5 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Material Komposit
Komposit didefinisikan sebagai dua macam atau lebih material yang
digabungkan atau dikombinasikan dalam skala makroskopis(dapat terlihat
langsung oleh mata)sehingga menjadi material baru yang lebih berguna.komposit
terdiri dari 2 bagian utama yaitu :
1. Matriks, berfungsi untuk perekat atau pengikat dan pelindung filler
(pengisi) dari kerusakan eksternal. Matriks yang umum digunakan :
carbon, glass, kevlar, dll
2. Filler (pengisi), berfungsi sebagai Penguat dari matriks. Filler yang umum
digunakan : carbon, glass, aramid, kevlar.
Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal dimana
merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja bersama
untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur
bahan penyusunnya. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama
(matrik – matrix) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan
untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya
dalam bentuk serat (fibre, fiber).
Sekarang, pada umumnya komposit yang dibuat manusia terbagi menjadi 3
6
1. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)
Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC) – Bahan
ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan disebut, Polimer
Berpenguatan Serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or Plastics) –
bahan ini menggunakan suatu polimer-berdasar resin sebagai matriknya,
dan suatu jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) sebagai
penguatannya
2. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)
Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC) – ditemukan
berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam
seperti aluminium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti
silikon karbida.
3. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)
Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC) –
digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini
menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek,
atau serabut-serabut (whiskers) dimana terbuat dari silikon karbida atau
boron nitrida
2.1.1 Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites-PMC)
Sistem resin seperti epoksi dan poliester mempunyai batasan penggunaan
dalam manufaktur strukturnya, dikarenakan sifat-sifat mekanik tidak terlalu tinggi
dibandingkan sebagai contoh sebagian besar logam. Bagaimanapun, bahan
tersebut mempunyai sifat-sifat yang diinginkan, sebagian besar khususnya
7
Bahan seperti kaca, aramid dan boron mempunyai kekuatan tarik dan kekuatan
tekan yang luar biasa tinggi tetapi dalam ‘bentuk padat’ sifat-sifat ini tidak
muncul. Hal ini berkenaan dengan kenyataan ketika ditegangkan, serabut retak
permukaan setiap bahan menjadi retak dan gagal dibawah titik tegangan patah
teoritisnya.
Untuk mengatasi permasalahan ini, bahan diproduksi dalam bentuk serat,
sehingga, meskipun dengan jumlah serabut retak yang terjadi sama, serabut retak
tersebut terbatasi dalam sejumlah kecil serat dengan memperlihatkan sisa
kekuatan teoritis bahan. Oleh karena itu seikat serat akan mencerminkan lebih
akurat kinerja optimum bahan. Bagaimanapun juga satu serat dapat hanya
memperlihatkan sifat-sifat kekuatan tarik sesuai panjang serat, seperti halnya serat
dalam suatu tali.
Jika sistem resin dikombinasikan dengan serat penguat seperti kaca,
karbon dan aramid, sifat-sifat yang luarbiasa dapat diperoleh. Matrik resin
menyebarkan beban yang dikenakan terhadap komposit antara setiap individu
serat dan juga melindungi serat dari kerusakan karena abrasi dan benturan.
