Penguat Sinyal photodio da Driver UV-tron UV-tron uC AT89s52 Display matriks
relay Pompa air
relay alarm
uC AT89s52
Driver motor
Stepper Otor Stepper
Pada perancangan alat pendeteksi dan pemadam kebakaran otomatis dengan menggunakan sensor tron berbasis mikrokontroller AT89S51 ini secara umum terdiri dari 11 blok diagram utama. Sensor UV-tron digunakan untuk mendeteksi api kemudian setelah UV-UV-tron bekerja photodioda mendeteksi api digerakkan motorstepper mencari posisi api. Untuk dapat menghidupkan pompa secara otomatis diperlukan suatu rangkaian driver, driver pompa ini terdiri dari rangkaian relay dimana relay ini berfungsi sebagai saklar elektronik. Driver relay yang sama juga digunakan untuk mengaktifkan alarm. Display berfungsi untuk menampilkan tulisan peringatan.
3.1 Rangkaian Mikrokontroler AT89S51
Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh system yang ada. Rangkaian mikrokontroler ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Gbr.3.1.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 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 yan dihubungkan ke port 0 befungsi sebagai pull up( penaik tegangan ) agar output dari mikrokontroller dapat mntrigger 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 terhubug 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.
3.2 Rangkaian Pengendali Motor Stepper
Rangkaian pengendali motor stepper digunakan agar dapat menggerakkan fotodioda dan selang pompa secara otomatis. Rangkaian ini menggunakan motor stepper dan driver motor stepper. Motor stepper berfungsi untuk menggerakkan fotodioda dan selang pompa dan driver motor stepper berfungsi untuk mengendalikan motor stepper rangkaian pengendali motor stepper dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 3.2 rangkaian driver motor stepper
Driver ini berfungsi untuk memutar motor stepper searah dengan jarum jam atau berlawanan arah dengan jarum jam. Rangkaian ini akan dikendalikan oleh mikrokontroler AT89S51. Jadi dengan memberikan sinyal high secara bergantian ke input dari rangkaian driver motor stepper tersebut, maka pergerakan motor stepper sudah dapat dikendalikan oleh mikrokontroler AT89S51.
Rangkaian driver motor stepper ini terdiri dari empat masukan dan empat keluaran, dimana masing-masing masukan dihubungkan dengan mikrokontroler AT89S51 dan keluarannya dihubungkan ke motor stepper. Rangkaian ini akan bekerja memutar motor stepper jika diberi sinyal high (1) secara bergantian pada ke-4 masukannya.
Rangkaian ini terdiri dari 4 buah transistor NPN TIP122. Masing-masing transistor dihubungkan ke P0.0, P0.1, P0.2 dan P0.3 pada mikrokontroler AT89S51. Basis dari masing-masing transistor diberi tahanan 10 Kohm untuk membatasi arus yang masuk ke transistor. Kolektor dihubungkan dengan kumparan yang terdapat pada motor stepper, kemudian kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan 12 volt.dan emitor dihubungkan ke ground.
Jika P0.0 diberi logika high (1), yang berarti basis pada transistor TIP 122 mendapat tegangan 5 volt, maka transistor akan aktip. Hal ini akan menyebabkan terhubungnya kolektor dengan emitor, sehingga kolektor mendapatkan tegangan 0 volt dari ground. Hal ini menyebabkan arus akan mengalir dari sumber tegangan 12 volt ke kumparan, sehingga kumparan akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini akan menarik logam yang ada pada motor, sehingga motor mengarah pada kumparan yang memiliki medan magnet tesebut.
Jika kemudian P0.0 di beri logika low (0), yang berarti transistor tidak aktip dan tidak ada arus yang mengair pada kumparan, sehingga tidak ada medan magnet pada kumparan. Dan disisi lain P0.1 diberi logika high (1), sehingga kumparan yang terhubung ke P0.1 akan menghasilkan medan magnet. Maka motor akan beralih kearah kumparan yang terhubung ke P0.1 tersebut. Seterusnya jika logika high diberikan secara bergantian pada input dari driver motor stepper, maka motor stepper akan berputar sesuai dengan arah logika high (1) yang diberikan pada inputnya.
