3.1 Diagram Blok Rangkaian
pintu Motor stepper Driver stepper motor
A T 8 9 S 5 1 Saklar batas tutup
Saklar batas buka Sensor air
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Pembuka/Penutup Pintu
Fungsi tiap blok:
Sensor air
merupakan bagian yang berfungi mendeteksi level ketinggian air pada bendungan atau waduk, dimana prinsip kerjanya sama seperti saklar, saat air menyentuh sensor maka sensor akan aktif.
Mikrokontroler AT89S51
merupakan pusat proses untuk mengendalikan semua perangkat pada pintu. Pada blok ini mikrokontroler telah diprogram untuk dapat membaca data dari penerima infra merah kemudian mengolah semua data tersebut dan selanjutnya mengambil keputusan perangkat mana saja yang harus dikendalikan.
Driver Stepper Motor
berfungsi untuk mengendalikan arah putaran motor stepper, sehingga pintu dapat bergeser dengan baik. Pada blok ini digunakan beberapa transistor untuk men-drive motor agar dapat berputar dan mengubah polaritas tegangan motor sehingga dapa mengubah arat putaran motor.
Motor Stepper
Motor ini berfungsi sebagai pengeser pintu, yaitu untuk membuka dan menutup pintu.
Saklar Batas buka
Saklar ini merupakan batas terbukanya pintu, saklar ini dikendalikan oleh mikrokontroler AT89S51.
Saklar Batas Tutup
Saklar ini merupakan batas tertutupnya pintu, saklar ini dikendalikan oleh mikrokontroler AT89S51.
Vreg LM7805CT IN OUT TIP32C 100ohm 100uF 330ohm 220V 50Hz 0Deg TS_PQ4_12 2200uF 1uF 1N5392GP 1N5392GP 12 Volt 5 Volt
3.2 Perancangan Power Supplay (PSA)
Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian, sedangkan keluaran 12 volt digunakan untuk mensuplay tegangan ke motor stepper. Rangkaian power supplay ditunjukkan pada gambar 3.1 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
5V VCC 5V VCC 10uF 2 1 30pF 30pF XTAL 12 MHz AT89S51 P0.3 (AD3) P0.0 (AD0) P0.1 (AD1) P0.2 (AD2) Vcc P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P0.4 (AD4) P0.5 (AD5) P0.6 (AD6) P0.7 (AD7) RST EA/VPP P3.0 (RXD) P3.1 (TXD) P3.2 (INT0) P3.3 (INT1) P3.4 (T0) ALE/PROG PSEN P2.7 (A15) P2.6 (A14) P2.5 (A13) P2.4 (A12) P2.3 (A11) P2.2 (A10) P2.1 (A9) P3.6 (WR) P3.5 (T1) P3.7 (RD) XTAL2 XTAL1 GND P2.0 (A8) 1 2 3 4 5 6 7 8 40 39 38 37 36 35 34 33 9 10 11 12 13 14 15 32 31 30 29 28 27 26 16 17 18 19 20 25 24 23 22 21
rangkaian butuh arus yang cukup besar. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 buah dioda penyearah. Jadi catu daya +12 volt digunakan untuk menggerakkan motor melalui motor driver. Keluaran +12 volt diatur oleh IC regulatoir L 200 yang sebelumnya telah dilakukan filter dengan dua kapasitor 2200 @F/50V dan 1000@F/25V untuk menghasilkan tegangan konstan +12 Volt.
3.3. Perancangan Rangkaian Mikrokontroler AT89S51
Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh system yang ada. Kompoen utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontroler AT89S51. Pada IC inilah semua program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Rangkaian mikrokontroler ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Mikrokontroler ini memiliki 32 port I/O, yaitu port 0, port 1, port 2 dan port 3. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit. Pin 1 sampai 8 adalah port 1. Pin 21 sampai 28 adalah port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah port 3 Pin 40 dihubungkan ke sumber tegangan 5 volt. Dan pin 20 dihubungkan ke ground. Rangkaian mikrokontroler ini menggunakan komponen kristal 12 MHz sebagai sumber clocknya. Nilai kristal ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu.
