TERMOMETER DIGITAL BERBASIS AT89S51
UNTUK MENGUKUR SUHU TUBUH MANUSIA
DENGAN OUTPUT SUARA
Oleh :Junaldi, Muhammad Irmansyah & Era Madona
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang
ABSTRACT
Nowadays, thermometer have been used by the societies but in general its designed to one that have the physical normal conditions especially in their seeing and listening abilities. So they will find the difficulty in using existing thermometer.
In general, thermometer has sound output use LM35D censor, ADC0804, microcontroller AT89C51, LCD M1632 and ISD 2590. The range measurement of this thermometer is in the temperature 28C – 42C.
The results of examination indicate those thermometers which have been designed to have quicker response in reaching body temperature compared to the quicksilver thermometer. The response time of this thermometer is 5 minutes which temperature output error 0,19 C. The produced sound output is very clear. So this instrument is suitable to be used as body thermometer.
Keywords: thermometer, microcontroller AT89C51, LCD M1632, ISD 2590
.
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Semua peralatan yang telah ada hanya menunjukan indikator terhadap suatu besaran fisik yang diproduksi dan diperuntukan untuk orang yang tidak memiliki cacat fisik. Ini berarti semua perangkat tersebut hanya dapat digunakan pada kondisi fisik normal. Seperti halnya termometer yang diproduksi dan telah banyak digunakan oleh masyarakat sekarang tetapi pada umumnya hanya dirancang untuk orang yang memiliki kondisi fisik normal saja, terutama dalam kemampuan melihat. Untuk manusia yang memiliki kondisi tubuh yang tidak normal, misalnya buta dan cacat fisik lain, masih jarang diproduksi.
Berkaitan dengan masalah tersebut, maka dirancanglah suatu alat yang dapat mengatasi masalah tersebut. Disini penulis merancang alat dengan judul ” TERMOMETER DIGITAL BERBASIS AT89S51 UNTUK MENGUKUR SUHU TUBUH MANUSIA
DENGAN OUTPUT SUARA”. Alat ini
mempunyai fungsi alat tersebut tidak hanya dapat digunakan oleh mereka yang memiliki kondisi tubuh yang normal akan tetapi juga dapat digunakan oleh sebagian orang-orang yang mengalami keterbatasan dalam kemampuan melihat dan mendengar. Kelebihan dari alat ini adalah fasilitas termometer digital ini berupa suara yang diolah dengan menggunakan IC ISD dan tampilan dalam bentuk LCD.
1.2 Perumusan Masalah
Bagaimana mengukur suhu tubuh secara digital dengan menggunakan mikrokontroller AT89C51?
1.3Tujuan Penelitian
Mengaplikasikan mikrokontroller untuk mengukur suhu tubuh secara digital dengan menggunakan mikrokontroller AT89S51
1.4 Manfaat Penelitian
Mengaplikasikan peralatan elektronika di bidang kesehatan.
1.5 Tinjauan Pustaka Mikrokontroler AT89S51
Berbeda dengan komputer (PC) yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi, mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu atau hanya bisa menyimpan satu jenis program. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan ROM dan RAM. Pada komputer program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relatif besar, sedang rutin-rutin antar muka perangkat keras di simpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler, program kontrol di simpan dalam ruang ROM yang relatif lebih besar dan RAM hanya digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara. Spesifikasi teknik dari mikrokontroler AT89S51 adalah sebagai berikut: 8-bit Central Processing Unit, 4 Kbytes of In-System Reprogrammable Flash Program
Memory, RAM Internal 128x8-bit, 32 jalur port
I/O Bidirectional, Full Dupplex serial port, 2
Timer/Counter 16-bit, kemampuan
pengalamatan ke memori program dan memori data eksternal masing-masing mencapai 64 Kbyte
LM35 (Precision Centrigate Temperature
Sensor)
LM35 merupakan seri IC sensor temperatur dengan tingkat ketelitian, serta tegangan output berbanding linear pada temperatur celcius (centrigate). LM35 memiliki keuntungan dibanding sensor temperatur linear yang dikalibrasikan dalam 0
Kelvin. User tidak
perlu mengurangi tegangan konstan yang besar dari outputnya untuk menentukan dengan tepat dalam skala centrigate. LM35 tidak membutuhkan pengkalibrasian dari luar ataupun peralatan tambahan lainnya untuk
menghasilkan akurasi normal + ¼ 0C pada suhu ruangan dan + ¾ 0C melebihi range temperatur penuh –55 s/d + 150 0C. Impedansi membuat interfacing untuk membaca keluaran atau mengontrol rangkaian secara mudah. Ini bisa digunakan dengan 1 power supply atau dengan supply plus dan minus. Arus yang digunakan hanya 60 μA dari supply yang diberikan. Sensor ini mempunyai pemanasan diri yang rendah, kurang dari 0.1 0C diudara.
