PENGHITUNG LANGKAH DIGITAL

(1)

TUGAS AKHIR

PENGHITUNG LANGKAH DIGITAL

DisusunOleh :

PrasetioRezekiSaputro

NIM 3210901021

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA

POLITEKNIK NEGERI BATAM

(2)

LEMBAR PENGESAHAN

PENGHITUNG LANGKAH DIGITAL

TUGAS AKHIR

DiajukanGunaMemenuhiSebagianPersyaratan Memperoleh GelarAhliMadya Pada Program StudiTeknikElektronika JurusanTeknikElektro PoliteknikNegeriBatam Batam, Agustus 2012 Mengetahui/Menyetujui :

(3)

iii

ABSTRAK

Penghitunglangkah digitalmerupakansuatu sistem penghitung langkah kaki manusia secara digital dimana sensor accelerometersebagaiinputan data darisistemini yang kemudian data yang keluardari sensor tersebutdiolaholeh mikrokontroler berdasarkan program yang ditanamkanolehprogrammmerdankemudian hasil pengolahan data tersebut ditampilkan melalui LCD.

Penghitunglangkah digital menggunakan sensor accelerometer yang diambil dari wiimote nunchuck, pada wiimote nunchuck, sensor yang digunakan adalah sensor accelerometer LIS3L02AL 3 axis +/-2g. Komunikasi sensor yang diperoleh dari wiimote nunchuck terhadap mikrokontroller menggunakan komunikasi i2c dengan menggunakan pin SDA (data) dan SCL (clock).

(4)

iv

ABSTRACT

Digital step counter is a counter system of human footsteps in which digital accelerometer sensor as the input data from this system are then out of the sensor data is processed by a microcontroller based program instilled by programmmer and then the data processing is displayed through the LCD.

Digital step counter using accelerometer sensor which is taken from the Wiimotenunchuck, the Wiimotenunchuck, the sensor used is a 3 axis accelerometer sensor LIS3L02AL + /-2g. Communications obtained from the sensor to the microcontroller using the Wiimotenunchuck communication by using current i2c pin SDA (data) and SCL (clock).

(5)

vi

DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK iii ABSTRACT iv KATA PENGANTAR v DAFTAR ISI vi

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTAR TABEL ix BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 LatarBelakang 1 1.2 Permasalahan 1 1.3 Tujuan 1 1.4 BatasanMasalah 1 1.5 MasalahMetodologi 2 1.6 SistematikaPenulisan 2

BAB II DASAR TEORI 3

2.1 Mikrokontroller 3

2.1.1 Atmega 328 4

2.2 Sensor Accelerometer 6

2.2.1 Prinsipkerja Sensor Accelerometer 7

2.2.2 Jenis-jenisAensor Accelerometer 7

2.3 LCD (Licuid Cristal Display) 8

BAB III PERANCANGAN/PEMODELAN SISTEM 10

3.1 DeskripsiUmum 10 3.2 PerancanganElektronik 10 3.2.1 Mikrokontroller 11 3.2.2 Sensor Accelerometer 13 3.2.3 LCD 14 3.3 PerancanganMekanik 15 3.4 Perancangan Program 16

(6)

vii

BAB IV PENGUKURAN DAN ANALISA SISTEM 19

4.1 Pengukuran 19 4.1.1 SumberTegangan 19 4.1.2 LCD 20 4.1.3 Sensor Accelerometer 20 4.2 AnalisaSistem 21 BAB V PENUTUP 25 5.1 Kesimpulan 25 5.2 Saran 25 DAFTAR PUSTAKA 26 LAMPIRAN A MAKALAH 27 LAMPIRAN B DATASHEET 28

(7)

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Konfigurasi Pin Atmega 328 4

2.2 Accelerometer LIS302AL 7

2.3 LCD 16x2 8

3.1 Diagram Blok Sistem 10

3.2 RangkaianKeseluruhanSistem 10 3.3 RangkaianMikrokontroller 11 3.4 Sensor Accelerometer 13 3.5 Rangkaian LCD 14 3.6 PerancanganPerangkatKeras 15 3.7 AktualAlat 15

3.8 Software Arduino IDE 16

3.9 Flow Chart Sistem 17

4.1 PengukuranSumberTegangan 19

4.2 PengukuranSumberTegangan LCD 20

4.3 PengukuranSumberTegangan Sensor 20

4.4 Kondisi Sensor Accelerometer 21

4.5 KondisiKetikaMelangkah 22

(8)

ix

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman 2.1 Keterangan Port B 5 2.2 Keterangan Port C 5 2.3 Keterangan Port D 6 2.4 Konfigurasi Pin LCD 9

3.1 Pin Input Mikrokontroller 11

3.2 Pin Output Mikrokontroller 12

3.3 DaftarKomponenMikrokontroller 12

3.4 konfigurasi Pin Sensor 13

3.5 DaftarKomponenRangkaian LCD 14

4.1 Hasil PengukuranSumberTegangan 19

4.2 Output Sensor Accelerometer 21

4.3 PengambilanNilai Per Langkah 23

(9)

v

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur Penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan berkat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Laporan Tugas Akhir disusun untuk memenuhi syarat kelulusan Program Diploma III pada Program Studi Teknik Elektro Jurusan Elektronika Politeknik Negeri Batam. Adapun judul laporan Tugas Akhir

ini adalah “PENGHITUNG LANGKAH DIGITAL”.

Selama penyusunan laporan Tugas Akhir, Penulis telah banyak dibantu, dibimbing serta diberi dorongan dan semangat oleh berbagai pihak. Ini dikarenakan adanya keterbatasan pada diri Penulis dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini, baik dari segi pengalaman, pengetehuan, kemampuan dan waktu yang tersedia. Sehingga laporan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan.

Untukitu, padakesempataniniPenulisinginmenyampaikanucapanterimakasih yang sebasar-besarnyakepada :

1. Kedua Orang TuadanKeluarga yang sayasayangidancintaisepanjangmasa.

2. Bpk. PriyonoEkoSanyoto, selakuDirekturPoliteknikNegeriBatam.

3. Bpk, Susanto S.ST, selakuKaprodi. TeknikElektroPoliteknikNegeriBatam.

4. Bpk. Daniel Sutopo MT, selakuPembimbing I TugasAkhir.

5. SeluruhDosenatauStafPengajarPoliteknikNegeriBatam.

6. Seluruhteman-temanjurusanElektroPoliteknikNegeriBatamangkatan 2009.

7. Seluruhsaudara-saudara SHO yang telahmemberikansemangatkepadaPenulis.

8. Kepadapihak yang membantupenulisandanpenyusunanlaporanTugasAkhir.

Penulis menyadari masih adanya kekurangan dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu penyampaian kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat Penulis harapkan tentunya demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga isi laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Batam, Agustus 2012

(10)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi saat ini sangatlah membantu pekerjaan manusia dalam kehidupan sehari-hari.Disamping itu, perkembangan teknologi tidaklah hanya berdampak positif saja terhadap manusia tetapi memiliki dampak yang kurang baik bagi manusia itu sendiri yaitu salah satunya adalah ketergantungan manusia terhadap hasil ciptaan manusia tersebut yaitu teknologi yang dapat membuat manusia cenderung menjadi pemalas. Disamping kemajuan teknologi yang sangat pesat ditambah lagi dengan gaya hidup manusia di zaman modern ini yang kurang sehat dimana banyak faktor penentu akan hal tersebut yaitu pola makan, gaya hidup, dan sebagainya.

Olahraga adalah salah satunya solusi yang dapat meningkatkan gaya hidup sehat bagi manusia tersebut. Namun, aktifitas manusia sekarang ini banyaklah disibukkkan dengan aktifitas mereka itu sendiri sehingga waktu yang diperlukan untuk berolahraga menjadi sangatlah berkurang bahkan tidak sama sekali. Olahraga yang tidak banyak memakan waktu banyak dan menyenangkan ialah berjalan kaki, dengan berjalan kaki tidak sedikit manfaat yang diperoleh dari aktifitas fisik yang ringan ini selain kebugaran tubuh.

Berdasarkan hal diatas, penulis ingin mengangkat judul Tugas Akhir “Penghitung Langkah Digital” dimana dengan ini dapat membantu manusia dalam menjalankan pola hidup sehat dalam kehidupan sehari-hari seperti yang diinginkan kita bersama.

