sensor ultrasonik dan mikrokontroller

Februari 9, 2008

2.1. SENSOR ULTRASONIK

            Yaitu suatu alat yang berfungsi mengukur besaran  jarak dan kecepatan dan sensor ini tidak langsung dapat masuk ke mikrokontroller karena perlu pentesuaian besaran tegangan dan lain-lainnya maka dikondisikan dulu sinyalnya dibagian pengkondisi sinyal (signal conditioner), sehingga levelnya sesuai atau dapat dimengerti oleh bagian input mikrokontroller atau prosseor lainnya.

 

2.1.1. Gelombang Ultrasonik

            Pemakaian gelombang ultrasonic telah digunakan sejak abad ke-19 dimana pertama  kali digunakan untuk mendeteksi kapal selam. Sumber ultrasonik dihasilkan oleh Kristal kuarsa pertama kali dibuat oleh paul langevin dengan menerapkan prinsip gelombang ultrasonic yang dipancarkan olek Kristal tersebut kemudian hasil pantulannya dideteksi.

            Akibat berkembangnya dunia industry, maritim, kedokteran dan bidang yang lain maka penggunaan gelombang ultrasonic pun mengalami kemajuan pesat. Aplikasi yang sering kita dengar yakni untuk pengukuran jarak, ultrasonografi (USG), pengukur jarak kamera, membuka pintu garasi dan lain-lain.

 

2.1.2. Karakteristik fisik gelombang Ultrasonik

            Gelombang ultrasonik adalah gelombang yang timbul akibat getaran mekanik dengan freukwensi diatas batas ambang pendengaran manusia yakni diatas 20Khz.gelombang ultrasonic merambat dalam dua bagian.

            Jika gelombang bolak-balik terjadi terus menerus secara periodik maka akan menghasilkan deretan gelombang periodic dimana pada setiap gerak periodik, partikel-partikel yang berada pada titik-titik yang sama pada gelombang tersebut akan berada dalam fase yang sama.

            Jarak antara dua nilai puncak gelombang yang berurutan (gelombang transversal) atau jarak dari dua bagian pemampatan gelombang yang berurutan ( gelombang longitudinal) disebut panjang gelombang (λ). Waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu gelombang penuh atau waktu yang ditempuh sepanjang gelombang tersebut disebut periode (T). hubungan antara panjang gelombang dengan periode ini adalah :

 

            λ   = c . T………………………………………………..2.1

 

freukuensi gelombang (f) adalah banyaknya getaran yang terjadi persatuan waktu periode sehingga persamaan 2.1 dapat juga ditulis dalam bentuk frekuensi terhadap laju gelombang bunyi dalam medium (c) yakni

 

                        λ = c / f …………………………………..2.1

                       

            Besarnya panjang gelombang ini sangat penting untuk menentukan batas resolusi pencitraan sistem. Dua bentuk struktur yang berdekatan panjang gelombangnya tidak bisa diidentifikasikan secara terpisah pada pencitraan ultrasonic.

            Kecepatan bunyi dalam medium bergantung pada kerapatan (ρ) dan kompressibilitas medium (B). material dengan molekul berat cenderung bergerak lebih lambat dibandingkan molekul ringan saat terjadinya perubahan tekanan dalam medium. Material yang sangat kompressibel seperti gas akan meneruskan gelombang bunyi lebih lambat sehingga penambahan intensitas atau kompressibilitas cendrung akan menurunkan kecepatan bunyi. Jadi besarnya nilai kecepatan bunyi adalah :

                        C  =  …………………………………………………………2.3

                                 

Dari tabel 2.1 dapat dilihat kecepatan bunyi dari beberapa medium dan jaringan.

 

 

 

 

Tabel 2.1          kecepatan bunyi dalam medium/jaringan

 

Medium/jaringan

Kecepatan bunyi(m/s)

Udara

Lemak

Air

Jaringan lunak (rata-rata)

Ginjal

Otot

Tulang

 

331

1.450

1.495

1.540

1.561

1.585

4.080

 

 

 

Penjelasan table 2.1

Pada tabel memperlihatkan kecepatan bunyi melalui beberapa medium, dimana kecepatan bunyi bergantung kepada kerapatan dan kompressibilitas medium. Material dengan molekul berat, kecepatan bunyinya cendrung lebih lambat dibandingkan molekul ringan. Dan material yang sangat kompressibel seperti gas dengan jarak simpangan molekul yang panjang akan merambatkan gelombang menjadi lebih lambat.

 

2.1.3. Intensitas gelombang Ultrasonik       

            Intensitas berarti mengukur kekuatan gelombang bunyi. Jika kita nyatakan      terdapat suatu bidang datar imajiner tegak lurus gelombang bunyi,maka daya (p) menyatakan laju besarnya energy gelombang yang melewati bidang.  Intensitas didefinisikan sebagai besarnya daya persatuan luas penampang dinyatakan dalam satuan watt/m².

            Untuk lebih memudahkan seringkali orang tidak membuat dalam harga yang absolut dengan cara membandingkan intensitas gelombang bunyi (I) dengan intensitas acuan untuk gelombang Ultrasonik (I0 = 1012 W.m-2) dan dinyatakan dalam bentuk tingkat intensitas gelombang (ß) dengan satuan decibel (dB) yang berbentuk :

 

                        ß  =  10 log I / I 0 (dB)………………..2.4

                        dimana ;  Io = intensitas acuan   = 10 ¹² W m ²

                                        I = Intensitas bunyi

2.1.4.  Perambatan gelombang Ultrasonik

             Perambatan gelombang ultrasonik  dapat dibuat dalam tiga bentuk yakni divergen , kolimasi, dan terfokus seperti dapat kita lihat dari gambar dibawah ini ;

hal 9.jpg

 

Gambar 2.1. Bentuk-bentuk perambatan gelombang

 

 

Pada gambar diperlihatkan bentuk-bentuk perambatan gelombang. Gelombang divergen bersifat  menyebar, terjadi jika transmitter tidak difokuskan dengan tabung. Gelombang kolimasi bersifat sejajar dengan memakai tabung transmitter, sedangkan gelombang terfokus bersifat memfokuskan objek pada jarak tertentu dengan memakai lensa akustik.

