TUGAS AKHIR
MODUL APLIKASI TELEMETRI
Oleh :
ANGGARENO OKTAVIANO THEOYUDHA NIM : 045114016
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
FINAL PROJECT
TELEMETRY APPLICATION MODULE
ANGGARENO OKTAVIANO THEOYUDHA Student Number : 045114016
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2011
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
MOTTO :
It’s okay to be losing rather than to be a loser
Everything that has a beginning has an end
Mintalah maka kamu akan diberi; Carilah maka kamu akan mendapatkan;
Ketuklah maka pintu akan dibukakan bagimu
Skripsi ini kupersembahkan untuk….
Tuhan Yesus Kristus Gembalaku yang baik
Eyang, Papa, Mama, dan Kakak yang tercinta
Keluarga besar dan sahabat-sahabatku terkasih
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
INTISARI
Tidak semua kondisi memungkinkan seorang peneliti untuk melakukan pengamatan langsung terhadap objek pengamatan. Telemetri merupakan suatu metode pengukuran yang dilakukan dari jarak yang relatif jauh. Dengan telemetri, peneliti tinggal meletakkan alat ukur pada lokasi pengamatan dan kemudian memantau objek pengamatan dari tempat lain yang cukup aman. Sistem telemetri juga sangat bermanfaat dalam kehidupan kita karena sistem telemetri berperan sebagai bagian dari sistem peringatan dini terhadap datangnya bencana. Pembelajaran mengenai aplikasi sistem telemetri perlu diterapkan di institusi pendidikan sejak dini. Modul Aplikasi telemetri adalah suatu perangkat yang digunakan untuk keperluan pembelajaran aplikasi sistem telemetri.
Modul Aplikasi Telemetri terdiri dari 2 bagian, yaitu: perangkat pengirim dan perangkat penerima. Perangkat pengirim terdiri dari rangkaian sensor suhu, rangkaian pengkondisi sinyal, dan rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi. Perangkat penerima terdiri dari rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan, rangkaian pengkondisi sinyal, dan rangkaian penampil berupa LED. Sensor suhu berfungsi mendeteksi perubahan suhu. Agar data dapat dikirim, data diubah ke level tegangan AC menggunakan rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi. Rangkaian pengkondisi sinyal di perangkat pengirim berfungsi untuk mengkondisikan tegangan keluaran dari sensor suhu agar sesuai dengan jangkauan tegangan masukan yang dibutuhkan oleh rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi. Data dikirim ke perangkat penerima menggunakan kabel jumper sepanjang 1 meter. Di perangkat penerima data diubah kembali ke level tegangan DC oleh rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan. Tegangan keluaran rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan dikondisikan agar sesuai dengan jangkauan tegangan masukan dari rangkaian penampil LED. rangkaian penampil LED merepresentasikan tingkatan suhu yang terukur pada sensor suhu.
Modul Aplikasi Telemetri telah berhasil dibuat dan hasilnya bisa bekerja dengan baik. Suhu yang terukur pada sensor suhu dapat direpresentasikan dengan baik pada rangkaian penampil LED.
Kata kunci : Sistem telemetri, sensor suhu, pengubah tegangan ke frekuensi, pengubah frekuensi ke tegangan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
ABSTRACT
Not all conditions allows an observer to make direct observations of the object of observation. Telemetry is a method of measurements taken from a relatively far distance. With telemetry, observers staying put gauges on the location of observation and then monitor the observation of objects from another place that is quite safe. Telemetry system is also very useful in our lives because the telemetry system acts as part of an early warning system against disaster. Learning about the application of telemetry systems to be implemented in educational institutions from the outset. Telemetry Application Module are a device used for learning purposes telemetry system applications.
Telemetry Application Module consists of two parts, namely: the sending and the receiving device. Sending device consists of a series of temperature sensors, signal conditioning circuits, and voltage to frequency converter circuit. The receiving device consists of a series of frequency to voltage converter, signal conditioning circuits, and LED indicator circuit. The temperature sensor serves to detect changes in temperature. So that data can be transmitted, the data is converted to AC voltage level using a voltage to frequency converter circuit. The series of signal conditioners on the sending device serves to condition the output voltage of temperature sensor to match the input voltage range required by the voltage to frequency converter circuit. Data sent to the receiving device using a jumper cable 1 meter long. In the data receiving device is converted back into a DC voltage level by a frequency to voltage converter circuit. The output voltage from frequency to voltage converter circuit is conditioned to match the input voltage range of the LED circuit viewer. LEDs represent the level of the viewer a series of temperature measured at the temperature sensor.
Telemetry Application Module has been successfully made and the results can work well. The temperature measured at the temperature sensor can be represented by either the viewer a series of LEDs.
x
KATA PENGANTAR
Tidak ada kata lain yang ingin penulis panjatkan kepada Allah Bapa Yang
MahaKuasa dan Yesus Kristus anak - Nya yang tunggal Tuhan kita selain puji dan syukur,
sebab hanya oleh anug'rah - Nya yang luar biasa penulis mendapatkan harapan dan
keteguhan untuk mengerjakan tugas akhir, sehingga tugas akhir "Modul Aplikasi Telemetri"
ini dapat selesai dengan dengan baik.
Penulis juga menyadari ada begitu banyak uluran tangan yang diberikan kepada
penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Karena itu dari hati yang tulus penulis ingin
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ir. Gidheon Tri Pudjo Wahyono dan Dra. Etty Sulijanti selaku kedua orangtua
penulis yang telah memberikan segalanya termasuk dukungan doa dan materi serta
menunjukkan kesabaran selama penulis menyelesaikan tugas akhir.
2. Alm Ny. Sulastri selaku nenek penulis yang telah menginspirasi penulis untuk
memulai dan menyelesaikan tugas akhir.
3. Ibu Dr. Fr. Ninik Yudianti, M.Acc selaku Wakil Rektor I Universitas Sanata Dharma
yang telah memberikan toleransi dan kesempatan kepada penulis untuk tetap menjadi
mahasiswa aktif dan menyelesaikan tugas akhir.
4. Ibu Bernadeta Wuri Harini, S.T., M.T. selaku kepala program studi Teknik Elektro
Universitas Sanata Dharma yang masih memberikan kesempatan kepada penulis
untuk menyelesaikan tugas akhir.
5. Bapak Damar Widjaja, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah
memberikan arahan, masukan, dan bimbingan kepada penulis selama mengerjakan
tugas akhir.
6. Bapak Agustinus Bayu Primawan, S.T., M.Eng. selaku dosen mata kuliah Sistem
Telemetri yang telah memberikan ide materi tugas akhir kepada penulis.
7. Bapak dan Ibu dosen program studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma yang
telah mendidik dengan sabar dan mengajarkan banyak ilmu kepada penulis.
