PENGUKUR TINGGI BADAN OTOMATIS MENGGUNAKAN
SENSOR ULTRASONIC PING))) BERBASIS
MIKROKONTROLER AT89S51
SKRIPSI
AHMAD ZAINY
111421039
PROGRAM STUDI EKSTENSI S1 ILMU KOMPUTER
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PENGUKUR TINGGI BADAN OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR ULTRASONIC PING))) BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat memperoleh ijazah Sarjana Ilmu Komputer
AHMAD ZAINY 111421039
PROGRAM STUDI EKSTENSI S1 ILMU KOMPUTER FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
PERSETUJUAN
Judul : PENGUKUR TINGGI BADAN OTOMATIS
MENGGUNAKAN SENSOR ULTRASONIC
PING))) BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
Kategori : SKRIPSI
Nama : AHMAD ZAINY
Nomor Induk Mahasiswa : 111421039
Program Studi : ILMU KOMPUTER
Fakultas : ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFOMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2 Pembimbing 1
Drs. Dahlan Sitompul, M.Eng Dr. Poltak Sihombing, M.kom
19670725 200501 1 002 19620317 199103 1 001
Diketahui/disetujui oleh S1 – ILMU KOMPUTER Ketua,
PERNYATAAN
PENGUKUR TINGGI BADAN OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR ULTRASONIC PING))) BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing telah disebutkan sumbernya.
Medan,
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya serta karunia sehingga skripsi ini berhasil penulis selesaikan dalam waktu yang telah ditetapkan. Dimana skripsi ini sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer pada Program Studi Ekstensi S1 Ilmu Komputer Universitas Sumatera Utara. Shalawat beriring salam penulis hadiahkan ke Baginda Nabi besar Muhammad SAW.
Dengan segala kerendahan hati, pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada Bapak Dr. Poltak Sihombing, M.Kom selaku pembimbing I dan Bapak Drs. Dahlan Sitompul, M.Eng selaku pembimbing II yang telah memberikan bimbingan, kritik dan saran yang membangun untuk menyempurnakan kajian penelitian ini serta panduan ringkas, padat dan profesioal telah diberikan kepada penulis untuk menyelesakan skripsi ini. Selanjutnya kepada para dosen penguji Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku pembanding I dan Bapak Drs. James P Marbun, M.Kom selaku pembanding II atas kritikan dan saran yang sangat berguna untuk skripsi ini. Ucapan terima kasih juga penulis tujukan kepada jajaran dosen dan staf karyawan ILKOM.
Penulis juga ucapakan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada Ayahanda (H. Humala Nasution) dan Ibunda (Hj. Alida Husni Rangkuti), serta kakak dan adik-adik yang selalu memberikan doa, motivasi dan dukungannya baik materi maupun spiritual serta semangat yang diberikan selama kuliah dan menyelesaikan skripsi ini.
Penulis tidak lupa mengucapkan banyak terima kasih kepada saudara Gatot Triardi Pramaji, abanghanda Bryan Hafsah serta teman-teman Ekstensi 2011 yang telah memberikan dukungan dan semangat.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, karena kesempurnaan hanya milik Allah SWT. Oleh karena itu penulis menerima kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Sehingga bermanfaat bagi kita semuanya. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih sebanyak-banyaknya.
Medan, Oktober 2014
ABSTRAK
Pengukuran tinggi badan biasanya dilakukan secara manual yaitu dengan menggunakan meteran atau alat ukur sedehana. Namun metode manual ini akan membutuhkan waktu jika jumlah orang yang diukur lebih dari 50 orang. Pada penelitian ini penulis membuat suatu alat yang dapat mengukur tinggi badan secara otomatis dengan memanfaatkan sensor Ultrasonic PING))) sebagai alat ukur dan Mikrokontroler AT89S51 sebagai pusat pengendali. Kemudian hasilnya akan ditampilakan pada Personal Computer (PC) dan hasil pengukuran disimpan dalam database. Pada penelitian ini alat sudah mampu tinggi badan dengan baik dan persen kesalahannya adalah 0,4 %.
Automatic Body Height Gauge Using Ultrasonic PING))) Sensing
Based Microcontroller AT89S51
ABSTRACT
Height measurement usually do manually by using a meter or measuring devices simplistic. However, this manual method will take time if the numbers of people which measured more than 50 people. In this research the authors make a device that can measure the height automatically by using the Ultrasonic PING))) sensing as measurement and microcontroller AT89S51 be controlling center. Then the results will be displayed on the Personal Computer (PC) and the measurement results saved in the database. In this research, the tools are able to height with good and mistake was 0.4% percent.
DAFTAR ISI
Persetujuan ii
Pernyataan iii
Penghargaan iv
Abstrak v
Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel ix
Daftar Gambar x
Daftar Lampiran xii
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 3
1.6 Metodologi Penelitian 3
1.7 Sistematika Penelitian 4
BAB 2 LANDASAN TEORI 5
2.1 Tinggi Badan 5
2.2 Gelombang Ultrasonic 5
2.3 Perangkat Keras (Hardware) 6
2.3.1 Sensor 7
2.3.1.1 Tranduser Ultrasonic 8 2.3.1.2 Sensor Ultrasonic PING))) Parallax 8 2.1.3.3 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonic PING))) 9
2.3.2 Mikrokontroler 12
2.3.2.2 Spesifikasi Mikrokontroler AT89S51 14 2.3.2.3 Struktur Pengoperasian Port 16
2.3.3 IC MAX232 18
2.3.4 Kabel RS232 19
2.3.3.1 Prinsip Kerja RS232 21
2.4 Perangkat Lunak (Software) Sistem 22
2.4.1 Bahasa Assembly 22
2.4.2 Software 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE) 26
2.4.3 Software Downloader 27
2.4.4 Visual Basic 6.0 28
2.4.4.1 Konsep Dasar Pemrograman Dalam Visual Basic 6.0 29
2.5 Bagan Alir Sistem (System Flowchart) 30
2.5.1 Data Flow Diagram 31
BAB 3 PERANCANGAN SISTEM 33
3.1 Perangkat Keras (Hardware) 33
3.1.1 Diagram Blok 33
3.1.2 Perancangan Power Supply 34
3.1.3 Sistem Minimum AT89S51 35
3.1.4 Sensor Ultrasonic PING))) 37
3.2 Perancangan Software 40
3.2.1 Flowchart Sistem 40
3.2.2 Perancangan Pemodelan Sistem dengan Use Case Diagram 41 3.2.3 Perancangan Data Flow Diagram (DFD) 44
3.2.2.1 Data Flow Diagram Level 0 45
3.2.2.2 Data Flow Diagram Level 1 45
3.2.4 Perancangan Antar Muka (Interface) 45
3.2.4.1 Perancangan Menu Utama 46
3.2.4.2 Perancangan Form Isi Data 47
3.2.4.3 Perancangan Form Koneksi Port 47
BAB 4 IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN SISTEM 49
4.1 Pengujian Perangkat Keras (Hardware) 49
4.1.1 Pengujian Mikrokontroler AT89S51 49
4.1.2 Pengujian Sensor Ultrasonic 52
4.1.2.1 Analisis Ketelitian Alat 56
4.1.3 Pengujian Power Supply 58
4.2 Pengujian Perangkat Lunak 59
4.2.1 Spesifikasi Kebutuhan Perangkat Keras (Hardware) 59 4.2.2 Spesifikasi Kebutuhan Perangkat Lunak (Software) 59
4.2.3 Tampilan Interface Sistem 60
4.2.3.1 Tampilam Menu Utama 60
4.2.3.2 Tampilan Form Isi Data 61
4.2.3.3 Tampilan Form Koneksi Port Serial 61
4.2.3.4 Tampilan Form Tentang 62
4.3 Pengujian Keseluruhan Sistem 62
4.3.1 Hasil Pengujian Keseluruhan Sistem dan Alat 62
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 64
5.1 Kesimpulan 64
5.2 Saran 64
DAFTAR TABEL
Hal.