1.2 Permasalahan

Mengacu pada permasalahan yang diuraikan pada sub bab latar belakang, maka permalahan yang timbul adalah:

1. Bagaimana merancang dan membuat sistem penghitung langkah digital dengan

sensor accelerometer?

2. Mengetahui berapa jumlah langkah yang telah ditempuh pengguna menggunakan

alat Penghitung Langkah Digital?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari pengerjaan Tugas Akhir ini adalah:

1. Merancang dan membuat sistem Penghitung Langkah Digital

2. Mengetahui berapa jumlah langkah yang telah ditempuh pengguna menggunakan

alat Penghitung Langkah Digital

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah pada sistem “Penghitung Langkah Digital” yang dibuat penulis adalah:

1. Sistem ini hanya menghitung jumlah langkah pengguna tanpa mengetahui berapa

jarak yang telah ditempuh oleh pengguna tersebut.

(11)

2

1.5 Metodologi

Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, penulis menggunakan beberapa metodologi. Untuk metodologi pengumpulan data, penulis memperoleh data yang berhubungan dengan sistem yang dirancang penulis antara lain dari dosen pembimbing Tugas Akhir, searching di internet, buku-buku referesi yang ada di Politeknik Negeri Batam.

Dalam merancang dan pengerjaan alat, penulis melakukan pengujian, pengukuran dan analisa secara langsung terhadap sistem yang dibuat. Hasil dari itu semua kemudian dikonsultasikan dengan dosen pembimbing Tugas Akhir dan penulis membandingkan hasil tersebut dengan landasan teori yang ada kaitannya dengan sistem yang dibuat penulis.

1.6 Sistematika Penulisan

Penulisan laporan Tugas Akhir ini, sistematika penulisan perlu dibuat dengan tujuan untuk menghindari terjadinya kesalahan penafsiran terhadap isi yang terkandung dalam laporan yang dibuat penulis. Oleh karena itu, penulis dalam hal ini tidak hanya bertindak sebagai pembuat laporan saja, akan tetapi penulis juga bertindak sebagai pembaca pertama laporan ini sehingga penulis dapat mempertimbangkan agar laporan yang dibuat penulis tidak hanya mudah dipelajari dan dimengerti oleh penulis semata tetapi oleh banyak pihak yang membaca dan mempelajari laporan Tugas Akhir ini.

Penyusunan laporan Tugas Akhir ini terdapat beberapa bab, dimana antara satu bab dan bab lainnya saling berkaitan. Berikut adalah penjelasan mengenai bab per bab Tugas Akhir ini:

BAB I Pendahuluan

Bab ini berisi latar belakang, permasalahan, tujuan, batasan masalah, metodologi dan sistematika penulisan.

BAB II Dasar Teori

Bab ini berisi tentang penjelasan dasar teori komponen-komponen utama dari sistem yang dirancang penulis yaitu minimum sistem atmega 328, sensor

accelerometer 3 axis dan LCD 16x2.

BAB III Perancangan/Pemodelan Sistem

Bab ini berisi tentang perancangan/pemodelan sistem elektronik, mekanik sertaprogram dengan menyertakan cara kerja dan penjelasan dari sistem tersebut.

BAB IV Pengujian dan Analisa Sistem

Bab ini berisi data-data hasil pengukuran, pengujian, analisa sistem yang dilakukan pada alat yang dibuat penulis.

BAB V Penutup

Bab ini berisi tentang hasil kesimpulan yang diperoleh penulis dan berisi saran terhadap sistem yang telah dibuat selama pengerjaan Tugas Akhir ini.

(12)

3

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Mikrokontroller

Mikrokontroller merupakan sebuah prosessor yang digunakan untuk kepentingan kontrol. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer, mikrokontroller di bangun dari elemen-elemen dasar yang sama. Seperti umumnya komputer, mikrokontroller adalah alat yang mengerjakan intruksi-intruksi yang diberikan kepadanya. Artinya bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh programmer.Program ini mengintruksikan komputer/mikrokontroller untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan programmer.

Beberapafituryangumumnyaadadidalammikrokontroller:

• RAM (Random Access Memory )

RAMdigunakanolehmikrokontroller untuktempatpenyimpanan variable.Memoriini

bersifatvolatileyangberartiakankehilangan semuadatanyajikatidakmendapatkancatudaya.

• ROM ( Read Only Memory )

ROMseringkali disebutsebagai kodememorikarenaberfungsi untuktempat

penyimpananprogramyangakandiberikanolehuser.

• Register

Merupakantempatpenyimpanannilai–nilaiyangakandigunakan dalamproses yang telahdisediakanolehmikrokontroller.

• SpecialFunctionRegister

Merupakan registerkhususyangberfungsiuntukmengaturjalannya mikrokontroller. RegisteriniterletakpadaRAM.

• InputdanOutputPin

Pininputadalahbagianyangberfungsi sebagaipenerima signaldari luar,pininidapat

dihubungkankeberbagaimediainputanseperti keypad,sensor,dansebagainya. Pin

outputadalahbagianyang berfungsiuntukmengeluarkansignal darihasilproses algoritma mikrokontroler.

• Interrupt

Interruptbagiandarimikrokontroler yangberfungsisebagaibagian yangdapatmelakukan interupsi,sehinggaketikaprogramutama

sedangberjalan,programutamatersebutdapat diinterupsi dan menjalankanprograminterupsiterlebihdahulu.

Beberapainterruptpadaumumnyaadalahsebagaiberikut: 1. InterruptEksternal

Interruptakanterjadibilaadainputandaripininterrupt. 2. Interrupttimer

Interruptakanterjadibilawaktutertentutelahtercapai. 3. Interruptserial

(13)

4

2.1.1 Atmega 328

Atmega 328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Intruction Set Computer) yang mana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada CISC (Completed Intruction Set Computer).

Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain:

• 130 macam interuksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam siklus clock. • 32x8 bit register yang serba guna.

• Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16MHz.

• 32 KB flash memory.

• Memiliki EEPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) Erasable

sebesar 1 KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanenet karena EEPROM

tetap menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.

• Memiliki SRAM (Static Random Access Memory)sebesar 2 KB.

• Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin dan 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation)output.

• Master/Slave SPI serial interface.

Konfigurasi atmega 328 sebagai berikut:

(14)

5

Tabel 2.1 Keterangan Port B

Port Pin Alternate Functions PB7

XTAL2 (Chip Clock Osilator Pin 2) TOSC2 (Timer Osilator Pin 2) PCINT7 (Pin Change Interupt 7)

PB6

XTAL1 (Chip Clock Osilator Pin 1 or External Clock Input) TOSC1 (Timer Osilator Pin 1)

PCINT6 (Pin Change Interupt 6)

PB5 SCK (SPI Bus Clock Input) PCINT5 (Pin Change Interupt 5)

PB4 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) PCINT4 (Pin Change Interupt 4)

PB3

MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)

OC2A (Timer/Counter 2 Output Compare match A Output) PCINT3 (Pin Change Interupt 3)

PB2

SS (SPI Bus Master Slave Select)

OC1B (Timer/Counter 1 Output Compare match B Output) PCINT2 (Pin Change Interupt 2)

PB1 OC1A (Timer/Counter 1 Output Compare match A Output) PCINT1 (Pin Change Interupt 1)

PB0

ICP1 (Timer/Counter 1 Input Capture Input) CLKO (Divided System Clock Output) PCINT0 (Pin Change Interupt 0)

Tabel 2.2 Keterangan Port C

Port Pin Alternate Functions PC6 RESET (Reset Pin)

PC5

ADC5 (ADC Input Channel 5) SCL (2 Wire Serial Bus Clock Line) PCINT13 (Pin Change Interupt 13)

PC4

ADC4 (ADC Input Channel 4)

SDA (2 Wire Serial Bus Data Input/Output Line) PCINT12 (Pin Change Interupt 12)

PC3 ADC3 (ADC Input Channel 3) PCINT11 (Pin Change Interupt 11)

PC2 ADC2 (ADC Input Channel 2) PCINT10 (Pin Change Interupt 10) PC1 ADC1 (ADC Input Channel 1)

PC0 ADC0 (ADC Input Channel 0) PCINT8 (Pin Change Interupt 8)

(15)

6

Tabel 2.3 Keterangan Port D

Port Pin Alternate Functions

PD7 AIN1 (Analog Compare Negative Input) PCINT23 (Pin Change Interupt 23)

PD6

AIN0 (Analog Compare Positive Input)

OC0A (Timer/Counter 0 Output Compare Match A Output) PCINT22 (Pin Change Interupt 22)

PD5

T1 (Timer/ Counter 1 External Counter Input)

OC0B (Timer/Counter 0 Output Compare Match B Output) PCINT21 (Pin Change Interupt 21)

PD4

XCK (USART External Clock Input/Output) T0 (Timer/ Counter 0 External Counter Input) PCINT20 (Pin Change Interupt 20)

PD3

INT1 (External Interupt 1 Input)

OC2B (Timer/Counter 2 Output Compare Match B Output) PCINT19 (Pin Change Interupt 19)

PD2 INT0 (External Interupt 0 Input) PCINT18 (Pin Change Interupt 18) PD1 TXD (USART Output Pin)

PD0 RXD (USART Input Pin)

2.2 Sensor Accelerometer

Sensor accelerometer adalah sebuah sensor yang digunakan untuk mengukur

percepatan linier, mendeteksi dan mengukur getaran (vibrasi) dan mengukur percepatan akibat gravitasi (inklinasi).Sensor accelerometer mengukur percepatan akibat gerakan benda yang melekat padanya.