Kekuatan dan kekakuan yang tinggi, memudahkan pencetakan bentuk yang rumit,
ketahanan terhadap lingkungan yang tinggi dengan berat jenis rendah, membuat
kesimpulan komposite lebih superior terhadap logam dalam banyak aplikasi. Bila
Komposit Matrik Polimer mengabungkan sistem resin dan serat penguat,
sifat-sifat yang dihasilkan bahan komposit akan memadukan beberapa hal sifat-sifat-sifat-sifat
8
Secara umum, sifat-sifat komposit ditentukan oleh:
1. Sifat-sifat serat
2. Sifat-sifat resin
3. Rasio serat terhadap resin dalam komposit (Fraksi Volume Serat – Fibre
Volume Fraction)
4. Geometri dan orientasi serat pada komposit
2..2 Mikrokontroller Atmega32
Mikrokontroler dapat dianalogikan sebagai sebuah sistem komputer yang
dikemas dalam sebuah chip, artinya di dalam sebuah IC mikrokontroler
sebetulnya sudah terdapat kebutuhan minimal agar mikroprosesor dapat bekerja,
yaitu meliputi mikroprosesor, ROM, RAM, I/O dan clock seperti halnya yang
dimiliki oleh sebuah PC. Mengingat kemasannya yang berupa sebuah chip dengan
ukuran yang relatif lebih kecil, tentu saja spesifikasi dan kemampuan yang
dimiliki oleh mikrokontroller akan menjadi lebih rendah bila dibandingkan
dengan sistem komputer seperti PC baik dilihat dari segi kecepatannya. Tidak
seperti system komputer, yang mampu menangani berbagai macam program
aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya),
mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja.
Meskipun dari sebuah kemampuan lebih rendah tetapi mikrokontroller
memiliki kelebihan yang tidak bisa diperoleh pada sistem komputer yaitu,dengan
kemasannya yang kecil dan kompak membuat mikrokontroller menjadi lebih
fleksibel dan praktis digunakan terutama pada sistem-sistem yang relatif tidak
9
2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATmega32
Mikrokontroler AVR ATmega32 merupakan CMOS dengan konsumsi
daya rendah, mempunyai 8-bit proses data (CPU) berdasarkan arsitektur AVR
RISC. Dengan mengeksekusi instruksi dalam satu (siklus) clock tunggal,
ATmega32 memiliki kecepatan data rata-rata (throughputs) mendekati 1 MIPS per
MHz, yang memungkinkan perancang sistem dapat mengoptimalkan konsumsi
daya dan kecepatan pemrosesan. Berikut kelebihan yang dimiliki ATmega32
(Aozon mengambil referensi langsung dari Atmel termasuk datasheet yang
diterbitkannya):
1. Kinerja Tinggi, Low-Power AVR® 8-bit Microcontroller
Seperti yang disebutkan Atmel dalam websitenya "The low-power Atmel
8-bit AVR RISC-based microcontroller... The device supports throughput
of 16 MIPS at 16 MHz and operates between 2.7-5.5 volts".
2. Menggunakan Arsitektur RISC
Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur Reduced Instruction Set
Computing (RISC) atau " set instruksi Komputasi yang disederhanakan".
3. Daya Tahan Tinggi dan Segmen Memori Non-Volatile
Mikrokontroler AVR memiliki daya tahan data (retensi data) 20 tahun
ketika suhu mencapai 85°C atau 100 tahun ketika suhu mencapai 25°C.
4. Memiliki Antarmuka JTAG (IEEE std. 1149.1 Compliant)
Tidak hanya SPI, ATmega32 memiliki antarmuka JTAG yang
memungkinkan pengguna dapat memprogram Flash, EEPROM, Fuse, dan
Lock Bits.
10
Mikrokontroler AVR memiliki fitur tambahan yang sangat membantu kita
untuk melakukan penelitian yang lebih baik, seperti terdapat ADC, PWM
dan Timer.
6. Memiliki Fitur Tambahan
Mikrokontroler ini memiliki fitur menarik yang patut dicoba seperti 5
mode Sleep, eksternal dan internal interupsi, dan kalibrasi RC Oscillator
internal.
7. Mempunyai 32 jalur Program I/O
ATmega32 mempunyai 32 jalur Program sehingga memungkinkan kita
untuk mengontrol lebih banyak device/ perangkat, seperti Tombol/ switch,
LED, buzzer dan LCD.
8. Memiliki operasi tegangan dari 2,7 Volt sampai 5,5 Volt
ATmega32 memiliki operasi tegangan dari 2,7 Volt sampai 5,5 Volt. Ini
sangat membantu kita untuk menghemat listrik. Kecepatan maksimal bisa
mencapai 16 MHz (tanpa overclock).
