ukuran yang kecil, murah dan tahan temperature. Penguat operasi dapat digunakan sebagai penguat selisih, penguat pembanding dan masih banyak lagi sesuai kebutuhan.
2.4.1
Karakteristik Penguat Operasi
Penguat operasi merupakan penguat yang memiliki karakteristik antara lain : a.
Mempunyai dua masukan, yaitu masukan membalik (-) dan masukan tidak membalik (+).
b.
Saat open loop penguatan tegangan sangat tinggi, impedansi masukan tinggi sedangkan impedansi keluaran rendah.
2.4.2
Parameter Penguat Operasi
Parameter-parameter dari sebuah penguat operasi adalah sebagai berikut : a.
Penguat tegangan sinyal besar (Large Signal) Adalah perbandingan antara tegangan keluaran dengan beda tegangan antara kedua terminal masukan yang menghasilkan keluaran tersebut. Dengan catatan bahwa harga ini untuk loop terbuka dengan demikian merupakan penguatan terbesar.
b.
Tahanan masukan Merupakan tahanan efektif yang di lihat pada salah satu terminal masukan dengan terminal lainnya dibumikan.
c.
Tahanan keluaran Merupakan tahanan efektif untuk sinyal kecil yang dihubungkan secara seri dengan keluaran. Pada umumnya berkisar sekitar 100 Ω.
d.
Beda tegangan masukan
12 Adalah tegangan yang harus diberikan pada kedua terminal masukan, sehingga tegangan keluarannya sama dengan nol. e.
Daerah tegangan masukan Adalah besarnya tegangan masukan positip dan negatip yang dapat diberikan pada salah satu terminal masukan dengan menjaga kestabilan catu yang dapat diberikan pada salah satu terminal masukan dengan menjaga kesempurnaan transistor masukan.
f.
Simpangan tegangan keluaran Adalah simpangan tegangan maksimum keluaran ( positip dan negatip) yang dihasilkan untuk catu tegangan tertentu. Seperti pada daerah tegangan masukan, perubahan tegangan keluaran dibatasi oleh kesempurnaan masukan pada sumber arus dan transistor penguat dari penguat operasi.
g.
Perbandingan simpangan tegangan catu Adalah perbandingan beda tegangan masukan dengan perubahan tegangan catu yang menghasilkan beda tegangan masukan.
h.
Perbandingan simpangan mode bersama Pada umumya didefinisikan sebagai perbandingan penguatan dengan penguat common, dinyatakan dalam dB dan berharga lebih dari 80dB. Parameter ini sangat penting karena merupakan ukuran sejauh mana penguat operasi mendekati keadaan ideal.
2.4.3
Penguat Operasi Pembanding Penguat pembanding atau komparator merupakan rangkaian yang bekerja
dengan membandingkan tegangan masukan dengan tegangan referensi. +Vcc R1 +
V1 R2 V2
-
Vout Ro
Gambar 2.9 Penguat Operasi sebagai Komparator
13
Prinsip kerja rangkaian pembanding adalah sebagai berikut : Bila tegangan masukan tidak membalik lebih besar dari tegangan masukan membalik maka tegangan keluaran pembanding akan tinggi mendekati +Vcc. Sebaliknya bila tegangan masukan membalik lebih besar dari tegangan masukan tidak membalik maka tegangan keluaran pembanding akan rendah mendekati ground ( 0V ). Jika tegangan masukan tidak membalik sama dengan tegangan membalik maka keluarannya akan ambang yaitu antara logic satu dan nol. Besarnya tegangan keluaran tergantung pada tegangan catu dari tegangan pembanding tersebut. Bila tegangan catu pada op-amp diberikan +Vcc terhadap ground dan bila keluarannya berlogik satu maka akan sama dengan +Vcc sedang bila keluarannya berlogik nol maka sama dengan ground. Rangkaian pembanding maupun bentuk grafik masukan dan keluaran ditunjukkan pada gambar dibawah ini : +Vcc + Vin R1
Vout
-
AC
Ro GND
Gambar 2.10 Rangkaian Pembanding
Vin +Vcc
V
t V Vout +Vcc t
Gambar 2.11 Bentuk Grafik Masukan Dan Keluaran
14 Pada tugas akhir ini digunakan penguat operasional jenis CA 3140 yang dikemas dalam bentuk DIP (Dual In Line Package) delapan pin dan mempunyai
SET-NOL
1
V(-)
2
V(+)
3
GND
4
CA 3140
konfigurasi pin sebagai berikut : 8
NC
7
Vcc
6
OUT
5
SET-NOL
Gambar 2.12 Konfigurasi Pin CA 3140
2.5
Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler AT89S51 merupakan mikrokontroler yang membuthkan
daya yang kecil, memiliki CMOS 8 bit kecepatan tinggi dengan 4Kbyte ISP flash memori.
AT89S51
diproduksi
dengan
menggunakan
teknologi
memori
nonvolatile yang memiliki densitas yang tinggi, dan kompatibel dengan set instruksi dan pin keluaran 80C51. Pada chipnya tersedia memori program yang dapat diprogram dengan cara in sistem atau menggunakan programmer memori nonvolatile yang konvesional. Dengan mengkombinasikan 8-bit CPU ISP dengan monolitik chip, atmel AT89S51 merupakan mikrokontroler yang tangguh dan memiliki fleksibilitas tinggi dengan harga yang murah. AT89S51 menyediakan fitur standard yaitu 4 Kb flash Memori, 128 Byte RAM, 32 I/O, watchdog timer, dua data pointer, dua buah 16-bit timer/counter, lima vektor dua level arsitektur interrupt. Full duplex port serial, osilator dan clock.. Sebagai tambahannya, AT89S51 disusun dengan logic statis untuk operasi pengurangan dan didukung dengan dua buah software yang dapat dipilih yaitu power down mode dan idle mode. Idle mode dengan cara menghentikan kerja CPU ketika membaca RAM, timer/counter, Serial port dan sistem interrupt untuk melanjutkan kerjanya. Power down mode dengan cara menyimpan isi RAM tetapi membekukan isolator, dan
15 tidak mengijinkan semua fungsi chip lainnya hingga interrupt external selanjutnya atau dengan mereset hardware.
