SISTEM PERANCANGAN PENGENDALIAN TEKANAN DIGITAL
MENGGUNAKAN LOADCELL IC HX711 BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA32 PADA CETAKAN KOMPOSIT POLIMER
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Dan Memenuhi Syarat Memperoleh Ahli Madya
ALBOIN LUBIS
122408024
PROGRAM STUDI D-III FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SISTEM PERANCANGAN PENGENDALIAN TEKANAN DIGITAL
MENGGUNAKAN LOADCELL IC HX711 BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA32 PADA CETAKAN KOMPOSIT POLIMER
TUGAS AKHIR
ALBOIN LUBIS
122408024
PROGRAM STUDI D-III FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : Sistem Perancangan Pengendalian Tekanan Digital Menggunakan Loadcell IC HX711 Berbasis Mikrokontroler Atmega32 Pada Cetakan Komposit Kategori : Tugas Akhir
Nama : ALBOIN LUBIS Nomor Induk Mahasiswa : 122408024
Program Studi : Diploma 3 (D-3) Fisika Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatra Utara
Diluluskan di Medan, Juni 2015
Disetujui Oleh
Ketua Program Studi Pembimbing,
PERNYATAAN
SISTEM PERANCANGAN PENGENDALIAN TEKANAN DIGITAL MENGGUNAKAN LOADCELL IC HX711 BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA32 PADA CETAKAN KOMPOSIT
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juni 2015
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Sistem Perancangan Pengendalian Tekanan Digital Menggunakan
Loadcell IC HX711 Berbasis Mikrokontroler Atmega32 Pada Cetakan Komposit”.Tugas akhir ini disusun sebagai syarat akademis dalam
menyelelesaikan studi program Diploma (D-3) jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Penulis menyadari bahwa selama proses hingga terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir banyak mendapat kontribusi dari berbagai pihak. Dengan kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala bantuan, dukungan secara saran yang telah diberikan. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Sutarman, M.Sc, selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
2. Ibu Dr.Marpongahtun,M.Sc selaku Pembantu Dekan I Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. 3. Ibu Dr. Susilawati, M.Si selaku ketua Program Studi D-3 Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji MS selaku pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir
5. Seluruh Staf Pengajar /Pegawai program studi fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara. Terutama bang johan terima kasih atas semua saran dan bantuan ilmu dalam pencapaian pembuatan Tugas Akhir.
7. Buat senior Saya Faturahman yang telah membantu serta membimbing saya dalam mengerjakan Tugas akhir ini.
8. Teman-teman semasa PKL yang telah memberikan kesan dan kenangan manis selama mengisi hari-hari di tempat PKL.
9. Teman separtner proyek yang telah memotivasi, mendampingi dan memberikan semangat dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, dan seluruh FIN 12 yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Kalian luar biasa 10.Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih
atas semua bantuannya dalam menyelesaikanTugas Akhir.
Akhirnya sebagai bagian dari sebuah perjalanan panjang, penulis menyadari keterbatasan ilmu pengetahuan dan pengalaman untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini secara sempurna.Seperti pepatah mengatakan “Tak Ada Gading Yang
Tak Retak”.Oleh karena itu, dengan dan tangan dan hati terbuka penulis menerima
“SISTEM PERANCANGAN PENGENDALIAN TEKANAN DIGITAL MENGGUNAKAN LOADCELL IC HX711 BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA32 PADA CETAKAN KOMPOSIT”. ABSTRAK
Material komposit yang ramah lingkungan dan bisa didaur ulang kembali, merupakan tuntutan teknologi saat ini. Salah satu material komposit yang diharapkan di dunia industri yaitu material komposit dengan material pengisi (filler) baik yang berupa serat alami maupun serat buatan.. Saat ini bahan komposit yang diperkuat dengan serat merupakan bahan teknik yang banyak digunakan karena kekuatan dan sifat spesifik yang jauh diatas bahan teknik pada umumnya, sehingga sifatnya dapat didesain mendekati kebutuhan. Ketergantungan masyarakat akan penggunaan material komposit dalam kehidupan sehari-hari semakin besar. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang terjadi dengan cepat dewasa ini berhasil membuat suatu rancangan atau sistem alat untuk memudahkan dalam pembuatan material komposit dengan suatu sistem otomatisasi pada tekanan. Tujuan dari pembuatan Tugas akhir ini adalah untuk memudahkan mencetak suatu material komposit dengan tekanan yang sudah konstan. Alat pendeteksi tekanan ini berbasis mikrokontroler ATMega32 dengan sensor tekanan Load Celldengan menggunakan IC HX711 sehingga dapat dapat dibaca besarnya tekanan yang diberikan.
DAFTAR ISI
2.1.1. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites-PMC) .. 6
2.2. Mikrokontroller ATmega32 ... 9
2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATmega32……… … 9
2.2.2 Konfigurasi Pin ATMega32 ... 11
2.3 Load Cell ... 15
2.3.1. Prinsip Kerja ... 16
2.3.2.strain gauge ... 17
2.3.3 karakteristik strain gauge ... 19
2.3.4 bahan bahan yang bias dijadikan strain gauge ... 20
2.3.5 jembatan wheatstone ... 21
2.3.6 konsep jembatan wheatsone ... 21
2.3.7 aplikasi jembatan wheatstone ... 23
2.3.8 kelebihan jembatan wheatstone... 23
2.4 ic hx711 ... 24
2.4.1 kelebihan ic hx711 ... 24
2.4.2 fitur ic hx711 ... 25
2.5 lcd(liquid crystal display) ... 25
BAB III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ... 26
3.1. Diagram Blok system perancangan pengendalian tekanan ... 31
3.1.1. Fungsi Tiap Blok ... 32
3.2. Rangkaian Penstabil Tegangan (Regulator) ... 32
3.3. Rangkaian Mikrokontroler ATmega32 ... 33
3.4. Perancangan Rangkaian LCD( Liquid Crystal Display ) ... 34
3.5. Rangkaian Hx711 dan Load Cell ... 35
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 39
4.1. Pengujian Rangkaian Regulator ... 39
4.3. Intefacing LCD 2 x 16 ... 40
4.4. Pengujian Rangkaian hx711 dan loadcell ... 42
4.5 pengujian tekanan digital ... 45
4.5.1 ketentuan/ aturan dasar load cell ... 47
4.5.2 data kalibrasi ... 48
4.54 output ... 48
4.5.5 load cell troubleshooting ... 53
BAB V. PENUTUP … ... 56
5.1. Kesimpulan ... 56
5.2. Saran ... 57
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel Fungsi khusus Port A 12
Tabel 2.2 Tabel Fungsi khusus Port B 13
Tabel 2.3 Tabel Fungsi Port Khusus C 14
Tabel 2.4 Tabel Fungsi Port Khusus D 15
Tabel 2.5 Operasi Dasar Lcd 27
Tabel 2.6 Konfigurasi Pin Lcd 28
Tabel 2.7 Konfigurasi Lcd 29
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konfigurasi Pin-Pin ATMega32 11
Gambar 2.2 Load Cell 16
Gambar 2.3 konstruksi dasar strain gauge 18
Gambar 2.4 IC HX711 24
Gambar 2.5 LCD 26
Gambar 2.5 Konfigurasi Pin LCD 27
Gambar 3.1 Diagram Blok System Pengendalian Tekanan Digital 31
Gambar 3.2 Rangkaian Regulator 32
Gambar 3.3 Rangkaian System Minimum Mikrokontroller
Atemega32 33
Gambar 3.4 Rangkaian LCD 34
Gambar 3.6 Rangkaian HX711 Dan Load Cell 35 Gambar 3.9 Flowchart System Pengendalian Tekanan Digital 38 Gambar 4.1. Gambar Tegangan Output Ic Regulator 7805 39 Gambar 4.2. Informasi Signature Mikrokontroler 40
Gambar 4.3. Pengujian Lcd 42
Gambar 4.4 Terminal Baterai Strain Gauge 45
“SISTEM PERANCANGAN PENGENDALIAN TEKANAN DIGITAL MENGGUNAKAN LOADCELL IC HX711 BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA32 PADA CETAKAN KOMPOSIT”. ABSTRAK
Material komposit yang ramah lingkungan dan bisa didaur ulang kembali, merupakan tuntutan teknologi saat ini. Salah satu material komposit yang diharapkan di dunia industri yaitu material komposit dengan material pengisi (filler) baik yang berupa serat alami maupun serat buatan.. Saat ini bahan komposit yang diperkuat dengan serat merupakan bahan teknik yang banyak digunakan karena kekuatan dan sifat spesifik yang jauh diatas bahan teknik pada umumnya, sehingga sifatnya dapat didesain mendekati kebutuhan. Ketergantungan masyarakat akan penggunaan material komposit dalam kehidupan sehari-hari semakin besar. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang terjadi dengan cepat dewasa ini berhasil membuat suatu rancangan atau sistem alat untuk memudahkan dalam pembuatan material komposit dengan suatu sistem otomatisasi pada tekanan. Tujuan dari pembuatan Tugas akhir ini adalah untuk memudahkan mencetak suatu material komposit dengan tekanan yang sudah konstan. Alat pendeteksi tekanan ini berbasis mikrokontroler ATMega32 dengan sensor tekanan Load Celldengan menggunakan IC HX711 sehingga dapat dapat dibaca besarnya tekanan yang diberikan.
