BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar belakang
Dengan kemajuan teknologi elektronika dan meningkatnya jumlah penduduk, maka kebutuhan akan sandang makin meningkat. Faktor kecepatan, ketepatan dan keamanan sangatlah diperlukan guna menunjang kelangsungan kerja yang maksimal tanpa ada kerugian yang begitu berarti. Hal ini ditandai dengan begitu pesatnya kemajuan yang terjadi dengan diciptakannya pesawat elektronika yang semakin canggih. Banyak keuntungan yang diperoleh dari perkembangan yang pesat dibidang elektronika diantaranya dapat membantu manusia dalam menyelesaikan beban tugas. Peralatan elektronika yang terdapat dipasaran ada yang menggunakan analog dan ada juga yang sudah memakai digital. Pada peralatan yang memakai analog, penunjukan yang digunakan merupakan persamaan dari nilai satuan yang diukur, sedangkan pada peralatan yang memakai digital penunjukkan hasil ukur langsung ditampilkan dalam bentuk angka atau digit. Jika dibandingkan antara peralatan yang analog dan digital, maka hasil pengukuran digital lebih mudah diamati. Sistem digital yang digunakan sebagai alat pendeteksi suhu dan level air, kaitannya dengan pengaturan dalam memenuhi kebutuhan akan kondisi air dan suhu, manusia banyak merancang suatu alat yang dapat digunakan untuk mengetahui level air maupun suhunya tersebut. Pemanfaatan sistem pengukuran instrumentasi ini memberikan kemudahan bagi manusia dalam memberikan nilai atau harga. Saat ini alat pengukuran level air dalam bentuk tampilan digital dapat dijumpai penggunaanya pada kendaraan bermotor dan di perusahaan-perusahaan air minum. Hanya skala penggunaan masih terbilang kecil, selain itu untuk mendapatkannya harus mengeluarkan biaya yang tidak sedikit. Hal ini tentu akan memberatkan bagi konsumen yang menginginkan adanya ketepatan pengukuran. Atas dasar pertimbangan dan alasan tersebut, penulis mencoba membuat suatu peralatan instrumentasi berupa alat pendeteksi suhu dan level air (ketinggian air) untuk memenuhi mata kuliah mikroprosesor.
B. Perumusan Masalah
Setelah melihat latar belakang yang berkaitan dengan hal tersebut diatas, maka pembatasan masalah pada laporan desain proyek ini adalah :
- Bagaimana membuat rancang bangun suatu Alat detector suhu dan level air dengan tampilan di PC untuk memudahkan manusia dalam mengetahui level air dan sekaligus mengetahui suhunya.
2. Dapatkah detektor level air dan suhu di buat sesuai rancangan.
3. Dapatkah alat ini mengukur level air dalam bejana yang tempatnya tidak beraturan.
4. Obyek yang akan di ukur harus berupa zat cair.
C. Tujuan
Tujuan yang diperoleh dari proyek ini adalah :
a. Membuat alat detektor level zat cair dan suhu dengan sensor ultrasonic dan sensor LM35 dengan ditampilkan di PC/laptop.
b. Dapat menguji serta mangamati level air dan suhu dalam bejana yang telah dirancang.
D. Manfaat
Manfaat dari desain proyek ini adalah:
a. Dapat mengetahui level air dan suhu dengan tampilan di PC dari bejana yang telah dibuat.
b. Alat ini dapat digunakan untuk mengukur level air dan suhu dalam galon air minum.
E. Batasan Masalah
Dari topik bahasan detektor level air dan suhu, penulis mencoba memberi batasan sebagai berikut :
1. Alat ini hanya dapat mengukur jumlah level berbentuk cair sekaligus mengetahui suhunya.
2. Alat ini hanya dapat digunakan untuk mengukur jumlah air dan suhu dalam
bejana terukur.
3. Alat ini tidak dapat digunakan untuk mengukur level air dalam sungai,
laut dan sebagainya.
F. Metode Penyusunan
1. Metode Studi Pustaka
Metode ini dimaksudkan untuk mendapatkan landasan teori yang tepat, data- data dan informasi sebagai bahan acuan dalam perencanaan, percobaan dan pembuatan proyek ini.
