Perancangan Rangkaian Sensor Kecepatan Angin pada Propeler

Gambar 4.5 Perancangan pemasangan rangkaian sensor kecepatan angin pada propeler Mikrokontroler AT89S51 akan berfungsi sebagai counter untuk menghitung jumlah bit 1 yang diterima. Jumlah bit yang diterima dalam satu periode tertentu kemudian dibandingkan oleh Mikrokontroler AT89S51 dengan data base untuk mengetahui kecepatan angin pada saat itu. Kecepatan angin ditampilkan dalam satuan knot. Data kecepatan angin akan ditampilkan tiap 3 detik. Adapun gambar rangkaian sensor sinar infra merah ditunjukkan oleh gambar 4.6. Pada rancangan ini digunakan operational amplifier sebagai penguat dengan pertimbangan untuk memudahkan perhitungan. Selain itu operational amplifier juga mamiliki faktor penguatan yang relafif stabil. Penulis memilih IC TL 084 karena di dalam IC ini terdapat 4 buah operational amplifier sehingga tidak terlalu banyak memerlukan IC. Infrared emiting dioda pada rangkaian ini dipasang forward bias dan berfungsi mengubah arus listrik menjadi sinar infra merah. Sebuah resistor dipasang seri dengan infrared emiting dioda. Dari data sheet diperoleh nilai tegangan infrared emiting dioda V L sebesar 1,5 Volt dan besarnya arus forward I f yang melewatinya yaitu 20 mA. Dari data di atas maka dapat dihitung besarnya tahanan seri Rs dapat dihitung yaitu: infrared emitting diode lempeng propeler angin Photo transistor propeler AT89S51       175 20 5 , 1 5 S S F L S R mA v R I V Vcc R Karena di pasaran tidak ada resistor dengan nilai 175 Ω maka digunakan resistor dengan nilai yang mendekati yaitu 180 Ω. Sinar dari infrared emiting diode ini kemudian diterima oleh phototransisto r untuk diubah kembali menjadi arus listrik. Besar kecilnya arus yang melewati phototransistor sangat dipengaruhi intensitas sinar infra merah yang diterimanya. Arus ini kemudian mempengaruhi besarnya tegangan yang masuk ke kaki non-inverting input pada operational amplifier TL 084. Pada saat sinar infra merah yang diterima phototransistor maksimum maka phototransistor akan mengalami saturasi. Pada saat ini tegangan pada kaki kolektor phototransistor menjadi nol Volt sehingga tegangan yang masuk ke kaki non-inverting input juga menjadi 0 Volt. Pada saat saturasi penulis membatasi besar arus yang melalui phototransistor Is sebesar 5mA, sehingga pada kaki kolektor dipasang sebuah tahanan Rc dengan nilai:       K Rc Rc mA v Rc Is Vcc Rc 1 1000 5 5 Saat tegangan pada kaki inverting input nol Volt maka pada saat ini operational amplifier seolah rangkaian non - inverting amplifier dimana output dari operational amplifier sangat tergantung tegangan pada kaki non - inverting input. Tegangan ini kemudian diperkuat dengan besar penguatan A tergantung nilai dari R f dan Rs. Tegangan output operational amplifier diatur agar dikenal oleh Mikrokontroler AT89S51 sebagai logika ”1”. Logika ”1” biasanya diasumsikan dengan tegangan +5 V. Jika diasumsikan tegangan minimum pada kaki non - inverting input adalah 1 Volt maka untuk mencapai logika ”1” operational amplifier harus mempunyai penguatan A sebanyak 5 kali. Sehingga untuk menentukan besar nilai Rs dan R f dapat dihitung sebagai berikut: Rs R Rs R Rs R Rs R A F F F F 4 4 1 5 1       Jika digunakan nilai R f sebesar 1000 Ω maka besar nilai Rs dapat dihitung, yaitu: Rs = R f : 4 Rs = 1000 : 4 Rs = 250 Ω Nilai resistor yang mendekati nilai ini adalah 220 Ω. Pada kaki non- inverting input operational amplifier dihubungkan dengan variabel resistor V R yang nilai tahanannya dapat diubah-ubah. Adapun dipasang variabel resistor pada kaki ini yaitu untuk mengatur besarnya tegangan pada kaki non-inverting input operational amplifier. Pada saat tidak ada sinar infra merah diterima oleh phototransistor tegangan pada kaki non - inverting input harus sama dengan tegangan pada kaki inverting input . Hal ini dimaksudkan agar pada saat sinar dari infrared emiting dioda terhalang oleh lempeng maka output dari operational amplifier menjadi nol Volt dan Mikrokontroler AT89S51 menge nalinya sebagai logika ”0”. Ini terjadi karena sifat common mode rejection pada operational amplifier dimana input pada kaki inverting input dan non- inverting input akan saling mengurangi, baru kemudian dikuatkan amplified . Variabel resistor V R ini dihubungkan ke Vcc dan ground sehingga seolah membentuk voltage devider. Semakin besar nilai tahanan pada kaki V R yang terhubung kaki inverting input operational amplifier terhadap ground maka semakin besar pula tegangan yang masuk ke inverting input operational amplifier . Jika V R diatur maksimum yaitu sebesar 1000 Ohm maka tegangan yang masuk ke kaki non - inverting input menjadi +5 Volt.Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.6.Jika tahanan pada V R tepat 500 Ohm atau setengah dari nilai V R maka besarnya tegangan pada kaki non - inverting input operational amplifier yaitu: Volt V V x V in in 5 , 2 5 1000 500     Karena pada saat phototransistor terhalang lempeng ouput operational amplifier adalah bit 0 maka pada outputnya ditambahkan inverter yaitu IC 7404 yang berfungsi membalikkan logika 0 menjadi logika 1. Dengan dipasangnya IC inverter maka output rangkaian sensor kecepatan angin ke port 1.0 mikrokontroler AT89S51 pada saat terhalang lempeng adalah bit 1 dan pada saat tidak terhalang lempeng adalah bit 0. +5 V Gambar 4.6 Rangkaian Sensor Inframerah pada propeler

