PERANCANGAN ALAT DAN BAHAN
3.1 Diagram Blok dan Rangkaian Sensor Ketinggian Air
Sensor 1 Sensor 2 Sensor 6
Penguat sinyal Penguat sinyal Penguat sinyal
Mikrokontroller AT89S51 Display 7 Segment Display LED Pemancar Infra merah Mikrokontroller AT89S51 Penerima Infra merah Diplay 7
segment Dislay LED
alarm Gambar 3.1 Diagram Blok
Sensor berfungsi untuk mendeteksi ketingian air. Sensor air terdiri dari dua kabel yang berdampingan. Sensor yang digunakan untuk mendeteksi air pada alat ini sebanyak 6 buah sensor. Sinyal yang di deteksi oleh sensor kemudian akan dikuatkan oleh penguat sinyal. Data yang telah dikuatkan oleh penguat sinyal kemudia masuk ke mikrokontroler AT89S51untuk diolah dan ditampilkan pada display. Display led berfungsi untuk menampilkan ketinggian air sedangkan display seven segment berfungsi untuk menampilkan level ketinggian air. Data yang diterima oleh
17
mikrokontroler kemudian akan dikirimkan ke mikrokontroller kedua melalui pemancar inframerah. Agar mikroontroler kedua dapat menerima data, digunakan penerima infra merah yang menggunakan ic TSOP1738. Hasil penerimaan data kemudian akan ditampilkan pada display.
3.2 Rangkaian power supplay ( PSA )
Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat untuk menghasilkan tegangan keluaran sebesar 5 volt. Keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian termasuk mikrokontroller.Rangkaian power supplay ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini :
Gambar 3.2 Rangkaian Power Supplay (PSA)
Trafo CT merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan diratakan oleh kapasitor 2200 μF. Regulator tegangan 5 volt (LM7805CT) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila PSA dinyalakan. Transistor PNP TIP 32 disini berfungsi untuk mensupplay arus apabila terjadi kekurangan arus pada
rangkaian, sehingga regulator tegangan (LM7805CT) tidak akan panas ketika rangkaian butuh arus yang cukup besar. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 buah dioda penyearah.
3.3 Rangkaian Mikrokontroler AT89S51
Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh system yang ada. Rangkaian mikrokontroler ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Gbr.3.3.Rangkaian mikrokontroller AT89S51
Pin 31 External Access Enable (EA) diset high (H). Ini dilakukan karena mikrokontroller AT89S51 tidak menggunakan memori eskternal. Pin 18 dan 19 dihubungkan ke XTAL 12 MHz dan capasitor 33 pF. XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroller AT89S51 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif tinggi). Pulsa transisi dari rendah ke
19
tinggi akan me-reset mikrokontroller ini. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit open collector dapat juga digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan bus data selama adanya akses ke memori program eksternal. Pada port 0 ini masing masing pin dihubungkan dengan resistor 4k7 ohm. Resistor 4k7 ohm yang dihubungkan ke port 0 befungsi sebagai pull up( penaik tegangan ) agar output dari mikrokontroler dapat mentrigger transistor. Pin 1 sampai 8 adalah port 1. Pin 21 sampai 28 adalah port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah port 3. Pin 39 yang merupakan P0.0 dihubungkan dengan sebuah resistor 330 ohm dan sebuah LED. Ini dilakukan hanya untuk menguji apakah rangkaian minimum mikrokontroller AT89S51 sudah bekerja atau belum. Dengan memberikan program sederhana pada mikrokontroller tersebut, dapat diketahui apakah rangkaian minimum tersebut sudah bekerja dengan baik atau tidak. Jika LED yang terhubung ke Pin 39 sudah bekerja sesuai dengan perintah yang diberikan, maka rangkaian minimum tersebut telah siap digunakan. Pin 20 merupakan ground dihubungkan dengan ground pada power supplay. Pin 40 merupakan sumber tegangan positif dihubungkan dengan + 5 volt dari power supplay
3.4Rangkaian Display Seven Segmen
Nilai ketinggian air yang terdeteksi oleh sensor akan diolah oleh mikrokontroler AT89S51 untuk selanjutnya ditampilkan pada display seven segmen. Rangkaian display seven segmen tampak seperti gambar berikut :
Gambar 3.4 Rangkaian Display Seven Segmen
Display ini menggunakan 1 buah seven segmen yang dihubungkan ke IC 4094 yang merupakan IC serial to paralel. IC ini akan merubah 8 bit data serial yang masuk menjadi keluaran 8 bit data paralel. Rangkaian ini dihubungkan dengan P3.0 dan P3.1 AT89S51. P3.0 merupakan fasilitas khusus pengiriman data serial yang disediakan oleh mikrokontroler AT89S51. Sedangkan P3.1 merupakan sinyal clock untuk pengiriman data serial.