Tabel 2.1 Simbol-simbol Flowchart Program 30
Tabel 2.2 Simbol-simbol Data Flow Diagram 31
Tabel 3.1 Data Eksekusi Program Dalam 1 Siklus 37 Tabel 3.2 Dokumentasi Naratif Use Case Sistem Pengukur Tinggi Badan 43 Tabel 4.1 Data Sensor dengan Varian Jarak 200 cm sampai 50 cm 54
Tabel 4.2 Hasil Ketelitian Alat 57
DAFTAR GAMBAR
Hal. Gambar 2.1 Pembagian Rentang Frekuensi Gelombang Akustik 6
Gambar 2.2 Sensor Ultrasonic PING))) 8
Gambar 2.3 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonic 10
Gambar 2.4 Diagram Waktu Sensor Ultrasonic PING))) 11 Gambar 2.5 Jarak Ukur Sensor Ultrasonic PING))) 12
Gambar 2.6 Arsitektur Mikrokontroler AT89S51 13
Gambar 2.7 Susunan Pin Mikrokontroler AT89S51 14
Gambar 2.8 Skema IC MAX232 19
Gambar 2.9 Susunan Pin DB9 21
Gambar 2.10 Editor, Assembler, Simulator (IDE) 26
Gambar 2.11 Tampilan Software Downloader 27
Gambar 2.12 Interface Antar Muka Visual Basic 6.0 28
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian 33
Gambar 3.2 Rangkaian Sistem Power Supply 34
Gambar 3.3 Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler AT89S51 36
Gambar 3.4 Sensor Ultrasonic PING))) 37
Gambar 3.5 Simulasi Pengukur Tinggi Badan 38
Gambar 3.6 Driver Sensor Ultrasonic PING))) 40
Gambar 3.7 Diagram Alir Sistem 41
Gambar 3.8 Use Case Diagram Aplikasi 42
Gambar 3.9 Activity Diagram Sistem Pengukur Tinggi Badan 44 Gambar 3.10 DFD Level 0 Proses Sistem Pengukur Tinggi Badan 45 Gambar 3.11 DFD Level 1 Proses Tampilan data Tinggi Badan dan Database 45
Gambar 3.12 Rancangan Tampilan Utama 46
Gambar 3.13 Rancangan Form Isi Data 47
Gambar 3.14 Rancangan Form Koneksi Port 48
Gambar 3.15 Rancangan Form Tentang 48
Gambar 4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 50 Gambar 4.2 Pengujian Rangkaian Sensor Ultrasonic 52
Gambar 4.4 Grafik Praktek vs Teori 56
Gambar 4.5 Tampilan Menu Utama 60
Gambar 4.6 Tampilan Form Sub Menu Isi Data 61
Gambar 4.7 Tampilan Form Sub Menu Koneksi Port 61
Gambar 4.8 Tampilan Form Sub Menu Tentang 62
DAFTAR LAMPIRAN
ABSTRAK
Pengukuran tinggi badan biasanya dilakukan secara manual yaitu dengan menggunakan meteran atau alat ukur sedehana. Namun metode manual ini akan membutuhkan waktu jika jumlah orang yang diukur lebih dari 50 orang. Pada penelitian ini penulis membuat suatu alat yang dapat mengukur tinggi badan secara otomatis dengan memanfaatkan sensor Ultrasonic PING))) sebagai alat ukur dan Mikrokontroler AT89S51 sebagai pusat pengendali. Kemudian hasilnya akan ditampilakan pada Personal Computer (PC) dan hasil pengukuran disimpan dalam database. Pada penelitian ini alat sudah mampu tinggi badan dengan baik dan persen kesalahannya adalah 0,4 %.
Automatic Body Height Gauge Using Ultrasonic PING))) Sensing
Based Microcontroller AT89S51
ABSTRACT
Height measurement usually do manually by using a meter or measuring devices simplistic. However, this manual method will take time if the numbers of people which measured more than 50 people. In this research the authors make a device that can measure the height automatically by using the Ultrasonic PING))) sensing as measurement and microcontroller AT89S51 be controlling center. Then the results will be displayed on the Personal Computer (PC) and the measurement results saved in the database. In this research, the tools are able to height with good and mistake was 0.4% percent.
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Panjang dan tinggi merupakan salah satu besaran fisis yang sering diukur dalam berbagai keperluan. Salah satunya hal yang sering diukur yaitu tinggi seseorang. Metode pengukuran tinggi badan secara manual (menggunakan tenaga manusia) memang dapat dilakukan, akan tetapi jika pengukuran tinggi badan yang diukur dengan jumlah yang banyak, maka pengukuran tersebut tidak lagi efisien.Karena sistem yang dipakai secara konvensional mempunyai kelemahan diantaranya adalah sering menaikkan dan menurunkan tuas pengukur, karena tinggi badan orang tidak sama, contohnya dalam suatu rumah sakit petugasnya hanya satu orang dan pasien yang akan melakukan diagnosis juga banyak. Dari kejadian tersebut menyebabkan tersitanya waktu untuk mendiagnosis tinggi para pasien.
Dengan adanya permasalahan di atas maka diperlukan inovasi dalam bentuk sebuah kontrol otomatis untuk melakukan pengukuran tinggi badan sehingga tidak memerlukan waktu yang lamabagi operator yang bertugas untuk melakukan pengukuran tinggi badan tersebut.
proses pengukuran sekaligus memberitahukan hasil pengukuran tersebut dengan keluaran informasi data pada komputer.
Seseorang yang sedang diukur tinggi badannya dapat mengetahui secara langsung hasil pengukurannya. Dengan adanya alat ini maka pengukuran tinggi badat dapat dilakukan untukjumlah yang lebih banyak jika dibanding dengan hasil pengukuran dan pembacaan secara manual oleh manusia.
Diharapkan alat ini bisa diaplikasikan di tempat-tempat umum seperti rumah sakit, puskesmas, klinik dan lainnya.Hasil dari pengukuran ini akan tersimpan secara otomatis pada data base yang sudah dibuat terlebih dahulu pada Grafic User Interface (GUI).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan masalah di atas penulis mencoba untuk membuat suatu alat yang dapat mengukur tinggi badan secara otomatis dan hasilnya ditampilkan ke PC yang mana alat ini diharapkan mampu mengganti metode pengukuran tinggi badan yang telah dipakai selama ini.
1.3 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari perancangan alat ini adalah sebagai berikut: 1. Sensor yang digunakan adalah ultrasonic buatan PING))) PARALLAX. 2. Mikrokontroler yang digunakan pada alat ini jenis MCS-51 tipe AT89S51.
3. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah bahasa assembly untuk mikrokontroler dan Visual Basic 6.0 untuk tampilan.
4. Data base management sistem yang digunakan adalah MySQL.
5. Metode pengukuran tinggi badan yang dilakukan adalah dengan cara mengukur jarak permukaan sensor dengan bidang pantul, dalam hal ini adalah kepala manusia.
1.4 Tujuan Penelitian
Membuat suatu alat yang mampu mengukur tinggi badan secara otomatis dan menampilkan hasilnya di komputer.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Diharapkan alat ini dapat menggantikan metode pengukuran tinggi badan secara manual.
2. Pengembangan lebih lanjut aplikasi sensor ultrasonic PING))) parallax. 3. Optimalisasi waktu untuk melakukan pengukuran tinggi badan.
1.6 Metodologi Penelitian
Untuk mempermudah pemahaman serta pembahasan bagaimana sebenarnya sistem kerja dari alat pengukur tinggi badan otomatis menggunakan sensor ultrasonic PING))) berbasis mikrokontroler AT89S51, maka sistematika metodeologi penelitian laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Studi Literatur
Melakukan studi kepustakaan melalui hasil penelitian berupa buku, jurnal, dan artikel-artikel yang terkait, serta mempelajari lebih dalam teori-teori tentang sensor dan mikrokontroler.
2. Pengumpulan Data
Dalam tahapan selanjutnya adalah pengumpulan data yang valid mengenai cara pengukuran tinggi badan otomatis.
3. Analisis dan Perancangan Sistem
1.7 Sistematika Penulisan
Susunan penulisan Skripsi ini disajikan dalam beberapa bab, yaitu:
BAB 1 : PENDAHULUAN
Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.
