BAB 3 ANALISIS DAN PERANCANGAN
3.1 Perancangan Hardware
3.1.1 Diagram Blok
Secara garis besar, diagram blok dari rangkaian projek Tugas Akhir ini terdiri dari 2 blok besar dengan keseluruhan memiliki 7 bagian. Diagram blok rangkaian dapat
ditunjukkan pada gambar 3.1 berikut ini:
SENSOR ULTRA SONIC
M ICR
O C
O N
TR O
LLER A
T 89S51
1 PEMANCAR
INFRA MERAH PENEERIMA
INFRA MERAH
M IC
R O
C O
N TR
O LLER
A T
89S51 2
RANGKAIAN TTL RS 232
PERSONAL COMPUTER
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Pendeteksi Banjir
3.1.2 Prinsip kerja Diagram Blok
Pada keadaan awal sistem diaktifkan, dimana proyek tugas akhir ini penulis menggunakan sensor ultra sonic ping Parallax sebagai pengukur besaran tinggi
permukaan air. Ketika sensor ultra sonik Ping Parallax bekerja dengan mengeluarkan gelombang ultra sonik dan mengenai objek serta mendeteksi pantulannya, maka
sensor akan mengeluarkan frekwensi tertentu terhadap besaran jarak tertentu. Dikarenakan sensor sudah mengeluarkan tegangan digital, maka selanjutnya data
sudah dapat diteruskan ke pusat pengolahan data yaitu mikrokontroller AT89S51mikrikontroller 1. Dan berdasarkan perintah yang telah diprogram pada
Universitas Sumatera Utara
mikrokontroller AT89S51 mikrikontroller 1 data yang didapat dari pengukuran akan dikirimkan melalui infrared sebagai media pengiriman data nirkabel wireless.
Data yang dikirimkan melalui media infrared akan dideteksi oleh penerima infrared yaitu modul TSOP 1738. Data yang telah diterima akan diteruskan ke
mikrokontroller AT89S51 mikrikontroller 2 untuk membandingkan data. Selanjutnya data yang telah di bandingkan akan dikirim ke PC melelui modul RS 232
untuk menampilkan data pengukuran yang telah di dapat.
3.1.3 Perancangan Sensor
Sensor ultrasonic merupakan sensor yang memanfaatkan gelombang ultra sonic sebagai device yang akan mengukur ketinggian muka air. Pada kenyataannya suatu
gelombang dapat terserep atau terbias pada benda-benda yang transparan seperti pada air ataupun kaca. Untuk dapat menempatkan sensor ini, sehingga dapat bekerja secara
efisien, maka dapat diperhatikan untuk benda penghalang yang tidak dapat menyerap atau membiaskan gelombang ultrasonik sehingga gelombang dapat terpantul
sempurna pada modul receiver sensor. Output sensor ultrasonic yaitu berupa frekwensi yang mempresentasikan
lamanya waktu pantulan yang terjadi dari mulai gelombang dipancarkan hingga diterima pada modul penerima sensor. Pada pin SIG ini akakn di sambungkan pada
port IO pada mikrokontroller. Sementara masukan pada pin VCC tegangan untuk dapat mengoprasikan tegangan ini yaitu sebasar 5V yang di dapat dari Power Supply
sebagai sumber tegangan . pin GND merupakan grounding yang akan disambungkakn pada kutub negatif power supply. Secara keseluruhan sensor ultrasonic ini dirancang
dapat dilihat pada gambar 3.2 .
VCC To PIN IO Microkontroller
Gambar 3.2 Perancangan Sensor Ultra Sonic PING
Universitas Sumatera Utara
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
mikrokontroller 1 hanya berupa tegangan high 1 dan low 0. Berikut gambar rangkaian driver untuk sensor ultra sonik pada gambar 3.3 .
Gambar 3.3 Driver sensor ultra sonic ping
Pada rangkin driver transistor jenis NPN merupakan drain tegangan yang akan aktif jika diberi tegangan lebih besar dari 0,9V. Mikrokontroller 1 akan
mengaktifkan sensor untuk mengukur dengan cara memberikan logika high 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 high 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.