8. Mas Petrus Sumardi, mas FX. Suryo Asih Subrata, mas Antonius Suryana, dan mas
Hardi Subarja selaku laboran program studi Teknik Elektro Universitas Sanata
Dharma yang telah membantu menyiapkan sarana - sarana di laboratorium untuk
keperluan pengerjaan tugas akhir.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ...vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii
INTISARI ... viii
ABSTRACT ... ix
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL ... xix
BAB I PENDAHULUAN...1
1.1.Judul ... 1
1.2.Latar Belakang ... 1
1.3.Tujuan dan Manfaat ... 2
1.4.Batasan Masalah ... 2
1.5.Metodologi Penelitian ... 3
BAB II DASAR TEORI ...5
2.1.Sistem Telemetri ... 5
2.2.Sensor Suhu ... 7
2.3.Pengkondisi Sinyal ... 12
2.3.1. Penyangga Tegangan (Voltage Buffer) ...13
2.3.2. Penguat Membalik (Inverting Amplifier) ...14
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
2.3.3. Penguat Tak Membalik (Non – Iverting Amplifier) ...14
2.3.4. Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) ...15
2.2.1. Penguat Pengurang (Voltage Substraction) ... 15
2.4.Voltage to Frequency Converter ... 16
2.5.Frequency to Voltage Converter ... 18
2.6.Penampil LED ... 19
BAB III PERANCANGAN PERANGKAT PEMANCAR DAN PERANGKAT PENERIMA ... 21
3.1.Diagram Blok ... 21
3.2.Perancangan Perangkat Pemancar ... 22
3.2.1. Perancangan Sensor Suhu...22
3.2.2. Perancangan Rangkaian Pengubah Tegangan ke Frekuensi ... 24
3.2.3. Perancangan Rangkaian Pengkondisi Sinyal ... 28
3.2.3.1. Blok 1 : Rangkaian Penguat Non – Iverting dengan Av = 13,744 ...31
3.2.3.2. Blok 2 : Rangkaian Penguat Inverting dengan Vo = -39,6115 ...32
3.2.3.3. Blok 3 : Rangkaian Penguat Penjumlah ...33
3.2.3.4. Blok 4 : Rangkaian Penguat Inverting dengan Av = -1... 35
3.3.Perancangan Perangkat Penerima ...36
3.3.1. Rangkaian Pengubah Frekuensi ke Tegangan ... 36
3.3.2. Rangkaian Penampil LED ... 40
3.3.3. Rangkaian Pengkondisi Sinyal ... 44
3.3.3.1. Blok 1 : Rangkaian Penguat Non – Iverting dengan Av = 1,0399 ...47
xiv
dengan Vo = -0,6131 ... 48
3.3.3.3. Blok 3 : Rangkaian Penguat Penjumlah ... 50
3.3.3.4. Blok 4 : Rangkaian Penguat Inverting dengan Av = -1... 51
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 52
4.1.Hasil Pengujian Sistem secara Keseluruhan ... 53
4.2.Hasil Pengujian Perangkat Pengirim ... 57
4.2.1. Pengujian Rangkaian Sensor Suhu ... 57
4.2.2. Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal ... 60
4.2.3. Pengujian Rangkaian Pengubah Tegangan ke Frekuensi ... 62
4.3.Hasil Pengujian Perangkat Penerima ... 64
4.3.1. Pengujian Rangkaian Pengubah Frekuensi ke Tegangan ... 64
4.3.2. Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal ... 66
4.3.3. Pengujian Rangkaian Penampil LED ... 68
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 70
5.1.Kesimpulan ... 70
5.2.Saran ... 71
DAFTAR PUSTAKA ... 72
LAMPIRAN ... 73
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1. Diagram blok Modul Aplikasi Telemetri ... 3
Gambar 2.1. Proses sistem telemetri pada umumnya ... 5
Gambar 2.2. Sistem telemetri analog single input – single display ... 6
Gambar 2.3. Sistem telemetri analog multi input – multi display ... 6
Gambar 2.4. Sistem telemetri digital single input – single display ... 7
Gambar 2.5. Sistem telemetri digital multi input – single display ... 7
Gambar 2.6. Absolute maximum ratings LM335 ... 10
Gambar 2.7. Rangkaian pengkalibrasi LM335 ... 11
Gambar 2.8. Karakteristik akurasi temperatur LM335 ... 11
Gambar 2.9. Koneksi pin LM335 ... 11
Gambar 2.10. Grafik karakteristik rangkaian pengondisi sinyal ... 13
Gambar 2.11. Rangkaian penyangga tegangan ... 13
Gambar 2.12. Rangkaian penguat membalik ... 14
Gambar 2.13. Rangkaian penguat tak membalik ... 14
Gambar 2.14. Rangkaian penguat penjumlah ... 15
Gambar 2.15. Rangkaian voltage substraction ... 15
Gambar 2.16. Grafik karakterstik ideal V/F converter ... 16
Gambar 2.17. Karakteristik voltage controlled oscillator ... 17
Gambar 2.18. Konfigurasi dan diagram blok IC CD4046B ... 18
Gambar 2.19. Karakteristik F/V converter ... 19
Gambar 2.20. Konfigurasi dan diagram blok IC LM2907N ... 19
Gambar 2.21. Rangkaian LED ... 20
xvi
Gambar 3.2. Diagram blok perangkat penerima ... 21
Gambar 3.3. Rangkaian pengkalibrasi LM335 ... 23
Gambar 3.4. Rangkaian sensor suhu ... 24
Gambar 3.5. Grafik karakteristik fMAX/fMIN terhadap R2/R1 pada IC CD4046B ... 25
Gambar 3.6. Grafik karakteristik fMIN terhadap C pada IC CD4046B ... 27
Gambar 3.7. Rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi ... 27
Gambar 3.8. Grafik karakteristik rangkaian pengondisi sinyal pada perangkat pemancar ... 28
Gambar 3.9. Rancangan awal rangkaian pengkondisi sinyal di perangkat pemancar ... 31
Gambar 3.10. Blok 1 rangkaian pengkondisi sinyal: Penguat inverting dengan Vo = - 2,8821 ... 32
Gambar 3.11. Blok 2 rangkaian pengkondisi sinyal : Penguat penjumlah ... 33
Gambar 3.12. Blok 3 rangkaian pengkondisi sinyal : Penguat inverting dengan Av = - 13,744 ... 34
Gambar 3.13. Rancangan akhir rangkaian pengkondisi sinyal pada perangkat pengirim ... 34
Gambar 3.14. Rancangan awal rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan ... 35
Gambar 3.15. Karakteristik I2 terhadap suplai tegangan LM2907N ... 36
Gambar 3.16. Rancangan akhir rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan ... 38
Gambar 3.17. Rancangan awal rangkaian penampil LED ... 39
Gambar 3.18. Rancangan akhir rangkaian penampil LED ... 42
Gambar 3.19. Grafik karakteristik rangkaian pengondisi sinyal pada perangkat penerima ... 43
Gambar 3.20. Rancangan awal rangkaian penkondisi sinyal di perangkat penerima ... 45
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvii
Gambar 3.21. Blok 1 rangkaian pengkondisi sinyal: Penguat non – inverting
dengan Av = 1,04 ... 46
Gambar 3.22. Blok 2 rangkaian pengkondisi sinyal : Penguat inverting dengan Vo = - 0,58686 V ... 48
Gambar 3.23. Blok 3 rangkaian pengkondisi sinyal : Penguat inverting dengan Av = -1 ... 48
Gambar 3.24. Blok 4 rangkaian pengkondisi sinyal pada perangkat penerima : Penguat penjumlah ... 49
Gambar 3.25. Blok 5 rangkaian pengkondisi sinyal : Penguat inverting dengan Av = -1 ... 50
Gambar 3.26. Rancangan akhir rangkaian pengkondisi sinyal pada perangkat penerima ... 51
Gambar 4.1. Bentuk fisik perangkat pengirim ... 52
Gambar 4.2. Bentuk fisik perangkat penerima ... 52
Gambar 4.3. Grafik pengujian sistem ... 56
Gambar 4.4. Blok rangkaian sensor suhu pada blok diagram perangkat pengirim ... 57
Gambar 4.5. Grafik perbandingan data sensor suhu ... 59
Gambar 4.6. Blok rangkaian pengkondisi sinyal pada blok diagram perangkat pengirim ... 60
Gambar 4.7. Grafik perbandingan data rangkaian pengkondisi sinyal di perangkat pengirim ... 61
Gambar 4.8. Blok rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi pada blok diagram perangkat pengirim ... 62
Gambar 4.9. Grafik perbandingan data rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi .... 63
xviii
Gambar 4.11. Grafik perbandingan data rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan .... 65
Gambar 4.12. Blok rangkaian pengkondisi sinyal pada blok diagram
perangkat penerima ... 66
Gambar 4.13. Grafik perbandingan data data rangkaian pengkondisi sinyal
di perangkat pengirim ... 67
Gambar 4.12. Blok rangkaian penampil LED pada blok diagram perangkat penerima.. 69
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1. Data keluaran sensor suhu pada suhu 27 s.d 77 °C ... 23
Tabel 3.2. Data pengujian awal rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi ... 28
Tabel 3.3. Data hasil pengujian awal rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan ... 40
Tabel 3.4. Perancangan nilai Vref dan Vin serta kondisi LED ... 41
Tabel 4.1. Hasil pengujian sistem secara keseluruhan ... 54
Tabel 4.2. Hasil pengujian rangkaian sensor suhu ... 57
Tabel 4.4. Hasil pengujian rangkaian pengondisi sinyal di perangkat pengirim ... 61
Tabel 4.5. Hasil pengujian rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi ... 63
Tabel 4.6. Hasil pengujian rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan ... 65
Tabel 4.7. Hasil pengujian rangkaian pengondisi sinyal di perangkat penerima ... 67
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Tidak semua kondisi memungkinkan seorang peneliti untuk melakukan pengamatan
langsung terhadap objek pengamatan. Kondisi – kondisi seperti letak obyek pengamatan yang
terlalu jauh dan terlalu bahaya untuk ditempuh, cuaca, dan temperatur yang tidak bersahabat
membuat pengamatan/pengukuran tidak dapat dilakukan terus – menerus secara langsung.
Kendala pengukuran pada lokasi yang tidak terjangkau tersebut dapat diatasi dengan
menggunakan metode pengukuran jarak jauh atau biasa disebut telemetri.
Telemetri merupakan suatu metode pengukuran yang dilakukan dari jarak yang relatif
jauh [1]. Dengan telemetri, peneliti tinggal meletakkan alat ukur pada lokasi pengamatan dan
kemudian memantau objek pengamatan dari tempat lain yang cukup aman. Sebuah sistem
telemetri terdiri dari beberapa proses, yaitu : sensing, akuisisi data, modulasi atau
pengkodean, transmisi sinyal, dan penampil [2].
Pada perkembangannya, sistem telemetri sangat bermanfaat dalam kehidupan kita
karena sistem telemetri berperan sebagai bagian dari early warning system atau sistem
peringatan dini terhadap datangnya bencana [3]. Sehingga kerusakan dan jatuhnya korban jiwa
dalam suatu bencana dapat diminimalkan. Oleh karena itu, pembelajaran mengenai aplikasi
sistem telemetri perlu diterapkan di institusi pendidikan sejak dini, khususnya perguruan
tinggi.