Untuk memutar dengan arah yang berlawanan dengan arah yang sebelumnya, maka logika high (1) pada input driver motor stepper harus diberikan secara bergantian dengan arah yang berlawanan dengan sebelumnya.
3.3 Perancangan Rangkaian Power Supplay (PSA)
Rangkaian power supplay berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari satu keluaran, yaitu 5 volt, keluaran 5 volt ini digunakan untuk menghidupkan seluruh rangkaian. Rangkaian power supplay adaptor ditunjukkan oleh gambar berikut ini,
Gambar 3.3 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.Transistor tipe PNP ini akan aktif jika tegangan pada basis > 0,7 volt dari tegangan positip. Tegangan positip yang dihubungkan ke emitor sebesar 12 volt, sehingga transistor akan aktip jika diberi tegangan yang lebih kecil dari 12 volt – 0,7 volt = 11,3 volt. Dalam kondisi biasa (LM7805 tidak kekurangan arus), maka basis akan mendapatkan tegangan 12 volt, sehingga transistor tidak aktip, emitor tidak terhubung dengan kolektor, sehingga tegangan pada kolektor sama dengan tegangan pada output regulator LM7805 yaitu 5 volt. Namun jika rangkaian membutuhkan arus yang lebih banyak, maka regulator akan mengambil arus dari inputnya, sehingga tegangan pada input regulator akan turun hingga lebih kecil dari 11,3 volt, transistor akan aktip, maka arus akan mengalir dari emitor ke kolektor. Pada transistor ini jika aktip, maka yang mengalir dari emitor ke kolektor adalah arusnya, sedangkan tegangannya tidak, sehingga tegangan pada kolektor tetap 5 volt.
Vreg LM7805CT IN OUT TIP32C 100 100uF 330 2200uF 1uF 220 V AC 0 V 5 Volt DC 0 Volt 12 Volt DC 12 V
A733 Vcc Vcc C 945 3 2 3 2 1 1 µc Vcc LM 385 1 KΩ 1 KΩ 1 KΩ 1 KΩ 10 KΩ 100 KΩ 330 Ω 100 KΩ 100 KΩ
3.4 Rangkaian Penguat Sinyal
Rangkaian ini berfungsi untuk memperkuat sinyal yang dihasilkan oleh masing-masing sensor sehingga cukup kuat untuk memberikan logika high atau logika low kepada mikrokontroler AT89S51. Rangkaian penguat sinyal ditunjukkan pada gambar 3.3 berikut :
Gambar 3.4 Rangkaian penguat sinyal
Sinyal dari sensor akan diperkuat oleh transistor A733 sebagai penguat depan sekaligus menyesuiakan impedansi input terhadap Op-Amp 358. Op-Amp LM 358 sebagai penguat ganda non inverting memperkuat sinyal yang dihasilkan oleh penguat depan yaitu transistor A733. Pada Op_Amp pertama sinyal akan dikuatkan sampai maksimal 100 kali penguatan. Kemudian output dari Op-Amp pertama ini akan diinputkan ke Op-Amp kedua untuk dikuatkan lagi sampai maksimal 100 kali penguatan. Dengan demikian output dari Op-Amp kedua mampu mendrive transistor C945 untuk menekan logika high atau logika low pada pin input mikrokontroler AT89S51.