BAB 2 : LANDASAN TEORI
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja rangkaian. Teori pendukung yang di bahas antara lain: sensor Ping ))), Mikrokontroller, bahasa pemograman yang digunakan,serta karakteristik dari komponen-komponen pendukung.
BAB 3 : PERANCANGAN ALAT DAN PROGRAM
Pada bagian ini akan di bahas sistem perancangan alat yaitu: diagram blok rangkaian, flowchart (diagram alir) dari rangkaian, skematik dari masing-masing sub rangkaian, serta program yang akan diisikan ke mikrokontroller AT89S51.
BAB 4 : PENGUJIAN DAN ANALISA
Dalam bab ini akan dibahas tentang hasil pengujian dan analisa dari alat untuk membuktikan kebenaran dari alat yang dibuat.
BAB 5 : PENUTUP
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 Tinggi Badan
Tinggi badan seseorang menunjukkan latar belakang genetik dan rutin digunakan untuk mengevaluasi proporsi tubuh. Tinggi badan juga dapat dibandingkan dengan hasil pengukuran sebelumnya untuk melihat ada tidaknya penurunan densitas tulang atau osteoporosis, dimana tinggi badan akan menurun sejalan dengan progresi penyakit. Untuk mengukur tinggi badan seseorang dengan cara berdiri tegak, tanpa sepatu, bersandar pada bagian permukaan vertikal yang datar dari suatu alat pengukur, misalnya tiang pada alat pengukur tinggi badan.
Seperti halnya komputer, sebuah alat ukur tinggi badan digital terdiri dari dua bagian yang saling berhubungan dimana setiap bagian mempunyai konstruksi dan fungsi yang berbeda antara bagian yang satu dengan bagian yang lain. Begitu pula dengan alat pengukur tinggi badan digital. Dalam pembuatannya, alat pengukur tinggi badan digital membutuhkan kedua bagian tersebut yaitu perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software).
2.2 Gelombang Ultrasonic
Gambar 2.1 Pembagian Rentang Frekuensi Gelombang Akustik
Gelombang ultrasonik merupakan gelombang mekanik dengan frekuensi diatas 20 kHz sehingga tidak terdengar oleh telinga manusia. Gelombang ini banyak dimanfaatkan dalam bidang dunia industri, maritim, dan kedokteran. Dalam dunia industri sering dijumpai pengukuran ketinggian atau sound test untuk melihat retakan pada material, sedangkan didunia kedokteran gelombang ultrasonik digunakan sebagai ultrasonografi pada alat USG.
2.3 Perangkat Keras (Hardware)
Hardware merupakan perangkat fisik dari sebuah sistem sehingga dapat dilihat oleh mata. Hardware yang dibuat dapat dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu:
1. Bagian Mekanis
Bagian mekanis adalah hardware beroperasi sesuai dengan input yang diberikan dan memberikan hasil nilai berupa output terhadap objek yang dieksekusi melaui sensor ultrasonic yang di dapat dari hasil ukur jarak objek terhadap sensor menurut ukuran yang telah ditetapkan sebelumnya.
2. Bagian Elektronis
Bagian elektronis terbuat dari komponen-komponen elektronika yang dirangkai sedemikian rupa sehingga bisa mendukung kinerja mekanis. Bagian elektronis terdiri dari dua bagian penting yaitu:
a. Sensor
2.3.1 Sensor
Sensor adalah suatu variabel yang digunakan untuk mengubah besaran fisik menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian.
Adapun jenis-jenis dari sensor diantaranya: 1. Sensor Suhu
Sensor suhu merupakan sebuah sensor yang digunakan untuk mengubah besaran panas menjadi besaran listrik yang dapat dianalisis besarnya. Komponen elektronika untuk keperluan pengukuran suhu yang paling mudah ditemukan adalah Negative Temperature Coefficient (NTC) dan Positive Temperature Coefficient (PTC). Keduanya adalah resistor yang hambatannya dapat berubah sesuai dengan suhu di sekitarnya. Hambatan NTC akan turun apabila suhu di sekitarnya naik, sedangkan hambatan PTC akan naik apabila suhu di sekitarnya naik.
2. Sensor Mekanik
Sensor mekanis digunakan untuk mendeteksi posisi, pergerakan, kecepatan, atau tekanan pada suatu benda. Contohnya adalah strain gauge dan bourdon tube (untur mengukur tekanan) potensiometer (untuk mengukur sudut putaran), dan load cell (untuk mengukur gaya). Sensor ini memanfaatka perubahan nilai hambatannya. Dengan demikian, bila hambatannya berubah, maka output sensor akan berubah.
3. Sesor Cahaya atau Optik
4. Sensor Jarak
Sensor jarak adalah sebuah sensor yang mampu mendeteksi keberadaan benda di dekatnya tanpa kontak fisik. Sensor jarak sering memancarkan elektromagnetik atau berkas radiasi elektromagnetik (inframerah, misalnya), dan mencari perubahan dalam bidang atau sinyal kembali. Salah satunya adalah sensor Ultrasonic PING))) buatan PARALLAX.
2.3.1.1Tranduser ultrasonic
Sensor ultrasonic merupakan sensor yang bekerja dengan memanfaatkan gelombang ultrasonic dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik pada frekuensi 40 KHz dan kemudian pantulan dari objek akan ditangkap oleh receiver sensor, dengan demikian akan terjadi beda potensial pada kedua blok transmitter dan receiver. Beda potensial inilah yang akan membangkitkan pulsa, sehingga lamanya pancaran dari transmitter yang memantul pada objek dan tertangkap oleh receiver dapat mengindikasi jarak suatu objek dari pangkal sensor.
2.3.1.2Sensor ultrasonic PING))) parallax
Sensor PING))) merupakan sensor ultrasonic yang dapat mendeteksi jarak obyek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonic dengan frekuensi 40 KHz dan kemudian mendeteksi pantulannya. Tampilan sensor jarak PING))) ditunjukkan pada Gambar 2.2 berikut.
VCC
To PIN I/O Microkontroller
Spesifikasi sensor:
1. Kisaran pengukuran 2 cm – 3 m.
2. Input trigger–positive TTL pulse, 2 uS min., 5 uS tipikal. 3. Echo hold off 750 uS dari fall of trigger pulse.
4. Delay before next measurement 200 uS.
Burst indicator LED menampilkan aktifitas sensor. Sensor ini dapat mengukur jarak antara 3 cm sampai 300 cm. Keluaran dari sensor ini berupa pulsa yang lebarnya merepresentasikan jarak. Lebar pulsanya bervariasi dari 115 uS sampai 18,5 mS. Pada dasanya, PING))) terdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal 40KHz, sebuah speaker ultrasonic dan sebuah mikropon ultrasonic. Speaker ultrasonic mengubah sinyal 40 KHz menjadi suara sementara mikropon ultrasonic berfungsi untuk mendeteksi pantulan suaranya. Sensor ultrasonic memiliki 3 kaki (pin) yang berfungsi sebagai berikut:
1. Pin Ground 2. Pin Vcc
3. Pin Input dan Output
Pin signal dapat langsung dihubungkan dengan mikrokontroler tanpa tambahan komponen apapun. PING))) hanya akan mengirimkan suara ultrasonic ketika ada pulsa trigger dari mikrokontroler (Pulsa hight selama 5 uS). Suara ultrasonic dengan frekuensi sebesar 40 KHz akan dipancarkan selama 200 uS. Suara ini akan merambat di udara dengan kecepatan 344 m/detik, mengenai objek untuk kemudian terpantul kembali ke PING))). Selama menunggu pantulan, PING))) akan menghasilkan sebuah pulsa. Pulsa ini akan berhenti (low) ketika suara pantulan terdeteksi oleh PING))). Oleh karena itu lebar pulsa tersebut dapat merepresentasikan jarak antara PING))) dengan objek.
2.3.1.3Prinsip kerja sensor ultrasonic PING)))
dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitterultrasonic. Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonic. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda di depannya (bidang pantul). Prinsip kerja dari sensor ultrasonic dapat ditunjukkan dalam Gambar 2.3 berikut.