Untuk keperluan pembelajaran aplikasi sistem telemetri, penulis ingin membuat sebuah
modul aplikasi telemetri suhu. Modul ini terdiri dua perangkat, yaitu perangkat pengirim dan
perangkat penerima. Pada perangkat pengirim terdapat sensor yang berfungsi untuk
mendeteksi suhu di lingkungan sekitar. Data dari sensor ini selanjutnya akan dikirim dan
kemudian ditampilkan di perangkat penerima dengan indikator berupa tampilan LED.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1.2
Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan modul aplikasi telemetri suhu yang terdiri dari
perangkat pemancar dan perangkat penerima.
Manfaat dari penelitian ini antara lain:
1. Sebagai modul pembelajaran mengenai sistem telemetri, khususnya pada perkuliahan
sistem telemetri.
2. Menambah literatur tentang perancangan sistem telemetri, aplikasi instrumentasi
elektronis dan teknologi telekomunikasi analog.
3. Menjadi acuan, rujukan, dan bahan pertimbangan untuk pengembangan sistem
peringatan dini terhadap bencana alam.
1.3
Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini adalah :
1. Tugas akhir ini tidak membahas sistem transmisi antara perangkat pengirim dan
penerima.
2. Proses pengiriman dan penerimaan data antar perangkat tidak melalui udara.
3. Proses pengiriman dan penerimaan data berjalan satu arah dari perangkat pengirim
menuju perangkat penerima.
4. Proses pengiriman data dari perangkat pengirim menuju perangkat penerima
menggunakan kabel dengan panjang 1 meter.
5. Jangkauan (range) suhu yang akan diukur oleh sensor antara 27 °C (suhu ruangan
normal) s.d. 77 °C yang terbagi menjadi 6 tingkatan suhu.
6. Jangkauan (range) frekuensi sinyal keluaran (output voltage) dari Voltage Controlled
Oscillator (VCO) antara 2 KHz s.d. 7 KHz yang dibagi menjadi 6 tingkatan frekuensi.
3
1.4
Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Melakukan perancangan perangkat pengirim dan penerima.
Tahap perancangan perangkat pengirim adalah tahap untuk mendesain konstruksi
rangkaian dari sensor suhu dengan mengkalibrasinya terlebih dahulu pada suhu 25° C agar
didapatkan sensor yang memiliki sensitifitas yang baik. Selain itu tahap perancangan
perangkat pemancar juga membuat rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi (voltage to
frequency converter) dengan menggunakan VCO. Rangkaian pengkondisi sinyal dibuat untuk
mengkondisikan tegangan keluaran sensor suhu agar sesuai dengan tegangan masukan voltage
to frequency converter, sehingga menghasilkan frekuensi keluaran sesuai dengan kebutuhan
penulis.
Tahap perancangan perangkat penerima adalah mendesain konstruksi rangkaian
pengubah frekuensi ke tegangan (frequency to voltage converter). Kemudian tahap
perancangan perangkat penerima juga membuat rangkaian penampil LED dengan 6 tingkatan
indikator. Selain itu, rangkaian pengkondisi sinyal juga dibuat di antara blok frequency to
voltage converter dengan blok penampil LED. Diagram blok dari modul aplikasi telemetri
yang dibuat, ditunjukkan pada Gambar 1.1.
Gambar 1.1. Diagram blok Modul Aplikasi Telemetri
2. Pengujian dan pengambilan data pada perangkat pengirim dan penerima.
Tahap pengujian pada perangkat pengirim pertama – tama mengukur tegangan
keluaran sensor suhu. Sensor suhu diberikan rangsangan suhu dengan cara mendekatkan
solder pada jarak tertentu, sehingga penulis mendapatkan pengukuran tingkatan suhu sesuai
perancangan. Tahap pengujian selanjutnya mengukur tegangan masukan Voltage Controlled
Oscillator (VCO) untuk mendapatkan jangkauan frekuensi sesuai perancangan, dan Sensor suhu Pengkondisi
Sinyal
Voltage to Frequency Converter
Penampil LED
Kabel Transmisi
Frequency to Voltage Converter
Pengkondisi Sinyal
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
mengukur tegangan keluaran yang dihasilkan rangkaian pengkondisi sinyal pada perangkat
pengirim. Setelah itu, melakukan pengujian pada perangkat penerima dengan mengukur
tegangan keluaran Frequency to Voltage Converter dan tegangan keluaran yang dihasilkan
rangkaian pengkondisi sinyal pada perangkat penerima. Tahap pengujian terakhir adalah
pengambilan data dari rangkaian penampil LED untuk membandingkan data sensor suhu yang
diterima oleh perangkat penerima dengan data yang dikirim dari perangkat pemancar.
3. Menganalisis data yang diperoleh dari alat yang dirancang.
Analisa data dilakukan dengan cara membandingkan data hasil kerja alat dengan data
yang dirancang. Selain itu, kesalahan yang terjadi pada saat alat bekerja juga akan dianalisis.
4. Membuat kesimpulan dari alat yang dirancang.
Kesimpulan secara keseluruhan diambil dari cara kerja alat yang dibuat dan analisa
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Sistem Telemetri
Sistem telemetri adalah cara pengukuran jarak jauh yang memanfaatkan teknologi
komunikasi [4]. Sebuah sistem telemetri umumnya terdiri dari beberapa proses seperti pada
Gambar 2.1 [2].
Gambar 2.1. Proses sistem telemetri pada umumnya [2]
Keterangan Gambar 2.1 :
1. Sensing
Sensor yang terpasang pada stasiun pemantau mengukur besaran – besaran fisis pada
suatu lingkungan (suhu udara, ketinggian air, kelembaban udara, kecepatan angin,
curah hujan, dan sebagainya).
2. Akuisi data
Data hasil pengukuran berupa sinyal elektris selanjutnya diproses dan dikondisikan
menggunakan penguat dan pengkondisi sinyal agar data tersebut mempunyai kualitas
data yang baik serta bersih dari noise maupun sinyal – sinyal palsu.
3. Modulasi atau pengkodean
Sebelum dikirim, data dimodulasi (untuk pengiriman data secara analog) atau
dikodekan (untuk pengiriman data secara digital) terlebih dahulu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4. Transmisi sinyal
Data berupa sinyal elektris tersebut kemudian dikirimkan ke stasiun pengendali
menggunakan pemancar gelombang radio, pemancar gelombang ultrasonik, atau
dikirimkan melalui satelit.
5. Penerimaan dan penampilan data
Data kemudian diterima di stasiun pengendali dan ditampilkan secara sederhana
menggunakan Light Emiting Diode (LED) display maupun secara detail dengan proes
komputerisasi.
Berdasarkan jumlah data dan jenis data yang ditransmisikan, sistem telemetri dibagi
menjadi 4 jenis [2] seperti berikut :
1. Sistem telemetri analog single input – single display.
Gambar 2.2. Sistem telemetri analog single input – single display [2]
Data yang dikirim dan diterima berupa data analog tunggal hasil pengukuran satu buah
sensor, kemudian ditampilkan pada penampil analog tunggal.
2. Sistem telemetri analog multi input – multi display.
Gambar 2.3. Sistem telemetri analog multi input – multi display [2]
Data yang dikirim dan diterima berupa data analog hasil pengukuran dari beberapa
sensor, kemudian ditampilkan pada penampil analog yang jumlahnya sama dengan
7
3. Sistem telemetri digital single input – single display.
Gambar 2.4. Sistem telemetri digital single input – single display [2]
Data yang dikirim dan diterima berupa data digital tunggal hasil pengukuran satu buah
sensor, kemudian ditampilkan pada penampil digital.
4. Sistem telemetri digital multi input – single display.
Gambar 2.5. Sistem telemetri digital multi input – single display [2]
Data yang dikirim dan diterima berupa data digital hasil pengukuran beberapa sensor,
kemudian ditampilkan pada penampil digital yang dapat menampilkan beberapa data
sekaligus.
2.2
Sensor Suhu
Sensor adalah sebuah alat yang dapat mendeteksi atau mengukur nilai suatu besaran
fisis [5]. Khususnya pada tugas akhir ini, sensor yang dibahas adalah sensor yang
menghasilkan keluaran berupa tegangan listrik. Sensor adalah salah satu bentuk transduser
karena transduser adalah sebuah alat yang mengubah energi dari satu bentuk ke yang lain.
Perbedaan antara sensor dan transduser terletak pada efisiensi dari proses perubahan energi
dan kelinieran antara respon keluaran terhadap masukan. Sebuah sensor tidak begitu
mementingkan efisiensi dari proses perubahan energi, tetapi lebih menitikberatkan pada
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
kelinieran antara respon keluaran dengan masukan. Sementara, pada transduser berlaku
kebalikannya.
Sensor dapat diklasifikasikan berdasarkan banyak hal. Dari sudut pandang
pengkondisi sinyal, sensor dibagi menjadi 2 jenis, yaitu sebagai sensor aktif dan sensor pasif
[6]. Sensor aktif membutuhkan sebuah sumber eksternal untuk aktivasi sensor. Thermistor,
RTD (Resistance Temperature Detector), dan strain gages merupakan contoh sensor aktif
karena sensor tersebut perlu dialiri arus listrik agar dapat aktif dan menghasilkan tegangan
keluaran. Sedangkan sensor pasif atau self - generating sensor menghasilkan tegangan
keluarannya sendiri tanpa memerlukan catu tegangan atau arus eksternal. Contoh sensor pasif
diantaranya thermocouples dan photodiodes yang masing - masing menghasilkan
thermoelectrics voltage dan photocurrents yang independen dari pengaruh catu eksternal.