4.6.3 Perancangan Rangkaian Sensor Arah Angin pada Flap

Pada gambar 4.7 dapat dilihat rancangan blok diagram untuk menentukan arah angin. Di bagian luar alat akan dipasangkan flap yang dapat bebas berputar mengikuti arah angin. Flap ini dihubungkan dengan sebuah lempeng yang berisi tangkai switch dan terhubung sumber tegangan + 5 V. Lempeng akan ikut berputar jika flap berputar. Pada bagian bawah lempeng dipasangkan 8 buah plat seng di tiap-tiap arah mata angin. Tiap-tiap plat tidak terhubung satu sama lain. Plat –plat ini masing – masing terhubung dengan salah satu port 2 mikrokontroler AT89S51. 220 Ω 180 Ω V R 1KΩ + 5v 1 KΩ 1K Ω 2 - 4 1 3 + 11 TL 084 Ke P1.0 IC 7404 3 4 Pada saat terkena angin, flap akan berputar sesuai arah angin. Putaran flap akan diikuti oleh putaran lempeng dan tangkai switch. Selama berputar tangkai switch akan mengenai salah satu dari delapan buah lempeng seng. Gambar 4.7 Perancangan pemasangan sensor pada flap Lempeng seng yang terkena tangkai switch mendapat arus listrik dan akan meneruskannya ke kaki port 2 mikrokontroler AT89S51 yang terhubung kepadanya. Kaki port 2 itu mendapat tegangan sebesar + 5V dan menganggapnya sebagai bit 1 high . Tabel 4.2 Hubungan port pada AT89S51 dengan arah mata angin Mikrokontroler AT89S51 akan mengenali kaki port mana yang mendapat bit 1. Jika yang mendapat bit 1 adalah port 2.0 maka mikrokontroler AT89S51 akan mengirim data ke LCD bahwa pada saat itu angin bertiup ke arah utara. Jika PORT AT89S51 ARAH ANGIN

2.0 UTARA

2.1 TIMUR LAUT

2.2 TIMUR

2.3 TENGGARA

2.4 SELATAN

2.5 BARAT DAYA

2.6 BARAT

2.7 BARAT LAUT

Tangkai switch Ke port 2 AT89S51 8 buah lenpeng seng Lempeng yang dapat berputar flap