T1 612009058 BAB III

(1)

19

BAB III

PERANCANGAN ALAT

Pada bab ini akan dijelaskan perancangan alat, yaitu perancangan perangkat

keras dan perancangan perangkat lunak. Perancangan perangkat keras terdiri dari

perangkat elektronik dan instalasi perangkat keras.

3.1. Gambaran Sistem

Pada gambar 3.1 menunjukkan blok diagram dari keseluruhan alat yang dibuat.

Pada gambar 3.2 menunjukkan gambaran dari keseluruhan sistem yang dirancang.

Pengkondisi

Catu Daya PLN 220VAC

POWER

VCC

(2)

20

200 cm

30 cm

19,5 cm

14,5 cm 36 cm

100 cm

35 cm

10 cm

20 cm Sensor Tinggi

Badan

Sensor Berat Badan Box Pengendali

Utama LCD

Penampil

(3)

21

Pada gambar 3.2 untuk Box pengendali utama terdiri dari rangkaian

mikrokontroler, rangkaian driver LCD dan rangkaian pengkondisi sinyal. Untuk

dimensi atau ukuran dari alat juga dapat dilihat pada gambar tersebut.

3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras

Pada bagian ini dijelaskan mengenai perancangan dari perangkat keras yang

dibuat. Perancangan modul timbangan digital disusun dengan komponen seperti sensor

berat strain gauge, untai penyeimbang jembatan wheatstone, rangkaian pengkondisi

sinyal sebagai rangkaian penguat sinyal sensor berat. Dan perangkat keras lainnya

seperti modul sensor tinggi, board mikrokontroler, LCD penampil maupun catu daya

yang dibutuhkan.

3.2.1 Sensor Strain Gauge

Sensor berat yang digunakan adalah strain gauge disusun dengan konfigurasi

rangkaian jembatan wheatstone. Dalam penerapannya untai jembatan wheatstone

digabung dengan untai penyeimbang jembatan. Gambar 3.3 adalah contoh sensor strain

gauge yang digunakan sebagai timbangan digital.

Gambar 3.3 Strain Gauge Sensor

Sedangkan untuk konfigurasi rangkaian jembatan wheatstone

digabungkan dengan untai penyeimbang rangkaian jembatan dapat dilihat di bab

dua pada gambar 2.10. Realisasi perangkat keras untuk sensor strain gauge dan

(4)

22

Gambar 3.4 Realisasi Sensor Berat dan Untai Penyeimbang

3.2.2 Rangkaian Pengkondisi Sinyal

Tegangan keluaran dari sensor berat sebelum masuk ke pin ADC mikrokontroler

dihubungkan terlebih dahulu dengan rangkaian pengkondisi sinyal. Didalam

perancangan ini digunakan IC(Integrated Circuit) INA125P yang merupakan IC

instrumentasi yang mempunyai karakteristik[11] :  Low quiescent current 460 µA

 Precision Voltage Reference : 1.24V, 2.5V, 5V or 10V

 Sleep Mode

 Low Offset Voltage 250µV maximal

 Low Offset Drift 2µV/oC maximal

 Low Input Bias Current 20nA maximal

 High CMRR 100dB minimal

 Low noise 38nV/√ at f=1kHz  Input Protection to ±40V

 Wide Supply Range

Single Supply 2.7V to 36V

Dual Supply ±1.35V to ±18V

Berdasarkan hasil pengukuran didapatkan selisih tegangan pada rangkaian

(5)

23

Tabel 3.1 Pengukuran Selisih Tegangan Modul Sensor Berat Beban Vo = (V+ - V- ) Sensor Berat

3,0 mV. ADC mikrokontroler hanya dapat diberi masukan tegangan dari 0 volt sampai 5

volt, jika ditentukan untuk berat maksimum nilai tegangannya adalah 4,5 volt setelah

masuk rangkaian penguat. Maka besar penguatan yang diperlukan adalah :

(3.1)

Besar penguatan IC INA125P dapat diatur sesuai dengan rumus sebagai berikut

(3.2)

Jika besar penguatan yang dibutuhkan adalah 1500 kali maka nilai RG yang harus

(6)

24

Jadi nilai RGyang harus dipasang sebesar 40 Ω untuk mendapatkan penguatan sebesar

1500 kali.

(7)

25

Gambar 3.6 Realisasi Modul Sensor Berat

3.2.3 Perancangan Modul Sensor Tinggi

Pengukur tinggi menggunakan sensor ultrasonik SRF-05 HY dengan spesifikasi

sebagai berikut :

 Menghasilkan frekuensi 40kHz

 Jarak Minimal 3 cm

 Input Trigger 10µs minimum, TTl level pulse

 Echo Pulse Positive TTL level signal, proportional to range  Jarak deteksi maksimum 4m

 Resolusi 1cm

Gambar 3.7 Sensor Ultrasonik SRF 05HY

Tipe sensor ini dapat digunakan dalam dua pilihan mode yaitu input trigger dan

output echo terpasang pada pin yang berbeda atau input trigger dan echo terpasang

(8)

26  Mode 1(Trigger dan Echo terpisah)

Pada mode ini untuk mengakses input dan output digunakan pin sensor yang

berbeda, artinya satu pin akan berfungsi sebagai transmitter dan satu pin sebagai

receiver. Pin trigger dan echo dibedakan. Timing diagram pada mode 1 dapat dilihat

pada gambar 3.6.

Gambar 3.8 Timing Diagram Mode 1[12]  Mode 2(Trigger dan Echo dalam satu pin)

Mode ini menggunakan satu pin untuk digunakan sebagai trigger dan echo.

Untuk menggunakan mode ini, hubungkan pin no connection pada 0V atau ground.