Sensor tidak dapat berdiri sendiri [5]. Bisanya sensor adalah bagian dari suatu sistem
elektronis yang terdiri dari banyak pengkondisi sinyal dan berbagai circuit pemrosesan sinyal
analog maupun digital. Sistem elektronis tersebut dapat berupa sistem pengukuran, sistem
akuisisi data, sistem kontrol, atau sistem lainnya.
Bila dibandingkan dengan variabel besaran fisis yang lain, temperatur/suhu adalah
besaran fisis yang paling sensitif untuk diukur karena suhu memiliki efek yang signifikan
terhadap materi suatu bahan dan proses sampai pada tingkat molekuler [6]. Definisi dari suhu
adalah tingkat tertentu dari keadaan panas atau dingin sesuai referensi skala tertentu. Suhu
juga dapat didefinisikan sebagai jumlah energi panas pada suatu objek atau sistem. Sensor
suhu mendeteksi perubahan parameter fisik seperti resistansi atau tegangan keluaran yang
sesuai dengan perubahan suhu. Ada dua tipe dasar penginderaan (sensing) suhu, yaitu :
1. Kontak.
Tipe penginderaan suhu yang membutuhkan sensor untuk kontak fisik langsung
dengan media atau obyek yang diukur. Tipe ini dapat digunakan untuk memonitor
suhu dari benda padat, cairan, atau gas di atas rentang temperatur yang cukup
luas/ekstreme.
2. Non – Kontak.
Pengukuran tanpa kontak menafsirkan energi radiasi dari sumber panas dalam bentuk
9
ini dapat digunakan untuk memantau benda padat dan cairan yang bersifat non
reflektif namun tidak efektif dengan gas karena sifat keterbukaan (transparancy)
mereka yang alami
Sebuah sensor yang dijual di pasaran biasanya dilengkapi dengan datasheet.
Datasheets biasanya dibuat untuk memberikan informasi mengenai karakteristik positif
tertentu dari sensor dan beberapa aplikasi pemakaian sensor. Umumnya sensor dirancang
untuk memenuhi spesifikasi kinerja tertentu, dan informasi mengenai spesifikasi tersebut
tercantum di datasheet. Karena itu, sangat penting untuk memahami datasheet sensor
sebelum mengaplikasikan sensor dalam sebuah rangkaian elektronika. Berikut ini adalah
beberapa informasi karakteristik sensor yang biasanya terdapat di datasheet [6]:
1. Transfer Function (Fungsi Transfer/Fungsi Alih)
Funsi transfer / fungsi alih menunjukkan hubungan fungsional antara tegangan
masukan dan tegangan keluaran sensor. Fungsi transfer biasanya digambarkan dalam
sebuah grafik antara tegangan keluaran terhadap tegangan masukan.
2. Sensitivity (Sensitifitas)
Sensitifitas adalah rasio antara perubahan kecil yang terjadi pada tegangan keluaran
terhadap perubahan kecil nilai besaran fisis yang terukur oleh sensor [6]. Satuan dari
sensitivitas biasanya miliVolts/Kelvin, milivolts/Pascal, dll.
3. Span / Dynamic Range (Rentang dinamis)
Jangkauan dinamis adalah jangkauan nilai besaran fisis yang dapat diubah menjadi
tegangan listrik oleh sensor.
4. Uncertainty adalah toleransi error atau kesalahan terbesar yang diperbolehkan antara
keluaran ideal dan keluaran aktual. Uncertainty juga berkaitan dengan informasi
mengenai tingkat akurasi penginderaan sensor.
5. Hysterisis
Ada beberapa sensor yang tegangan keluarannya tidak kembali ke nilai yang sama
pada saat masukannya bersiklus naik ataupun turun. Rentang toleransi error atau
kesalahan terhadap nilai besaran fisis yang terukur disebut hysterisis.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6. Nonlinearity
Nonlinearity adalah deviasi maksimum dari fungsi transfer linier yang melebihi
spesifikasi nilai jangkauan dinamis (dynamic range).
7. Resolution
Resolusi dari sebuah sensor adalah fluktuasi sinyal minimum yang terdeteksi oleh
sensor. Karena fluktuasi adalah fenomena temporal/sementara, maka terdapat
hubungan antara skala waktu terjadinya fluktuasi dengan amplitudo minimum sinyal
yang terdeteksi. Itu sebabnya definisi resolusi harus mencakup beberapa informasi
tentang sifat pengukuran yang dilakukan.
IC LM 335 merupakan salah satu jenis sensor suhu presisi, yaitu sebuah piranti yang
dapat mengubah besaran temperatur menjadi sinyal elektrik [7]. Tegangan keluaran LM 335
berubah – ubah secara linier seiring dengan perubahan temperatur. Berdasarkan informasi
datasheets [7], LM 335 memiliki karakteristik jangkauan operasi dari 400 µA s.d. 5 mA,
memiliki impedansi dinamik kurang dari 1 Ω, akurasi inisial sebesar 1°C, dan mudah
dikalibrasi dengan kalibrasi secara langsung dalam satuan derajat Kelvin (°K). Informasi
yang penting untuk diperhatikan, LM335 beroperasi pada temperature antara -40 °C s.d. 100
°C dan arus maksimum sebesar 15 mA seperti tertera pada Gambar 2.6 [7].
Gambar 2.6. Absolute maximum ratings LM335 [7]
Untuk dapat beroperasi dengan presisi, LM 335 perlu dikalibrasi terlebih dahulu
11
dihubungkan dengan potensiometer. Kemudian dikalibarasi agar menghasilkan tegangan
keluaran sebesar 2,982 V pada suhu 25 °C.
Gambar 2.7. Rangkaian pengkalibrasi LM335 [7]
Setelah dikalibrasi, LM 335 dapat menghasilkan tegangan keluaran secara linier
sebesar +10 mV / °C dengan nilai penyimpangan (error) maksimal 2 °C. Hal ini ditunjukkan
pada Gambar 2.8 [7].
Gambar 2.8. Karakteristik akurasi temperatur LM335 [7]
Gambar 2.9. Koneksi pin LM335 [7]
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.3
Pengkondisi Sinyal
Pengkondisi sinyal mengukur elemen-elemen sinyal yang dimulai dengan sinyal
output sensor listrik, kemudian menghasilkan sinyal yang cocok untuk transmisi, untuk
display/penampil atau untuk data recording atau menghasilkan sinyal yang lebih memenuhi
untuk spesifikasi pada blok rangkaian elektronika berikutnya [8]. Umumnya, jenis
pengkondisi sinyal yang banyak digunakan berupa penguat operasional, penapis (filter),
pengubah bentuk tegangan (converter), pembagi tegangan sederhana, level shifting,
impedance matching, komparator tegangan, modulasi dan demodulasi.
Pada tugas akhir ini penulis membuat pengkondisi sinyal pada perangkat pemancar
dan perangkat penerima. Pengkondisi sinyal pada perangkat pemancar digunakan untuk
mengkondisikan tegangan keluaran dari sensor suhu LM335 agar sesuai dengan masukan
yang dibutuhkan oleh voltage controlled oscillator (VCO) pada IC CD4046B, sehingga
keluaran VCO menghasilkan sinyal dengan frekuensi yang diinginkan. Pengkondisi sinyal
pada perangkat penerima digunakan untuk mengkondisikan tegangan keluaran dari rangkaian
pengubah frekuensi ke tegangan agar sesuai dengan jangkauan tegangan masukan yang
dibutuhkan oleh rangkaian penampil LED sehingga dapat menyalakan LED sebagai
representasi dari suhu yang terukur oleh sensor suhu.
Pengkondisi sinyal pada tugas akhir ini memiliki karakteristik yang ditunjukkan pada
Gambar 2.10. grafik pada Gambar 2.10 menunjukkan hubungan kelinieran (linearity) antara
sumbu y dengan sumbu x, yaitu antara tegangan keluaran dengan tegangan masukan
pengkondisi sinyal. Bentuk persamaan dari kurva linier pada Gambar 2.10 adalah
y = m.x + c (2.1)
m = yMAX - yMIN
xMAX - xMIN (2.2)
c = -��yMAX - yMIN�.xMIN
xMAX - xMIN �+ yMIN (2.3)
dengan y adalah nilai pada sumbu y, yMAX dan yMIN adalah nilai maximum dan minimum
pada sumbu y, x adalah nilai pada sumbu x, xMAX dan xMIN adalah nilai maximum dan
13
Gambar 2.10. Grafik karakteristik rangkaian pengondisi sinyal
Jenis pengkondisi sinyal yang akan digunakan adalah penguat operasional berupa
voltage buffer, inverting amplifier, non – inverting amplifier, voltage summing, dan voltage
subtraction.
