Gambar 3.4. Gambaran umum rancangan hardware
3.5. Perancangan Hardware
Pada perancangan hardware ini yaitu meliputi perancangan mekanik casing dan sonde, perancangan rangkaian pembangkit ultrasonik, rangkaian
penguat ultrasonik, perancangan modul LCD, dan perancangan kontrolling. Rangkaian
transmitter
Rangkaian penguat Rx1 dan
Rx2
Memicu pulsa timer
Mengolah waktu penerimaan Rx1 dan Rx2
3.5.1. Perancangan Mekanik
Dalam perancangan mekanik ini telah dibuat desain dan gambaran alat dengan ukuran yang telah di sesuaikan dengan sistem kerja dan sensitivitas
sensor, yang ditunjukkan oleh Gambar 3.5.
Gambar 3.5. a desain sonde b desain casing sensor
Bahan yang digunakan untuk membuat casing dan sonde adalah alumunium dengan diameter 24 mm dan 39 mm serta panjang yang telah di
tentukan. Bahan alumunium tersebut kemudian dibentuk dan dipotong sedemikian rupa dengan ukuran yang telah di desain dengan menggunakan mesin bubut.
35 cm 10 cm 17 cm
a b
Gambar 3.6. Mesin bubut dan bahan alumunium
3.5.2 Perancangan Rangkaian Pembangkit Gelombang Ultrasonik
Rangkaian pembangkit ultrasonik dibuat untuk membangkitkan sensor ultrasonik yang berfungsi sebagai pemancar transmitter. Rangkaian ini dibuat
secara sederhana dengan menggunakan IC 4049 yang di kombinasikan dengan rangkaian RC sehingga memperoleh hasil frekuensi yang sesuai dengan
karakteristik sensor ultrasonik yang digunakan. Rangkaian yang akan dibuat sebelumnya telah di simulasikan dengan menggunakan software Multisim dan
teruji menghasilkan pulsa kotak dengan range frekuensi 36 - 42 kHz. Frekuensi yang di hasilkan dapat di tentukan dengan mengkombinasikan ukuran resistor dan
kapasitor. Rangkaian yang dibuat pada dasarnya tidak bisa menghasilkan pulsa dengan frekuensi fix 40 kHz, oleh karena itu di tambahkan potensio untuk
mengkombinasikan frekuensi yang di hasilkan sekitar 40 kHz.
U1A 4049BD_15V
U1B 4049BD_15V
R1 18kΩ
C1 1uF
R2 4.7kΩ
R3 10kΩ
Key=A
50
1 3
2 4
Q1 BD139
R4 1kΩ
5
6 7
Gambar 3.7. Rangkaian pembangkit ultrasonik
3.5.3. Perancangan Rangkaian Penguat Gelombang Ultrasonik
Gelombang yang diterima oleh transduser penerima ultrasonik receiver sangat kecil, oleh karena itu dibutuhkan suatu penguat yang dapat menguatkan
sinyal ultrasonik tersebut agar dapat di analisa pada tampilan osiloskop. Rangkaian penguat tersebut dibuat dengan menggunakan IC CA 3140 yang
merupakan IC Op-amp. Rangkaian penguat berintikan dua IC op-amp CA3140, sebuah IC yang memiliki input mosfet yang memiliki impedansi tinggi. Impedansi
ini sangat berguna dalam penguatan sinyal yang kecil seperti transduser ultrasonik ini. Penguatan dilakukan dua tingkat. Penguatan pertama dilakukan oleh IC1
sebesar R3R1 kali 100 kali. Penguat an ke dua dilakukan oleh IC2 sebesar R7R4 10 kali. Maka penguatan total dari dua Op-amp tersebut adalah 1000 kali.
