TUGAS AKHIR PROTOTIPE PENGUKURAN VOLUME ZAT CAIR DENGAN SENSOR ULTRASONIK BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51 Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Disusun Oleh : Nama
: Anja Firmansah
NIM
: 01402-037
Jurusan
: Teknik Elektro
Peminatan
: Elektronika
Pembimbing
: Ir. Eko Ihsanto, M.Eng
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008
i
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini,
Nama
: Anja Firmansah
N.I.M
: 01402-037
Jurusan
: Teknik Elektro
Fakultas
: Teknologi industri
Judul Skripsi: “PROTOTIPE PENGUKURAN VOLUME ZAT CAIR
DENGAN
SENSOR
ULTRASONIK
BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51”
Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan Skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggung jawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana.
Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan. Penulis,
[ Anja Fimansah ]
ii
LEMBAR PENGESAHAN PROTOTIPE PENGUKURAN VOLUME ZAT CAIR DENGAN SENSOR ULTRASONIK BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51
Disusun Oleh : Nama
: Anja Firmansah
NIM
: 01402-037
Jurusan
: Teknik Elektro
Peminatan
: Elektronika
Menyetujui ;
Pembimbing
Koordinator TA
( Ir. Eko Ihsanto, M.Eng )
( Yudhi Gunardi.ST, MT )
Mengetahui, Ketua Program Studi Teknik Elektro
( Ir. Budi Yanto Husodo, MSc )
iii
ABSTRAK
PROTOTIPE PENGUKURAN VOLUME ZAT CAIR DENGAN SENSOR ULTRASONIK BERBASIS MIKROKONTROLER AT89C51
Kebutuhan alat ukur semakin terasa pada kehidupan sehari-hari, apalagi pada perusahan – perusahan yang bergerak dibidang industri. Terutama pengukuran yang berkenaan dengan pengukuran volume zat cair. Dalam hal ini bagai mana cara agar teknik pengukuran dapat dilakukan dengan cepat, efektif dan hasil pengukuran yang akurat. Pengukuran ini memanfaatkan prinsip kerja dari sensor ultrasonik. Yang memiliki frekuensi diatas 20 KHz. Dengan prinsip kerja memancarkan gelombang ultrasanik dari pemancar ultrasonik pada media yang akan diukur kemudianl pantulannya diterima oleh penerima ultrasonik, hasil dari jarak pemancar ke penerima diproses oleh mikrokontroler untuk kemudian ditampilkan dalam bentuk digital ke display LCD.
iv
KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Puji syukur penulis panjatkan pada Allah SWT yang telah memberikan rahmat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan judul “Prototipe Pengukuran Volume Zat Cair dengan Sensor Ultrasonik Berbasis Mikrokontroler AT89C51”, sesuai pada waktunya. Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk memenuhi syarat guna mencapai gelar sarjana stara satu (S1) pada Jurusan Teknik Elektro, peminatan elektronika, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Mercu Buana, Jakarta. Dalam pelaksanaan pembuatan tugas akhir ini, banyak halangan dan rintangan yang harus dilalui, namun hal itu tak terasa memeberatkan karena banyak bimbingan dan bantuan yang penulis terima dari berbagai pihak, untuk itu penulis ucapkan terima kasih atas bimbingan dan bantuan tersebut antara lain kepada : 1. Bapak Ir. Eko Ishanto, M.Eng. Selaku dosen pembimbing dan dosen pembimbing
Akademi
yang
telah
banyak
meluangkan
waktu
dan
pemikirannya agar tugas akhir ini dapat lebih baik. 2. Yudhi Gunardi, ST. MT. Selaku koordinator tugas akhir Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Mercu Buana. 3. Ir. Budi Yanto Husodo, MSc. Selaku kaprodi jurusan teknik elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Mercu buana.
v
4. Bapak Jaja Kustija, Drs. Msc. Selaku kepala Laboratorium yang telah mengijinkan penggunaan fasilitas laboratorium dalam pembuatan tugas akhir ini. 5. Seluruh Staff dosen pengajar Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Mercu Buana. 6. Bang Nasir selaku asisten laboratorium yang telah mengajari penulis dalam pengujiasn system kerja alat dalam pengukuran alat. 7. Teruntuk ayah handa dan ibunda tercinta yang telah memberikan motivasi dan dorongan baik materi, mental dan spiritualnya kepada penulis untuk slalu sabar dalam menyelesaikan tugas akhir. 8. Adik – adikku tercinta Aan nurmansyah, Ani nuraeni dan Anna Fitrianti yang telah memberikan semangat kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir. 9. Nenengxu susilowati yang baik hati, tidak sombong dan rajin menabung yang slalu tetap setia memberikan motivasi yang tinggi kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini *you are my soulmate* 10. Segenap keluaga besarku yang telah tidak henti-hentinya membantu dalam menyemangati agar cepat menyelesaikan tugas akhir. 11. Segenap keluaga besar bapak Sukimi dan mae yang telah tidak henti-hentinya membantu dalam menyemangati agar cepat menyelesaikan tugas akhir. 12. Ahcmad Fauzi, Nahor, kustian, Sulistio, Eldin Hamdi, Firman Suryadi, Fitri Haryadi, Wage, syaeful bahri dan Teman-teman seperjuanganku anagkatan 2002 teknik Elektro yang tidak bisa saya sebutkan semuanya.
