Perancangan rangkaian penguat instrumentasi Sistem kerja sensor Pengujian Sensor

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