9. Daya yang dibutuhkan ketika aktif hanya 1,1 mA
ATmega32 membutuhkan arus yang sangat kecil dibanding komponen
analog yang biasa kita pakai. Hal ini dibuktikan dengan konsumsi daya
yang dibutuhkan ketika aktif saja hanya 1,1 mA, bahkan bisa mencapai 1
uA ketika mode power-down.
Arsitektur AVR ini menggabungkan perintah secara efektif dengan
32 register umum. Semua register tersebut langsung terhubung dengan
Arithmetic Logic Unit (ALU) yang memungkinkan 2 register terpisah diproses
11
yang efektif dan kecepatan prosesnya 10 kali lebih cepat dari pada mikrokontroler
CISC biasa.
2.2.2 Konfigurasi Pin ATMega32
Gambar 2.1 Konfigurasi Pin-Pin ATMega32
Secara fungsional konfigurasi pin ATMega32 adalah sebagai
berikut:
a. VCC
- Tegangan sumber
b. GND (Ground)
- Ground
c. Port A (PA7 – PA0)
Port A adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap
12
mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port A digunakan sebagai input
dan di pull-up secara langsung, maka port A akan mengeluarkan arus jika
internal pull-up resistor diaktifkan. Pin-pin dari port A memiliki fungsi
khusus yaitu dapat berfungsi sebagai channel ADC (Analog to Digital
Converter) sebesar 10 bit. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port A dapat
ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.1
Tabel 2.1 Fungsi khusus port A
Port Alternate Function
PA7 ADC7 (ADC input channel 7)
PA6 ADC6 (ADC input channel 6)
PA5 ADC5 (ADC input channel 5)
PA4 ADC4 (ADC input channel 4)
PA3 ADC3 (ADC input channel 3)
PA2 ADC2 (ADC input channel 2)
PA1 ADC1 (ADC input channel 1)
PA0 ADC0 (ADC input channel 0)
d. Port B (PB7 – PB0)
Port B adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap
pin mengandung internal pull-up resistor. Output buffer port B dapat
mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port B digunakan sebagai input
dan di pull-down secara external, port B akan mengalirkan arus jika
internal pull-up resistor diaktifkan.
13 1. SCK port B, bit 7
Input pin clock untuk up/downloading memory.
2. MISO port B, bit 6
Pin output data untuk uploading memory.
3. MOSI port B, bit 5
Pin input data untuk downloading memory.
Fungsi-fungsi khusus pin-pin port B dapat ditabelkan seperti yang tertera
pada tabel 2.2
Tabel 2.2 Fungsi khusus port B
Port Alternate Function
PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)
PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)
PB6 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)
PB5 SS (SPI Slave Select Input)
PB3
AIN1 (Analog Comparator Negative Input)
OCO (Timer/Counter0 Output Compare Match
Output)
PB2
AIN0 (Analog Comparator Positive Input)
INT2 (External Interrupt 2 Input)
PB1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)
PB0
T0 (Timer/Counter External Counter Input) XCK
14 e. Port C (PC7 – PC0)
Port C adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap
pin memiliki internal pull-up resistor. Output buffer port C dapat
mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port C digunakan sebagai input
dan di pull-down secara langsung, maka port C akan mengeluarkan arus
jika internal pull-up resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port
C dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2.3
Tabel 2.3 Fungsi khusus port C
Port Alternate Function
PC7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2)
PC6 TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)
PC6 TD1 (JTAG Test Data In)
PC5 TD0 (JTAG Test Data Out)
PC3 TMS (JTAG Test Mode Select)
PC2 TCK (JTAG Test Clock)
PC1 SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line)
PC0 SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)
f. Port D (PD7 – PD0)
Port D adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap
pin memiliki internal pull-up resistor. Output buffer port D dapat
15
dan di pull-down secara langsung, maka port D akan mengeluarkan arus
jika internal pull-up resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port
D dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.4 Fungsi khusus port D
Port Alternate Function
PD7
OC2 (Timer / Counter2 Output Compare Match
Output)
PD6 ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin)
PD6
OCIB (Timer/Counter1 Output Compare B Match
Output)
PD5 TD0 (JTAG Test Data Out)
PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)
PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input)
PD1 TXD (USART Output Pin)
PD0 RXD (USART Input Pin)
2.3 Load Cell
Load cell merupakan sensor timbangan yang bekerja secara
mekanis,dimana load cell menggunakan prinsip tekanan yang memanfaakan strain
gauge sebagai pengindera (sensor). Strain gauge adalah sebuah transduser pasif
16
ini kemudiandiukur dengan jembatan Wheatsone dimana tegangan keluaran
dijadikan referensi beban yang diterima load cell.
