M ICR O C O N TR O LLER A T 89S51 (1) PEMANCAR INFRA MERAH PENEERIMA INFRA MERAH M IC R O C O N TR O LLER A T 89S51 (2) RANGKAIAN TTL RS 232 PERSONAL COMPUTER
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Pendeteksi Banjir
3.1.2 Prinsip kerja Diagram Blok
Pada keadaan awal sistem diaktifkan, dimana proyek tugas akhir ini penulis menggunakan sensor ultra sonic ping Parallax sebagai pengukur besaran tinggi permukaan air. Ketika sensor ultra sonik Ping Parallax bekerja dengan mengeluarkan gelombang ultra sonik dan mengenai objek serta mendeteksi pantulannya, maka sensor akan mengeluarkan frekwensi tertentu terhadap besaran jarak tertentu. Dikarenakan sensor sudah mengeluarkan tegangan digital, maka selanjutnya data sudah dapat diteruskan ke pusat pengolahan data yaitu mikrokontroller AT89S51(mikrikontroller 1). Dan berdasarkan perintah yang telah diprogram pada
mikrokontroller AT89S51 (mikrikontroller 1) data yang didapat dari pengukuran akan dikirimkan melalui infrared sebagai media pengiriman data nirkabel (wireless).
Data yang dikirimkan melalui media infrared akan dideteksi oleh penerima infrared yaitu modul TSOP 1738. Data yang telah diterima akan diteruskan ke mikrokontroller AT89S51 (mikrikontroller 2) untuk membandingkan data. Selanjutnya data yang telah di bandingkan akan dikirim ke PC melelui modul RS 232 untuk menampilkan data pengukuran yang telah di dapat.
3.1.3 Perancangan Sensor
Sensor ultrasonic merupakan sensor yang memanfaatkan gelombang ultra sonic sebagai device yang akan mengukur ketinggian muka air. Pada kenyataannya suatu gelombang dapat terserep atau terbias pada benda-benda yang transparan seperti pada air ataupun kaca. 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 ultrasonic yaitu berupa frekwensi yang mempresentasikan lamanya waktu pantulan yang terjadi dari mulai gelombang dipancarkan hingga diterima pada modul penerima sensor. Pada pin SIG ini akakn 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 disambungkakn pada kutub negatif power supply. Secara keseluruhan sensor ultrasonic ini dirancang dapat dilihat pada gambar 3.2 .
VCC
To PIN I/O Microkontroller
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 mikrokontroller (1), maka dibutuhkanlah sebuah sparete worker
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
mikrokontroller (1) hanya berupa tegangan high (1) dan low (0). Berikut gambar rangkaian driver untuk sensor ultra sonik pada gambar 3.3 .
Gambar 3.3 Driver sensor ultra sonic ping
Pada rangkin driver transistor jenis NPN merupakan drain tegangan yang akan aktif jika diberi tegangan lebih besar dari 0,9V. Mikrokontroller (1) akan mengaktifkan sensor untuk mengukur dengan cara memberikan logika high (1) pada pin 1.1 sehingga sensor dapat aktif untuk melakukan pengukuran, dan sebaliknya jika pin 1.1 diberi logika low (0) maka pin 1.0 akan berlogika high (1) sehingga membuat transistor akan aktif sehingga data hasil pengukuran dapat diterima. 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.
3.1.4 Perncangan Power Supply (PSA)
Rangkaian PSA ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Dikarenakan beberapa rangkaian memerlukan 2 besaran tegangan, maka PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian. Rangkaian power supplay ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini :
Gambar 3.4 Rangkaian Power Supplay (PSA)
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 F. Regulator tegangan 5 volt (LM7805CT) digunakan untuk keluaran yang dihasilkan setabil 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.
3.1.5 Perancangan Rangkaian Mikrokontroler AT89S51
Untuk dapat mengendalikan rangkaian yang mandiri diperlukan device yang dapat menghitung, mengingat, dan mengambil pilihan serta digunakan sebagai pemrosesan data. Mikrokontroller sudah cukup untuk menjadi pengelolaan data pada rangkaian
digital. Minimum sistem dari Rangkaian mikrokontroler ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Gambar.3.5 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 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 supplay. Pin 40 merupakan sumber tegangan positif dihubungkan dengan + 5 volt dari power supplay.
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 =12� ��
12MHz = 1mikrodetik.
3.1.6 Perancangan rangkaian Pengirim Data Melalui Infra Merah
Data yang telah diproses pada mikrokontroller AT89S51 (mikrokontroller 1) akan dikirimkan melalui media transmisi data secara wireless yaitu dengan memanfaatkan LED infra merah sebagai jalur nirkabel. Rangkaian pemancar infra merah dapat dilihat pada gambar 3.6 berikut:
Untuk mengaktifkan LED infra merah pada port output pada mikrokontroller AT89S51 dapat dilakukan dengan memberikan logika High (1) yang akan mengeluarkan tegangan pada kisaran 4 s/d 5 Volt. Hal ini cukup untuk mengaktifkan base pada transistor C945, dimana transistor akan bekerja jika diberikan tegangan lebih dari 0,7 Volt. Sementara untuk memetikan LED infra mereh, pada port output diberikan logika (0) dimana base kekurangan tegangan. Tegangan pada port output jika diberikan logika (0) yaitu berkisar antara 0 s/d 0,009 Volt. Pada keadaan seperti ini menngakibatkan transistor tidak aktif.
Pada sistem pengiriman data dengan inframerah harus dipancarkan dengan frekwensi 38 s/d 40 KHz, hal ini dikarenakan frekwensi ini bebas dari gangguan frekwensi infra merah alam sehingga jarak pengiriman data dapat semakin jauh . Jika LED infra merah dipancarkan < 38KHz, maka pengiriman data akan terganggu oleh frekwensi-frekwensi inframerah dari alam seperti inframerah yang dipancarkan oleh matahari, tumbuhan dan bahkan frekwensi dari tubuh manusia.
