PENGUBAH KECEPATAN PUTAR MOTOR DC MENJADI TEGANGAN DC PADA APLIKASI PENGATUR KECEPATAN PUTAR MOTOR DC

  1 PENGUBAH KECEPATAN PUTAR MOTOR DC

MENJADI TEGANGAN DC PADA APLIKASI PENGATUR KECEPATAN PUTAR MOTOR DC

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Elektro

  Disusun Oleh: A. WAHYU WIDODO NIM: 005114013 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007

  2 CONVERTER OF DC MOTOR ROTATION SPEED TO DC

  

VOLTAGE

  

IN APPLICATION OF DC MOTOR ROTATION SPEED

CONTROLLER

FINAL PROJECT

  Presented as a partial fulfillment of the requirements for the degree of SARJANA TEKNIK of Electrical Engineering Study Program

  

By:

A.

WAHYU WIDODO

  

Student Number: 005114013

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2007

  3

  4

  5 Pernyataan Keaslian Karya Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, 31 Juli 2007 Penulis

  A. Wahyu Widodo

  6 HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN

  

“ Kegagalan dalam hidupku akan

menjadikanku mengerti apa arti dari hidup yang sesungguhnya”

“ Janganlah kamu melangkah dalam

keraguan, karena akan membawamu dalam kegagalan” “ Never give up, cause life is too beautiful for that”

  KUPERSEMBAHKAN UNTUK BAPA DI SURGA, PUTERANYA YESUS, DAN BUNDA MARIA

  Aku percaya Engkau akan memberikan apa yang aku minta jika aku meminta kepadaMU.

  Ayahku Alm. V. Wahyudi, aku percaya engkau selalu menemaniku disetiap langkahku. Ibuku M. Gunarti,terima kasih atas dorongan dan doa yang selalu mengiringi setiap langkahku.

  7 INTISARI Motor dc merupakan komponen yang sering digunakan sebagai penggerak dalam alat industri maupun alat-alat lain yang membutuhkan penggerak. Untuk itu diperlukan alat pengukur kecepatan putaran motor dc sebagai pengontrol kinerja sistem penggerak tersebut. Selain itu dengan mengetahui besarnya kecepatan, pengaturan besarnya kecepatan dapat dilakukan dengan mudah.

  Pengubah Kecepatan Putar Motor DC Menjadi Tegangan DC Pada Aplikasi Pengatur Kecepatan Putar Motor DC merupakan alat ukur yang terpasang pada motor DC yang dipakai untuk mengukur kecepatan putaran motor serta mengkonversi kecepatan putaran motor mnjadi tegangan dc. Alat ini menampilkan besaran kecepatan dalam rotation per minute (rpm), frekuensi putaran motor dalam HZ dengan 4 digit seven segment dan tegangan dc dalam volt dengan digital volt meter.

  Alat ini terdiri dari beberapa bagian. Optocoupler sebagai sensor pendeteksi putaran motor, pencacah baik dekade maupun BCD, rangkaian pengunci, rangkaian konverter data digital menjadi data analog, rangkaian penguat, seven segment dan digital volt meter sebagai penampil.

  Alat ini mampu mengubah kecepatan putar motor dc dengan jangkauan 1383 rpm sampai 2424 rpm menjadi tegangan keluaran dc 2.74 volt sampai 4.80 volt dengan kesalahan sebesar 2 %

  Kata kunci: pengukur kecepatan putar, konversi frekuensi ke tegangan, pengontrol kecepatan.

  8 ABSTRACT The DC motor represents the component which is often used as an activator in industrial appliance and others, dissimilar appliance requiring activator. For that needed by the measuring instrument of DC motor rotation as controller of the performance system activator. Beside, given the level of speed, arrangement of its level of speed can be done easily.

  Converter of DC Motor Rotation Speed to DC Voltage in Application of DC Motor Rotation Speed Controller is a measuring instrument attached at DC motor applied to measure motor rotation speed and convert it to DC voltage. The instrument present the level of speed in rotation per minute (rpm), motor rotation frequency in Hz with 4 digits of seven segments and DC voltage in volt with digital volt meter.

  This instrument consisted of some parts. Optocoupler as sensor of motor rotation speed detector, decade and BCD counter, latch circuit, digital to analog converter, amplifier circuit, seven segment and digital volt meter as display of the level of speed.

  This instrument was able to measure the rotation speed of the DC motor within the range of 1383 rpm to 2424 rpm resulting output DC voltage 2.74 volt to 4.80 volt with level of error 2 percent.

  Keywords: measurement of rotation speed, Frequency conversion to voltage, speed controller

  9 KATA PENGANTAR Puji Syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, oleh karena pemimpinan dan penyertaannya sehingga penulis dapat menyelesaikan

  Tugas Akhir yang berjudul” Pengubah Kecepatan Putar Motor DC Menjadi Tegangan DC pada Aplikasi Pengatur Kecepatan Putar Motor DC”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik dalam penyusunannya, banyak pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan pada penulis, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada:

  1. Bapak Agustinus Bayu Primawaan, S.T, M.Eng, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Martanto, ST., MT., Selaku Pembimbing yang telah membimbing dalam penulisa Tugas Akhir.

