ANALISIS DAN PERANCANGAN
3.3 Perangkat Keras ( Hardware )
3.3.1 Diagram Blok
Secara umum, alat otomasi pompa untuk pengukuran volume dan tinggi permukaan minyak terdiri dari 6 blok diagram utama yaitu sensor ultrasonik, mikrokontroler, relay, pompa, kabel RS232 dan Personal Computer (PC). Hal ini dapat dirancang dengan diagram blok rangkaian seperti pada gambar 3.1.
Sensor Ultrasonik Mikrokontroler AT89S51 RS232 Personal Computer (PC)
Blok Sistem Pengirim
Blok Sistem Penerima
RELAY POMPA
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian
Sensor ultrasonik PING))) PARALLAX bekerja dengan mengeluarkan gelombang ultrasonik dan mengenai objek serta mendeteksi pantulannya, maka sensor akan mengeluarkan frekwensi tertentu terhadap besaran jarak tertentu. Disinilah penentu pompa hidup (on) atau mati (off). Jika jarak yang terdeteksi oleh sensor adalah jarak minimum maka pompa hidup (on) untuk pengisian minyak dan jika sensor mendeteksi jarak maksimum maka pompa mati (off) dan relay sebagai switch yang digunakan untuk mengendalikan otomatis pompa. Keluaran data dari sensor akan dimasukkan ke mikrokontroler melalui port input yang terdapat pada mikrokontroler, dan kemudian data tersebut akan diproses untuk ditampilkan ke komputer melalui kabel RS232. Dari sini dapat diketahui hasil volume minyak yang tersisa dan terpakai di dalam tanki diesel, tanpa harus memantau langsung ke lokasi tanki.
Keterangan dari gambar diagam blok: 1) Sensor Ultra Sonik PING)))
Sensor PING))) merupakan sensor ultrasonik yang dapat mendeteksi jarak obyek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 KHz dan kemudian mendeteksi pantulannya. Sensor Ultrasonik pada penelitian ini berfungsi sebagai pendeteksi ketinggian permukaan minyak dan keluaran atau output dari sensor akan diteruskan ke mikrokontroler.
2) Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler digunakan sebagai pengolah data inputan dari sensor dan merupakan otak dari keseluruhan sistem, output dari hasil pengolahan data sensor akan diteruskan ke PC dengan menggunakan serial port RS232.
3) RS232
Melalui RS232 data akan dikirim oleh PC dan diproses, kemudian ditampilakan hasilnya pada monitor atau display.
4) Relay
Berfungsi sebagai saklar otomatis untuk mematikan dan menghidupkan (on/off) pompa.
5) Motor Pendorong (pompa)
Motor yang membantu memindahkan minyak dari keluaran tanki produksi di pindahkan ke tanki diesel.
3.3.2 Perancangan power supply
Gambar rangkaian dan komponen yang digunakan untuk membangun rangkaian minimum system power suplly dapat dilihat pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 Rangkaian Sistem Power Suplly[6]
Trafo CT adalah trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC (arus bolak-balik) menjadi 12 volt AC (arus searah). 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 untuk keluaran yang dihasilkan stabil pada 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya, sementara LED hanya berfungsi sebagai indikator apabila PSA diaktifkan. 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.
3.3.3 Minimum sistem AT89S51
Untuk dapat mengendalikan rangkaian yang mandiri diperlukan device yang dapat menghitung, mengingat dan mengambil pilihan serta digunakan sebagai pemrosesan data. Mikrokontroler sudah cukup menjadi pengelolaan data pada rangkaian digital. Rangkaian minimum sistem dari mikrokontroler AT89S51 ditunjukkan pada gambar3.3. 1 2 3 4 5 8 7 6 19 18 20 17 16 13 12 10 11 15 14 PO R T 1 PO R T 3 9 +5V RST XTAL 1 XTAL 2 39 38 37 35 34 36 33 32 21 27 22 24 25 26 23 28 30 31 29 +5V PO R T 0 PO R T 2 40 +5V AT89S51 P1.0_T2 P1.1_T2EX P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P3.0 RxD P3.1 TxD P3.2 INT0 P3.3 INT1 P3.4 T0 P3.5 T1 P3.6 WR P3.7 RD P0.0 AD0 P0.1 AD1 P0.2 AD2 P0.7 AD7 P0.6 AD6 P0.5 AD5 P0.4 AD4 P0.3 AD3 P2.0_A8 P2.1_A9 P2.2_A10 P2.3_A11 P2.4_A12 P2.5_A13 P2.6_A14 P2.7_A15 EA ALE PSEN 33 pf 33 pf 12 MHz 1 K 10 µF
Gambar 3.3 Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler AT89S51[3]
Pin 31 External Access Enable (EA) diset high (H). Ini dilakukan karena mikrokontroler AT89S51 tidak menggunakan memori eskternal. Pin 18 dan 19 dihubungkan ke XTAL 12 MHz dan capasitor 33 pF. XTAL ini akan mempengaruhi
kecepatan mikrokontroler AT89S51 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif tinggi). Pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan me-reset mikrokontroler 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). Pin 1 sampai 8 adalah port 1. Pin 21 sampai 28 adalah port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah port 3.. Pin 20 merupakan ground dihubungkan dengan ground pada power supply. Pin 40 merupakan sumber tegangan positif dihubungkan dengan + 5 volt dari power supply.[3]
Mikrokontroller AT89S51 memerlukan 12 clock untuk mengeksekusi 1 siklus perintah pada rangkaian. Hal ini diakibatkan karena mikrokontroller menggunakkan kristal yang besarnya 12 MHz, sehingga waktu yang dibutuhkan mengeksekusi 1 siklus mesin tersebut membutuhkakn waktu detik. Dari program di atas diperoleh lamanya waktu dari setiap mengeksekusi Mnemonic dapat dilihat pada tabel 3.1 berikut.