Pada pin 9 dihubungkan dengan sebuah kapasitor 10 uF yang dihubungkan ke positip dan sebuah resistor 10 Kohm yang dihubungkan ke ground. Kedua komponen ini berfungsi agar program pada mikrokontroler dijalankan beberapa saat setelah power aktip. Lamanya waktu antara aktipnya power pada IC mikrokontroler dan aktipnya program adalah sebesar perkalian antara kapasitor dan resistor tersebut. Jika dihitung maka lama waktunya adalah :
10 10 1 det
t= =ΩR x C K =x µF m ik
Jadi 1 mili detik setelah power aktip pada IC kemudian program aktif.
3.4 Sensor Air Sederhana
Sensor air ini menggunakan prinsip benda terapung. Pada sensor ini terdapat sebuah pelampung yang akan bergerak sesuai dengan level ketinggian air yang menekannya dari bawah. Pada pelampung terdapat magnet yang akan menjadi switch atau saklar penghubung antara kabel A dan B. Pada saat posisi pelampung berada di bawah maka kabel A dan B tidak terhubung, atau dengan kata lain posisi ini adalah posisi saklar
A B A B
OFF. Apabila posisi pelampung berada di atas maka akan terjadi medan magnet yang dapat menghubungkan antara kabel A dan B, atau dengan kata lain posisi ini adalah posisi saklar ON. Pada saat Pelampung diatas maka kita dapat mengidentifikasi bahwa ketinggian air pada bendungan telah meningkat.
Gambar 3.4 Sensor Air Sederhana
3.5 Perancangan Rangkaian Driver Motor Stepper
Untuk mengendalikan perputaran motor stepper dibutuhkan sebuah driver. Driver ini berfungsi untuk memutar motor stepper searah dengan jarum jam atau berlawanan arah dengan jarum jam. 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. Rangkaiannya seperti gambar di bawah :
Gambar 3.5 Rangkaian Driver Motor Stepper
Rangkaian ini terdairi dari 4 buah transistor NPN TIP 122. 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
Tip 122 Tip 122 VCC 12V MOTOR AT89S51 (P0.0) AT89S51 (P0.2) Stepper VCC 12V Tip 122 Tip 122 1.0k 1.0k AT89S51 (P0.1) 1.0k 1.0k AT89S51 (P0.3)
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.
Driver motor stepper digunakan sebagai pengatur penggerakan motor stepper yang diatur dari mikrokontroller. Arah putar motor diubah dengan memberikan polaritas yang dibalik agar bisa menggerakkan motor dengan arah berlawanan.
3.6 Diagram Alir Program
Program diawali dengan start, kemudian program akan menunggu atau mengecek sinyal yang diinputkan oleh tombol. Jika tidak ada sinyal maka program akan terus menunggu sinyal input. Jika ada sinyal maka program membandingkan apakah sinyal tersebut adalah sinyal untuk membuka atau menutup pintu. Jika yang diterima adalah sinyal buka pintu maka program akan memerintahkan motor untuk membuka pintu.
start
Apakah ada sinyal buka
Buka pintu bendungan sebagian
Apakah ada sinyal buka penuh
Apakah ada sinyal tutup
Buka pintu bendungan seluruhnya
tutup pintu bendungan seluruhnya
Apakah ada sinyal tutup sebagian
tutup pintu bendungan sebagian Ya Tidak Ya Ya Ya Tidak Tidak Tidak
Apakah ada sinyal buka penuh
Apakah ada sinyal tutup
Ya Tidak
Ya
Tidak
Hal ini dapat dilihat lebih jelas pada gambar di bawah ini:
Vreg LM7805CT IN OUT TIP32C 100ohm 100uF 330ohm 220V 50Hz 0Deg TS_PQ4_12 2200uF 1uF 1N5392GP 1N5392GP 12 Volt 5 Volt BAB 4