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dari masa ke masa berkembang cepat terutama dibidang otomasi industri. Perkembangan ini tampak jelas di industri pemabrikan, dimana sebelumnya banyak pekerjaan menggunakan tangan manusia, kemudian beralih menggunakan mesin, berikutnya dengan electro-mechanic (semi otomatis). Model apapun yang digunakan dalam sistem otomasi pemabrikan sangat tergantung kepada keandalan sistem kendali yang dipakai. Hasil penelitian menunjukan secanggih apapun sistem kendali yang dipakai akan sangat tergantung kepada sensor maupun transduser yang digunakan.
Sensor dan transduser merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara otomatis.
Besaran masukan pada kebanyakan sistem kendali adalah bukan besaran listrik, seperti besaran fisika, kimia, mekanis dan sebagainya. Untuk memakaikan besaran listrik pada sistem pengukuran, atau sistem manipulasi atau sistem pengontrolan, maka biasanya besaran yang bukan listrik diubah terlebih dahulu menjadi suatu sinyal listrik melalui sebuah alat yang disebut transducer.
Dengan menggunakan sensor loadcell untuk mengatur tekanan selain dapat menghasilkan hasil cetakan yang lebih baik juga dapat memudahkan pekerja dalam membuat material komposit. Untuk itulah penulis mencoba untuk membuat suatualat dan Penulisan TugasAkhir dengan judul “Sistem Perancangan
Pengendalian Tekanan Digital Menggunakan Loadcell IC HX711 Berbasis Mikrokontroler Atmega32 Pada Cetakan Komposit”.
1.2 Rumusan Masalah
Dalam merancang dan membuat “Sistem Perancangan Pengendalian Tekanan
Digital Menggunakan Loadcell IC HX711 Berbasis Mikrokontroler Atmega32 Pada Cetakan Komposit”. Penulis akan membahas dan menganalisa
rangkaian tersebut secara blok per blok. Komponen yang di gunakan dalam perancangan akan di bahas fungsinya secara umum dan karakteristik tidak di bahas. Perencanaan dan analisa rangkaian, di jelaskan secara blok perblok. Tidak di bahas bagaimana cara pembuatan program dan hasil nya hanya sekilas tentang bagaimana program tersebut berkerja.
1.3 Tujuan Penulisan
1. Memaanfatkan prinsip kerja strain gauge untuk mendeteksi tekanan yang diberikan yang terdapat pada Load Cell
2. Memanfaatkan modul IC HX711 sebagai pengkondisi sinyal data dari Load Cell ke 24 bit
1.4Batasan Masalah
Dalamperencanaan penulisaniniterdapat beberapa batasanmasalah sebagai berikut: 1. Rangakaian Mikrokontroller yang di gunakan adalah mikrokontroller
ATMega32
2. Sensor yang digunakan adalah sensor tekanan, untuk sensor tekanan digunakan sensor Load Cell sebagai pendeteksi tekanan yang diberikan. 3. IC HX711 berfungsi untuk mengkonversi perubahan yang terukur dalam
perubahan resistansi dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada.
4. LCD 2 X 16 yang digunakan untuk menampilkan keluaran dan masukan 5. Hanya membahas dasar-dasar teori tentang material komposit dan
penggunaanya, serta pengendalian loadcell dan aplikasinya. 6. Membahas tentang strain gauge dan jembatan wheatstone.
1.5.SistematikaPenulisan
Untukmempermudahpembahasandanpenulisan laporan ini, penulis membuat susunan bab – bab yang membentuk laporan ini dalam sistematika penulisan laporan dengan urutan sebagai berikut :
BAB 1 PENDAHULUAN
Dalambabini berisikanmengenai latar belakang, tujuan penulisan, rumusan masalah, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan
untukpembahasandancarakerjadarirangkaian dan bahasaprogramyangdigunakan,sertakarakteristikdari komponen-komponen
pendukung.
BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN
Bab ini berisikan tentang proses perancangan dan pembuatan alat. Mulai dari peancangan dan pembuatan sistem secara hardware atau software
BAB 4HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalambabiniakandibahashasilanalisadarirangkaiandansistem
kerjaalat,penjelasanmengenairangkaian-rangkaianyang digunakan, penjelasanmengenaiprogram yangdiisikankemikrokontroller ATMega32
BAB 5 PENUTUP
Dalambabinimenjelaskankesimpulandansaran darialatataupun data yangdihasilkandari alat.Babinijugamerupakanakhirdaripenulisan laporan tugas
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Material Komposit
Komposit didefinisikan sebagai dua macam atau lebih material yang digabungkan atau dikombinasikan dalam skala makroskopis(dapat terlihat langsung oleh mata)sehingga menjadi material baru yang lebih berguna.komposit terdiri dari 2 bagian utama yaitu :
1. Matriks, berfungsi untuk perekat atau pengikat dan pelindung filler (pengisi) dari kerusakan eksternal. Matriks yang umum digunakan : carbon, glass, kevlar, dll
2. Filler (pengisi), berfungsi sebagai Penguat dari matriks. Filler yang umum digunakan : carbon, glass, aramid, kevlar.
Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal dimana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja bersama untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan penyusunnya. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik – matrix) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fibre, fiber).
1. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)
Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC) – Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan disebut, Polimer Berpenguatan Serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or Plastics) – bahan ini menggunakan suatu polimer-berdasar resin sebagai matriknya, dan suatu jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) sebagai penguatannya
2. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)
Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC) – ditemukan berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam seperti aluminium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti silikon karbida.
3. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)
Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC) – digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek, atau serabut-serabut (whiskers) dimana terbuat dari silikon karbida atau boron nitrida
2.1.1 Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites-PMC)
Bahan seperti kaca, aramid dan boron mempunyai kekuatan tarik dan kekuatan tekan yang luar biasa tinggi tetapi dalam ‘bentuk padat’ sifat-sifat ini tidak muncul. Hal ini berkenaan dengan kenyataan ketika ditegangkan, serabut retak permukaan setiap bahan menjadi retak dan gagal dibawah titik tegangan patah teoritisnya.
Untuk mengatasi permasalahan ini, bahan diproduksi dalam bentuk serat, sehingga, meskipun dengan jumlah serabut retak yang terjadi sama, serabut retak tersebut terbatasi dalam sejumlah kecil serat dengan memperlihatkan sisa kekuatan teoritis bahan. Oleh karena itu seikat serat akan mencerminkan lebih akurat kinerja optimum bahan. Bagaimanapun juga satu serat dapat hanya memperlihatkan sifat-sifat kekuatan tarik sesuai panjang serat, seperti halnya serat dalam suatu tali.
Secara umum, sifat-sifat komposit ditentukan oleh: 1. Sifat-sifat serat
2. Sifat-sifat resin
3. Rasio serat terhadap resin dalam komposit (Fraksi Volume Serat – Fibre Volume Fraction)
4. Geometri dan orientasi serat pada komposit
2..2 Mikrokontroller Atmega32
Mikrokontroler dapat dianalogikan sebagai sebuah sistem komputer yang dikemas dalam sebuah chip, artinya di dalam sebuah IC mikrokontroler sebetulnya sudah terdapat kebutuhan minimal agar mikroprosesor dapat bekerja, yaitu meliputi mikroprosesor, ROM, RAM, I/O dan clock seperti halnya yang dimiliki oleh sebuah PC. Mengingat kemasannya yang berupa sebuah chip dengan ukuran yang relatif lebih kecil, tentu saja spesifikasi dan kemampuan yang dimiliki oleh mikrokontroller akan menjadi lebih rendah bila dibandingkan dengan sistem komputer seperti PC baik dilihat dari segi kecepatannya. Tidak seperti system komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja.
2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATmega32
Mikrokontroler AVR ATmega32 merupakan CMOS dengan konsumsi daya rendah, mempunyai 8-bit proses data (CPU) berdasarkan arsitektur AVR RISC. Dengan mengeksekusi instruksi dalam satu (siklus) clock tunggal, ATmega32 memiliki kecepatan data rata-rata (throughputs) mendekati 1 MIPS per MHz, yang memungkinkan perancang sistem dapat mengoptimalkan konsumsi daya dan kecepatan pemrosesan. Berikut kelebihan yang dimiliki ATmega32 (Aozon mengambil referensi langsung dari Atmel termasuk datasheet yang diterbitkannya):
1. Kinerja Tinggi, Low-Power AVR® 8-bit Microcontroller
Seperti yang disebutkan Atmel dalam websitenya "The low-power Atmel 8-bit AVR RISC-based microcontroller... The device supports throughput of 16 MIPS at 16 MHz and operates between 2.7-5.5 volts".
2. Menggunakan Arsitektur RISC
Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur Reduced Instruction Set Computing (RISC) atau " set instruksi Komputasi yang disederhanakan". 3. Daya Tahan Tinggi dan Segmen Memori Non-Volatile
Mikrokontroler AVR memiliki daya tahan data (retensi data) 20 tahun ketika suhu mencapai 85°C atau 100 tahun ketika suhu mencapai 25°C. 4. Memiliki Antarmuka JTAG (IEEE std. 1149.1 Compliant)
Tidak hanya SPI, ATmega32 memiliki antarmuka JTAG yang memungkinkan pengguna dapat memprogram Flash, EEPROM, Fuse, dan Lock Bits.
Mikrokontroler AVR memiliki fitur tambahan yang sangat membantu kita untuk melakukan penelitian yang lebih baik, seperti terdapat ADC, PWM dan Timer.
6. Memiliki Fitur Tambahan
Mikrokontroler ini memiliki fitur menarik yang patut dicoba seperti 5 mode Sleep, eksternal dan internal interupsi, dan kalibrasi RC Oscillator internal.
7. Mempunyai 32 jalur Program I/O
ATmega32 mempunyai 32 jalur Program sehingga memungkinkan kita untuk mengontrol lebih banyak device/ perangkat, seperti Tombol/ switch, LED, buzzer dan LCD.
8. Memiliki operasi tegangan dari 2,7 Volt sampai 5,5 Volt
ATmega32 memiliki operasi tegangan dari 2,7 Volt sampai 5,5 Volt. Ini sangat membantu kita untuk menghemat listrik. Kecepatan maksimal bisa mencapai 16 MHz (tanpa overclock).
9. Daya yang dibutuhkan ketika aktif hanya 1,1 mA
ATmega32 membutuhkan arus yang sangat kecil dibanding komponen analog yang biasa kita pakai. Hal ini dibuktikan dengan konsumsi daya yang dibutuhkan ketika aktif saja hanya 1,1 mA, bahkan bisa mencapai 1 uA ketika mode power-down.
yang efektif dan kecepatan prosesnya 10 kali lebih cepat dari pada mikrokontroler CISC biasa.
2.2.2 Konfigurasi Pin ATMega32
Gambar 2.1 Konfigurasi Pin-Pin ATMega32
Secara fungsional konfigurasi pin ATMega32 adalah sebagai berikut:
a. VCC
- Tegangan sumber b. GND (Ground)
- Ground
c. Port A (PA7 – PA0)
mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port A digunakan sebagai input dan di pull-up secara langsung, maka port A akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Pin-pin dari port A memiliki fungsi khusus yaitu dapat berfungsi sebagai channel ADC (Analog to Digital Converter) sebesar 10 bit. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port A dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.1
Tabel 2.1 Fungsi khusus port A
Port Alternate Function
PA7 ADC7 (ADC input channel 7) PA6 ADC6 (ADC input channel 6) PA5 ADC5 (ADC input channel 5) PA4 ADC4 (ADC input channel 4) PA3 ADC3 (ADC input channel 3) PA2 ADC2 (ADC input channel 2) PA1 ADC1 (ADC input channel 1) PA0 ADC0 (ADC input channel 0)
d. Port B (PB7 – PB0)
Port B adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap pin mengandung internal pull-up resistor. Output buffer port B dapat mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port B digunakan sebagai input dan di pull-down secara external, port B akan mengalirkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan.
1. SCK port B, bit 7
Input pin clock untuk up/downloading memory. 2. MISO port B, bit 6
Pin output data untuk uploading memory. 3. MOSI port B, bit 5
Pin input data untuk downloading memory.
