e. Perancangan rangkaian penguat instrumentasi
Untuk memenuhi full scale pada mikrokontroler dengan referensi internal yaitu 2,5 V, maka dirancang rangkaian penguat instrumentasi yang
dihubungkan pada port A mikrokontroler, tegangan akan dikuatkan dengan penguatan 10 kali. Hal ini juga diperlukan agar dapat memperoleh
perubahan tegangan yang signifikan pada pengukuran skala desimal pada LCD. Untuk penguatan 10 kali sesuai dengan rangkaian penguat
instrumentasi pada gambar 3.10, diperlukan Rgain dengan perhitungan sebagai berikut:
, R1=R2, R3=R4, R5=R6
Rgain = R7 = 1 kΩ
Gambar 3.7. Perancangan rangkaian penguat instrumentasi
Universitas Sumatera Utara
3.2. Sistem kerja sensor
Gambar 3.8. Skema Sensor
Sensor beban berbasis serat optik buatan P2F-LIPI yang menggunakan prinsip mikrobending, terdiri dari serat optik yang diletakkan di atas lapisan karet,
kemudian ditutupi dengan papan PVC yang telah direkatkan kawat berdiameter 2,4 mm dan panjang 10 cm yang disusun secara periodik dengan jarak antar kawat
0,5 cm. Jika pada sensor diberikan beban seperti Gambar 3.2, maka tekanan dari beban tersebut akan menyebabkan mikrobending pada serat optik. Mikrobending
mengakibatkan intensitas cahaya yang melewati serat optik dapat berkurang. Selanjutnya, besar intensitas cahaya yang diteruskan akan diterima kembali oleh
photodetector untuk mengkonversi daya optik menjadi tegangan listrik.
3.3. Pengujian Sensor
Gambar 3.3. menunjukkan rangkaian hardware sistem baca sensor yang merupakan modul pelengkap pada alat timbang beban dengan pengolah utama
ATmega 32. Cahaya yang bersumber dari laser akan melewati serat optik sebagai sensor. Apabila diberikan beban di atas sensor, maka cahaya pada serat optik akan
terdeformasi sehingga cahaya yang ditruskan akan masuk ke photodetector yang kemudian akan diubah menjadi sinyal listrik. Tegangan hasil keluaran
photodetector diamplifikasi dengan penguat instrumentasi dan dikonversi menjadi digital dengan ADC Analog to Digital Converter 10 bit dengan tegangan
referensi internal. Dalam proses pengukuran, push button start digunakan untuk memulai pengukuran sedangkan push button stop untuk mengakhiri pengukuran.
beban
Serat
optik
Universitas Sumatera Utara
Selama jalannya pengukuran, LCD akan menampilkan keterangan tanggal,waktu, tegangan, dan nilai beban yang terukur. Untuk menambahkan
keterangan tanggal dan waktu, dapat ditambahkan rangkaian RTC. Informasi mengenai data beban yang terukur ditampilkan pada LCD karakter berukuran
4x40. Dalam proses pengukuran yang bersamaan, data hasil pengukuran akan langsung disimpan pada SD card dengan format teks, guna keperluan identifikasi
selanjutnya.
Gambar 3.9. Rangkaian pada mikrokontroler
3.3.1. Pengujian Validasi Awal
Pengujian validasi awal dilakukan dengan memberikan beban uji 0; 20 kg; 40 kg; 60 kg; 80 kg; dan 100 kg secara berurutan pada sensor. Hasil validasi awal
dapat dievaluasi dan dijadikan acuan untuk merancang rangkaian penguat instrumentasi.
Universitas Sumatera Utara
3.3.2. Pengujian Rangkaian Penguat Instrumentasi
Dengan penambahan rangkaian penguat instrumentasi, dapat memperbesar range keluaran dari hasil pengukuran beban. Range data pengukuran yang kecil akan diperbesar
10 kali sehingga hasil pengukuran dapat lebih akurat. Penguat instrumentasi dengan penguatan 10 kali dapat dilihat pada Gambar 3.4. berikut ini :
Gambar 3.10. Rangkaian Penguat Instrumentasi dengan Penguatan 10 Kali
3.3.3. Pengujian ADC Terhadap Tegangan Keluaran dengan Rangkaian Penguat
Instrumentasi
Tegangan keluaran dari rangkaian penguat instrumentasi selanjutnya akan diteruskan ke ADC untuk konversi sinyal listrik analog menjadi sinyal-sinyal
digital yang akan diolah pada mikrokontroler ATmega32. Pada perancangan ini, ADC dibuat free running sehingga setiap masukan ADC selesai dikonversi akan
melakukan konversi masukan selanjutnya secara periodik. Resolusi ADC dapat dinyatakan dalam bit, misalnya ADC dengan resolusi n-bit memiliki 2
n
kode digital yang mungkin dan berarti juga memiliki 2
n
tingkat undak step level. Meskipun demikian, karena undak pertama dan undak terakhir hanya setengah
dari lebar penuh, maka rentang skala-penuh FSR, full-scale range dibagi dalam 2
n
-1 lebar undak.
Universitas Sumatera Utara
Resolusi ADC juga bisa dinyatakan dalam satuan Volt, yang merupakan hasil bagi
dari tegangan
skala penuh
dengan 2
n
-1 lebar
undaknya www.en.wikipedia.com. Maka dari pernyataan di atas, jika ADC yang
digunakan memiliki resolusi 10 bit, dan diketahui jangkauan tegangan menggunakan V referensi internal sebesar 2,5 Volt, maka resolusi ADC dalam
satuan Volt adalah:
Pengujian validasi ADC ini dilakukan dengan membandingkan nilai tegangan keluaran dari penguat instrumentasi yang masuk ke pengolah mikrokontroler
dengan nilai ADC. Pada mikrokontroler, terlebih dahulu diprogram untuk menampilkan nilai
ADC pada LCD. Untuk sumber tegangan digunakan power supply dan untuk memvariasikan besar tegangan menggunakan potensiometer. Pengujian dilakukan
dengan cara mengukur setiap variasi tegangan keluaran dari penguat instrumentasi menggunakan multimeter dan membandingkan dengan nilai ADC yang tertera
pada layar LCD. Dengan pengujian ini akan diperoleh hasil kalibrasi nilai ADC dengan tegangan yang dihasilkan. Hasil kalibrasi ini kemudian dimasukkan ke
pengolah mikrokontroler dalam bentuk program.
3.3.4. Pengujian Validasi Beban
Setelah dilakukan pengujian ADC, dilakukan kembali validasi beban dengan beban uji yang sama yaitu 0; 20 kg; 40 kg; 60 kg; 80 kg; dan 100 kg secara berurutan pada
sensor. Dalam proses ini akan di dapat hasil pengukuran beban sesuai dengan nilai beban uji yang diberikan pada sensor. Proses validasi beban dapat dilihat seperti Gambar 3.5. di
bawah ini.
Gambar 3.11. Validasi Beban
Universitas Sumatera Utara
3.4. Program