2.3.1
Penyangga tegangan (
Voltage Buffer
)
Voltage buffer berfungsi untuk menyangga tegangan yang masuk, sehingga tegangan
keluaran yang dihasilkan nilai dan besarannya tetap [9]. Sejatinya, sebuah voltage buffer
menggunakan penguat operasional (op – amp), hanya saja nilai penguatannya sama dengan 1,
sehingga tegangan keluaran sama dengan tegangan masukan. Konfigurasi rangkaian
penyangga tegangan ditunjukkan pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11. Rangkaian penyangga tegangan [9]
Keterangan :
Vo = tegangan keluaran
Vin = tegangan masukan
Vo = Vin (2.4)
X 1
V C V E
V o
V i n
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.3.2
Penguat Membalik (
Inverting Amplifier
)
Inverting amplifier merupakan penguat yang membalik nilai fasa dari tegangan
masukan sehingga nilai fasa tegangan keluaran dengan tegangan masukan berbeda 180°,
sementara besarannya tergantung dari nilai penguatan [9]. Gambar 2.12 merupakan
kofigurasi rangkaian penguat membalik.
Gambar 2.12. Rangkaian penguat membalik [9]
Nilai penguatan penguat membalik menggunakan persamaan (2.5) dan persamaan
(2.6).
Av =
−
𝑅𝑓𝑅𝑖 (2.5)
Vo =
−
𝑅𝑓𝑅𝑖 Vin (2.6)
2.3.3
Penguat Tak Membalik (
Non – Inverting Amplifier
)
Non - inverting amplifier merupakan penguat yang tak membalik nilai phasa dari
tegangan masukan sehingga nilai fasa tegangan keluaran sama dengan tegangan masukan,
sementara besarannya tergantung dari nilai penguatan. Gambar 2.13 merupakan konfigurasi
rangkaian penguat tak membalik.
Gambar 2.13. Rangkaian penguat tak membalik [9] X1
Ri
Rf
VC VE
Vo Vin
X1
Ri
Rf
VC
VE
15
Nilai penguatan penguat tak membalik menggunakan persamaan (2.6) dan persamaan
(2.7).
Av = (1 +𝑅𝑓
𝑅𝑖) (2.6)
Vo = (1 +𝑅𝑓
𝑅𝑖) Vin (2.7)
2.3.4
Penguat penjumlah (
Summing Amplifier
)
Penguat penjumlah berfungsi untuk menjumlahkan sekaligus menguatkan dua
tegangan masukan atau lebih [9]. Konfigurasi rangkaian penguat penjumlah tampak pada
Gambar 2.14 dan hubungan antara tegangan keluaran terhadap tegangan masukan berlaku
persamaan (2.8).
Vo =
-
�
RfR1
V1
+
RfR2
V2
+
RfR3
V3
�
(2.8)Gambar 2.14. Rangkaian penguat penjumlah [9]
2.3.5
Penguat Pengurang (
Voltage Substraction
)
Voltage Substraction berfungsi untuk mengurangkan sekaligus menguatkan dua
tegangan masukan atau lebih seperti yang tampak pada Gambar 2.15. Hubungan antara
tegangan masukan dan keluaran berlaku persamaan (2.9)
Vo = 𝑅3 𝑅1+𝑅3
𝑅2+𝑅4
𝑅2
𝑉
1 –
𝑅4𝑅2
𝑉
2
(2.9)Gambar 2.15. Rangkaian voltage substraction [9]
X 1 Rf R1 R2 R3 V C V E V o V 1 V 2 V 3 X1 R4 R3 R2 R1 VC VE Vo V1 V2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2.4
Voltage to Frequency Converter
Sebuah pengubah tegangan ke frekuensi (V/F converter) menghasilkan sinyal
keluaran dengan frekuensi sesaat yang merupakan fungsi alih dari tegangan pengontrol
eksternal [10]. Keluaran dari V/F converter dapat berupa sinyal sinus, sinyal kotak, atau
sinyal pulsa. Frekuensi sesaat yang dihasilkan oleh V/F converter sering ditafsirkan sebagai
jumlah pulsa yang dihasilkan per unit waktu. V/F converter yang menghasilkan variasi
frekuensi sinyal adalah salah satu bentuk dari sebuah modulasi frekuensi, dan beberapa
teknologi yang dikembangkan dalam dunia telekomunikasi dapat diterapkan untuk V/F
conversion (pengubahan tegangan ke frekuensi).
Grafik karakteristik yang ideal dari sebuah V/F converter ditunjukkan pada Gambar
2.16. Masukan tegangan pengontrol ditunjukkan oleh sumbu x dan keluaran berupa deviasi
frekuensi ditunjukkan oleh sumbu y. Deviasi frekuensi yang dihasilkan adalah selisih dari
frekuensi aktual dengan frekuensi referensi (frekuensi yang dihasilkan tanpa memberikan
masukan pada V/F converter).
Gambar 2.16. Grafik karakterstik ideal V/F converter [10]
Grafik karakteristik V/F converter idealnya berupa kurva linier, hal ini berarti apabila
V/F converter menghasilkan frekuensi sebesar 1000 Hz tanpa adanya tegangan masukan, dan
menghasilkan frekuensi sebesar 1050 Hz dengan tegangan masukan 1 V, maka tegangan
masukan sebesar 2 V idealnya mengasilkan sinyal dengan frekuensi 1100 Hz [10].
Pengubahan dari tegangan ke frekuensi idealnya berguna untuk aplikasi - aplikasi
17
jarak tertentu (wajar), karena keluaran dari sistem konversi sudah dalam bentuk termodulasi
[10]. Dengan demikian data yang ditransmisikan bukan lagi dalam bentuk sinyal DC
melainkan AC, dan berbagai metode kopling AC seperti transformers dan penguat sinyal AC
tidak diperlukan. Dan pada bagian penerima, sebuah pengubah frekuensi ke tegangan yang
cocok / matched dengan pengubah tegangan ke frekuensi pada bagian pengirim digunakan
untuk mengubah data kembali ke bentuk sinyal DC.
Istilah voltage - controlled oscillator (VCO) berasal dari subsistem modulasi
frekuensi, dan istilah ini identik dengan V/F converter. Voltage - controlled oscillators
banyak terdapat di beberapa aplikasi, seperti pada pengendali frekuensi otomatis, tuning
radio, dan phase-locked loop [11]. VCO dirancang untuk menghasilkan frekuensi yang
berbeda-beda dengan pengaturan tegangan. Namun, yang harus dipertimbangkan dengan
serius apabila VCO digunakan sebagai V/F converter yaitu VCO harus dirancang sedemikian
rupa sehingga menampilkan karakteristik yang tepat, karena itu VCO perlu dirancang dengan
hati – hati [10].
Karakteristik voltage-controlled oscillator ditunjukkan pada Gambar 2.17. VCO
beroperasi pada frekuensi free-running (ωFR) ketika v3 sama dengan nol. Nilai positif atau
negatif dari v3 menyebabkan frekuensi free - running menjadi meningkat atau menurun
sesuai persamaan (2.10) dengan Ko adalah konstanta.
ω
o=
ω
FR+
K
ov
3Gambar 2.17. Karakteristik voltage controlled oscillator [11]
(2.10)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Pada tugas akhir ini penulis menggunakan IC CD 4046B Micropower Phase Lock
Loop yang di dalamnya sudah terdapat blok VCO (Voltage Controlled Oscillator) [12]. Hal
ini ditunjukkan pada Gambar 2.18. VCO pada IC CD4046 akan dimanfatkan sebagai piranti
voltage to frequency converter.
Gambar 2.18. Konfigurasi dan diagram blok IC CD4046B [12]
2.5
Frequency to Voltage converter
Sebuah pengubah frekuensi ke tegangan (F/V converter) menghasilkan tegangan
keluaran yang amplitudonya merupakan fungsi alih dari frekuensi pada sinyal masukan.
Sama seperti V/F converter, F/V converter dapat merespon terhadap sinyal masukan yang
berupa sinyal sinus, sinyal kotak, ataupun sinyal pulsa. rangkaian ini pada dasarnya adalah
sebuah pemisah atau detektor FM [10].
Grafik karakteristik ideal dari sebuah F/V converter ditunjukkan pada Gambar 2.19.
Deviasi frekuensi pada sinyal masukan (mengacu pada center frequency sinyal) ditunjukkan
oleh sumbu x, dan tegangan keluaran ditunjukkan oleh sumbu y. Grafik karakteristik ini
idealnya juga berupa kurva linier, hal ini berarti apabila sinyal masukan dengan frekuensi
19
Hz menghasilkan tegangan keluaran 1 V, maka sinyal masukan dengan frekuensi 1100 Hz
idealnya menghasilkan tegangan keluaran 2 V.
Gambar 2.19. Karakteristik F/V converter [10]
Pada perangkat penerima, data diterima dalam bentuk sinyal AC. Karena tugas akhir
ini menggunakan LED sebagai penampil data pengukuran pada perangkat penerima, maka
data yang diterima perlu dikonversi ke level tegangan DC menggunakan piranti frequency to
voltage converter IC LM2907N dengan diagram blok seperti pada Gambar 2.20.
Gambar 2.20. Konfigurasi dan diagram blok IC LM2907N [13]
2.6
Penampil LED
Light Emmiting Diode (LED) merupakan suatu komponen semikonduktor yang
memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju [14].
Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai dan bisa juga
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
dekat ultraviolet, tampak atau inframerah.Arus maksimal yang dibutuhkan LED yaitu 20mA
[14]. Sehingga nilai resistor yang paling kecil dapat dihitung dengan persamaan (2.12)
I
V V
R = − LED
min (2.11)
20 10 3
min −
× − = V VLED
R (2.12)
dengan VCC adalah tegangan catu daya (Volt), VLED adalah beda tegangan pada LED (Volt),
Rmin adalah resistansi yang diseri dengan LED (ohm) dan I adalah arus yang mengalir pada
LED (Ampere). Besarnya nilai VLED berbeda – beda tergantung dari warna cahaya LED yang
digunakan [14]. Untuk LED warna hijau besarnya VLED adalah 2,1 V. Untuk LED warna
kuning besarnya VLED adalah 2 V. Dan untuk LED warna merah besarnya VLED adalah 1,7
V. Rangkaian LED ditunjukkan pada Gambar 2.21.
Gambar 2.21. Rangkaian LED [14]
R
Vled VCC
21
BAB III
PERANCANGAN
PERANGKAT PENGIRIM
DAN PERANGKAT PENERIMA
Perancangan modul aplikasi telemetri terdiri dari 2 bagian, yaitu: bagian perangkat
pengirim dan bagian perangkat penerima. Bagian perangkat pengirim berisi rangkaian sensor
suhu, rangkaian pengkondisi sinyal, dan rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi (voltage to
frequency converter). Sedangkan untuk bagian perangkat penerima berisi rangkaian pengubah
frekuensi ke tegangan (frequency to voltage converter), rangkaian pengkondisi sinyal, dan
rangkaian penampil berupa LED.
3.1
Diagram Blok
Diagram blok dalam perancangan ini terdiri dari 2 bagian yaitu perangkat pengirim dan
perangkat penerima. Diagram blok modul pengirim ditunjukkan pada Gambar 3.1 dan diagram
blok modul penerima ditunjukkan pada Gambar 3.2.
Gambar 3.1 Diagram blok perangkat pengirim
Gambar 3.2 Diagram blok perangkat penerima
Secara umum cara kerja dari perangkat pengirim dapat dijelaskan seperti berikut :
Ketika sensor suhu mendeteksi perubahan suhu, maka sensor menghasilkan arus atau tegangan Rangkaian
Penampil LED Rangkaian
Frequency to Voltage Converter
Rangkaian Pengkondisi Sinyal Rangkaian
Sensor Suhu
Rangkaian Pengkondisi Sinyal
Rangkaian
Voltage to Frequency Converter
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
keluaran yang nilainya berubah – ubah sesuai dengan karakteristik sensor suhu. Tegangan
keluaran yang dihasilkan sensor suhu merupakan data yang akan dikirim ke perangkat
penerima. Data ini masih berupa level tegangan DC. Agar data dapat dikirim, data perlu
diubah ke level tegangan AC menggunakan rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi
(voltage to frequency converter). Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi untuk
mengkondisikan tegangan keluaran dari sensor suhu agar sesuai dengan jangkauan tegangan
masukan yang dibutuhkan oleh voltage to frequency converter sehingga dapat menghasilkan
tegangan keluaran dengan frekuensi yang telah ditentukan penulis. Setelah diubah ke level
tegangan AC, data dapat dikirim ke perangkat penerima. Pada tugas akhir ini sarana
pengiriman data dari perangkat pengirim ke perangkat penerima tidak melalui udara,
melainkan hanya menggunakan kabel sepanjang 1 meter.
Cara kerja perangkat penerima dapat dijelaskan sebagai berikut : Data yang dikirim
dari perangkat pengirim diterima di perangkat penerima dan diubah kembali ke level tegangan
DC oleh rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan (frequency to voltage converter).
Tegangan keluaran frequency to voltage converter dikondisikan agar sesuai dengan jangkauan
tegangan masukan dari rangkaian penampil LED, sehingga rangkaian penampil LED dapat
merepresentasikan tingkatan suhu yang terukur pada sensor suhu.
3.2
Perancangan Perangkat Pengirim
3.2.1
Perancangan Sensor Suhu
Sensor suhu pada tugas akhir ini menggunakan IC LM335, sensor suhu presisi yang
dapat dikalibrasi langsung dalam °K (derajat Kelvin) maupun °C (derajat Celcius), memiliki
impedansi dinamik kurang dari 1 Ω, memiliki tegangan keluaran dalam orde Volt bukan
milivolt, serta lebih murah dibanding sensor sejenis yang tersedia di pasaran. IC LM335
memiliki karakteristik jangkauan operasi dari suhu -40 °C s.d. 100 °C dan arus maksimum
sebesar 15 mA [7].
Untuk dapat beroperasi dengan presisi, LM 335 dikalibrasi terlebih dahulu dengan cara
merangkai LM335 seperti Gambar 3.3. Kaki adjustment pada LM 335 di hubungkan dengan
potensiometer. Kemudian dikalibarasi agar menghasilkan tegangan keluaran sebesar 2,982 V
23
Gambar 3.3. Rangkaian pengkalibrasi LM335 [7]
Setelah dikalibrasi, LM 335 dapat menghasilkan tegangan keluaran secara linier sebesar +10
mV / °C. Pada tugas akhir ini, batasan suhu yang diukur adalah dari 27 °C s.d. 77 °C yang
dibagi menjadi 6 tingkatan suhu yaitu : 27 °C, 37 °C, 47 °C, 57 °C, 67 °C, dan 77 °C. Jika
pada suhu 25 °C sensor suhu mengeluarkan tegangan sebesar 2,982 Volt [7] dan tegangan
keluaran sensor meningkat secara linier + 10 mV/°C atau +100 mV/°C (0,1 V/°C), maka
besarnya tegangan keluaran sensor suhu pada suhu 27 s.d. 77 °C ditunjukkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Data keluaran sensor suhu pada suhu 27 s.d 77 °C
Suhu (°C) Keluaran sensor suhu (Volt)
27 3,002
37 3,102
47 3,202
57 3,302
67 3,402
77 3,502
Jika diketahui Vcc = 12 Volts, dan arus maksimum (Is) yang dapat mengalir pada IC
LM335 adalah 15 mA, maka nilai resistor pada rangkaian sensor suhu (Rs) atau nilai R1 pada
Gambar 3.3 dapat dihitung dengan dengan persamaan (3.1).
Rs= Vcc
Is (3.1)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
R1 = Rs
R1= 12
15× 10-3 R1 = 800 Ω
Berdasarkan hasil perhitungan, nilai R1 pada rangkaian sensor adalah 800 Ohm.
Resistor yang akan digunakan pada perancangan ini terdiri dari 4 resistor sebesar 200 Ohm
yang dirangkai seri. Rangkaian sensor suhu pada perancangan ini ditunjukkan pada Gambar
3.4.
Gambar 3.4. Rangkaian sensor suhu
3.2.2
Perancangan Rangkaian Pengubah Tegangan ke Frekuensi
Rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi (voltage to frequency converter) berfungsi
sebagai representasi tegangan keluaran dari sensor suhu pada level AC. Pada perancangan ini
penulis menggunakan VCO (Voltage Controlled Oscillator) pada IC CD4046B sebagai piranti
pengubah tegangan ke frekuensi. IC CD4046B adalah IC Micropower Phase Lock Loop yang
di dalamnya juga sudah tersedia blok VCO [12].
Perancangan rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi dilakukan dengan menentukan
nilai R1, R2, dan C pada rangkaian eksternal VCO dari IC CD4046B [12]. Nilai dari
rangkaian tersebut dapat ditentukan dengan melihat grafik karakteristik pada datasheet IC
CD4046B. Nilai R1 dan R2 dapat ditentukan dengan melihat Gambar 3.5 dan nilai C dapat
200
LM335 POT
1
3
2
+12 V
200 200 200
25
ditentukan dengan melihat Gambar 3.6. Untuk menentukan nilai C, R1, dan R2 terlebih dahulu
harus menentukan batasan maksimum dan minimum frekuensi pada tegangan keluaran VCO.
Batasan frekuensi tegangan keluaran dari VCO (Voltage Controlled Oscillator)
dirancang dari 2 KHz s.d. 7 KHz yang dibagi menjadi 6 tingkatan frekuensi, yaitu 2, 3, 4, 5, 6,
dan 7 KHz. Dengan demikian, nilai R1 dan R2 dapat ditentukan sebagai berikut :
fMIN = 2 KHz
fMAX = 7 KHz
ffMAX MIN =
7KHz
2KHz
ffMAX MIN = 3,5
Gambar 3.5. Grafik karakteristik fMAX/fMIN terhadap R2/R1 pada IC CD4046B [12]
3,5
3,5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Berdasarkan Gambar 3.5, jika diketahui VDD = 10 Volt dan fMAX/fMIN = 3,5 penulis
mendapatkan nilai R2/R1 dengan cara menarik garis lurus (garis merah) pada sumbu y di
angka 3,5 ke kurva karakteristik fMAX/fMIN terhadap R2/R1, kemudian titik pertemuan garis
(merah) tersebut ditarik lagi garis ke arah sumbu x. Titik pertemuan garis (merah) dengan
sumbu x menunjukkan nilai R2/R1, yaitu sebesar 3,5. Kemudian, jika nilai R2 yang dipilih adalah 100 KΩ (berkaitan dengan penentuan nilai C), maka nilai R1 dapat dihitung sebagai berikut :
R2 R1 = 3,5
R2 = 100 KΩ
R1 = R2 3,5
R1 = 100×10 3
3,5
R1 = 28,571 KΩ
Nilai R1 yang digunakan adalah 28,570 KΩ yang terdiri dari resistor 27 KΩ, resistor 1 KΩ,
resistor 470 Ω, dan resistor 100 Ω yang disusun seri.