vi
Dalam penulisan laporan ini penulis merasa masih banyak kekurangan, karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun guna menyempurnakan laporan tugas akhir ini. Semoga penulisan laporan tugas akhir ini berguna bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb. Jakarta, April 2008
Penulis
vii
DAFTAR ISI LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................. ii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii ABSTRAKSI ................................................................................................... iv KATA PENGANTAR ..................................................................................... v DAFTAR ISI.................................................................................................... viii DAFTAR TABEL............................................................................................ xi DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang Masalah................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah .......................................................................... 1 1.3 Tujuan Penulisan ........................................................................... 2 1.4 Ruang Lingkup dan Pembatasan Masalah ..................................... 2 1.5 Metode Penulisan ........................................................................... 2 1.6 Sistematika Penulisan .................................................................... 3 BAB II LANDASAN TEORI .......................................................................... 4 2.1 Gelombang Bunyi .......................................................................... 4 2.1.1 Refleksi Gelombang Bunyi................................................... 4 2.2 Gelombang Ultrasonik ................................................................... 5 2.3 Transduser Ultrasonik .................................................................... 6 2.4 Penguat Op-Amp............................................................................ 7 2.5 Astable Multivibrator ..................................................................... 8 2.6 Perhitungan Jarak dengan Volume Air .......................................... 9
viii
2.7 Mikrokontroler AT89C51 .............................................................. 10 2.7.1 Karakter Mikrokontroller AT89C51 ..................................... 10 2.7.2 Port – Port Dalam IC AT89C51............................................ 12 2.7.3 Register ................................................................................. 13 2.8 LCD (Liquid Crystal Display) ....................................................... 15 2.8.1 Tegangan Kendali LCD ........................................................ 16 2.8.2 Konfigurasi Pin LCD ............................................................ 17 2.8.3 Pemrograman pada LCD....................................................... 18 BAB III PERANCANGAN ALAT.................................................................. 22 3.1 Garis Besar Perancangan................................................................ 22 3.2 Perancangan Ultrasonik ................................................................. 23 3.2.1 Rangkaian Pemancar Ultrasonik ........................................... 24 3.2.2 Rangkaian Penerima Ultrasonik............................................ 25 3.3 Perancangan LCD .......................................................................... 26 3.4 Perancangan Rangkaian Lengkap .................................................. 30 3.4.1 Prinsip kerja Rangkaian ........................................................ 31 3.5 Perancangan Pengendali Mikrokontroller...................................... 31 3.6 Flow chat........................................................................................ 33 BAB IV PENGUJIAN ALAT.......................................................................... 34 4.1 Pengujian Rangkaian pemancar Ultrasonik ................................... 34 4.2 Pengujian Rngkaian penerima Ultrasonik...................................... 36 4.3 Pengujian Rangkaian Display LCD ............................................... 37 4.4 Perhitungan Jarak dengan Volume zat Cair Pada Pemrograman... 38
ix
4.5 Pengujian Sistem Kerja Alat .......................................................... 41 BAB V KESIMPULAN................................................................................... 44 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Fungsi khusus port AT89C51 .......................................................... 13 Tabel 2.2 Special Fungtion Register ............................................................... 14 Tabel 2.3 Set Fungsi LCD................................................................................ 18 Tabel 2.4 Definisi Set fungsi LCD................................................................... 18 Tabel 2.5 Hapus Tampilan LCD ...................................................................... 19 Tabel 2.6 Fungsi On / Off ................................................................................ 19 Tabel 2.6 Definisi Tampilan On / Off.............................................................. 20 Tabel 2.7 Geser kuror dan tampilan LCD........................................................ 20 Tabel 2.8 Definisi geser dan tampilan LCD .................................................... 21 Tabel 2.9 Set Alamat DDRAM........................................................................ 21 Tabel 3.1 Fungsi sinyal Kontror pada LCD ..................................................... 27 Tabel 3.2 LCD pada Kondisi Data (RS=1) ...................................................... 28 Tabel 3.3 Lcd pada Kondisi Command (Rs=0) ............................................... 29 Tabel 4.1 Pengujian input Rangkaian Penerima Ultrasonik ............................ 37 Tabel 4.2 Pengukuran waktu Tempuh ............................................................. 38 Tabel 4.3 Perhitungan Nilai Regresi pada Volume zat cair ............................. 39 Tabel 4.4 Hasil Pengukuran pada Display ....................................................... 41 Tabel 4.5 Prosentase Kesalahan Pengukuran................................................... 43
xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Hukum Pantulan........................................................................... 5 Gambar 2.2 Bentuk Sensor Ultrasonik ............................................................ 6 Gambar 2.3 Elemen Tranduser Piezoelektrik .................................................. 6 Gambar 2.4 Penampang Op – Amp ................................................................. 7 Gambar 2.5 Rangkaian Transduser transmitter dengan menggunakan IC 555 8 Gambar 2.6 Diagram Blok AT89C51 .............................................................. 11 Gambar 2.7 Konfigurasi Pin AT89C51 ........................................................... 12 Gambar 2.8 Tegangan Pengatur Intensitas Cahaya LCD................................. 17 Gambar 2.9 Konfigurasi Pin LCD ................................................................... 17 Gambar 3.1 Rancangan Mekanik Pengukur Volume zat Cair ......................... 22 Gambar 3.2 Blok Diagram Rangkaian ............................................................. 23 Gambar 3.3 rangkaian ultrasonic Transmiter................................................... 24 Gambar 3.4 Pulsa persegi output IC 555 ......................................................... 25 Gambar 3.5 rangkaian Ultrasonik Reiceiver.................................................... 25 Gambar 3.6 Rangkaian Antar Muka LCD dengan Mikrokontroler ................. 26 Gambar 3.7 rangkaian Lengkap pengukur Volume Zat Cair........................... 30 Gambar 4.1 Pengujian Rangkaian Pemancar Ultrasonik ................................. 35 Gambar 4.2 Pulsa Keluaran Tx ....................................................................... 35 Gambar 4.3 pengujian pada pemancar ultrasonik ............................................ 36 Gambar 4.4 pulsa keluaran Rx pada benda tidak terditeksi ............................ 37 Gambar 4.5 pulsa keluaran Rx pada benda terditeksi ..................................... 37 Gambar 4.6 Diagram Grafik pengukuran Volume Zat Cair ............................ 40
xii
xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 latar belakang Masalah Kebutuhan peralatan ukur semakin terasa pada kehidupan sehari – hari apalagi pada perusahaan atau industri. Besaran yang perlu diketahui antara lain jarak, tegangan, arus berat, panas, isi dan masih banyak besaran lainnya. Salah satunya adalah pengukuran isi atau volume yang dapat dilakukan untuk benda padat maupun benda cair, untuk mengetahui isi bahan baker mesin serta hasil produk yang berupa cairan. Masih banyak kita temui alat ukur volume zat cair yang menggunakan cara manual yaitu dengan menerapkan tanda yang terdapat pada penampungan zat cair tersebut dan dapat pula ditemui sebuah alat ukur volume yang menggunakan penunjukan dengan jarum skala seperti pada peralatan volt meter analog. System pengukuran dengan cara analog memiliki kekurangan yaitu kurang cermat dalam mendeteksi isi cairan apalagi jika digunakan untuk pengukuran yang berskala kecil. Dengan semakin banyaknya sistem digital yang menggantikan system analog maka kebutuhan sebuah alat ukur volume yang menggunakan perangkat digital semakin diperlukan. Dalam masa sekarang ini, sudah sangat membutuhkan sebuah alat ukur digital untuk volume zat cair. Maka dalam hal ini penulis ingin merancang suatu system alat ukur volume air dengan menggunakan mikrokontroller serta sensor ultrasonic dan LCD (Liquid Crystal Display) sebagai tampilannya.
1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang telah diuraikan diatas dapat ditarik suatu permasalahan yaitu “ bagaimana membuat suatu alat ukur yang bekerja secara digital dengan mengunakan penampil LCD (Liquid Crystal Display), maka dibuatlah sebuah “PROTOTIPE PENGUKURAN VOLUME ZAT
1
CAIR DENGAN SENSOR ULTRASONIK BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89C51”.
1.3 Tujuan Penulisan Tujuan dari pembuatan tugas akhir alat ukur digital untuk volume zat cair ini adalah : 1. Pembuatan alat ukur volume cairan menggunakan gelombang ultrasonik berbasis mikrokontroler. 2. Mengetahui kinerja dari sensor ultrasonik dalam pengukuran dengan objek zat cair untuk mengetahui jumlah volumenya. 1.4 Ruang Lingkup dan pembatasan masalah Untuk menghindari pembahasan yang mungkin akan keluar dari topic pada tugas akhir ini, maka diperlukan suatu ruang lingkup dan pembatasan masalah yang terdiri dari : 1. Dalam penulisan tugas akhir ini dibatasi pada bentuk ukuran Bejana (Aquarium) yang akan diukur maka,perancangan ini,dirancang dan dibuat suatu system simulasi untuk membantu dalam perhitungan yang berskala kecil. 2. Perancangan Alat yang dibuat ini akan membantu memberikan informasi keadaan volume jumlah zat air yang terisi pada bejana (Aquarium) tersebut. 3. System perancangan ini dilakukan dengan dua tahap : Perancangan
perangkat
keras
berupa
perancangan
mikrokontroller, sensor ultrasonic, dan tampilan LCD. Perancangan perangkat lunak berupa mengatur fungsi kerja
perangkat
keras
yang
diaplikasikan
dengan
pemprograman.