Universitas Sumatera Utara
3.1.4 Perncangan Power Supply PSA
Rangkaian PSA ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Dikarenakan beberapa rangkaian memerlukan 2 besaran tegangan, maka PSA
yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian. Rangkaian power
supplay ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini :
Gambar 3.4 Rangkaian Power Supplay PSA
Trafo CT adalah trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC arus bolak-balik menjadi 12 volt AC arus searah. Kemudian 12
volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan diratakan oleh kapasitor 2200 F. Regulator tegangan 5 volt LM7805CT
digunakan untuk keluaran yang dihasilkan setabil pada 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya, sementara LED hanya berfungsi sebagai
indikator apabila PSA diaktifkan. Transistor PNP TIP 32 disini berfungsi untuk mensupplay arus apabila terjadi kekurangan arus pada rangkaian, sehingga regulator
tegangan LM7805CT tidak akan panas ketika rangkaian butuh arus yang cukup besar. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 buah dioda penyearah.
3.1.5 Perancangan Rangkaian Mikrokontroler AT89S51
Untuk dapat mengendalikan rangkaian yang mandiri diperlukan device yang dapat menghitung, mengingat, dan mengambil pilihan serta digunakan sebagai pemrosesan
data. Mikrokontroller sudah cukup untuk menjadi pengelolaan data pada rangkaian
Universitas Sumatera Utara
digital. Minimum sistem dari Rangkaian mikrokontroler ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Gambar.3.5 Rangkaian mikrokontroller AT89S51
Pin 31 External Access Enable EA diset high H. 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 mikrokontroller AT89S51. dalam mengeksekusi setiap perintah dalam
program. Pin 9 merupakan masukan reset aktif tinggi. Pulsa transisi dari rendah ke
AT89S51
Universitas Sumatera Utara
tinggi akan me-reset mikrokontroller 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 power supplay. Pin 40 merupakan sumber tegangan positif dihubungkan dengan + 5
volt dari power supplay. 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.
3.1.6 Perancangan rangkaian Pengirim Data Melalui Infra Merah
Data yang telah diproses pada mikrokontroller AT89S51 mikrokontroller 1 akan dikirimkan melalui media transmisi data secara wireless yaitu dengan memanfaatkan
LED infra merah sebagai jalur nirkabel. Rangkaian pemancar infra merah dapat dilihat pada gambar 3.6 berikut:
Gambar 3.6 Rangkaian Pengirim Data Melelui Media Infra Merah
Universitas Sumatera Utara
Untuk mengaktifkan LED infra merah pada port output pada mikrokontroller AT89S51 dapat dilakukan dengan memberikan logika High 1 yang akan
mengeluarkan tegangan pada kisaran 4 sd 5 Volt. Hal ini cukup untuk mengaktifkan base pada transistor C945, dimana transistor akan bekerja jika diberikan tegangan
lebih dari 0,7 Volt. Sementara untuk memetikan LED infra mereh, pada port output diberikan logika 0 dimana base kekurangan tegangan. Tegangan pada port output
jika diberikan logika 0 yaitu berkisar antara 0 sd 0,009 Volt. Pada keadaan seperti ini menngakibatkan transistor tidak aktif.
Pada sistem pengiriman data dengan inframerah harus dipancarkan dengan frekwensi 38 sd 40 KHz, hal ini dikarenakan frekwensi ini bebas dari gangguan
frekwensi infra merah alam sehingga jarak pengiriman data dapat semakin jauh . Jika LED infra merah dipancarkan 38KHz, maka pengiriman data akan terganggu oleh
frekwensi-frekwensi inframerah dari alam seperti inframerah yang dipancarkan oleh matahari, tumbuhan dan bahkan frekwensi dari tubuh manusia.
Untuk memancarkan frekwensi 38KHz dari LED infra merah, langkah yang harus dilakukan yaitu mengkedipkan menghidup dan matikan pancaran dari LED
dengan memberikan logika high dan low pada port output. Selang waktu prioda yang di perlukan untuk mengedipkan LED yaitu dengan rumus:
� =
1 �
............................................................................. [3.1] Pada saat sistem penerima infra merah menerima pancaran dari pemancar, maka
output dari penerima akan berlogika high 1 dan selanjutnya jika pemancaran inframerah dihentikan, maka penerima akan berlogika low 0 sesaat yaitu sekitar
±1200 µs kemudian akan menjadi aktif high 1 kembali walaupun tidak ada pancaran infra merah. Hal ini sudah merupakan karakteristik dari penerima infra merah yang
digunakan TSOP 1738. Pengirima data pada sistem ini dilakukan jika logika high 1 setelah logika low 0 sesaat itu lah yang dijadikan sebagai data, sehingga dengan
mengatur lebar pulsa high 1 tersebut dengan suatu nilai tertentu dan menjadikan nilai tersebut sebagai data, maka pengiriman dapat dilakukan.
