39 Peraga digital
Mikrokontroler Perhitungan tegangan
ADC Pengkondisian sinyal
Panguat diferensial Jembatan wheatstone
Sensor gaya Gambar 27. Cone pada penetrometer
B.4. Kotak penyimpan
Kotak penyimpan berfungsi untuk melindungi komponen yang mudah rusak dan tidak tahan dengan kondisi lingkungan. Kotak penyimpan pada penetrometer digital digunakan untuk menyimpan dan
melindungi komponen elektronika penetrometer digital. Ada bebagai macam bahan untuk membuat kotak penyimpan rangkaian elektronik penetrometer antara lain kotak penyimpan terbuat dari plat besi, kotak
penyimpan yang terbuat dari akrilik, dan kotak penyimpan yang terbuat dari alumunium, dan lain sebagainya. Kotak penyimpan yang digunakan terbuat dari akrilik karena kotak penyimpan ini mudah
dibuat sesuai dengan ukuran yang dikehendaki. Selain itu, bahan akrilik termasuk bahan isolator sehingga tidak mempengaruhi kerja komponen elektronik.
C. ANALISIS STRUKTURAL ELEKTRONIKA PENETROMETER
C.1. Analisis Sensor Gaya
Gambar 28. Bagan alir pembacaan sensor gaya
40
L L
R R
GF S
1 Analisis gaya Sensor gaya yang digunakan pada penetrometer digital adalah strain gage. Strain gage R120
yang dirancang berdasarkan perhitungan yang nantinya akan direncakan sebesar 2100. Strain gage yang digunakan sebesar 120 ohm dengan faktor AR 0.2 ohm. Penggunaan strain gage, karena sensor
ini sangat cocok dikombinasikan dengan sistem gaya cincin tranduser. Sistem cincin tranduser adalah salah satu metode untuk mengukur nilai tekan dengan memperhatikan nilai elastisitas bahan.
Karakteristik strain gage dihitung dengan rumus :
14 Keterangan:
S=GF = sensitivitas atau gage factor
R = resistansi awal sebelum terbebani
R = perubahan nilai resistansi setelah terbebani
L = panjang awal sebelum terbebani perubahan
L = panjang strain gage setelah terbebani
2. Analisis Penguat Rangkaian penguat instrumentasi menggunakan tipe three op amp instrumentation amplifier.IC
yang digunakan adalah single supply yang low noise yaitu LM358.
Gambar 29. Penguat tipe three op amp instrumentation
41
1 2
2 4
Rg xRf
R R
Gain
Penghitungan penguatan menggunakan rumus sebagai berikut:
15
Nilai hambatan yang digunakan terlihat pada gambar rangkaian strain-gage sensor disajikan pada gambar . nilai Rg yang digunakan menggunakan resistor tetap 10K Ohm dan nilai Rf yang digunakan
adalah 1K Ohm, sehingga nilai penguatan bisa disetel sesuai dengan kesensitifan penguat dengan catatan tidak terjadi kejenuhan. Semakin kecil Rg maka semakin besar penguatan tetapi perlu
diwaspadai akan terjadinya kejenuhan. 16
3. Analisis pengkondisian sinyal
Pengkondisian sinyal dari analog ke digital yang akan digunakan adalah ADC 0804. IC yang sering digunakan untuk mengkonversi sinyal analog menjadi sinyal digital adalah IC ADC 0804. IC
ADC 0804 mempunyai dua inputan analog, Vin+ dan Vin- sehingga dapat menerima input diferensial. Input analog sumbernya sama dengan selisih antar tegangan-tegangan yang dihubungkan dengan
kedua pin input yaitu Vin=Vin+ - Vin-. Penggunaan IC ADC 0804 karena ADC 0804 ini sudah compatable dengan mikrokontroler ATmega 8535.
4. Analisis Mikrokontroler
Mikrokontroler yang digunakan adalah DT AVR Low Cost Micro System ATmega 8535 karena modul ini merupakan sebuah modul single chip dengan basis mikrokontroler AVR dan memiliki
kemampuan untuk melakukan komunikasi data serial secara UART RS-232 serta pemrograman memori melalui ISP In -System Programming. Modul ini cocok untuk aplikasi-apalikasi sederhana
hingga menengah.contohnya adalah aplikasi sensor, driver motor, komunikasi data antara modul dengan PC. Selain itu, modul ini dilengkapi dengan ADC dengan resolusi 10 bit. DT Low Cost Micro
System sudah dilengkapi dengan IO program dan pemrogramannya sangat mudah dibandingkan dengan yang lainya yaitu menggunakan code vision AVR.