Untuk menentukan nilai C, jika diketahui VDD = 10 Volt, fMIN = 2 KHz, R2 = 100 KΩ,
maka berdasarkan Gambar 3.6, dengan menarik garis lurus (garis biru muda) pada sumbu y
(fMIN) pada angka 2 ke arah kurva karakteristik fMIN terhadap C, kemudian dari titik
pertemuan garis tersebut dengan kurva ditarik lagi garis ke arah sumbu x, penulis
mendapatkan nilai C sekitar 0,8 X 10-2 µF atau sekitar 8 nF. Akan tetapi, berdasarkan
pengujian awal terhadap rangkaian VCO dengan nilai C = 8 nF, dan berdasarkan keterangan
kondisi VCO pada Gambar 3.6, pada saat tegangan keluaran VCO pada kondisi minimum (f =
2 KHz), nilai VCOIN (tegangan masukan VCO) adalah 0 Volt atau sama dengan nilai VSS. Hal
ini berarti tegangan keluaran sensor suhu pada suhu 27 °C akan direpresentasikan dengan 0
Volt pada level tegangan AC oleh VCO. Karena itu, untuk representasi data yang lebih baik
dan memudahkan perancangan rangkaian pengkondisi sinyal, nilai C ditentukan ulang dengan
memilih nilai fMIN = 1,5 KHz. Kemudian dengan cara yang sama seperti sebelumnya penulis
27
Gambar 3.6. Grafik karakteristik fMIN terhadap C pada IC CD4046B [12]
Rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi menggunakan VCO dan hasil pengujian
awal rangkaian tersebut ditunjukkan berturut – turut pada Gambar 3.7 dan Tabel 3.2.
Gambar 3.7. Rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi
Output VCO C1 10nF 8 R2 100 Kohm VSS U1 4046 3 4 14 6 7 5 11 12 1 2 13 9 10 15 CIN VCOUT SIN CX CX INH R1 R2 PP P1 P2 VCOIN DEMO ZEN 1 Kohm Input VCO 470 ohm 27 Kohm 100 ohm VDD 10 V 1.5 1 0,8 2 Vdd =
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 3.2. Data pengujian awal rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi
VCO input (Volt) VCO output (KHz)
0 1,789
1,648 2,0016
3,099 2,9996
4,47 4,0095
5,82 5,0086
7,16 6,0047
8,52 7,0029
3.2.3
Perancangan Rangkaian Pengkondisi Sinyal
Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengkondisikan tegangan keluaran dari
sensor suhu pada suhu 27 s.d. 77 °C yang ditunjukkan pada Tabel 3.1 agar sesuai dengan
jangkauan tegangan masukan yang dibutuhkan oleh rangkaian pengubah tegangan ke
frekuensi sehingga dapat menghasilkan tegangan keluaran dengan frekuensi dari 2 s.d. 7 KHz.
Jangkauan tegangan masukan yang dibutuhkan oleh rangkaian pengubah tegangan ke
frekuensi ditunjukkan pada Tabel 3.2. Gambar 3.8 menunjukkan grafik karakteristik dari
rangkaian pengkondisi sinyal pada perancangan perangkat pengirim yang direpresentasikan
dengan persamaan (2.1).
y = m.x + c (2.1)
Gambar 3.8. Grafik karakteristik rangkaian pengondisi sinyal pada perangkat pemancar
3,002; 1,648 3,102; 3,009 3,202; 4,47 3,302; 5,82 3,402; 7,16 3,502; 8,52 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6
T e g a n g a n k e lu a ra n p e n g k o n d is i s in y a l (T e g a n g a n ma su k a n V C O )
Tegangan masukan pengkondisi sinyal (Tegangan keluaran sensor suhu)
Volt
29
Keterangan :
Sumbu y = tegangan keluaran pengkondisi sinyal sekaligus tegangan masukan VCO
Sumbu x = tegangan masukan pengkondisi sinyal sekaligus tegangan keluaran sensor suhu
yMAX = tegangan masukan VCO yang menghasilkan keluaran dengan frekuensi 7 KHz
yMIN = tegangan masukan VCO yang menghasilkan keluaran dengan frekuensi 2 KHz
xMAX = tegangan keluaran sensor suhu pada suhu 77 °C
xMIN = tegangan keluaran sensor suhu pada suhu 27 °C
Nilai xMAX dan xMIN dapat diketahui dengan melihat Tabel 3.1, sedangkan nilai yMAX
dan yMIN dapat diketahui dengan melihat Tabel 3.2. Dengan demikian nilai m dan c dapat
dihitung dengan mensubtitusi nilai xMAX, xMIN, yMAX, dan yMIN ke dalam persamaan (2.2) dan
(2.3).
m = yMAX - yMIN
xMAX - xMIN (2.2)
c = -��yMAX - yMIN�.xMIN
xMAX - xMIN �+ yMIN (2.3)
Diketahui :
xMAX = 3,502 V
xMIN = 3,002 V
yMAX = 8,52 V
yMIN = 1,648 V
m = yMAX - yMIN
xMAX - xMIN
m = 8,52 - 1,684
3,502 - 3,002
m = 13,744
c = -��yMAX - yMIN�.xMIN
xMAX - xMIN �+ yMIN
c = -�(8,52 -1,648).3,002
3,502 -3,002 �+ 1,648
c = -41,2595 + 1,648
c = -39,6115
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Substitusi nilai m dan c ke dalam persamaan (2.1) menghasilkan persamaan (3.1).
y = m.x + c
m = 13,744
c = -39,6115
y = 13,744.x – 39,6115 (3.1)
Untuk mengecek kecocokan dari persamaan (3.1) nilai xMAX, xMIN, yMAX, dan yMIN
disubstitusi ke persamaan tersebut.
xMIN = 3,002 V
yMIN = 1,648 V
y = 13,744.x – 39,6115
1,648 = 13,744.(3,002) – 39,6115
1,648 = 41,2595 – 39,6115
1,648 = 1,648 (cocok)
xMAX = 3,502 V
yMAX = 8,52 V
y = 13,744.x – 39,6115
8,52 = 13,744.(3,502) – 39,6115
8,52 = 48,1315 – 39,6115
8,52 = 8,52 (cocok)
Untuk merancang rangkaian pengkondisi sinyal berdasarkan persamaan (3.1), maka
persamaan (3.1) disederhanakan terlebih dulu menjadi persamaan (3.2).
y = 13,744.x – 39,6115 y
13,744 =
13,744.x 13,744 –
39,6115 13,744 y
13,744 = x – 2,8821
y = (x – 2,8821).13,744 (3.2)
Dari persamaan (3.2) penulis membuat rancangan awal rangkaian pengondisi sinyal di
31
Gambar 3.9. Rancangan awal rangkaian pengkondisi sinyal di perangkat pengirim
3.2.3.1
Blok 1 : Rangkaian Penguat
Inverting
dengan Vo = - 2,8821 Volt
Blok 1 dari rangkaian pengkondisi sinyal merupakan penguat inverting yang dirancangagar menghasilkan tegangan keluaran (Vo) sebesar – 2,8821 Volt. Sehingga besarnya
penguatan (Av) dari penguat inverting dapat dihitung seperti berikut :
Vo = - 2,8821 V
Vi = 12 V
Av = Vo
Vi
Av = -2,8821 12 Av = - 0,240175
Untuk mendapatkan penguatan (Av) sebesar - 0,240175 nilai R1 dan R2 dari Gambar 3.9
dapat dihitung dengan persamaan (2.5). Jika nilai R1 yang dipilih sebesar 1 KΩ, maka
besarnya R2 dapat dihitung seperti berikut :
Av= - Rf
Ri (2.5) Rf = R2
Ri = R1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Av= - R2
R1
- 0,240175 = - R2
1 × 103
R2 = - 0,240175 × - �1 × 103�
R2 = 240,175 Ω
Untuk mendapatkan nilai R2 sebesar 240,175 Ω penulis menggunakan trimpot.
Rangkaian penguat inverting sebagai blok 1 dari rangkaian pengkondisi sinyal ditunjukkan
pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10. Blok 1 rangkaian pengkondisi sinyal: Penguat inverting dengan Vo = -2,8821 V
3.2.3.2
Blok 2 : Rangkaian Penguat Penjumlah
Blok 2 dari rangkaian pengkondisi sinyal merupakan penguat penjumlah yang
dirancang untuk menjumlahkan tegangan keluaran dari rangkaian sensor suhu dengan
tegangan keluaran blok 1 pengkondisi sinyal.
Besarnya tegangan keluaran (Vo) dari blok penguat penjumlah pada Gambar 3.9 dapat
dihitung dengan persamaan (2.8).