  3. Pimpinan Fakultas Teknik, Dosen-dosen Teknik Elektro dan karyawan laboratorium TE yang sangat membantu penulis selam kuliah dan juga penelitian.

  4. Alm. Bapak, Ibu tercinta, terimakasih atas segala doa, bimbingan dan perhatian.

  5. Kakak dan adikku, Mas Adit, Mbak Tami, Bowo dan Keponakanku Bintang, Terimakasih atas dukungan kalian.

  6. Mbah Jondit, Terimakasih untuk semua perlengkapannya.

  7. Teman-temanku: Robert Iwan, M. Prima Sigit; Si Boss, Andre, Joko, terima kasih telah membantuku.

  10

  8. Sahabat-sahabatku yang spesial: Rani, Reni, Lia, Frans, Cristy, Moko, kalian telah memberikanku keceriaan dalam hidupku.

  9. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu, terima kasih .

  Penulis menyadari bahwa Tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, karena itu dengan segala kerendahan hati, kritikan dan saran yang membangun dari semua pihak akan penulis terima dengan senang hati. Harapan penulis semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi para pembacanya.

  Yogyakarta, 31 Juli 2007 Penulis

  A. Wahyu Widodo

  11 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL........................................................................................ i HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ............................................. ii HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................... iii PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ......................................................... iv HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN.............................................. v

  INTISARI......................................................................................................... vi ABSTRACT..................................................................................................... vii KATA PENGANTAR ..................................................................................... viii DAFTAR ISI ................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiii DAFTAR TABEL............................................................................................ xv DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... xvi

  BAB 1. PENDAHULUAN .............................................................................. 1

  1.1. Latar Belakang ............................................................................. 1

  1.2. Rumusan Masalah ......................................................................... 2

  1.3. Batasan Masalah............................................................................ 2

  1.4. Tujuan Masalah ............................................................................. 3

  1.5. Manfaat Penelitian......................................................................... 3

  1.6. Motodologi Penelitian ................................................................... 4

  1.7. Sistematika Penulisan.................................................................... 4

  BAB II. DASAR TEORI ................................................................................. 6

  2.1. Pengertian Kecepatan .................................................................... 7

  2.1.1. Kecepatan Linier Objek Berputar........................................ 7

  2.1.2. Kecepatan Sudut Objek Berputar ........................................ 8

  2.2. Sensor putaran motor..................................................................... 10

  2.2.1. Kecepatan Putar Motor........................................................ 11

  2.3. Pembagi Frekuensi ........................................................................ 11

  2.4. Gerbang Logika Pasar ................................................................... 12

  12

  2.4.1. Gerbang AND...................................................................... 12

  2.4.2. Gerbang NOT ...................................................................... 13

  2.4.3. Gerbang NAND................................................................... 14

  2.5. Rangkaian Generator Basis Waktu................................................ 15

  2.6. Penggerbangan .............................................................................. 16

  2.7. Pemicu Schmitt.............................................................................. 18

  2.8. Pencacah Module 256 (8 bit)......................................................... 19

  2.9. Pencacah BCD............................................................................... 20

  2.10. Pengancing CD-LATCH ............................................................... 22

  2.11. Pengendali LATCH dan RESET ................................................... 23

  2.12. Penyandi BCD to 7-segmen .......................................................... 24

  2.13. Seven Segment .............................................................................. 25

  2.14. Digital to Analog Converter (DAC) .............................................. 27

  2.15. Penguat .......................................................................................... 29

  2.15.1. Penguat Penjumlah (summing Amplifier)........................ 29

  2.15.2. Penguat Pembalik (Inverting)............................................ 30

  2.16. Pengendali ..................................................................................... 31

  2.16.1. Kendali Proporsional ......................................................... 32

  2.16.2. Kendali Integral ................................................................. 33

  2.16.3. Kendali Propersional Integral............................................ 34

  2.17. Penggerak Motor ........................................................................... 36

  2.18. Motor DC ...................................................................................... 37

  BAB III. PERANCANGAN ALAT................................................................. 39

  3.1. Sensor Putaran Motor .................................................................... 39

  3.1.1. Keceptan Putaran Motor...................................................... 41

  3.2. Perwaktu Stabil.............................................................................. 41

  3.3. Rangkaian Basis Waktu dan Penggerbangan ................................ 42

  3.4. Rangkaian Pengendali Lacth dan Reset ........................................ 43

  3.5. Rangkaian Pencacah Biner ............................................................ 44

  3.6. Rangkaian Pencacah BCD Hingga Penampil................................ 45

  3.7. Konverter Digital ke Analog (DAC) ............................................. 48

  3.8. Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) .................................... 50

  13

  3.9. Penguat Proporsional..................................................................... 51

  3.9.1. Penguat Integral................................................................... 52

  3.9.2. Penguat Proporsional Integral ............................................. 54

  BAB IV. DATA DAN PEMBAHASAN ......................................................... 57

  4.1. Hasil Akhir Perancangan............................................................... 57

  4.2. Data Kecepatan Putar Motor DC................................................... 58

  4.3. Perbandingan Pengukuran Kecepatan Menggunakan Osiloskop Digital dengan Rancangan ........................................... 60

  4.3.1. Perhitungan Kesalahan Pengukuran pada Tampilan Digital.................................................................................. 63

  4.4. Data Konversi Digital ke Analog .................................................. 65

  4.4.1. Perbandingan DAC Pada Rancangan dengan Hasil Perhitungan .............................................................. 69

  4.5. Pengendali Proporsional Integral.................................................... 71

  BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN.......................................................... 76

  5.1. Kesimpulan ................................................................................... 76

  5.2. Saran.............................................................................................. 76 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 77 LAMPIRAN..................................................................................................... LI

  14 DAFTAR GAMBAR Halaman

Gambar 2.1. Diagram kotak pengubah frekuensi kecepatan motor DC menjadi tegangan DC pada aplikasi pengatur kecepatan motor DC secara

  umum ........................................................................................ 6.