 

Dimana bentuk divergen tidak dapat menentukan jarak dan kecepatan kendaraan diatas 2 meter

Bentuk terfokus tidak digunakan karena bentuk kolimasi sudah cukup akurat untuk mendapatkan data yang diinginkan.

Untuk membuat bentuk gelombang kolimasi maka perlu kita buat tabung yang berdiameter sama dengan diameter transducer (D) dan panjang tabung (L) berdasarkan besarnya panjang gelombang ultrasonik yang dipakai (λ) dan diameter transducer (D) mengikuti persamaan

 

L  =  ………………………………………………….2.5.

2.1.5.  METODE ECHOSOUNDER

            Metode  pendeteksian jarak dengan menggunakan prinsip echosounder merupakan suatu teknik mendeteksi sonar pantulan yang dipancarkan. Pulsa ultrasonic yang dipancarkan oleh tranduser pemancar merupakan bentuk gelombang ultrasonic yang memiliki freukuensi sebesar 40Khz. Ketika pulsa ini mengenai suatu obyek atau penghalang. Penghalang ini akan dipantulkan kembali dan diterima oleh tranduser penerima . hasil sinyal yang diterima oleh tranduser penerima akan dikonversikan menjadi jarak.

                                                Gambar 2.2. Mteode Echosounder.

 

            Dengan mengukur selang waktu antara saat pulsa dikirim dan pulsa diterima , jarak antara obyek dengan alat pengukur akan dapat dihitung berdasarkan persamaan :

 

 

                        D =  V . T / 2………………………………………………………………………2.6

 

                        Dimana  : 

                                                V  = kecepatan suara  ( m/ det )

                                                T  = selang waktu  (detik )

                                                D  = jarak antara sumber dengan obyek ( m )

 

2.1.6.  Tranduser ultrasonik

            Sistem instrumentasi umumnya terdiri dari tiga elemen utama yaitu : peralatan masukan (input) , peralatan pengolahan ( pengkondisi sinyal), dan peralatan keluaran (output) besaran masukan pada umumnya bukan besaran listrik, maka untuk mengubah dari bukan besaran listrik menjadi suatu sinyal listrik dengan menggunakan suatu tranduser.

            Tranduser ultrasonik merupakan suatu device yang mengubah sinyal gelombang ultrasonic dengan prinsip efek piezoelektrik.

            Apabila suatu bahan tertentu diubah bentuknya, maka akan muncul muatan listrik ataupun sebaliknya apabila benda padat tertentu diberi muatan listrik, maka benda berubah secara mekanik, efek ini di kenal dengan nama ‘ piezoelektrik’. Komponen dari tranduser  ultrasonik secara digambarkan pada gambar 2.3  Tranduser ini memiliki karakteristik perambatan gelombang berbentuk kerucut seperti ditunjukkan pada gambar2. 4

 

hal 14.jpg

Gambar 2.3. Dimensi Tranduser Ultrasonik

 

 

 

 

 

hal 15.jpg

Gambar 2.4. Perambatan gelombang tranduser Ultrasonik

 

 

 

 

 

 

2.1.7.  pemantulan dan pembiasan       

            Saat sinar bunyi menemui suatu bidang batas (gambar 2.3) yang berbeda kerapatan mediumnya, maka berlaku hokum-hukum fisika seperti halnya cahaya yakni hokum pemantulan dimana sudut  datang (θŕ) dan hokum snelius untuk pembiasan gelombang :

 

                        θι  =  θŗ……………………………………………………………..2.7

                       

hal 13.jpg

 

Gambar 2.5 pemantulan dan pembiasan ultrasonic pada bidang batas.

 

            Pada gambar dijelaskan bentuk pemantulan dan pembiasan gelombang ultrasonik yang berdasarkan hukum-hukum Snellius. Karena sudut datang sama dengan sudut pantul maka untuk teknik echosounder tranduser harus dibuat tegak lurus dengan bidang pantul.

 

2.1.8.      Efek doppler

            Merupakan efek yang terjadi pada freukuensi dan panjang gelombang sumber bunyi jika mendekati (menjauhi) pengamat yang diam atau bergerak mendekati (menjauhi) sumber bunyi.

            Sesuai dengan pembahassan tesis ini maka efek Doppler yang terjadi disini adalah sumber bunyi (v) bergerak mendekati pengamat diam (dinding penghalang). Sehingga :

 

                        λ  =    c – v ………………………………………………………2.8

                                     f

 

                        f  = c / λ……………………………………………………………2.9

                               

 

dimana   λ  dan  f    adalah panjang gelombang dan freukuensi yang terjadi setelah sumber bunyi mendekati dinding penghalang.