Fungsi-fungsi khusus pin-pin port B dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.2
Tabel 2.2 Fungsi khusus port B Port Alternate Function
PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)
PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) PB6 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input) PB5 SS (SPI Slave Select Input)
PB3
AIN1 (Analog Comparator Negative Input)
OCO (Timer/Counter0 Output Compare Match Output)
PB2
AIN0 (Analog Comparator Positive Input) INT2 (External Interrupt 2 Input)
PB1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)
PB0
e. Port C (PC7 – PC0)
Port C adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap pin memiliki internal pull-up resistor. Output buffer port C dapat mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port C digunakan sebagai input dan di pull-down secara langsung, maka port C akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port C dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.3
Tabel 2.3 Fungsi khusus port C
Port Alternate Function
PC7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2) PC6 TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1) PC6 TD1 (JTAG Test Data In) PC5 TD0 (JTAG Test Data Out) PC3 TMS (JTAG Test Mode Select) PC2 TCK (JTAG Test Clock)
PC1 SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line) PC0 SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)
f. Port D (PD7 – PD0)
dan di pull-down secara langsung, maka port D akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port D dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.4 Fungsi khusus port D
Port Alternate Function
PD7
OC2 (Timer / Counter2 Output Compare Match Output)
PD6 ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin)
PD6
OCIB (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output)
PD5 TD0 (JTAG Test Data Out) PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input) PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input) PD1 TXD (USART Output Pin) PD0 RXD (USART Input Pin)
2.3 Load Cell
ini kemudiandiukur dengan jembatan Wheatsone dimana tegangan keluaran dijadikan referensi beban yang diterima load cell.
Gambar 2.2 Load Cell
2.3.1 Prinsip Kerja Load Cell
2.3.2 Strain Gauge
Strain Gage adalah komponen elektronika yang dipakai untuk mengukur tekanan (deformasi atau strain). Alat ini berbentuk foil logam atau kawat logam yang bersifat insulatif (isolasi) yang ditempel pada benda yang akan diukur tekanannya, dan tekanan berasal dari pembebanan. Prinsipnya adalah jika tekanan pada benda berubah, maka foil atau kawat akan terdeformasi, dan tahanan listrik alat ini akan berubah. Perubahan tahanan listrik ini akan dimasukkan kedalam rangkaian jembatan Whetstone yang kemudian akan diketahui berapa besar tahanan pada Strain Gage. Tegangan keluaran dari jembatan Wheatstone merupakan sebuah ukuran regangan yang terjadi akibat tekanan dari setiap elemen pengindera Strain Gage. Tekanan itu kemudian dihubungkan dengan regangan sesuai dengan hukum Hook yang berbunyi : Modulus elastis adalah rasio tekanan dan regangan.
Strain gauge atau bilah regangan adalah salah satu dari
transduser-transduser yang banyak dipakai untuk mendeteksi dan mengukur gaya, beban torsi dan regangan.Unit dasar dari peralatan ini terdiri dari jalur resistif yang direkatkan pada dasar bahan isolasi yang fleksibel. Bilah ini dilekatkan pada bagian / obyek mekanis yang akan diukur regangannya.
Jika posisi beban digantung pada bagian bawah kolom, kolom akan mengalami gaya tarik. Kolom dan Strain gauge akan merespon kebalikan dari respon diatas tetapi Strain Gauge tetap memanjang dan memendek dengan respon yang sama seperti respon diatas.
Gambar 2.3. Konstruksi dasar Strain Gauge
Strain gage merupakan bagian terpenting dari sebua
fungsi untuk mendeteksi besarnya perubahan dimensi jarak yang disebabkan oleh suatu elemen gaya. Strain gages secara umum digunakan dalam pengukuran presisi gaya, berat, tekanan, torsi, perpindahan dan kuantitas mekanis lainnya. Setelahnya dikonversi menjadi energi tegangan kedalam anggota mekanis. Strain
gage menghasilkan perubahan pada nilai tahanan yang proporsional dengan
perubahan jangka panjang atau perubahan melalui lamanya proses.
Strain gage memiliki dua tipe dasar strain gage yaitu :
Bonded strain gage seluruh bagiannya terpasang pada elemen gaya (force
member) dengan menggunakan semacam bahan perekat. Selagi elemen gaya
tersebut meregang, strain gage juga dapat memanjang. 2. Tidak terikat (unbonded).
Unbonded strain gage memiliki salah satu sudut akhir yang dipasang pada elemen gaya dan sudut akhir satunya lagi dipasang pada pengumpul gaya (force
collector). Persyaratan ini sering digunakan untuk menguji kelayakan system
strain gage untuk aplikasi tertentu dimana konstanta kalibrasi strain gage harus
stabil, artinya tidak berubah terhadap waktu, temperature dan faktor lingkungan lain.Ketelitian pengukuran regangan ± 1μs dan pada daerah regangan ± 10 %, ukuran standarisasi strain gage, yaitu panjang 1o dan tebal wo harus kecil komopnen pada sensor load cell (strain gage).
2.3.3 Karakteristik Strain Gauge
Karakteristik dari filamen adalah sebagai berikut : 1. Faktor Gage tertinggi
2. Koefisien suhu resistansi rendah 3. Resitivitas tinggi
4. Kekuatan mekanis tinggi
2.3.4 Bahan- bahan yang bisa dijadikan Strain Gauge
Berbagai jenis bahan tahanan telah dikembangkan untuk pemakaian dalam
gage-gage kawat dan foil, seperti:
1. Constantan adalah paduan (alloy) tembaga-nikel dengan koefisien temperatur rendah. Biasanya Constantan ditemukan dalam Gage yang digunakan untuk strain dinamik, dimana perubahan level strain tidak
melebihi ± 1500 μcm/cm. Batas temperatur kerja adalah dari 10 o
C sampai 200oC.
2. Nichrome V adalah paduan nikel-chrome yang digunakan untuk pengukuran strain statik sampai 375 oC. dengan kompensasi temperatur, paduan ini dapat digunakan untuk pengukuran static sampai 650 oC dan pengukuran dinamik sampai 1000 oC.
3. Dynaloy adalah paduan nikel-besi dengan Faktor Gage yang rendah dan ketahanan yang tinggi terhadap kelelahan. Bahan ini digunakan untuk pengukuran strain dinamik bila sensitivitas temperatur yang tinggi dapat di tolerir.
4. Stabiloy adalah paduan nikel-chrome yang dimodifikasi dengan rangkuman kompensasi temperatur yang lebar. gage ini memikiki stabilitas yang sangat baik dan temperatur cryogenic sampai sekitar 350 oC dan ketahanan yang baik tehadap kelelahan.
2.3.5 Jembatan Wheatstone
Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 dan meningkat dan dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Dalam umumnya Jembatan Wheatstone dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relative kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kortsluiting dan sebagainya. Rangkaian ini dibentuk oleh empat buah tahanan (R) yag merupakan segiempat A-B-C-D dalam hal mana rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan dan sebuah galvanometer nol (0). Kalau tahanan-tahanan itu diatur sedemikian rupa sehingga galvanometer itu tidak akan mengadakan suatu hubungan antara keempat tahanan tersebut.
Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarannya). Kegunaan dari Jembatan Wheatstone adalah untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan cara arus yang mengalir pada galvanometer sama dengan nol (karena potensial ujung-ujungnya sama besar). Sehingga dapat dirumuskan dengan perkalian silang. Cara kerjanya adalah sirkuit listrik dalam empat tahanan dan sumber tegangan yang dihubungkan melalui dua titik diagonal dan pada kedua diagonal yang lain dimana galvanometer ditempalkan seperti yang diperlihatkan pada jembatan wheatstone.
2.3.6 Konsep Jembatan Wheatstone
rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer. Jembatan Wheatstone adalah suatu proses menentukan nilai hambatan listrik yang presisi/tepat menggunakan rangkaian Jembatan Wheatstone dan melakukan perbandingan antara besar hambatan yang telah diketahui dengan besar hambatan yang belum diketahui yang tentunya dalam keadaan Jembatan disebut seimbang yaitu Galvanometer menunjukkan pada angka nol.