Percepatan merupakansuatu keadaan berubahnya kecepatan terhadap waktu, bertambahnya suatu kecepatan dalam suatu rentang waktu disebut juga percepatan (acceleration), jika kecepatan semakin berkurang dari pada kecepatan sebelumnya disebut

deceleration.

Sensor accelerometer dapat digunakan untuk mengukur getaran pada mobil, mesin, bangunan, dan instalasi pengamanan. Sensor accelerometer juga dapat di aplikasikan pada pengukuran aktifitas gempa bumi dan peralatan-peralatan elektronik, seperti permainan 3 dimensi, mouse komputer, dan telepon. Untuk aplikasi yang lebih lanjut sensor ini banyak digunakan untuk keperluan navigasi.

(16)

7

2.2.1 Prinsip Kerja Sensor Accelerometer

Prinsip kerja dari sensor ini berdasarkan hukum fisika, apabila suatu konduktor digerakkan melalui suatu medan magnet atau jika suatu medan magnet digerakkan melalui suatu konduktor, maka akan timbul suatu tegangan induksi pada konduktor tersebut.

Accelerometer yang diletakan di permukaan bumi dapat mendeteksi percepatan 1g (ukuran gravitasi bumi)pada titik vertikalnya, untuk percepatan yang dikarenakan oleh

pergerakan horizontal maka accelerometerakan mengukur percepatannya secara langsung

ketika bergerak secara horizontal. Hal ini sesuai dengan tipe dan jenis sensor accelerometer

yang digunakan karena setiap jenis sensor berbeda-beda sesuai dengan spesifikasi yang dikeluarkan oleh perusahaan pembuatnya. Saat ini hampir semua sensor accelerometer sudah dalam bentuk digital (bukan dengan sistem mekanik) sehingga cara kerjanya hanya bedasarkan temperatur yang diolah secara digital dalam satu chip.

Gambar 2.2 Accelerometer LIS3L02AL

2.2.3 Jenis-jenis Sensor Accelerometer

Berikut ini adalah jenis-jenis dari sensor accelerometer:

• Capacitive:lempengan metal pada sensor memproduksi sejumlah kapasitasi perubahan kapasitansi akan mempengaruhi percepatan.

• Piezoelectric:kristal piezoelectric yang terdapat pada accelerometer jenis ini mengeluarkan tegangan yang selanjutnya dikonversi menjadi percepatan.

• Piezoresistive :lempengan yang secara resistan akan berubah sesuai dengan perubahan percepatan

• Hall Effect:percepatan yang dirubah menjadi sinyal elektrik dengan cara mengukur setiap perubahan pergerakan yang terjadi pada daerah yang terinduksi magnet. • Magnetoresistive:Perubahan percepatan diketahui berdasarkan resistivitas material

karena adanya daerah yang terinduksi magnet.

• Heat Transfer :Percepatan dapat diketahui dari lokasi sebuah benda yang dipanaskan dan diukur ketika terjadi percepatan dengan sensor temperatur.

(17)

8

LCD karakter adalah LCD yang tampilannya terbatas pada tampilan karakter,

khususnya karakter ASCII (seperti karakter-karakter yang tercetak pada keyboard

komputer).Jenis LCD yang beredar dipasaran biasa dituliskan dengan bilangan matrix dari jumlah karakter yang dapat dituliskan pada LCD tersebut, yaitu jumlah kolom karakter dikali jumlah baris karakter. Sebagai contoh LCD 16x2 artinya terdapat 16 kolom dan 2 baris sehingga total karakter yang dapat dituliskan adalah 32 karakter.

LCD karakter dalam pengendalainnya cenderung lebih mudah dibanding LCD

grafik.Namun ada kesamaan keduanya, yaitu inisialisasi.Inisialisasi adalah prosedur awal yang perlu dilakukan dan dikondisikan kepada LCD agar dapat bekerja dengan baik. Hal yang sangat penting dalam penentuan inisialisasi adalah jenis interface (antarmuka) antara

LCD dengan kontroller (mikrokontroller). Pada umumnya terdapat 2 jenis antarmuka yang dapat digunakan dalam pengendalian LCD karakter yaitu 4 bit dan 8 bit.

Gambar 2.3 LCD 16x2

Karakteristik dari LCD 16x2adalah sebagai berikut:

• Terdapat 16x2 karakter huruf, angka dan simbol yang disa ditampilkan. • Setiap huruf dan angka terdiri dari 5x7 dot-matrix kursor.

• Terdapat 192 macam karakter.

• Terdapat 80x8 bit display RAM (maksimal 80 karakter). • Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun 4 bit. • Dibangun dengan osilator lokal.

• Satu sumber tegangan 5 VDC.

• Otomatis reset saat tegangan dihidupkan. • Bekerja pada suhu 0oC sampai 55oC.

(18)

9

Tabel 2.4 Konfigurasi Pin LCD

Pin No. Symbol Description

1 Vss GND

2 Vdd +5V

3 Vo Contrast Adjustment for LCD

4 RS H/L Data/Intruction_Code Register Select Signal 5 R/W H/L Read/Write Signal

6 E H, H→L Enable Signal

7 DB0 H/L Data Bus Line 0 8 DB1 H/L Data Bus Line 1 9 DB2 H/L Data Bus Line 2 10 DB3 H/L Data Bus Line 3 11 DB4 H/L Data Bus Line 4 12 DB5 H/L Data Bus Line 5 13 DB6 H/L Data Bus Line 6 14 DB7 H/L Data Bus Line 7

15 A + 4,2V for LED

(19)

10

BAB III

PERANCANGAN/PEMODELAN SISTEM

3.1 Deskripsi Umum

Sistem Penghitung Langkah Digital ini dirancang untuk mengetahui berapa jumlah langkah kaki (jalan kaki) manusia.Sistem ini memiliki 3 bagian utama dimana bagian tersebut memiliki peran dan fungsinya masing-masing. Adapun diagram blok dari rangkaian ini adalah:

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem

Ketiga bagian utama tersebut saling bekerja sama sehingga sistem ini dapat digunakan. Tiga bagian utama tersebut yaitu Mikrokontroller, Sensor Accelerometer dan

LCD. Sensor Accelerometer merupakan inputan data dari sistem ini dimana akan dilanjutkan ke mikrokontroller untuk diolah datanya berdasarkan program yang telah ditanamkan oleh

programmer dan hasil pengolahan data tersebut akan ditampilkan pada LCD 16x2.

3.2 Perancangan Elektronik

Gambar 3.2 Rangkaian Keseluruhan Sistem

Gambar 3.2 merupakan rangkaian dari keseluruhan sistem penghitung langkah digital yang dibuat oleh penulis.Sistem ini terdiri dari mikrokontroller atmega 328, sensor

accelerometer,LCD 16x2 dan IC regulator 7805. Sensor

Accelerometer

Mikrokontroller

(20)

11

3.2.1 Mikrokontroller

Gambar 3.3 Rangkaian mikrokontroller

Mikrokontroller adalah pusat pengendali dari sistem Penghitung Langkah Digital yang berfungsi sebagai pemproses data sesuai program yang telah ditanamkan oleh perancang pada mikrokontroller dimana masukkan yang diperoleh dari sensor accelerometer

dan hasil data yang telah diolah oleh mikrokontroller berdasarkan program tersebut akan ditampilkan pada LCD.