Gambar 2.3 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonic
Prinsip kerja dari sensor ultrasonic adalah sebagai berikut:
1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonic. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20 kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40 kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonic.
2. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal/gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonic.
3. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonic, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus:
S =
(v x t)2 ... (2.1)
Dimana:
S = Jarak pantulan (m)
Dari rumus tersebut maka dapat dihitung berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk jarak tiap 1 cm yaitu:
10−2m =344 / ∗ 2
=
2∗10−2
344 /
= 58,14 10−6
= 58,14 µ
Maka didapat setiap 1 cm gelombang ultra sonic akan membutuhkan waktu tempuh (t) yaitu sebesar 58,14 µ .
Gambar 2.4 Diagram Waktu Sensor Ultrasonic PING)))
Sensor Ping memancarkan gelombang ultrasonic sesuai dengan kontrol dari mikrokontroler pengendali (pulsa trigger dengan tOUT min. 2 μs). Sensor Ping mendeteksi jarak obyek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonic (40 kHz)
selama tBURST (200 μs) kemudian mendeteksi pantulannya. Gelombang ultrasonic
�
=
�� ∗ 344 /2 ...(2.2)
Gambar 2.5 Jarak Ukur Sensor Ultrasonic PING)))
2.3.2 Mikrokontroler
Dalam merancang aplikasi elektronika digital dibutuhkan sebuah alat/komponen yang dapat menghitung, mengingat, dan mengambil pilihan serta digunakan sebagai pemrosesan data. Kemampuan ini dimiliki oleh sebuah komputer, namun tidaklah efisien jika harus menggunakan komputer hanya untuk keperluan tersebut. Untuk itu peran komputer dapat digantikan dengan sebuah minimun sistem mikrokontroler.
Sistem kerja Mikrokontroler sama dengan mikroprosesor, namun mikrokontroller lebih efisien untuk keperluan aplikasi elektronika digital sederhana dikarenakan pada device ini sudah terdapat RAM, ROM, dan prosesor dalam satu chip. Mikrokontroler seri MCS-51 termasuk sederhana, murah dan mudah didapat dipasaran. Salah satu mikrokontroler seri MCS-51 adalah mikrokontroler AT89S51.
2.3.2.1 Arsitektur mikrokontroler AT89S51
Gambar 2.6 Arsitektur dan Susunan Pin Mikrokontroler AT89S51
Beberapa kemampuan (fitur) yang dimiliki mikrokontroler AT89S51 adalah sebagai berikut:
1. Memiliki 4K FlashErasable Programmable Read Only Memory (EPROM) yang digunakan untuk menyimpan program.
Flash Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM) dapat ditulis dan dihapus sebanyak 1000 kali (menurut manual).
2. Memiliki internal RAM 128 byte.
Random Access Memory (RAM), suatu memori yang datanya akan hilang bila catu padam, diakses secara random, tidak sekuensial, artinya dialamat mana saja dapat dicapai secara langsung dengan cepat.
3. 4 buah 8-bit I/O (Input/Output) port
Port ini berfungsi sebagai terminal input dan output. Selain itu, dapat digunakan sebagai terminal komunikasi paralel, serta komunikasi serial (pin10 dan 11). 4. Dua buah timer/counter 16 bit.
5. Operasi clock dari 0 hingga 24 MHz
2.3.2.2Spesifikasi pada mikrokontroler AT89S51
Untuk mendukung fungsi pengendalian, mikrokontroler AT89S51 memiliki spesifikasi yaitu:
1. Tegangan kerja 4-5.0V .
2. Bekerja dengan rentang 0 – 33MHz. 3. 256x8 bit RAM internal.
4. 32 jalur I/0 dapat deprogram. 5. 3 buah 16 bit Timer/Counter. 6. 8 sumber interrupt.
7. Saluran full dupleks serial UART yang dapat digunakan sebagai media transfer data serial atau pun parallel ke PC.
8. Dua data pointer.
Keterangan fungsi dari masing-masing pin adalah sebagai berikut: Pin 40 Vcc, Masukan catu daya +5 volt DC
Pin 20 Gnd, Masukan catu daya 0 volt DC
Pin 32-39 P0.0-P0.7, Port input/output delapan bit dua arah yang juga dapat berfungsi sebagai bus data dan bus alamat bila mikrokontroler menggunakan memori luar (eksternal).
Pin 1-8 P1.0-P1.7, Port input/output dua arah delapan bit dengan internal pull up.
Pin 10-17 P3.0-P3.7Port input/output delapan bit dua arah, selain itu Port 3 juga memiliki alternativef fungsi sebagai :
RXD (pin 10) Port komunikasi input serial TXD (pin 11) Port komuikasi output serial
INT0 (pin 12) Saluran Interupsi eksternal 0 (aktif rendah) INT1 (pin 13) Saluran Interupsi eksternal 1 (aktif rendah) T0 (pin 14) Input Timer 0
T1 (pin 15) Input Timer 1
WR (pin 16) Berfungsi sebagai sinyal kendali tulis, saat prosesor akan menulis data ke memori I/O luar.
RD (pin 17) Berfungsi sebagai sinyal kendali baca, saat prosesor akan membaca data dari memori I/O luar.
Pin 9 RESET, Pin yang berfungsi untuk mereset mikrokontroller AT89S51 ke keadaan awal.
Pin 29 PSEN (Program Store Enable), Sinyal pengontrol yang berfungsi untuk membaca program dari memori eksternal.
Pin 31 EA, Pin untuk pilihan program, menggunakan program internal atau eksternal. Bila „0‟, maka digunakan program eksternal.
Pin 19 X1, Masukan ke rangkaian osilator internal. Sumber osilator eksternal atau quartz crystal kristal dapat digunakan.
Pin 18 X2, Masukan ke rangkaian osilator internal, koneksi quartz crystal atau tidak dikoneksikan apabila digunakan eksternal osilator.
2.3.2.3Struktur pengoperasian port
Struktur pengendalian port teridi dari: 1. Port input/output
One chip mikrokontroller ini memiliki 32 jalur port yang dibagi menjadi 4 buah port 8 bit. Masing-masing port ini bersifat bidirectional sehingga dapat digunakan sebagai input port atau output port. Pada bok diagram AT89C51 dapat dilihat latch tiap bit pada keempat port : port 0, port 1, port 2, port 3. Masing-masing jalur port terdiri dari latch, output driver dan input buffer. Port 0 dan port 2 dapat digunakan sebagai saluran data dan alamat. Port 0 sebagai saluran data, sedangkan port 2 sebagai saluran data dan alamat sekaligus yang dimultipleks. Untuk mengakses memory eksternal, port 0 akan mengeluarkan alamat bawah memori eksternal yang dimultipleks dengan data yang dibaca dan ditulis. Sedangkan port 2 mengeluarkan bagian atas memory eksternal sehingga total alamat semuanya 16 bit.
harus 1. Untuk port 1, 2 dan 3, pin-pin akan di pull-up tinggi oleh pull-up internal, dan bisa juga di pull-up rendah dengan sumber eksternal.
2. Timer/Counter
One chip mikrokontroller ini memilik dua timer yang dapat dikonfigurasikan beroperasi sebagai timer atau counter. Saat berfungsi sebagai timer, isi register timer ditambah 1 untuk tiap siklus mesin, sedangkan untuk fungsi counter isi register akan bertambah 1 setiap ada transisi sinyal pada pin input eksternal.
Pada pemanfaatan sebagai counter, sinyal input yang dimaksudkan dapat berupa low level atau falling edge trigger. Counter akan mencacah setiap masukan yang ada sesuai inisialisasi harga awal dari counter pada nilai hitungan untuk tiap sampling. Inisialisasi harga awal ini berupa nilai preset negatif counter yang diatur sebelum counter dijalankan.
