BAB 3 PERANCANGAN SISTEM
3.1 Perangkat Keras
Hardware
3.1.1 Diagram Blok Secara umum, alat pengukur tinggi badan otomatis menggunakan ultrasonic terdiri
dari 4 blok diagram utama yaitu sensor, mikrokontroler, kabel RS232 dan Personal Computer
PC. Hal ini dapat dirancang dengan diagram blok rangkaian seperti Gambar 3.1 berikut ini.
Mikrokontroller AT89S51
Sensor Ultrasonic
RS232 Personal
Computer PC
Blok Sistem Mikrokontroler
Blok Sistem Penerima
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian
Universitas Sumatera Utara
Keterangan dari gambar diagram blok: 1. Sensor Ultra Sonik PING
Sensor PING merupakan sensor ultrasonic yang dapat mendeteksi jarak obyek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonic dengan frekuensi 40 KHz dan
kemudian mendeteksi pantulannya. 2. Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler digunakan sebagai pengolah data inputan dari sensor,output ke PC dan komunikasi serial semuanya terhubung ke mikrokontroler.
3. Kabel RS 232 Penghubung antara mikrokontroler dengan PC komputer.
4. Personal Computer PC Untuk menampilkan hasil nilai tinggi badan yang di dapat.
Sensor ultrasonic PING mengirimkan data ke mikrokontroler AT89S51, dan kemudian data tersebut akan diproses untuk ditampilkan ke komputer melalui kabel
RS 232. Dari sini dapat diketahui hasil pengukuran tinggi badan tanpa harus menggukan alat yang manual.
3.1.2 Perancangan power supply
Gambar rangkaian dan komponen yang digunakan untuk membangun rangkaian minimum sistem power suplly dapat dilihat pada Gambar 3.2 berikut ini.
7805
15 15
220
GND TIP 32
12 Volt
5 Volt
LED LED
100 ohm
10 oh
m 10
oh m
2200
µF
1
µF
100
µF
7812
Gambar 3.2 Rangkaian Sistem Power Suplly
Universitas Sumatera Utara
Power supply merupakan catu daya tegangan output yang dapat megeluarkan tegangan 5 volt dan 12 volt. Dari rangkaian power supply di atas menjelaskan tentang
bagaimana power supply mengeluarkan tegangan 5 volt dan 12 volt untuk mengeluarkan arus searah DC. Tegangan yang didapat dari tegangan PLN yaitu
sebesar ±220 volt AC, kemudian di turunkan step down menggunakan trafo CT sehingga menghasilkan tegangan 15 volt AC.
Selanjutnya untuk mendapatkan tegangan 12 volt DC, maka diperlukan suatu komponen yang dapat merubah tegangan arus bolak balik menjadi tegangan arus
searah yaitu menggunakan diode bridge. Setelah tegangan sudah arus searah DC, untuk mendapatkan tegangan 5 volt dan 12 volt secara konstan menggunakan
regulator 7805 dan 7812. Fungsi dari TIP 32 adalah sebagai katub untuk menstabilkan arus yang masuk ke regulator, sehingga mengurangi efek over hatting yang terjadi
pada regulator. Sementara fumgsi LED pada rangkaian hanya sebagai indicator berfungsi atau tidaknya power supply.
3.1.3 Sistem minimum AT89S51
Untuk dapat mengendalikan rangkaian yang mandiri diperlukan device yang dapat menghitung, mengingat dan mengambil pilihan serta digunakan sebagai pemrosesan
data. Mikrokontroler sudah cukup menjadi pengelolaan data pada rangkaian digital. Rangkaian minimum sistem dari mikrokontroler AT89S51 ditunjukkan pada Gambar
3.3 berikut.
Universitas Sumatera Utara
1 2
3 4
5 8
7 6
19 18
20 17
16 13
12 10
11
15 14
PO R
T 1
PO R
T 3
9
+5V
RST XTAL 1
XTAL 2
39 38
37 35
34 36
33 32
21
27 22
24 25
26 23
28 30
31 29
+5V PO
R T
PO R
T 2
40
+5V
AT89S51
P1.0_T2 P1.1_T2EX
P1.2 P1.3
P1.4 P1.5
P1.6 P1.7
P3.0 RxD P3.1 TxD
P3.2 INT0 P3.3 INT1
P3.4 T0 P3.5 T1
P3.6 WR P3.7 RD
P0.0 AD0 P0.1 AD1
P0.2 AD2
P0.7 AD7 P0.6 AD6
P0.5 AD5 P0.4 AD4
P0.3 AD3
P2.0_A8 P2.1_A9
P2.2_A10 P2.3_A11
P2.4_A12 P2.5_A13
P2.6_A14 P2.7_A15
EA ALE
PSEN 33 pf
33 pf 12 MHz
1 K
10 µF
Gambar 3.3 Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler AT89S51 Pin 31 External Access Enable EA diset hight 1. Ini dilakukan karena
mikrokontroller AT89S51 tidak menggunakan memori eskternal. Pin 18 dan 19 dihubungkan ke XTAL 12 MHz dan capasitor 33 pF.
XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler AT89S51 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset aktif
tinggi. Pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan me-reset mikrokontroler ini. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluranbus IO 8 bit open collector dapat
juga digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan bus data selama adanya akses ke memori program eksternal.