Gambar 2.2 Load Cell
2.3.1 Prinsip Kerja Load Cell
Ketika bagian lain yang lebih elastic mendapat tekanan, maka pada sisi
lain akan mengalami perubahan regangan yang sesuai dengan yang dihasilkan
oleh straingauge, hal ini terjadi karena ada gaya yang seakan melawan pada sisi
lainnya. Perubahan nilai resistansi yang diakibatkan oleh perubahan gaya diubah
menjadi nilai tegangan oleh rangkaian pengukuran yang ada. Dan berat dari objek
yang diukur dapat diketahui dengan mengukur besarnya nilai tegangan yang
timbul. Sel beban (load cell) terdiri dari satu buah strain gauge atau lebih, yang
ditempelkan pada batang atau cincin logam. Sel beban dikalibrasikan oleh
pabrikan yang bersangkutan. Piranti ini dirancang untuk mengukur gaya tekanan
mekanis, gaya pemampatan (kompresi), atau gaya puntir yang bekerja pada
sebuah obje. Ketika batang atau cincin logam piranti ini berada dibawah tekanan,
tegangan yang timbul pada terminal-terminalnya yamg dapat dijadikan rujukan
17 2.3.2 Strain Gauge
Strain Gage adalah komponen elektronika yang dipakai untuk mengukur
tekanan (deformasi atau strain). Alat ini berbentuk foil logam atau kawat logam
yang bersifat insulatif (isolasi) yang ditempel pada benda yang akan diukur
tekanannya, dan tekanan berasal dari pembebanan. Prinsipnya adalah jika tekanan
pada benda berubah, maka foil atau kawat akan terdeformasi, dan tahanan listrik
alat ini akan berubah. Perubahan tahanan listrik ini akan dimasukkan kedalam
rangkaian jembatan Whetstone yang kemudian akan diketahui berapa besar
tahanan pada Strain Gage. Tegangan keluaran dari jembatan Wheatstone
merupakan sebuah ukuran regangan yang terjadi akibat tekanan dari setiap elemen
pengindera Strain Gage. Tekanan itu kemudian dihubungkan dengan regangan
sesuai dengan hukum Hook yang berbunyi : Modulus elastis adalah rasio tekanan
dan regangan.
Strain gauge atau bilah regangan adalah salah satu dari
transduser-transduser yang banyak dipakai untuk mendeteksi dan mengukur gaya, beban torsi
dan regangan.Unit dasar dari peralatan ini terdiri dari jalur resistif yang direkatkan
pada dasar bahan isolasi yang fleksibel. Bilah ini dilekatkan pada bagian / obyek
mekanis yang akan diukur regangannya.
Dua Strain Gauge yang terletak di sisi yang lain merespon perubahan
kolom saat mengalami keadaan “gendut/gembung”. Panjang pada sepasang Strain
Gauge memendek, diameter kawatnya membesar dan hambatannya berkurang.