 

 

2.1.9. Teori operasi sensor ultrasonik

Sensor Ping mendeteksi jarak obyek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik (40 kHz) selama tBURST (200 μs) kemudian mendeteksi pantulannya. Sensor Ping memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan kontrol dari mikrokontroler pengendali (pulsa trigger dengan tOUT min. 2 μs). Gelombang ultrasonik ini melalui udara dengan kecepatan 344 meter per detik, mengenai obyek dan memantul kembali ke sensor. Ping mengeluarkan pulsa output high pada pin SIG setelah memancarkan gelombang ultrasonik dan setelah

gelombang pantulan terdeteksi Ping akan membuat output low pada pin SIG. Lebar pulsa High (tIN) akan sesuai dengan lama waktu tempuh gelombang ultrasonik untuk 2x jarak ukur dengan obyek. Maka jarak yang diukur adalah [(tIN s x 344 m/s) ÷ 2] meter. Seperti diperlihatkan pada gambar di bawah ini :

 

Gambar  2.6

 

2.2.            Mikrokontroller

Mikrokontroller adalah sebuah chip yang  yang didalamnya sudah terdapat Mikroprosesor, I/O pendukung, memori bahkan ADC ( Analog to Digital Converter) perangkat keras dibuat menjadi semakin canggih, jutaan transistor dijejalkan didalamnya, miniatur dimensi semakin ditingkatkan dengan kemampuan mengolah program yang lebih komplek sehingga memungkinkan untuk aplikasi disegala bidang. Perkembangan perangkat lunak juga berkembang tak terbatas, seakan hanya dibatasi oleh kemampuan imajinasi manusia saja.

Mikrokontroller, adalah mikroprosesor yang dikhususkan untuk instrumentasi dan kendali, contoh kendali aplikasi kendali pada motor, berperan seperti PLC (programmable Logic Control),  pengaturan pengapian dan injeksi bahan bakar pada kendaraan atau alat mengukur suatu besaran, seperti suhu, tekanan, kelembaban dan lain-lain. Dalam perkembangannya yang begitu cepat, batasan-batasan terebut menjadi kabur, seperti definisi mikro dan main frame computer. Beberapa Mikrokontroller disebut  Embedded Prosesor, atau  Embedded Prosesor adalah Mikrokontroller, artinya Prosesor yang diberikan program khusus yang selanjutnya diaplikasikan untuk akuisisi data dan kendali khusus, dan bisa diprogram ulang.

Beberapa Mikrokontroller modern juga sudah dilengkapi dengan DSP (Digital Signal Processor) atau Mikrokontroller yang tergolong RISC (Reduced Instruction Set of Computing) Mikrokontroller adalah piranti keras yang tidak akan bisa bekerja kalau tidak ada perangkat lunak, inilah yang membedakan Mikroprosesor dengan rangkaian digital diskrit  kemampuannya untuk diprogram, dan diprogram ulang adalah suatu kelebihan didalam Mikrokontroller atau Mikroprosesor, contohnya dalam suatu sistem pengendali lampu lalu lintas dengan rangkaian diskrit perlu menambahkan merubah rangkaian bila diperlukan perubahan sistem, tetapi dengan sistem Prosesor atau Mikrokontroller, bisa dilakukan dengan hanya merubah program.

 

 

2.2.1 Struktur Mikrokontroller

            Struktur Mikrokontroller dapat dilhat dibawah ini :

Gambar 2.7  Struktur Mikrokontroler

 

            Masing-masing bagian tersebut saling dihubungkan melalui internal bus yang umumnya terdiri dari 3 bus yaitu addres bus, data bus, dan control bus.Masing-masing memiliki beberapa fungsi :

  • CPU, singkatan dari Central Processing Unit, adalah unit pemroses pada suatu MCU
  • Internal Oscilator, yang memungkinkan pemakai hanya menambahkan sehbuah quartz crystal yang biasanya nilainya berkisar antara 6 MHz hingga 24 MHz, walaupun demikian dari data sheet, MCU dapat bekerja pada dari frekuensi 0 hingga 24 MHz.
  • Interupt Control, pengatur prioritas interupsi dari luar atau dari dari dalam chip MCU.
  • Timer 1 dan Timer 2, adalah bagian yang dapat berfunsi sebaagai pencacah pulsa masuk atau menentukan waktu counter atau Timer
  • RAM (Random Access Memory) adalah memori yang digunakan untuk menyimpan data sementara, data bisa hilang bila catu daya padam.
  • Internal Rom (Read Only Memory) Flash merupakan memori penyimpanan data yang isinya tidak dapat dirubah  atau dihapus (hanya bisa dibaca). ROM biasanya diisi dengan program untuk menjalankan mikrokontroller segera setelah power dinyalakan, dan berisi data-data konstanta yang diperlukan oleh program.
  • Bus Control, digunakan sinyal kendali akses data keluar sistem MCU.
  • I/O (input / output) Port, Merupakan sarana yang dipergunakan oleh Mikrokontroler untuk mengakses peralatan-peralatan dari luar berupa pin-pin yang dapat berfungsi untuk mengeluarkan data digital ataupun manginputkan data.
  • Serial Port, adalah penghubungn ke dunia luar MCU dengan cara serial, dengan Port serial, MCU dapat berkomunikasi dengan PC yang juga harus melaluiserial Port.

 

 

 

Gambar .2.8 Blok Diagram Micro Controller 89C51

 

 

 

2.2. 2. Cara Kerja Mikrokontroller

Secara umum cara kerja Mikrokontroller akan di jelaskan di bawah ini, berdasarkan nilai yang berada pada register Program Counter Mikrokontroller mengambil data pada ROM dengan addres sebagaimana nilai yang tertera pada Program counter. Selanjutnya Program Counter ditambah nilainya dengan 1 secara otomatis. Data yang diambil tersebut adalah urutan instruksi program pengendali Mikrokontroller yang sebelumnya telah dibuat oleh pemakai.

Instruksi itu diolah dan dijalankan, proses pengerjaan tergantung pada jenis instruksi: bisa membaca, mengubah nilai-nilai pada register, RAM, isi port, atau melakukan pembacaan dan dilanjutkan dengan pengubahan data.