Rangkaian Jembatan Wheatstone tersebut memiliki susunan dari 4 buah hambatan yang mana 2 dari hambatan tersebut adalah hambatan variable dan hambatan yang belum diketahui besarnya yang disusun secara seri satu sama lain dan pada 2 titik diagonalnya dipasang sebuah Galvanometer dan pada 2 titik diagonal lainnya diberikan sumber tegangan. Galvanometer adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan pengukuran arus. Kebanyakan alat ini kerjanya tergantung pada momen yang berlaku pada kumparan di dalam magnet. R1, R2, dan R3 merupakan hambatan yang sudah diketahui, sedangkan R4 adalah hambatan yang akan dicari besarnya.
tahanan R1, R2, R3, dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui nilainya dengan teliti dan dapat diatur.
2.3.7 Aplikasi Jembatan Wheatstone
Salah satunya adalah dalam percobaan mengukur regangan pada benda uji berupa beton atau baja. Dalam percobaan kita gunaka semacam pita yang terdiri dari rangkaian listrik untuk mengukur dilatasi benda uji berdasarkan perubahan hambatan penghantar di dalam strain gauge. Strain gauge ini direkatkan kuat pada benda uji sehingga deformasi pada benda uji akan sama dengan deformasi pada strain gauge. Seperti kita ketahui, jika suatu material ditarik atau ditekan, maka terjadi perubahan dimensi dari material tersebut sesuai dengan sifat2 elastisitas benda. Perubahan dimensi pada penghantar akan menyebabkan perubahan hambatan listrik, ingat persamaan R = ρ.L/A. Perubahan hambatan ini sedemikian kecilnya, sehingga untuk mendapatkan hasil eksaknya harus dimasukkan kedalam rangkaian jembatan Wheatstone. Rangkaian listrik beserta jembatan Wheatstonenya sudah ada di dalam
2.3.8 Kelebihan Jembatan Wheatstone
2.4 IC HX711
HX711 24-Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scales hx711 adalah sebuah komponen terintegrasi dari perusahaan "AVIA SEMICONDUCTOR" . HX711 presisi 24-bit analog-to-digital converter (ADC) yang di desain untuk sensor timbangan digital (weight scales) dan industrial control aplikasi yang terkoneksi dengan sensor jembatan (bridge sensor).
HX711 adalah modul timbangan, yang memiliki prinsip kerja mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Modul melakukan komunikasi dengan computer/mikrokontroller melalui TTL232.
Gambar 2.4 IC HX711
2.4.1 Kelebihan IC HX711
2.4.2 Fitur IC HX711
1. Differential input voltage: ±40mV(Full-scale differential input voltage is ± 40mV)
2. Data accuracy: 24 bit (24 bit A / D converter chip.) 3. Refresh frequency: 80 Hz
4. Operating Voltage : 5V DC 5. Size:38mm*21mm*10mm
2.5 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai banyak digunakan. Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari penampil CRT (Cathode Ray Tube), yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan manusia sebagai penampil gambar/text baik monokrom (hitam dan putih), maupun yang berwarna. Teknologi LCD memberikan keuntungan dibandingkan dengan teknologi CRT, kaena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang digunakan sebelum transistor ditemukan. Beberapa keuntungan LCD dibandingkan dengan CRT adalah konsumsi daya yang relative kecil, lebih ringan, tampilan yang lebih bagus, dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor CRT lebih cepat memberikan kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD.
LCD memanfaatkan silicon atau gallium dalam bentuk Kristal cair sebagai pemendar cahaya. Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi piksel yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian, setiap pertemuan baris dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang latar (backplane), yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang ditutupi oleh lapisan elektroda trasparan. Dalam keadaan normal, cairan yang digunakan memiliki warna cerah. Daerah-daerah tertentu pada cairan akan berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar dan pola elektroda yang terdapat pad sisi dalam lempeng kaca bagian depan.
Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa microampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat menggunakan catu daya yang kecil. Keunggulan lainnya adalah tampilan yang diperlihatkan dapat dibaca dengan mudah di bawah terang sinar matahari. Di bawah sinar cahaya yang remang-remang dalam kondisi gelap, sebuah lampu (berupa LED) harus dipasang dibelakang layar tampilan.
LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2 baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah :
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk membuat program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya mengunakan 8 bit data dan 3 bit control.
3. Ukuran modul yang proporsional.
LCD 16x2
Gambar 2.6Konfigurasi Pin LCD
Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan instruksi membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap karakter dengan huruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter (membaca program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah utama LCD adalah Display Clear, Cursor Home, Display ON/OFF, Display Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift. Tabel 2.2 menunjukkan operasi dasar LCD.
Tabel 2.5 Operasi Dasar LCD
RS R/W Operasi
0 0 Input Instruksi ke LCD
0 1 Membaca Status Flag (DB7) dan alamat counter (DB0 ke DB6)
Metode screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolo dan suatu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua. Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalur yang digunakan untuk mengaktifkan panel LCD. Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD, mulai jenis LCD biasa, Passive Matrix LCD (PMLCD), hingga Thin-Film Transistor Active Matrix (TFT-AMLCD). Kemampuan LCD juga telah ditingkatkan daru yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan warna.
Tabel 2.6 Konfigurasi Pin LCD
Nomor Pin Nama Keterangan
1 GND Ground
2 VCC +5V
3 VEE Contras
4 RS Register Select
5 RW Read/write
6 E Enable
7-14 D0-D7 Data bit 0-7
15 A Anoda (back light)
Tabel 2.7 Konfigurasi LCD
Pin Bilangan Biner Keterangan
RS 0 Inisialisasi
1 Data
RW 0 Tulis LCD / W (write) 1 Baca LCD / R (read)
E 0 Pintu Data Terbuka
1 Pintu data tertutup
Lapisan film yang berisis Kristal cair diletakkan di antara dua lempeng kaca yang telah ditanami elektroda logam transparan. Saat teganganya dicatukan pada beberapa pasang elektroda, molekul – molekul Kristal cair akan menyusun diri agar cahaya yang mengenainya akan dipantulkan atau diserap. Dari hasil pemantulan atau penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk pola huruf, angka, atau gambar sesuai bagian yang di aktifka.
LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrument elektronika lain seperti Global Positioning System (GPS), baragraph display dan multimeter digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam satu panel. Untuk membentuk pola, baik karakter maupun gambar pada kolom dan baris secara bersamaan digunakan metode Screening.
Kontrol tekanan adalah kontrol (mempertahankan tekanan gas cairan atau benda padat pada nilai yang ditentukan), atau pembatas (merasakan tekanan sudah mencapai pada suatu batas yang sudah ditentukan pada Suatu batas yang sudah ditentukan sebelumnya atau pindah dari suatu rentang yang aman).tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas. Satuan tekanan yang paling umum adalah pounds per inchi kuadrat (psi), inches dari kolom air (wc) pada panometer atau inches dari air raksa (Hg) pada manometer. Satuan metrik yang paling populer dari pengukuran adalah kilopascal (kPa).Tekanan harus sehubungan diukur dengan tekanan referensi yang diberikan, tetapi yang paling umum adalah tekanan atsmosfer pada permukaan laut atau tekanan nol absolut.