Gambar 2.2. Sensor putaran motor ....................................................................... 10Gambar 2.3. Diagram Kotak Pembagi Frekuensi ................................................. 11Gambar 2.4. Simbol logika gerbang AND........................................................... 12Gambar 2.5. Simbol logika gerbang NOR ............................................................ 13Gambar 2.6. Simbol logika gerbang NAND......................................................... 14Gambar 2.7. Diagram basis waktu (Time base) .................................................... 15Gambar 2.8. Penggerbangan ................................................................................. 16Gambar 2.9. Timing diagram penggerbangan ...................................................... 17Gambar 2.10. Karakteristik pemicu Schmitt........................................................ 18Gambar 2.11. Pencacah biner 8 bit ....................................................................... 19Gambar 2.12. Pencacah BCD................................................................................ 20Gambar 2.13. Bentuk gelombang keluaran pencacah BCD.................................. 22Gambar 2.14. Rangkaian D Latch......................................................................... 22Gambar 2.15. Pulsa Latch dan Reset .................................................................... 23Gambar 2.16. Rangkaian pengendali Latch dan Reset ........................................ 24Gambar 2.17. Untai penampil tujuh segmen......................................................... 26Gambar 2.18. Penampil tujuh segmen .................................................................. 26Gambar 2.19. Tujuh segmen dalam digit decimal ................................................ 26Gambar 2.20. Rangkaian LED .............................................................................. 27Gambar 2.21. Dasar rangkain DAC 8 bit.............................................................. 28Gambar 2.22. Rangkaian DAC dengan satu keping IC ........................................ 28Gambar 2.23. Penguat penjumlah ......................................................................... 29

  Gambar 2. 24. Penguat pembalik .......................................................................... 31

Gambar 2.25. Pangkalan pengendali. Proposional ............................................... 32Gambar 2.26. Rangkaian Kendali Integral............................................................ 33

  Gambar 2.27Rangkaian kendali proposional Intergral ......................................... 35

  15 Gambar 2.28.Rangkaian penguat arus .................................................................. 37 Gambar 2.29.Rangkaian ekiuvalen motor DC ...................................................... 38

Gambar 3.1. Diagram blok rangkaian pengubah Frekuensi kecepatan motor DC menjadi tegangan DC pada aplikasi pengatur kecepatan motor

  DC ............................................................................................. 39 Gambar 3.2.Gambar Sensor putaran motor DC .................................................... 40 Gambar 3.3.Gambar rangkaian pewaktu stabil .................................................... 42 Gambar 3.4.Rangkaian baris waktu dan penggerbangan ...................................... 43 Gambar 3.5.Rangkaian pengendali latch dan reset ............................................... 43 Gambar 3.6.Rangkaian IC 4040............................................................................ 44 Gambar 3.7.Rangkaian percacah decade .............................................................. 45 Gambar 3.8.Rangkaian pengunci hingga penampil .............................................. 47 Gambar 3.9.Perancangan rangkaian DAC ........................................................... 48 Gambar 3.10.Gambar rangkaian penjumlah Beda ................................................ 51 Gambar 3.11.Rangkaian penguat Proposional ...................................................... 52 Gambar 3.12.Rangkaian penguat Integral ............................................................ 53 Gambar 3.13.Hubungan antara input dan output pada kendali PI ........................ 55 Gambar 3.14.Rangkaian penguat proposional Integral ........................................ 56 Gambar 4.1.Hasil perancangan ........................................................................... 57 Gambar 4.2.Gambar Sinyal Keluaran Sensor Kecepatan Motor DC dengan Vi =

  3.5 V.......................................................................................... 58 Gambar 4.3.Gambar Sinyal Keluaran Sensor Kecepatan Motor DC dengan Vi = 4

  V................................................................................................ 59 Gambar 4.4.Grafik Perbandingan Pengukuran Osiloskop Digital Dengan

  Percobaan. ................................................................................. 62 Gambar 4.5.Respon output kontrol PI, dengan KP=1, Ki=1, Vset = 0.5 V......... 72 Gambar 4.6.Respon output kontrol P1, dengan KP=1, Ki=1, Vset = 2 V. .......... 73

Gambar 4.7. Respon output kontrol PI, dengan KP=1, Ki=1, Vset = 3 V........... 73Gambar 4.8. Respon output kontrol PI, dengan KP=1, Ki=1, Vset = 4 V........... 74

  16 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1.Tabel kebenaran gerbang AND 2 masukan ........................................ 12 Tabel 2.2.Tabel kebenaran gerbang NOT ............................................................ 13