2.5.1
Fitur Mikrokontroler Atmel AT89S51 Fitur yang dimiliki oleh mikrokontroler AT89S51 antara lain : 1.
Kompatibel dengan MCS-51
2.
4 Kb flash memori
3.
Tegangan kerjanya 4 – 5,5 V
4.
Frekuensi kerjanya 0 – 33 MHz
5.
level program memori lock.
6.
128 x 8 bit internal RAM
7.
32 I/O yang dapat diprogram
8.
2 buah timer/counter
9.
6 buah sumber interrupt
10. Full duplex UART serial chanel 11. Low power idle dan power down mode 12. Interupt recovery dari power down mode. 13. Watchdog timer 14. Dual data pointer 15. Dapat diprogram dengan cepat 16. Fleksibel dengan ISP programming
16 2.5.2
Konfigurasi Pin AT89S51 Konfigurasi pin dari mikrokontroler AT89S51 yaitu ditunjukkan pada
gambar sebagai berikut :
Gambar 2.13 Mikrokontroler Atmel AT89S51
17 2.5.3
Blok Diagram Mikrokontroler AT89S51 Diagram blok dari mikrokontroler AT89S51 yaitu ditunjukkan pada
gambar sebagai berikut :
Gambar 2.14 Diagram Blok Mikrokontroler AT89S51
2.6
Tampilan Liquid Cristal Display Alat akan lebih mudah digunakan oleh pengguna apabila dalam alat ini
terdapat tampilan sebagai media penyampai hasil (output) kepada pengguna (user)
18 alat itu sendiri. Wujud tampilan sendiri ada berbagai macam dan pilihan, mulai dari sederhana yang hanya dengan menggunakan LED, ataupun yang lebih kompleks dengan menggunakan LCD (Liquid Crystal Display).
VCC +5V
LCD 14 D0 13 D1 12 D2 11 D3 10 D4 9 D5 8 D6 7 D7 6E 5 RW 4 RS
VCC 1
3 VEE GND 2
Gambar 2.15 Pin LCD
2.6.1
Spesifikasi Tampilan Kristal Cair (LCD) Jenis LCD yang dipakai pada tugas akhir ini adalah merupakan modul
LCD dot matriks dengan konsumsi daya yang rendah, namun mempunyai tampilan yang lebar dengan kontras yang tinggi (kelihatan jelas). Selain sangat aplikatif karena mudah diperantarakan ke mikroprosesor, kelebihan-kelebihan yang kompatibel antara lain : v Memuat sampai dengan 16 karakter yang terdiri dari 2 baris dengan komposisi dot matriks 5x7. v Perbandingan kerja/rasio duty-nya 1/16. v CG ROM-nya mampu membangkitkan 192 karakter. v Mempunyai karakter dalam CG RAM-nya sebanyak 8 macam karakter (yang dilakukan dengan mengeset program). v Data tampilan ada pada DD RAM-nya sebanyak 80x8 bit (maksimum memuat 80 karakter).
19 v Mudah diperantarakan dengan mikroprosesor baik yang 8 bit maupun 4 bit. v RAM karakter dan tampilan sangat mudah di baca dari mikroprosesor. v Mempunyai berbagai macam fungsi perintah. v Rangkaian osilator yang sudah built-in (didalamnya). v Catu daya tunggal hanya sebesar +5V. v Terdapat rangkaian power on reset yang ada di power on. v Proses yang terjadi menggunakan prinsip CMOS. v Mampu bekerja pada daerah suhu tinggi dan rendah (range suhunya dari 0oC s/d 50oC). Blok diagram dari LCD ini ditunjukkan sebagai berikut : VDD VSS VLC
Common Signal LCD
DB 0 - 7
RS R/W E
LCD Controller & Driver
Segment Signal
Serial Data Timming Signal
Gambar 2.16 Diagram Blok LCD
SEGMENT DRIVER
20 BAB III PERANCANGAN SISTEM KOMPAS DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51
3.1
UMUM Alat ini merupakan alat penunjuk arah mata angin yang menunjukan arah
mata angin saat kita berada. Sistem kompleks dari alat ini meliputi beberapa bagian yaitu bagian input yang merupakan output dari sensor posisi arah mata angin, bagian kendali yang akan memproses data dari sensor dan mengatur display pada LCD, bagian display yang akan menampilkan hasil proses dari mikrokontroler yaitu berupa arah mata angin.