Load cell adalah alat yang mengeluarkan signal listrik proporsional dengan gaya / beban yang diterimanya. Load cell banyak digunakan pada timbangan elektronik. Starin Gauge tersusun dari kawat yang sangat halus, yang dianyam secara berulang menyerupai kotak dan ditempelkan pada plastic atau kertas sebagai medianya.Kawat yang dipakai dari jenis tembaga lapis nikel berdiameter sekitar seper seribu (0.001) inchi.Kawat itu disusun bolak-balik untuk meng-efektifkan panjang kawat sebagai raksi terhadap tekanan/gaya yang mengenainya.Pada ujungnya dipasang terminal.Strain Gauge bisa dibuat sangat kecil, sampai ukuran 1/64 inchi.Untuk membuat Load Cell, Strain Gauge dilekatkan pada logam yang kuat sebagai bagian dari penerima beban (load
receptor).Strain Gauge ini disusun sedemikian rupa membentuk Jembatan
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN
3.1. Diagram Blok System perancangan Pengendalian Tekanan Digital
Mikrokontroler Power Suplay
Load Cell Modul Hx711 LCD
Gambar 3.1. Diagram Blok System Pengendalian Tekanan Digital
3.1.1 Fungsi Tiap Blok
1. Blok Atmega32 : Mengkonversi data sensor load cell
2. Blok Sensor Load cell : Inputan tekanan dan di ubah menjadi sinyal digital 3. Blok Modul HX711 : Sebagai pengondisi sinyal data dari load cell ke 24
bit
4. Blok LCD : Sebagai output tampilan
5. Blok power supply : Sebagai penyedia tegangan ke system dan Sensor
3.2. Rangkaian penstabil tegangan( Regulator)
Rangkaian ini berfungsi untuk memberikan supply tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Keluaran rangkaian Regulator ini yaitu 5 volt, keluaran 5 volt.
Gambar 3.2 Rangkaian regulator
3.3. Rangkaian Mikrokontroller ATMega32
Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMEGA32 dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 3.3 Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMEGA32
Dari gambar 3.3, Rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega32. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.
Untuk men-download file heksadesimal ke mikrokontroler, Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd dari kaki mikrokontroler dihubungkan ke Jack 10 Pin header sebagai konektor yang akan dihubungkan ke ISP Programmer. Dari ISP Programmer inilah dihubungkan ke komputer melalui port paralel.
Kaki Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd pada mikrokontroler terletak pada kaki 6, 7, 8, 9, 10 dan 11. Apabila terjadi keterbalikan pemasangan jalur ke ISP Programmer, maka pemograman mikrokontroler tidak dapat dilakukan karena mikrokontroler tidak akan bisa merespon.
3.4. Perancangan Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi - M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi
tampilan karakter. Pemasangan potensio sebesar 10 KΩ untuk mengatur kontras
Gambar 3.4. Rangkaian LCD
Dari gambar 3.4, rangkaian ini terhubung ke PB.0 - PB.6, yang merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Timer/Counter, komperator analog dan SPI mempunyai fungsi khusus sebagai pengiriman data secara serial. Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh Mikrokontroller ATMega32.
3.5. Rangkaian HX711 dan Load cell
Gambar 3.5Rangkaian HX711 dan Load cell
Pada rangkaian ini berisi dua modul: single point load cell 10 Kg berbahan Aluminium-alloy dan modul ADC (Analog-to-Digital Converter) 24-bit berpresisi sangat tinggi menggunakan IC HX711 Weight Scale Sensor yang memang dirancang khusus untuk penggunaan pada sensor berat.
Dengan tingkat presisi setinggi ini, Anda dapat mengukur berat beban dalam resolusi 5 Kg / 224 atau setara dengan ketepatan 298 µ g (0,298 mg, atau 0,000298 gr). Ketepatan ini tiga kali lipat lebih tinggi dibanding tingkat ketepatan yang ditawarkan pada timbangan emas/permata (jewelry weight scale) komersial kelas premium yang umum digunakan di toko emas/perhiasan yang presisinya hanya mencapai 0,001 gr (1 mg), sehingga tantangan pembuatan timbangan elektronis yang presisi bukan lagi terletak pada sisi elektronisnya namun lebih pada akurasi rancang bangun mekanis dari timbangan tersebut.
Masukan / input: kabel merah (E+) dan hitam (E-) Keluaran / output: kabel hijau (A+ atau B+) dan putih (A- atau B-).
atau pindah dari suatu rentang yang aman).tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas. Satuan tekanan yang paling umum adalah pounds per inchi kuadrat (psi), inches dari kolom air (wc) pada panometer atau inches dari air raksa (Hg) pada manometer. Satuan metrik yang paling populer dari pengukuran adalah kilopascal (kPa).Tekanan harus sehubungan diukur dengan tekanan referensi yang diberikan, tetapi yang paling umum adalah tekanan atsmosfer pada permukaan laut atau tekanan nol absolute.Sistem timbangan adalah perpaduan berbagai macam alat sehingga dihasilkan mesin otomatis yang bekerja berdasarkan berat seperti batching plant. Pada materi ini saya akan menjelaskan tentang load cell type S. karena load cell ini sangat umum di dugunakan pada tempat saya bekerja dan mungkin di tempat lain. Karena saat pengaplikasiaannya sangat mudah diterapkan pada timbangan apapun.Contohnya : timbangan semen, timbangan air dan timbangan material ( pasir dank oral ). Berikut prinsip kerja dari load cell :
ditimbang.Loadcell ini bekerja dengan menekan sisi tengahnya. Loadcell ini dipakai untuk timbangan truck.
3.6. Flow Chart Sistemperancangan Pengendalian Tekanan Digital
Start
Inisialisasi PORT
Deteksi tekanan Load cell
Conversi analog to Digital
Tampil LCD
Selesai
Gambar 3.6. Flow Chart Sistem Pengendalian Tekanan Digital
kemudian data diteruskan ke IC HX711 untuk diubah menjadi sinyal digital dan hasilnya tampil di LCD. Proses selesai.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengujian Rangkaian Regulator
Pengujian rangkaian regulator ini bertujuan untuk mengetahui tegangan yang dikeluarkan oleh rangkaian tersebut, dengan mengukur tegangan keluaran dari output regulator 7805 menggunakan multimeter digital. Setelah dilakukan pengukuran maka diperoleh besarnya tegangan keluaran sebesar 5 volt. Dengan begitu dapat dipastikan apakah terjadi kesalahan terhadap rangkaian atau tidak.
Gambar 4.1. Gambar tegangan output ic regulator 7805
4.2. Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATMega32
Gambar 4.2. Informasi Signature Mikrokontroler
ATMega32 menggunakan kristal dengan frekuensi 11.0592 MHz, apabila Chip Signature sudah dikenali dengan baik dan dalam waktu singkat, bisa dikatakan rangkaian mikrokontroler bekerja dengan baik dengan mode ISP-nya.
4.3. Interfacing LCD 2x16
dituliskan pada layar LCD. Ketika RW berlogika high ”1”, maka program akan melakukan pembacaan memori dari LCD. Sedangkan pada aplikasi umum pin RW selalu diberi logika low ( 0 )
lcd_putsf("tes LCD");
} }
Program di atas akan menampilkan kata “Tes LCD” di baris pertama pada display LCD 2x16. Pada alat dalam penelitian ini, Saat keseluruhan rangkaian diaktifkan, maka pada LCD akan menampilkan status sensor dan emberitahuan apabila menerima sms .