Program Counter telah berubah nilainya (baik karena penambahan otomatis sebagaimana pada langkah  1 di atas atau karena pengubahan pada langkah 2 ). Selanjutnya yang dilakukan Mikrokontroller adalah mengulang kembali siklus ini pada langkah 1 demikian seterusnya hingga power dimatikan.

Dari pengertian diatas dapat disimpulkan bahwa pada dasarnya untuk kerja Mikrokontoller adalah sangatlah bergantung pada urutan instruksi yang dijalankan yaitu program yang ditulis  di ROM.

 

2.2. 3. Mikrokontroller AT89C51

Merupakan  versi terbaru dibandingkan mikrokontroller AT89C51 yang telah banyak digunakan saat ini. Mikrokontroller AT89C51 mempunyai 8Kbyte Flash Progammable dan Erasable Read Only Memory (EPEROM) Mikrokontroller ini berteknologi memori non volatile kerapatan tinggi dari ATMEL yang kompatibel dengan Mikrokontroller standar industri MCS-51 baik kaki IC maupun set instruksinya serta harganya yang murah.

Spesifikasi penting mikrokontroller AT89C51 antara lain :

·                    Kompatibel dengan keluarga Mikrokontroller MCS51 sebelumnya.

·                    4Kbyte In-system Programmble (ISP) flash memori dengan kemampuan 1000 kali baca/tulis.

·                    Tegangan kerja berkisar 4-5 V.

·                    Bekerja dengan rentang 0-33 MHz.

·                    256 x 8 bit RAM internal.

·                    32 jalur I/O yang dapat deprogram.

·                    Tiga buah 16 bit Timer / Counter.

·                    Delapan sumber interrupt.

·                    Saluran Full-Duplex serial UART.

·                    Watchdog timer.

·                    Dual data pointer.Mode pemograman ISP yang fleksible   (Byte dan Page      Mode).

 

2.2. 4. Diskripsi pin AT89C51

Bagian sistem Mikrokontroler hanya memerlukan sebuah Mikrokontroler AT89C51, osilator, rankaian reset yang hanya terdiri dari atas sebuah resistor dan kapasitor serta power suplai Mikrokontroler AT89C51 mempunyai kaki EA, kaki ini berfungsi untuk menentukan akses awal dilakukan jalannya program mulai dari alamat 000H dari Flash PEROM, kaki EA (External Access Enable) terhubung ke Vcc. Gambar susunan Pin AT89S51 dapat dilihat pada gambar dihalaman berikut:

 

Gambar 2.9 Susunan Pin Mikrokontroller AT89S51

AT89C51 memiliki pin (kaki) sebanyak 40 pin, yang memilki fungsi yang berbeda. Deskripsi pin AT89C51 ini dijabarkan pada tabel berikut :

 

Tabel. 2.2  Deskripsi pin AT89C51

No Pin

Nama   Pin

Alternatif Pin

Keterangan

20

GND

 

GROUND

40

VCC

 

POWER SUPLY

32…..39

PO.7…PO. 0

D7…D0 dan A7..A0

 Port 0 merupakan saluran (bus) input/output 8 bit open collector yang dapat digunakan sebagai multiplek bus alamat rendah dan bus data selama adanya akses kememori program eksternal.Pada saat proses pemograman dan verifikasi  port 0 digunakan sebagai saluran (BUS) data Eksternal pull-up diperlukan selama proses verifikasi.

 

 

 

P1.0…P1.7

 

 

Port 1 berfungsi sebagai I/O biasa atau menerima low order address byte selama pada saat flash programming port ini memunyai internal pull up dan befungsi sebagai input dengan memberikan ligika 1.

1…8

P1.0…P1.7

P1.0..P1.1

 Pin 1-8 merpakan port 1 yang menjadi saluran (bus) dua arah input/output.Dengan             internal pull-up yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan dan dapat mengendalikan empat input TTL.Port ini juga bisa digunakan sebagai saluran alamat pada saat pemograman dan verifikasi.

T2 (input cacah ekternal ke timer /Counter 2 clock out

T2EX (Timer/Counter 2 capture/reload dan control arah)

 

21…28

P2.0…P2.7

A8…A15

 Merupakan port 2 yang menjadi saluran (bus) input/output dua arah 8 bit dengan internal pull-up.Saat pengambilan data dari program memori eksternal ata selama mengakses data memori eksternal dengan menggunakn alamat 16 bit (MOVX @ DPRT), port 2 berfungsi sebagai saluran (bus) alamat tinggi (A8-A15), sedangkan pada saat mengakses ke data memori eksternal menggunakan alamat 8 bit (MOVX @ R1),port 2 mengeluarkan isi dari P2 ke Special Fungction Register.

 

 

10…17

Port.3

Port.3

Port 3 merupakan saluran ( bus) input/output 8 bit dua arah dengan internal pull-up yang memiliki fungsi pengganti.Ketika logika 1 diberikan ke port 3, maka pull-up internal akan menset port pada kondisi haigh dan port 3 dapat digunakan sebagai saluran input .Bila fungsi pengganti tidak dipakai,maka fungsi ini dapat digunakan sebagai port parallel 8 bit serbaguna. Selain itu , sebagian port 3 dapat berfungsi sebagai sinyal kontrol pada saat proses pemogramman dan verifikasi. Port 3 juga melayani fungsi dari fitur utama pada AT89S51.Untuk fungsi special dengan keterangan sebagai berikut.

