3.2 Perancangan Perangkat Keras 3.2.1 Penampil Frekuensi
LCD 2x16 digunakan untuk menampilkan nilai frekuensi yang sedang dibangkitkan oleh alat. LCD 2x6 dihubungkan ke Arduino melalui pin 2,3,4,5,6,
dan 7 pada Arduino UNO. Rangkaian skematik penampil frekuensi tampak seperti pada gambar 3.3.
Kontras layar LCD dapat diubah-ubah dengan mengatur tegangan yang masuk ke pin VEE. Dengan menggunakan resistor variabel yang dirangkai seperti
pada gambar 3.3, tegangan masuk dapat diubah-ubah sehingga kontras layar dapat disesuaikan dengan resistor variabel.
Gambar 3.3 Rangkaian skematik penampil frekuensi
3.2.2 Rangkaian Pengendali Frekuensi
Push button atau tombol digunakan untuk menaikkan dan menurunkan nilai
frekuensi yang ingin dibangkitkan. Tombol pertama dihubungkan ke pin 11 Arduino yang berfungsi untuk menaikkan frekuensi sedangkan tombol kedua
Universitas Sumatera Utara
dihubungkan ke pin 9 Arduino yang berfungsi untuk menurunkan frekuensi. Rangkaian skematik pengendali frekuensi dapat dilihat pada gambar 3.4.
Pada rangkaian ini tidak digunakan resistor pull-up karena pada Arduino sudah ada resistor pull-up internal yang dapat digunakan. Resistor pull-up
berfungsi untuk menghindari terjadinya floating pada input Arduino. Floating artinya keadaan saat mikrokontroler sulit menentukan apakah input pada posisi
HIGH atau posisi LOW. Dengan adanya resistor pull-up maka mikrokontroler dapat memastikan apakah pin masukan dalam keadaan HIGH atau LOW.
Gambar 3.4 Rangkaian skematik tombol pengendali frekuensi
3.2.3 Rangkaian penguat
Tegangan keluaran dari pin output Arduino adalah 5 Volt dengan arus maksimum 40 mA. Jika pin output Arduino dihubungkan langsung ke speaker
ultrasonik maka intensitas bunyi yang dihasilkan dapat dihitung sesuai dengan persamaan 2 sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
� =
5
2
10
6
4 3,14 1 1 � =
25 . 10
−6 2
12,56
2
� = 1,99 . 10
−6 2
Dengan menggunakan persamaan 6 tingkat intensitas bunyi dapat diketahui sebagai berikut:
� = 10 1,99 . 10
−6 2
10
−12 2
� = 10 1,99 . 10
6
� = 62,99 Untuk memperbesar tingkat intensitas bunyi yang dihasilkan dibutuhkan
rangkaian penguat. Rangkaian penguat ini berfungsi sebagai penguat daya. Rangkaian penguat tampak seperti pada gambar 3.5.
Gambar 3.5 Rangkaian skematik penguat
Universitas Sumatera Utara
Transistor yang digunakan pada rangkaian ini adalah transistor 2SC1162. Menurut datasheet 2SC1162 daya kolektor yang aman adalah 10W. V
cc
maksimum pada rangkaian ini adalah 12V maka sesuai persamaan 8 I
cmaks
yang disarankan adalah:
� =
�
� =
10 12
� ≅ 0,83333
� ≅ 833,33
Faktor penguatan minimal yang transistor adalah 60. Untuk menjaga agar tidak melebihi I
cmaks
maka sesuai persamaan 6 arus maksimal yang dapat mengalir pada basis adalah:
� =
833,33 60
� = 13,89
Sesuai persamaan 7 nilai tahanan minimal yang digunakan untuk membatasi arus masuk ke basis transistor Q1 adalah:
= 5
− 0,7 13,89
= 309, 58 �
Nilai resistor yang dijual di pasaran yang mendekati nilai diatas adalah resistor dengan nilai 309
Ω, sehingga pada perancangan ini resistor yang digunakan adalah resistor 309
Ω. Menurut datasheet, faktor penguatan transistor ini mencapai ±100 pada saat arus kolektor berada pada rentang 0,5-1 A pada suhu
25
o
C. Jika faktor penguatan mencapai titik maksimal, maka arus kolektor akan
Universitas Sumatera Utara
melebihi dari yang diharapkan. Agar arus pada kolektor tidak melebihi dari yang seharusnya pada saat faktor penguatan mencapai titik maksimal, maka arus basis
minimal adalah: �
= 833,33
100 �
≅ 8 Untuk mendapatkan I
bmin
maka nilai resistor yang dapat digunakan adalah: =
5 − 0,7
8 = 537,5
� Karena besarnya faktor penguatan tidak diketahui secara pasti, maka
resistor yang digunakan adalah resistor variabel yang nilainya dapat diubah-ubah. Resistor variabel ini akan diserikan dengan resistor 309
Ω. Untuk mendapatkan R
max
, maka nilai resistor variabel yang digunakan adalah 228,5 Ω. Resitor variabel
yang nilainya mendekati 228 Ω yang ada di pasaran adalah 200 Ω, karena itu pada
perancangan ini resistor variabel yang digunakan adalah resistor variabel 200 Ω.
Speaker yang digunakan memiliki impedansi yang sangat tinggi, yaitu 1 MΩ. Karena impedansi yang begitu tinggi, rangkaian penguat tidak akan sanggup
men-drive speaker. Karena itu speaker diparalelkan dengan resistor lain agar nilai tahanan pada kolektor transistor berkurang. Nilai maksimum tahanan total pada
kolektor adalah 14,4 Ω. Impedansi total dapat dihitung dengan rumus:
= 2
+ 2 9
Keterangan: Z
T
= Impedansi total Ω Z
s
= Impedansi speaker Ω
Universitas Sumatera Utara
Karena nilai Z
s
sangat besar dibandingkan dengan nilai R2, maka Z
T
menjadi: ≅ 2
≅ 14,4 � Untuk mendapatkan impedansi total 14,4 Ω, speaker dapat diparalelkan
dengan resistor 14,4 Ω. Karena daya yang digunakan pada kolektor ±10 W, maka resistor yang digunakan haruslah resistor dengan daya besar, seperti resistor
keramik. Resistor keram ik yang ada di pasaran yang mendekati nilai 14,4 Ω
adalah 15 Ω. Sehingga pada perancangan ini speaker diparalelkan dengan resistor
keramik 15 Ω seperti tampak pada gambar 3.5.
Intensitas bunyi yang dihasilkan setelah melalui rangkaian penguat adalah:
� =
0,83 15 �
2
10
6
�
4 3,14 1 1 � =
155 . 10
−6
12,56
2
� = 12,34 . 10
−6
Dengan demikian tingkat intensitas bunyi juga dapat dihitung menjadi: � = 10
12,34 . 10
−6 2
10
−12 2
� = 70,91 Bunyi yang dihasilkan ini masih tergolong aman untuk didengarkan
karena tidak melebihi batas ambang pendengaran manusia, yaitu 120 dB.
Universitas Sumatera Utara
3.2.4 Rangkaian LED Indikator