Universitas Sumatera Utara
3.1.7 Perancangan rangkaian Penerima Data Infra Merah
Pengiriman data menggunakan Sinar infra merah yang dipancarkan oleh pemancar infra merah mempunyai aturan tertentu agar data yang dipancarkan dapat diterima
dengan baik di penerima. Oleh sebab itu baik di pengirim infra merah maupun penerima infra merah harus mempunyai aturan yang sama dalam mengirim dan
menerima sinyal yang membawa data tersebut dan kemudian mendekodekannya kembali menjadi data biner pada modul Receiver TSOP1738. Modul menerima infra
merah ini merupakan komponen yang peka terhadap cahaya yaitu berupa photodioda atau. Photodioda ini akan merubah energi cahaya infra merah menjadi pulsa-pulsa
sinyal listrik. Komponen ini juga harus mampu mengumpulkan sinyal infra merah sebanyak
mungkin sehingga pulsa-pulsa sinyal listrik yang dihasilkan kualitasnya cukup baik. Dalam penerimaan infra merah, sinyal ini merupakan sinyal infra merah yang
termodulasi. Pemodulasian sinyal data dengan sinyal carrier pada frekuensi tertentu akan dapat memperjauh transmisi data sinyal infra merah. Semakin besar area
penerimaan maka sudut penerimaannya juga semakin besar. Kelemahan area penerimaan yang semakin besar ini adalah noise yang dihasilkan juga semakin besar
pula. Suatu penerima pada sistem komunikasi cahaya harus memenuhi syarat antara lain:
1. Sensitivitas yang tinggi.
Karena detektor cahaya digunakan pada suatu panjang gelombang tertentu, maka sensitivitas tertinggi ditempatkan pada daerah panjang gelombang yang dimaksud.
2. Diperlukan respon waktu yang cepat,
Dalam hal ini bertujuan agar sistem dapat dioperasikan pada kecepatan tinggi yang akan meningkatkan efisiensi sistem komunikasi. Jika waktu respon terlalu lama maka
data carier yang dibawa dapat rusak atau dalam keadaan tidak utuh diksrenakan rugi- rugi dari noise frekwensi.
3. Noise internal yang dibangkitkan detektor harus sekecil mungkin.
Rangkaian modul penerima infra merah dapat dilihat pada gamnbar 3.7 di bawah ini:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.7 Rangkaian Penerima Data Infra Merah
Pada rangkaian di atas menggunakan resistor 100 Ohm yang berfungsi untuk membatasi arus yang masuk pada rangkaian, sementara resistor 10 K Ohm digunakan
untuk membatasi arus yang menuju pin IO pada mikrokontroller agar arus yang ada pada IC mikrokontroler sama dengan output dari modul rangkaian penerima infrared.
Sedangkan kapasitpr 10 µF berfungsi untuk menstabilkan arus yang masuk pada IC TSOP 1738. IC ini mempunyai karakteristik yaitu akan mengeluarkan tegangan ±4,5
Volt jika keadaan logika high 1 pada outputnya jika terdeteksi adanya pancaran infra merah dalam rentang frekwensi 38
– 40 KHz, dan mengeluarkan tegangan ±0,109 Volt, jika terdapat logika low 0 pada output jika tidak mendeteksi adanya pancaran,
namun jika keadaan low sesaat yaitu sekitar 1200µs, setelah itu outputnya akan kembali menjadi high. Kaadaan inilah yang akan dimanfaatkan untuk transmisi
pengiriman data. Output dari rangkaian ini dihubungkan pada IO pin mikrokontroller sehingga setiap kali IC ini mengeluatkan logika high 1 atau logika low 0 pada
outputnya, mikrokontroller akan dapat mendeteksi mendeteksinya.
3.2 Perancangan Software