Dengan menghubungkan P3.0 dengan IC serial to paralel (IC 4094), maka data serial yang dikirim akan diubah menjadi data paralel. Kemudian IC 4094 ini dihubungkan dengan seven segmen agar data tersebut dapat ditampilkan dalam bentuk angka. Seven segmen yang digunakan adalah aktip low, ini berarti segmen akan hidup
21
jika diberi data low (0) dan segmen akan mati jika diberi data high (1). Untuk menampilkan angka pada seven segmen, maka data yang harus diberikan adalah sebagai berikut:
Untuk menampilkan angka nol, data yang harus dikirim adalah 20h
Untuk menampilkan angka satu, data yang harus dikirim adalah 0ech
Untuk menampilkan angka dua, data yang harus dikirim adalah 18h
Untuk menampilkan angka tiga, data yang harus dikirim adalah 88h
Untuk menampilkan angka empat, data yang harus dikirim adalah 0c4h
Untuk menampilkan angka lima, data yang harus dikirim adalah 82h
Untuk menampilkan angka enam, data yang harus dikirim adalah 02h
Untuk tampilan kosong (tidak ada nilai yang tampil), data yang harus dikirim adalah 0ffh
Program untuk menampilkan angka pada display seven segmen adalah sebagai berikut:
bil0 equ 20h bil1 equ 0ech bil2 equ 18h bil3 equ 88h bil4 equ 0c4h bil5 equ 82h bil6 equ 02h bilkosong equ 0ffh mov 60h,#bil1 Tampil: mov sbuf,62h jnb ti,$
clr ti
sjmp Tampil
Program di atas akan menampilkan nilai 1 pada display seven segmen. Dan nilai berapapun yang diisikan ke alamat 60h, akan ditampilkan pada display seven segmen.
3.5 Perancangan Rangkaian Sensor dan Pengolah Sinyal
Sensor ini berfungsi untuk mengetahui ketika ada air yang mengenai sensor. Sensor ini terdiri dari dua lempeng logam, dimana lempeng 1 dihubungkan ke Vcc 5 volt dan yang lainnya dihubungkan ke input dari rangkaian pengolah sinyal.
Sensor dan foto dioda yang terkena air akan mengalami perubahan tegangan kemudian akan diolah oleh rangkaian penerima agar menghasilkan data biner, dimana jika sensor terkena air merah maka output dari rangkaian penerima ini akan mengeluarkan logika low (0), namun jika sensor dan fotodioda tidak terkena air, maka output dari rangkaian penerima akan mengeluarkan logika high (1). Adapun rangkaian sensor dan penguat sinyal yang digunakan adalah sebanyak 6 buah yang terbagi dalam 3 level. Berarti dalam setiap level terdapat 2 buah sensor dan penguat sinyal. Rangkaian sensor dan penguat sinyal seperti gambar berikut :
23
Air ke mikro
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor dan Penguat Sinyal
Pada rangkaian tersebut, output dari sensor diumpankan ke Op Amp, di Op Amp tegangan akan dikuatkan sesuai dengan yang diinginkan. Output Op Amp akan diinputkan ke basis dari transistor tipa NPN C945, ini berarti untuk membuat transistor tersebut aktif maka tegangan yang keluar dari Op Amp harus lebih besar dari 0,7 volt. Syarat ini akan terpenuhi jika sensor terkena air.
3.6 Display LED
Lampu-lampu led disusun sesuai dengan letak level air. Dimana lampu yang menyala berarti sensor telah terkena air dan jika sensor belum terkena air, maka LED hidup. Gambar rangkaian seperti berikut ini:
Gambar 3.6. Rangkaian Display LED
Display ini menggunakan transistor sebagai saklar. Transistor yang digunakan adalah tipe PNP C945. transistor tipe ini akan aktif (saturasi) jika pada basis mendapatkan tegangan yang lebih kecil dari 4,3 volt (VB < 4,3 volt). Dan akan cut off (terputus) jika tegangan pada basis lebih besar dari 4,3 volt (VB > 4,3 volt) pada perancangan alat ini terdapat 6 buah rangkaian di atas. Dimana masing – masing rangkaian dihubungkan ke mikrokontroler AT89S51
Rangkaian display led ini berfungsi sebagai penunjuk tingkatan ketinggian air. Apabila ketinggian air dalam kategori rendah maka led berwarna biru akan menyala, jika tingkatan dalam keadaan sedang maka led berwarna kuning akan menyala dan apabila telah terjadi banjir maka led berwarna merah yang akan menyala.rangkaian display led dapat dilihat dari gambar berikut:
Komponen utama dari rangkaian ini adalah 2 buah LED yang hidup/matinya dikendalikan oleh transistor C945. pada rangkaian ini transistor difungsikan sebagai
25
saklar untuk menghidup/mematikan 2buah LED yang disusun secara paralel. Jadi ketika transistor aktip maka LED akan menyala dan sebaliknya.