Demikian halnya dengan pemanfaatan timer yang memerlukan inisialisasi awal berupa konstanta waktu yang menentukan sampai berapa lama akan terjadi roll over. Penentuan harga preset ini berhubungan dengan penggunaan frekuensi clock dari sistem penentu waktu sampling dari counter untuk mencacah suatu pulsa masukan dari luar dengan memanfaatkan kontrol interupsi yang ada serta pengaturan program. Sebagai tambahan pada pemilihan countr/timer, timer 0 dan timer 1 mempunyai 4 buah modul yang dapat dipilih dengan menentukan pasangan bit M0 dan M1 pada register TMOD. Untuk pemilihan timer/counter dikontrol dengan bit C/T di TMOD.
Mode 0 Pada mode ini timer register dikonfigurasikan sebagai register 13 bit. Ke-13 bit register tersebut terdiri dari 8 bit TH1 dan 5 bit TL1. Selama perhitungan roll over dari semua 1 ke semua 0, TF1 (Timer Interrupt Flag) di set. Pada dasarnya operasi mode 0 sama untuk timer 0 dan timer .
Mode 1 Mode 1 adalah timer register 16 bit dan dapat generator boudrate. Operasi mode 1 sama dengan mode 0.
mereload TL1 dengan isi TH1. Setelah reload isi TH1 tidak akan berubah. Operasi mode ini juga sama dengan timer/counter 0.
Mode 3 Pada mode ini timer 1 tidak akan bekerja. Sedangkan timer 0 menjadi 2 counter yang terpisah. TL0 digunakan sebagai bit kontrol untuk timer 0; C/T, GATE, TR0, INT0, dan TF0 seolah-olah mengontrol timer 1.
2.3.3 IC MAX232
Untuk dapat berkomunikasi antara mikrokontroler dengan komputer, maka diperlukan suatu penyetaraan level tegangan. Besarnya level tegangan komunikasi serial (Level Tegangan RS232) adalah -25 s.d -3 V untuk logika hight (1) dan +3 s.d +25 V untuk logika low (0). Hal ini sangat berbeda dengan level tegangan pada mikrokontroller (Level Tegangan TTL/CMOS) dimana untuk logika hight (1) level tegangannya adalah 5 V dan untuk logika low (0) level tegangannya adalah 0 V. Oleh karena itu diperlukan sebuah pengantarmuka yang dapat menyamakan level tegangan dari komunikasi serial pada komputer dengan mikrokontroller, yaitu IC RS232 produksi MAXIM yang disebut MAX232.
Gambar 2.8 Skema IC MAX232
2.3.4 Serial RS232
RS232 adalah standar komunikasi serial yang digunakan untuk koneksi periperal ke periperal. Biasa juga disebut dengan jalur I/O. Contohnya adalah koneksi antara komputer dengan modem, atau komputer dengan mouse bahkan bisa juga antara komputer dengan komputer, semua biasanya dihubungkan lewat jalur port serial RS232.
Standar ini menggunakan beberapa piranti dalam implementasinya. Paling umum yang dipakai adalah plug/konektor DB9 atau DB25. Untuk RS232 dengan konektor DB9, biasanya dipakai untuk mouse, modem, kasir register dan lain sebagainya, sedang yang konektor DB25, biasanya dipakai untuk joystik game.
Standar RS232 ditetapkan oleh Electronic Industry Association (EIA) dan Telecomunication Industry Association (TIA) pada tahun 1962. Nama lengkapnya adalah EIA/TIA-232 Interface Between Data Terminal Equipment dan Data Circuit-Terminating Equipment Employing Serial Binary Data Interchange.
Perangkat lainnya itu seperti modem, mouse, cash register dan lain sebagainya. Serial port RS232 pada konektor DB9 memiliki pin 9 buah dan pada konektor DB25 memiliki pin 25 buah. Fungsi dari masing-masing pin adalah sebagai berikut.
Pin DB9 Pin DB25 Singkatan Keterangan Fungsi
Pin 3 Pin 2 TD Transmiter Pin 1 Pin 8 CD Carrier Detect Saat perangkat mendeteksi
2.3.4.1 Prinsip kerja 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 2.9 berikut.
Gambar 2.9 Susunan pin DB9
2.4 Perangkat Lunak (Software) Sistem 2.4.1 Bahasa Assembly
Secara fisik, kerja dari sebuah mikrokontroller dapat dijelaskan sebagai siklus pembacaan intruksi bahasa mesin (Assembly) yang tersimpan di dalam memori. Mikrokontroller menentukan alamat dari memori program yanng akan dibaca, dan melakukan proses baca data di memori. Data yang dibaca diinterpretasikan sebagai intruksi. Alamat intruksi disimpan oleh mikrokontroller di register atau yang sering disebut sebagai program counter. Di sisi lain perbedaan bahasa assembly untuk mikrokontroller yaitu seperti intruksi MOV untuk Byte pada pengalamatan bit dikelompokkan sesuai dengan metode pengalamatan (addressing modes). Mode pwngalamatan menjelaskan bagaimana operand dioprasikan. Berikut bentuk program bahasa assembly sesara umum:
Bahasa yang digunakan untuk memprogram IC mikrokontroler AT89S51 adalah bahasa assembly untuk MCS-51. angka 51 merupakan jumlah instruksi pada bahasa ini hanya ada 51 instruksi. Dari 51 instruksi, yang sering digunakan orang hanya 10 instruksi. Instruksi –instruksi tersebut antara lain :
1. Instruksi MOV
Perintah ini merupakan perintah untuk mengisikan nilai ke alamat atau register tertentu. Pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung.
Contoh : pengisian nilai secara langsung MOV R0,#20h
Mnemonic Operan 1 operan 2 komentar (opcode)
Perintah di atas berarti : isikan nilai 20 Heksadesimal ke register 0 (R0). Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai.
Contoh pengisian nilai secara tidak langsung MOV 20h,#80h
...
...
MOV R0,20h
Perintah di atas berarti : isikan nilai yang terdapat pada alamat 20 Heksadesimal ke register 0 (R0).Tanpa tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah alamat.
2. Instruksi DJNZ
Decreament Jump If Not Zero (DJNZ) ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register tertentu dengan 1 dan lompat jika hasil pengurangannya belum nol. Contoh , MOV R0,#80h
Loop: ...
...
DJNZ R0,Loop
...
R0 - 1, jika belum 0 lompat ke loop, jika R0 = 0 maka program akan meneruskan ke perintah pada baris berikutnya.
3. Instruksi ACALL
Instruksi ini berfungsi untuk memanggil suatu rutin tertentu. Contoh :
...
...
TUNDA:
...
4. Instruksi RET
Instruksi RETURN (RET) ini merupakan perintah untuk kembali ke rutin pemanggil setelah instruksi ACALL dilaksanakan. Contoh,
ACALL TUNDA
...
TUNDA:
...
RET
5. Instruksi JMP (Jump)
Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu. Contoh: Loop:
...
...
JMP Loop
6. Instruksi JB (Jump if bit)
Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika hight (1).
Contoh: Loop:
JB P1.0,Loop
7. Instruksi JNB (Jump if Not bit)
Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika Low (0).
Contoh: Loop:
JNB P1.0,Loop
...
8. Instruksi CJNZ (Compare Jump If Not Equal)
Instruksi ini berfungsi untuk membandingkan nilai dalam suatu register dengan suatu nilai tertentu.
Contoh: Loop:
...
CJNE R0,#20h,Loop
...
Jika nilai R0 tidak sama dengan 20h, maka program akan lompat ke rutin Loop. Jika nilai R0 sama dengan 20h,maka program akan melanjutkan instruksi selanjutnya.
9. Instruksi DEC (Decreament)
Instruksi ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register yang dimaksud dengan 1.
Contoh:
MOV R0,#20h R0 = 20h ...
10. Instruksi INC (Increament)
Instruksi ini merupakan perintah untuk menambahkan nilai register yang dimaksud dengan 1.
Contoh:
MOV R0,#20h R0 = 20h ...
INC R0 R0 = R0 + 1 ...
2.4.2 Software 8051 editor, assembler, simulator (IDE)
Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa assembly tersebut dituliskan pada sebuah editor, yaitu 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE). Tampilannya seperti Gambar 2.10 berikut ini.