Berikut ini adalah pengalamatan input dan output dari mikrokontroller yang digunakan dari sistem ini.

Tabel 3.1 Pin Input Mikrokontroller

Input Pin Keterangan

Sensor Accelerometer PC2 VCC PC3 GND PC4 SDA PC5 SCL

Tabel 3.1 merupakan pengalamatan pin sensor accelerometer ke pin mikrokontroller.

Komunikasi sensor accelerometer yang digunakan dengan mikrokontroller atmega 328

(21)

12

Tabel 3.2 Pin Output Mikrokontroller

Output Pin Keterangan

LCD 16x2 PD7 RS VCC R/W PD6 E PD5 DB 4 PD4 DB 5 PD3 DB 6 PD2 DB 7

Tabel 3.2 merupakan pengalamatan pin LCD 16x2 terhadap pin mikrokontroller

atmega 328. pengendalianLCD 16x2 dengan mikrokontroller adalah 4 bit dengan

menggunakan pin DB 4 – DB 7. pin RS, R/W dan E merupakan sebagai pin kontrol.

Berikut ini adalah daftar-daftar komponen yang digunakan pada mikrokontroller.

Tabel 3.3 Daftar Komponen Mikrokontroller

No. Nama Barang Jumlah Satuan

1 Atmega 328 1 Buah

2 Kristal 16MHz 1 Buah

3 Kapasitor 22pF 2 Buah

4 Kapasitor Polar 10uF/16V 2 Buah

5 Resistor 10KΩ 1 Buah

6 Saklar 1 Buah

7 Header Female 2 Buah

8 LM 7805 1 Buah 9 Dioda IN 4001 1 Buah 10 Resistor 330Ω 1 Buah 11 Resistor 200Ω 1 Buah 12 Resistor 100Ω 1 Buah 13 LED 3mm 1 Buah

(22)

13

3.2.2 Sensor Accelerometer

Sensor yang digunakan adalah sensor accelerometer LIS2L02AL 3 axis +/- 2g yang

didapat dari stick games Wiimote Nunchuck yang digunakan sebagai masukan data pada

mikrokontroller atmega 328.

Gambar 3.4 Sensor Accelerometer

Tabel 3.4 Konfigurasi Pin Sensor

No. Warna Kabel Keterangan

1 Merah VCC

2 Kuning GND

3 Hijau SDA

4 Kuning SCL

(23)

-14

3.2.3 LCD

Gambar di bawah ini merupakan rangkaian LCD dimana terdapat rangkaian untuk

mengatur kecerahan tampilan LCD dan pengamanan terhadap tegangan yang masuk supaya

polaritas tegangan yang masuk tidak terbalik pada rangkaian LCD tersebut.LCD ini berfungsi untuk menampilkan data keluaran yang telah diolah oleh mikrokontroller.

Gambar 3.5 Rangkaian LCD

Berikut ini adalah daftar-daftar komponen yang digunakan pada mikrokontroller.

Tabel 3.5 Daftar Komponen Rangkaian LCD

No. Nama Barang Jumlah Satuan

1 LCD 16x2 1 Buah

2 Dioda IN 4004 1 Buah

3 Trimpot 10KΩ 1 Buah

(24)

15

3.3 Perancangan Mekanik

Gambar 3.6 Perancangan Perangkat Keras

Penggunaan alat penghitung langkah digital diletakkan pada kaki kanan pengguna dimana posisi alat berada di sebelah kaki kanan atau posisi luar kaki kanan seperti yang tertera pada gambar 3.7 di bawah ini:

(25)

16

3.4 Perancangan Program

Arduino IDE adalah sebuah compiller minimum sistem yang digunakan dalam

pembuatan sistem ini.Arduino IDE adalah software yang bersifat open source.Selain itu, arduino menawarkan kemudahan-kemudahan dalam pembuatan program yaitu dengan adanya librari-librari yang telah disediakan. Tugas dari software ini adalah menghasilkan sebuah file berformat hex yang akan di-download pada papan arduino atau papan sistem mikrokontroler lainnya.

(26)

17 Adapun flow chart dari sistem ini adalah:

Gambar 3.9 Flow Chart Sistem

Adapun program penghitung langkah sebagai berikut:

void nunchuck_calibration() { for (int i = 0; i < 100; i++) { data_acc();

zero_accx = zero_accx + accx; zero_accy = zero_accy + accy; zero_accz = zero_accz + accz; delay(10); } zero_accx = zero_accx / 100; zero_accy = zero_accy / 100; zero_accz = zero_accz / 100; }

(27)

18

void langkah_cnt() { switch (accelero) { case 0:

if (accy > (zero_accy - 2) && accy < (zero_accy + 2)) { accelero = 1;

break; } break; case 1:

if (accy >= (zero_accy + 16) || accy < (zero_accy - 12)) { accelero = 2;

break; }

break; case 2:

if (accy > (zero_accy - 2) && accy < (zero_accy + 2)) { langkah++; accelero = 0; break; } break; } }

(28)

19

BAB IV

PENGUKURAN DAN ANALISA SISTEM

4.1 Pengukuran

Tujuan dilakukan pengujian adalah untuk mengetahui berapa nilai dari sumber tegangan yang digunakan.Alat yang digunakan untuk melakukan pengukuran adalah multimeter. Pengukuran yang dilakukan pada rangkaian elektronik yaitu pengukuran sumber tegangan pada baterai alkaline 9 VDC, keluaran tegangan dari IC regulator LM 7805, input

tegangan untuk sensor accelerometer dan LCD 16x2.

4.1.1 Sumber Tegangan

Gambar 4.1 Pengukuran Sumber Tegangan

Gambar di atas merupakan cara pengukuran pada sumber tegangan yang ditunjukan no.1 pada gambar dan keluaran dari IC regulator 7805 yang ditunjukan no.2 pada gambar terhadap ground. Berikut ini hasil pengukuran yang telah dilakukan:

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Sumber Tegangan

No. Pengukuran Tegangan Hasil Pengukuran

1 Baterai Alkaline 9 VDC 8,86 VDC

2 Output IC Regulator LM 7805 4,94 VDC

(29)

20

4.1.2 LCD

Gambar 4.2 Pengukuran Sumber Tegangan LCD

Hasil pengukuran sumber tegangan yang ditunjukkan pada no.1 terhadap ground yang diberikan untuk mengaktifkan LCD 16x2 yang telah dilakukan adalah 4,93 VDC

4.1.3 Sensor Accelerometer

Gambar 4.3 Pengukuran Sumber Tegangan Sensor

Hasil pengukuran sumber tegangan VCC dan GND yang diberikan untuk mengaktifkan sensor accelerometer yang telah dilakukan adalah 4,78 VDC. Adapun program membuat PORTC2 dan PORTC3 menjadi sumber tegangan VCC dan GND pada arduino 0.22 sebagai berikut:

static void nunchuck_setpowerpins() { #define pwrpin PORTC2

#define gndpin PORTC3

DDRC |= _BV(pwrpin) | _BV(gndpin); PORTC &=~ _BV(gndpin);

PORTC |= _BV(pwrpin); delay(100); }

(30)

21

4.2 Analisa Sistem

Cara mengetahui nilai keluaran 0g, +1g dan -1g pada sensor accelerometer :

Gambar 4.4 Kondisi Sensor Accelerometer

Dari gambar diatas kita bisa dapat mencari nilai keluaran dari sensor accelerometer berdasarkan nilai g (grafitasi). Dari gambar 4.1 kondisi pertama kita akan dapat nilai accelerometer sumbu Y +1g jika kita memposisikan sensor tersebut searah dengan gaya grafitasi bumi, pada kondisi kedua merupakan kebalikan dari kondisi yang pertama atau dalam ha ini kita putarkan 180o dari kondisi pertama akan memperoleh nilai -1g pada sumbu Y dan pada kondisi ketiga maka akan keluar nilai dari 0g (nilai antara +1g dan -1g) sumbu Y atau dengan memutar sensor tersebut +90o/-90o dari kondisi pertama.

Tabel 4.2 Output Sensor Accelerometer

+1 g 0 g -1 g

X 160 112 50

Y 203 141 95

Z 168 126 72

Data diatas merupakan keluaran dari sensor accelerometer yang didapat dari tampilan serial arduino 0.22.nilai tersebut merupakan nilai ADC yang didapat berdasarkan nilai g-nya. Kesimpulan yang dapat diambil dari tabel diatas adalah bahwa sensor yang digunakan berfungsi dengan baik.