3.2
BLOK DIAGRAM RANGKAIAN Gambaran secara umum dari cara kerja kompas digital dapat di
deskripsikan dengan blok diagram sebagai berikut : SENSOR 1
PENGKONDIDI SINYAL 1
SENSOR 2
PENGKONDISI SINYAL 2
SENSOR 3
PENGKONDISI SINYAL 3
SENSOR 4
PENGKONDISI SINYAL 4
SENSOR 5
PENGKONDISI SINYAL 5
SENSOR 6
PENGKONDISI SINYAL 6
SENSOR 7
PENGKONDIDI SINYAL 7
SENSOR 8
PENGKONDISI SINYAL 8
KOMPAS ANALOG
MIKROKONTROLER
CATU DAYA
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Alat
LCD
21
Keterangan : 1. Sensor Pada alat ini sensor yang digunakan yaitu sensor cahaya, yaitu LDR yang nilai resistansinya sangat dipengaruhi oleh besarnya intensitas cahaya. LDR difungsikan sebagai receiver, sedangkan transmitternya digunakan LED. Sensor ini akan mengindera posisi jarum kompas sehingga posisi arah mata angin dapat diketahui. 2. Pengkondisi sinyal Pengkondisi sinyal merupakan sebuah rangkaian yang digunakan sebagai tempat proses besaran output sensor sehingga menjadi suatu kondisi yang mampu di olah oleh mikrokontroler. Rangkaian pengkondisi sinyal yang dipakai berupa rangkaian komparator menggunakan op-amp. 3. Mikrokontroler Mikrokontroler digunakan sebagai tempat mengolah data masukan dari rangkaian pengkondisi sinyal untuk menampilkan data hasil proses. 4. LCD LCD difungsikan sebagai media yang digunakan untuk menampilkan data yang telah diproses oleh mikrokontroler. Data yang ditampilkan berupa arah mata angin.
3.3
SISTEM ELEKTRONIKA Pada perancangan ini dibangun dari beberapa rangkaian elektronika, yaitu
rangkaian catu daya, pengkondisi sinyal, dan rangkaian kontroler. Rangkaian alat keseluruhan dari tugas akhir ini menggambarkan sistem yang dibangun, sehingga kita dapat lebih mudah menganalisa dari cara kerja dan rangkaian yang membangunnya.
22
+5 V
+5 V
R1
R2
R3
+Vcc IC2 +
LDR
R14
S1
LDR
D3
R15 +Vcc IC6 +
14 13 12 11 10 9 8 7
S5
D8 VR1
VR5
+5 V
+5 V
R4
R5
R6
+Vcc IC3 +
LDR D4
R16
R17
S2
LDR D9
VR2
+5 V
R18 +Vcc IC7 +
5V VCC S6
8 BIT OUTPUT
R8
R9
+Vcc IC4 +
LDR
R19
R20
S3
LDR
D5
D10
VR3 +5 V
R21 +Vcc IC8 +
S7
D4 D5 D6 D7
+5 V
R10
R11
LDR
R12 +Vcc IC5 +
R22
R23
S4
LDR
R24 +Vcc IC9 +
S8
5V
D11
VR4
VR8
LED R 470
T1 220 AC
39 38 37 36 35 34 33 32
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
1 2 3 4 5 6 7 8
21 22 23 24 25 26 27 28
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
19 XTAL 2 11.0592 MHz 18 C C 33pF 33pF 9 5V 31 40
XTAL1 XTAL2 RST EA/Vpp vcc
+5 V IC1 7805
D1
C2
C3 C4
C1 0V
VEE 3 GND 2
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P2
Q1
9V
6 E 5 RW 4 RS
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
1 2 3 4 5 6 7 8
8 7 6 5 4 3 2 1
10 11 12 13 14 15 16 17
8 7 6 5 4 3 2 1
P1
RS R/W E
P3 C
D6
VCC 1
R array 10K 1 2 3 4 5 6 7 8
VR7
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
P0
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
VR6
+5 V
R7
VCC +5V
LCD
R13
D2 0V
Gambar 3.2 Rangkaian Alat Keseluruhan
PSEN 29 ALE/PROG 30
}
No Connect
23 3.3.1
Rangkaian Catu Daya Rangkaian catu daya merupakan rangkaian yang digunakan untuk
mengkondisikan tegangan sumber menjadi tegangan kerja yang dikehendaki.
T1
Q1
6.5 V
+5 V 220 AC
IC1 7805
D1
C2
C3 C4
C1 0V
D2 0V
Gambar 3.3 Rangkaian Catu Daya
Rangkaian catu daya terbagi atas empat blok penting, yaitu : pengkondisian tegangan sumber, penyearah, filter, dan regulator. Pengkondisian tegangan sumber digunakan untuk menyesuaikan antara tegangan sumber dan tegangan yang diinginkan. Komponen yang digunakan untuk pengkondisian tegangan sumber ini adalah trafo. Jenis trafo disesuaikan dengan fungsi trafo yang diinginkan. Pada rangkaian catu daya gambar 3.3 menggunakan jenis trafo step down, karena output yang dikehendaki lebih kecil dari tegangan sumbernya. Penyearah digunakan untuk menyearahkan tegangan sumber yaitu VAC menjadi tegangan searah (VDC). Filter berfungsi untuk mengurangi tegangan ripple yang ditimbulkan oleh penyearah dioda. Filter ini dimaksudkan agar output dari catu daya adalah tegangan searah tanpa tegangan ripple. Regulator berfungsi untuk menstabilkan tegangan keluaran apabila terjadi tegangan masukan yang tidak stabil.
Keterangan Pengguaan Catu Daya : v Rangkaian sensor cahaya. v Catu mikrokontroler v Catu LCD
24
3.3.2
Rangkaian Sensor Cahaya Rangkaian sensor cahaya terdiri dari beberapa bagian yaitu : bagian
pemancar berupa LED, bagian penerima berupa LDR dan komparator.
+5 V
R1
R3
R2
+Vcc IC2 +
D3
P0.0
LDR VR1
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Cahaya
LDR bekerja berdasar intensitas cahaya yang menimpanya. Pada rangkaian tersebut LDR berfungsi sebagai pengatur tegangan input pada komparator untuk dibandingkan
dengan
besarnya
taraf
tegangan
referensi
VR1
untuk
mengkondisikan besarnya tegangan output agar berlogik 1 atau 0. tegangan referensi diperoleh dari pengesetan VR1 yaitu pada saat LED menyala terang. Pada kondisi awal saat LDR mendapat cahaya dari pemancar maka resistansi LDR akan semakin kecil sehingga tegangan output akan besar. Karena nilai VLDR lebih kecil dari nilai VR1 maka output komparator akan berlogik 1. Jika LDR tidak mendapat cahaya atau pada saat intensitas cahaya sedikit maka resistansi LDR akan semakin tinggi. Pada saat resistansi LDR besar maka tegangan output LDR besar, karena nilai VLDR>VR1 maka output komparator akan berlogik 0.