1.5 Metodologi Penulisan Adapun
perencanaan
dan
lamhkah-langkah
yang
diambil
dalam
menyelesaikan tugas akhir ini sebagai berikut :
2
Melakukan penelitian pustaka/literature mengenai Aplikasi LCD, mikrokontroller,serta pemprograman dan teori-teori lainnya yang berkenaan dengan tugas akhir ini. Merancang blok diagram keseluruhan rangkaian. Melakukan pembahasan dan analisa rangkaian tersebut. Membuat diagram alir (flowchat) konsep pemprograman. Merealisasikan diagram blok kedalam rangkaian. Melakukan pengujian rangkaian. Menarik kesimpulan dari hasil pengujian yang diperoleh.
1.6 Sistematika Penulisan Sistematika pembahasan proyek akhir meliputi : a. BAB I Pendahuluan ; berisi latar belakang, perumusan masalah, tujuan pembahasan, ruang lingkup pembahasan, metode penelitian dan sistematika pembahasan. b. BAB II Tinjauan Pustaka ; berisi paparan dan dasar teori dari komponen yang akan digunakan dalam merancang dan menguji alat. c. BAB III Perancangan Alat ; merupakan penjelasan dari perancanagan dan prinsip kerja alat. d. BAB IV Analisis dan Prinsip Kerja Alat ; berisikan hasil pengujian alat serta analisa. e. BAB V Penutup ; berisi kesimpulan.
3
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Gelombang bunyi Ultrasonik didefinisikan gelombang suara pada daerah frekuensi diatas 20 KHz. Gelombang suara dalam daerah ultrasonik ini berguna untuk menghasilkan akselerasi dan gaya mekanik yang tinggi. Gelombang suara dapat digambarkan sebagai preseure wave (gelombang tekanan) dengan partikel-partikel medium yang berosilasi disekitarnya. Energi mekanis merambat pada medium tanpa terjadi aliran atau gerakan molekul, tetapi melalui getaran. Gelombang suara adalah gelombang longitudinal, atau gelombang transversal atau gabungan keduanya.
2.1.1 Refleksi Gelombang bunyi Bila suatu gelombang datang pada suatu penghalang, maka sebagian gelombang akan dipantulkan dan sebagian yang lainnya akan ditransmisikan. Ini terjadi ketika suatu gelombang bunyi di udara menumbuk suatu permukaan padat atau cair. Berkas yang terpantul membentuk sudut dengan garis normal permukaan yang besarnya sama dengan sudut berkas datang, sebaliknya berkas yang ditrasmisikan akan dibelokkan atau menjauh dari garis normal, tergantung pada laju gelombang dalam medium kedua lebih kecil atau lebih besar dari pada laju gelombang dalam medium datang. Jumlah energi bunyi yang dipantulkan tergantung pada permukaan dinding, lantai, dan langit-langit datar dapat menjadi pemantulan yang baik, sebaiknya bahan yang kurangtegar dan berpori seperti kain akan menyerap banyak bunyi yang datang.
4
Berkas terpantul
Berkas terbias Sudut pantul
Sudut datang Berkas datang Gambar 2.1 Hukum Pantulan
2.2 Gelombang ultrasonik Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang memiliki frekuensi diatas batas pendengaran manusia yaitu diatas 20 KHz. Suatu gelombang yang merambat didalam suatu medium, getarannya merupakan getaran dari partikel dimedium yang dilaluinya.cepat rambat bunyi sangat ditentukan oleh sifat dari mediumnya. Gelombang ultrasonik frekuensi tinggi dapat dihasilkan oleh getaran elastis dari sebuah kristal kuarsa yang diindiuksikan oleh medan listrik bolakbalik (efek piezoelektrik) dari sebuah transduser piezoelektrik, maka akan dihasilkan frekuensi ultrasonik di dalam udara sehingga mencapai panjang gelombang 5x10-5 cm dan memiliki cepat rambat bunyi di udara sebesar 343992,2 mm/s atau 30mm setiap 87 mikrodetik. Apalagi energi listrik dikenakan pada transduser piezoelektrik, maka tegangan akan timbul dalam tranduser dan pulsapulsa ultrasonik akan dipancarkan. Pulsa ultrasonik yang dikirim dari tranduser pada awalnya memancar dalam satu garis lurus, kemudian setelah mencapai suatu jarak tertentu pulsa tersebut akan memancarkan dengan arah menyebar apabila tidak terdapat rintangan. Pemancar ini yang disebut dengan medium akustik ultrasonik.
5
2.3 Tranduser ultrasonik Transduser ultrasonik merupakan alat yang mampu membangkitkan getaran ultrasonik dengan merubah besaran listrik menjadi besaran mekanis dengan frekuensi ultrasonik sebaliknya. Komponen yang paling sering digunakan adalah jenis piezoelektrik yang tersusun atas bahan keramik.
Gambar 2.2 Bentuk Sensor Ultrasonik Tranduser pada dasarnya suatu piranti yang mengubah suatu bentuk energi kebentuk energi lain. Tranduser piezoelektrik adalah tranduser yang dibuat dari bahan kristal piezoelektrik yang mampu membangkitkan tegangan listrik sendiri bila mengalami perubahan bentuk. Sebaliknya bila kristal tersebut diberi muatan listrik, maka akan membangkitkan getaran elektromagnetik ini
disebut efek
piezoelektrik. Tranduser piezoelektrik berkerja berdasarkan prinsip mengembang atau menciutnya sejenis kristal atau material keramik karena adanya medan listrik. Apalagi material tersebut diberikan suatu tegangan material tersebut akan dapat mengembang atau menciut sesuai dengan polaritas tegangannya. Elemen darai tranduser piezoelektrik dapat dilihat pada gambar
Gambar 2.3 Elemen Tranduser Piezoelektrik
6
Bila elemen ini menempel pada bahan lain maka akan dihasilkan suatu gelombang suara. Sebaliknyan bila elemen ini dikembangkan atau diciutkan maka akan timbul tegangan listrik. Oleh sebab itu elemen piezoelektrik ini dapat dipergunakan sekaligus untuk menghasilkan dan menerima gelombang suara yang digunakan sebagai tranduser pemacar dan tranduser penerima ultrasonik. Fungsi dari tranduser pemacar adalah : 1. Menghasilkan sinyal ultrasonik yang dihasilkan oleh pemancar 2. Mengubah energi listrik menjadi energi bunyi. Sedangkan fungsi dari tranduser penerima adalah : 1. Menerima sinyal ultrasonik yang dihasilkan oleh pemancar 2. Mengubah energi bunyi menjadi energi listrik.
2.4 Penguat Op-amp Operattional Amplifier atau disingkat dengan op-amp merupakan salah satu komponen analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp popular yang sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non –inverter, integrator dan differensiator.
Gambar 2.4 Penampang Op-Amp Pada dasarnya adalah sebuah differentian amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) yang sering diketahui ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp ideal memiliki open loop gain ((penguat loop terbuka) yang tak terhingga besarnya, seperti misal op-amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~ 105.
7
Penguatan yang besar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Disinilah peran brangkaian negatif feedback (umpan balik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite). Impedasi input opamp ini mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap masukan adalah 0 (nol) sebagai pembanding praktis, sehingga op-amp LM741 memiliki impedasi input Zin = 106 Ohm. Secara umum umpan balik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpan balik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.
2.5 Astable multivibrator Astable multivibraotr digunakan untuk menghasilakan output yang berupa gelombang kotak dengan waktu bangkit yang sangat tepat dan secara terus – menerus. Keluaran tinggi akan dihasilalkan oleh pengisian kapasitor ( C ) dan melalui Resistor ( R1 ) dan R2. sedangkan keluaran rendah akan dihasilkan oleh pengosongan kapasitor ( C ) melalui R2. Gelombang kotak ini digunakan untuk menggetarkan tranduser trasmiter sehingga menghasilkan pacaran gelombang sinus 40 KHz yang digunakan untuk pengukuran jarak pada kalkulasi perhitungan volume air.