(31)

22

Gambar 4.5 Kondisi ketika Melangkah

Gambar 4.5 merupakan gambaran ketika kita melangkah (berjalan kaki). Ketika kita melangkah, maka akan terbentuk pola yang berkesinambungan. Ketika kaki kiri melangkah maju maka posisi kaki kanan akan berada di belakang dan ketika kaki kanan melangkah maju maka posisi kaki kiri berada di belakang kaki kanan dan seterusnya secara bergantian, seperti yang tertera pada gambar 4.5.

Gambar 4.6 Karakteristik Langkah Kaki (Kaki Kanan)

Gambar 4.6 merupakan grafik karakteristik melangkah seseorang yang diambil datanya diambil melalui langkah kaki kanan. Dari grafik tersebut kita bisa mengamati mengambil kesimpulan bahwa ketika kita melangkah akan terbentuk pola atau grafik yang berulang secara berkesinambungan seperti gambar diatas. Sehingga, dari grafik tersebut penulis dapat mengambil hitungan per satu langkah. Nomor 1, 2, 3, 4, dan 5 yang tertera pada gambar merupakan indikasi jumlah langkah yang dilakukan oleh penulis. Nomor 1 , 3, dan 5 merupakan kondisi dimana kaki kanan melangkah kedepan sedangkan nomor 2 dan 4 merupakan kondisi dimana kaki kiri melangkah kedepan (kondisi kaki kanan berada di belakang).

(32)

23

Tabel 4.3 Pengambilan Nilai Per Langkah

Posisi Kaki Kanan Nilai Sensor Accelerometer (Sumbu Y) Depan (Melangkah maju) >161

Normal (Berdiri tegak) 135 Belakang (Kaki kiri melangkah maju) <123

void nunchuck_calibration() { for (int i = 0; i < 100; i++) { data_acc();

zero_accx = zero_accx + accx; zero_accy = zero_accy + accy; zero_accz = zero_accz + accz; delay(10); } zero_accx = zero_accx / 100; zero_accy = zero_accy / 100; zero_accz = zero_accz / 100; } void langkah_cnt() { switch (accelero) { case 0:

if (accy > (zero_accy - 2) && accy < (zero_accy + 2)) { accelero = 1;

break; } break; case 1:

if (accy >= (zero_accy + 26 || accy < (zero_accy - 12)) { accelero = 2;

break; }

break; case 2:

if (accy > (zero_accy - 2) && accy < (zero_accy + 2)) { langkah++; accelero = 0; break; } break; } }

(33)

24

Tabel 4.4 Hasil perbandingan antara alat dengan aktual

Jumlah Langkah Data Alat Rata-rata Error

20 15, 21, 17, 16, 15 17 15%

40 44, 40, 35, 32, 36 37 7.5%

60 63, 56, 54, 60, 58 58 3.3%

80 82, 80, 76, 83, 66 77 3.75%

100 103, 107, 95, 96, 80 96 4%

Cara perhitungann persentase error pada data diatas:

Error = x 100 %

Error =

Cara penggunaan dari perancangan alat penghitung langkah digital ini adalah: 1. Aktifkan alat penghitung langkah digital.

2. Kalibrasi alat tersebut dengan cara berdiri dan alat akan mengambil data sebanyak 100 kali dan merata-ratakan untuk mendapatkan nilai acuan menghitung langkah. 3. LCD akan menampilkan “Ready” dan Alat siap digunakan.

4. Tombol reset untuk me-reset jumlah langkah menjadi nol.

Sistem kerja dari perancangan alat penghitung langkah digital ini adalah:

1. Kalibrasi alat bertujuan untuk mendapatkan titik acuan atau titik nol (kondisi berdiri normal) dari penghitung langkah digital.

2. Ketika kaki kanan melangkah maju maka nilai keluaran dari sensor accelerometer

sumbu Y akan lebih besar dari titik acuan/titik nol hasil dari kalibrasi.

3. Ketika alat mengindikasi kaki kanan melangkah maju, alat akan mengingat indikasi tersebut.

4. Ketika kaki kiri melangkah maju maka nilai keluaran dari sensor accelerometer sumbu Y akan lebih kecil dari titik acuan/titik nol hasil dari kalibrasi di karenakan posisi kaki kanan tempat diletakkannya alat berada di belakang kaki kiri.

5. Ketika kaki kiri melangkah maju, posisi kaki kanan akan melalui titik acuan/titik nol sebelum berada dibagian belakang dan pada saat itulah alat akan mengindikasikan bahwa itu sebuah langkah.

6. Ketika kaki kanan melangkah maju, kaki kiri akan melalui titik acuan/titik nol sebelum berada di belakang kaki kanan alat akan mengindikasi sebuah langkah dan alat akan menampilkan jumlah langkah tersebut.

(34)

25

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan sistem penghitung langkah digital ini, penulis dapat mengambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Penghitung langkah digital yang dibuat menggunakan sensor accelerometer

sebagai input data ADC yang akan diolah oleh mikrokontroller dan mikrokontroller akan menghitung langkah dari data yang diperoleh oleh sensor dan LCD 16x2 sebagai penampil data dalam bentuk angka.

2. Berdasarkan sample 100 langkah yang telah dilakukan, alat penghitung langkah yang dibuat memiliki persentase error tidak lebih dari 20%. Persentase error

tersebut didapat dari hasil selisih antara data aktual dengan data alat dibandingkan dengan data aktual dikali 100%.

5.2 Saran

Supaya sistem penghitung langkah digital ini kedepannya bisa lebih baik dan sempurna lagi, maka dibutuhkan perbaikan dan penambahan terhadap sistem ini yaitu:

1. Sistem penghitung langkah digital ini diharapkan memiliki desain yang lebih kecil dan sederhana sehingga pengguna merasa nyaman dalam penggunaannya.

2. Penempatan tampilan dari hasil penghitung langkah diharapkan diletakkan pada tempat yang mudah dilihat pengguna.

(35)

26

DAFTAR PUSTAKA

1. Hendrawan Soebakti, Basic AVR Tutorial, Mata Kuliah Mikrokontroller, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Batam, 2007.

2. ECE 476 Intelligent wireless Pedometer by Andrew Chin and Ping-Hong Lu, Cornell

University. [Online]. Tersedia:

http://people.ece.cornell.edu/land/course/ece4760/FinalProject/s2008/hc454_pl328/hc45 4_pl328/index.html.[14 juli 2012]

3. STMicroelectronics LIS3L02AL. [Online]. Tersedia:

http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/171987/STMICROELEKTRONIC?LIS3L02AL.html. [14 juli 2012]

4. Atmel ATmega328 Data Sheet. [Online]. Tersedia: http://www.atmel.com/images/8271S.pdf. [14 juli 2012]

5. LCD 16x2 Data Sheet. [Online]. Tersedia:

http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/pdf/251969/VISHAY/LCD-016M002B.html.[14 juli 2012]

(36)

May 2006 Rev 2 1/17 17

LIS3L02AL

MEMS INERTIAL SENSOR:

3-axis - +/-2g ultracompact linear accelerometer

Features

■ 2.4V to 3.6V single supply operation

■ Low power consumption

■ ±2g full-scale

■ 0.5mg resolution over 100hz bandwidth

■ Embedded self test

■ Output voltage, offset and sensitivity

ratiometric to the supply voltage

■ High shock survivability

■ ECOPACK® Lead-free compliant

(see Section 6)

Description

The LIS3L02AL is a low-power 3-axis linear capacitive accelerometer that includes a sensing element and an IC interface able to take the information from the sensing element and to provide an analog signal to the external world. The sensing element, capable of detecting the acceleration, is manufactured using a dedicated process developed by ST to produce inertial sensors and actuators in silicon.

The IC interface is manufactured using a standard CMOS process that allows high level of

integration

to design a dedicated circuit which is trimmed to better match the sensing element characteristics.

The LIS3L02AL has a full scale of ±2g and it is

capable of measuring accelerations over a bandwidth of 1.5 kHz for all axes. The device bandwidth may be reduced by using external capacitances. A self-test capability allows to check the mechanical and electrical signal path of the sensor.

The LIS3L02AL is available in plastic SMD package and it is guaranteed to operate over an extended temperature range of -40°C to +85°C. The LIS3L02AL belongs to a family of products suitable for a variety of applications:

– Mobile terminals

– Gaming and Virtual Reality input devices – Free-fall detection for data protection – Antitheft systems and Inertial Navigation – Appliance and Robotics.