Pada port 0 ini masing masing pin dihubungkan dengan resistor 4k7 ohm. Resistor 4k7 ohm yang dihubungkan ke port 0 befungsi sebagai pull up penaik
tegangan. Pin 1 sampai 8 adalah port 1. Pin 21 sampai 28 adalah port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah port 3.. Pin 20 merupakan ground dihubungkan dengan ground pada
Universitas Sumatera Utara
power supply . Pin 40 merupakan sumber tegangan positif dihubungkan dengan + 5
volt dari power supply. Mikrokontroller AT89S51 memerlukan 12 clock untuk mengeksekusi 1 siklus
perintah pada rangkaian. Hal ini diakibatkan karena mikrokontroller menggunakkan kristal yang besarnya 12 MHz, sehingga waktu yang dibutuhkan mengeksekusi 1
siklus mesin tersebut membutuhkakn waktu =
12 � ��
12MHz
= 1mikrodetik. Dari program di atas diperoleh lamanya waktu dari setiap mengeksekusi Mnemonic dapat dilihat
pada tabel 3.1 berikut.
Tabel 3.1 Data eksekusi program dalam satu siklus
Mnemonic Siklus
Waktu Eksekusi
Mov Rn,data 2
2 x 1 µd = 2 µd Sjmp
2 2 x 1 µd = 2 µd
Clr 1
1 x 1 µd = 1 µd Djnz
2 2 x 1 µd = 2 µd
No Operation NOP 1
1 x 1 µd = 1 µd Ret
1 1 x 1 µd = 1 µd
3.1.4 Sensor ultrasonic PING
Sensor Ultrasonic PING Parallax yang dipakai pada sistem pengukuran tinggi badan adalah sensor yang terdapat dipasaran dan dapat dilihat pada Gambar 3.4
berikut ini.
Gambar 3.4 Sensor Ultrasonic PING
Universitas Sumatera Utara
Pada sensor ultrasonic ini terdapat 3 pin dimana fungsi dari pin-pin tersebut adalah: 1. Pin 1 sebagai VCC.
2. Pin 2 sebagai input data. 3. Pin 3 sebagai Ground.
Gambar 3.5 Simulasi Pengukuran Tinngi Badan Pada keadaan awal sensor diletakkan pada ketinggian ±200 cm. Sensor akan
mendeteksi tinggi badan secara proporsional dari ujung sensor hingga ujung objek, secara kinerja sensor akan memancarkan gelombang ultrasonic ke objek dan sensor
akan menerima gelombang yang telah dipancarkan oleh sensor. Dari proses itu akan diketahui berapa waktu yang telah dilalui dari pemancar ke penerima, sehingga dapat
dihitung berapa nilai dari sensor ke objek. Dari keadaan tersebut maka dapat dihitung berapa selisih tinggi dari dasar lantai ke sensor dan dari pantulan objek ke sensor.
� =
344 ∗
2
……………………………. [3.1] Dari rumus 3.1 di atas dapat dihitung tinggi objek yang diukur, sebagai contoh sebagai
berikut : Objek mempunyai tinggi 170 cm, berapa waktu yang dibutuhkan untuk memancarkan
sinar ultrasonic ke objek sehingga dapat tinggi 170 cm? Jarak sensor
ke objek
Tinggi objek
Universitas Sumatera Utara
Penyelesaian: Diketahui jarak 170 cm = 1,7 m dan kecepatan = 344 ms.
1,7 m = 344
∗ 2
=
2 ∗ 1,7
344
= 0,009883 = 98,83 10
−4
µ
Waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan jarak 170 cm adalah 98,83 10
-4
s. Jadi, untuk mengetahui jarak antara sensor dengan objek adalah dengan menggunakan
rumus 3.1 di atas.
� = 344
∗ 2
S =
344 ∗ 0,009883
2
S =
3,399 2
S = 1,6995 m Dalam kasus ini tinggi maksimal yang penulis hitung adalah 200 cm, maka jarak
antara sensor dengan objek adalah: tinggi maksimal
– jarak = 200 cm – 170 cm = 30 cm. Jadi, jarak antara sensor dengan objek adalah 30 cm.
Dikarenakan pin input dan output sensor SIG merupakan satu-satunya media yang dapat mengaktifkan rangkaian sensor maupun sebagai media data out
yang akan menjadi input pada mikrokontroller 1, maka dibutuhkanlah sebuah sparete worker
yaitu berupa rangkaian driver yang dapat mengaktifkan sensor untuk mengukur dan mengeluarkan data dikala sensor telah selesai mengukur ketinggian.
Pada perancangan driver sensor ultrasonik, keluaran sensor akan dimodifikasi sehingga input pada mikrokontroler 1 hanya berupa tegangan hight 1 dan low 0.
Berikut gambar rangkaian driver untuk sensor ultra sonik pada Gambar 3.6 berikut.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.6 Driver sensor ultrasonic PING
Pada rangkin driver transistor jenis PNP merupakan drain tegangan yang akan aktif jika diberi tegangan lebih besar dari 0,9V. Mikrokontroler 1 akan mengaktifkan
sensor untuk mengukur dengan cara memberikan logika hight 1 pada pin 1.1 sehingga sensor dapat aktif untuk melakukan pengukuran, dan sebaliknya jika pin 1.1
diberi logika low 0 maka pin 1.0 akan berlogika hight 1 sehingga membuat transistor akan aktif sehingga data hasil pengukuran dapat diterima. Fungsi resistor
pada rangkaian adalah sebagai tahanan arus yang masuk ataupun yang keluar dari sensor, sehingga rangkaian tidak mengalami over current yang dapat merusak sensor
dan komponen pendukung.
3.2 Pearancangan
Kategori