kontrol pada mesin bor pump
RANCANG BANGUN OTOMATISASI POMPA MOTOR DC DAN SOLENOID VALVE
PADA ALAT UKUR TEKANAN DARAH DAN DENYUT NADI
Taufik Agus Budiyanto
11306141023
Fisika FMIPA UNY
1. Sensor Mpx 2100gp
tekanan
(mmhg)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
delta(mm)
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
out
sensor(mV)
0.267
0.534
0.793
1.066
1.33
1.584
1.866
2.133
2.401
2.667
2.933
3.199
3.466
3.733
4.001
4.266
4.532
4.799
delta(mV)
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
95
100
105
110
115
120
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
5.066
5.342
5.594
5.862
6.141
6.392
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
Untuk peramaan fungsi transfernya didapat dari gradient dari grafik hubungan antara
beasarnya tegangan dengan besarnya tekanan. Untuk nilainya dapat dilihat pada grafik dibawah
ini:
out sensor(mV)
7
y = 0.0534x - 0.0028
R² = 1
tegangan mV
6
5
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
120
140
tekanan mmhg
Dari grafik diatas kita dapat mengetahui persamaan fungsi transfernya yaitu y = 0.0534x 0.0028. dari fungsi tersebut dapat diketahui bahwa nilai tekanan akan selalu linear terhadap
perubahan tegangannya.
2. Penguat instrumentasi (ad620)
out sensor(mV)
0.267
gain(mV)
114
0.534
0.793
1.066
1.33
1.584
1.866
2.133
2.401
2.667
2.933
3.199
3.466
3.733
4.001
4.266
4.532
4.799
5.066
5.342
5.594
5.862
6.141
6.392
225
338
451
563
676
789
902
1015
1128
1242
1353
1466
1579
1691
1804
1917
2030
2143
2255
2368
2481
2594
2707
out sensor vs gain
3000
y = 422.74x + 1.0853
R² = 1
gain(mV)
2500
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
6
7
out sensor (mV)
Dari grafik diatas kita dapat mengetahui persamaan fungsi transfernya yaitu y = 422.74x +
1.0853.
3. Band pass filter
Selain low-pass filter ( sinyal yang lewat hanya frekuensi rendah ), jenis umum lainnya
yaitu high-pass filter( sinyal yang lewat hanya frekuensi tinggi ), band-reject (blok sinyal
tertentu) dan band-pass (menolak frekuensi tinggi dan rendah, hanya melewatkan sinyal sekitar
frekuensi menengah). Yang paling sederhana band-pass filter dapat dibuat dengan
menggabungkan Low-pass filter dengan High-pass filter.
Pada alat yang saya buat mengunakan Band pass filter skema rangkaian dapat dilihat
pada gambar dibawah ini:
Sebelum menentukan nilai R1, R2,C1 dan C2 alangkah baiknya kita mencari fungsi
transfer dari komponen diatas sehingga kita dapat meramalkan nilai R dan C nya, untuk
penurunan rumus fungsi transfernya dapat dilihat di bawah ini:
Sehungga,
( )
( )
( )
( )
(
)(
)
Dengan
( )
Dengan
; maka
(
)(
)
Dari rumus diatas kita dapat memprediksikan nilai dari R dan C nya dengan menggunakan
MATLAB. Adapun untuk program dan hasil plotnya dapat dilihat dibawah ini:
Program
function[] = bandpassfilter ()
% komponen
R1 = 10e3;
R2 = 120e3;
C1 = 47e-6;
C2 = 22e-9;
w = logspace(1,5,500);
H = -(R2*C1*j*w)./((R2*C2*j*w+1).*(R1*C1*j*w+1));
b = abs(H);
C = 20*log10(b);
D = angle(H)*180/pi;
figure;
subplot(2,1,1);
h = semilogx(w,C ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('|H(j\omega)| (dB)');
title('Bandpass Filter');
box off;
grid on;
ylim([min(C) max(C)]);
xlim([0 w(end)]);
subplot(2,1,2);
h = semilogx(w,D ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('\angleH(j\omega) (Deg)');
%box off;
grid on;
ylim([min(D) max(D)]);
xlim([0 w(end)]);
xlabel('Frekuensi (rad/s)');
%================================================
f = linspace(0,3000,500);
w = f*2*pi;
H =-2*(j*w+500)./(j*w + 1000);
figure;
subplot(2,1,1);
h = plot(f,b ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('|H(j\omega)|');
title('bandpassfilter');
box off;
grid on;
ylim([0 max(b)*1.05]);
xlim([0 max(f)]);
subplot(2,1,2);
h = plot(f,D ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('\angleH(j\omega) (Deg)');
box off;
grid on;
ylim([min(D) max(D)]);
xlim([0 f(end)]);
xlabel('Frekuensi (Hz)');
Figure1
Besarnya H(jw) dan phase H(jw) berdasarkan rumus transfer fungsinya
Grafik yang pertama merupakan hubungan antara omega dengan besarnya dari
H(jw). Dari grafik diatas kita dapat mengetahui besarnya cut off low dan cut off high, cut of low
merupakan memfilter frekuensi rendah sedangkan cutoff high frekuensi tinggi, sehingga
didapatkan frekuensi yang kita inginkan atau bandpass filter. Bandpassfilter ini merupakan filter
aktif sehingga tidak mengurangi daya input. Filter aktif ini tersusun dari 2 R dan 2 C, untuk
mengatur range yang kita inginkan kita dapat mengatur nilai komponen yang dipakai. Jika kita
ingin memperbsar rangenya maka kita harus memperbasar komponen komponenya. pada sumbu
x nilainya menggunakan skala logaritmik. Dari itu kita dapat memvariasi cutoff low atau pun
cutoff high apabila kita memvariasi c1 dan R1 maka kita juga sama saja akan memvariasi nilai
cut off lownya sedangkan untuk R2 dan C2 berarti kita juga akan memvariasi cutoff hignya.