25 3.3.3
Mikrokontroler Mikrokontroler difungsikan sebagai pemroses data masukan yang diinput
oleh rangkaian sensor cahaya untuk ditampilkan pada layar LCD. Sistem kerja dari input/output mikrokontroler ditunjukkan pada gambar 3.5. Gambar rangkaian Sistem kerja dari input/output mikrokontroler dapat dijelaskan masing – masing hubungan dari port – port AT89S51 dengan rangkaian lainnya, yaitu : a. Port 0, digunakan sebagai masukan data dari rangkaian sensor cahaya. b. Port 1.0, sebagai keluaran yang dihubungkan dengan kontrol LCD (RS) Port 1.1, sebagai keluaran yang dihubungkan dengan kontrol LCD (R/W) Port 1.2, sebagai keluaran yang dihubungkan dengan kontrol LCD (E) c. Port 2, (P2.0 – P2.3) sebagai keluaran yang dihubungkan dengan LCD. 5V VCC
8 BIT OUTPUT S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
R array 10K P1
P0 1 2 3 4 5 6 7 8
39 38 37 36 35 34 33 32
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
1 2 3 4 5 6 7 8
21 22 23 24 25 26 27 28
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
1 2 3 4 5 6 7 8
8 7 6 5 4 3 2 1
10 11 12 13 14 15 16 17
8 7 6 5 4 3 2 1
RS R/W E
P2
D4 D5 D6 D7
5V
P3 19 XTAL1 XTAL 2 11.0592 MHz 18 XTAL2
C LED C 33pF R 470
PSEN 29 ALE/PROG 30
C 33pF 5V
9 RST 31 EA/Vpp 40 vcc
Gambar 3.5 Sistem Input/Output AT89S51
} No Connect
26
Cara kerja sistem minimum AT89S51 ini hanya memerlukan beberapa komponen tambahan antara lain 3 kapasitor, 1 resistor, 1 kristal serta rangkaian catu daya sebesar 5 V. Untuk komponen resistor 10 K dan kapasitor 10 mikro Farad digunakan sebagai rangkaian reset otomatis, yang artinya begitu rangkaian sistem minimum AT89S51 menerima catu daya, maka program akan dimulai dengan alamat 0000H atau bias juga direset secara manual, yaitu dengan menambah saklar yang dipararel dengan kapasitor 10 mikro Farad. Kristal yang dipakai menggunakan frekuensi 11,059 MHz dan kapasitor 33 pF. Komponen tersebut digunakan sebagai pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja dari mikrokontroler.
VDD VSS VLC
Common Signal LCD LCD Controller & Driver
DB 0 - 7
RS R/W E
Segment Signal
Serial Data
SEGMENT DRIVER
Timming Signal
Gamabar 3.6 Diagram Blok Modul Tampilan LCD
Saluran data bit merupakan sarana untuk memasukkan data alamat dan data tampilan ke dalam modul/sarana keluaran alamat (data dari modul yang di baca oleh mikroprosesor). Masukan sinyal RS digunakan untuk memilih register – register yang berada dalam modul yaitu register perintah dan register data tampilan.
Masukan
sinyal
E
digunakan
untuk
mulai
mengaktifkan
27 modul/mengesahkan data yang dikirim ke modul. Bagian pengendali berfungsi untuk mengendalikan bekerjanya modul ini yaitu mengatur penerimaan data dari luar dan mengeluarkan data tampilan pada tampilan. Cara kerja dari tampilan kristal cair adalah sebagai berikut : Data perintah/karakter ditempatkan pada saluran data, kemudian masukan sinyal RS diberi logika (logika rendah untuk register perintah dan logika tinggi untuk memilih register data). Selanjutnya sinyal E diberi masukan logika tinggi dan kemudian diubah menjadi logika rendah. Sinyal E berfungsi untuk memulaimodul agar segera beroperasi sesuai dengan data yang dimasukkan dan register dalam yang dipilih. Proses pemasukan data dari register adalah sebagai berikut : Sinyal RS diberi masukan logika tinggi untuk memulih register dalam. Selanjutnya sinyal R/W diberi logika tinggi untuk operasi pembacaan terhadap modul. Sinyal E diberi masukan logika tinggi dan diubah menjadi logika rendah, pada saluran data terdapat karakter yang berupa kode ASCII. Tampilan kristal cair pada tugas akhir ini menggunakan masukan data (DB4 – DB7) yang dihubungakan dengan port.2 (P2.0 – P2.3) dan masukan sinyal control RS, R/W, dan E pada port 1 ( P1.0 – P1.2). untuk pertama kali yang terjadi pada pengaktifan tampilan pada tampilan cristal cair adalah menginisialisasikan tampilan kristal cair, panjang data, arah pergeseran tampilan data/kursor, menentukan alamat DDRAM, mengaktifkan tampilan/kursor dan menentukan letak kursor.