Gambar 2.5 Rangkain Transduser Trasmiter dengan menggunakan IC 555
8
2.6 Perhitungan jarak dengan volume air Dalam pengukuran volume air ini menggunakan sebuah medium penampung air berupa kotak aquarium. Kotak ini dibuat dari kaca dengan ukuran panjang 32 cm, lebar 18 cm dan tinggi 24 cm sehingga didapat : 1 liter = 1000 cm3 Volume maksimal aquarium = panjang x lebar x tinggi = 32 x 18 x 24 = 13824 cm3 Maka tinggi volume air perliternya : Volume perliter = panjang x lebar x tinggi Tinggi perliter = =
volume perliter ( panjang x lebar ) 1000 (32 x 28)
= 1.73611 cm Maka 1 liter air sama dengan 1.736111 cm tinggi pada Aquarium Untuk dapat menghitung volume air yang presisi maka fungsi dari sensor ultrasonik ini adalah untuk memberikan pulsa yang digunakan dalam perhitungan pada pemrograman mikrokontrollernya. Dalam hal ini digunakan sebagai kalkulasi jarak yang diperoleh sensor ultrasonik transmiter ke sensor ultrasonik receiver sehingga memiliki waktu tempuh 2 kali. Dalam pngukuran ini didapat sebuah referensi waktu menggunakan metode pulsa yang dapat mengukur jeda waktu antara pengiriman dan penerimaan sinyal kemudian di dapat persamaan :
S=
Dengan :
V suara x t 2
S = Jarak Terukur (meter) Vsuara = Kecapatan Rambat Suara (m/s) t = Selisih Waktu (s)
9
2.7 Mikrokontroller AT89C51 Telah berkembang suatu rang kaian mikroprosesor yang sudah dilengkapi dengan memory, baik RAM (Random Access Memory) maupun ROM (Read Only Memory), sarana untuk I/O secara paralel maupun seri, Timer, dan lain-lain yang dikemas dalam satu chipdengan tujuan untuk membangun peralatan berbasis mikroprosesor dengan mudah dan sederhana. Rangkaian mikroprosesor semacam ini
disebut
single
chip
mikrokomputer
atau
mikrokontroller.Sedangkan
mikroprosesor itu sendiri adalah CPU dari sebuah komputer, tanpa memory, I/O dan periferal yang dibutuhkan oleh suatu sistem lengkap. Mikrokomputer seperti IBM PC menggunakan disk sebagai media penyimpanan program, dan perangkat I/O yang banyak digunakan untuk dengan pengguna. Namun dapat digunakan juga untuk memonitor dan mengendalikan mekanisme proses pada peralatan yang dikontrol.
2.7.1 Karakteristik Mikrokontroller AT89C51 Mikrokontroller 89C51 ini merupakan salah satu turunan keluarga MCS51 Intel dan telah menjadi salah satu standar industri dunia. Mikrokontroller ini pertama kali dibuat oleh Intel dengan nama 8051, 8031, 8052, tapi sekarang intel sendiri sudah tidak memproduksinya lagi. Meskipun demikian MCS-51 sangat popular karena banyak sekali perusahaan IC lain yang membuat MCS-51 yang versinya sendiri-sendiri, ada lebih dari 100 versi yang ada didunia ini, tapi semuanya masih menganut cara kerja dan teknik pemprograman yang sama dengan aslinya. IC Mikrokontroller AT89C51 merupakan komponen IC produksi Atmel yang berorientasi pada sistem kontrol. Mikrokontroller yang merupakan salah satu keluarga dari AT89 ini oleh Atmel dimasukan ke dalam kelompok programmer Controller. Sebagai IC Mikrokontroller yang compatible dengan keluarga MCS51 ini, AT89C51 mempuyai karakteristik sebagai berikut :
10
8 bit CPU sebagai pusat pengendalian aplikasi. Memiliki 32 jalur port bi-directional. Memiliki 2 buah timer / caunter 16 bit. Mampu memproses Boolean secara bit per bit. Memiliki 64 kbyte pada alamat program data (ekstenal). Memiliki 128 kbyte pada memory data (RAM) di dalam chip. Memiliki 4 kbyte ROM didalam chip. Memiliki 6 sumber interupsi dengan prioritas dan osilator berada dalam chip.
Memiliki 3 tingkat penguncian memory program. Gambar berikut adalah Blok diagram dai Mikrokontroller AT89C51
Gambar 2.6 Diagram Blok AT89C51
11
2.7.2 Port-port dalam IC AT89C51 IC AT89C51 mempunyai 4 buah yang digunakan untuk menghubungkan keperangkat dan kedalam chip AT89C51.IC ini memiliki empat buah port yaitu terdiri dari : 1. Port 0 Bersifat multiplex yaitu dalam satu jalur terdiri atas adderss bus low byte dan data bus (bila mengakses memori program external). 2. Port 1 Adalah port yang dapat digunakan sebagai I/O dua arah. 3. Port 2 Merupakan port yang berfungsi sebagai address bus high byte (bila mngaksess memory program eksternal). 4. Port 3 Mempunyai fungsi khusus seperti timer, interrupt dan yang lainnya.
Gambar 2.7 Konfigusi Pin AT89C51
12
Fungsi khusus ini secara lengkap dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 2.1 fungsi khusus port AT89C51
Pin Port
Fungsi
P3.0
RXD (Received Data)
P3.1
TXD (Transmitt Data)
P3.2
INT 0 (Interupsi eksternal 0)
P3.3
INT 1 (Interupsi eksternal 1)
P3.4
T0 (Input Ekternal Timer/Counter 0)
P3.5
T1 (Input Eksternal Timer/counter 1)
P3.6
WR (Strobe tulis memory data eksternal)
P3.7
RD (Strobe baca memory data eksternal)
2.7.3 Register Didalam Mikrokontroller AT89C51 terdapat register dengan fungsi masing-masing antara lain : 1. Accumulator (register A) Adalah sebuah register yang terdapat pada alamat EOH dan memiliki beberapa fungsi anatara lain berpasasangan dengan register B operasi matematik dan dapat digunakan untuk menulis atau membaca data yang berada diluar memory. 2. Register B Selain digunakan bersama dengan register A dalam operasi matematik, register ini dapat digunakan sebagai register umum dan terdapat pada alamat FOH. 3. Data Timer Pasangan register (THO,TLO dan TLI) merupakan register penghitung 16 bit untuk timer 0 dan timer 1. 4. Program Status Word (PSW) Berisi informasi dan status program.
13
5. Data Pointer Register (DPTR) Berisi 16 bit jalur yang dimanipulasi sebagai register 16 bit (DPTR) atau 2 buah register 8 bit yang terpisah yaitu DPH (High Byte) dan DPL, (Low Byte). 6. Register Pengontrol Berisi tentang informasi dari status bit untuk sistem interupsi timer/counter dan serial seperti IP (Interupt Priority), IEC (Interupt Enable Control), dan PCON (Power Control). 7. Steck Pointer (SP) SP berhubungan dengan RAM yang berkerja pada saat operasi PUSH dan CALL dengan sistem yang dipakai adalah LIFO (Last In Fisrt Out). 8. Special Function Register (SFR) Operasi mikrokontroller AT89C51 dimana tidak menggunakan internal RAM 128 byte yang beralamatkan 00H-7FH tapi menggunakan register internal specifik yang dinamakan Special Function Register yang menempati alamat 80H-FFH tetapi tidak semua.