Transistor C945 ini merupakan transistor jenis NPN. Transistor ini akan aktip (saturasi) jika pada basis diberikan tegangan lebih besar dari 0,7 volt. Jika transistor ini aktip, maka kolektor akan terhubung ke emitor sehingga tegangan pada kolektor akan jatuh menjadi 0 volt. Jatuhnya tegangan pada kolektor dari 5 volt ke 0 volt inilah yang merupakan indikasi adanya rembesan air yang diterima oleh sensor air. Jatuhnya tegangan pada kolektor dari 5 volt ke 0 volt ini juga akan menyebabkan LED indikator menyala.
Kolektor dari transistor ini akan dihubungkan ke mikrokontroler AT89S51, sehingga perubahan tegangan yang terjadi pada kolektor akan dapat diketahui oleh mikrokontroler AT89S51.
3.5 Rangkaian Pengendali Pompa Air
Rangkaian pengendali pompa air pada alat ini berfungsi untuk memutuskan atau menghubungkan sumber tegangan 220 volt dengan pompa. Gambar rangkaian pengendali pompa air ditunjukkan pada gambar 3.4 berikut ini:
Gambar 3.5 Rangkaian Pompa Air
Output dari relay yang satu dihubungkan ke sumber tegangan 220 volt dan yang lainnya dihubungkan ke pompa. Hubungan yang digunakan adalah normally close. Prinsip kerja rangkaian ini pada dasarnya memanfaatkan fungsi transistor sebagai saklar elektronik. Tegangan atau sinyal pemicu dari transistor berasal dari mikrokontroler Port 0.1 (P0.1). Pada saat logika pada port 0.1 adalah tinggi (high), maka transistor mendapat tegangan bias dari kaki basis. Dengan adanya tegangan bias ini maka transistor akan aktip (saturation), sehingga adanya arus yang mengalir ke kumparan relay. Hal ini akan menyebabkan sakar pada relay menjadi tertutup, sehingga hubungan sumber tegangan 220 volt ke pompa akan terhubung dan pompa akan menyala. Begitu juga sebaliknya pada saat logika pada P0.1 adalah rendah (low) maka relay tidak dialiri arus. Hal ini akan menyebabkan saklar pada relay terputus, sehingga sumber tegangan 220 volt dengan pompa akan terputus dan pompa tidak menyala.
3.6 Rangkaian Alarm
Rangkaian alarm pada alat ini berfungsi untuk memutuskan atau menghubungkan sumber tegangan 12 volt dengan buzzer. Gambar rangkaian alarm ini ditunjukkan pada gambar 3.5 berikut ini:
Gbr 3.6 Rangkaian alarm
Output dari relay yang satu dihubungkan ke sumber tegangan 12 volt dan yang lainnya dihubungkan ke buzzer. Hubungan yang digunakan adalah normally open. Prinsip kerja rangkaian ini pada dasarnya memanfaatkan fungsi transistor sebagai saklar elektronik. Tegangan atau sinyal pemicu dari transistor berasal dari mikrokontroler Port 0.1 (P0.1). Pada saat logika pada port 0.1 adalah tinggi (high), maka transistor mendapat tegangan bias dari kaki basis. Dengan adanya tegangan bias ini maka transistor akan aktip (saturation), sehingga adanya arus yang mengalir ke kumparan relay. Hal ini akan menyebabkan sakar pada relay menjadi tertutup, sehingga hubungan sumber tegangan 12 volt ke buzzer akan terhubung dan buzzer akan berbunyi. Begitu juga sebaliknya pada saat logika pada P0.1 adalah rendah (low) maka relay tidak dialiri arus. Hal ini akan menyebabkan saklar pada relay terputus, sehingga sumber tegangan 12 volt dengan buzzer akan terputus dan buzzer tidak berbunyi.
3.7 Rangkaian LED matriks display
Rangkaian LED matriks display ini merupakan susunan LED berbentuk matriks dengan 7 baris dan 16 kolom, sehingga jumlah seluruh LED yang digunakan adalah 112. Bagian horizontal terdiri dari 7 baris, karena untuk menampilkan sebuah karakter dibutuhkan 7 baris. Bagian vertical terdiri dari 166 kolom, sesuai dengan jumlah output dari IC 74LS154 yang digunakan. Rangkaian LED matriks display beserta rangkaian drivernya dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 3.7 Rangkaian LED matriks display beserta rangkaian driver.
