BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya dalam bidang elektronika berjalan semakin lama semakin cepat. Ruang lingkup penerapan teknologi elektronika sangatlah luas mencakup berbagai bidang kehidupan manusia. Hal ini dalam upaya pemenuhan kebutuhan manusia yang semakin meningkat, sehingga dapat menaikkan kualitas kehidupan dan kesejahteraan bagi manusia. Salah satunya dalam bidang sistem instrumentasi elektronika yaitu penerapan sistem gerakan.

Sistem gerakan banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, seperti perpindahan suatu benda dari suatu posisi ke posisi lain, kecepatan mobil di jalan raya, dongrak mobil yang dapat mengangkat mobil seberat 10 ton, debit air didalam pipa pesat, tinggi permukaan air dalam tanki.

Gerak disebabkan oleh adanya gaya aksi yang dapat menimbulkan gaya reaksi. Banyak cara dilakukan untuk mengetahui atau mengukur gerak mekanis misalnya mengukur jarak atau posisi dengan meter, mengukur kecepatan dengan tachometer, mengukur debit air dengan rotameter. Tetapi jika ditemui gerakan mekanis yang berada dalam suatu sistem yang kompleks maka diperlukan sebuah sensor untuk mendeteksi atau mengimformasikan nilai yang akan diukur.

Dengan latar belakang diatas, makalah ini dibuat untuk membahas bagaimana merancang tachometer optik. Rancangan ini terdiri atas rangkaian sensor Opto switch, rangkaian pengkondisi sinyal, mikrokontroler, transfer data serial dan LCD.1.2Rumusan Masalah

Mengacu pada permasalahan yang diuraikan dalam latar belakang, maka rumusan masalah perancangan ini adalah:

1. Bagaimana cara mengaplikasikan sensor H21A3 dalam rangkaian Tachometer Optik ?

2. Bagaimana prinsip kerja Tachometer Optik ?

3. Bagaimana rangkaian keseluruhan Tachometer Optik ?

1.3Tujuan

Tujuan perancangan tachometer optik ini adalah:

1. Memahami cara mengaplikasikan sensor H21A3 dalam rangkaian Tachometer Optik .

2. Mengetahui prinsip kerja Tachometer Optik.

3. Merancang rangkaian keseluruhan Tachometer Optik.

1.4Batasan Masalah

Pembahasan pada perancangan ini dibatasi hanya dalam prinsip kerja Tachometer Optik dan perancangan rangkaian keseluruhan Tachometer Optik.

1.5Manfaat

Manfaat yang diharapkan dalam perancangan tachometer optik ini adalah menambah pengetahuan tentang prinsip kerja Tachometer Optik dan dapat merancang rangkaian keseluruhan Tachometer Optik.BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Trigger Schmitt 74HC14P

Trigger Schmitt merupakan komparator yang mempunyai umpan balik positif. Bila masukan lebih tinggi dari batas tertentu dipilih, output berlogika tinggi, bila input berada di bawah ambang batas rendah yang dipilih, output berlogika rendah; ketika input adalah antara dua, output tetap nilainya. Gambar 2.1 menunjukkan simbol dan konfigurasi pin Trigger Schmitt 74HC14P.

Gambar 2.1 Simbol dan Konfigurasi Pin Trigger Schmitt 74HC14P.Dinamakan Trigger karena keluaran menahan nilainya sampai perubahan nilai masukan cukup untuk memicu perubahan berikutnya. Peristiwa seperti ini disebut histerisis dan ini menunjukkan bahwa Trigger Schmitt memiliki memori. Keuntungan dari Trigger Schmitt pada rangkaian jika dibandingkan dengan komparator biasa yang hanya memiliki satu nilai tegangan referensi yang mengakibatkan cacatnya sinyal keluaran akibat noise yang sama, keluaran dari Trigger Schmitt lebih stabil dan lebih tahan terhadap noise. Gambar 2.2 menunjukkan perbedaan respon antara komparator biasa dengan Trigger Schmitt.

Gambar 2.2 Perbedaan respon komparator biasa (A) dan Trigger Schmitt dengan sinyal masukan yang sama.2.2. LCD (Liquid Cristal Display)

LCD adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Pada LCD berwarna semacam monitor terdapat banyak sekali titik cahaya (pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya di dalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih di bagian belakang susunan kristal cair tadi.

LCD (Liquid Crystal Display) yang dipakai 16 karakter x 2 baris (type LMB1632A). LCD module ini bisa dipakai untuk interface dengan mikrokontroler / mikroprosesor dengan lebar data 8 bit atau 4 bit. Setiap baris dan kolom karakter di LCD mempunyai alamatnya sendiri-sendiri.