2. Metode Studi Laboratorium
Perancangan dilakukan dengan cara membuat rancangan rangkaian dalam PCB dan pengujian (studi laboratorium), dilakukan dengan menguji rangkaian dan cara kerja alat ukur.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
- Dasar Teoritis
Pendeteksi suhu dan level air yang ditampilkan di PC/laptop ini pada dasarnya terdiri dari tiga komponen utama yaitu sensor ultrasonik, sensor LM35, MCU (Mikro Controller Unit), RS 232 to USB dan PC/ Laptop.
2.1.Sensor ultarasonik
Sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima. Struktur unit pemancar dan penerima sangatlah sederhana, sebuah kristal piezoelectric dihubungkan dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar. Tegangan bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz – 400 KHz diberikan pada plat logam. Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi (mengikat), mengembang atau menyusut terhadap polaritas tegangan yang diberikan, dan ini disebut dengan efek piezoelectric. Kontraksi yang terjadi diteruskan ke diafragma penggetar sehingga terjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke udara (tempat sekitarnya), dan pantulan gelombang ultrasonik akan terjadi bila ada objek tertentu, dan pantulan gelombang ultrasonik akan diterima kembali oleh oleh unit sensor penerima. Selanjutnya unit sensor penerima akan menyebabkan diafragma penggetar akan bergetar dan efek piezoelectric menghasilkan sebuah tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang sama.
Besar amplitudo sinyal elekrik yang dihasilkan unit sensor penerima tergantung dari jauh dekatnya objek yang dideteksi serta kualitas dari sensor pemancar dan sensor penerima. Proses sensing yuang dilakukan pada sensor ini menggunakan metode pantulan untuk menghitung jarak antara sensor dengan obyek sasaran. Jarak antara sensor tersebut dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh sinyal ultrasonik dalam perjalanannya dari rangkaian Tx sampai diterima oleh rangkaian Rx, dengan kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya. Waktu di hitung ketika pemencar aktif dan sampai ada input dari rangkaian penerima dan bila pada melebihi batas waktu tertentu rangkaian penerima tidak ada sinyal input maka dianggap tidak ada halangan didepannya. Komponen penting yang dipakai dalam membuat alat pengukur Pendeteksi suhu dan level air ini adalah sensor, yang berfungsi sebagai pengindra atau membaca. Sensor itu sendiri berfungsi untuk mengubah resistansi atau hambatan yang mengakibatkan tegangan pembanding (0/1) berubah terhadap tegangan reverensi atau tegangan acuan. Sensor tersebut yang menentukan besar kecilnya tegangan yang masuk pada ADC yang kemudian dikonversi menjadi kode-kode biner. Ilustrasi sensor terlihat pada gambar 1 dibawah ini.
Pemancar sensor ultrasonic ini bekerja apabila diberi trigger dari control MCU(mikro control unit). Trigger berfungsi untuk menhitung (T) atau waktu kapan pantulan dari transmister (Tx) diterima oleh receifer (Rx). Pada saat Rx menerima sinyal dimasukkan dalam rangkaian penguat dan dikonversikan menjadi tegangan. Melalaui ic LM 567 dan kemudian di kirim ke MCU atau control.
2.1.Sensor LM35
LM 35 ialah sensor temperatur paling banyak digunakan untuk praktek, karena selain harganya cukup murah, linearitasnya lumayan bagus. LM35 tidak membutuhkan kalibrasi eksternal yang menyediakan akurasi ±¼°C pada temperatur ruangan dan ±¾°C pada kisaran -55 to +150°C. LM35 dimaksudkan untuk beroperasi pada -55° hingga +150°C. dibawah ini adalah gambar bentuk fisik LM35
Sensor LM35 mengkonversi suhu atau temperature menjadi tegangan yang dikuatkan melalui op amp IC LM358 output dari penguatan di masukakan kedalam MCU ke ADC 0 untuk dikonversi menjadi bilngan biner.