LM35 biasanya dioperasikan pada range temperatur sekitar -55 0 s/d + 150 0C.
sedangkan LM35 rangenya sekitar – 40 0C s/d +110 0 C. Seri LM35 dibuat dalam bentuk transistor kedap udara TO-46, sedangkan LM35C juga bisa berbentuk transistor plastik TO-92.
ISD2590
ISD merupakan singkatan dari
Information Storage Device, sebuah single chip
yang berkualitas. Komponen CMOS terdiri dari
oscilator on chip, microphone preamplifier,
kontrol penguatan otomatis, penyaringan yang halus dan speaker amplifier. Untuk menghasilkan output suara, pada perancangan sisem ini menggunakan IC ISD2590 yang mempunyai kemampuan penyimpanan suara dengan durasi 90 detik. IC ISD 2590 dioperasikan dalam mode addres bit artinya setiap kata yang direkam mempunyai addres sendiri. Ada 18 kata yang disimpan dalam ISD2590 seperti yang terlihat pada gambar 1. Dalam tabel ini juga dapat dilihat pengaturan
addres untuk setiap kata yang disimpan dalam
ISD2590. Gambar Rangkaian ISD 2590 dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Fitur ISD 2590
• Single chip yang mudah digunakan, merekam suara dan menampilkannya
• Berkualitas bagus, menampilkan suara yang natural
• Single chip dengan durasi penyimpanan selama 90 detik
• Switch yang manual atau mikrokontroller yang kompatibel
• Untuk durasi yang lama dapat dipakai bergandengan
• Arus standby = 1 μA
• Kekuatan penyimpanan pesan maksimal • Mempunyai alamat yang besar untuk
menyimpan semua pesan • 100 tahun lama penyimpanan • Merekam 100.000 siklus
• Besar tegangan power supply = 5 V
• Tersedia dalam bentuk paket PDIP, SOIC dan TSOP
• Temperatur = 0 sampai 50 oC
Gambar 1.1 Blok Rangkaian IC ISD2590
Liquid Cyrstal Display (LCD)
Pada dasarnya jenis modul LCD dari segi fungsinya dibagi menjadi dua, yaitu modul karakter dan modul grafik. Sesuai dengan namanya, modul karakter berfungsi untuk menampilkan sejumlah karakter yang telah diprogram. Jenis karakter yang biasa digunakan yaitu karakter alphanumeric (mencakup alphabet a-z dan numeric 0-9).
Sedangkan modul LCD grafik digunakan untuk menampilkan grafik. Karakter yang ditampilkan pada modul karakter dibentuk dengan format dot matrik 5x7. Setiap bagian dot matrik tersebut disusun dalam bentuk baris dan kolom. Jenis modul LCD yang sangat banyak dijumpai adalah LCD 2x16, artinya pada modul tersebut terdapat susunan dot matrik yang terdiri dari 2 baris dan 16 kolom. Sehingga modul tersebut dapat menampilkan 2x16 karakter.
2. METODE PENELITIAN
2.1 Perancangan Perangkat Keras Diagram Blok Sistem
Gambar 2.1 Diagram Blok Sistim
Dari diagram blok pada gambar terlihat bahwa alat yang akan dirancang terdiri dari beberapa bagian:
♦ Bagian sensor suhu
♦ Bagian penguat sinyal
♦ Bagian pengkonversi analog ke digital(ADC)
♦ Bagian sistim minimum DT-51(AT89S51) ♦ Bagian LCD
♦ Bagian IC ISD (output suara) ♦ Bagian Speaker
2.1.1 Bagian Sensor Suhu
Sensor suhu yang digunakan adalah LM35 (Precision Centrigate Temperature
0Celcius (Centrigate). Sensor ini mempunyai
skala faktor linear + 10 mV/ 0C.
LM35 R + VS
VOUT
VS
Gambar 2.2 Rangkaian sensor LM35
Jika Vs = 5V maka R1 dapat dihitung:
K
A
V
A
Vs
R
100
50
5
50
1
=
−
=
−
=
μ
μ
Jika Vout=250 mV maka ekivalen dengan suhu sebesar 250C
Vout=1,5V maka ekivalen dengan suhu sebesar 1500C
2.1.2 Bagian Penguat sinyal
Bagian penguat sinyal ini berfungsi untuk menguatkan tegangan output dari rangkaian sensor suhu. Bagian penguat sinyal ini dibangun dari rangkaian non inverting
amplifier . Besarnya penguatan yang dihasilkan
dari rangkaian non inverting amplifier ini sebesar 2 kali.