Mikrokontroler yang digunakan adalah DT-AVR Low Cost Micro System merupakan modul single chip mikrokontroler ATmega8535 dengan 8 Kbyte Flash memory, 512 byte SRAM, dan 512
byte EEPROM. DT-AVR Low Cost Micro System juga memiliki ADC hingga 8 channel single-ended AD converter dengan resolusi 10 bit.
5. Perhitungan
Perhitungan dilakukan setelah memperoleh kalibrasi dari strain gage yang sudah dikuatkan dan kalibrasi ADC. Kalibrasi strain gage yang digunakan adalah hubungan beban mati dengan keluran
tegangan dari penguat
2100 1
1000 10000
2 1000
100000 x
Gain
42
Vref R
N
2 1
Kalibrasi ADC yang digunakan berdasarkan nisbah antara tegangan referensi ADC Vreff dengan besarnya resolusi ADC 10 bit
Didapat dengan rumus:
17 6.
Analisis peraga Alat peraga yang digunakan adalah teks LCD 2x16, karena teks LCD untuk menampilkan data
berupa karakter teks angka dan huruf. Peraga digital yang akan digunakan adalah teks LCD. Karena untuk menampilkan angka dan huruf sudah cukup menggunakan teks LCD.
Rangkaian LCD display ini akan dikonesikan ke mikrokontroler pada PORT C dan kemudian akana diprogram dengan menggunakan softwar e codevision AVR dengan menggunakan bahasa C.
Peraga komputer dapat menyimpan data hasil pengukuran nilai penetrasi tanah. Penyimpanan data menggunakan EMS Dataflah Memory, karena dapat digunakan untuk menyimpan berbagai jenis data
digital. Selain itu, ukuran dimensinya sangat kecil yaitu 4.1 cm x 4.1 cm x 1.2 cm.
C.2. Analisis Sensor Kedalaman
Gambar 30. Bagan alir pembacaan sensor kedalaman tanah 1.
Sensor ultrasonik ranger Sensor yang digunakan adalah DT ultrasonik ranger karena sensor ini mempunyai kelebihan
yaitu pengaruh faktor suhu lingkungan yang sering mempengaruhi faktor jarak sudah diperhitungkan. Peraga digital
Pengukuran waktu Perhitungan
Mikrokontroler Pembangkit pulsa
ADC Sensor kedalaman
43 DT ultrasonik ranger merupakan modul pengukur jarak non-kontak yang sangat mudah dihubungkan
dengan berbagai sistem berbasis mikrokontroler. Untuk memicu dan membaca data pengukuran dengan DT ultrasonik ranger hanya memerlukan 1 buah pin mikrokontroler. Selain itu disediakan
antarmuka komunikasi I2C sehingga beberapa modul DT ultrasonik ranger serta peralatan lain yang mendukung protokol komunikasi I2C dapat digunakan bersama cukup dengan 2 buah pin
mikrokontroler.Selain itu, sensor DT ultrasonik ranger ini mudah untuk pemrogramnya dan sudah compatable dengan program code vision AVR.Sensor untuk mengukur kedalaman tanah menggunakan
ultrasonik renger. Pengukuran menggunakan ultrasonik ranger dapat menjangkau 2 cm sampai 3 m. Sensor didesain dapat mengukur kedalaman hingga 60 cm. Untuk mengetahui lebih lanjut spesifikasi
sensor ini dapat dilihat pada tinjauan pustaka. 2.
Mikrokontroler Mikrokontroler yang digunakan adalah DT-AVR Low Cost Micro System merupakan modul
single chip mikrokontroler ATmega8535 dengan 8 Kbyte Flash memory, 512 byte SRAM, dan 512 byte EEPROM. DT-AVR Low Cost Micro System juga memiliki ADC hingga 8 channel single-ended
AD converter dengan resolusi 10 bit. Mikrokontroler ini memperoleh dua inputan daya yaitu 5 volt dan 9 volt.
3. Pengukuran waktu
Pengukuran waktu kerja dari sensor ultrasonik ranger akan mempengaruhi jarak tempuh kedalaman tanah. Untuk itu pengukuran waktu akan sangat berkaitan dengan pengukuran jangkauan.
Jarak antara sensor tersebut dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh sinyal ultrasonik dalam perjalanannya dari rangkaian pengirim sampai diterima oleh rangkaian
penerima, dengan kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya yaitu udara.