Mula-mula vcc sebesar 12v digunakan untuk menghidupkan sensor LM35 yang akan mendeteksi suhu. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :
VLM35 = Suhu*10mV
Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya .
2.1.AVR ATMEGA 8
AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial USART, Programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Beberapa diantaranya mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.
ATMEGA 8 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMEGA 8 mempunyai throughput mendekati 1 MPS per MHz membuat disain dari sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses.
Susunan pin – pin dari IC mikrokontroler ATMEGA 8 diperlihatkan pada gambar dibawah ini. IC ini tersusun dari 28 pin yang memiliki beberapa fungsi tertentu.
2.3.1 Arsitektur Mikrokontroler ATMEGA 8
Seperti yang diungkapkan diatas bahwa mikrokontroler ATMEGA 8 merupakan mikrokontroler CMOS dengan daya rendah yang memiliki arsitektur AVR RISC 8-bit. Arsitektur ini mendukung kemampuan untuk melaksanakan eksekusi insruksi hanya dalam siklus clock osilator. Hal ini sangat cocok untuk mendesain suatu sistem aplikasi yang cepat dan hemat daya. AVR ini memiliki fitur untuk menghemat konsumsi daya, yaitu dengan menggerakkan mode sleep. Mode sleep pada mikrokontroler ATMEGA 8 ada enam macam, yaitu modeidle, mode ADC Noise Reduction, mode Power-save, mode power-down, mode Standby mode dan mode Extended Standby.
2.1.RS 232
RS 232 sebagai pengirim data interface ke laptop, melalaui converter RS 232 ke USB.
PC maupun notebook dewasa ini mulai meninggalkan port serial dan beralih ke USB. Penggunaan USB memang lebih praktis karena selain kecepatannya yang lebih tinggi, port ini memiliki sumber tegangan 5 Volt yang dapat digunakan untuk memberi sumber daya pada sistem elektronik yang terhubung ke dalamnya. Sementara saat ini sebagian besar perangkat elektronik masih menggunakan port RS232 media komunikasinya dengan PC. Untuk menjembatani permasalahan tersebut maka banyak diluncurkan produk USB to RS232 yang membuat perangkat elektronik tersebut tetap terdeteksi sebagai COM (Port RS232) pada PC ataupun notebook. Software lama yang sebelumnya masih menggunakan COM pun tidak perlu diubah lagi karena perangkat tersebut masih dianggap berkomunikasi dengan COM (Port RS232) Namun sebagian besar produk USB to RS232 yang ada di pasaran masih menggunakan level +/-12 Volt pada bagian RS232nya sedangkan mikrokontroler hanya dapat menggunakan level TTL 0/+5 Volt saja sehingga dibutuhkan IC MAX232 lagi untuk berkomunikasi dengan modul ini. Modul DU-232, USB to RS232 Converter produksi Delta Electronic memiliki level TTL 0/+5 volt pada bagian RS232nya sehingga dapat dihubungkan langsung pada sistem mikrokontroler tanpa menggunakan MAX232.
2.1.Catu daya
Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh suplai arus searah DC (direct current) yang stabil agar dapat dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya yang besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating current) dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus AC menjadi DC. Rangkaian yang berfungsi memberikan / membagi tegangan DC pada rangkaian. Fungsi dari catu daya sangatlah vital karena sumber tegangan dari semua rangkaian yaitu catu daya. Catu daya ini hanya menggunakan baterai 12 Volt yang memberikan arus semaksimal mungkin yang dibutuhkan oleh rangkaian diatas. Untuk memperoleh tegangan yang stabil perlu digunakansebuah IC LM7805 dan 7812 agar arus menjadi presisi. Apabila rangkaian catu daya kurang stabil maka semua rangkaian tidak akan berfungsi dengan baik. Catu daya merupakan komponen yang sangat penting dalam sebuah peralatan elektronik. Agar rangkaian dapat bekerja dengan baik diperlukan catu daya yang stabil, sehingga digunakan IC regulator 7805 seperti terlihat pada gambar dibawah ini.