Tabel 2.2 Special Function Register
Nama
Fungsi
Alamat
A
Accumulator
0E0H
B
Aritmetik
0FOH
PSW
Program Status Word
0DOH
SP
Stack Pointer
81H
DPTR
Data Pointer Register
DPL
Low Bytes
82H
DPH
High Bytes
83H
P0
Port 0
80H
P1
Port 1
90H
P2
Port 2
A0H
P3
Port 3
0B0H
14
IP
Interupt Priority
0B8H
IE
Interupt Enable Control
0A8H
TMOD
Timet/Counter Mode Control
89H
TCON
Timet/Counter Control
88H
THO
Timer 0 High Bytes
8CH
TLO
Timer 0 Low Bytes
AH
TH1
Timer 1 High Bytes
8AH
TL1
Timer 1 Low Bytes
8BH
SCON
Serial Port Control
98H
SBUF
Serial Port Data Buffer
99H
PCON
Power Control
87H
2.8 LCD (Liquid Crystal Display) Dalam kehidupan sehari-hari LCD (Liquid Crystal Display) ini sudah digunakan pada jam tangan, handphone, display microwave dan lain sebagainya. Tetapi mungkin kita tidak menyangka bahwa LCD ternyata ditemukan oleh seorang ahli Botani. LCD pertama ditemukan oleh Fredrich Reinitzer, seorang botanist Austria, pada tahun 1888 ketika ia melelehkan suatu zat yang masih belum umum saat itu, Cholesteryl Benzoate, yang menjadi keruh dan kemudian bening ketika temperatur naik. Ketika proses pendinginan
Cholesteryl Benzoate menjadi
berwarna biru sebelum akhirnya mengkristal. Sejak saat itu, perkembangan LCD menjadi semakin pesatkarena dianggap sangat Prospektif. Pada aplikasi mikroprosesor, LCD sangat diminati karena tampilannya yang menarik dan dinilai sebagai “man-machine interface” yang sangat baik. Tetapi kelemahannya, sudut padang (paralaks) LCD cukup sempit, sehingga pada kondisi tertentu lebih menyukai tampilan 7-segment.
15
LCD adalah salah satu jenis tampilan (disamping 7-segment) yang dapat digunakan untuk menampilkan angka (numerik) atau karakter. LCD terdiri dari berbagai macam atau jenis dan ukuran, misalnya LCD yang hanya dapat menampilkan angka dan huruf, LCD yang dapat membuat grafik, dan lain sebagainya. LCD yang digunakan untuk tugas akhir ini adalah LCD dot matrik yaitu LCD yang dapat menampilkan angka dan huruf. Kelebihan dari LCD ini dibandingkan LCD jenis yang lainnya adalah LCD ini dapat menampilkan bentuk karakter sebanyak 80 karakter pada satu layar dan dapat menampilkan simbolsimbol seperti ( , ), <, >, &, ?, dan lain sebagainya karakter-karakter ini dapat ditampilkan karena pada LCD matriks tidak terdapat segment-segment (yang berupa garis-garis lurus)yang membatasi bentuk karakter yang akan ditampilkan. Sebagai pengganti segment-segment, LCD jenis ini menggunakan dot-matriks (berupa titik-titik yang berbentuk matriks) untuk menampilkan karakter sehingga LCD jenis ini dapat menampilkan banyak kemungkinan bentuk karakter.
2.8.1 Tegangan kendali LCD Tegangan yang diaplikasikan pada LCD adalah tegangan yang dihasilkan oleh beda pontensial antara Vdd dan Vo berkhisar antara 3,7 sampai 4,7 volt. Tegangan LCD optimum yang dipakai tergantung dari power supplay Vdd yang dipakai pada saat itu. Adapun rangkaian yang digunakan untuk menghasilkan Vo salah satu caranya dengan memasang resistor Variabel yang membagi catu daya yang menghasilkan Vo cara ini cukup memuaskan bila modul tampilan ini dioperasikan dapat dilihat kekontrasannya.
16
Gambar 2.8 Tegangan Pengatur Intensitas Cahaya LCD
2.8.2 Konfigurasi Pin LCD Berikut ini adlah konfigurasi pin dan fungsi dari modul LCD :
Rs
Vdd
MODUL LCD
R/W
Vo
E
Vss
DBO
DB1
DB2
DB3
DB4
DB5
DB6
DB7
Gambar 2.9 Konfigurasi Pin LCD Diskripsi pin-pin modul LCD : 1. Vss
: Ground dari modul.
2. Vdd : Catu daya +5V 3. Vo
: Tegangan kendali LCD, kontras dan sudut pandang diatur disini.
4 Rs
:
Sinyal pemilihan Register
17
0 = Register intruksi (tulis) 1 = Register data (baca/tulis) 5. R/W :
Kontrol arah data 0 = Tulis ke modul tampilan 1 = Baca dari modul tampilan
6. E
:
Operasi Enable mengaktifkan fungsi baca tulis
7. DBO-DB7 : Jalur 8 Bit
2.8.3 Pemrograman untuk LCD Berikut dijelaskan mengenai instruksi-instruksi yang dapat dilakukan kepada modul LCD. 1). Set fungsi Tabel 2.3 Set Fungsi LCD
RS R/W 0
0
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
1
DL
N
F
X
X
X : tidak diperhatikan Instruksi ini mengkonfigurasikan modul tampilan untuk perangkat keras yang dipakai. Bit Data Length (DL) menentukan lebar bus data (4 bit / 8 bit). Bit Display Line Number menentukan jumlah baris yang akan ditampilkan. Bit Font (F) memiliki karakter dengan matriks 5 X 7 atau 5 X 8.
Tabel 2.4 Definisi Set Fungsi LCD
DL
Definisi
0
Kontroller menggunakan bus data 4 bit
1
Kontroller menggunakan bus data 8 bit
18
N
F
Definisi
0
0
Tampilan mengandung hanya 1 baris, font karakter 5x7
0
1
Tampilan mengandung hanya 1 baris, font karakter 5x8
1
0
Tampilan mengandung hanya 2 baris, font karakter 5x7
1
1
Tampilan mengandung hanya 2 baris, font karakter 5x8
2). Hapus Tampilan
Tabel 2.5 Hapus Tampilan LCD
RS R/W 0
0
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
0
0
0
0
1
Instruksi ini akan mengosongkan layar tampilan dan meletakan kursor pada awal tampilan. 3). Kontrol ON / OFF Tabel 2.6 Fungsi On/Off
RS R/W 0
0
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
0
1
D
B
C
Instruksi ini mengendalikan tiga buah kemampuan dari tampilan. Bit display On/Off (D) mengaktifkan dan menonaktifkan tampilan. Bit kursor On/Off (C) menampilkan atau menyembunyikan kursor yang akan ditampilkan. Bit Blink (B) mendefinisikan apakah kursor akan berupa karakter atau akan berupa garis bawah saja.
19
Tabel 2.7 Tampilan Definisi On/Off
D
Definisi
0
Tampilan dinonaktifkan, data dalam DDRAM tidak berubah
1
Tampilan diaktifkan, karakter dalam DDRAM nampak
C
Definisi
0
Kursor disembunyikan
1
Kursor ditampilkan
B
Definisi
0
Kursor ditampilkan berupa garis bawah
1
Kursor ditampilkan berkedip-kedip
4). Geser Kursor dan Tampilan
Tabel 2.8 Geser Kursor dan Tampilan LCD
RS R/W 0
0
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
0
0
0
1
S/C
R/L
x
x
X : tidak dipedulikan Instruksi ini mengendalikan 2 kemampuan dari tampilan LCD. Bit Display Shift (S/C) membuat layar tampilan bergeser satu posisi karakter dari kiri ke kanan. Bit Cursor Right/Left (R/L) membuat alamat kursor DDRAM berkurang atau bertambah.