Pengiriman data ke LCD ada dua macam yaitu data sebagai instruksi dan data sebagai character yang kita tampilkan di layer. Keduanya dibedakan oleh sebuah kaki yang diberi nama RS (Register Select) dimana bila logika = 1 (high) maka data yang diterima LCD adalah data character sedangkan bila RS = 0 (low) maka data yang diterima LCD adalah data instruksi bagi LCD. Tabel 1 menunjukkan konfigurasi pin-pin LCD.

Tabel 2.1 Konfigurasi Pin-Pin LCD

No. KakiSimbolLevelFungsi

1VSS-Ground

2VDD-Power supply for logic (+5Volt)

3VO-Power Supply for LCD

4RSH/LRegister Selection

H : Display data L : Instruksi code

5R/WH/LRead/Write Selection

H : Read operation L : Write operation

6EH,LEnable Signal

7DB0H/LIn 8-bit mode, used as low order bidirectional data bus.

In 4-bit mode, open these terminals.

8DB1H/L

9DB2H/L

10DB3H/L

11DB4H/LIn 8-bit mode, used as high order bidirectional data bus.

In 4-bit mode, used as both high and low order data bus.

12DB5H/L

13DB6H/L

14DB7H/L

15LED A-LED Power Supply (+5 Volt)

16LED K-LED Power Supply (0 Volt)

LCD yang dipergunakan mempunyai spesifikasi sebagai berikut

1) Terdiri atas 32 karakter yang tersusun dalam dua baris (masing-masing 16 karakter) dengan display dot matrik 5 x 7

2) Display data RAM ukuran 80 x 8 bit

3) Catu daya + 5 volt

4) Reset pada saat power onBentuk fisik sebuah LCD (Liquid Cristal Display) ditunjukkan dalam Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Skema dan Bentuk Fisik LCD (Liquid Cristal Display)

2.3. Opto SwitchH21A3 terdiri atas LED inframerah gallium arsenide dan fototransistor silicon dalam wadah plastik. Sistem paket ini didesain untuk mengoptimalkan resolusi mekanik, efisiensi kopling, meniadakan hamburan cahaya, dan mengurangi biaya. Celah yang disediakan dimaksudkan sebagai sinyal interrupt dengan memberikan opaque material di dalamnya yang dapat men-switch sinyal keluaran dari keadaan ON ke OFF.

Gambar 2.4 Bentuk fisik Opto Switch.2.4. Mikrokontroler ATMega 8

Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua intruksi dikemas dalam kode 16-bit (16 bit words) dan sebagian besar intruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computting). Secara umum, AVR dapat dikelompokan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx,keluarga ATmega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya.

Gambar 2.5 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 8Fungsi dari pin-pin ATmega 8 :

1) Pin 7 adalah pin Vcc

Berfungsi sebagai pin masukkan catu daya.

2) Pin 8 adalah pin GND

Yaitu pin ground (pertanahan) sumber tegangan.

3) Pin 23-28 dan pin 1 adalah pin port C

Merupakan pin I/O dua arah dan pin masukkan ADC.

4) Pin 14-19 dan pin 9,10 adalah pin port B

Merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu timer oscillator dan SPI. Dalam perancangan kali ini PORT B digunakan sebagai port LCD.

5) Pin 2-6 dan pin 11-13 adalah pin port D

Merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal.

6) Pin 2 dan 3 merupakan pin Tx dan Rx

Pin ini berguna untuk komunikasi secara serial dengan komputer.

7) Reset

Merupakan pin no. 1 yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.

8) XTAL1 dan XTAL2

Merupakan pin masukan clock eksternal.

9) AVCC

Merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.

10) AREF

Merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

Gambar 2.6 Blok Diagram Mikrokontroler ATMega8

2.5. Komunikasi Serial

Ada 2 macam cara komunikasi data serial yaitu Sinkron dan Asinkron. Pada komunikasi data serial sinkron, clock dikirimkan bersama sama dengan data serial,tetapi clock tersebut dibangkitkan sendiri sendiri baik pada sisi pengirim maupunpenerima. Sedangkan pada komunikasi serial asinkron tidak diperlukan clock karena data dikirimkan dengan kecepatan tertentu yang sama baik pada pengirim / penerima.