BAB III
KERANGKA PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT
- Proses Pembuatan, Konstruksi dan Cara Kerja
3.1. Proses Pembuatan
a. Perencanaan alat
b. Proses pembuatan papan rangkaian tercetak
Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan papan rangkaian tercetak ini adalah meliputi :
1. Mata bor diameter 0,8 mm; 3,5mm
2. Pengupas kabel
3. Solder
4. Bahan (PCB)
5. Ferri Chloride (FeCL3)
6. Lotfet
7. Tiner
8. Mur, baut
9. Timah
10. lem
c. Proses pembuatan jalur
Pada tahap ini pertama-tama merancang ukuran papan rangkaian tercetak sehingga membentuk ukuran posisi dan loyout yang bagus, baik dan benar.
Kemudian memasang tata letak komponen dan merancang jalur antar komponen sehingga membentuk jalur yang singkat, rapi dan benar. Setelah semua selesai dilanjutkan dengan memotong PCB sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan. Kemudian memindahkan hasil rancangan alur tadi ke PCB. Proses pembuatan layout ada yang mengunakan penggambaran manual.
d. Proses pengeboran
Tujuan dilakukan proses pengeboran terlebih dahulu pada titik titik untuk kaki komponen adalah agar lubang yang dibuat sesuai yang diharapkan, untuk mendapat hasil yang baik, pengeboran dilakukan dengan hati-hati agar tidak merusak jalur-jalur papan rangkaian tercetak.
e. Pemasangan Komponen
Urutan pemasangan komponen sebagai berikut :
1. Mengecek terhadap hubungan antar jalur-jalurnya untuk menghindari hubung singkat.
2. Mengetes semua komponen satu persatu untuk mendapatkan komponen yang mempunyai karakteristik sesuai dengan yang diharapkan. Komponen yang rusak atau tidak sesuai dengan karakteristik harus diganti untuk menghindari rangkaian dari kegagalan operasi.
3. Memasang soket-soket rangkaian terintegrasi (IC) dan kabel penghubung.
4. Memasang komponen-komponen pasif, dimulai dari komponen yang tahan terhadap panas seperti resistor, kapasitor non polaritas baru kemudian kapasitor polaritas, pemasangan komponen ini harus sesuai dengan posisi dan polaritasnya masing-masing, jadi tidak boleh terbalik.
5. Memasang komponen-komponen aktif mulai dari komponen yang tahan terhadap panas, misalnya dioda.
6. Memasang komponen-konponen aktif, yang kurang tahan panas, seperti transistor.Pemasangan komponen ini tidak boleh tertukar kaki-kaki basis, emitor, dan kolektor.
f. Proses Perakitan
Urutan proses perakitan sebagai berikut:
1). Merakit bagian dalam kotak atau bok yaitu tempat rangkaian tercetak dengan cara memasang penampil yang berupa PC.
2). Memasang soket-soket atau penghubung yang menempel langsung pada kotak.
3). Menghubungkan papan rangkaian tercetak yang satu dengan yang lain dengan menggunakan kabel penghubung (jumper).
4). Memeriksa kembali untuk memastikan ada atau tidak rangkaian yang salah sambung antara satu dengan lainnya.
5). Mencuci bagian-bagian yang sudah diberi lubang dengan mengunakan sekrup sehingga diperoleh penempatan yang permanen.
g. Hasil perakitan komponen
Dibawah ini adalah gambar layout yang sudah jadi.
Adapun komponen-komponen yang dipakai dalam rangkaian detector level zat cair sistem digital, terlihat pada tabel 1 yaitu daftar komoponen.
Tabel 1. Daftar komponen yang dipakai.