3.4
Sistem Mekanik Sistem mekanik dari tugas akhir ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini: S1
L1
S4 S3 S8 S2 S7 S5 S6
L8
L2
L7
L3
L6
L4
L5
Gambar 3.7 Rangkaian Mekanik Kompas
28 Gambar diatas menunjukkan sistem mekanik kompas yang direncanakan. Pada sistem tersebut dipasang delapan LDR dan delapan LED untuk mengkonversi kompas analog menjadi sebuah tampilan arah mata angin yang akan ditampilkan pada layar LCD. Setiap pergerakan jarum kompas akan mengakibatkan perubahan kondisi LDR yang akan tertutup. Kondisi ini akan dikonversi menjadi informasi arah mata angin. Contoh pembacaan sensor yaitu sebagai berikut :
SENSOR 1 s/d 8
LED
Gambar 3.8 Rangkaian Mekanik Kompas
Pada gambar di atas ditunjukkan salah satu LDR yang terkena cahaya LED dan ketujuh LDR lainnya tertutup sehingga cahaya LED tidak mengenai ketujuh LDR. Jika posisi kompas berubah keadaan, maka jarum kompas akan bergerak mengikuti sistem kompas dan akan mengakibatkan perubahan keadaan LDR yang terkena cahaya LED. Perubahan – perubahan ini akan diproses sebagai masukan pada pengolah sinyal dan akan diproses oleh mikrokontroler kemudian ditampilkan pada LCD sebagai informasi arah mata angin.
29
Desain dari jarum mekanik kompas yaitu : Permukaan magnet kompas yang berupa lempengan mika transparan berbentuk lingkaran kita desain seperti pada gambar 3.9. Bagian permukaan megnet kita hitamkan dengan menggunakan cat dan disisakan sebagian dengan sudut 450 yang difungsikan sebagai tempat LDR menerima cahaya dari LED. Luas bagian yang tidak ditutup cat menunjukkan tingkat akurasi kompas.
BARAT LAUT 3150
337,50
UTARA 00 22,50
TIMUR 45 LAUT 0
292,50
67,50
BARAT 2700
247,5
900 TIMUR 112,50
0
2250 BARAT 202,50 DAYA
157,5 1800 SELATAN
0
1350 TENGGARA
Gambar 3.9 Desain Permukaan Jarum Kompas
Posisi LDR yang terkena cahaya dan tidak terkena cahaya LED ditunjukkan pada gambar 3.10. Posisi LDR ini akan berubah jika posisi kompas juga dirubah posisinya.
30
BARAT LAUT 3150
337,50
UTARA 00 22,50
TIMUR 450 LAUT
292,50
67,50
BARAT 2700
900 TIMUR Sensor 112,5
247,50 2250 BARAT 202,50 DAYA
157,5 1800 SELATAN
0
0
1350 TENGGARA
Gambar 3.10 Permukaan Jarum Kompas Dengan Menggunakan Sensor
Dari desain kompas di atas maka konversi arah mata angin dengan satuan sudut yaitu sebagai berikut : Sudut
Arah Mata Angin
337,50 s/d 22,50
UTARA
22,50 s/d 67.50
TIMUR LAUT
67,50 s/d 112,50
TIMUR
112,50 s/d 157,50
TENGGARA
157,50 s/d 202,50
SELATAN
202,50 s/d 247,50
BARAT DAYA
247,50 s/d 292,50
BARAT
292,50 s/d 337,50
BARAT LAUT
Untuk mendapatkan hasil output dengan ketelitian lebih akurat maka dapat dirancang dengan menambah jumlah sensor. Sebagai misal sensor ditambah menjadi 16 sensor maka ketelitian derajat arah mata angin menjadi 22,50.
31 seandainya ditambah menjadi
32 sensor maka tingkat ketelitiannya menjadi
11,250. penambahan sensor tersebut dipertimbangkan pula besar permukaan sensor dengan besar sensor yang dipakai, dalam hal ini LDR. Untuk permukaan kompas yang sama maka besar sensor yang dipergunakan harus ukuran yang lebih kecil. Untuk kompas yang menggunakan 32 sensor maka desain mekanik kompas menjadi sebagai berikut:
0 337.50 348.75 0 11.250 0 22.50 0 326.25 33.750 3150
450
303.75
0
56.250 67.50
292.50
78.750
281.250
900
2700
101.250
258.750
112.50
247.50
123.750 236.250 1350 2250 0 213.75 146.250 202.50 157.50 191.2501800 168.750
Gambar 3.10 Desain Permukaan Jarum Kompas 32 Sensor
Dari desain kompas dengan 32 sensor di atas maka konversi arah mata angin dengan satuan sudut yaitu sebagai berikut : Sudut
Arah Mata Angin
348.750 s/d 11.250
UTARA
11.250 s/d 33.750
UTARA+11.250RIGHT
33,750 s/d 56.250
TIMUR LAUT
0
0
56.25 s/d 78.75
TIMUR LAUT+11.250RIGHT
32
3.5
Sudut
Arah Mata Angin
78.750 s/d 101.250
TIMUR
101.250 s/d 123.750
TIMUR+11.250RIGHT
123.750 s/d 146.250
TENGGARA
146.250 s/d 168,750
TENGGARA+11.250RIGHT
168,750 s/d 191.250
SELATAN
191.250 s/d 213.750
SELATAN+11.250RIGHT
213,750 s/d 236.250
BARAT DAYA
236.250 s/d 258.750
BARAT DAYA+11.250RIGHT
258,750 s/d 281.250
BARAT
281.250 s/d 303.750
BARAT+11.250RIGHT
303.750 s/d 326.250
BARAT LAUT
326.250 s/d 348.750
BARAT LAUT+11.250RIGHT
Sistem Kontrol Sistem kontrol yang digunakan pada tugas akhir ini menggunakan
mikrokontroler AT89S51. mikrokontroler digunakan sebagai pengendali tampilan pada layar LCD. Port – port yang digunakan pada mikrokontroler ini yaitu : 1. Port 0 sebagai input data dari sensor 2. Port 1.0 – port 1.2 sebagai pengendali RS, R/W, E pada LCD 3. Port 2.0 – port 2.2 sebagai data masukan LCD
3.5.1
Flow Chart Flow Chart adalah diagram keadaan yang menggambarkan proses
perpindahan dari keadaan satu ke keadaan yang lainnya. Perubahan input yang mengakibatkan perubahan perpindahan keadan pada flow chart merupakan gambaran perpindahan output pada actuator. Flow chart merupakan gambaran kerja suatu sistem, sehingga dengan flow chart dapat dianalisa kerja sistem dan kesalahan – kesalahan sistem.
