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