Sementara sepasang yang lain jadi memanjang, diameter kawatnya mengecil dan
18
Jika posisi beban digantung pada bagian bawah kolom, kolom akan
mengalami gaya tarik. Kolom dan Strain gauge akan merespon kebalikan dari
respon diatas tetapi Strain Gauge tetap memanjang dan memendek dengan respon
yang sama seperti respon diatas.
Gambar 2.3. Konstruksi dasar Strain Gauge
Strain gage merupakan bagian terpenting dari sebua
fungsi untuk mendeteksi besarnya perubahan dimensi jarak yang disebabkan oleh
suatu elemen gaya. Strain gages secara umum digunakan dalam pengukuran
presisi gaya, berat, tekanan, torsi, perpindahan dan kuantitas mekanis lainnya.
Setelahnya dikonversi menjadi energi tegangan kedalam anggota mekanis. Strain
gage menghasilkan perubahan pada nilai tahanan yang proporsional dengan
perubahan jangka panjang atau perubahan melalui lamanya proses.
Strain gage memiliki dua tipe dasar strain gage yaitu :
19
Bonded strain gage seluruh bagiannya terpasang pada elemen gaya (force
member) dengan menggunakan semacam bahan perekat. Selagi elemen gaya
tersebut meregang, strain gage juga dapat memanjang.
2. Tidak terikat (unbonded).
Unbonded strain gage memiliki salah satu sudut akhir yang dipasang pada elemen
gaya dan sudut akhir satunya lagi dipasang pada pengumpul gaya (force
collector). Persyaratan ini sering digunakan untuk menguji kelayakan system
strain gage untuk aplikasi tertentu dimana konstanta kalibrasi strain gage harus
stabil, artinya tidak berubah terhadap waktu, temperature dan faktor lingkungan
lain.Ketelitian pengukuran regangan ± 1μs dan pada daerah regangan ± 10 %,
ukuran standarisasi strain gage, yaitu panjang 1o dan tebal wo harus kecil
komopnen pada sensor load cell (strain gage).
2.3.3 Karakteristik Strain Gauge
Karakteristik dari filamen adalah sebagai berikut :
1. Faktor Gage tertinggi
2. Koefisien suhu resistansi rendah
3. Resitivitas tinggi
4. Kekuatan mekanis tinggi
20
2.3.4 Bahan- bahan yang bisa dijadikan Strain Gauge
Berbagai jenis bahan tahanan telah dikembangkan untuk pemakaian dalam
gage-gage kawat dan foil, seperti:
1. Constantan adalah paduan (alloy) tembaga-nikel dengan koefisien
temperatur rendah. Biasanya Constantan ditemukan dalam Gage yang
digunakan untuk strain dinamik, dimana perubahan level strain tidak
melebihi ± 1500 μcm/cm. Batas temperatur kerja adalah dari 10 o
C sampai
200oC.
2. Nichrome V adalah paduan nikel-chrome yang digunakan untuk
pengukuran strain statik sampai 375 oC. dengan kompensasi temperatur,
paduan ini dapat digunakan untuk pengukuran static sampai 650 oC dan
pengukuran dinamik sampai 1000 oC.
3. Dynaloy adalah paduan nikel-besi dengan Faktor Gage yang rendah dan
ketahanan yang tinggi terhadap kelelahan. Bahan ini digunakan untuk
pengukuran strain dinamik bila sensitivitas temperatur yang tinggi dapat di
tolerir.
4. Stabiloy adalah paduan nikel-chrome yang dimodifikasi dengan
rangkuman kompensasi temperatur yang lebar. gage ini memikiki
stabilitas yang sangat baik dan temperatur cryogenic sampai sekitar 350 oC
dan ketahanan yang baik tehadap kelelahan.
5. Paduan-paduan platina tungsten memberikan stabillitas yang sangat baik
dan ketahanan yang tinggi terhadap kelelahan pada temperatur tinggi.
