T1 612005084 BAB III

(1)

21

BAB III

Perancangan dan Realisasi

3.1.Perancangan Perangkat Keras

Pada skripsi ini akan dirancang suatu alat yang dapat berfungsi untuk mengukur intensitas cahaya dan suara. Alat yang direalisasikan terdiri dari alat ukur intensitas cahaya dan suara dengan ATMega8535 yang terhubung dengan sensor LDR dan mikrofon.

Cara kerja alat ukur intensitas cahaya dan suara adalah sebagai berikut:

Saat user menghidupkan alat ukur, user dapat langsung mengukur intensitas cahaya dan suara. Dalam pengukuran intensitas cahaya, saat alat diaktifkan maka sensor LDR akan menangkap setiap perubahan intensitas cahaya. Data dari pengkondisi sensor LDR dikirimkan ke mikrokontroler untuk dihitung dan ditampilkan di seven segment.

Dalam pengukuran intensitas suara, mikrofon akan menangkap setiap perubahan intensitas suara. User dapat memilih tapis pembobot yang diinginkan, yaitu tapis pembobot A atau C. Setiap hasil pengukuran akan disimpan di dalam media penyimpan (MMC).

3.2.Realisasi Perangkat Keras

Perancangan dan realisasi pada perangkat keras dibagi dalam beberapa bagian, yaitu:

(2)

22 4. Untai True RMS to DC Converter

5. Untai Mikrokontroler AVR ATMega8535 6. Untai Media Penyimpan (MMC)

7. Untai Media Penampil 3.2.1. Untai Pengkondisi Sinyal LDR

Modul pengukuran intensitas cahaya terdiri dari LDR sebagai sensor cahaya, rangkaian pengkondisi sinyal menggunakan prinsip pembagi tegangan, serta menggunakan IC Opamp CA3140 sebagai penguat tak membalik (non inverting).

A

LDR

100k 40% 5V

+

CA3140 9V

_ADC(0) R3

330

R2 10k R1

100k

Gambar 3.1. Pengkondisi sinyal LDR

Saat kondisi cahaya minimum, LDR memiliki hambatan yang sangat tinggi sehingga jika diukur pada titik A tegangan yang dihasilkan sangat besar mencapai ≈Vcc. Ketika kondisi cahaya semakin terang, hambatan LDR akan turun dan tegangan akan semakin kecil.

(3)

23 3.2.2. Untai Pengkondisi Sinyal Mikrofon

Pengukuran intensitas suara menggunakan mikrofon, karena tegangan keluaran mikrofon sangat kecil (orde mikrovolt sampai milivolt) maka dibutuhkan rangkaian pengondisi sinyal mikrofon dengan penguat operasi seperti pada gambar 3.2.

output +5V

+ U2 TL072 C1

0.1uF +5V

inp_mic

C2 10uF

+5V +5V

+ U1 TL072 +5V

R9 100k

R6 10k R2

10k R1

100k

R7 100k

R8 10k

R5 10k R3

10k 10kR4

Gambar 3.2. Pengkondisi Sinyal Mikrofon

Mikrofon kondenser mendapat bias arus dari R1. Impedansi mikrofon

kondenser sebesar 2200 Ω sehingga arus untuk mencatu mikrofon yaitu:

Imikrofon = 2200 1

R V_CC

...3.1

Imikrofon = 2200

10 5

k = 0,4 mA

Sebuah kapasitor (C1) sebagai kapasitor kopling yang diperlukan untuk

menahan sinyal DC dan meneruskan sinyal AC. Dalam menentukan nilai C1 dengan

frekuensi digunakan persamaan berikut ini:

1 1*

* 2

1 C R fC



 ...3.2

16 Hz =

1

* 100 * 2

1 C k

(4)

24 Penguatan dari untai inverting amplifier pada gambar 3.2 adalah 100 kali dari penguatan tegangan tiap opamp sebesar 10 kali.