Gambar 2.10 Editor, Assembler, Simulator (IDE)
nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu sampai tidak ada pesan kesalahan lagi.Software 8051IDE ini berfungsi untuk merubah program yang dibuat di-converter ke dalam bilangan heksadesimal, proses perubahan ini terjadi pada saat meng-compile program. Bilangan heksadesimal inilah yang akan di-download ke mikrokontroler.
2.4.3 Software downloader
Untuk men-download bilangan-bilangan heksadesimal ini ke mikrokontroller digunakan software ISP- Flash Programmer 3.0a berupa software open source dan dapat didownload dari internet. Tampilannya seperti Gambar 2.11 berikut ini.
Gambar 2.11 Tampilan software downloader
2.4.4 Visual basic 6.0
Pada projek sistem akuisisi data pada SCADA, Grapic User Interface (GUI) sangat diperlukan sebagai antar muka keluaran data output objek yang dikontrol. Rancang bangun dari interfacing dapat dibangun menggunakan Microsoft Visual Basic 6.0.
Microsoft Visual Basic merupakan sebuah bahasa pemrograman yang menawarkan Integrated Development Environment (IDE) untuk membuat program perangkat lunak berbasis sistem operasi Microsoft Windows dengan menggunakan model pemrograman (COM). Visual Basic merupakan turunan bahasa pemrograman BASIC dan menawarkan pengembangan perangkat lunak komputer berbasis GUI.
Visual Basic 6.0 adalah perkembangan dari versi sebelumnya dengan beberapa penambahan komponen yang sedang tren saat ini, seperti kemampuan pemrograman internet dengan DHTML (Dynamic HyperText Mark Language), dan beberapa penambahan fitur database dan multimedia yang semakin baik. Sampai saat buku ini ditulis bisa dikatakan bahwa Visual Basic 6.0 masih merupakan pilih pertama di dalam membuat program aplikasi yang ada di pasar perangkat lunak nasional. Hal ini disebabkan oleh kemudahan dalam melakukan proses development dari aplikasi yang dibuat. Interface antar muka Visual Basic 6.0, berisi menu, toolbar, toolbox, form, project explorer dan property seperti terlihat pada Gambar 2.12 berikut:
2.4.4.1 Konsep dasar pemrograman dalam visual basic 6.0
Konsep dasar pemrograman Visual Basic 6.0, adalah pembuatan form dengan mengikuti aturan pemrograman Properti, Metode dan Event. Keterangan aturan tersebut yaitu:
1. Properti
Setiap komponen di dalam pemrograman Visual Basic dapat diatur propertinya sesuai dengan kebutuhan aplikasi. Property yang tidak boleh dilupakan pada
setiap komponen adalah “Name”, yang berarti nama variabel (komponen) yang
akan digunakan dalam scripting. Properti “Name” ini hanya bisa diatur melalui jendela Property, sedangkan nilai peroperti yang lain bisa diatur melalui script seperti berikut.
Command1.Caption=”Play” Text1.Text=”Visual Basic”
Label1.Visible=False Timer1.Enable=True
2. Metode
Bahwa jalannya program dapat diatur sesuai aplikasi dengan menggunakan metode pemrograman yang diatur sebagai aksi dari setiap komponen. Metode inilah tempat untuk mengekpresikan logika pemrograman dari pembuatan suatu prgram aplikasi.
3. Event
2.5 Bagan Alir Sistem (System Flowchart)
Bagan alir sistem (system flowchart) merupakan bagan yang menunjukkan arus pekerjaan dari sistem secara keseluruhan, menjelaskan urutan dari prosedur-prosedur yang ada dalam sistem serta menunjukkan apa yang ada dalam sistem. Adapun sismbol-simbol dalam flowchart seperti table 2.1 berikut.
Tabel 2.1 simbol-simbol flowchart program
Simbol Nama Keterangan Fungsi
TERMINAL Permulaan / akhir suatu proses
GARIS ALIR Arah aliran program
PERSIAPAN Proses inilisasi/pemberian nilai awal suatu besaran
PROSES Proses pengolahan data
INPUT / OUTPUT DATA
proses input/output data, prameter, informasi
PROSES TERDEFENISI
Permulaan sub program/proses menjalankan sub program
KEPUTUSAN Perbandingan pernyataan, seleksi kondisi di dalam program
PENGHUBUNG
2.5.1 Data Flow Diagram (DFD)
Data Flow Diagram (DFD) adalah alat pembuatan model network dengan menggunakan notasi-notasi untuk menggambarkan arus dari data sistem yang bertujuan untuk membantu memahami sistem secara logika, terstruktur dan jelas. Data Flow Diagram (DFD) menggambarkan arus data dari suatu sistem informasi, baik sistem lama maupun sistem baru secara logika tanpa mempertimbangkan lingkungan fisik di mana data tersebut berada. Adapun simbol-simbol Data Flow Diagram (DFD) dapat dilihat pada tabel 2.2 berikut.
Table 2.2 Simbol-simbol DFD
Simbol Nama fungsi
External Entity
External Entity dapat berupa orang, sekelompok orang, organisasi, dari sistem yang berada lingkungan luarnya yang akan memberikan inputan atau memberikan output dari sistem.
ALUR DATA (DATA FLOW)
Alur ini mengalir diantara proses, data store, dan terminator. Berfungsi untuk menunjukkan arus data yang dapat berupa masukkan untuk sistem
Process (Proses)
kegiatan atau kerja yang dilakukan oleh orang, organisasi, dimana hasil suatu arus data yang masuk ke dalam keluar dari prioses.
Simpanan data (data store)
Tahapan diagram arus data dibagi dalam beberapa bagian diantaranya: 1. Diagram Konteks
Diagram konteks (context diagram) adalah diagram tingkat atas, merupan diagram dari sebuah sistem yang menggambarkan aliran data yang masuk dan keluar dari sistem dan yang masuk dan keluar dari entitas luar.
2. Diagram Nol
BAB 3
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Perangkat Keras (Hardware) 3.1.1 Diagram Blok
Secara umum, alat pengukur tinggi badan otomatis menggunakan ultrasonic terdiri dari 4 blok diagram utama yaitu sensor, mikrokontroler, kabel RS232 dan Personal Computer (PC). Hal ini dapat dirancang dengan diagram blok rangkaian seperti Gambar 3.1 berikut ini.
Mikrokontroller AT89S51 Sensor
Ultrasonic
RS232
Personal Computer
(PC)
Blok Sistem Mikrokontroler
Blok Sistem Penerima
Keterangan dari gambar diagram blok: 1. Sensor Ultra Sonik PING)))
Sensor PING))) merupakan sensor ultrasonic yang dapat mendeteksi jarak obyek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonic dengan frekuensi 40 KHz dan kemudian mendeteksi pantulannya.
2. Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler digunakan sebagai pengolah data inputan dari sensor,output ke PC dan komunikasi serial semuanya terhubung ke mikrokontroler.
3. Kabel RS 232
Penghubung antara mikrokontroler dengan PC komputer. 4. Personal Computer (PC)
Untuk menampilkan hasil nilai tinggi badan yang di dapat.
Sensor ultrasonic PING))) mengirimkan data ke mikrokontroler AT89S51, dan kemudian data tersebut akan diproses untuk ditampilkan ke komputer melalui kabel RS 232. Dari sini dapat diketahui hasil pengukuran tinggi badan tanpa harus menggukan alat yang manual.
3.1.2 Perancangan power supply
Gambar rangkaian dan komponen yang digunakan untuk membangun rangkaian minimum sistem power suplly dapat dilihat pada Gambar 3.2 berikut ini.
7805
Power supply merupakan catu daya tegangan output yang dapat megeluarkan tegangan 5 volt dan 12 volt. Dari rangkaian power supply di atas menjelaskan tentang bagaimana power supply mengeluarkan tegangan 5 volt dan 12 volt untuk mengeluarkan arus searah (DC). Tegangan yang didapat dari tegangan PLN yaitu sebesar ±220 volt (AC), kemudian di turunkan (step down) menggunakan trafo CT sehingga menghasilkan tegangan 15 volt (AC).