Gages ini disarankan untuk pengukuran uji static sampai 700 oC dan
21 2.3.5 Jembatan Wheatstone
Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel
Hunter Christie pada 1833 dan meningkat dan dipopulerkan oleh Sir Charles
Wheatstone pada tahun 1843. Dalam umumnya Jembatan Wheatstone
dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran
terhadap suatu tahanan yang nilainya relative kecil sekali umpamanya saja suatu
kebocoran dari kabel tanah/ kortsluiting dan sebagainya. Rangkaian ini dibentuk
oleh empat buah tahanan (R) yag merupakan segiempat A-B-C-D dalam hal mana
rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan dan sebuah galvanometer nol
(0). Kalau tahanan-tahanan itu diatur sedemikian rupa sehingga galvanometer itu
tidak akan mengadakan suatu hubungan antara keempat tahanan tersebut.
Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk
mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarannya). Kegunaan
dari Jembatan Wheatstone adalah untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan
cara arus yang mengalir pada galvanometer sama dengan nol (karena potensial
ujung-ujungnya sama besar). Sehingga dapat dirumuskan dengan perkalian silang.
Cara kerjanya adalah sirkuit listrik dalam empat tahanan dan sumber tegangan
yang dihubungkan melalui dua titik diagonal dan pada kedua diagonal yang lain
dimana galvanometer ditempalkan seperti yang diperlihatkan pada jembatan
wheatstone.
2.3.6 Konsep Jembatan Wheatstone
Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur suatu
22
rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip
dengan aslinya potensiometer. Jembatan Wheatstone adalah suatu proses
menentukan nilai hambatan listrik yang presisi/tepat menggunakan rangkaian
Jembatan Wheatstone dan melakukan perbandingan antara besar hambatan yang
telah diketahui dengan besar hambatan yang belum diketahui yang tentunya dalam
keadaan Jembatan disebut seimbang yaitu Galvanometer menunjukkan pada
angka nol.
Rangkaian Jembatan Wheatstone tersebut memiliki susunan dari 4 buah
hambatan yang mana 2 dari hambatan tersebut adalah hambatan variable dan
hambatan yang belum diketahui besarnya yang disusun secara seri satu sama lain
dan pada 2 titik diagonalnya dipasang sebuah Galvanometer dan pada 2 titik
diagonal lainnya diberikan sumber tegangan. Galvanometer adalah alat yang
digunakan untuk mendeteksi dan pengukuran arus. Kebanyakan alat ini kerjanya
tergantung pada momen yang berlaku pada kumparan di dalam magnet. R1, R2,
dan R3 merupakan hambatan yang sudah diketahui, sedangkan R4 adalah
hambatan yang akan dicari besarnya.
Dengan mengatur sedemikian rupa besar hambatan variable sehingga arus
yang mengalir pada Galvanometer sama dengan nol, dalam keadaan ini jembatan
tersebut disebut seimbang sehingga sesuai dengan hukum Ohm. Rangkaian
Jembatan Wheatstone juga dapat disederhanakan dengan menggunakan kawat
geser apabila besarnya hambatan bergantung pada panjang penghantar. Jembatan
Wheatstone adalah alat yang paling umum digunakan untuk pengukuran tahanan
23
tahanan R1, R2, R3, dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui
nilainya dengan teliti dan dapat diatur.
2.3.7 Aplikasi Jembatan Wheatstone
Salah satunya adalah dalam percobaan mengukur regangan pada benda uji
berupa beton atau baja. Dalam percobaan kita gunaka
semacam pita yang terdiri dari rangkaian listrik untuk mengukur dilatasi benda uji
berdasarkan perubahan hambatan penghantar di dalam strain gauge. Strain gauge
ini direkatkan kuat pada benda uji sehingga deformasi pada benda uji akan sama
dengan deformasi pada strain gauge. Seperti kita ketahui, jika suatu material
ditarik atau ditekan, maka terjadi perubahan dimensi dari material tersebut sesuai
dengan sifat2 elastisitas benda. Perubahan dimensi pada penghantar akan
menyebabkan perubahan hambatan listrik, ingat persamaan R = ρ.L/A. Perubahan
hambatan ini sedemikian kecilnya, sehingga untuk mendapatkan hasil eksaknya
harus dimasukkan kedalam rangkaian jembatan Wheatstone. Rangkaian listrik
beserta jembatan Wheatstonenya sudah ada di dalam
2.3.8 Kelebihan Jembatan Wheatstone
Dapat mengukur perubahan hambatan yang sangat kecil pada penghantar.