Selanjutnya, dari hasil penguatan dilakukan filterisasi dengan filter frekuensi rendah low pass filter dengan menggunakan kapasitor C dioda IN4148 yang
Tx
Mikrokontroller
sekaligus berfungsi sebagai penyearah sinyal yang diterima. Akibatnya sinyal yang diterima hanya aktif pada sinyal setengah gelombang pada simetri atas. Pada
sistem pengukuran pulsa ultrasonik, sinyal yang diterima dibawa kembali ke bentuk pulsa gelombang kotak dengan level tegangan digital 5 volt. Hal ini
didasarkan pada sistem pengolahan sinyal untuk pengukuran jarak antara dua obyek yang menggunakan perangkat digital mikrokontroler. Rangakaian tersebut
dapat dilihat pad gambar berikut :
Gambar 3.8. Rangkaian penguat ultrasonik
3.5.3. Rangkaian LCD
LCD dipakai untuk menampilkan data interval transit time kedua receiver yang di proses oleh mikrokontroler yang telah menghitung waktu pemancaran
pulsa hingga penerimaan pulsa oleh kedua receiver. Data tersebut telah di olah
U1A
CA3240AE
3 2
4
8 1
U1B
CA3240AE
5 6
4
8 7
C1 1nF
R1 10kΩ
C2 1nF
C3 1nF
C4 1nF
C5 1nF
R2 1MΩ
R3 10kΩ
R4 100kΩ
R5 10kΩ
R6 10kΩ
VCC 12V
D1 1N4148
D2 1N4148
1 2
3
5 6
R7 10kΩ
4 VCC
7 9
8
Rx Out
oleh mikrokontroller dengan mnegurangkan waktu pemancaran pulsa dengan waktu penerimaan gelombang pada dua receiver. Hal ini tentu saja dapat
membantu penampilan data pada osiloskop. LCD yang digunaka berkarakter 16 x 2, dimana LCD yang dipakai mempunyai 16 kolom dan 2 buah baris dengan
background berwarna putih terang dan karakter putih. LCD tersbut memiliki beberapa pin yaitu pin RS, RW, Enable, Db – Db7
serta pin untuk supplai dan mengatur contrast dan backlight. LCD tersebut dipasang terintegrasi dengan port serial dan control contrast dan backlight yang
dibuat dalam satu board.
Gambar 3.9. Rangkaian LCD 16x2
3.5.4. Perancangan program mikrokontroller
Mikrokontroller yang digunakan adalah mikrokontroller Atmega 16. Program dirancang sesuai dengan sistem yang diharapkan. Pada rancangan ini
mikrokontroller digunakan untuk memicu pulsa ultrasonik dengan delay waktu
tertentu sehingga dapat di terima oleh kedua receiver, selanjutnya data kedua receiver tersebut di olah sebagai waktu kedatangan. Mikrokontroller telah
melakukan counting waktu dari saat pengiriman sinyal. Data waktu tersebut kemudian dipanggil dan dilakukan pengurangan terhadap waktu penerimaan dan
hasilnya ditampilkan pada LCD. Perancangan program telah dirangkum dalam
flowchart pada Gambar 3.10. Untuk memudahkan pengolahan data pada
mikrokontroller maka ketiga sistem yang diinginkan diolah pada port yang berbeda pada mikrokontroller yaitu Port C untuk LCD, Port A untuk triger
pengiriman pulsa, dan Port B untuk pengolahan dua receiver. Pada perancangan software ini digunakan bahasa pemprograman C dengan
software compiler menggunakan Code Vision AVR . Program utama bertugas membaca nilai hasil pengurangan waktu pada saat pengiriman pulsa sampe
penerimaan.
Gambar 3.10. Program Mikrokontroller
Start
Inisialisasi : - Port
- Lcd - timer
Tampilan LCD “ Prototype
Sonic Log”
Wait ms
Picu Ultrasonik Set Port A.0 = 1
Nyalakan timer
Wait ms
Siapkan Port B untuk dua
receiver If Port B.0 dan B.1
menerima pulsa logika high
Hitung
P.B.0 =1 ? P.B.1 =1 ?
Hitung B.1 -B.0
Tampilkan pada LCD
Tunda 1 detik
3.6. Pengujian Alat
Pengujian alat dilakukan untuk memastikan apakah seluruh komponen pendukung yaitu Instrument elektronik, mekanik dan kontrolling telah siap untuk
di gunakan. Pada pengujian ini dilakukan beberapa tahap pengamatan yaitu :
1. Menganalisis pulsa gelombang rangkaian transmitter apakah sudah tepat pada frekuensi yang di inginkan.
2. Memastikan rangkaian penerima dengan cara membuat sistem transmisi secara kontinu pada rangkaian untuk mengetahui respon sensor.