NO | Nama Bahan | Identitas | Jumlah | |
1. | IC | - Atmega8 - 4049 - LM567 - LM358 - LM741 | 1 6 1 1 1 | |
2. | Resistor | 1k 470k 100k 10k 22k 1M | 2 2 1 5 2 1 | |
3. | capasitor | 680p 22n 10n 1n 22u 10mF 1000uF | 1 1 1 1 4 1 2 | |
4. | Transistor | BC567 | 1 | |
2. | Sensor | Sensor LM35 Sensor Ultrasonic | 1 1 | |
3. | USB RS232 Converter | 1 | ||
3.2. Block Diagram
Pemancar sensor ultrasonic (Tx) ini bekerja apabila diberi trigger dari control MCU(mikro control unit). Trigger berfungsi untuk menhitung waktu(T) kapan pantulan dari transmister (Tx) diterima oleh receifer (Rx). Pada saat Rx menerima sinyal dimasukkan dalam rangkaian penguat dan dikonversikan menjadi tegangan. Melalaui IC LM 567 dan kemudian di kirim ke MCU atau control.
Sensor LM35 mengkonversi suhu atau temperature menjadi tegangan yang dikuatkan melalui op amp IC LM358 (pengkondisi sinyal) output dari penguatan di masukakan kedalam MCU ke ADC 0 untuk dikonversi menjadi biner.
RS 232 sebagai pengirim data interface ke PC atau laptop, melalaui converter RS 232 ke USB.
3.3. Program
//detektor suhu air dan level
int PILOT = 9;
int USTX = 8;
int USRX = 3;
int LM35 = 0;
volatile int state = LOW;
volatile int char_in = 0;
volatile float SUHU = 0.0;
volatile float JARAK = 0.0;
void setup(){ Serial.begin(9600);
pinMode(PILOT, OUTPUT);
analogReference(INTERNAL);
}
//rutin baca suhu
float baca_suhu(){ unsigned int i;
unsigned int adc = 0;
float suhu = 0.0;
for (i=1; i<=50; i++) { adc += analogRead(LM35);
delayMicroseconds(10);
}
suhu = (adc / 50.0) * 250.0 / 1023.0;
return suhu;
}
double ping(int outPin, int inPin){ long duration;
pinMode(outPin, OUTPUT);
pinMode(inPin, INPUT);
digitalWrite(outPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(outPin, HIGH);
delayMicroseconds(15);
digitalWrite(outPin, LOW);
delayMicroseconds(20);
duration = pulseIn(inPin, HIGH);
return duration / 29.0 / 2.0 * 10.0;
}
//rutin perulangan utama
void loop(){
if (Serial.available()) {
char_in = Serial.read();
if (char_in==65)
{
Serial.println(SUHU);
}
else if (char_in==66)
{ Serial.println(JARAK);
}
}
digitalWrite(PILOT, HIGH);
SUHU = baca_suhu();
// Serial.println(SUHU);
JARAK = ping(USTX, USRX);
// Serial.println(JARAK);
digitalWrite(PILOT, LOW);
delay(100);
}
- program untuk menampilkan di PC
gambar hasil percobaan
4. Spesifikasi Alat yang digunakan
Perencanaan bok alat ukur ini bertujuan untuk membuktikan dan mengaplikasikan secara nyata sehingga dapat dipahami dengan mudah dan jelas, yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini :
Keterangan gambar :
1. Connector RS 232 to USB( DB9)
2. Sakelar ON -OFF
3. Kabel AC 220V
4. Output sensor LM35 dan Ultrasonic
BAB IV
PENUTUP
- Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan analisis maka penulis dapat mengambil kesimpulan sebagai berikut :Alat yang dibuat dapat mendeteksi level air dan suhu dalam bejana terukur serta bentuknya pasti ( bejana rata). Dapat mengamati dan menganalisis data yang ditunjukkan dalam pengukuran level air dengan menggunakan takaran 1 liter. Dan Terealisasinya deteksi level air dan suhu dengan sistem display di PC atau laptop.
DAFTAR PUSTAKA
Deddy Rusmady. 1989. Mengenal Teknik Digital. Bandung : Penerbit Sinar Baru.
Gatot Soedartono. 2001. Teknik Digital. Surabaya : Penerbit Usaha Nasional
M. Barmawi. 1996. Prinsip-prinsip Elektronika. Jakarta : Penerbit Erlangga.
Warsito. S. 1994. Vademekum Elektronika. Jakarta : Penerbit Gramedia.
Categories:
Detector Suhu
0 komentar:
Posting Komentar