Tabel 3.1 Data eksekusi program dalam satu siklus
Mnemonic Siklus Waktu Eksekusi
Mov Rn,#data 2 2 x 1 µd = 2 µd Sjmp 2 2 x 1 µd = 2 µd Clr 1 1 x 1 µd = 1 µd Djnz 2 2 x 1 µd = 2 µd No Operation (NOP) 1 1 x 1 µd = 1 µd Ret 1 1 x 1 µd = 1 µd 3.3.4 Perancangan sensor
Sensor ultrasonik merupakan sensor yang memanfaatkan gelombang ultrasonik sebagai device yang akan mengukur volume minyak. Pada kenyataannya suatu
gelombang dapat terserap atau terbias pada benda-benda yang transparan seperti pada air kaca ataupun minyak. Untuk dapat menempatkan sensor ini, sehingga dapat bekerja secara efisien, maka dapat diperhatikan untuk benda penghalang yang tidak dapat menyerap atau membiaskan gelombang ultrasonik sehingga gelombang dapat terpantul sempurna pada modul receiver sensor.
Output sensor ultrasonik yaitu berupa frekuensi yang mempresentasikan lamanya waktu pantulan yang terjadi dari mulai gelombang dipancarkan hingga diterima pada modul penerima sensor. Pada pin SIG ini akan di sambungkan pada port I/O pada mikrokontroller. Sementara masukan pada pin VCC tegangan untuk dapat mengoprasikan tegangan ini yaitu sebasar 5V yang di dapat dari power supply sebagai sumber tegangan. Pin GND merupakan grounding yang akan disambungkan pada kutub negatif power supply. Secara keseluruhan sensor ultrasonic ini dirancang dapat dilihat pada gambar 3.4.
VCC
To PIN I/O Microkontroller
Gambar 3.4 Sensor Ultrasonik PING)))[11]
Dikarenakan pin input dan output sensor (SIG) merupakan satu-satunya media yang dapat mengaktifkan rangkaian sensor maupun sebagai media data out yang akan menjadi input pada mikrokontroler, maka dibutuhkanlah sebuah sparete signal yaitu berupa rangkaian driver yang dapat mengaktifkan sensor untuk mengukur dan mengeluarkan data dikala sensor telah selesai mengukur ketinggian. Pada perancangan driver sensor ultrasonik, keluaran sensor akan dimodifikasi sehingga input pada mikrokontroler hanya berupa tegangan high (1) dan low (0). Berikut gambar rangkaian driver untuk sensor ultrasonik pada gambar 3.5.
Gambar 3.5 Driver sensor ultrasonik ping)))[9]
Pada rangkin driver transistor jenis NPN merupakan drain tegangan yang akan aktif jika diberi tegangan lebih besar dari 0,9V. Mikrokontroler akan men-tringer transistor pada port 1.0 agar menjadi logika low (0) apabila pada transistor diberi logika high (1) pada port 1.1, kemudian akan mengambil data keadaan terakhir hasil pengukuran pada port 1.2. Fungsi resistor pada rangkaian adalah sebagai tahanan arus yang masuk ataupun yang keluar dari sensor, sehingga rangkaian tidak mengalami over current yang dapat merusak sensor dan komponen pendukung.
3.3.5 Perancangan Koneksi Serial RS232
Ada dua hal pokok yang diatur pada standar RS232 diantaranya adalah: 1. Bentuk sinyal
2. Level tegangan yang dipakai
RS232 dibuat pada tahun 1962, jauh sebelum IC TTL populer, oleh karena itu level tegangan yang ditentukan untuk RS232 tidak ada hubungannya dengan level tegangan Transistor Transistor Logic (TTL).
Sebuah penggerak (driver) harus mampu menangani arus ini tanpa mengalami kerusakan. Selain mendeskripsikan level tegangan, standard RS232 juga menentukan jenis-jenis sinyal yang dipakai mengatur pertukaran informasi antara Data Terminal Equiepment (DTE) dan Data Circuit Equiepment (DCE), semuanya terdapat 2 jenis sinyal tapi yang umum dipakai hanyalah 9 jenis sinyal. Sesuai dengan konektor yang sering dipakai dalam standard RS232, untuk sinyal yang lengkap dipakai konektor
DB25, sedangkan konektor DB9 hanya bisa dipakai untuk 9 sinyal yang umum dipakai seperti Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Susunan PIN DB9[4]
3.3.6 Perancangan Relay
Relay terdiri dari coil dan contact. Coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis: Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay: ketika Coil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup seperti yang terlihat pada gambar 3.7.