3.2.3. Untai Tapis Pembobot A

Tapis pembobot A direalisasikan dengan menggunakan opamp TL084, konfigurasi penguatnya menggunakan JFET (Junction Field Effect Transistor) memiliki impedansi masukan tinggi, dan laju lantingannya tinggi (high slew rate) yaitu kemampuan penguat dalam mengikuti kondisi masukan. Catu daya opamp ini menggunakan catu daya tunggal sebesar 5 volt dengan memberikan biasing DC pada masukan noninverting sebesar 2,5 Volt dengan pembagian tegangan dengan resistor R1 dan R9. Opamp difungsikan sebagai penguat AC sinyal kecil dengan

memberikan kapasitor penggandeng (coupling) yang mempunyai sifat menghambat nilai DC dan hanya meneruskan nilai AC. Untai tapis pembobot A ditunjukkan pada gambar 3.3. berikut ini.

C1 10uF

R11 100k 47%

+

TL072 R1

300 R1010k

R9

100k 10uFC1

R11 100k 47%

+

TL072 R1

300 R1010k

R9

Gambar 3.3. Untai tapis pembobot A

Opamp pertama dikonfigurasikan sebagai penguat inverting dengan penguatan

(5)

25 dikonfigurasikan sebagai penguat inverting dengan penguatan ditentukan oleh R11

dan R7. R11 dgunakan sebuah trimmer potensiometer untuk mengatur penguatan satu

(0 dB) saat frekuensi 1 KHz. Inti dari tapis pembobot A adalah jaringan R-C pada keluaran opamp pertama sampai dengan masukan opamp kedua. Gambar 3.4 menunjukkan hasil simulasi dengan Circuit Maker 2000.

Gambar 3.4. Simulasi tapis pembobot A

3.2.4. Untai Tapis Pembobot C

(6)

26

input

output R8

150k R7 150k

R6

10k 10kR5

+

UB TL072 5V C3

0.033uF

5V

Gambar 3.5. Untai Tapis Lolos Tinggi

Frekuensi penggal untuk tapis lolos tinggi dapat dihitung dengan rumus tapis orde 1, yaitu:

Frekuensi penggal =

3 8

2 1

C R

 = 2 *150k*0.033u 32,15Hz 1





Untai tapis lolos rendah ditunjukkan pada gambar 3.6.

output input

C2 120pF

5V C1 0.1uF

5V

+

U1 TL072

R4 10k R3

10k

R2 150k

R1 150k

Gambar 3.6 Untai Tapis Lolos Rendah

(7)

27 Frekuensi penggal =

2 2

2 1

C R

 = 2 *150k*120p 8841Hz

1





Untuk memperoleh tanggapan frekuensi yang diinginkan yaitu memiliki frekuensi penggal bawah di 31,5 Hz dan frekuensi penggal atas di 8000 Hz maka kedua buah penguat operasional ini dihubungkan secara seri (cascade).

3.2.5. Untai True RMS to DC Converter

True RMS to DC Converter berfungsi untuk mendapatkan nilai magnitudo dari sinyal AC dengan menggunakan IC MX536AKN. IC MX536AKN dioperasikan dengan menggunakan mode single supply, dengan tegangan masukan maksimum ± 25V dan akurasi ketelitian sebesar ± 2%.

Berikut skematik rangkaian IC MX536AKN:

IN 1

NC 2

V- 3

Cav 4

dB 5

Buf OUT 6

Buf IN 7

Iout

8 RL

9

COMMON 10

NC 11

NC 12

NC

13 V+

14 U1

MX536AKN 10uF

C1

Cap2 INPUT

1uF Cav Cap Pol1

10K R1 Res1

20K R2

Res1

10K R3 Res1

VCC

VCC 1 2 JP1

Pin IN

1 2 JP2

Header 2 VCC

1 2 JP3

Pin OUT

Gambar 3.7. Rangkaian True RMS to DC Converter – MX536AKN 3.2.6. Untai Mikrokontroler ATMega8535