Order codes

LGA-8

Part number Temp range, °C Package Packing

LIS3L02AL -40°C to +85°C LGA-8 Tray

LIS3L02ALTR -40°C to +85°C LGA-8 Tape & Reel

(37)

Contents LIS3L02AL

2/17

1 Block diagram & pins description

1.1 Block

diagram

Figure 1. Block diagram

1.2 Pin

Description

Figure 2. Pin Connection

DEMUX S/H CHARGE AMPLIFIER S/H MUX Y+ Y-Voutx Voutz Routx Routz

TRIMMING CIRCUIT CLOCK

X+

X-SELF TEST REFERENCE

a

Z+ Z-S/H Vouty Routy DIRECTION OF THE DETECTABLE ACCELERATIONS 1 LIS3L02AL ST GND Voutx Vouty Reserved Reserved Vdd BOTTOM VIEW Y X Voutz Z

(39)

Block diagram & pins description LIS3L02AL

4/17

Table 1. Pin description

Pin # Pin Name Function

1 ST Self Test (Logic 0: normal mode; Logic 1: Self-test)

2 Voutz Output Voltage Z channel

3 GND 0V supply

4 Reserved Leave unconnected

5 Reserved Leave unconnected

6 Vouty Output Voltage Y channel

7 Voutx Output Voltage X channel

(40)

LIS3L02AL Mechanical and electrical specifications

5/17

2 Mechanical and electrical specifications

2.1 Mechanical

characteristics

Table 2. Mechanical characteristics(1)

(Temperature range -40°C to +85°C) All the parameters are specified @ Vdd =3.3V, T = 25°C unless otherwise noted

1. The product is factory calibrated at 3.3V. The device can be powered from 2.4V to 3.6V. Voff, So and Vt parameters will vary with supply voltage.

Symbol Parameter Test Condition Min. Typ.(2) Max. Unit

Ar Acceleration Range(3) ±1.8 ±2.0 g

So Sensitivity(4) Full-scale = 2g Vdd/5–10% Vdd/5 Vdd/5+10% V/g

SoDr Sensitivity Change Vs

Temperature Delta from +25°C ±0.01 %/°C

Voff Zero-g Level(4) T = 25°C Vdd/2-6% Vdd/2 Vdd/2+6% V

OffDr Zero-g level Change Vs

Temperature Delta from +25°C ±0.5 mg/°C

NL Non Linearity(5)

Best fit straight line Full-scale = 2g X, Y axis

±0.3 ±1.5 %

Best fit straight line Full-scale = 2g Z axis ±0.5 ±1.5 % CrossAx Cross-Axis(6) ±2 ±4 % An Acceleration Noise Density Vdd=3.3V; Full-scale = 2g 50 µg/

Vt Self test Output Voltage Change(7),(8) T = 25°C Vdd=3.3V Full-scale = 2g X axis -20 -50 -100 mV T = 25°C Vdd=3.3V Full-scale = 2g Y axis 20 50 100 mV T = 25°C Vdd=3.3V Full-scale = 2g Z axis 20 50 100 mV

Fres Sensing Element

Resonance Frequency(9) all axes 1.5 kHz

Top Operating Temperature

Range -40 +85 °C

Wh Product Weight 0.08 gram

(41)

Mechanical and electrical specifications LIS3L02AL

6/17

2.2 Electrical

Characteristics

2. Typical specifications are not guaranteed

3. Guaranteed by wafer level test and measurement of initial offset and sensitivity 4. Zero-g level and sensitivity are essentially ratiometric to supply voltage 5. Guaranteed by design

6. Contribution to the measuring output of the inclination/acceleration along any perpendicular axis 7. Self test “output voltage change” is defined as Vout_(Vst=Logic1)-Vout_(Vst=Logic0)

8. Self test “output voltage change” varies cubically with supply voltage

9. Minimum resonance frequency Fres=1.5kHz. Sensor bandwidth=1/(2*π*110kΩ*Cload) with Cload>1nF.

Table 3. Electrical Characteristics(1)

(Temperature range -40°C to +85°C) All the parameters are specified @ Vdd =3.3V, T=25°C unless otherwise noted

1. The product is factory calibrated at 3.3V

Symbol Parameter Test Condition Min. Typ.(2)

2. Typical specifications are not guaranteed

Max. Unit

Vdd Supply Voltage 2.4 3.3 3.6 V

Idd Supply Current mean value 0.85 1.5 mA

Vst Self Test Input

Logic 0 level 0 0.3*Vdd V

Logic 1 level 0.7*Vdd Vdd V

Rout Output Impedance 80 110 140 kΩ

Cload Capacitive Load Drive(3)

3. Minimum resonance frequency Fres=1.5kHz. Sensor bandwidth=1/(2*π*110kΩ*Cload) with Cload>1nF

1 nF

Top Operating Temperature

(42)

LIS3L02AL Mechanical and electrical specifications

7/17

2.3 Absolute maximum ratings

Stresses above those listed as “absolute maximum ratings” may cause permanent damage to the device. This is a stress rating only and functional operation of the device under these conditions is not implied. Exposure to maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability.

2.4 Terminology

Sensitivity describes the gain of the sensor and can be determined by applying 1g acceleration to it. As the sensor can measure DC accelerations this can be done easily by pointing the axis of interest towards the center of the earth, note the output value, rotate the sensor by 180 degrees (point to the sky) and note the output value again thus applying ±1g acceleration to the sensor. Subtracting the larger output value from the smaller one and dividing the result by 2 will give the actual sensitivity of the sensor. This value changes very little over temperature (see sensitivity change vs. temperature) and also very little over time. The Sensitivity Tolerance describes the range of Sensitivities of a large population of sensors.

Zero-g level describes the actual output signal if there is no acceleration present. A sensor in a steady state on a horizontal surface will measure 0g in X axis and 0g in Y axis. The output is ideally for a 3.3V powered sensor Vdd/2 = 1650mV. A deviation from ideal 0-g level (1650mV in this case) is called Zero-g offset. Offset of precise MEMS sensors is to some extend a result of stress to the sensor and therefore the offset can slightly change after mounting the sensor onto a printed circuit board or exposing it to extensive mechanical stress. Offset changes little over temperature - see “Zero-g level change vs. temperature” - the Zero-g level of an individual sensor is very stable over lifetime. The Zero-g level tolerance describes the range of Zero-g levels of a population of sensors.

Table 4. Absolute maximum ratings

Symbol Ratings Maximum Value Unit

Vdd Supply voltage -0.3 to 7 V

Vin Input Voltage on Any Control pin (ST) -0.3 to Vdd +0.3 V

A_POW Acceleration (Any axis, Powered, Vdd=3.3V)

3000g for 0.5 ms 10000g for 0.1 ms A_UNP Acceleration (Any axis, Not powered)

3000g for 0.5 ms 10000g for 0.1 ms

T_STG Storage Temperature Range -40 to +125 °C

ESD Electrostatic Discharge Protection

2kV HBM 200V MM 1500V CDM

This is a Mechanical Shock sensitive device, improper handling can cause permanent damages to the part

This is an ESD sensitive device, improper handling can cause permanent damages to the part

(43)

Mechanical and electrical specifications LIS3L02AL

8/17

Self Test allows to test the mechanical and electric part of the sensor, allowing the seismic mass to be moved by means of an electrostatic test-force. The Self Test function is off when the ST pin is connected to GND. When the ST pin is tied at Vdd an actuation force is applied to the sensor, simulating a definite input acceleration. In this case the sensor outputs will exhibit a voltage change in their DC levels which is related to the selected full scale and depending on the Supply Voltage through the device sensitivity. When ST is activated, the device output level is given by the algebraic sum of the signals produced by the acceleration acting on the sensor and by the electrostatic test-force. If the output signals change within the amplitude specified inside Table 2, than the sensor is working properly and the parameters of the interface chip are within the defined specification.

Output impedance describes the resistor inside the output stage of each channel. This resistor is part of a filter consisting of an external capacitor of at least 1nF and the internal resistor. Due to the high resistor level only small, inexpensive external capacitors are needed to generate low corner frequencies. When interfacing with an ADC it is important to use high input impedance input circuitries to avoid measurement errors. Note that the minimum load capacitance forms a corner frequency beyond the resonance frequency of the sensor. For a flat frequency response a corner frequency well below the resonance frequency is recommended. In general the smallest possible bandwidth for an particular application should be chosen to get the best results.