Basis dari transistor ini dihubungkan ke mikrokontroler, sehingga dengan memberikan logika high atau low pada program, maka hidup/matinya LED dapat dikendalikan melalui program yang diisikan ke mikrokontroler AT89S51. pada tugas akhir ini digunakan sebanyak enam buah rangkaian seperti tampak pada gambar di atas
3.7Rangkaian Pengirim Infra Merah
Data yang yang telah diolah mikrokontroler AT89S51 dikirimkan ke rangkaian penerima dengan menggunakan LED infra merah. Rangkaiannya seperti gambar berikut :
Gambar 3.7. Rangkaian Pengirim Data Melalui Infra Merah
Pada rangkaian di atas LED infra merah akan menyala jika basis pada transistor C945 diberi tegangan yang lebih besar dari 0,7 volt, ini akan sama artinya
P3.7 ( AT89S51) LED_ir 5V VCC 330 R2 4.7k 2SA733
jika pada P3.7 AT89S51 diberi logika high (1), karena pin yang diberi logika high akan mempunyai tegangan 4 s/d 5 volt, cukup untuk mengaktipkan transistor. Sedangkan untuk mematikan LED infra merah, maka P3.7 AT89S51 harus diberi logika low (0), karena dengan memberikan logika low pada P3.7, maka P3.7 akan memiliki tegangan 0 s/d 0,009 volt, tegangan ini akan menyebabkan transistor tidak aktip.
Untuk pengiriman data agar data dapat dikirimkan dari jarak yang jauh, maka LED infra merah harus dipancarkan dengan frekuensi 38 KHz karena frekuensi ini bebas dari gangguan frekuensi infra merah alam. Jika LED infra merah dipancarkan dengan frekuensi selai 38 KHz, maka pancarannya akan terganggu oleh frekuensi-frekuensi infra merah dari alam, seperti frekuensi-frekuensi infra merah yang dipancarkan oleh matahari, tumbuhan, bahkan badan manusia. Dengan menggunakan frekuensi 38 KHz, maka pancaran LED infra merah yang dihasilkan oleh rangkaian tidak terganggu oleh pancaran infra merah alam, sehingga jarak pengiriman data semakin jauh.
3.8Rangkaian Penerima Infra Merah
IC yang digunakan sebagai penerima infra merah adalah IC TSOP 1738. IC ini sering digunakan sebagai penerima/receiver remote control dari TV atau VCD. Rangkaiannya tampak seperti dibawah ini:
27 P3.7 ( AT89S51) 5V VCC 100 10uF i _1 0 i i _1 i TSOP 1738
Gambar 3.8 Rangkaian Penerima Infra Merah
Pada rangkaian diatas digunakan resistor 100 ohm untuk membatasi arus yang masuk pada rangkaian, sedangkan kapasitor 10 μF digunakan agar arus yang masuk ke IC TSOP 1738 lebih stabil.
IC ini mempunyai karakteristik yaitu akan mengeluarkan logika high (1) atau tegangan ± 4,5 volt pada outputnya jika IC ini mendapatkan pancaran sinar infra merah dengan frekuensi antara 38 – 40 KHz, dan IC ini akan megeluarkan sinyal low (0) atau tegangan ± 0,109 volt jika pancaran sinar infra merah dengan frekuensi antara 38 – 40 KHz berhenti, namun logika low tersebut hanya sesaat yaitu sekitar 1200 μs, setelah itu outputnya kan kembali menjadi high. Sifat inilah yang dimanfaatkan sebagai pengiriman data.
Output dari IC ini dihubungkan ke P3.7 pada mikrokontroller, sehingga setiap kali IC ini mengeluarkan logika low atau high pada outputnya, maka mikrokontroller dapat langsung mendeteksinya
3.9Perancangan Rangkaian Alarm
Rangkaian alarm ini berfungsi untuk memberikan peringatan berupa nada alarm apabila banjir telah terdeteksi. Apabila seluruh sensor dan fotodioda terkena oleh air maka alarm akan berbunyi.s Rangkaiannya seperti gambar di bawah ini:
Gambar 3.9. Rangkaian Alarm
Pada alat ini, alarm yang digunakan adalah alarm 5 volt. Alarm ini akan berbunyi jika positifnya dihubungkan ke sumber tegangan positif dan negatifnya dihubungkan ke ground.
Pada rangkaian di atas transistor berfungsi sebagai saklar elektronik yang dapat menghidupkan dan mematikan alarm. Dari gambar dapat dilihat bahwa negatif alarm dihubungkan ke kolektor dari transistor NPN (2SC945), ini berarti jika transistor dalam keadaan aktif maka kolektor akan terhubung ke emitor dimana emitor langsung terhubung ke ground yang menyebabkan tegangan di kolektor menjadi 0 volt, keadaan ini akan mengakibatkan alarm berbunyi. Sebaliknya jika transistor tidak aktif, maka kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor menjadi 5 volt, keadaan ini menyebabkan alarm mati.
29
Transistor yang digunakan dalam rangkaian di atas adalah transistor jenis NPN, transistor jenis ini akan aktif apabila tegangan pada basis lebih besar dari 0,7 volt. Resistor 4,7 Kohm pada basis berguna untuk membatasi arus yang masuk pada basis agar transistor tidak rusak.