20
Tabel 2.9 Definisi Geser Kursor dan Tampilan LCD
S/C
R/L
Definisi
0
0
Posisi Kursor bergeser ke kiri, alamat DDRAM tetap
0
1
Posisi Kursor bergeser ke kanan, alamat DDRAM tetap
1
0
Posisi Kursor bergeser ke kiri, alamat DDRAM berkurang 1
1
1
Posisi Kursor bergeser ke kanan, alamat DDRAM bertambah 1
5). Set Alamat DDRAM Tabel 2.10 Set Alamat DDRAM
RS R/W 0
0
DB7
DB6
DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
1
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
Alamat kursor pada DDRAM diisi dengan bit-bit A6-A0. Register data dikonfigurasikan untuk menerima dan menaruh data pada DDRAM. Sampai instruksi set alamat DDRAM dikirim untuk mengkonfigurasikan ulang register data,data akan tetap ditaruh di DDRAM. Setelah set instruksi set alamat DDRAM dikirim maka alamat DDRAM baru akan dikeluarkan.
21
BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1 Garis Besar Perancangan Pada perancangan ini di buatlah suatu system informasi keadaan jumlah volume zat air berbasis mikrokontroller AT89C51. sehingga dibuatlah suatu prototipe miniature dengan menggunakan aquarium seperti dalam gambar berikut ini.
Sensor Tx & Rx
Gambar 3.1 Rancangan Mekanik Volume zat Air Perancangan alat dimaksudkan untuk merencanakan bagian – bagian rangkaian yang akan digunakan dalam peralatan agar berfungsi dengan normal. Proses perancangan akan dijelaskan dalam bentuk blok diagram.
22
M I K R O K O N T R O L E R
AKTUATOR Tx
SENSOR Rx
DISPLAY
Gambar 3.2 Blok Diagram Rangkaian Dalam perancangan alat ini terdapat dua jenis perancangan, perancangan hardware dan perancangan software yang berfungsi sebagai pemprosesan data. Komponen-komponen di dalam perancangan ini terdiri dari power supply sebagai pemberi tegangan, dua buah sensor ultrasonik serta sebuah rangkaian pengendali mikrokontroller yang berfungsi sebagai pemproses data dan sebuah LCD yang digunakan
untuk
menampilkan
informasi
yang
telah
diproses
oleh
mikrokontroller.
3.2 Perancangan Sensor Ultrasonik Sensor merupakan media yang langsung berhubungan dengan apa yang akan diukur. Melalui sensor ini maka akan diperoleh sebuah besaran hasil pengukuran yang dapat digunakan untuk masukan rangkaian pengendali atau dalam bentuk aplikasi yang lainnya. Dalam perancangan ini digunakan sensor ultrasonik yang terdiri dari dua bagian yaitu rangkaian pemancar ultrasonik (transmiter) dan rangkaian penerima (receiver) ultrasonik.
23
3.2.1
Rangkaian Pemancar Ultrasonik Rangkaian trasmiter ultrasonik ini terdiri dari osilator 40 KHz yang
menggunakan IC timer 555 sebagai pembangkit sinyal. IC tersebut merupakan rangkaian Astable Multivibrator (AMV) yang berfungsi mengubah sinyal listrik menjadi gelombang mekanis (bunyi). Output dari rangkaian astable multivibrator berupa sinyal persegi (square) dengan besarnya frekuensi ditentukan oleh harga R1, VR1 dan C1.
Gambar 3.3 Rangkaian Ultrasonik Transmiter Rangkaian ini dicatu dengan tegangan 5 Volt dari power supply. Pada tahap ini IC1 akan membangkitkan pulsa-pulsa square dengan Frekuensi yang dapat diatur oleh VR1. besarnya frekuensi ditentukan oleh waktu pengisian dan pembuangan dari komponen R1, C1 dan VR1. keluaran tinggi akan dihasilkan olrh kapasitor (C!) melalui R2. output pada kaki tiga IC astable multivibrator sebagai inputan transduser Tx yang akan menghasilkan output berupa pulsa sqare 40 KHz dan besaran listrik ini dirubah menjadi bunyi. Gelombang bunyi 40 KHz ini akan diterima oleh tranduser Rx. Sinyal yang diterima dipengaruhi oleh media yang dilauinya berikut ini dapat kita lihat bentukl gelombang yang dikeluarkan dari IC transduser Tx sinyal yang diterima dipengaruhi oleh media yang dilaluinya.
24
+5V
T = 25 µs Gambar 3.4 Pulsa Persegi Output IC 555
3.2.2
Rangkaian Penerima Ultrasonik Rangkaian receiver ultrasonic ini berfungsi mengubah sinyal mekanik
(bunyi) output dari rangkaian transmiter ultrasonic menjadi sinyal listrik. Yang berkerja berdasarkan prinsip pantulan yang dipancarakan oleh transmiter yang kemudian ditangkap kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar pengindraan .
Gambar 3.5 Rangkaian Ultrasonik Receiver Sinyal ultrasonik yang dipantulkan oleh objek akan diterima oleh rangkaian penerima ini. Namun dalam hal ini sinyal yang diterima masih memiliki level yang masih kecil maka perlu dikuatkan kembali.
25
Sinyal ultrasonik dari sensor penerima akan diteruskan ke trasistor Q2 melalui kapasitor untuk dikuatkan. Transistor akan on – off sesuai dengan sinyal yang diterima pasa basisnya. Transistor Q1 akan menerima sinyal tersebut dari kolektor Q2. Trasistor Q1 ini berfungsi sebagai penguat kedua. Sinyal yang dikuatakan oleh Q1 diumpan balik ke basis Q2 melalui resistor dan kapasitor pada rangkaian tersebut. Untuk mendapatkan sinyal yang lebih maksimal maka sinyal diteruskan melalui IC Op-Amp 741 sehingga menghasilkan penguatan yang dapat terukur.
3.3
Perancangan LCD LCD (Liquid Crystal Display) adalah lapisan-lapisa tipis (10 – 12 µm)
cairan liquid crystal diantara dua flat kaca. Film transparannya yang dapat menghantarakan listrik atau backplane yang diletakkan pada lembatran belakang kaca. Bagian transparan dari film konduktif (dapat menhantarkan aruc listrik) pada bagian luar dari karakter yang diinginkan dilapikan plat kaca bagiab depan. Pada saat terdapat tegangan antara segmen, bagian berarus listrik inti mengubah transmisi cahaya melalui daerah dibawah segmen film.
Gambar 3.6 Rangkaian Antamuka LCD dengan Mikrokontroller
26
LCD ini merupakan salah satu perangkat display yang bisa menampilkan gambar
atau
karakter
yang
diinginkan.