Pada UART, kecepatan pengiriman data ( atau yang sering disebut dengan Baud Rate ) dan fase clock pada sisi transmitter dan sisi receiver harus sinkron. Untuk itu diperlukan sinkronisasi antara Transmitter dan Receiver. Hal ini dilakukan oleh bit Start dan bit Stop. Ketika saluran transmisi dalam keadaan idle, output UART adalah dalam keadaan logika 1. Ketika Transmitter ingin mengirimkan data, output UART akan diset dulu ke logika 0 untuk waktu satu bit. Sinyal ini pada receiver akan dikenali sebagai sinyal Start yang digunakan untuk menyinkronkan fase clocknya sehingga sinkron dengan fase clock transmitter.

Selanjutnya data akan dikirimkan secara serial dari bit yang paling rendah (bit0) sampai bit tertinggi.Selanjutnya akan dikirimkan sinyal Stop sebagai akhir dari pengiriman data serial.

Sebagai contoh misalnya akan dikirimkan data huruf A dalam format ASCII (atau sama dengan 41 heksa atau 0100 0001).

Gambar 2.7 Pengirriman Huruf A Tanpa bit Paritas

Kecepatan transmisi (baud rate) dapat dipilih bebas dalam rentang tertentu.Baud rate yang umum dipakai adalah 110, 135, 150, 300, 600, 1200, 2400, dan 9600 (bit/perdertik). Dalam komunikasi data serial, baud rate dari kedua alat yang berhubungan harus diatur pada kecepatan yang sama. Selanjutnya harus ditentukan panjang data (6,7 atau 8 bit), paritas (genap, ganjil, atau tanpa paritas), dan jumlah bit Stop (1, 1 , atau 2 bit).

Konfigurasi Port SerialKonektor DB-9 pada bagian belakang komputer adalah port serial RS232 yang biasa dinamai dengan COM1 dan COM2.

Gambar 2.8 Konfigurasi Port Serial

Tabel 2.2 Keterangan Pin-Pin Port Serial

BAB III

PERANCANGAN

3.1 Prinsip Kerja

Tachometer Optik pada perancangan ini merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan sudut benda berputar. Pada benda yang akan diukur kecepatannya terlebih dahulu diberi satu penanda dari bahan yang tidak tembus cahaya yang dibuat menyerupai roda gigi dengan jumlah gigi sebanyak 6 buah (rotari). Hasil pengukuran kecepatan sudut ditampilkan dalam LCD dalam satuan rpm.

3.2 Blok Diagram

Rancangan Tachometer Optik ini terdiri atas rangkaian sensor Opto switch, rangkaian pengkondisi sinyal, mikrokontroler, antarmuka serial dan terakhir yaitu LCD seperti yang terlihat pada Gambar 3.1 yang menunjukkan blok diagram rancangan.

Gambar 3.1 Blok Diagram RancanganSensor yang digunakan dalam perancangan ini terdiri atas transmitter dan receiver. Transmitter terdiri atas LED inframerah dan receiver berupa fototransistor. Keduanya dikemas dalam satu komponen yang dinamakan Opto Switch. Saat sinar tidak terhalang oleh rotari, tegangan keluaran sensor akan bernilai Vo, sedangkan saat sinar terhalang oleh rotari maka tegangan keluaran sensor sama dengan nol, sehingga sinyal keluaran sensor berupa sinyal pulsa.Kemudian hasil keluaran dari sensor yang berupa sinyal pulsa digunakan sebagai masukan Rangkaian Pengkondisi Sinyal (RPS). Rangkaian pengkondisi sinyal terdiri atas rangkaian komparator histerisis dan inverter yang dikemas dalam satu komponen yang dinamakan Trigger Schmitt. Tujuan dari rangkaian pengkondisi sinyal ini agar tegangan keluaran sensor sesuai dengan level tegangan yang dapat diproses mikrokontroler.

Dalam mikrokontroler terdapat suatu program yang berfungsi untuk menghitung jumlah pulsa keluaran rangkaian pengkondisi sinyal setiap menit. Jumlah pulsa merepresentasikan jumlah putaran yang kemudian akan ditampilkan pada LCD atau dikirim ke computer secara serial. Proses penampilan data tersebut tergantung dari mode yang dipilih.

3.3 Perancangan Rangkaian

Gambar 3.2 Rangkaian Tachometer Digital

Gambar 3.2 Perancangan Rangkaian

3.4Perancangan Pengolah data

Perhitungan nilai resistor

Perhitungan nilai resistor yang digunakan dalam perancangan ini adalah sebagai berikut:

Gambar 3.3 Rangkaian Sensor

Gambar 3.4 Grafik Kecepatan Switching H21A3 terhadap RL.