Untuk memancarkan frekwensi 38KHz dari LED infra merah, langkah yang harus dilakukan yaitu mengkedipkan (menghidup dan matikan) pancaran dari LED dengan memberikan logika high dan low pada port output. Selang waktu (prioda) yang di perlukan untuk mengedipkan LED yaitu dengan rumus:
�
=
1� ... [3.1]
Pada saat sistem penerima infra merah menerima pancaran dari pemancar, maka output dari penerima akan berlogika high (1) dan selanjutnya jika pemancaran inframerah dihentikan, maka penerima akan berlogika low (0) sesaat yaitu sekitar ±1200 µs kemudian akan menjadi aktif high (1) kembali walaupun tidak ada pancaran infra merah. Hal ini sudah merupakan karakteristik dari penerima infra merah yang digunakan (TSOP 1738). Pengirima data pada sistem ini dilakukan jika logika high (1) setelah logika low (0) sesaat itu lah yang dijadikan sebagai data, sehingga dengan mengatur lebar pulsa high (1) tersebut dengan suatu nilai tertentu dan menjadikan nilai tersebut sebagai data, maka pengiriman dapat dilakukan.
3.1.7 Perancangan rangkaian Penerima Data Infra Merah
Pengiriman data menggunakan Sinar infra merah yang dipancarkan oleh pemancar infra merah mempunyai aturan tertentu agar data yang dipancarkan dapat diterima dengan baik di penerima. Oleh sebab itu baik di pengirim infra merah maupun penerima infra merah harus mempunyai aturan yang sama dalam mengirim dan menerima sinyal yang membawa data tersebut dan kemudian mendekodekannya kembali menjadi data biner pada modul Receiver TSOP1738. Modul menerima infra merah ini merupakan komponen yang peka terhadap cahaya yaitu berupa photodioda atau. Photodioda ini akan merubah energi cahaya infra merah menjadi pulsa-pulsa sinyal listrik.
Komponen ini juga harus mampu mengumpulkan sinyal infra merah sebanyak mungkin sehingga pulsa-pulsa sinyal listrik yang dihasilkan kualitasnya cukup baik. Dalam penerimaan infra merah, sinyal ini merupakan sinyal infra merah yang termodulasi. Pemodulasian sinyal data dengan sinyal carrier pada frekuensi tertentu akan dapat memperjauh transmisi data sinyal infra merah. Semakin besar area penerimaan maka sudut penerimaannya juga semakin besar. Kelemahan area penerimaan yang semakin besar ini adalah noise yang dihasilkan juga semakin besar pula. Suatu penerima pada sistem komunikasi cahaya harus memenuhi syarat antara lain:
1. Sensitivitas yang tinggi.
Karena detektor cahaya digunakan pada suatu panjang gelombang tertentu, maka sensitivitas tertinggi ditempatkan pada daerah panjang gelombang yang dimaksud. 2. Diperlukan respon waktu yang cepat,
Dalam hal ini bertujuan agar sistem dapat dioperasikan pada kecepatan tinggi yang akan meningkatkan efisiensi sistem komunikasi. Jika waktu respon terlalu lama maka data carier yang dibawa dapat rusak atau dalam keadaan tidak utuh diksrenakan rugi- rugi dari noise frekwensi.
3. Noise internal yang dibangkitkan detektor harus sekecil mungkin.
Gambar 3.7 Rangkaian Penerima Data Infra Merah
Pada rangkaian di atas menggunakan resistor 100 Ohm yang berfungsi untuk membatasi arus yang masuk pada rangkaian, sementara resistor 10 K Ohm digunakan untuk membatasi arus yang menuju pin I/O pada mikrokontroller agar arus yang ada pada IC mikrokontroler sama dengan output dari modul rangkaian penerima infrared. Sedangkan kapasitpr 10 µF berfungsi untuk menstabilkan arus yang masuk pada IC TSOP 1738. IC ini mempunyai karakteristik yaitu akan mengeluarkan tegangan ±4,5 Volt jika keadaan logika high (1) pada outputnya jika terdeteksi adanya pancaran infra merah dalam rentang frekwensi 38 – 40 KHz, dan mengeluarkan tegangan ±0,109 Volt, jika terdapat logika low (0) pada output jika tidak mendeteksi adanya pancaran, namun jika keadaan low sesaat yaitu sekitar 1200µs, setelah itu outputnya akan kembali menjadi high. Kaadaan inilah yang akan dimanfaatkan untuk transmisi pengiriman data. Output dari rangkaian ini dihubungkan pada I/O pin mikrokontroller sehingga setiap kali IC ini mengeluatkan logika high (1) atau logika low (0) pada outputnya, mikrokontroller akan dapat mendeteksi mendeteksinya.
3.2 Perancangan Software
Secara garis besar perancangan sofware terbagi dalam dua bagian besar yakni perancangan software untuk minimum sistem mikrokontroller AT89S51 yanng memakai bahasa mesin (assembly) dan perancangan software untuk tampilan interface
3.2.1 Flow chart minimum sistem mikrokontroller
Alat pendeteksi banjir ini dirancang untuk mendeteksi kenaikan ketinggian air rata- rata permukaan air. Pendeteksian ketinggian air dilakukan oleh sensor ultrasonic, mengolah data pada mikrokontroller dan mengirimkan data tersebut ke PC sebagai
interface data akuisisi data. Secara umum flow chart program pendeteksi banjir dapat
dilihat pada gambar 3.8 berikut ini.
START