33
START
INISIALISASI
AMBIL DATA
T P0.0:=1
T
Y
P0.1:=1
Y
T
P0.2:=1
Y
T
P0.3:=1
Y
T
P0.4:=1
T
P0.5:=1
Y
BACA TABEL
TAMPILKAN KE LCD
END
Gambar 3.11 Diagram Alir Rancangan Alat
Y
T
P0.6:=1
Y
T
P0.7:=1
Y
34 3.5.2
Program Mikrokontroler Bahasa program yang digunakan yaitu dengan menggunakan bahasa
assembler. Listing programnya adalah sebagai berikut :
LCD_RS
BIT
P1.0
LCD_EN
BIT
P1.2
LCD_RW
BIT
P1.1
LCD_DATA EQU P2
ACALL
INIT_LCD
MAIN: MOV
A,#80H
ACALL
WRITE_LCD_COMMAND
MOV
DPTR,#TEXT1
ACALL
SEND_LCD
READ_P0: MOV
A,#0CH
ACALL
WRITE_LCD_COMMAND
JNB
P0.0,READ2
MOV
DPTR,#DATA1
ACALL
SEND_LCD
JB
P0.0,$
READ2: JNB
P0.1,READ3
MOV
DPTR,#DATA2
ACALL
SEND_LCD
JB
P0.1,$
READ3: JNB
P0.2,READ4
MOV
DPTR,#DATA3
35 ACALL
SEND_LCD
JB
P0.2,$
READ4: JNB
P0.3,READ5
MOV
DPTR,#DATA4
ACALL
SEND_LCD
JB
P0.3,$
READ5: JNB
P0.4,READ6
MOV
DPTR,#DATA5
ACALL
SEND_LCD
JB
P0.4,$
READ6: JNB
P0.5,READ7
MOV
DPTR,#DATA6
ACALL
SEND_LCD
JB
P0.5,$
READ7: JNB
P0.6,READ8
MOV
DPTR,#DATA7
ACALL
SEND_LCD
JB
P0.6,$
READ8: JNB
P0.7,READ_P0
MOV
DPTR,#DATA8
ACALL
SEND_LCD
JB
P0.7,$
SJMP
READ_P0
36 ;------------------------------------------------------------------------------INIT_LCD: CLR
LCD_RW
PUSH
ACC
CLR
LCD_RS
ACALL
LONG_DELAY
MOV
A,#01H
ACALL
WRITE_LCD_COMMAND
ACALL
DELAY_LCD
MOV
A,#02H
ACALL
WRITE_LCD_COMMAND
ACALL
DELAY_LCD
MOV
A,2CH
ACALL
WRITE_LCD_COMMAND
ACALL
DELAY_LCD
MOV
A,#08H
ACALL
WRITE_LCD_COMMAND
ACALL
DELAY_LCD
MOV
A,#01H
ACALL
WRITE_LCD_COMMAND
ACALL
DELAY_LCD
MOV
A,#06H
ACALL
WRITE_LCD_COMMAND
ACALL
DELAY_LCD
MOV
A,#0CH
ACALL
WRITE_LCD_COMMAND
ACALL
DELAY_LCD
POP
ACC
; CLEAR DISPLAY
; FUNCTION SET
RET ;------------------------------------------------------------------------------
37 WRITE_LCD_COMMAND: CLR
LCD_RS
SJMP
WRITE_LCD
WRITE_LCD_DATA: SETB
LCD_RS
WRITE_LCD: MOV
B,A
SWAP
A
ORL
A,#0F0H
MOV
LCD_DATA,A
CLR
LCD_EN
ACALL
SHORT_DELAY
SETB
LCD_EN
MOV
A,B
ORL
A,#0F0H
MOV
LVD_DATA,A
ACALL
SHORT_DELAY
CLR
LCD_EN
ACALL
SHORT_DELAY
SETB
LCD_EN
ACALL
SHORT_DELAY
; PENULISAN 4 BIT HIGH
; PENULISAN 4 BIT LOW
RET LONG_DELAY: MOV
R6,#0FFH
LONG_DELAY_1: ACALL
SHORT_DELAY
DJNZ
R6,LONG_DELAY_1
38 RET SHORT_DELAY: MOV
R7,#0FFH
DJNZ
R7,$
RET DELAY_LCD: ACALL
LONG_DELAY
ACALL
LONG_DELAY
ACALL
LONG_DELAY
ACALL
LONG_DELAY
RET
LINE1_LCD: PUSH
ACC
MOV
A,#80H
ACALL
WRITE_LCD_COMMAND
POP
ACC
RET LINE2_LCD: PUSH
ACC
MOV
A,#0C0H
ACALL
WRITE_LCD_COMMAND
POP
ACC
RET SEND_LCD: CLR
A
MOVC
A,@A+DPTR
JZ
EXIT
ACALL
WRITE_LCD_DATA
INC
DPTR
39 SJMP
SEND_LCD
EXIT: RET TEXT1:
DB
“ KOMPAS DIGITAL “,0
DATA1:
DB
“
DATA2:
DB
“
TIMUR LAUT
“,0
DATA3:
DB
“
TIMUR
“,0
DATA4:
DB
“ TENGGARA
“,0
DATA5:
DB
“
SELATAN
“,0
DATA6:
DB
“
BARAT DAYA
“,0
DATA7:
DB
“
BARAT
“,0
DATA8:
DB
“
BARAT LAUT
“,0
END END
UTARA
“,0
40 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ALAT
4.1
Pengujian Kompas, Sensor dan Rangkaian Elektronika
4.1.1
Kompas Spesifikasi kompas analog yang digunakan yaitu : Tipe
: Lensatic compass HYDC45-2B
Diameter
: 4.40 Cm
Tinggi
: 1.25 Cm
Pada perancangan alat ini, kompas analog di desain dapat membaca satu sensor tiap ada perubahan posisi sensor. Perubahan serta sensor yang harus aktif beracuan dari kompas analog yang aktual. Untuk mendapatkan keadaan ini maka jarum kompas analog didesain dengan di gelapkan permukaannya dan daerah yang digunakan tempat membaca sensor dibiarkan transparan. Pada modifikasi kompas analog ini dipertimbangkan pula kestabilan dan keseimbangan jarum kompas, agar jarum bebas bergerak menurut kaedah kemagnetan. Desain jarum kompas dan sensor yang digunakan yaitu sebagai berikut :