2.1.3 Bagian Pengkonversi Analog ke Digital
ADC 0804 adalah konverter analog ke digital 8 bit CMOS yang menggunakan metoda konversi successive approximation. Tegangan referensinya dapat diatur untuk mendapatkan konversi dengan resolusi 8 bit penuh pada range tegangan input berapa saja. Untuk mengoperasikan ADC ini maka diperlukan suatu rangkaian pendukung yang menyediakan kontrol sinyal dan tegangan referensi. Vref/2 yang artinya tegangan referensi yang dipasang harus setengah dari input maksimum. Dari rangkaiannya maka Vref disini dapat diatur dengan mengunakan potensiometer hingga maksimum sama dengan Vz. Dari desain yang
dilakukan dinyatakan bahwa resolusi yang dikehendaki adalah 20 mV maka:
V ref = 20 mV 256
×
= 5.12 VTegangan yang masuk pada pin ADC adalah Vref/2 sehingga Vref/2=2,56V dengan demikian diperlukan dioda Zener dengan Vz=3,9V dan untuk membaginya tersebut digunakan potensiometer 10K sehinga menghasilkan tegangan referensi 2,56V.
+5 +5 R8 1k C6 10uF R5 1K Z2 3.9V C5 10uF R2 10k VccREF 20 Vin(-) 7 lsbDB0 18 DB1 17 Vin(+) 6 DB2 16 DB3 15 DB4 14 A-GND 8 DB5 13 DB6 12 msbDB7 11 Vref/2 9 INTR 5 CLK-R 19 CS 1 RD 2 CLK-IN 4 WR 3 U5 ADC0804 V2 10K C4 150p C2 100n D1 D3 Z1 4V7 +12 R9 100 PC1 PC0 PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7 INPUT
Gambar 2.3 Rangkaian ADC 0804
2.1.4 Bagian sistim minimum AT89S51
Mikrokontroler yang digunakan pada sistim ini adalah AT89S51 yang sudah dirangkai menjadi suatu sistim minimum DT-51. Data-data yang dibutuhkan (seperti data
membership function, data rules dan instruksi
program) didownload ke DT-51 melalui komunikasi serial antara DT-51 dengan PC.
2.1.5 Bagian LCD
LCD ini berfungsi untuk menampilkan hasil pengukuran yang telah diolah oleh kontroler. Hasil yang ditampilkan pada LCD adalah hasil pengukuran suhu tubuh dari
sensor LM35. Data yang ditampilkan untuk
pengukuran suhu dalam satuan derajat Celcius.
2.1.6 Bagian IC ISD (Output Suara)
ISD merupakan singkatan dari
Information Storage Device, sebuah singel chip
yang berkualitas. Komponen CMOS terdiri dari
oscilator on chip, mikrophone preamplifier,
kontrol penguatan otomatis, penyaringan yang halus dan speaker amplifier.
Pada saat merekam kata yang akan dikeluarkan, IC ISD 2590 diletakan pada soket IC ISD 1. Sementara untuk memproses kata yang telah direkam oleh mikrokontroler, IC ISD 2590 dipindahkan pada soket IC ISD 2.
Gambar 2.5 Rangkaian ISD 2590
2.1.7 Bagian Speaker
Gambar 2.6 Rangkaian Penguat speaker
IC LM 380N yang digunakan pada rangkaian penguat speaker diatas berfungsi sebagai penguat audio (audio amplifier). Bentuk rangkaian yang terdapat pada IC diatas adalah
Gambar 2.7 Rangkaian di dalam IC LM380N
2.2 Perancangan Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang dirancang untuk sistim ini adalah perangkat lunak untuk menjalan sistim mikrokontroler secara keseluruhan, software ini dirancang dengan menggunakan bahasa assembly mikrokontroller AT89S51.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian rangkaian sensor suhu
Pengukuran dilakukan dengan memberikan panas dengan suhu tertentu pada
sensor LM35 dan diukur dengan tegangan
output yang dihasilkan. Kemudian dibandingkan dengan tegangan output sensor LM 35 dari data book. Pada saat suhu 0C, output sensor LM35 mengeluarkan tegangan 0 volt. Setiap kenaikan 10C, output sensor LM35
akan naik sebesar 10 mVolt. Sensor LM35 membutuhkan power supply sebesar 5 volt.
Tabel 3.1 Pengukuran Sensor LM35 SUHU (0C) OUTPUT LM35 (mVolt) OUTPUT LM35 dari databook (mVolt) Error (%) 29 289 290 0,34 30 305 300 1,64 31 307 310 0,96 32 316 320 1,25 33 322,6 330 2,24 34 345 340 1,45 35 354 350 1,14 36 362 360 0,55 37 375 370 1,35 38 384 380 1,05 39 389 390 2,56 40 403 400 0,75
Pengujian pada bagian penguat
Penguat yang telah dirancang diberikan input tertentu kemudian dilakukan pengukuran pada bagian output dari penguat. Setelah itu dibandingkan dengan hasil perhitungan dari penguat yang telah dirancang. Kenaikan
sensor LM35DZ 1oC sebesar 10 mV. Sensor LM35 membutuhkan power supply sebesar 5 volt.