10

11

12

13

14

15

16

17

P3.0

P3.1

P3.2

P3.3

P3.4

             P3.5

             P3.6

             P3.7

 

RXD

TXD

INTO

INT 1

TO

T1

WR

RD

Untuk menerima data port serial

Untuk mengirim data port serial

Interupsi eksternal 0

Interupsi eksternal 1

Input eksternal waktu/pencacah 0

Input pencacah waktu/pencacah 1

Jalur menulis memori data eksternal strobe

Jalur membaca memori data eksternal strobe

9

RST

 

Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle

30

ALE

PROG

 Address Latch Enable 9(ALE/PROG,) merupakan penahan alamat memori eksternal (pada port) selama mengakses kememori eksternal. Pin ini juga sebagai pulsa (sinyal( input program (PROG) selama proses pemograman.Pada operasi standar ,sinyal ALE mempunyai kecepatan konstan, yaitu 1/6 dari frekuensi osilator dan sering digunakan sebagai timing eksternal atau tujuan clocking.ALE juga dapat dnonaktifkan dengan menset bit 0 dari SFR pada lokasi 8EH. Mengeset ALE  pada keadaan non aktif tidak akan mempunyai efek jika mikrokontroler berada pada mode eksekusi eksternal.

 

29

PSEN

 

Program Store Enable (PSEN) merupakan sinyal pengontrol untuk mengakses program memori ekstrnal yang masuk kedalam saluran (BUS) selama proses pemberian atau pengambilan intruksi(fetching).Ketika AT89SC1 sedang mengeksekusi kode dari memori program ekternal,PSEN’ akan diaktifkan dua kali dalam setiap siklus mesin, kecuali aktifasi kedua PSEN ditunda selama akses ke memori data eksternal.

 

31

EA

VPP

External Acces Enable (EA) Merupakan sinyal control untuk pembacaan memori program.Apabila diset rendah (L) ,maka mikrokontroler akan melaksanakan seluruh intruksi dari seluruh memori program eksternal sedangkan apabila diset tinggi (H) maka mikrokontroler akan melaksanakan intruksi dari memori program internal saat isi program counter kurang dari 4096. Port ini juga berfunsi sebagai tegangan pemograman(Vpp= + 12V) selama proses pemograman berjalan.

 

19

XTAL 1

 

Input oscillator

18

XTAL 2

 

Output oscillator

 

 

 

 

 

Secara fisik, Mikrokontroller bekerja dengan membaca instruksi yang tersimpan di dalam memori. Mikrokontroler menentukan alamat dari memori program yang akan dibaca dan melakukan proses baca data dimemori, data yang dibaca diinterprestasikan sebagai instruksi.

 

 

 

2.3. LCD (liquid Crystal Display)

             Liquid Crystal Display (LCD) adalah salah satu jenis tampilan yang dapat digunakan untuka menampilkan karakter angka, huruf, dan simbol-simbol lainnya hal ini karena LCD menggunakan titik yang berbentuk matriks untuk menampilkan suatu karakter sehingga dengan LCD dapat dapat ditampilkan lebih banyak bentuk karakter. LCD ini dapat menampilkan karakter 16 x 2,yaitu dalam satu baris dapat menampilkan 16 karakter.Berikut gambar sebuah LCD.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 2.10

Untuk menghubungkan dengan mikrokontroller telah di persiapkan kaki-kaki pada modul LCD yang secara kompatibel dapat langsung dihubungkan dengan port-port Mikrokontroller.

         Modul LCD dapat dihubungkan langsung ke pin Mikrokontroller tanpa membutuhkan IC (Integrated circuit) perantara lainya sehingga antar muka komponen menjadi sederhana. Proses transfer data tampilan diatur oleh Mikrokontroler AT89C51.

         LCD ini mempunyai 14 pin data yang dikirim melalui jalur data, LCD diatur dengan pulsa kendali yang sesuai .Adapun pin kendali yang terdapat pada rangkaian LCD adalah sebagai berikut:

§   Pin R/W berfungsi sebagai masukan pengendali data yang menyatakan  apakah data tersebut akan ditulis atau dibaca. Kaki pin R/W dihubungkan keground agar penampil selalu dalam kondisi siap menerima data.

§    Pin RS (Register Selector) berfungsi sebagai masukan penentu jenis data yang dikirim ke modul LCD.

§   Pin LCD E (Enable) berfungsi sebagai pin yang mengaktifkan pulsa kendali pada kontroler LCD agar menerima data yang dikirim. Berikut adalah gambar tabel kaki-kaki Pin LCD.

         Tabel 2.2.  Kaki- kaki Pin LCD

Table 2.3

No

Nama

Fungsi

1

Vss

GND

2

Vcc

+5V

3

Vee

LCD Contras

4

RS

1= Input Data, 0=Input Instruksi

5

R/W

1=Read, 0=Write

6

E

Enable

7

D0

Data0

8

D1

Data1

9

D2

Data2

10

D3

Data3

11

D4

Data4

12

D5

Data5

13

D6

Data6

14

D7

Data7

15

VBL +

4- 4.2 volt

16

VBL -

GND

 

 

            Kontras tampilan LCD dapat dirubah dengan mengatur trimer potensiometer 10K agar dapat pembacaan yang cukup jelas. Tegangan untuk mengatur kontras LCD ini diarahkan ke Pin Vcc. Data yang dikirim ke jalur data LCD dapat berupa kode karakter maupun kode instruksi. Kedua jenis data ini dapat dibedakan dari cara pengirimannya, dimana pin RS (Register Selector) harus diberi tegangan berlogika ’’1’’ saat pengiriman data berupa kode karakter dan berlogika ’’0’’saat pengirman data berupa kode instruksi.

 

2. 4.  RELAI

            Relai dalam sistem kontrol adalah hal yang paling fundamental untuk diketahui dan dipahami. Relai memegang peranan yang sangat vital, karena keberadaannya berarti mengontrol device dari sebuah sistem kontrol. Jika dalam sebuah mesin terdiri dari satu atau lebih device yang memerlukan sumber energi listrik, maka bisa dipastikan device tersebut terhubung ke relai yang mengontrol pengkondisian ONdan OFF.