BARAT LAUT 3150
337,50
UTARA 00 22,50
TIMUR 450 LAUT
292,50
67,50
BARAT 2700
900 TIMUR Sensor 112,50
247,50 2250 BARAT 202,50 DAYA
157,5 1800 SELATAN
0
1350 TENGGARA
Gambar 4.1 Desain Jarum Kompas Dengan Sensor
41 4.1.2
Pengujian Sensor Sensor yang digunakan pada penyusunan tugas akhir ini merupakan
sebuah sensor yang nilai resistansinya sangat dipengaruhi oleh besar kecilnya nilai intensitas cahaya. Sensor yang digunakan yaitu LDR, sensor ini jika intensitas cahaya yang mengenai permukaannya sedikit maka nilai resistansinya besar. Nilai intensitas cahaya LDR berbanding terbalik dengan nilai resistansi yang ditimbulkan. Cara pengujiannya yaitu dengan menggunakan ohm meter yang dihubungkan pada kedua kakinya, kemudian LDR ditempatkan pada dua daerah yang berbeda keadaan intensitas cahayanya. Jika ada simpangan nilai resistansi antara keadaan terang dan gelap maka LDR dalam kondisi baik. Nilai resistansi LDR pada keadaan gelap mencapai orde megaohm (MΩ). Pada pengujian ini nilai resistansi LDR saat terhalang jarum kompas sebesar 1 MΩ, saat tidak terhalang jarum kompas sebesar 30 kΩ.
4.1.3
Pengujian Rangkaian Elaktronika Rangkaian elektronika yang digunakan dalam pengkondisian tugas akhir
ini yaitu rangkaian komparator dengan menggunakan op-amp. Rangkaian ini membandingkan antara besarnya tegangan yang ditimbulkan pada sensor dengan tegangan
referensi
mikrokontroler.
tertentu
yang
selanjutnya
menjadi
masukan
bagi
42
+5 V
R1
R2
R3
+Vcc IC2 +
D3
P0.0
LDR VR1
Gambar 4.2 Rangkaian Sensor Cahaya dengan Menggunakan Komparator
Pengujiannya yaitu dengan menempatkan LDR pada keadaan terang dan keadaan gelap. Penempatan LDR tersebut untuk mengambil perubahan nilai tegangan pada saat gelap dan terang untuk menentukan besarnya nilai referensi tegangan yang digunakan. Setelah nilai referensi tegangan ditentukan maka komparator di coba pada saat kondisi LDR kena cahaya dan tidak kena cahaya. Saat LDR kena cahaya nilai masukan inverting akan kecil dan nilai referensi tegangan pada masukan non-inverting lebih besar dari masukan inverting maka output dari komparator adalah HIGH. Jika LDR tidak kena cahaya maka nilai tegangan masukan inverting lebih besar dari masukan non-inverting, sehingga output komparator adalah LOW. Jika kondisi diatas sudah dipenuhi oleh komparator maka rangkaian pengkondisi sinyal dalam keadaan baik dan siap digunakan.
43 4.2
Analisa Alat Berdasarkan Flow Chart
START
INISIALISASI
AMBIL DATA
T T
P0.0:=1
Y
P0.1:=1
Y
T
P0.2:=1
T
P0.3:=1
Y
Y
T
P0.4:=1
Y
T
P0.5:=1
Y
T
P0.6:=1
T
Y
BACA TABEL
TAMPILKAN KE LCD
END
Ganbar 4.3 Analisa Alat Berdasarkan Flow Chart
Proses kerja alat berdasarkan analisa flow chart yaitu sebagai berikut : 1.
Saat alat diberi catu daya, maka akan diadakan proses inisialisasi pada mikrokontroler dan LCD yang digunakan.
2.
Keadaan sensor dikondisikan oleh rangkaian pengkondisi sinyal.
3.
Perubahan output dari rangkaian pengkondisi sinyal diambil oleh mikrokontroler.
P0.7:=1
Y
44 4.
Kondisi port 0 di cek oleh mikrokontroler, yaitu : a.
Jika port 0.0 high dan yang lainnya low maka tampilkan pada LCD data 1 ( UTARA )
b.
Jika port 0.1 high dan yang lainnya low maka tampilkan pada LCD data 2 ( TIMUR LAUT )
c.
Jika port 0.2 high dan yang lainnya low maka tampilkan pada LCD data 3 ( TIMUR )
d.
Jika port 0.3 high dan yang lainnya low maka tampilkan pada LCD data 4 ( TENGGARA )
e.