Vo = - �Rf
Ri1 V1 + Rf
Ri2 V2� (2.8) Rf = R5
Ri1 = R3
Ri2 = R4
Vo = - �R5 R3 V1 +
R5 R4 V2� X1
R1 1k
Vi
R2 24 0, 175
= 12 V
VC VE
33
Agar tidak mengubah nilai dari V1 dan V2, nilai penguatan dari penguat penjumlah dirancang
sebesar 1. Maka nilai R3, R4, dan R5 yang dipakai adalah 1 KΩ. Kemudian subtitusi Vo
dengan y, V1 dengan x, dan V2 dengan – 2,8821 menghasilkan persamaan (3.3).
Vo = - �R5 R3 V1 +
R5
R4 V2�
y = - �1×10 3
1×103 x + 1×103
1×103 –2,8821�
y = - (x – 2,8821) (3.3)
Sehingga rangkaian penguat penjumlah sebagai blok 3 dari rangkaian pengkondisi sinyal
ditunjukkan pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11. Blok 2 rangkaian pengkondisi sinyal : Penguat penjumlah
3.2.3.3
Blok 3 : Rangkaian Penguat
Inverting
dengan Av = - 13,744
Rangkaian penguat inverting ini berfungsi untuk mengubah polaritas tegangan
keluaran penguat penjumlah yang bernilai negatif menjadi bernilai positif . Penguatan
tegangan pada blok ini dirancang sebesar – 13,744 . Untuk mendapatkan penguatan (Av)
sebesar – 13,744 nilai R6 dan R7 dari Gambar 3.9 dapat dihitung dengan persamaan (2.5). Jika
nilai R6 yang dipilih sebesar 1 KΩ, maka besarnya R7 dapat dihitung seperti berikut :
Av= - Rf
Ri (2.5) Rf = R7
Ri = R6
Av= - R7
R6
- 13,744 = - R7
1 × 103
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
R7 = - 13,744 × - �1 × 103�
R7 = 13,744 KΩ
Untuk mendapatkan nilai resistor sebesar 13,744 KΩ penulis menggunakan trimpot
pada rangkaian. Rangkaian penguat inverting sebagai blok 3 dari rangkaian pengkondisi sinyal
ditunjukkan pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12. Blok 3 rangkaian pengkondisi sinyal : Penguat inverting dengan Av = - 13,744
Rancangan akhir rangkaian pengkondisi sinyal pada perangkat pengirim berdasarkan
persamaan (3.2) ditunjukkan pada Gambar 3.13.
35
3.3
Perancangan Perangkat Penerima
3.3.1 Rangkaian Pengubah Frekuensi ke Tegangan
Data yang diterima di penerima berupa level tegangan AC diubah ke level tegangan
DC supaya dapat ditampilkan di penampil LED. Piranti pengubah frekuensi ke tegangan yang
digunakan pada perancangan ini adalah IC LM2907N yang dirancang sedemikian rupa
sehingga saat tegangan masukan berada dalam kondisi frekuensi minimum (ƒMIN), IC
menghasilkan tegangan keluaran yang sama dengan tegangan masukan VCO yang
menghasilkan tegangan dengan frekuensi minimum (ƒMIN). Demikian juga saat tegangan
masukan berada dalam kondisi frekuensi maksimum (ƒMAX), IC menghasilkan tegangan
keluaran yang sama dengan tegangan masukan VCO yang menghasilkan sinyal dengan
frekuensi maksimum (ƒMAX).
Rancangan awal rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan menggunakan IC
LM2907N ditunjukkan pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14. Rancangan awal rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan
Nilai C1, C2, dan R1 dapat ditentukan berdasarkan persamaan (3.4), persamaan (3.5),
dan persamaan (3.6) [13]
Vo = Vcc x ƒIN x C1 x R1 x K
(3.4)
Vripple = Vcc 2 ×
C1
C2 × �1
-Vcc×fin×C1
I2 �pk-pk (3.5)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
fMAX= I2
C1 ×Vcc (3.6) keterangan :
K = konstanta penguatan Op – Amp. Tipikalnya 1, karena op – amp difungsikan sebagai
buffer dengan menghubungkan kaki 10 (kaki inverting op – amp) dengan kaki 5 (pin
keluaran LM2907N).
I2 = arus yang mengalir keluar dari kaki 2 (charge pump). Besarnya I2 ditentukan
dari datasheet, yaitu sebesar 180 µA typical [13]. Hal ini ditunjukkan pada Gambar
3.15.
Vripple= ripple tegangan keluaran. Umumnya dirancang mendekati 0 agar tegangan keluaran
pengubah frekuensi ke tegangan benar – benar berada pada level tegangan DC.
Gambar 3.15. Karakteristik I2 terhadap suplai tegangan LM2907N [13]
Jika diketahui fMAX = 7 KHz, I2 = 180 µA, dan Vcc = 12 V, maka besarnya nilai C1
dapat dihitung seperti berikut :
fMAX= I2
C1 ×Vcc
7 × 103= 180 × 10 -6
C1 × 12 C1 = 2,143 nF
C1 yang dipakai 2,1 nF yang terdiri dari 2 kapasitor 1nF dan kapsitor 100 pF yang
37
kondisi frekuensi maksimum 7 Khz (ƒMAX), IC menghasilkan tegangan keluaran sebesar 8,52
volt, yaitu tegangan masukan VCO yang menghasilkan sinyal dengan frekuensi maksimum 7
KHz (ƒMAX), maka untuk menentukan nilai R1, nilai Vo yang digunakan adalah 8,52 volt
berdasarkan data pada Tabel 3.2.
Vo = 8,52 V
fin = 7,0029 KHz
C1 = 2,1 nF
Vo = Vcc x fin x C1 x R1 x K
R1 = Vo
fin ×Vcc×C1
R1 = VoMAX fin MAX×Vcc×C1
R1 = 8,52
7,0029×103 ×12×2,1×10-9
R1 = 48,279 KΩ
Nilai R1 yang dipakai sebesar 48,282 KΩ yang terdiri dari resistor 47 KΩ, resistor 1,2 KΩ,
dan resistor 82 Ω (tersedia di pasaran) yang disusun secara seri.
Besarnya nilai C2 yang dipilih akan menentukan ripple dari tegangan keluaran
rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan. Karena ripple tegangan akan dirancang mendekati
nilai 0 V, maka nilai C2 yang dipilih harus cukup besar. Nilai C2 yang dipakai pada
perancangan ini sebesar 4,7 µF (tersedia di pasaran) yang menghasilkan ripple tegangan
sebesar 0,0525 mV pada finMAX (7,0029 KHz) dan 0,00193 V pada finMIN (2,0016 KHz).
finMAX = 7,0029 KHz
C1 = 2,1 nF
C2 = 4,7 µF
Vripple = Vcc 2 ×
C1
C2 × �1
-Vcc×fin×C1
I2 �pk-pk
Vripple = 12 2 ×
2,1×10-9
4,7×10-6 × �1 -
12×7,0029×103×2,1×10-9
180×10-6 �pk-pk
Vripple = 0,0525 mVpk-pk
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
finMIN = 2,0016 KHz
C1 = 2,1 nF
C2 = 4,7 µF
Vripple= Vcc 2 ×
C1
C2 × �1
-Vcc×fin×C1
I2 �pk-pk
Vripple = 12 2 ×
2,1×10-9
4,7×10-6 × �1 -
12×2,0016×103×2,1×10-9
180×10-6 �pk-pk
Vripple = 0,00193 Vpk-pk
Rancangan akhir rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan pada perangkat penerima
dan hasil pengujian awal rangkaian tersebut berturut – turut ditunjukkan pada Gambar 3.16
dan Tabel 3.3.
Gambar 3.16. Rancangan akhir rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan
Tabel 3.3. Data hasil pengujian awal rangkaian pengubah frekuensi ke tegangan
LM2907 in (KHz) LM2907 out (Volt)
2,00284 2,032
3,00312 3,021
4,01272 3,97
5,00721 4,92
6,00040 5,90
7,00987 6,84
3.3.2 Rangkaian Penampil LED
Data yang diterima di perangkat penerima akan ditampilkan menggunakan 6 buah LED
yang masing – masing akan merepresentasikan suhu 27 s.d. 77 °C yang terukur di perangkat
1,2k 82
1nF 100pF C1
1nF
Output (V)
VCC 12 V
39
pengirim. Dua buah LED warna hijau merepresentasikan suhu 27 dan
![Gambar 2.1 [2].](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/1702480.2080033/24.612.23.591.130.710/gambar.webp)
![Gambar 2.2. Sistem telemetri analog single input – single display [2]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/1702480.2080033/25.612.28.586.88.676/gambar-sistem-telemetri-analog-single-input-single-display.webp)
![Gambar 2.4. Sistem telemetri digital single input – single display [2]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/1702480.2080033/26.612.13.594.83.696/gambar-sistem-telemetri-digital-single-input-single-display.webp)
![Gambar 2.17. Karakteristik voltage controlled oscillator [11]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/1702480.2080033/36.612.33.559.170.682/gambar-karakteristik-voltage-controlled-oscillator.webp)
![Gambar 3.15. Karakteristik I2 terhadap suplai tegangan LM2907N [13]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/1702480.2080033/55.612.23.586.64.673/gambar-karakteristik-i-suplai-tegangan-lm-n.webp)