Contoh aplikasi :
(baja atau beton) didasarkan pada perubahan kecil penghantar yang berdeformasi
akibat gaya eksperimen. Perubahan kecil dimensi penampang dihitung dari
peribahan hambatan pada rangkaian jembatan wheatstone yang dihubungkan
24 2.4 IC HX711
HX711 24-Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scales
hx711 adalah sebuah komponen terintegrasi dari perusahaan "AVIA
SEMICONDUCTOR" . HX711 presisi 24-bit analog-to-digital converter (ADC)
yang di desain untuk sensor timbangan digital (weight scales) dan industrial
control aplikasi yang terkoneksi dengan sensor jembatan (bridge sensor).
HX711 adalah modul timbangan, yang memiliki prinsip kerja mengkonversi
perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke
dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Modul melakukan
komunikasi dengan computer/mikrokontroller melalui TTL232.
Gambar 2.4 IC HX711
2.4.1 Kelebihan IC HX711
Struktur yang sederhana, mudah dalam penggunaan, hasil yang stabil dan
reliable, memiliki sensitivitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan
25 2.4.2 Fitur IC HX711
1. Differential input voltage: ±40mV(Full-scale differential input voltage is ±
40mV)
2. Data accuracy: 24 bit (24 bit A / D converter chip.)
3. Refresh frequency: 80 Hz
4. Operating Voltage : 5V DC
5. Size:38mm*21mm*10mm
2.5 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai
banyak digunakan. Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari
penampil CRT (Cathode Ray Tube), yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan
manusia sebagai penampil gambar/text baik monokrom (hitam dan putih),
maupun yang berwarna. Teknologi LCD memberikan keuntungan dibandingkan
dengan teknologi CRT, kaena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang
digunakan sebelum transistor ditemukan. Beberapa keuntungan LCD
dibandingkan dengan CRT adalah konsumsi daya yang relative kecil, lebih ringan,
tampilan yang lebih bagus, dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor
CRT lebih cepat memberikan kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD.
26
LCD memanfaatkan silicon atau gallium dalam bentuk Kristal cair sebagai
pemendar cahaya. Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi
piksel yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian, setiap pertemuan
baris dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang latar (backplane),
yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang
ditutupi oleh lapisan elektroda trasparan. Dalam keadaan normal, cairan yang
digunakan memiliki warna cerah. Daerah-daerah tertentu pada cairan akan
berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar
dan pola elektroda yang terdapat pad sisi dalam lempeng kaca bagian depan.
Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa
microampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat
menggunakan catu daya yang kecil. Keunggulan lainnya adalah tampilan yang
diperlihatkan dapat dibaca dengan mudah di bawah terang sinar matahari. Di
bawah sinar cahaya yang remang-remang dalam kondisi gelap, sebuah lampu
(berupa LED) harus dipasang dibelakang layar tampilan.
LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang menampilkan data dengan 2
baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah :
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk
membuat program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya mengunakan 8 bit data
dan 3 bit control.
3. Ukuran modul yang proporsional.
27 LCD 16x2 10 11 12 13 11 12 13 14 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 2 15 +5VDC RS RW EN 4 5 6
1 3 16 VCC V+BL
GND LCD Drv V-BL
Gambar 2.6Konfigurasi Pin LCD
Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses
proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan
instruksi membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap
karakter dengan huruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter
(membaca program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah
utama LCD adalah Display Clear, Cursor Home, Display ON/OFF, Display
Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift. Tabel 2.2 menunjukkan operasi
dasar LCD.