Gambar 4.3. Pengujian LCD
4.4. Pengujian rangkaian HX711 dan Load Cell
while (1)
{
// Place your code here
lcd_clear();
Weight = Get_Weight();
berat= Weight*0.0020158/10;
if (berat > 12){berat=0;} //untuk menghidari dari error
if (berat < 0){berat=0;} //agar tidak ada tekanan minus
lcd_gotoxy(7,0);
sprintf(text,"%0.2f ",berat);
lcd_puts(text);
if (berat > 10.2) //beban maksimum load cell 10 kg
{
lcd_clear();
lcd_gotoxy(7,0);
lcd_putsf("error");
delay_ms(200);
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("Press:");
lcd_gotoxy(12,0);
lcd_putsf("Kpa");
}
}
Program di masukan ke chip atmega32 dengan downloader usbisp. Akan tampil di lcd sesuai dengan berat yang di bebankan pada load cell. Apabila sudah melebihi berat maksimum maka di lcd akan tampil error.
Tabel 4.1 Data pengujian Load cell
Menggunakan timbangan Nhonhoa 5kg Menggunakan Load Cell 0,5 kg/m2 0,51 kg/m2
4.5 Pengujian Tekanan Digital
Rangkaian resistif yang dipakai untuk membuat Load Cell adalah Jembatan Wheatstone.Ketika tegangan sumber tersambung ke rangkaian, arus yang mengalir pada cabang R1/R3 sama dengan arus yang mengalir pada R2/R4. Hal ini terjadi karena nilai semua resistor sama. Arus yang terukur pada Ampermeter adalah 0 karena tidak ada beda potensial pada titik 1 dan 2.
Ubahlah nilai resistor R1 dan R4 menjadi 350.5 ohm dan kurangi nilai resistor R2 dan R3 menjadi 349.5 ohm.
Arus yang melalui rangkaian terbagi 3 bagian.
Gambar 4.4 Terminal Baterai Strain Gauge
• Bag.1: Dari terminal negatif baterai mengalir melalui R2 dan R4 kembali ke terminal positif baterai.
• Bag.2: Dari terminal negatif baterai mengalir melalui R1 dan R3 kembali ke terminal positif baterai.
Perhatikan, ada arus yang mengalir melalui Ampere meter. Arus yang mengalir terjadi karena ada beda potensial antara titik 1 dan 2. Semakin besar beda potensial di titik tersebut, makin besar pula arus yang terukur di Ampere Meter Dari teori diatas, kita bisa menyusun load cell dengan metode Strain Gauge dan Jembatan Wheatstone. Dengan menggunakan sebuah kolom baja persegi, kita lekatkan Strain Gauge pada keempat sisinya. Panjang kolom akan berkurang ketika di sisi atas kolom diberikan beban. Kolom baja juga menjadi “gendut” atau gembung. Dua Strain Gauge yang terpasang berbalikan akan memberikan respon pada perubahan panjang kolom secara proporsional.
Dua Strain Gauge yang terletak di sisi yang lain merespon perubahan kolom saat mengalami keadaan “gendut/gembung”. Panjang pada sepasang Strain Gauge memendek, diameter kawatnya membesar dan hambatannya berkurang. Sementara sepasang yang lain jadi memanjang, diameter kawatnya mengecil dan hambatannya bertambah.
Jika posisi beban digantung pada bagian bawah kolom, kolom akan mengalami gaya tarik. Kolom dan Strain gauge akan merespon kebalikan dari respon diatas tetapi Strain Gauge tetap memanjang dan memendek dengan respon yang sama seperti respon diatas. Lihat gambar dibawah.
Strain Gauge kita sambung dengan konfigurasi Jembatan Wheatstone.Dan kita kalibrasi Amp Meter untuk membaca dalam “Kg” bukan dalam Ampere.Katakanlah kita buat seperti layaknya timbangan.Sebuah timbangan yang kasar dan tidak akurat.Percobaan ini dimaksudkan untuk mengetahui prinsip dasar Load Cell. Load Cell dibuat dalam berbagai bentuk dan konfigurasi. Strain Gauge dipakai untuk mendapatkan gambaran penuh.
4.5.1. Ketentuan/Aturan Dasar Loadcell
Dalam penentuan suatu loadcell sebaiknya diketuahui dahulu type, kapasitas serta support atau dudukan loadcell di lapangan. Berikut ini dapat dijadikan acuan dasar dan tambahan dalam memposisikan suatu loadcell dilapangan.
4.5.2. Sambungan/Pengawatan
4.5.3 Data Kalibrasi
Setiap Load Cell dilengkapi dengan data kalibrasi atau sertifikat kalibrasi sebagai informasi tentang Load Cell yang bersangkutan. Setiap data sheet harus cocok dengan nomor seri, nomor model dan kapasitas. Informasi yang lain berupa karakteristik dalam mV/V, tegangan Excitasi, non-linearity, hysteresis, zero
balance, input resistance, output resistance, efek temperature pada output dan
zero balance, insulation resistance dan cable length. Kode warna untuk penyambungan juga disertakan.
4.5.4 Output
Untuk memilih Load Cell yang sesuai dengan kebutuhan Anda, berikut beberapa Terminologi / daftar istilah tentang Load Cell
calibration : membandingkan output/signal load cell dengan beban standar
combined error : penyimpangan maksimum –jika ditarik garis lurus- diukur pada saat tanpa beban sampai ketika diberikan beban maksimal dan sebaliknya saat beban maksimal sampai pada keadaan tanpa beban. pengukuran dinyatakan dalam persen terhadap kapasitas maksimal. biasa disebut juga nonlinearity dan hysteresis.
creep : perubahan signal keluaran load cell selama pembebanan tidak berubah, dan tidak ada perubahan lingkungan sekitar.
creep recovery : perubahan pengukuran kondisi tanpa beban, setelah beberapa waktu diberikan beban dan kemudian beban dihilangkan.
drift : perubahan nilai pengukuran saat diberikan beban konsatan
eccentric load : pembebanan pada area timbangan tapi tidak tepat di titik antar load cell
error : perbedaan pengukuran dengan beban yang sesungguhnya.
input bridge resistance : resistansi input daripada load cell. diukur dengan ohmmeter antara dua titik input atau excitasi. biasanya selalu lebih besar dari resistansi output/signal karena adanya resistor kompensasi pada jalur excitasi. insulation resistance : pengukuran resistan antara sirkuit load cell dengan strukturnya. pengukuran dilakukan dengan tegangan dc.
non-linearity : penyimpangan maksimum pada grafik hasil kalibrasi terhadap garis lurus (ideal) antara tanpa beban dan beban penuh. dinyatakan dengan persentase terhadap pengukuran pada kapasitas maksimum, hanya diukur dari nol sampai maksimum. umumnya non-linearity sebesar 0.02%fs dan 0.03%fs.
output : signal hasil pengukuran load cell yang secara langsung proporsional terhadap tegangan exsitasi dan beban yang diterima. signal ini harus sesuai terminology/ketentuan umum misalnya dalam milivolt per volt(mv/v) atau volt ampere (v/a).
output bridge resistance : resistansi output load cell, diukur pada titik output atau
signal, umumnya sebesar 350ω, 480 ω, 700 ω, 750 ω dan 1000 ω.
rated output : interval pengukuran dari nol sampai kapasitas maksimum.
repeatability : selisih pengukuran maksimum saat load cell dibebani dengan beban yang sama secara berulang-ulang dengan kondisi lingkungan tetap.
resolution : perubahan pengukuran terkecil yang terdeteksi karena perubahan secara mekanik akibat pembebanan.
sensitifity : perbandingan perubahan pengukuran terhadap perubahan mekanik karena pembebanan.
schock load : pembebanan yang diterima secara tiba-tiba yang bisa merusak load cell.
side load : pembebanan dari sisi samping yang seharusnya dari ata atau dari bawah load cell.
temperature effect on rated output : perubahan output maksimum karena perubahan temperatur sekitar. umumya dinyatakan sebagai persentase output maksimum karena perubahan suhu setiap 100ºf.
temperature effect on zero balance : perubahan nilai nol/zero karena perubahan suhu sekitar setiap 100 ºf. dinyatakan sebagai persentase zero balance terhadap output maksimum.
compensated temperature range : temperatur maksimum yang diperbolehkan dimana load cell masih bisa meng-kompensasi terhadap zero dan output maksimal dalam batas tertentu.
tolerance : kesalahan maksimum yang masih diperbolehkan pada pengukuran load cell.
ultimate overload rating : pembebanan maksimum yang diperbolehkan, dalam persen terhadap kapasitas maksimal tanpa menyebabkan kerusakan struktur load cell.