Relai adalah device yang mampu menghubung dan memutuskan aliran arus listrik dari 2 buah terminal yang pengkondisiannya diatur oleh sebuah koil. Kondisi relai hanya ada 2 yaitu menghubungkan atau memutuskan aliran dari 2 terminal atau dengan kata lain ON dan OFF. Istilah ON dan OFF ini menjadi sangat penting karena device listrik apapun yang memerlukan sumber energi listrik pasti membutuhkan kondisi ON dan OFF untuk memulai dan mengakhiri kerjanya.

Karena sistem kerjanya yang diatur atau dikontrol oleh sebuah koil, maka device ini menjadi device paling utama dalam jajaran device sistem kontrol elektromagnetik. Sistem kerjanya bisa saling berhubungan, kait mengait sehingga membentuk urutan atau proses dari sebuah kejadian yang dinamakan otomatisasi.

Jika anda menghidupkan sebuah mesin dan menekan tombol start sehingga mesin bisa secara otomatis bekerja, maka itu semua adalah rangkaian proses relai dalam mengontrol pengkondisian saat ON dan atau OFF dari device-device mesin tersebut.

Secanggih apapun sebuah mesin maka bisa dipastikan sistem kerjanya tidak terlepas dari keberadaan relai atau peralatan sejenis yang bekerja mengatur pengkondisian ON dan OFF Type dan jenis relai inipun menjadi beragam sesuai dengan fungsi dan persyaratan dari device yang dikontrolnya seperti pada over current relay, power relai dan lain-lain. Bahkan kontaktorpun jika diperhatikan sistem kerjanya sama dengan relai, hanya saja kontaktor diperuntukkan untuk mengontrol motor-motor listrik sehingga di dalamnya ditambahkan beberapa anak relai untuk keperluan kontrol motor.

Karena fungsi relai yang mampu meng-ON dan OFF kan 2 terminal maka relai mempunyai batas rating arus tertentu sesuai dengan rating device yang dikontrolnya. Tujuannya adalah untuk menjamin adanya faktor keselamatan baik manusia maupun device dari kegagalan listrik yang terjadi akibat kesalahan teknis. Berikut dapat dilihat gambar relai dan bagian- bagianya di halaman berikutnya:

Gambar.2.11. Relai dan bagian – bagiannya

2.4.1 Prinsip Kerja Relai :

1. Dalam kondisi S (saklar) terbuka, saklar utama berada diterminal no.1 (NC)  karena belum ada gaya magnetik pada inti besi (F pegas >> F magnetik)

2.  Jika S ditutup, maka akan mengalir tegangan kerja pada koil relai.

3. Karena koil bertegangan, maka timbul medan magnet yang akan menginduksi ke inti besi. Inti besi akan berubah menjadi magnet.

4. Inti besi ini akan menarik batang kait, sehingga saklar utama juga ikut tertarik (dalam hal ini gaya pegas << gaya magnetik).

5. Saklar utama berada dalam terminal no.9 (NO).

6. Jika S dibuka, maka inti besi berubah menjadi tidak bermagnet sehingga gaya pegas akan menarik batang kait. Dalam hal ini saklar utama kembali ke posisi terminal no.1 (NC).

7. Demikian seterusnya. Dalam hal ini bisa dibuat beberapa terminal yang paralel dengan terminal no.1 dan no.9.

2.4.2. Mengenali Sebuah Relai.

Untuk mengenali salah satu tipe relai dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 2.11 relai

Gambar di atas adalah relai merk OMRON tipe MY4N bertegangan kerja 24 Vdc. Kontak-kontaknya mampu menghantarkan arus maksimum 5 A untuk tegangan 240 Vac dan 28 Vdc.

  1. Terminal 13 dan 14 adalah terminal untuk memberikan tegangan kerja pada relai (hubungkan terminal ini dengan sumber tegangan 24 Vdc. Ingat jangan sampai terbalik polaritasnya, karena lampu Led tidak akan bisa menyala).
  2. Hubungan antar terminal

·        Terminal No.1-9, 2-10, 3-11 dan 4-12 adalah kontak NC dari relai.

·        Terminal No.5-9, 6-10, 7-11 dan 8-12 adalah kontak NO dari relai.

3. Jika koil relai bertegangan maka dianggap relai sedang bekerja yang ditunjukkan dengan menyala-nya lampu led (biasanya berwarna hijau atau merah).

4.  Jika relai sedang bekerja, kontak NC menjadi terbuka (open). Sedangkan kontak NO berubah menjadi tertutup (close). Kejadian di atas disebut “kontak berubah status”.

5.  Jangan memberikan tegangan kerja melebihi yang telah ditentukan, karena akan merusak relai (Coil-nya terbakar dan putus).

  1. Jangan membebani relai dengan beban yang lebih besar dari kemampuan hantar arus relai tersebut, karena bisa mempercepat pemanasan pada kontak dan umur relai akan pendek.