Tabel 2.3. Tabel kebenaran gerbang NAND........................................................ 15Tabel 2.4. Tabel kebenaran pencacah BCD ......................................................... 21

  Tabel 2.5.Tabel kebenaran penggrendel D .......................................................... 23 Tabel 2.6.Jalur segment yang Aktif ..................................................................... 25 Tabel 3.1.Besarnya pengeluaran DAC menurut perhitungan ............................. 50 Tabel 4.1.Perbandingan antara data percobaan pada tampilan digital dengan pengukuran menggunakan Osiloskop Digital. ............................. 61 Tabel 4.2.Tabel Kesalahan Pengukuran Kecepatan Motor DC ........................... 64 Tabel 4.3.Data perhitungan dan pengukuran pada DAC ..................................... 66 Tabel 4.4.Perubahan keluaran setiap tingkat pengukuran.................................... 68 Tabel 4.5.Perbandingan output DAC perancangan dengan hasil perhitungan..... 69 Table 4.6.Data proposional Integral..................................................................... 71

  17 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Ganbar keseluruhan rangkaian Lampiran 2. Data sheet optocoupler H21A2 Lampiran 3. Data sheet IC 4040 Lampiran 4 . Data sheet IC 4017 Lampiran 5. Data sheet IC 74 LS 75 Lampiran 6. Data sheet IC 74 LS 90 Lampiran 7. Data sheet IC 74 LS 47 Lampiran 8. Data sheet IC 74 LS 132 Lampiran 9. Data sheet IC 74 LS 14 Lampiran 10. Data sheet IC MC 1408 Lampiran 11. Data sheet IC LM 741 xvi

  18 BAB I

  PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

  Dalam sistem kontrol kecepatan putar motor DC hal penting yang harus dilakukan adalah mendefisinikan struktur sistem tersebut secara tepat.

  Jika sebuah sistem kontrol adalah sistem yang stabil dan hanya memerlukan perbaikan respon baik mengurangi atau memperbesar kecepatan respon, maka yang dilakukan adalah membuat sistem kontrol dari jenis proporsional dan integral. Kontrol ini merupakan gabungan antara kontrol proporsional dan kontrol integral yang mampu melakukan perbaikan sistem kontrol. Dalam kontrol kecepatan motor DC dibutuhkan suatu umpan balik ( feed

  back ) agar sistem menjadi stabil. Pengubah kecepatan putar motor DC pada

  aplikasi pengatur kecepatan putar motor DC pada rancangan ini merupakan feed back dalam sistem kontrol kecepatan motor DC.

  Karena masukan sistem kontrol berupa tegangan DC maka frekuensi kecepatan motor DC diubah menjadi tegangan DC menggunakan rangkaian pengubah kecepatan putar motor DC menjadi tegangan DC. Pengubah kecepatan putar motor DC menjadi tegangan DC pada aplikasi pengatur kecepatan motor DC ini, merupakan rangkaian yang mampu mengubah frekuensi kecepatan motor DC menjadi tegangan DC. Rangkaian ini didasarkan pada sistem digital dan sistem analog. Pada rangkaian ini pulsa – pulsa digital dari keluaran sensor kecepatan motor DC akan diubah kedalam data analog (tegangan). Secara umum rangkaian ini terdiri dari motor DC,

  1

  19 sensor kecepatan, pencacah frekuensi yang hasil cacahannya ditampilkan oleh unit penampil (display) serta sebuah pengontrol.

  1.2. Rumusan Masalah

  Sistem yang akan dirancang ini terdiri dari pengendali,motor DC, sensor kecepatan, pencacah frekuensi, penguat serta unit penampil. Pengubah kecepatan putar motor DC menjadi tegangan DC pada aplikasi pengatur kecepatan motor DC mempunyai beberapa rumusan masalah sebagai berikut:

  1. Membuat pengontrol motor DC dengan menentukan sistem pengontrolan serta besar penguatan agar sistem menjadi stabil dan memiliki nilai error yang kecil.

  2. Membuat pengubah frekuensi putar motor menjadi tegangan DC (frequency to voltage) dengan sistem digital dengan masukan yang berupa frekuensi kecepatan motor DC.

  3. Menampilkan hasil dari pengubah frekuensi menjadi tegangan DC (frequency to voltage) dan nilai tegangan DC dengan menggunakan penampil digital.

  1.3. Batasan Masalah

  Sistem pengubah kecepatan putar motor DC menjadi tegangan DC pada aplikasi pengatur putaran motor DC dirancang memiliki spesifikasi sebagai berikut :

  1. Kecepatan maksimum putaran motor DC pada rancangan ini sebesar 2550 rpm.

  20

  2. Frekuensi maksimum putaran motor DC pada rancangan ini sebesar 42 Hz.

  3. Time base (waktu buka) yang digunakan pencacah untuk mencacah sebesar 1 detik.

  4. Tegangan DC keluaran pada rancangan ini antara 0 V saampai 5 V.

  5. Penampil yang digunakan yaitu penampil digital berupa seven segment dan DVM (Digital Volt Meter).

  1.4. Tujuan Penelitian

  1. Membuat pengubah kecepatan putar motor DC menjadi tegangan DC menggunakan rangkaian digital.

  2. Dapat mengetahui proses pengkonversian kecepatan putar motor DC menjadi tegangan DC.

  3. Dapat mengukur dan mengetahui kecepatan putar motor DC dengan menggunakan sensor kecepatan .

  4. Dapat mengetahui nilai rpm dan frekuensi putar motor dengan menggunakan seven segment dan nilai tegangan DC dan DVM (Digital

  Volt Meter ).