3. Menganalisa bentuk gelombang pemicu mikrokontroller. 4. Melihat gelombang yang ditransmisikan setelah di picu menggunakan
mikrokontrller. 5. Melihat dan menganalisis bentuk gelombang yang di terima oleh kedua
receiver. Pengujian dilakukan pada skala laboratorium dengan media transmisi
berupa dinding dengan jarak transmisi ke media sekitar 1-5 cm. Pengujian alat ini dilakukan untuk mengetahui respon awal dari gelombang yang diterima oleh
kedua receiver dengan mnganalisa interval waktu kedatangannya.
56
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Sonic log
Prototype Sonic log telah dibuat dengan desain mekanik dan elektronik yang telah dirancang sebelumnya dengan ukuran yang disesuaikan. Penyesuaian ukuran
didasarkan pada kondisi pengujian dan karakteristik sensor ultrasonik yang digunakan. Berikut desain mekanik dan hasil alat Sonic log yang telah dibuat.
a Desain awal b Realisasi
Gambar 4.1 Sonic log
Box rangkaian
35 cm 10 cm
17 cm
Sonde
Transmiter
Receiver 1
Receiver 2
Mikrokontroller Rangkaian Tx
dan Rx
Display Prototype
Sonic log
Sensor Ultrasonik Tx dan Rx
Osiloskop Mul
timeter
57 Pengujian prototipe dilakukan pada skala laboratorium dengan kondisi
sederhana yaitu transmisi pada media dinding dengan jarak transmisi ke media dinding yaitu sekitar 1-5 cm. Dari pengujian tersebut dihasilkan nilai interval
waktu transit gelombang ultrasoni pada kedua receiver sebesar 550 µs. Nilai
tersebut dapat dilihat pada analisa respon gelombang yang diterima oleh kedua receiver pada osiloskop, dimana osiloskop di setting timediv 500
µs artinya setiap kotak mewakili 500
µs. Nilai tersebut juga di display pada LCD dengan kontrol menggunakan mikrokontroller dengan hasil yang sedikit
berbeda yaitu 558 µs. Ketika pulsa mulai di transmisikan maka mikrokontroller mulai menghitung dan
ketika mendapat respon dari kedua receiver, counter mulai berhenti dan kemudian hasilnya dikurangkan, waktu penerimaan R2 dikurangi waktu penerimaan R1.
Bentuk gelombang dan display nilai travel time yang ditampilkan merupakan nilai pada jarak 5 cm.
Pembacaan data interval transit time DT gelombang ultrasonik dilakukan dengan mengkontrol hasil output respon dari kedua receiver. Output receiver
dibuat seolah memiliki tegangan fix ketika mendapat respon yaitu 3 volt ketika mendapat respon logika high dan 1,5 volt ketika tidak ada respon logika low.
Hal ini untuk memudahkan pengolahan output dengan menggunakan mikrokontroller.
Ketika pulsa
ditransmisikan maka
secara otomatis
mikrokontroller akan melakukan counting penghitungan dan selanjutnya ketika receiver 1 mendapat respon maka counter akan mati dan menyimpan data timer,
hal yang sama dilakukan dengan delay tertentu untuk receiver 2, selanjutanya data
58 timer kedua receiver dikurangkan receiver 2 dikurangi receiver 1 kemudian
hasilnya di display pada lcd 16x2 Gambar 4.2.
Gambar 4.2. Tampilan interval transit time
Mikrokontroller yang digunakan yaitu jenis ATmega 16 dan di program menggunakan bahasa C pada software Code Vision AVR, listing program secara
lengkap ditunjukkan pada Lampiran 2.
Mengingat frekuensi kerja pada rangkaian osilator harus di sesuaikan dengan respon dan sensitivitas dari sensornya. Maka untuk mendapatkan
frekuensi kerja yang efektif dilakukan pengujian alat dengan menentukkan jarak antara kedua receiver dengan transmitter tidak terlalu jauh. Rangkaian osilator
yang dibuat tidak semata-mata menghasilkan frekuensi 40 kHz dikarenakan kombinasi RC pada rangkaian harus di sesuaikan dengan komponen yang ada di
pasaran. Setelah dilakukan beberapa tahapan maka didapat range frekuensi antara 33- 42 kHz. Kemudin dilakukan pengujian untuk mengambil data frekuensi yang
efektif dengan jumlah pulsa yang sama yaitu 6 pulsa
LCD
ATMEGA 16