Grafik yang kedua merupakn hubungan antara omega dengan phasenya.
Figure 2 ( respon frekuensi skala linear )
4. Coupling AC
Tahap ac kopling digunakan untuk menyediakan tingkat bias DC. Karena saya
ingin tingkat DC gelombang untuk mencari di sekitar setengah Vdd atau setengah dari
5V, yaitu 2,5 V. skema untuk AC tahap kopling ditunjukkan pada Gambar dibawah ini.
Mengingat tingkat bias ini, lebih mudah bagi kita untuk memproses sinyal AC
menggunakan pada -chip ADC dalam mikrokontroler.
Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa setelah sinyal melewati pembagi tegangan, sinyal
tersebut merupakan sinyal AC. Dalam praktikum praktikan menggukan CRO, untuk mengetahui
bahwa sinyal tersebut adalah sinyal AC praktikan meletakan coupling pada CRO ke ground,
selanjutnya mengatur posisi garis yang terdapat pada layar CRO ketengah-tengah layar dan
tengah-tengah layar tersebut dianggap 0V atu gnd, selanjutnya mengarahkan coupling pada CRO
ke AC sehingga mengalami osilasi sehingga osilasinya sperti gambar di bawah ini
( )
( )
( )
( )
(
(
(
function[] = gauss()
% komponen
R1 = 64e3;
R2 = 640e3;
C1 = 47e-6;
w = logspace(1,5,500);
H = (R2*C1*j*w)./((R2*C1*j*w).*((R1^2)*C1*j*w+R1));
b = abs(H);
C = 20*log10(b);
D = angle(H)*180/pi;
figure;
subplot(2,1,1);
h = semilogx(w,C ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('|H(j\omega)| (dB)');
title('COUPLING AC');
box off;
grid on;
ylim([min(C) max(C)]);
)
)
)
xlim([0 w(end)]);
subplot(2,1,2);
h = semilogx(w,D ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('\angleH(j\omega) (Deg)');
Dari garfik diatas kita dapat mengetahui bedafasenya yaitu sebesar 180 derajad. Apabila
kita memperbesar nilai C nya maka akan mempengaruhi waktu responnya, sedangkan ke dua R
nya hanya untuk membuat osilasinya pada keadaan normal pada max = 2.5 v.
5. Pompa Motor DC dan valve
Karena untuk motor DC torsi sebanding dengan arus yang ada pada Ic (T = K * ic
dengan
K
adalah
konstanta ),
Sementara dalam
mode aktif, persamaan yang
berkaitan ic ke Vin dapat ditemukan (catatan VBE = VBE (on/1)), sehingga
(
(
)
)
jika kita meningkatkan Vin, ib meningkat yang berarti meningkat ic dan VCEmenurun
Untuk Vin >> VBE dan VCE = VCE (sat): daerah saturasi,motor mencapai kecepatan maksimum.