(44)

LIS3L02AL Functionality

9/17

3 Functionality

The LIS3L02AL is a high performance, low-power, analog output 3-axis linear accelerometer packaged in a LGA package. The complete device includes a sensing element and an IC interface able to take the information from the sensing element and to provide an analog signal to the external world.

3.1 Sensing

element

A proprietary process is used to create a surface micro-machined accelerometer. The technology allows to carry out suspended silicon structures which are attached to the substrate in a few points called anchors and are free to move in the direction of the sensed acceleration. To be compatible with the traditional packaging techniques a cap is placed on top of the sensing element to avoid blocking the moving parts during the moulding phase of the plastic encapsulation.

When an acceleration is applied to the sensor the proof mass displaces from its nominal position, causing an imbalance in the capacitive half-bridge. This imbalance is measured using charge integration in response to a voltage pulse applied to the sense capacitor. At steady state the nominal value of the capacitors are few pF and when an acceleration is applied the maximum variation of the capacitive load is up to 100fF.

3.2 IC

Interface

In order to increase robustness and immunity against external disturbances the complete signal processing chain uses a fully differential structure. The final stage converts the differential signal into a single-ended one to be compatible with the external world. The signals of the sensing element are multiplexed and fed into a low-noise capacitive charge amplifier that implements a Correlated Double Sampling system (CDS) at its output to cancel the offset and the 1/f noise. The output signal is de-multiplexed and transferred to three different S&Hs, one for each channel and made available to the outside.

The low noise input amplifier operates at 200 kHz while the three S&Hs operate at a sampling frequency of 66 kHz. This allows a large oversampling ratio, which leads to in-band noise reduction and to an accurate output waveform.

All the analog parameters (Zero-g level, sensitivity and self-test) are ratiometric to the supply voltage. Increasing or decreasing the supply voltage, the sensitivity and the offset will increase or decrease almost linearly. The self test voltage change varies cubically with the supply voltage.

3.3 Factory

calibration

The IC interface is factory calibrated for sensitivity (So) and Zero-g level (Voff).

The trimming values are stored inside the device by a non volatile structure. Any time the device is turned on, the trimming parameters are downloaded into the registers to be employed during the normal operation. This allows the user to employ the device without further calibration.

(45)

Application hints LIS3L02AL

10/17

4 Application

hints

Figure 3. LIS3L02AL electrical connection

Power supply decoupling capacitors (100nF ceramic or polyester + 10µF Aluminum) should

be placed as near as possible to the device (common design practice).

The LIS3L02AL allows to band limit Voutx, Vouty and Voutz through the use of external capacitors. The re-commended frequency range spans from DC up to 1.5 KHz. In particular, capacitors must be added at output pins to implement low-pass filtering for antialiasing and

noise reduction. The equation for the cut-off frequency (f_t) of the external filters is:

Taking in account that the internal filtering resistor (R_out) has a nominal value equal to

110kΩ, the equation for the external filter cut-off frequency may be simplified as follows:

The tolerance of the internal resistor can vary typically of ±20% within its nominal value of

110kΩ; thus the cut-off frequency will vary accordingly. A minimum capacitance of 1nF for

C_load(x, y, z) is required in any case.

.

Table 5. Filter capacitor selection, C_load (x,y,z)

Cut-off frequency Capacitor value

1 Hz 1500 nF 10 Hz 150 nF 20 Hz 68 nF 50 Hz 30 nF 100 Hz 15 nF 200 Hz 6.8 nF 500 Hz 3 nF DIRECTION OF THE DETECTABLE ACCELERATIONS 1 Y X Z Digital signals Vout Z Cload z Optional Vout X 100nF Cload x LIS3L02AL 10µF Vdd Vout Y GND GND Cload y (top view) Optional Optional GND ST f t 1 2π R out Cload(x y z, , ) ⋅ ⋅ ---= f t 1.45µF C_load(x y z, , ) --- Hz[ ] =

(46)

LIS3L02AL Application hints

11/17

4.1 Soldering

information

The LGA-8 package is compliant with the ECOPACK, RoHs and “Green” standard.It is qualified for soldering heat resistance according to JEDEC J-STD-020C.

Pin 1 indicator is electrically connected to ST pin. Leave pin 1 indicator unconnected during soldering.

Land pattern and soldering recommendations are available upon request.

4.2 Output response vs. orientation

Figure 4. Output response vs. orientation

Figure 4 refers to LIS3L02AL device powered at 3.3V.

X=1.65V (0g) Y=1.65V (0g) Z=2.31V (+1g) X=1.65V (0g) Y=1.65V (0g) Z=0.99V (-1g) TOP VIEW X=1.65V(0g) Y=0.99V (-1g) Earth’s Surface X=1.65V(0g) Y=2.31V (+1g) X=2.31V (+1g) Y=1.65V (0g) X=0.99V (-1g) Y=1.65V (0g) Z=1.65V (0g) Z=1.65V (0g) Z=1.65V (0g) Z=1.65V (0g) Top Bottom Top Bottom

(47)

Typical performance characteristics LIS3L02AL

12/17

5 Typical performance characteristics

5.1 Mechanical Characteristics at 25°C

Figure 5. x-axis Zero-g level at 3.3V Figure 6. x-axis sensitivity at 3.3V

Figure 7. y-axis Zero-g level at 3.3V Figure 8. y-axis sensitivity at 3.3V

Figure 9. z-axis Zero-g level at 3.3V Figure 10. z-axis sensitivity at 3.3V 1.550 1.6 1.65 1.7 1.75 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Zero−g Level (V) Percent of parts (%) 0.620 0.63 0.64 0.65 0.66 0.67 0.68 0.69 0.7 5 10 15 20 25 30 Sensitivity (V/g) Percent of parts (%) 1.550 1.6 1.65 1.7 1.75 5 10 15 20 25 Zero−g Level (V) Percent of parts (%) 0.620 0.63 0.64 0.65 0.66 0.67 0.68 0.69 0.7 5 10 15 20 25 Sensitivity (V/g) Percent of parts (%) 1.550 1.6 1.65 1.7 1.75 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Zero−g Level (V) Percent of parts (%) 0.620 0.63 0.64 0.65 0.66 0.67 0.68 0.69 0.7 5 10 15 20 25 Sensitivity (V/g) Percent of parts (%)

(48)

LIS3L02AL Typical performance characteristics

13/17

5.2 Mechanical

Characteristics

derived from measurement in the

-40°C to +85°C temperature range

Figure 11. x-axis Zero-g level change Vs temperature

Figure 12. x-axis sensitivity change Vs temperature

Figure 13. y-axis Zero-g level change Vs temperature

Figure 14. y-axis sensitivity change Vs temperature

Figure 15. z-axis Zero-g level change Vs temperature

Figure 16. z-axis sensitivity change Vs temperature −10 −0.5 0 0.5 1 5 10 15 20 25 30 35

Zero−g level change (mg/deg. C)

Percent of parts (%) −0.050 −0.04 −0.03 −0.02 −0.01 0 0.01 0.02 0.03 5 10 15 20 25 30 Sensitivity Change(%/deg. C) Percent of parts (%) −10 −0.5 0 0.5 1 5 10 15 20 25 30

Percent of parts (%) −0.050 −0.04 −0.03 −0.02 −0.01 0 0.01 0.02 0.03 5 10 15 20 25 30 35 40

Sensitivity Change (%/deg. C)

Percent of parts (%) −20 −1.5 −1 −0.5 0 5 10 15 20 25 30

Percent of parts (%) −0.050 −0.04 −0.03 −0.02 −0.01 0 0.01 0.02 0.03 5 10 15 20 25 30 35 40

Sensitivity Change (%/deg. C)

(49)

Typical performance characteristics LIS3L02AL

14/17

5.3 Electrical characteristics at 25°C

Figure 17. Noise density at 3.3V (x,y axis) Figure 18. Noise density at 3.3V (z axis)

Figure 19. Current Consumption at 3.3V 18 20 22 24 26 28 30 32 0 5 10 15 20 25 30 35

Noise density (ug/sqrt(Hz))

Percent of parts (%) 20 30 40 50 60 70 80 0 5 10 15 20 25

Noise density (ug/sqrt(Hz))

Percent of parts (%) 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

current consumption (mA)

(50)

LIS3L02AL Package Information

15/17

6 Package

Information

In order to meet environmental requirements, ST offers these devices in ECOPACK®

packages. These packages have a Lead-free second level interconnect. The category of second Level Interconnect is marked on the package and on the inner box label, in compliance with JEDEC Standard JESD97. The maximum ratings related to soldering conditions are also marked on the inner box label.