Dalam menggunakan waktu yang harus dilakukan terlebih dahulu adalah mengetahui konstanta pengali untuk mendapatkan hasil keluaran nilai yang benar.
Rumus awalnya adalah 2s= v.t
18 Kecepatan sinyal di udara 3443.3 ms
Hitungan timer t=nf
19 n=banyak detak TCNT1 jika penggunaan timer1
F=frekuensi timer yg digunakan sbg contoh adalah 4MHZ Maka rumus nya menjadi 2s=34443.3 cms n4000.000
S= n 0.0043053
44 4.
Peraga digital Alat peraga menggunakan komputer dan grafik LCD 2 x 16. Rangkaian LCD display ini akan
dikonesikan ke mikrokontroler pada PORT C dan kemudian akana diprogram dengan menggunakan software CodeVision AVR dengan menggunakan bahasa C. Data flash dapat menyimpan data hasil
pengukuran nilai kekuatan tanah. Data flash yang dilengkapi pin support akan lebih mudah untuk pengiriman data sehingga data dapat disimpan di komputer.
C.3. Analisis Sensor Suhu
1. Sensor suhu IC LM35
Untuk mengetahui temperatur lingkungan yang akan diukur menggunakan sensor LM35 yang merupakan salah satu sensor temperatur. Sensor ini akan mengeluarkan satu keluaran beruapa
tegangan yang akan berubah sesuai dengan perubahan temperatur lingkungan.
Gambar 31. Gambar rancangan perangkain LM35 Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal
yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri self heating kurang dari 0.1°C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power
supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka interface rangkaian kontrol yang sangat mudah. IC LM 35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit IC,
dimana output tegangan keluaran sangat linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV °C yang
berarti bahwa kenaikan suhu 1° C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV. 2.
Analisis pengubah sinyal
45 Pengubah sinyal dari analog ke digital yang akan digunakan adalah ADC 0804. IC yang sering
digunakan untuk mengkonversi sinyal analog menjadi sinyal digital adalah IC ADC 0804. IC ADC 0804 mempunyai dua inputan analog, Vin+ dan Vin- sehingga dapat menerima input diferinsial. Input
analog sumbernya sama dengan selish antar tegangan-tegangan yang dihubungkan dengan kedua pin input yaitu Vin=Vin+ - Vin-. Penggunaan IC ADC 0804 karena ADC 0804 ini sudah compatable
dengan mikrokontroler ATmega 8535. 3.
Analisis Mikrokontroler Mikrokontroler yang digunakan adalah DT AVR Low Cost Micro System ATmega 8535 karena
modul ini merupakan sebuah modul single chip dengan basis mikrokontroler AVR dan memiliki kemampuan untuk melakukan komunikasi data serial secara UART RS-232 serta pemrograman
memori melalui ISP In -System Programming. Modul ini cocok untuk aplikasi-apalikasi sederhana hingga menengah.contohnya adalah aplikasi sensor, driver motor, komunikasi data antara modul
dengan PC. selain itu, modul ini dilengkapi dengan ADC dengan resolusi 10 bit. DT Low Cost Micro System sudah dilengkapi dengan IO program dan pemrogramannya sangat mudah dibandingkan
dengan yang lainya yaitu menggunakan code vision AVR. Mikrokontroler yang digunakan adalah DT-AVR Low Cost Micro System merupakan modul
single chip mikrokontroler ATmega8535 dengan 8 Kbyte Flash memory, 512 byte SRAM, dan 512 byte EEPROM. DT-AVR Low Cost Micro System juga memiliki ADC hingga 8 channel single-ended
AD converter dengan resolusi 10 bit. 4.
Analisis peraga Alat peraga yang digunakan adalah teks LCD 2x16, karena teks LCD untuk menampilkan data
berupa karakter teks angka dan huruf. Peraga digital yang akan digunakan adalah teks LCD. Karena untuk menampilkan angka dan huruf sudah cukup menggunakan teks LCD.
Rangkaian LCD display ini akan dikonesikan ke mikrokontroler pada PORT C dan kemudian akana diprogram dengan menggunakan softwar e codevision AVR dengan menggunakan bahasa C.
Peraga komputer dapat menyimpan data hasil pengukuran nilai penetrasi tanah. Penyimpanan data menggunakan EMS Data flah Memory, karena dapat digunakan untuk menyimpan berbagai jenis data
digital. Selain itu, ukuran dimensinya sangat kecil yaitu 4.1 cm x 4.1 cm x 1.2 cm.
D. ANALISIS STRUKTURAL MEKANIK PENETROMETER