Dalam
hubungannya
dengan
mikrokontroller,LCD ini dapat menampilkan kejadian dalam suatu program yang telah dimasukan ke dalam chip ketika chip tersebut dijalankan. Dalam hal ini LCD berfungsi sebagai tampilan output yang dihasilkan oleh proses mikrokontroller pada sensor ultrasonik yang terpasang pada bejana air. LCD ini memberikan informasi berupa jumlah volume air yang terdapat pada bejanab tersebut. LCD ini juga mempunyai tiga sinyal kontrol diantaranya
Tabel 3.1 Fungsi Sinyal Kontrol pada LCD
SINYAL
FUNGSI
KONTROL
E
MENYEBABKAN
KONDISI
DATA/KONTROL
DILATCH Transisi Naik : me-latch kondisi kontrol (RS dan R_w)
RS
REGISTER SELEC CONTROL 1 = LCD pada mode data 0 = LCD pada mode command
R_W
READ/WRITE CONTROL 1 = LCD menulis data 0 = LCD membaca data
27
Untuk menampilkan sutu huruf atau angka, data yang dikirim harus sesuai dengan karakter dari huruf dan angka pada modul LCD tersebut. Berikut adalah kondisi LCD pada RS (Register Select) = 1 dan merupakan karakter-karakter angka dan huruf pada modul LCD HD44780 :
Tabel 3.2 LCD pada kondisi Data (RS = 1)
28
Berikut ini adalah LCD pada kondisi command, RS (Register Select) = 0 dan merupakan perintah dari program mikrokontroller pada modul LCD HD44780 : Tabel 3.3 LCD pada kondisi Command (RS = 0)
29
3.4 Perancangan Rangkaian Lengkap
30
3.4.1 Prinsip kerja rangkaian Pertama kali catu daya dihidupkan, secara otomatis mikrokontroller siap menerima instruksi pengukuran pada objek penampung air. Mikrokontroller akan mengirim frekuensi 40 KHz kerangkaian pemancar ultrasonik dan ketika sinyal ultrasonik yang dipancarkan sampai pada objek penampung zat air maka sinyal tersebut dipantulkan kembali dan diterima oleh rangkaian penerima ultrasonik. Sehingga dapat diketahui selang waktu rangkaian penerima ultrasonik yang kemudian memberi isyarat pada mikrokontroller bahwa sinyal pantulan telah diterima oleh rangkaian penerima. Untuk mendapatkan pengukuran volume air yang presisi yaitu dengan mengukur selang waktu antara sinyal utrasonik yang dikirim dengan sinyal ultrasonik yang diterima.selang waktu ini kemudian dikalikan dengan kecepatan sinyal yang merambat diudara, hasilnya kemudian dibagi dua dan didapat jarak antara sensor dengan penampung air. Setelah diperoleh jarak kemudian hasil tersebut dikonfersikan kembali ke satuan volume dalam bentuk liter. Hasil dari pengukuran sensor kemudian di tampilkan dengan menggunakan LCD. LCD ini merupakan salah satu perangkat display yang bisa menampilkan gambar atau karakter yang diinginkan. Dalam hal ini perhitungan yang akan ditampikan dalam satuan litter. Mikrokontroller ini akan menditeksi setiap terdapat perubahan pada penampung air sesuia dengan perubahan volume air tesebut.
3.5 Perancangan Pengendali Mikrokontroller Dalam perancangan ini tipe mikrokontroller yang digunakan adalah AT89C51 yang memiliki spesifikasi dengan tegangan 5 volt pada pin 40 (Vcc). Untuk pin 9 (RST) dihubungkan denganrangkaian power on reset, yang akan mereset mikrokontroller saat dicatu dengan tegangan 5 volt. Kapasitor 10µF dan tahanan 10kΩ akan memberikan selang waktu sekitar 10ms untuk mereset mikrokontroller setelah tegangan 5volt dimasukan ke Vcc.
31
Mikrokontroller AT89C51 ini memiliki oscillator internal (on chip oscillator) yang dapat digunakan sebagai sumber pulsa detak
(clock) bagi CPU. Untuk
menggunakan oscillator internal diperlukan sebuah kristal atau resonator keramik pada port 18 dan port 19 (XTAL 1 dan XTAL 2). Kristal yang digunakan sebesar 10,0000 MHz agar menghaslkan detak (clock) dengan frekuensi 11 MHz. Kedua kapasitor sebesar 33 pK digunakan untuk menjaga kestabilan kristal.
32
FLOW CHAT
START
INISIALISASI SISTEM
PANCARKAN SINYAL PADA SENSOR Tx
HITUNG JARAK PANTUL Tx KE Rx
UKUR WAKTU TEMPUH (time tick)
KALKULASI JARAK DAN VOLUME AIR BERDASARKAN WAKTU TEMPUH
TAMPILKAN VOLUME DALAM LITER
33
BAB IV PENGUJIAN ALAT Pada bab ini akan membahas tentang pengujan dan pengukuran sehingga didapat parameter kinerja dari alat tersebut. Pengujian pada msing – masing bagian antara lain : pada rangkaian ultrasonic, pengendali mikrokontroller serta tampilan display yang dihasilkan dari alat tersebut secara keseluruhan. Di dalam pengujian ini dilakukan dengan menggunakan peralatan seperti :
Osiloscope Goldstar 40 MHz Downloader IC ATMEL
4.1 Pengujian Rangkaian Pemancar Ultrasonik (Transmiter) Pengujian dilakukan dengan menggunakan osiloscope goldstar 40 MHz. dalam hal ini dimaksudkan untuk menghasilkan bentuk sinyal
sehingga dapat
dibedakan dari masing - masing rangkaian sensor tersebut. Pada sensor pemancar (Transmiter) setelah dikuatkan dengan Pengukuran dilakukan pada kondisi aktif
(benda terditeksi) dan tidak aktif
(benda tidak
terditeksi). Cara pengukurannya dengan menghubungkan port 2.5 pada pin out put sensor transmitter (pemancar) ke ground pada pin 20 sehingga menghasilkan bentuk sinyal.
34
34
+Vcc
GND TRI OUT RES
555 VCC DIS THR CON
Tx
Gambar 4.1 pengujian pemancar ultrasonik
Gambar 4.2 Pulsa Keluaran Tx
35
4.2 Pengujian Rangkaian Penerima Ultrasonik (Receiver) Pengukuran ini dimaksudkan untuk merngetahui kinerja dari rangkaian penerima ultrasonic yaitu berupa tampilan sinyal on off. Aktif (ON) berupa tegangan high (5VDC) dan tidak aktif (OFF) berupa tegangan low (0VDC). Pengujian ini dilakukan dengan nggunakan led indicator yang diletakan pada rangkaian.pada posisi sensor ultrasonic tidak ada penghalang maka led indicator tidak menyala (TIDAK AKTI) apabila ada penghalang maka led indicator akan menyala (AKTIF).
Gambar 4.3 pengujian pada pemancar ultrasonic Taberl 4.1 Pengujian input rangkaian penerima ultrasonic
DATA PENGUKURAN INDIKATOR
LED
AKTIF
TIDAK AKTIF
Menyala
Tidak Menyala
36
Gambar 4.4 pulsa keluaran Rx pada benda tidak terditeksi.
Gambar 4.5 pulsa keluaran Rx pada benda terditeksi
4.3 Pengujian Rangkaian Display LCD Pengujian rangkaian display ini dimaksudkan untuk melihat tampilan akhir dari suatu aplikasi. Dalam pengujian rangkain ini dibantu dengan program, dimana tampilan LCD tersebut dapat menampilkan karakter angka atau huruf sesuai dengan isi program yang akan dijalankan.