ECOPACK is an ST trademark. ECOPACK specifications are available at: www.st.com.

Figure 20. LGA-8 Mechanical Data & Package Dimensions

OUTLINE AND MECHANICAL DATA

DIM. mm inch

MIN. TYP. MAX. MIN. TYP. MAX.

A1 1.460 1.520 1.600 0.0574 0.0598 0.0629 A2 1.330 0.0523 A3 0.180 0.220 0.260 0.007 0.0086 0.0102 D1 4.850 5.000 5.150 0.190 0.1968 0.2027 E1 4.850 5.000 5.150 0.190 0.1968 0.2027 L 1.270 0.05 L1 2.540 0.1 M 1.225 0.0482 M1 0.875 0.900 0.925 0.0344 0.0354 0.0364 N 2.000 0.0787 N1 1.225 0.0482 N2 1.170 0.046 P1 1.300 1.350 1.400 0.0511 0.0531 0.0551 P2 0.740 0.790 0.840 0.0291 0.0311 0.033 T1 1.170 0.046 T2 0.615 0.640 0.665 0.0242 0.0251 0.0261 R 1.200 1.600 0.0472 0.0629 h 0.150 0.0059 k 0.050 0.0019 j 0.100 0.0039 LGA8 (5x5x1.6mm) Land Grid Array Package

7669231 C P2 P1 D1 K D DETAIL A E E1 (4x) D KE K Detail A D E 4 3 2 1 A1 A2 A3 R seating plane 5 6 7 8 L1 T2 L = = M1 T1 M N1 N2 N h CAB h A C B j CAB j A C B SOLDER MASK OPENING METAL PAD B A K K C

(51)

Revision history LIS3L02AL

16/17

7 Revision

history

Table 6. Document revision history

Date Revision Changes

28-Sep-2005 1 Initial release.

(52)

LIS3L02AL

17/17

Please Read Carefully:

Information in this document is provided solely in connection with ST products. STMicroelectronics NV and its subsidiaries (“ST”) reserve the right to make changes, corrections, modifications or improvements, to this document, and the products and services described herein at any time, without notice.

All ST products are sold pursuant to ST’s terms and conditions of sale.

Purchasers are solely responsible for the choice, selection and use of the ST products and services described herein, and ST assumes no liability whatsoever relating to the choice, selection or use of the ST products and services described herein.

No license, express or implied, by estoppel or otherwise, to any intellectual property rights is granted under this document. If any part of this document refers to any third party products or services it shall not be deemed a license grant by ST for the use of such third party products or services, or any intellectual property contained therein or considered as a warranty covering the use in any manner whatsoever of such third party products or services or any intellectual property contained therein.

UNLESS OTHERWISE SET FORTH IN ST’S TERMS AND CONDITIONS OF SALE ST DISCLAIMS ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTY WITH RESPECT TO THE USE AND/OR SALE OF ST PRODUCTS INCLUDING WITHOUT LIMITATION IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE (AND THEIR EQUIVALENTS UNDER THE LAWS OF ANY JURISDICTION), OR INFRINGEMENT OF ANY PATENT, COPYRIGHT OR OTHER INTELLECTUAL PROPERTY RIGHT. UNLESS EXPRESSLY APPROVED IN WRITING BY AN AUTHORIZE REPRESENTATIVE OF ST, ST PRODUCTS ARE NOT DESIGNED, AUTHORIZED OR WARRANTED FOR USE IN MILITARY, AIR CRAFT, SPACE, LIFE SAVING, OR LIFE SUSTAINING APPLICATIONS, NOR IN PRODUCTS OR SYSTEMS, WHERE FAILURE OR MALFUNCTION MAY RESULT IN PERSONAL INJURY, DEATH, OR SEVERE PROPERTY OR ENVIRONMENTAL DAMAGE.

Resale of ST products with provisions different from the statements and/or technical features set forth in this document shall immediately void any warranty granted by ST for the ST product or service described herein and shall not create or extend in any manner whatsoever, any liability of ST.

ST and the ST logo are trademarks or registered trademarks of ST in various countries.

Information in this document supersedes and replaces all information previously supplied.

The ST logo is a registered trademark of STMicroelectronics. All other names are the property of their respective owners.

STMicroelectronics group of companies

Australia - Belgium - Brazil - Canada - China - Czech Republic - Finland - France - Germany - Hong Kong - India - Israel - Italy - Japan - Malaysia - Malta - Morocco - Singapore - Spain - Sweden - Switzerland - United Kingdom - United States of America

(53)

www.vishay.com 31

LCD-016M002B

Vishay

Document Number: 37217 Revision 01-Oct-02

For Technical Questions, Contact: [email protected]

16 x 2 Character LCD

FEATURES

• 5 x 8 dots with cursor

• Built-in controller (KS 0066 or Equivalent) • + 5V power supply (Also available for + 3V) • 1/16 duty cycle

• B/L to be driven by pin 1, pin 2 or pin 15, pin 16 or A.K (LED) • N.V. optional for + 3V power supply

MECHANICAL DATA

ITEM STANDARD VALUE UNIT

Module Dimension 80.0 x 36.0 mm

Viewing Area 66.0 x 16.0 mm

Dot Size 0.56 x 0.66 mm

Character Size 2.96 x 5.56 mm

ABSOLUTE MAXIMUM RATING

ITEM SYMBOL STANDARD VALUE UNIT MIN. TYP. MAX.

Power Supply VDD-VSS - 0.3 – 7.0 V

Input Voltage VI - 0.3 – VDD V

NOTE: VSS = 0 Volt, VDD = 5.0 Volt

ELECTRICAL SPECIFICATIONS

ITEM SYMBOL CONDITION STANDARD VALUE UNIT

MIN. TYP. MAX.

Input Voltage VDD VDD = + 5V 4.7 5.0 5.3 V

VDD = + 3V 2.7 3.0 5.3 V

Supply Current IDD VDD = 5V – 1.2 3.0 mA

- 20 °C – – –

Recommended LC Driving VDD - V0 0°C 4.2 4.8 5.1 V

Voltage for Normal Temp. 25°C 3.8 4.2 4.6

Version Module 50°C 3.6 4.0 4.4

70°C – – –

LED Forward Voltage VF 25°C – 4.2 4.6 V

LED Forward Current IF 25°C Array – 130 260 mA

Edge – 20 40

EL Power Supply Current IEL Vel = 110VAC:400Hz – – 5.0 mA

Display Position DD RAM Address DD RAM Address

DISPLAY CHARACTER ADDRESS CODE:

00 01 0F

40 41 4F

(54)

Document Number: 37217 Revision 01-Oct-02 www.vishay.com 32

LCD-016M002B

Vishay

For Technical Questions, Contact: [email protected]

PIN NUMBER SYMBOL FUNCTION

1 Vss GND

2 Vdd + 3V or + 5V

3 Vo Contrast Adjustment

4 RS H/L Register Select Signal

5 R/W H/L Read/Write Signal

6 E H → L Enable Signal

7 DB0 H/L Data Bus Line

15 A/Vee + 4.2V for LED/Negative Voltage Output

16 K Power Supply for B/L (OV)

16 x 2 Character LCD DIMENSIONS in millimeters 80.0 ± 0.5 71.2 66.0 (VA) 56.2 (AA) 7.55 12.45 8.0 3.0 1.8 75.0 40.55 2.5 16 Ø 1.0 PTH P2.54* 15 = 38.1 4 Ø 1.0 4-Ø 2.5 PTH 4-Ø 5.0 PAD 4.95 2.5 31.0 18.3 36.0 ± 0.5 25.2 16.0 (V A) 1 1.5 (AA) 13.08 5.08 5.2 9.8 12.55 11.76 15.76 2.5 16 K A H1 MAX 9.7 MAX 5.1 H2 1.6 1.6 EL OR NO B/L 3.55 0.6 2.95 0.6 0.55 DOT SIZE 5.95 5.55 0.7 0.65 0.4 HIGH LOW H1 13.2 12.1 H2 8.6 7.5 LED - H/L B/L 1

(55)