Tabel 3.2 Pengukuran bagian penguat
Input (mV) Output Pengukuran (mV) Output Perhitungan (mV) Error (%) 289 578 580 0,34 305 610 600 1,66 307 614 620 0,96 316 632 640 1,25 322 645 660 2,24 345 690 680 1,47 354 708 700 1,43 362 724 720 0,55 375 750 740 1,35 384 768 760 1,05 389 778 780 0,25 403 806 800 0,75
Pengujian bagian ADC
Setelah keluaran sensor yang berupa
tegangan maka sebelum dimasukkan ke mikrokontroler , output rangkaian sensor harus diubah ke dalam bentuk digital karena mikrokontroler hanya dapat menerima input berupa digital. Oleh karena itu, keluaran harus dihubungkan pada rangkaian ADC yang akan mengubah sinyal analog menjadi digital.
Tabel 3.3 Pengukuran konversi ADC
Suhu (0C) Konversi Data ADC (binner) Pembacaan LCD (Desimal) 29 00101001 29 30 00110000 30 31 00110001 31 32 00110010 32 33 00110011 33 34 00110100 34 35 00110101 35 36 00110110 36 37 00110111 37 38 00111000 38 39 00111001 39 40 01000000 40 Pengujian Sistem
Pengujian termometer secara keseluruhan meliputi beberapa bagian yaitu :
1. Pengujian respon sensor LM 35 dan thermometer air raksa
2. Pengujian pada output suara
Pengujian respon sensor LM 35 dan termometer air raksa
Pengujian ini dilakukan untuk menguji waktu respon dari sensor LM35 dan Termometer air raksa. Pengujian ini dilakukan dengan melakukan pengukuran waktu yang diperlukan oleh sensor LM35 dan Termometer air raksa mencapai pengukuran suhu tubuh 370C dari suhu ruangan awal 33 0C. dalam
percobaan ini, pengukuran dilakukan sebanyak dua kali untuk mendapatkan data kumulatif sehingga didapat waktu rata-rata yang dibutuhkan oleh sensor dan termometer air raksa untuk mendapatkan suhu tubuh normal
yang tepat. Setiap kali pengukuran, suhu pada
sensor dikembalikan pada suhu ruangan.
Gambar 3.1 menunjukkan hasil pengujian dari termometer air raksa.
2. Mikrokontroller AT89S51 dapat diaplikasikan untuk mengukur suhu tubuh secara digital.
thermometer air raksa
0 50 100 150 200 250 suhu (oC) w akt u ( d e ti k ) data 1 data 2 data 1 7 16 23 57 210 data 2 23 30 35 90 180 33 34 35 36 37
3.
Dengan menggunakan ISD 2590 kita dapat mengetahui suhu tubuh yang diukur berupa suara, sehingga orang yang cacat dalam penglihatan pun dapat mengetahui suhu tubuh yang diukur.4.
Dari hasil pengujian, termometer digital mempunyai respon yang cepat dalam pengukuran suhu tubuh jika dibandingkan dengan termometer air raksa.DAFTAR PUSTAKA
1. Rahmad Setiawan, 2006, Mikrokontroller MCS-51, penerbit Graha Ilmu
2. McKenzie, L.Scott, 1995, The Microcontroller, 2nd edition, Prentice Hall, Inc.,USA
Gambar 3.1 Grafik suhu termometer air raksa
terhadap waktu
Pengujian pada output suara 3. Agfianto Eko Putra, 2004, Belajar
Mikrokontroller AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi edisi 2
Pengujian ini dilakukan untuk menguji ketepatan suara yang dikeluarkan oleh sistem. Pengujian ini dilakukan dengan memutar kembali semua kata yang telah direkam dalam IC ISD2590. Hasil yang dicapai, semua kata tersebut dapat diputar kembali dengan baik tanpa ada kesalahan. Namun ada selang waktu pada setiap akhir pengucapan sebuah kata. Suara yang terdengar terkesan terpatah-patah. Hal ini terjadi karena sistem yang digunakan dalam memutar kembali suara yang telah direkam dengan memberikan delaytime sebagai jarak antar kata.
4. Intel, MCS-51 Family Of Single Chip Microcomputer Users Manual, Intel Corp, Santa Clara USA, 1981
5. KESIMPULAN
1. Sensor LM 35 dapat diaplikasikan untuk mengukur suhu tubuh secara digital dengan pembacaan data yang lebih presisi dibandingkan jika menggunakan termometer air raksa.