Sinyal trigger dan echo didapat dari satu pin saja dengan delay antara sinyal trigger

dan echo kurang lebih 700us. Timing diagram pada mode 2 dapat dilihat pada

gambar 3.7.

(9)

27

Dalam penggunaan sebagai sensor tinggi badan dipilih mode 1 yaitu pin trigger dan

echo yang terpisah.

Gambar 3.10 Realisasi Sensor Tinggi Badan

3.2.4 Board Mikrokontroler

Mikrokontroler yang digunakan dalam skripsi ini adalah Arduino Uno R3 yang

berfungsi sebagai pengendali utama dari keseluruhan alat. Konfigurasi penggunaan pin

mikrokontroler Arduino uno dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 3.2 Konfigurasi Pin Mikrokontroler yang digunakan

Port Pin Keterangan

A0 Input sensor berat

Aref Input tegangan referensi ADC

D12 Echo sensor SRF-05 HY

D13 Trigger sensor SRF-05 HY

D10 Output LCD karakter 20x4

(10)

28

Gambar 3.11 Mikrokontroler Arduino Uno 3.2.5 LCD Karakter

LCD karakter digunakan untuk menampilkan data tinggi, berat badan,

perhitungan BMI, dan klasifikasi BMI.

Gambar 3.12 LCD Karakter Menampilkan Data Kosong (Belum Ada Pemakai)

3.2.6 Catu Daya

Tegangan yang dihasilkan pada gambar adalah 5V dan 12V .Tegangan tinggi

AC 220 V diturunkan oleh transformator CT, keluaran tegangan dari transformator

masih tegangan bolak-bailk (AC) sehingga disearahkan dengan dioda agar menjadi

searah (DC). Setelah melewati proses penyearahan gelombang AC mejadi DC,

diberikan kapasitor C1 untuk menekan ripple yang terjadi dari proses penyearahan

gelombang AC, sehingga keluaran nya sudah murni menjadi tegangan DC yang

sempurna. Kemudian untuk memangkas tegangan menjadi 5V dan 12V maka

(11)

29

akhir C2 sebagai penstabil keluaran DC, disini kualitas gelombang searah atau DC

sudah baik dan siap digunakan untuk mensuplai rangkaian yang telah dibuat.

Gambar 3.13 Catu Daya 5V dan 12V

Gambar 3.14 Realisasi Rangkaian Catu Daya

3.2.7 Realisasi Keseluruhan Perangkat Keras Elektronik

Realisasi perangkat keras secara keseluruhan gabungan dari modul sensor berat,

sensor tinggi, rangkaian pengkondisi sinyal, mikrokontroler dan LCD penampil dapat

(12)

30 (a)

(b)

(13)

31 3.3. Perancangan Perangkat Lunak

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak.

Perancangan perangkat lunak dijelaskan dalam diagram alir keseluruhan alat.

Ukur Tinggi Badan

Ukur Berat Badan

Hitung

Body Mass Index

Tampilkan Data

Selesai

Tidak

Apakah ada Pemakai?

Start

Inisialisasi

Ada

Kalibrasi Sensor

Sesuai?

Belum

Sudah

(14)

32

Penjelasan diagram alir program adalah sebagai berikut :

 Progam langsung aktif ketika dihidupkan yang kemudian alur program menuju pada proses inisialisasi.

 Saat belum ada data, sudah ada data ADC yang terbaca oleh mikrokontroler oleh sebab itu dilakukan pengkalibrasian sensor agar tidak mempengaruhi

proses pengambilan data.

 Proses kalibrasi dengan jalan yaitu mengambil nilai ADC saat belum ada beban kemudian data tersebut disimpan yang kemudian dikurangi dengan

nilai konstanta tertentu yang sudah diset nilainya.

 Jika hasil dari pengurangan nilai ADC saat tidak ada beban kurang dari nol, maka data ADC kemudian di set menjadi nol. Sehingga berat yang tertampil

adalah nol kilogram.

 Sedangkan untuk sensor tinggi, jika tidak ada pengguna jarak yang terukur adalah nol meter

 Setelah proses kalibrasi selesai masuk ke proses selanjutnya yaitu apakah ada pengguna atau tidak, jika belum ada data tinggi dan berat badan maka

data yang ditampilkan kosong atau bernilai nol.

 Jika sudah ada pemakai maka proses selanjutnya yang dilakukan adalah mengukur tinggi badan.

 Proses pengambilan data tinggi yaitu dengan mengukur jarak dari kepala sampai pada jarak sensor. Setelah tahap ini selesai maka konstanta nilai

jarak yang sudah diatur dikurangi dengan hasil dari pembacaan sensor.  Hasil pengurangan tersebut kemudian menjadi data tinggi badan dari

pemakai.

 Proses selanjutnya yaitu pengukuran berat badan pemakai.

 Ada beban pada timbangan, maka nilai ADC yang terbaca oleh mikrokontroler lebih besar dari konstanta kalibrasi sehingga nilai selisih

yang didapat lebih dari nol, sehingga alur program akan menuju pada proses

berikutnya.

 Nilai ADC diambil sebanyak 100 kali kemudian dicari nilai rata-ratanya, setelah didapatkan nilai rata-rata menuju ke proses konversi data dari ADC

(15)

33

 Data tinggi dan berat badan sudah diperoleh maka akan dilakukan proses perhitungan nilai BMI.

 Perhitungan nilai BMI selesai maka data yang sudah didapat akan ditampilkan pada LCD karakter

 Data yang ditampilkan yaitu berupa data tinggi, berat, hasil perhitungan BMI, dan kriteria BMI berdasarkan hasil perhitungan nilai BMI.