 

2.5. Catu Daya.

 Catu daya adalah pensuplai tegangan yang diberikan pada sistem MCU adalah tegangan 9-12 Vdc pada Vin dan tegangan output 5 Vdc pada  Vout tegangan ini harus teregulasi dengan baik dan riak (ripple) yang kecil.Untuk minimum sistem dapat dibangun dengan menggunakan IC 7805 yang sudah dikemas didalam MCU, Sementara untuk motor penggerak diperlukan tegangan 12 Vdc. Rangkaian catu daya dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 2.12.  Rangkaian catu daya

SISTEM MIKROKONTROLLER AT89C51 DAN SENSOR ULTRASONIK

 

 

3.1.  Sistem Mikrokontroller AT89C51 dan sensor Ultrasonik

            Sistem pendeteksi  jarak, Ping RF(range finder) merupakan sistem pendeteksi jarak yang menggunakan metode echosounder, pendeteksi jarak jarak Ping RF telah dilengkapi dengan tranduser ultrasonic dan menggunakan PIC (Programmable Interrupt Controller), yang merupakan pengontrol seluruh interupsi baik internal maupun eksternal yang dapat deprogram. Mikrokontroller tipe AT89C51 dengan mode minimum merupakan pengontrol dari seluruh system, hasil pengukuran ditampilkan dengan alat peraga yang berbentuk LCD (Liquid Crystal Display), dan sinyal peringatan menggunakan buzzer.

 

3.2. Sistem Pendeteksi Jarak sensor ultrasonik     

Sistem pendeteksi jarak terbagi dalam 2 (dua) bagian yaitu : sistem pendeteksi jarak, menggunakan pendeteksi jarak ultrasonic Ping RF (range Finder) dan sistem pengolah dan pengontrol dengan menggunakan Mikrokontroler AT89C51.

 

3. 2.1 Pengukuran jarak

            Sistem pengukuran dengan PIC yang berfungsi sebagai pengontrol seluruh interupsi baik internal maupun eksternal yang dapat deprogram dan memberikan waktu pengukuran sebesar 65 mikrodetik.

            Pulsa echo yang dibangkitkan oleh PIC dengan nilai freukuensi sebesar 40Khz. Pulsa echo ini akan dipancarkan oleh tranduser pemancar,apabila mengenai suatu penghalang atau obyek yang menjadi target pengukuran,pulsa yang dipantulkan akan ditangkap kembali oleh tranduser penerima.hasil echo tersebut diterima kembali oleh PIC untuk dikonversikan , sebagai hasil pengukuran jarak antara obyek dengan sumber, setiap pengukuran yang dilakukan diatur oleh devise ST232, yang berfungsi sebagai pengatur echo off, pendeteksian, setelah didapat echo yang diharapkan secara otomatis ST232 akan menghentikan pendeteksian sinyal echo, dengan tujuan untuk menghindari adanya noise, pada tranduser penerima.

 

hal 18.jpg

Gambar 3.1

 

            Konsumsi arus yang dibutuhkan oleh sensor ultrasonic tersebut adalah sekitar 12mA pada kondisi  pengukuran dan pada kondisi standby  3 mA. Kondisi standby ini berada secara otomatis setelah selesai melakukan pengukuran, pelacakan jarak yang dihasilkan telah lengkap dan akan menunggu perintah selanjutnya yang berasal dari bus I2C, bentuk konsumsi besar arus yang digunakan dalam pengukuran diberikan pada tabel   3.1.

 

 

Tabel 3.1

Operation

Current

duration

Ranging command received – power on

275mA

3uS

+/- 10V generator stabilization

25mA

600uS

8 cycles of 40kHz ‘ping’

40mA

200uS

Ranging

11mA

65mS max

standby

3mA

indefinite

 

 

            Dengan memiliki 36 register, dengan fungsi yang berbeda, register ini berisi lokasi-lokasi untuk pembacaan dan penulisan, register-register tersebut digambarkan dalam tabel 3.2

 

Tabel 3.2

 

LOKASI

PEMBACAAN

PENULISAN

1

Program yang dapat dirubah

Register perintah

2

Sensor cahaya

Register tambahan

3

Echo high byte pertama

Register jarak

4

Echo low byte pertama

N/A

5

Echo high byte kedua

N/A

34

Echo high byte ke17

N/A

35

Echo lowbyte ke17

N/A

 

 

            Lokasi 1 merupakan register perintah yang digunakan untuk pengukuran jarak,pada lokasi ini perintah memulai pengukuran dengan waktu yang diberikan selama 65mS.

            Dengan pengukuran waktu maksimum 65mS akan menghasilkan jarak maksimum dari sensor ultrasonik yaitu dengan jarak pengukuran maksimum.

            Lokasi 2 merupakan sensor cahaya,kondisi intensitas pembacaan akan bertambah apabila intensitas cahaya bertambah,kondisi ini tergantung pada kondisi intensitas maksimum dan kegelapan minimum.

            Lokasi 3 dan 4 merupakan register 16bit yang tidak bertanda hasil dari pembacaan jarak berikutnya dengan high byte dan low byte pertama. Nilai pembacaan jarak tergantung pada perintah yang digunakanm, lebih lanjut merupakan indikasi pembacaan jarak dari echo yang dihasilkan dari beberapa obyek.

            Mode pengukuran yang dihasilkan berdasarkan perintah yang ada pada register dari hasil yang diharapkan, yaitu echo akan ditempatkan pada lokasi yang sesuai dengan jarak yang didapat. Hasil yang didapat ditampilkan dalam bentuk inchi,centimeter atau mikrodetik. Hasil tersebut berada pada alamat yang ditunjukan pada tabel 3.3 dibawah ini

 

Table 3.3

                 Command                                                                                  Action

Decimal                    hex

       80                      0X50                   Ranging mode –result in inchies

       81                      0X51                   Ranging mode –result in centimetrs

       82                      0X52                   Ranging mode –result inmicro-second

       83                      0X53                   ANN mode – result in inchies

       84                      0X54                   ANN mode – result in icentimeters

       85                      0X55                   ANN mode – result in micro-second

       160                    0XA0                  1st in sequence to change I2C address

       165                    0XA5                  3rd in sequence to change I2C address

       170                    0XAA                  2rd in sequence to change I2C address

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Location 4

Location 5

Location 6

Location 7

Location 8-35

0-     352mm

353- 705mm

706 – 1057mm

1058 – 1410mm

And so on

 

 

            Pengaturan untuk kondisi maksimum adalah dengan cara memberikan perintah pada register perintah yang ada pada lokasi 1. Dimana setiap pelaksanaan pengukuran jarak  sensor selalu memulai dari analog gain minimum ,yaitu pada nilai 94.