Selanjutnya untuk mendapatkan tegangan 12 volt (DC), maka diperlukan suatu komponen yang dapat merubah tegangan arus bolak balik menjadi tegangan arus searah yaitu menggunakan diode bridge. Setelah tegangan sudah arus searah (DC), untuk mendapatkan tegangan 5 volt dan 12 volt secara konstan menggunakan regulator 7805 dan 7812. Fungsi dari TIP 32 adalah sebagai katub untuk menstabilkan arus yang masuk ke regulator, sehingga mengurangi efek over hatting yang terjadi pada regulator. Sementara fumgsi LED pada rangkaian hanya sebagai indicator berfungsi atau tidaknya power supply.
3.1.3 Sistem minimum AT89S51
1
Gambar 3.3 Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler AT89S51
Pin 31 External Access Enable (EA) diset hight (1). 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 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.
power supply. Pin 40 merupakan sumber tegangan positif dihubungkan dengan + 5 volt dari power supply.
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. 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
3.1.4 Sensor ultrasonic PING)))
Sensor Ultrasonic PING))) Parallax yang dipakai pada sistem pengukuran tinggi badan adalah sensor yang terdapat dipasaran dan dapat dilihat pada Gambar 3.4 berikut ini.
Pada sensor ultrasonic ini terdapat 3 pin dimana fungsi dari pin-pin tersebut adalah: 1. Pin 1 sebagai VCC.
2. Pin 2 sebagai input data. 3. Pin 3 sebagai Ground.
Gambar 3.5 Simulasi Pengukuran Tinngi Badan
Pada keadaan awal sensor diletakkan pada ketinggian ±200 cm. Sensor akan mendeteksi tinggi badan secara proporsional dari ujung sensor hingga ujung objek, secara kinerja sensor akan memancarkan gelombang ultrasonic ke objek dan sensor akan menerima gelombang yang telah dipancarkan oleh sensor. Dari proses itu akan diketahui berapa waktu yang telah dilalui dari pemancar ke penerima, sehingga dapat dihitung berapa nilai dari sensor ke objek. Dari keadaan tersebut maka dapat dihitung berapa selisih tinggi dari dasar lantai ke sensor dan dari pantulan objek ke sensor.
�
=
344 / ∗2 ………. [3.1]
Dari rumus 3.1 di atas dapat dihitung tinggi objek yang diukur, sebagai contoh sebagai berikut :
Objek mempunyai tinggi 170 cm, berapa waktu yang dibutuhkan untuk memancarkan sinar ultrasonic ke objek sehingga dapat tinggi 170 cm?
Jarak sensor ke objek
Penyelesaian:
Diketahui jarak 170 cm = 1,7 m dan kecepatan = 344 m/s.
1,7 m =344 / ∗
Waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan jarak 170 cm adalah 98,83 10-4 s.
Jadi, untuk mengetahui jarak antara sensor dengan objek adalah dengan menggunakan rumus 3.1 di atas. antara sensor dengan objek adalah:
tinggi maksimal – jarak = 200 cm – 170 cm = 30 cm. Jadi, jarak antara sensor dengan objek adalah 30 cm.
Gambar 3.6 Driver sensor ultrasonic PING)))
Pada rangkin driver transistor jenis PNP merupakan drain tegangan yang akan aktif jika diberi tegangan lebih besar dari 0,9V. Mikrokontroler (1) akan mengaktifkan sensor untuk mengukur dengan cara memberikan logika hight (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 hight (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.
3.2 Pearancangan Software
Perangkat lunak merupakan pemrograman pada mikrokontroler AT89S51. Pemrograman menggunakan bahasa standar yaitu bahasa assembly. Program dibuat dan disesuaikan sehingga sistem dapat berjalan dengan baik.
3.2.1 Flowchar sistem
START
Gambar 3.7 Diagram Alir Sistem
3.2.2 Perancangan permodelan sistem dengan use case diagram
Perancangan fungsional perangkat lunak untuk dapat mengakuisisi data pengukuran dari hardware yang dapat dikembangkan dan di modelkan dengan diagram use case. Aktor yang akan berinteraksi dengan sistem adalah pengguna (user) dimana pengguna dikatagorikan sebagai entitas yang melakukan proses akuisisi data pengukuran tinggi badan.
Ditinjau dari analisis kebutuhan sistem, beberapa hal yang nantinya harus dilakukan sistem adalah:
1. Melakukan koneksi port akuisisi data untuk menampilkan data hasil pengukuran tinggi badan.
2. Melakukan penyimpanan hasil pengukuran tinggi badan.
Berdasarkan informasi kebutuhan sistem serta aktor yang berperan di dalamnya. Gambar 3.8 berikut diagram use case sebagai permodelan persyaratan sistem.
Pengukur Tinggi Badan Otomatis Menggunakan Sersor Ultrasonic PING))) Berbasis Mikrokontroler AT89S51
Gambar 3.8 Use Case Diagram Sistem Aplikasi
akuisisi data pengukuran tinggi badan, sehingga langkah demi langkah dapat berjalan dengan semestinya. Berikut ini dokumen naratif untuk use case sistem pengukuran tinggi badan dapat dilihat pada tabel 3.2 berikut.
Tabel 3.2 Dokumentasi Naratif Use Case sistem akuisisi data pengukuran tinggi badan
Nama Use Case PENGUKUR TINGGI BADAN OOMATIS MENGGUNAKAN SESNSOR PING))) BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
Aktor User
Deskripsi
Use Case mendeskripsikan tentang fungsional sistem pengukuran ketinggian badan kemudian menampilkan data hasil pengukuran tersebut pada user interface lalu menyimpan data tersebut ke dalam data base Pre-condition menerima data yang dikirimkan oleh sistem hardware (Microkontroller)
Typical course of event
Aksi Aktor Respon Sistem
Langkah 1 : User memilih tombol isi data pada menu utama.
Langkah 2 : Sistem akan merespon dengan memanggil program untuk menyiapkan form pengisian biodata diri
Langkah 5 : Sistem akan merespon dengan mengaktifkan koneksi data pada port serial.
memilih tombol simpan Langkah 8 : Sistem akan melakukan fungsi untuk menyimpan data hasil penngukuran tinggi badan pada data base.
Alternate Course
Aksi Aktor Respon Sistem
- -
Activity diagram untuk Use Case kontrol sistem akuisisi data pengukuran tinggi badan dapat dilihat pada Gambar 3.9 berikut.
User Sistem
Pilih Isi Data Mulai
Tampilkan form isi data
Isi Data diri Tampilkan form
Koneksi Port
Gambar 3.9 Activity diagram sistem akuisisi data pengukuran tinggi badan
3.2.3 Perancangan Data Flow Diagram (DFD)
3.2.3.1DFD level 0
User
0
Sistem Pendeteksi Tinggi Badan Akses data tinggi badan
Data tinggi badan
Gambar 3.10 DFD Level 0 Proses Sistem Akuisisi Data Tinggi Badan
3.2.3.2DFD level 1
User
1.0
Menampilkan data tinggi badan Akses data tinggi badan
Tampilan data tinggi badan
Data Base Data hasil pengukuran
tinggi badan
Data tinggi badan
Gambar 3.11 DFD Level 1 Proses Tampilan Data Tinggi Badan dan Database
3.2.4 Perancangan antar muka (Interface)
3.2.4.1Rancangan menu utama
Rancangan tampilan utama yaitu sebuah tampilan yang pertama muncul pada saat sistem diaktifkan. Pada perancangan antar muka terdapat menu koneksi port yang berfungsi sebagai form untuk mengoneksikan port serial komputer agar dapat menerima data, isi data yang berfungsi untuk menampilkan data tinggi badan yang telah didapat dari pengukuran serta tentangdankeluar. Berikut rancangan menu utama dapat dilihat pada Gambar 3.12 berikut.
2
Gambar 3.12 Rancangan Tampilan Utama
Keterangan:
1. Menu Isi Data berfungsi untuk pengisian data pengguna.
2. Menu Koneksi Port berfungsi sebagai form untuk mengkoneksi data dari port serial.
3. Menu Tentang berfungsi sebagai menampilkan informasi atau cara pemakaian aplikasi.
4. Menu Keluar berfungsi untuk menutup form menu utama dan keluar dari aplikasi.
3.2.4.2Perancangan form isi data
Rancangan form isi data bertujuan untuk mengisi data yang akan diukur tinggi badannya. Dalam form ini hasil dari tinggi badan yang akan diukur akan ditampilkan dan dapat melihat hasilnya. Adapun tampilan dari form isi data dapat dilihat pada Gambar 3.13 berikut ini.