Jika port 0.4 high dan yang lainnya low maka tampilkan pada LCD data 5 ( SELATAN )
f.
Jika port 0.5 high dan yang lainnya low maka tampilkan pada LCD data 6 ( BARAT DAYA )
g.
Jika port 0.6 high dan yang lainnya low maka tampilkan pada LCD data 7 ( BARAT )
h.
Jika port 0.7 high dan yang lainnya low maka tampilkan pada LCD data 8 ( BARAT LAUT ).
5.
4.3
Perubahaan kondisi port 0 ini di cek terus hingga catu daya dimatikan.
Analisa Mekanik Alat Mekanik alat yang paling penting dan utama dalam tugas akhir ini yaitu
kompas analog yang dipasangi delapan LDR dan delapan LED untuk mendeteksi arah mata angin. Rancangan dari mekanik alat ini yaitu sebagai berikut : 1.
S1 (sensor satu) menunjukkan arah mata angin UTARA.
2.
S2 (sensor dua) menunjukkan arah mata angin TIMUR LAUT.
3.
S3 (sensor tiga) menunjukkan arah mata angin TIMUR.
4.
S4 (sensor empat) menunjukkan arah mata angin TENGGARA.
5.
S5 (sensor lima) menunjukkan arah mata angin SELATAN.
6.
S6 (sensor enam) menunjukkan arah mata angin BARAT DAYA.
7.
S7 (sensor tujuh) menunjukkan arah mata angin BARAT.
45 8.
S8 (sensor delapan) menunjukkan arah mata angin BARAT LAUT.
S1 S8 S2 S7 S3 S6 S4 S5
JARUM KOMPAS L1
L8
L2
L7
L3
L6
L4
L5
Gambar 4.4 Sistem Mekanik Kompas Keterangan : S1 – S8
: Sensor satu sampai dengan sensor delapan
L1 – L8
: LED satu sampai dengan LED delapan
4.4
Analisa Kerja Alat Keseluruhan Kerja dari alat ini yaitu dengan di catu tegangan 5 V. catu daya ini dapat
diperoleh dari sumber catu daya searah langsung atau dengan cara tegangan jala – jala PLN yang telah dikondisikan. Catu daya ini akan mencatu rangkaian sensor cahaya, LCD, dan sitem minimum Mikrokontroler. Untuk perubahan arah kompas tidak memerlukan catu daya, dikarenakan kerja kompas menggunakan sistem kompas analog yang memanfaatkan kutub magnet yang berbeda dan diletakkan pada poros yang seimbang. Dengan demikian kutub utara magnet akan selalu ditarik oleh kutub selatan bumi, kutub selatan magnet akan selalu ditarik oleh kutub utara bumi. Karena adanya gaya tarik menarik dan tolak menolak antara kutub bumi dengan kutub magnet maka jarum kompas akan selalu berputar mengikuti kaidah kutub magnet. Prinsip ini yang dipakai untuk merancang kompas analog.
46 Pada penyusunan alat ini jarum kompas ditimpa dengan lempengan plastic berbentuk bundar. Dengan mengatur tingkat akurasinya, lempengan tersebut diblok warna hitam dan menyisihkan luas yang tidak di blok yang menentukan tingkat akurasinya. Setiap perubahan arah akan bergerak pula jarum kompas dan luas yang tidak di blok warna hitam. Kondisi ini menyebabkan setiap perubahan arah mata angin maka akan terjadi perubahan kondisi LDR yang terkenai cahaya. Output dari sensor ini akan diolah oleh pengkondisi sinyal dan dijadikan masukan pada port 0 mikrokontroler. Perubahan arah mata angin akan menyebabkan perubahan kondisi port 0. keadaan ini akan selalu dibaca oleh mikrokontroler untuk menampilkan data prosesnya pada LCD. Hasil pengujian alat dan dibandingkan dengan kompas analog yaitu sebagai berikut : Kompas Analog
Alat Yang Di Buat
UTARA
UTARA
TIMUR LAUT
TIMUR LAUT
TIMUR
TIMUR
TENGGARA
TENGGARA
SELATAN
SELATAN
BARAT DAYA
BARAT DAYA
BARAT
BARAT
BARAT LAUT
BARAT LAUT
Dari percobaan di atas dapat disimpulkan, alat yang dirancang dapat bekerja dengan baik.
BAB V PENUTUP
5.1
Kesimpulan Dengan adanya pengujian pada alat yang di buat dan dibandingkan dengan kompas analog sebagai acuan dasar arah mata angin, alat yang dibuat yaitu kompas digital berbasis mikrokontroler AT89S51 dengan cara konversi dari kompas analog bekerja sesuai yang diharapkan yaitu dapat menampilkan delapan arah mata angin.. Kompas yang dibuat pada tugas akhir ini dapat dikembangkan antara lain; bisa dihubungkan melalui handphone, disambungkan ke computer dan penentuan arah mata angin pada jarak jauh.
47
DAFTAR PUSTAKA
Eko Putra,Agfianto.2002.Belajar Mikrokontroler.Gava Media. J.Fidler.1993.Physic Of Magnetic Materials Versi 4.1.Jakarta : Encarta Loveday,George.1986.IntisariElektronika.Trans.Suryawan
2nd
edition.Jakarta:
Elaxmedia Kompuitndo. Malvino,Paul.1994.Electronics Principles 3rd Edition.Mc Graw Hill.Inc Prasetyo,Dwisunar.2003.Belajar Sistem Cepat Elektronika.Yogyakarta: Absolut. Steeman,J.P.M.1998.Data Sheet Book2.Jakarta: PT. Elex Media Komputindo. .1997.Data Book.California: Fairchild and Instrument Corporation.