 

3.3. Perangkat keras alat

 

 

hal 34.JPG

            Mikrokontroller AT89C51 bertindak sebagai pengatur dan pengolah seluruh jalur instruksi dan data. Ping RF adalah pelaksana perintah dari Mikrokontroller untuk melaksanakan pendeteksian jarak.display berfungsi sebagai pelaksana yang menampilkan jarak,kecepatan dan jarak aman,kemudian buzzer berfungsi member tanda jika jarak aman dari suatu kecepatan telah terlampaui.

 

 

 

 

3.4. sistem Mikrokontroller AT89C51

1.      Melakukan proses rutin inisialisasi, yakni proses untuk mengkondisikan informasi apa saja yang kita butuhkan sebelum proses pengambilan data jarak dilakukan sensor ultrasonic ping RF, adapun inisialisasi ini dilakukan terhadap dua hal yaitu

a.       Display LCD

b.      Ping RF

2.      Melakukan proses rutin interupsi, yakni proses pengambilan data jarak dilakukan. Urutan proses kerjanya adalah :

a.       Setiap 100mS

b.      Memerintahkan Ping RF untuk melakukan pengukuran jarak.

c.       Mengambil data jarak dari Ping RF setiap 22mS

3.      Melakukan proses pengolahan data yakni dengan cara :

a.       Menyimpan data dan mengolah data jarak, kecepatan, jarak aman (buzzer)

b.      Konversi data Hex ke ASCII (display)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5.  Spesifikasi AT89C51

                        Mikrokontroller AT89C51 terdiri dari 40 buah pin. Memiliki fasilitas 3 buah port. Untuk kebutuhan perancangan maka yang di gunakan adalah fasilitas-fasilitas yang digunakan untuk komunikasi dengan display, berdasarkan kebutuhan fasilitas tersebut maka yang digunakan adalah dua port dengan rincian sebagai berikut :

·        Untuk display LCD digunakan port 1 (pin 1-7), ditambah

dengan :   pin 10 (RXD/ port serial input)

                 pin 11 (TXD/ port serial output

                 pin 12 (INTO/ port External interrupt 0 )

·        Untuk komunikasi dengan sensor ultrasonic, memerlukan dua jalur melalui pin 13 (INT1/ port external interrupt 1) dan pin 14 (TO/port timer Input 0)

·        Untuk buzzer digunakan pin 16 (port 3.6)

 

 

3.6.  Perangkat Lunak Alat

            3.6.1.   program-program Assembler yang dilakukan

                        program-program Assembler yang dilakukan adalah :

1.      Inisialisai :

a.       Peraga LCD

b.      Sensor ultrasonic

c.       Data

2.      Pengolahan data didalam AT89C51

3.      I2C routine

4.      Binary to decimal

5.      7 segment

6.      Buzzer

3.6.2.    Algoritma pengambilan data

            1. menginisialisai

a.       Port

b.      Display

c.       Sensor ultrasonik

 

2.melakukan pengambilan data

a.       Ambil data 8 kali kemudian simpan

b.      Buat data jarak rata-rata

c.       Konversi ke decimal

d.      Tampilkan data jarak

e.       Kurangi data jarak baru dengan data jarak rata-rata kemudian bagi dengan selang waktu ∆T untuk menghasilkan data kecepatan.

f.        Konversi data kecepatan itu dari cm/det menjadi km/jam.

g.       Konversi ke decimal.

 

 

 

 

 

 

 

3.7 Diagram alir (flowchart) pengambilan data

 

 

 

 

hal 44.jpg

 

 

 

hal 45.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Penjelasan lengkap gambar

·        Memperlihatkan diagram aliran untuk pengambilan data jarak,kecepatan dan jarak aman (buzzer)

·        Start dimulainya rutin inisialisasi display LCD dan sensor ultrasonic

·        Kemudian dilanjutkan dengan program rutin interupsi pengambilan data

·        Ultrasonik melakukan pengambilan data dengan rutin interupsi sebanyak 8kali,setiap pengambilan data disimpan didalam register ultrasonic                         

·        Jika sudah 8 data maka dibuatlah data jarak rata-rata,terus dikonversi ke bilangan decimal dan akan ditampilkan di layar LCD

·        Setelah rutin interupsi yang ke-9 akan dilakukan perhitungan data kecepatan dengan cara mengurangi data interupsi ke -9 dengan datra jarak rata-rata dan dibagi selang waktu interupsi 100mS

·        Display LCD akan menampilkan data kecepatan jika sudah dilakukan perhitungan data kecepatan. Jika belum dilakukan maka pada display LCD akan tampil tanda “——-“.

·        Jika sudah maka sebelum ditampilkan LCD maka mikrokontroller akan melakukan perhitungan konversi satuan dari cm/100mS menjadi km/h

·        Untuk mendapatkan data jarak aman,maka untuk setiap data kecepatan yang terjadi dibagi dengan 10 desimal

·        Data jarak aman kemudian ditampilkan dilayar LCD

·        Untuk mengaktifkan buzzer, maka data kecepatan dikalikan dengan bilangan 10 desimal (misalkan bilangan q) dan dibandingkan dengan data jarak rata-rata (D)

·        Jika q > D buzzer aktif, tampilkan warning. Dan jika q < D buzzer tidak aktif.

 

Halo dunia!

Februari 9, 2008

Welcome to WordPress.com. This is your first post. Edit or delete it and start blogging!


Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.