  1.5. Manfaat Penelitian

  1. Merealisasikan salah satu bentuk teknik pengkonversian dari data digital menjadi data analog.

  2. Dapat memanfaatkan dan menerapkan sistem kontrol Proportional Integral pada pengendali kecepatan putar motor DC.

  21

  3. Hasil penelitian ini dapat dikembangkan untuk keperluan yang lainnya, misalnya untuk mengubah frekuensi kecepatan putar motor AC menjadi tegangan DC.

  1.6. Metodologi Penelitian

  1. Studi literatur yang ada serta mempelajari cara kerja dan cara merencanakan dalam pembuatan peralatan tersebut.

  2. Perancangan alat mennggunakan teori yang sudah ada untuk mendapatkan karakteristik yang sesuai dengan keinginan ke dalam rangkaian yang disusun menjadi kesatuan utuh.

  3. Melakukan pengamatan pada titik-titik uji penting melalui percobaan di laboratorium.

  1.7. Sistematika Penulisan

  Sistem penulisan digunakan dalam laporan tugas akhir ini disusun dalam bentuk sebagai berikut : BAB

  I. Pendahuluan yang berisi mengenai latar belakang penulisan, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian serta sistematika penulisan.

  BAB II. Dasar teori yang berisi mengenai dasar-dasar teori yang mendasari perangkat pengubah kecepatan putar motor DC menjadi tegangan

  DC pada aplikasi pengatur putaran motor DC

  BAB

  III. Perancangan pengubah kecepatan putar motor DC menjadi tegangan DC pada aplikasi pengatur putaran motor DC, yang berisi

  22 perancangan tiap bagian dari pengubah kecepatan putar motor DC menjadi tegangan DC pada aplikasi pengatur putaran motor DC.

  BAB IV. Hasil dan pembahasan terisi data hasil percobaan alat yang telah dibuat beserta pembahasannya. BAB V. Kesimpulan dan saran berisi kesimpulan dan penelitian yang telah dilakukan serta saran yang dianggap perlu.

  23 BAB II

DASAR TEORI

  Pengubah kecepatan putar motor DC menjadi tegangan DC pada aplikasi pengatur kecepatan motor DC adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk mengetahui nilai tegangan DC hasil dari konversi frekuensi masukan. Frekuensi kecepatan putar motor DC akan diketahui dengan menggunakan sensor (opto

  

coupler ). Dengan menggunakan pembagi frekuensi maka akan didapat frekuensi

  putar maksimal sebesar 42 Hz. Frekuensi tersebut yang akan menjadi masukan bagi frekuensi counter dan hasil cacahan akan ditampilkan oleh penampil (display). Setelah dicacah maka menjadi data digital yang kemudian oleh DAC akan dikonversi menjadi data analog (tegangan). Kemudian nilai tegangan tersebut dimasukkan ke summing amplifier bersama-sama tegangan set point. Tegangan error keluaran dari summing amplifier selanjutnya akan menjadi masukan pengontrol proportional integrator. Tegangan keluaran kontrol ini yang akan menjadi pengontrol kecepatan putar motor DC.

• Set point

  ∑ P I Penguat

• Motor SENSOR

  Freq to Voltage Gb. 2.1. Diagram kotak pengubah frekuensi kecepatan motor DC menjadi tegangan DC pada aplikasi pengatur kecepatan motor DC secara umum

  24

2.1 Pengertian Kecepatan

  Kecepatan adalah perpindahan oleh suatu objek tiap satu satuan waktu. Misalkan suatu objek mempunyai kecepatan 10 m/s, artinya tiap satu second objek mengalami perpindahan sebesar 10 m. Pengertian di atas merupakan pengertian secara umum. Pada kenyataanya terdapat bermacam- macam kecepatan. Berikut ini akan dijelaskan tentang kecepatan pada objek berputar.

2.1.1 Kecepatan Linier (kecepatan Tangensial) Objek Berputar

  Kecepatan linier objek yang berputar didefinisikan sebagai panjang lintasan (busur) yang ditempuh oleh suatu objek oleh satu satuan waktu. Besarnya kecepatan tangensial adalah

  S v = ................................................................................... (2.1) t

  ketarangan: v : kecepatan linier objek berputar (m/s) S : panjang lintasan yang ditempuh oleh objek berputar (m) t : waktu tempuh lintasan untuk satu putaran, lintasan objek yang berputar sama dengan keliling lingkaran itu sendiri:

  S =

  2 . . R ................................................................. (2.2) π

  Dengan R adalah jari-jari lingkarang objek yang berputar (m)

  25 Bila waktu yang dibutuhkan untuk satu kali putaran adalah T second, maka: 2 . . R

  1 π

  v = : dengan T = T f

  Sehingga:

  = π v 2 . . f . R ......................................................................... (2.3)

  ketarangan T = periode putaran 9s) f = frekuensi (Hz) Dari persamaan di atas diketahui hubungan antara kecepatan sudut dengan kecepatan liniernya:

  v = 2 . π . f . R dengan 2 . π . f = ω v = ω . R ............................................................................... (2.4)

  Artinya lininer sebading dengan kecepatan sudut dan sebanding dengan jari-jari putarannya.