37
Gambar 4.6 Rangkaian LCD yang di Ujikan
4.4 Perhitungan Jarak dengan Volume Air pada Pemrograman Untuk dapat menghitung volume air yang presisi maka fungsi dari sensor ultrasonik ini adalah untuk memberikan pulsa yang digunakan dalam perhitungan pada pemrograman mikrokontrollernya. Dalam hal ini digunakan sebagai kalkulasi jarak yang diperoleh sensor ultrasonik transmiter ke sensor ultrasonik receiver sehingga memiliki waktu tempuh 2 kali. Dalam pngukuran ini didapat sebuah referensi waktu menggunakan metode pulsa yang dapat mengukur jeda waktu antara pengiriman dan penerimaan sinyal kemudian di dapat persamaan : Dari hasil pengukuran tersebut maka dapat diketahuin jarak time ticknya sehingga dapat diketahui table percobaan sebagai berikut :
38
Table 4.2 Pengukuran waktu tempuh
WAKTU TEMPUH DALAM KONDISI VOLUME AIR
DETAK (1.2 µs)
SEBENARNYA
HASIL PERCOBAAN
1
0 LITER
1336
2
1 LITER
1204
3
2 LITER
1138
4
3 LITER
1018
5
4 LITER
916
6
5 LITER
856
7
6 LITER
712
8
7 LITER
634
9
8 LITER
550
10
9 LITER
472
11
10 LITER
322
NO
Dari perhitungan tersebut diatas maka dapat diketahui nilai perhitungan berdasarkan diagram perhitungan nilai regresinya, dapat dilihat pada gambar diagram berikut ini :
39
Tabel 4.3 Perhitungan nilai regresi pada volume zat cair
KONDISI
WAKTU DETAK HASIL
VOLUME AIR
PERCOBAAN
SEBENARNYA
10 LITER 9 LITER 8 LITER 7 LITER 6 LITER 5 LITER 4 LITER 3 LITER 2 LITER 1 LITER 0 LITER
(X)
312 472 515 634 712 856 916 1018 1138 1204 1336
AKTUAL (Y)
APPROX
3
3.139262
4
4.74914
5
5.181794
6
6.379141
7
7.163957
8
8.612847
9
9.216551
10
10.24285
11
11.45026
12
12.11433
13
13.44248
40
Dari tabel tersebut diatas maka dapat diketahui nilai perhitungan berdasarkan diagram perhitungan nilai regresinya, dapat dilihat pada gambar diagram berikut ini :
Diagram Grafik Percobaan Volume Zat Cair 15 10 Y
Series1 Series2
5 0 0
500
1000
1500
X
Gambar 4.7 Diagram Grafik Percobaan Volume Zat Cair = Grafik Aktual dari hasil pecobaan waktu tempuh dalam detak = Grafik prediksi dari percobaan. Maka dapat diketahui nilai gradien pengalinya adalah = 0.010062
4.5 Pengujian Sistem Kerja Alat Setelah melakukan semua pengujian dan kalkulasi perhitungan pada program pada masing – masing rangkaian, maka dilakukan pengujian secara keseluruhan. Pengujian dilakukan dengan mengukur jumlah zat cair yang teriri dalam bejana aquarium terhadap sensor dan mencatat hasil yang tertera pada display LCD, kemudian membandingkan antara hasil pengukuran dengan jumlah volume zat cair sebenarnya. 1 liter = 1000 cm3 Volume maksimal aquarium = panjang x lebar x tinggi = 32 x 18 x 24 = 13824 cm3
41
Maka tinggi volume air perliternya : Volume perliter = panjang x lebar x tinggi Tinggi perliter =
=
volume perliter ( panjang x lebar ) 1000 (32 x 28)
= 1.73611 cm Maka 1 liter air sama dengan 1.736111 cm Berikut merupakan hasil pengukuran yang dilakukan : Tabel 4.3 Hasil Pengukuran pada Display
KONDISI VOLUME
JARAK TEMPUH
HASIL
ZAT AIR
WAKTU DETAK
PENGUKURAN
SEBENARNYA
(1.2 µs)
VOLUME AIR
1
0 LITER
1336
0,06 LITER
2
1 LITER
1204
0,72 LITER
3
2 LITER
1138
1,86 LITER
4
3 LITER
1018
2,76 LITER
5
4 LITER
916
3,96 LITER
6
5 LITER
856
4,92 LITER
7
6 LITER
712
6,06 LITER
8
7 LITER
634
6,96 LITER
9
8 LITER
550
7,86 LITER
10
9 LITER
472
8,82 LITER
11
10 LITER
322
9,72 LITER
NO
42
Dari table diatas dapat diketahui prosentase kesalahan rata – rata dari hasil pengukuran tersebut : 1. Kondisi 1 iter Prosentase kesalahannya =
Volume sebenarnya − Hasil percobaan x100% Volume sebenarnya =
1 − 0,72 x 100% 1
= 0.28 % 2. kondisi 2 liter Prosentase kesalahannya =
Volume sebenarnya − Hasil percobaan x100% Volume sebenarnya =
2 − 1,86 x 100% 2
= 7% 3. kondisi 3 liter Prosentase kesalahannya =
Volume sebenarnya − Hasil percobaan x100% Volume sebenarnya =
3 − 2,76 x 100% 3
= 0,57 % Dari sample perhitungan diatas didapatkan tabel berikut ini :
43
Tabel 4.4 Prosentase Kesalahan Pengukuran
NO
HASIL
PROSENTASE
KONDISI VOLUME
PENGUKURAN
KESALAHAN
ZAT AIR
VOLUME AIR
HASIL
SEBENARNYA
PERNGUKURAN
1
0 LITER
0,06 LITER
-0.01 %
2
1 LITER
0,72 LITER
0.28 %
3
2 LITER
1,86 LITER
7%
4
3 LITER
2,76 LITER
8%
5
4 LITER
3,96 LITER
1%
6
5 LITER
4,92 LITER
1,6 %
7
6 LITER
6,06 LITER
-1 %
8
7 LITER
6,96 LITER
0,57 %
9
8 LITER
7,86 LITER
1,75 %
10
9 LITER
8,82 LITER
2%
11
10 LITER
9,72 LITER
2,8 %
Pengukuran diatas dilakukan zat cair berupa air yang dituangkan kebejana aquarium yang berbentuk kotak, sehingga sensor berkerja berdasarkan jarak terukur yang terpantul dari sensor ultrasonik transmitter(pemancar) ke sensor ultrasonik reiceiver (penerima).
44
BAB V KESIMPULAN Dari hasil pengujian rangkaian dan pengukuran yang dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Kesalahan pengukuran berkisar antara (-1) sampai 0,28 %, dipengaruhi oleh sifat gelombang suara yang cenderung menyebar, tidak bisa dibuat fokus seperti laser, sehingga pemantul tidak selalu berada tepat di depan pemancar, tetapi juga bisa berada pada sisi kiri-kanan pemancar. 2. Pengukuran volume zat cair dapat dilakukan ketika kondisi permukaan air dalam keadaanh tenang (tidak bergelombang) sehingga nilai pengukuran dapat dilihat lebih konsisten.
44
45
DAFTAR PUSTAKA 1. Coulin, Robert F dan driscoll, Frederick ; “Penguat Operasional dan Rangkaian terpadu linier Edisi ke-2”, Penerbit Erlangga, Jakarta 1992. 2. Malvino, Albert Paul, PhD ; “Elektronika Komputer Digital”, Penerbit Erlangga, Jakarta 1986. 3. Malvino, Albert Paul, PhD ; “ Prinsip-prinsip Elektronika edisi ke-2”, Penerbit Erlangga, Jakarta 1995. 4. Nalwan, Andi, Paulus ; “Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler AT89C51”, Penerbit Elex Media Komputindo, Jakarta 2003
45
46