Bagian horizontal yang terdiri dari 7 baris, masing-masing dihubungkan ke kolektor dari transistor C945. Emitor dihubungkan ke ground dan basis dihubungkan dengan resistor 1 kohm. Resistor ini dihubungkan dengan Port 0 dari mikrokontroller AT89S51. Untuk memastikan transistor akan aktif bila diberi sinyal high dari mikrokontroler, maka Port 0 juga dihubungkan dengan resistor 4K7 yang langsung ke sumber tegangan +5 volt, sehingga jika Port 0 diberi nilai high maka arus akan mengalir dari VCC ke transistor C945 yang bertipe NPN yang mengakibatkan transistor aktif karena mendapatkan tegangan basis yang lebih besar dari 0,7 volt. Sehingga, dengan memberikan suatu data (nilai) tertentu pada Port 0, maka transistor akan aktif sesuai dengan data (nilai) yang diberikan pada Port 0.
Bagian vertikal yang terdiri dari 16 kolom, masing-masing dihubungkan ke emitor dari transistor A733 yang bertipe PNP. Colektor dhubungkan dengan sumber tegangan +5 volt dan basisnya dihubungkan dengan resistor 330 ohm, kemudian resistor ini dihubungkan dengan Pin output dari IC
74LS154. jika IC 74LS154 diberi suatu masukan, maka salah satu pin outputnya akan berlogika low. Logika low ini akan menyebabkan transistor yang terhubung dengan Pin tersebut menjadi aktif. Aktifnya transistor tersebut menyebabkan arus arus mengalir dari sumber tegangan ke transistor A733 menuju LED. Jika transistor C945 juga dalam keadaan aktif maka arus dari LED akan menuju transistor C945 menuju ke ground, sehingga LED pada kolom tersebut akan hidup sesuai dengan data (nilai) yang diberikan oleh Port 0. Dengan demikian maka kita sudah dapat menghidupkan LED pada baris dan kolom tertentu.
3.8 Sensor Api
Untuk mendeteksi keberadaan api, robot menggunakan sensor api berupa UVTron tipe Hamamatsu 2868 yang diletakkan pada suatu mekanisme yang dapat berputar kekiri, kanan dan depan robot. Sensor UVTron ini akan diletakkan dengan memakai reflektor sehingga hanya bisa mendeteksi api (lilin) yang tegak lurus dengan UVTron. Apabila UVTron sudah mendeteksi adanya api maka robot akan berputar sesuai dengan arah putaran sensor UVTron.
Pada saat robot berada dipintu ruangan, robot tidak akan langsung masuk tetapi mendeteksi api terlebih dahulu apabila ada api maka robot akan masuk tetapi apabila tidak ada api maka robot tidak akan masuk melainkan kembali mencari titik api.
Secara umum cara kerja Uv-Tron adalah sebagai berikut : 1. Mendeteksi adanya panas.
2. Mendeteksi adanya perubahan panas di lingkungan sekitar.
Alasan pemilihan sensor UVTron untuk mendeteksi keberadaan api adalah karena kelebihan dari sensor ini yaitu sebagai berikut :
• Mendeteksi adanya sinar Ultraviolet menggunakan efek perubahan gas yang ada di dalam sensor tersebut.
• Spektrum gelombang yang dideteksi pada 185 ke 260 nm.
• Dapat menjangkau sumber api panas sampai jangkauan 5 meter.
• Uv-Tron Hamamatsu 2868 digunakan untuk mendeteksi adanya panas api (kebakaran) pada suatu tempat.
Berikut adalah gambar Uv-Tron Hamamatsu :
Gambar 3.8a. Fisik Flame Sensor Uv-Tron