Perhitungan Kecepatan Maksimum:

Pada saat RL=R2=2500 , maka tON1 = 1 turn-on time = 8 s dan tOFF1 = 1 turn-off time = 50 s. Turn-on time adalah waktu yang dibutuhkan untuk perubahan dari logika 0 ke logika 1, sedangkan turn-off time adalah waktu yang dibutuhkan untuk perubahan logika dari 1 ke 0. Gambar 13 menunjukkan turn-on time dan turn-off time.

Gambar 3.5 Turn-on time dan turn-off time H21A3 dengan RL 2500 .

Untuk mengetahui kecepatan maksimum maka turn-on time dan turn-off time sinyal masukan tidak boleh kurang dari 8 s dan 50 s. Maka grafik sinyal masukan yang masih dapat direspon oleh sensor ditunjukkan oleh Gambar 3.6

Gambar 3.6 Sinyal Masukan yang masih dapat direspon H21A3 dengan RL 2500 .Sehingga :

; T= 58 s

f= 17241,4 Hz

= 17241,4 pulsa/detik

= 17241,4: 6 rps

; 6 adalah jumlah gigi pada rotari

= 2873,6 rps

= 2873,6 60 (detik) rpm

= 172.416 rpm3.5Perancangan Program

Perancangan program sebagai pengontrol sistem utama pada mikrokontroller ATmega8 dengan menggunakan perencanaan ditunjukkan flowchart dalam Gambar 15.

Gambar 3.7 Diagram Alir Program Tachometer Optik

Pada program terdapat tiga fungsi yaitu satu fungsi utama dan dua interrupt. Interrupt yang pertama merupakan interrupt dari timer0, timer0 merupakan timer yang berfungsi sebagai pencacah jumlah pulsa yang masuk dari rangkaian pengkondisi sinyal ke pin T0 pada mikrokontroler. Interrupt ini akan dieksekusi saat nilai timer overflow, karena nilai timer maksimum adalah FFh dan nilai timer diisi FFh maka pada saat terjadi perubahan nilai tegangan dari 0 ke 1 (rising edge) pada pin T0 interrupt ini akan dijalankan. Perintah pada interrupt ini merupakan perintah untuk menambahkan nilai 1 pada variabel jumlahpulsa. Sedangkan untuk interrupt yang kedua merupakan interrupt timer1. Timer1 merupakan timer yang berfungsi untuk menentukan waktu satu detik. Apabila timer menghitung 1 detik maka interrupt ini akan dijalankan. Pada interrupt yang kedua ini berisi perintah yang fungsinya mengambil nilai variabel jumlahpulsa pada saat itu juga dan mengkonversinya menjadi kecepatan sudut dalam satuan rpm kemudian apabila PINC.0 berlogika 1 maka data akan ditampilkan dalam LCD, apabila PINC.0 berlogika 0 data akan dikirim ke PC secara serial. Setelah itu variabel jumlahpulsa akan dinolkan kembali.

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Tachometer optik pada perancangan ini merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan sudut benda berputar. Pada benda yang akan diukur kecepatannya terlebih dahulu diberi satu penanda dari bahan yang tidak tembus cahaya yang dibuat menyerupai roda gigi dengan jumlah gigi sebanyak enam buah (rotari). Hasil pengukuran kecepatan sudut ditampilkan dalam satuan rpm. Secara teori maksimum putaran yang dapat diukur oleh alat ini sebesar 172.416 rpm.

Tachometer Optik dapat dibentuk dari rangkaian yang terdiri atas Opto switch, rangkaian pengkondisi sinyal, mikrokontroler, antarmuka serial dan LCD sebagai media penampil keluaran tachometer optik.

4.2 Saran

a. Pada pembacaan kecepatan oleh tachometer ini masih terdapat kesalahan, hal ini disebabkan oleh ketidaksinkronan antara waktu awal pembacaan dan pulsa awal yang diterima. Pada penelitian selanjutnya diharapkan kesalahan tersebut dapat diminimalisir.

b. Resolusi pembacaan masih relatif besar, yakni 10 rpm, hal ini disebabkan karena jumlah gigi pada rotary hanya enam buah. Diharapkan pada penelitian selanjutnya resolusi pengukuran dapat lebih baik lagi.

1

_1433580428.unknown

_1433580432.unknown

_1433580434.unknown

_1433580435.unknown

_1433580436.vsdSTART

int jmlpulsa,pulsa[4],rpm;

Interrupt0

Interrupt1

Fungsi utama

Ya

Interrupt0

jmlpulsa++;

RET

Interrupt1

Tampilkan ke LCD

RET

PINC.0=0 ?

Kirim Ke PC Secara Serial

Tidak

_1433580433.unknown

_1433580430.unknown

_1433580431.unknown

_1433580429.unknown

_1433580426.unknown

_1433580427.unknown

_1433580425.unknown