2.1.2 Kecepatan Sudut Objek Berputar

  Kecepatan sudut berputar atau disebut juga kecepatan anguler objek berputar, didefinisikan sebagai besar perubahan sudut yang terjadi tiap satau satuan waktu. Besarnya kecepatan sudut dapat diperoleh dengan persamaan:

  ∆θ

  ω = .......................................................................... (2.5)

  ∆t

  26 Untuk satu kali putaran diperoleh perubahan sudut ( π

  ∆θ ) sebesar 2 radian dalam waktu t = T second Sehingga:

  2 R

  1 π

  ω = ; dengan T =

  T f

  maka:

  = π ............................................................................ (2.6a) v 2 . . f

  Keterangan:

  ω = Kecepatan sudut objek yang berputar (rad/s)

  ∆θ = Perubahan sudut (rat) Untuk mendapatkan ω dalam satuan rpm (rotation per minute), maka: 1 putaran/s = 2

  π.rad/s = 60 rpm sehingga 1 rad/s = 30/

  π rpm maka persamaan 2-6 dapat di ubah menjadi,

  ω (rpm) = 60 f .................................................................... (2.6b)

  keterangan: ω (rpm) = kecepatan objek berputar dalam rpm.

  27

2.2 Sensor Putaran Motor

  Sensor putaran motor berupa perangkat yang terdiri dari piringan bercelah yang dipasang pada poros motor dan optocoupler yang dilewatkan padanya piringan tersebut, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. Sensor putaran motor: (a) piringan bercelah, (b) rangkaian

  optocoupler Optocoupler berupa komponen yang terdiri dari dioda inframerah

  sebagai pemancar cahaya dan fototransistor sebagai penerima cahaya. Pada saat inframerah mengenai fototransistor, maka fototransistor jenuh. Hal ini mengakibatkan arus Ib mengalir ke arah ground, keluaran fototransistor tinggi sehingga keluaran pemicu Schmitt menjadi rendah (logika 0).

  Sedangkan pada saat sinar terhalang maka fototransistor dalam keadaan cut-

  off , keadaan ini membuat arus melalui resistor dan membuat keluaran

  transistor rendah, sehingga keluaran pemicu Schmitt menjadi tinggi (logika 1). Putaran motor menyebabkan kombinasi tinggi rendah dengan periode tertentu tergantung kecepatan putaran motor.

  28

2.1.1. Kecepatan Putar Motor

  Telah diketahui bahwa kecepatan putaran motor dibaca dari celah-celah pada piringan motor yang dilewatkan pada optocoupler.

  Kecepatan dinyatakan dengan : n = dalam satuan rotasi per menit ( rpm ) angka yang ditampilka n 60 detik

• n = jumlah celah waktu buka

2.3 Pembagi Frekuensi

  Pembagi frekuensi digunakan untuk mendapatkan frekuensi yang diinginkan. Frekuensi yang diinginkan tergantung pada pencacah yang digunakan, misalnya pencacah 6 berarti akan menurunkan frekuensi dan time base menjadi 1/6 dari frekuensi semula. Sama halnya untuk pencacah modulo 10, 1/10 dari frekuensi semula. Penurunan frekuensi dilakukan dengan cara seperti pada gambar 2.3 berikut:

  Frekuensi dari Pencacah dengan Frekuensi akhir

  Pewaktu dasar modulo Y (X/Y Hz) (X Hz)

  Frekuensi awal Pembagi frekuensi Frekuensi hasil

Gambar 2.3. Gambar Diagram Kotak Pembagi Frekuensi

  29

2.4 Gerbang Logika Dasar

2.4.1 Gerbang AND

  Gerbang AND mempunyai dua atau lebih masukan dan satu keluaran. Keluaran dari gerbang AND akan bernilai logika 1 jika semua masukan bernilai juga logika 1. Oleh karena itu gerbang AND kadang-kadang juga disebut ”gerbang semua atau tidak”.

  Simbol logika gerbang AND dua masukan dapat dilihat pada gambar 2.4 di bawah ini.

  A Y B AND2

Gambar 2.4. Simbol logika gerbang AND

  Dalam Aljabar Boolean, persamaan untuk gerbang AND dapat ditulis sebagai berikut : Y = A • B ..................................................................................... (2.7)

Tabel 2.1 Tabel kebenaran untuk gerbang AND dua masukan

  B A Y

  

1

  1

  1

  

1

  1

  30

2.4.2 Gerbang NOT

  Semua gerbang logika diatas mempunyai paling sedikit dua masukan dan satu keluaran. Akan tetapi gerbang NOT hanya mempunyai satu masukan dan satu keluaran. Gerbang NOT berfungsi untuk memberikan suatu keluaran yang tidak sama (terbalik) dengan masukan. Jika nilai masukan gerbang NOT bernilai logika 0, maka keluaran akan bernilai logika 1. Sebaliknya jika masukan gerbang bernilai logika 1, maka keluarannya akan bernilai logika 0. Oleh karena itu gerbang NOT sering kali disebut ”pembalik”.