(8)

28 Konfigrasi untai mikrokontroler ditunjukkan pada Gambar 3.8 berikut ini:

PB0 (XCK/T0) 1

PB1 (T1) 2

PB2 (AIN0/INT2) 3

PB3 (AIN1/OC0) 4

PB4 (SS) 5

PB5 (MOSI) 6

PB6 (MISO) 7

PB7 (SCK) 8

RESET 9

PD0 (RXD) 14

PD1 (TXD) 15

PD2 (INT0) 16

PD3 (INT1) 17

PD4 (OC1B) 18

PD5 (OC1A) 19

PD6 (ICP) 20

PD7 (OC2) 21

PC6 (TOSC1) 28

PC7 (TOSC2) 29

AREF 32

AVCC 30

GND 31

PA7 (ADC7) 33

PA6 (ADC6) 34

PA5 (ADC5) 35

PA4 (ADC4) 36

PA3 (ADC3) 37

PA2 (ADC2) 38

PA1 (ADC1) 39

PA0 (ADC0) 40

VCC 10

Mikrokontroler

ATm ega8535-16PC

1 Y1 2

Header 8 1 Selektor 1 Selektor 2 Selektor 3 Selektor 4 Selektor 5 Selektor 6 GND

Gambar 3.8. Untai Mikrokotroler ATMega 8535

Konfigurasi pin pada mikrokontroler adalah sebagai berikut : 1. PORTA.0 sebagai masukan ADC dari modul LDR 2. PORTA.1 sebagai masukan ADC dari modul mikrofon

3. PORTA.2- PORTA.7 digunakan sebagai selektor untuk mengendalikan seven segment

4. PORTB.2 – PORTB.7 terhubung dengan modul MMC

5. PORTD.0 – PORTD.7 sebagai pengendali data untuk seven segment

6. Pin 12 dan pin 13 digunakan sebagai masukan untai osilator kristal 7. Pin 31 dan pin 11 dihubungkan dengan ground

8. Pin 9 dihubungkan dengan untai reset

(9)

29 3.2.7. Untai Media Penyimpan (MMC)

Penyimpanan data nilai hasil dari pengukuran intensitas cahaya dan suara, dilakukan dengan menggunakan media penyimpan (MMC). Hal ini bertujuan agar bisa melihat kembali hasil pengukuran yang telah dilakukan.

Berikut gambar SD Card/MMC:

Gambar 3.9. Konfigurasi Pin SD Card

1. Pin 1 = CS = Chip Select 2. Pin 2 = DI = Data Input 3. Pin 3 = Vss = Ground 4. Pin 4 = Vcc

5. Pin 5 = SCLK = Serial Clock 6. Pin 6 = Vss2 = Ground 7. Pin 7 = DO = Data Output 8. Pin 8 = DAT1

(10)

30 Berikut ini merupakan rangkaian modul media penyimpan (MMC), ditunjukkan pada gambar 3.10:

1

Header 2 GND

MMC Pin GND

D Zener

D2

D Zener

D3

D Zener

D4

D Zener

Q1

Gambar 3.10. Modul Rangkaian MMC

Menyimpan data pengukuran pada MMC harus melalui beberapa tahap sebelum bisa di copy ke dalam file dan disimpan d MMC. Proses pembuatan sebuah file harus sesuai dengan format tipe MMC (FAT). Dalam mengisi file dengan data, harus diperhatikan yaitu pembacaan besar alamat file yang telah dibuat. Hal ini untuk menghindari penyimpanan data yang bertumpuk pada baris yang sama di dalam file tersebut.

3.2.8. Untai Media Penampil

(11)

31 Konfigurasi dari untai modul media penampil ditunjukkan pada gambar 3.11 berikut ini:

f

Dpy Blue-CA

f

Dpy Blue-CA

f

Dpy Blue-CA

f

Dpy Blue-CA

f