Gambar 3.13 Rancangan Form Isi Data
3.2.4.3Perancangan form koneksi port
Gambar 3.14 Rancangan Form Koneksi Port
3.2.4.4Perancangan form tentang
Informasi
Pengukur Tinggi Badan Otomatis Menggunakan Sensor Ultrasonic PING))) Berbasis
Mikrokontroler AT89S51
INFORMASI
BAB 4
IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN SISTEM
4.1 Pengujian Perangkat Hardware
Pengujian perangkat keras meliputi pengujian perangkat Sensor, Power supply, Mikrokontroler, dan rangkaian kabel RS232.
4.1.1 Pengujian Mikrokontroler AT89S51
Gambar 4.1 pengujian rangkaian mikrokontroller AT89S51
Kemudian tegangan pada pin 40 diukur menggunakan Voltmeter. Dari hasil pengujian didapatkan tegangan pada pin 40 sebesar +4,9 Volt. selanjutnya langkah pengujian dengan cara menghubungkan pin17 (P3.7) dengan sebuah transistor C945 yang dihubungkan dengan sebuah LED indikator. Langkah ini bertujuan apakah rangkaian minimum sistem mikrokontroller ini dapat bekerja apabila diberikan program.
agar arus yang dikeluarkan oleh pin17 (P3.7) cukup besar untuk men-trigger transistor C945. Selanjutnya program sederhana diisikan pada mikrokontroler AT89S51. Program yang diisikan adalah sebagai berikut :
Loop:
Setb p1.7 Call delay Clr p1.7 Call delay Jmp loop Delay:
Mov r7,#255 Dly:
Mov r6,#255 Djnz r6,$ Djnz r7,dly Ret
End
Pada program di atas bertujuan untuk menghidupkan LED yang terhubung ke P3.7 beberapa saat dan kemudian mematikannya. Perintah Setb P3.7 akan menjadikan P3.7 berlogika hight yang menyebabkan transistor C945 aktif dan LED akan menyala. Call delay akan menyebabkan LED ini hidup selama beberapa saat. Perintah Clr P3.7 akan menjadikan P3.7 berlogika low kembali sehingga menyebabkan transistor tidak aktif dan LED akan mati. Perintah jmp Loop akan menjadikan program tersebut berulang, sehingga akan tampak LED tersebut berkedip.
4.1.2 Pengujian sensor ultrasonic
Pengujian sensor ultrasonik dilakukan dengan merancang program yang dapat menjadikan mikrokontroler sebagai pembacaan bit data output sensor dengan menyambungkan LED pada port 0.0 hingga port 0.7 . Fungsi LED merupakan karakteristik indikator pada setiap varian pengukkuran. Berikut gambar rangkaian pengujian sensor ultra sonik pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Rangkaian pengujian sensor ultrasonic
transmitter bit p1.0 trigger bit p 1.1 receiver bit p1.2 Start:
Setb transmitter ; Aktifkan logika hight (1) pada port 1.0
Nop ; jeda 1µs
Clr transmitter ; Clear pengiriman data // port 1.0 logika low (0)
kembali.
Jnb tringer, start ; lompat ke rutin printah selanjutnya jika data = 1, dan kembali start jika data bernilai 0 pada port 1.1
Jb receiver, $ ; Terima data sampai selesai Jarak:
Mov a,#0h ; isi nilai 0 ke register A.
Inc a ; Tambahi 1 nilai pada register A. Mov p0,a ; isi data pada register A ke port p0. Call delay ; Panggil rutin delay //jeda waktu.
Jnb receiver, jarak ; Data masih diterima (?) jika ya ulangi tampil data. Jmp start ; jika tidak lompat ke rutin Start.
delay:
Mov r1#10 ; Isi nilai 10 ke register 1.
Djnz r1,$ ; kurangi 1 nilai pada register 1(R1) sampai bernilai 0 Ret
Program di atas bekerja untuk mengatur kerja dari sensor untuk mengukur jarak dimana port 1.0 diberi logika hight (1) dan port 1.0 kembali ke logika low (0). Selanjutnya diberikan 3 siklus untuk mendeteksi pantulannya.
Dari lima kali percobaan dapat dilihat hasil karakteristik sensor berupa grafik rata-rata ketelitian data sensor yang didapat dari data aktual dengan jarak dan data secara teori dengan jarak.
Gambar 4.3 Grafik Data Teori Vs Jarak
Jika dilihat dari grafik di atas maka didapat bahwa data yang dihasilkan konstan dari mulai jarak 2 Cm hingga 300 Cm. Jika mengacu pada data rata-rata aktual maka terdapat beberapa pergeseran data diakibatkan persen ralat yang mempengaruhi kinerja sensor. Hal tersebut dapat di lihat pada grafik berikut.
0 50 100 150 200 250 300
0 50 100 150 200 250 300 350
DATA SE
CARA
T
E
O
RI
Gambar 4.4 Grafik Praktek Vs Jarak
4.1.2.1Analisa ketelitian alat
Dengan demikian dapat dihitung deviasi standar sebagai berikut : rancangan adalah sebesar 0,4 %.
4.1.3 Pengujian power supply
Pada pengujian power supply, tegangan keluaran diukur menggunakan Volt meter dari hasil keluaran tegangan dari trafo CT step down yaitu sebesar +15 Volt, sebelum dan sesudah regulator 7805 dan 7812 untuk masing – masing keluaran tegangan +5 Volt dan +12 Volt. Dari hasil yang didapat diperoleh menunjukkan tegangan yang didapat pada keluaran tegangan setelah dioda bridge menghasilkan tegangan 13,8 Volt. Hal ini dikarenakan dioda bridge membutuhkan tegangan sebesar 0,6 Volt untuk dapat bekerja.
4.2 Pengujian Perangkat Lunak
Pengujian perangkat lunak meliputi pengujian tampilan hasil rancangan dari penulisan kode program yang dimulai dari program Menu Utama yang terdiri dari Isi Data, Koneksi Port, Tentangdan Keluar.
4.2.1 Spesifikasi kebutuhan hardware
Untuk membangun aplikasi pengukur timggi badan otomatis digunakan perangkat keras dengan spesifikasi sebagai berikut:
Tabel 4.3 spesifikasi kebutuhan perangkat keras yang digunakan
Berdasarkan proses implementasi pengujian sistem yang telah dilakukan, kebutuhan spesifikasi hardware pada tabel 4.1 di atas, perangkat keras tersebut sudah memenuhi persyaratan sehingga tidak ditemukan kendala pada saat menjalankan aplikasi pengukur tinggi badan otomatis.
4.2.2 Spesifikasi kebutuhan software
Implementasi aplikasi pengukur tinggi badan otomatis dibangun menggunakan Microsoft Visual Basic 6.0 sebagai editor dan menggunakan bahasa pemrograman VB.basic. Microsoft Visual Basic dipilih sebagai editor aplikasi dikarenakan Visual basic 6.0 merupakan aplikasi open source dan kompatibel dengan penerapan mikrokontroler yang terintegrasi PC.
CPU : Intel Core i3 2.40 GHz RAM : 2 Giga Byte
Hard Disk : 320 Giga Byte Monitor : 14”
4.2.3 Tampilan interface sistem
Untuk mendukung proses monitoring yang membutuhkan tampilan, maka diperlukan tampilan yang komunikatif yang mendukung akuisisi data dan menampilkannya secara real time. Berikut adalah penjelasan dan tampilan pada aplikasi pengukur tinggi badan otomatis.
4.2.3.1Tampilan menu utama
Pada tampilan menu utama merupakan tampilan awal yang muncul pada saat aplikasi pertama kali dijalankan. Tampilan ini berisi menu Isi Data,Koneksi Port , Tentang, danKeluar. Tampilan Menu Utama ini dapat dilihat pada Gambar 4.5 berikut.