  Gerbang NOT disimbolkan seperti pada gambar 2.5 di bawah ini : A Y

  NOT

Gambar 2.5. Simbol logika gerbang NOT

  Aljabar Boolean untuk gerbang NOT adalah sebagai berikut :

  Y = ………………………………………………...……… (2.8) A

  Tabel 2.2 Tabel kebenaran gerbang NOT

  A Y

  1

  1

  31

2.4.3 Gerbang NAND

  Gerbang NAND terdiri dari dua buah atau lebih masukan dan sebuah keluaran.Gerbang NAND tersusun dari dua gerbang yaitu gerbang NOT dan gerbang AND sehingga keluaran akhir NAND adalah hasil operasi NOT-AND.

  Simbol gerbang NAND dapat dilihat digambar 2.6 berikut.

  A

Y

B NAND2

Gambar 2.6. Simbol logika gerbang NAND Aljabar boolean untuk gerbang NAND

• Y = A B ................................................................... (2.9)

Tabel 2.3 Tabel kebenaran gerbang NAND

• B A B

  A

  1

  

1

  1

  1

  1

  1

  

1

2.5 Rangkaian Generator Basis Waktu

  Rangkaian generator basis waktu adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk menghasilkan lamanya pengukuran dan sekaligus menentukan basis waktu pengukuran yang akan digunakan oleh pencacah.

  32 Ketepatan perioda yang dihasilkan oleh basis waktu akan sangat berpengaruh pada pengukuran frekuensi. Rangkaian basis waktu dapat diperlihatkan seperti gambar 2.7. dari frekuensi kecepatan putaran motor DC

  Pencacah T gate

  Frekuensi : X

  1 : X 2 : X n

  referensi

  1 Hz

Gambar 2.7. Diagram basis waktu (time base)

  Cara kerjanya: gelombang kotak (pulsa) dari sebuah pembangkit frekuensi dimasukkan ke pembagi atau disebut juga pencacah, sehingga menghasilkan basis waktu. Pulsa-pulsa yang dihasilkan osilator dibagi oleh pencacah X1 sampai Xn. Pembagi X1 sampai Xn membagi frekuensi dasar osilator hingga diperoleh basis waktu yang diinginkan.

  Untuk menghasilkan waktu pencacahan yang baik maka pulsa keluaran dari pembangkit frekuensi diharapkan mencapai 1 Hz. Hasil dari

  time base ini akan menjadi pulsa bagi penggerbangan.

2.6 Penggerbangan

  Penggerbangan suatu pencacah berarti menghidupkan hanya selama satu periode dan dalam periode ini pencacah akan mencacah banyaknya

  33 pulsa yang tibapadamasukannya.Gambar 8.memperlihatkan cara sederhana penggerbangan. Gerbang NAND melewatkan pulsa f-in. Pulsa F-in ditempatkan pada masukan NAND yang satu, sedang pada masukan satu lagi pulsa T-gate seperti terlihat dalam Gambar 2.8. f-in

  Out gate T-gate

  A B

Gambar 2.8. Penggerbangan

  Gerbang NAND akan terbuka saat pulsa f-in dan T-gate pada logika tinggi. Bila pulsa masukan T-gate pada logika rendah maka keluaran pada outgate adalah kebalikan dari pulsa f-in.

  Waktu pulsa antara A dan B disebut gating time atau waktu buka. Selama waktu buka yang ditentukan, pencacah akan melakukan pencacahan. Waktu buka atau gating time sangat berpengaruh pada pengukuran. Bila

  

gating time atau waktu buka pengukuran lebih lama maka keakuratan dari

data yang akan diperoleh cukup baik.

  Banyaknya pulsa yang dapat dilewatkan oleh gerbang NAND adalah frekuensi yang terukur. Waktu buka yang dipilih akan menentukan banyaknya pulsa yang masuk ke pencacah. Misal gating time yang dipergunakan adalah 1 detik, gerbang NAND dapat melewatkan 50 pulsa, maka frekuensi terukur adalah 50 Hz. Jadi,

  Banyaknya pulsa yang dicac ah F = (Hertz) _terukur waktu buka

  34 Bentuk gelombang hasil penggerbangan dan rangkaian basis waktu diperlihatkan gambar 2.9 berikut : f-in

  T-gate 1 detik Out gate

Gambar 2.9. Timing diagram penggerbangan

  F-in adalah sinyal dalam bentuk gelombang frekuensi dari media yang diukur, sesudah dibentuk oleh pemicu schmitt, T-gate adalah bentuk gelombang dari gating time yang digunakan dalam pengukuran yang berasal dari rangkaian basis waktu, dan out gate adalah bentuk gelombang keluaran selama waktu buka yang dipilih, selanjutnya menjadi input bagi pencacah dekade dan pencacah biner.

2.7 Pemicu Schmitt

  Pemicu Schmitt merupakan komponen yang mampu mengubah sinyal sinus, segitiga dan gigi gergaji menjadi sinyal kotak dengan pinggiran naik dan turun yang tajam. Perpindahan antara keadaan tinggi (1) dan rendah (0) digambarkan seperti grafik karakteristik pemicu Schmitt pada gambar 2.10.