Jika kita mengikuti model mekanik motor DC yang diasumsikan satu satunya torsi
diterapkan pada poros motor adalah bahwa poros inersia (Jm) dan redaman
(B) kita dapat menghitung fungsitransfer kecepatan (w) dibandingkan ΔV = Vin- VBE
(
(
)
̇
)
(
)
Menurut transfer fungsi hubungan steady state antara kecepatan dan tegangan dalam hal
ini tidak ada kondisi beban maka:
(
)
6. Funsi transfer total
(
)(
) (
Untuk GS3 dan GS 4
function[] = bandpassfilter ()
% komponen
R1 = 10e3;
R2 = 120e3;
R3= 330e3
C3= 220e-9;
C1 = 47e-6;
C2 = 22e-9;
w = logspace(0,4,500);
I = -(R2*C1*j*w)./((R2*C2*j*w+1).*(R1*C1*j*w+1));
J = -(R3*C1*j*w)./((R3*C3*j*w+1).*(R1*C1*j*w+1));
H = I+J;
b = abs(H);
C = 20*log10(b);
D = angle(H)*180/pi;
figure;
subplot(2,1,1);
h = semilogx(w,C ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('|H(j\omega)| (dB)');
title('Bandpass Filter');
)(
)
(
)
box off;
grid on;
ylim([min(C) max(C)]);
xlim([0 w(end)]);
subplot(2,1,2);
h = semilogx(w,D ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('\angleH(j\omega) (Deg)');
%box off;
grid on;
ylim([min(D) max(D)]);
xlim([0 w(end)]);
xlabel('Frekuensi (rad/s)');
Untuk GS diatas di gabung dengan GS 5( GStotal)=
function[] = bandpassfilter ()
% komponen
R1 = 10e3;
R2 = 120e3;
R3= 330e3;
C3= 220e-9;
C1 = 47e-6;
C2 = 22e-9;
w = logspace(-2,4,500);
I = -(R2*C1*j*w)./((R2*C2*j*w+1).*(R1*C1*j*w+1));
J = -(R3*C1*j*w)./((R3*C3*j*w+1).*(R1*C1*j*w+1));
K = (R2*C1*j*w)./((R2*C1*j*w+1));
H = (I+J)+K;
b = abs(H);
C = 20*log10(b);
D = angle(H)*180/pi;
figure;
subplot(2,1,1);
h = semilogx(w,C ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('|H(j\omega)| (dB)');
title('Bandpass Filter');
box off;
grid on;
ylim([min(C) max(C)]);
xlim([0 w(end)]);
subplot(2,1,2);
h = semilogx(w,D ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('\angleH(j\omega) (Deg)');
%box off;
grid on;
ylim([min(D) max(D)]);
xlim([0 w(end)]);
xlabel('Frekuensi (rad/s)');
PADA ALAT UKUR TEKANAN DARAH DAN DENYUT NADI
Taufik Agus Budiyanto
11306141023
Fisika FMIPA UNY
1. Sensor Mpx 2100gp
tekanan
(mmhg)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
delta(mm)
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
out
sensor(mV)
0.267
0.534
0.793
1.066
1.33
1.584
1.866
2.133
2.401
2.667
2.933
3.199
3.466
3.733
4.001
4.266
4.532
4.799
delta(mV)
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
95
100
105
110
115
120
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
5.066
5.342
5.594
5.862
6.141
6.392
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
0.001
Untuk peramaan fungsi transfernya didapat dari gradient dari grafik hubungan antara
beasarnya tegangan dengan besarnya tekanan. Untuk nilainya dapat dilihat pada grafik dibawah
ini:
out sensor(mV)
7
y = 0.0534x - 0.0028
R² = 1
tegangan mV
6
5
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
120
140
tekanan mmhg
Dari grafik diatas kita dapat mengetahui persamaan fungsi transfernya yaitu y = 0.0534x 0.0028. dari fungsi tersebut dapat diketahui bahwa nilai tekanan akan selalu linear terhadap
perubahan tegangannya.
2. Penguat instrumentasi (ad620)
out sensor(mV)
0.267
gain(mV)
114
0.534
0.793
1.066
1.33
1.584
1.866
2.133
2.401
2.667
2.933
3.199
3.466
3.733
4.001
4.266
4.532
4.799
5.066
5.342
5.594
5.862
6.141
6.392
225
338
451
563
676
789
902
1015
1128
1242
1353
1466
1579
1691
1804
1917
2030
2143
2255
2368
2481
2594
2707
out sensor vs gain
3000
y = 422.74x + 1.0853
R² = 1
gain(mV)
2500
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
6
7
out sensor (mV)
Dari grafik diatas kita dapat mengetahui persamaan fungsi transfernya yaitu y = 422.74x +
1.0853.
3. Band pass filter
Selain low-pass filter ( sinyal yang lewat hanya frekuensi rendah ), jenis umum lainnya
yaitu high-pass filter( sinyal yang lewat hanya frekuensi tinggi ), band-reject (blok sinyal
tertentu) dan band-pass (menolak frekuensi tinggi dan rendah, hanya melewatkan sinyal sekitar
frekuensi menengah). Yang paling sederhana band-pass filter dapat dibuat dengan
menggabungkan Low-pass filter dengan High-pass filter.