4.5.5Load Cell Troubleshooting
Kerusakan Load Cell terjadi dalam berbagai kondisi dan berbagai penyebab, seperti mekanikal, electrical, atau lingkungan sekitar.Pembahasan kita kali ini tentang penyebab, pengecekan fisik dan kelistrikan Load cell. Kebanyakan load Cell rusak karena kesalahan pemakaian dan hal yang sejenisnya.
1. Permasalahan Mekanik
2. Kondisi Lingkungan
Pada umumnya Load Cell memiliki kemampuan kompensasi untuk bekerja pada temperatur tertentu, biasanya 0º sampai 150ºF.Walaupun Load Cell masih bisa bekerja diluat batasan ini, tetapi sertifikat kalibrasi yang dimiliki load cell menjadi tidak valid.
Musuh utama Load Cell adalah kelembaban. Bisa mengakibatkan load cell mati, terlihat overload bahkan drifting terus-menerus sehingga timbangan error. Kelembaban masuk ke load cell bisa melalui tekanan ekstrim atau kabel yang terkelupas. Jika load cell ber isolasi kurang bagus dipakai pada lingkungan basah, air bisa masuk kedalam Load Cell.
Load cell bisa mengalami korosi/karat jika terkena bahan kimia. Korosi bisa merusak strain gauge jika material pelindungnya kurang baik. Load cell stain less steel bisa menghindari korosi, tapi tidak menjamin kelembaban tidak masuk kedalam. Tetapi beberapa bahan kimia semacam klorin tetap bisa membuat stainless steel korosi.
3. Pengecekan Fisik
Langkah awal dalam truble shooting load cell adalah pemeriksaan body load cell terhadap kemungkinan distorsi, retak atau bergelombang.Hasil pengelasan harus bebas dari pecah, atau bercelah.Amati kabel Load cell pada kemungkinan lecet, terkelupas atau terjepit. Kelembaban amat rawan pada kabel yang terkelupas danbisa membuat pembacaan load Cell tidak stabil.
4. Zero Balance
output maksimum. Perbahan Zero balance terjadi jika Load Cell pernah mengalami overload.
Pada load cell tanpa beban dan terhubung ke indicator, gunakan milivoltmeter untuk mengukur tegangan output load cell. Dengan 10V exsitasi, load cell berkarakteristik 3mV/V akan mengeluarkan signal output sebesar 30mV pada kapasitas maksimum. Tanpa dibebani, dengan toleransi 1% load cell akan mengeluarkan tegangan 0.3mV atau 300µV (0.01 x 3 mV = 0.3 mV). Load cell menjadi afkir jika zero toleran sudah melewati batas 1%.
Cara lain untuk pengecekan dengan membandingkan pengukuran separuh bridge dengan separuh yang lain. Gunakan cara berikut dengan load cell yang tidak tersambung ke indicator.
• Satukan kedua ujung kabel signal, seperti gambar dibawah
Gambar 4.6 konstruksistrain gauge
• Ukur dan catatlah besar tahanan antara ujung signal dengan ujung +Exc (pengukuran resistor parallel R2/R4 seri dengan resistor kompensasi di +Exc)
• Perbedaan pada kedua pengukuran diatas harus 0 ohm. 5. Bridge Resistance
Tahanan input load cell bisa diukur dengan Ohmmeter antara ujung –Exc dan ujung +Exc. Tahanan output load cell diukur dengan ohmmeter antara ujung –Sig dan ujung +Sig. Hasil pengukuran harus sesuai dengan data sheet load cell atau dalam toleransi 1%.
Lakukan juga pengukuran pada poin-poin berikut: +Exc to +Sig +Exc to –Sig
-Exc to +Sig -Exc to –Sig
BAB V PENUTUP 5.1 KESIMPULAN
Setelah melakukan tahap perancangan dan pembuatan sistem yang kemudian dilanjutkan dengan tahap pengujian dan analisa maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Strain Gage adalah komponen elektronika yang dipakai untuk mengukur tekanan (deformasi atau strain).Tegangan keluaran dari jembatan Wheatstone merupakan sebuah ukuran regangan yang terjadi akibat tekananyang tidak bisa dilihat secara langsung tetapi ditampilakan di indicator LCD. Tekanan itu kemudian dihubungkan dengan regangan sesuai dengan hukum Hook yang berbunyi : Modulus elastis adalah rasio tekanan dan regangan.
2. HX711 presisi 24-bit analog-to-digital converter (ADC) yang di desain untuk sensor timbangan digital (weight scales) dan industrial control aplikasi yang terkoneksi dengan sensor jembatan (bridge sensor). Pada saat sensor mendeteksi tekanan, maka IC hx711 akan mengubah data analog (sensor) ke data digital yang kemudian dikirimkan ke LCD.
5.2 SARAN
Penulis menyadari bahwa alat ini masih sangat membutuhkan banyak pengembangan baik dari segi penggunaan dan sistem kerja, maka penulis mempunyai beberapa saran demi kemajuan dan pengembangan alat ini yakni :
1 Untuk kedepannya alat ini dapat digunakan untuk cetakan material yang lebih besar lagi, agar dapat langsung digunakan pada industri rumahan. 2 Alat ini akan lebih baik dan efisien jika alat ini tidak seluruhnya terbuat
dari besi, sehingga tidak terjadi kesulitan dalam pemilihan sensor yang digunakan, karena beberapa sensor tidak tahan dengan panas, karena selain diberikan tekanan, alat ini juga dipanaskan untuk menghasilkan hasil cetakan material yang baik.
DAFTAR PUSTAKA
Flink, R.J dan O.G Brink. 1984. Dasar-dasar IlmuI nstrumen. Jakarta : Binacipta. Frank D Petruzella. 1996. Elektronika Industri .Yogyakarta : Andi
Lister, Eugene C. 1993. Mesind an Rangkaian Listrik.Jakarta :Erlangga. Suryatmo, F. 1986. Teknik Listrik Pengukuran. Jakarta :Binaaksara
Diakses tanggal 10 Mei 2015
Di akses pada tanggal 20 mei 2015
Di akses pada tanggal 21 juni 2015
Di akses pada tanggal 13 Maret 2015
Di akses pada tanggal 16 Maret 2015
Di akses pada tanggal 17 Maret 2015
Lampiran Foto Tugas Akhir
GambarSistem Perancangan Tekanan Dan Temperature Digital Menggunakan Sensor Lm35 Dan IC HX711 Berbasis ATmega32 Pada
Cetakan Komposit
Gambar Rangkaian Tampilan Lcd Dari Sensor Tekanan ICHX711dan Sensor Suhu LM35 Dan Mikrokontroler Atmega 32