  35 Vout Vout 5 5

  1

  1

  1.2

  1.7 Vin

  VT

  VT Vin

Gambar 2.10. Karakteristik pemicu schmitt

  Nilai V yang menyebabkan keluaran berubah dari keadaan rendah ke

  in

  tinggi disebut tegangan ambang positip (VT ) dan, demikian sebaliknya V in + yang menyebabkan keluaran berubah dari keadaan tinggi ke rendah disebut tegangan ambang negatif (VT). Bila Vout berada pada keadaan rendah diperlukan untuk menaikkan Vin sedikit diatas 1,7 Volt guna menghasilkan suatu perpindahan. Setelah berada pada keadaan tinggi Vout tetap. Vout tetap berada pada tegangan 5 Volt sampai V in menurun sedikit dibawah 1,2 Volt.

  Pada saat ini keluaran kembali berubah ke keadaan rendah. Garis putus-putus menandakan perubahan yang sangat cepat.

2.8 Pencacah Modulo-256 (8 BIT) Pencacah digital merupakan suatu rangkaian digital yang penting.

  Pencacah digital merupakan rangkaian logika pengurut. Hal ini jelas, karena pencacah membutuhkan karakteristik memori dan pewaktu memegang peranan penting.Pencacah digital hanya akan menghitung dalam biner atau dalam kode biner.Rangkaian yang dirancang menghasilkan urutan bilangan

  36 biner dari 00000000 sampai 11111111,seperti yang ditunjukkan gambar 18,dapat disebut sebagai pencacah modulo 256. Modulus dari satu pencacah adalah jumlah hitungan yang dilaluinya.Istilah”modulo” kadang disingkat dengan ”mod”.

  Diagram logika dari pencacah modulo 256 yang menggunakan flip- flop JK dapat dilihat pada gambar 18. Mula-mula perhatikan bahwa masukan data J dan K dari flip-flop tersebut digabungkan ke logika 1. Hal ini berarti bahwa masing-masing flip-flop berada dalam mode togel. Kemudian, masing-masing pulsa clock akan menyebabkan flip-flop mentogel ke keadaan berlawanan. Perhatikan juga bahwa, keluaran Q dari FF1 dihubungkan secara langsung ke masukan clock (CK) dari unit berikutnya (FF2),dan seterusnya. A merupakan indikator LSB (Least Significan Bit, bit yang paling kurang penting), sedangkan H merupakan MSB (Most Significan

  Bit ), bit yang paling berbobot.

  Pada pencacah digital tak sinkron / asinkron perubahan output flip- flop yang terjadi secara serempak , karena pulsa yang akan dicacah hanya dimasukan pada flip-flop yang terdepan (LSB).Sedang sebagai pulsa clock dari flip-flop yang lain diperoleh dari output flip-flop di depannya.Dengan demikian perubahan dari output flip-flop akan terjadi secara berurutan dari ₁ depan ke belakang sehingga disebut ripple counter / free running counter. _{A B C D E F G H 1 1 1 1 1 1 1 masukan detak 1 K Q K Q K Q K Q K Q K Q K Q K Q}

J Q J Q J Q J Q J Q J Q J Q J Q

_{CLK CLK CLK CLK CLK CLK CLK CLK}

_{JKFF JKFF JKFF JKFF JKFF JKFF JKFF JKFF 1 1 1 1 1 1 1} Gambar 2.11. Pencacah biner 8bit

  37

2.9 Pencacah BCD

  Pencacah BCD merupakan pencacah dekade (mod-10) dengan keluaran 10 keadaan diskrit. Pencacah ini akan menghasilkan sandi BCD (8421) menurut urutan clock yang diberikan. Pada pencacah ini begitu mencapai clock ke 10, cacahan akan dimulai lagi dari nol. Diagram logika dari pencacah ini dapat dilihat pada gambar 2.12. _{JK=1 J Q A B C D J Q J Q J Q}

  CK CLK _{K Q CLR JKFF K Q K Q K Q CLK CLK CLR CLR JKFF JKFF JKFF CLK CLR}

Gambar 2.12. Pencacah BCD

  Pada awal keadaan, pencacah dalam keadaan reset atau 0000. Saat pulsa clock pertama tiba, flip-flop pertama (FF1) mengalami toggle (D=1) sehingga keluaran akhir 0001, pada saat clock kedua tiba maka FF1 mengalami toggle (D0=0) dan menyebabkan FF2 mengalami toggle (D1=1), sehingga keluaran pada clock ke-dua adalah 0010. Demikian seterusnya hingga keluaran pencacah 1010 yang mengaktifkan gerbang AND sehingga pencacah direset ke keadaan awal atau 0000. Tabel kebenaran dari pencacah ini dapat dilihat pada Tabel 4.

  38 Tabel 2.4 Kebenaran Pencacah BCD

  

Clock ke- D C B A Cacahan

  0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 2 0 0 1 0 2 3 0 0 1 1 3 4 0 1 0 0 4 5 0 1 0 1 5 6 0 1 1 0 6 7 0 1 1 1 7 8 1 0 0 0 8 9 1 0 0 1 9