Pada alat yang saya buat mengunakan Band pass filter skema rangkaian dapat dilihat
pada gambar dibawah ini:
Sebelum menentukan nilai R1, R2,C1 dan C2 alangkah baiknya kita mencari fungsi
transfer dari komponen diatas sehingga kita dapat meramalkan nilai R dan C nya, untuk
penurunan rumus fungsi transfernya dapat dilihat di bawah ini:
Sehungga,
( )
( )
( )
( )
(
)(
)
Dengan
( )
Dengan
; maka
(
)(
)
Dari rumus diatas kita dapat memprediksikan nilai dari R dan C nya dengan menggunakan
MATLAB. Adapun untuk program dan hasil plotnya dapat dilihat dibawah ini:
Program
function[] = bandpassfilter ()
% komponen
R1 = 10e3;
R2 = 120e3;
C1 = 47e-6;
C2 = 22e-9;
w = logspace(1,5,500);
H = -(R2*C1*j*w)./((R2*C2*j*w+1).*(R1*C1*j*w+1));
b = abs(H);
C = 20*log10(b);
D = angle(H)*180/pi;
figure;
subplot(2,1,1);
h = semilogx(w,C ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('|H(j\omega)| (dB)');
title('Bandpass Filter');
box off;
grid on;
ylim([min(C) max(C)]);
xlim([0 w(end)]);
subplot(2,1,2);
h = semilogx(w,D ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('\angleH(j\omega) (Deg)');
%box off;
grid on;
ylim([min(D) max(D)]);
xlim([0 w(end)]);
xlabel('Frekuensi (rad/s)');
%================================================
f = linspace(0,3000,500);
w = f*2*pi;
H =-2*(j*w+500)./(j*w + 1000);
figure;
subplot(2,1,1);
h = plot(f,b ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('|H(j\omega)|');
title('bandpassfilter');
box off;
grid on;
ylim([0 max(b)*1.05]);
xlim([0 max(f)]);
subplot(2,1,2);
h = plot(f,D ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('\angleH(j\omega) (Deg)');
box off;
grid on;
ylim([min(D) max(D)]);
xlim([0 f(end)]);
xlabel('Frekuensi (Hz)');
Figure1
Besarnya H(jw) dan phase H(jw) berdasarkan rumus transfer fungsinya
Grafik yang pertama merupakan hubungan antara omega dengan besarnya dari
H(jw). Dari grafik diatas kita dapat mengetahui besarnya cut off low dan cut off high, cut of low
merupakan memfilter frekuensi rendah sedangkan cutoff high frekuensi tinggi, sehingga
didapatkan frekuensi yang kita inginkan atau bandpass filter. Bandpassfilter ini merupakan filter
aktif sehingga tidak mengurangi daya input. Filter aktif ini tersusun dari 2 R dan 2 C, untuk
mengatur range yang kita inginkan kita dapat mengatur nilai komponen yang dipakai. Jika kita
ingin memperbsar rangenya maka kita harus memperbasar komponen komponenya. pada sumbu
x nilainya menggunakan skala logaritmik. Dari itu kita dapat memvariasi cutoff low atau pun
cutoff high apabila kita memvariasi c1 dan R1 maka kita juga sama saja akan memvariasi nilai
cut off lownya sedangkan untuk R2 dan C2 berarti kita juga akan memvariasi cutoff hignya.
Grafik yang kedua merupakn hubungan antara omega dengan phasenya.
Figure 2 ( respon frekuensi skala linear )
4. Coupling AC
Tahap ac kopling digunakan untuk menyediakan tingkat bias DC. Karena saya
ingin tingkat DC gelombang untuk mencari di sekitar setengah Vdd atau setengah dari
5V, yaitu 2,5 V. skema untuk AC tahap kopling ditunjukkan pada Gambar dibawah ini.
Mengingat tingkat bias ini, lebih mudah bagi kita untuk memproses sinyal AC
menggunakan pada -chip ADC dalam mikrokontroler.
Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa setelah sinyal melewati pembagi tegangan, sinyal
tersebut merupakan sinyal AC. Dalam praktikum praktikan menggukan CRO, untuk mengetahui
bahwa sinyal tersebut adalah sinyal AC praktikan meletakan coupling pada CRO ke ground,
selanjutnya mengatur posisi garis yang terdapat pada layar CRO ketengah-tengah layar dan
tengah-tengah layar tersebut dianggap 0V atu gnd, selanjutnya mengarahkan coupling pada CRO
ke AC sehingga mengalami osilasi sehingga osilasinya sperti gambar di bawah ini
( )
( )
( )
( )
(
(
(
function[] = gauss()
% komponen
R1 = 64e3;
R2 = 640e3;
C1 = 47e-6;
w = logspace(1,5,500);
H = (R2*C1*j*w)./((R2*C1*j*w).*((R1^2)*C1*j*w+R1));
b = abs(H);
C = 20*log10(b);
D = angle(H)*180/pi;
figure;
subplot(2,1,1);
h = semilogx(w,C ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('|H(j\omega)| (dB)');
title('COUPLING AC');
box off;
grid on;
ylim([min(C) max(C)]);
)
)
)
xlim([0 w(end)]);
subplot(2,1,2);
h = semilogx(w,D ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('\angleH(j\omega) (Deg)');
Dari garfik diatas kita dapat mengetahui bedafasenya yaitu sebesar 180 derajad. Apabila
kita memperbesar nilai C nya maka akan mempengaruhi waktu responnya, sedangkan ke dua R
nya hanya untuk membuat osilasinya pada keadaan normal pada max = 2.5 v.
5. Pompa Motor DC dan valve
Karena untuk motor DC torsi sebanding dengan arus yang ada pada Ic (T = K * ic
dengan
K
adalah
konstanta ),
Sementara dalam
mode aktif, persamaan yang
berkaitan ic ke Vin dapat ditemukan (catatan VBE = VBE (on/1)), sehingga
(
(
)
)
jika kita meningkatkan Vin, ib meningkat yang berarti meningkat ic dan VCEmenurun
Untuk Vin >> VBE dan VCE = VCE (sat): daerah saturasi,motor mencapai kecepatan maksimum.
Jika kita mengikuti model mekanik motor DC yang diasumsikan satu satunya torsi
diterapkan pada poros motor adalah bahwa poros inersia (Jm) dan redaman
(B) kita dapat menghitung fungsitransfer kecepatan (w) dibandingkan ΔV = Vin- VBE
(
(
)
̇
)
(
)
Menurut transfer fungsi hubungan steady state antara kecepatan dan tegangan dalam hal
ini tidak ada kondisi beban maka:
(
)
6. Funsi transfer total
(
)(
) (
Untuk GS3 dan GS 4
function[] = bandpassfilter ()
% komponen
R1 = 10e3;
R2 = 120e3;
R3= 330e3
C3= 220e-9;
C1 = 47e-6;
C2 = 22e-9;
w = logspace(0,4,500);
I = -(R2*C1*j*w)./((R2*C2*j*w+1).*(R1*C1*j*w+1));
J = -(R3*C1*j*w)./((R3*C3*j*w+1).*(R1*C1*j*w+1));
H = I+J;
b = abs(H);
C = 20*log10(b);
D = angle(H)*180/pi;
figure;
subplot(2,1,1);
h = semilogx(w,C ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('|H(j\omega)| (dB)');
title('Bandpass Filter');
)(
)
(
)
box off;
grid on;
ylim([min(C) max(C)]);
xlim([0 w(end)]);
subplot(2,1,2);
h = semilogx(w,D ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('\angleH(j\omega) (Deg)');
%box off;
grid on;
ylim([min(D) max(D)]);
xlim([0 w(end)]);
xlabel('Frekuensi (rad/s)');
Untuk GS diatas di gabung dengan GS 5( GStotal)=
function[] = bandpassfilter ()
% komponen
R1 = 10e3;
R2 = 120e3;
R3= 330e3;
C3= 220e-9;
C1 = 47e-6;
C2 = 22e-9;
w = logspace(-2,4,500);
I = -(R2*C1*j*w)./((R2*C2*j*w+1).*(R1*C1*j*w+1));
J = -(R3*C1*j*w)./((R3*C3*j*w+1).*(R1*C1*j*w+1));
K = (R2*C1*j*w)./((R2*C1*j*w+1));
H = (I+J)+K;
b = abs(H);
C = 20*log10(b);
D = angle(H)*180/pi;
figure;
subplot(2,1,1);
h = semilogx(w,C ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('|H(j\omega)| (dB)');
title('Bandpass Filter');
box off;
grid on;
ylim([min(C) max(C)]);
xlim([0 w(end)]);
subplot(2,1,2);
h = semilogx(w,D ,'r');
set(h,'LineWidth',1.4);
ylabel('\angleH(j\omega) (Deg)');
%box off;
grid on;
ylim([min(D) max(D)]);
xlim([0 w(end)]);
xlabel('Frekuensi (rad/s)');