Tabel 2.5 Operasi Dasar LCD RS R/W Operasi
0 0 Input Instruksi ke LCD
0 1 Membaca Status Flag (DB7) dan alamat counter (DB0 ke DB6)
1 0 Menulis Data
28
Metode screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolo dan
suatu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua.
Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalur yang digunakan
untuk mengaktifkan panel LCD. Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD,
mulai jenis LCD biasa, Passive Matrix LCD (PMLCD), hingga Thin-Film
Transistor Active Matrix (TFT-AMLCD). Kemampuan LCD juga telah
ditingkatkan daru yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan
warna.
Tabel 2.6 Konfigurasi Pin LCD
Nomor Pin Nama Keterangan
1 GND Ground
2 VCC +5V
3 VEE Contras
4 RS Register Select
5 RW Read/write
6 E Enable
7-14 D0-D7 Data bit 0-7
15 A Anoda (back light)
29 Tabel 2.7 Konfigurasi LCD
Pin Bilangan Biner Keterangan
RS 0 Inisialisasi
1 Data
RW 0 Tulis LCD / W (write)
1 Baca LCD / R (read)
E 0 Pintu Data Terbuka
1 Pintu data tertutup
Lapisan film yang berisis Kristal cair diletakkan di antara dua lempeng
kaca yang telah ditanami elektroda logam transparan. Saat teganganya dicatukan
pada beberapa pasang elektroda, molekul – molekul Kristal cair akan menyusun
diri agar cahaya yang mengenainya akan dipantulkan atau diserap. Dari hasil
pemantulan atau penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk pola huruf, angka,
atau gambar sesuai bagian yang di aktifka.
LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular
untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrument elektronika lain
seperti Global Positioning System (GPS), baragraph display dan multimeter
digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan
mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam
satu panel. Untuk membentuk pola, baik karakter maupun gambar pada kolom dan
baris secara bersamaan digunakan metode Screening.
LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai banyak
30
Kontrol tekanan adalah kontrol (mempertahankan tekanan gas cairan atau benda
padat pada nilai yang ditentukan), atau pembatas (merasakan tekanan sudah
mencapai pada suatu batas yang sudah ditentukan pada Suatu batas yang sudah
ditentukan sebelumnya atau pindah dari suatu rentang yang aman).tekanan
didefinisikan sebagai gaya per satuan luas. Satuan tekanan yang paling umum
adalah pounds per inchi kuadrat (psi), inches dari kolom air (wc) pada panometer
atau inches dari air raksa (Hg) pada manometer. Satuan metrik yang paling
populer dari pengukuran adalah kilopascal (kPa).Tekanan harus sehubungan
diukur dengan tekanan referensi yang diberikan, tetapi yang paling umum adalah
tekanan atsmosfer pada permukaan laut atau tekanan nol absolut.
Load cell adalah alat yang mengeluarkan signal listrik proporsional dengan
gaya / beban yang diterimanya. Load cell banyak digunakan pada timbangan
elektronik. Starin Gauge tersusun dari kawat yang sangat halus, yang dianyam
secara berulang menyerupai kotak dan ditempelkan pada plastic atau kertas
sebagai medianya.Kawat yang dipakai dari jenis tembaga lapis nikel berdiameter
sekitar seper seribu (0.001) inchi.Kawat itu disusun bolak-balik untuk
meng-efektifkan panjang kawat sebagai raksi terhadap tekanan/gaya yang
mengenainya.Pada ujungnya dipasang terminal.Strain Gauge bisa dibuat sangat
kecil, sampai ukuran 1/64 inchi.Untuk membuat Load Cell, Strain Gauge
dilekatkan pada logam yang kuat sebagai bagian dari penerima beban (load
receptor).Strain Gauge ini disusun sedemikian rupa membentuk Jembatan
