RANCANG BANGUN TIMBANGAN DIGITAL BERBASIS SENSOR LOAD CELL 100 KG MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER ATMEGA 328
SKRIPSI
ERIKAWATI HARIANJA 140801084
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
RANCANG BANGUN TIMBANGAN DIGITAL BERBASIS SENSOR LOAD CELL 100 KG MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER ATMEGA 328
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
ERIKAWATI HARIANJA 140801084
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
i
ii
PERNYATAAN ORISINALITAS
RANCANG BANGUN TIMBANGAN DIGITAL BERBASIS SENSOR LOAD CELL 100 KG MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER
ATMEGA 328
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Januari 2019
Erikawati Harianja 140801084
iii
RANCANG BANGUN TIMBANGAN DIGITAL BERBASIS SENSOR LOAD CELL 100 KG MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER ATMEGA 328
ABSTRAK
Dalam pengukuran massa, pengukuran biasanya dilakukan secara manual yaitu menggunakan timbangan manual. Dalam penelitian ini, dilakukan pengukuran massa secara digital. Maka dirancang sebuah alat timbangan digital untuk mengukur massa menggunakan mikrokontroller ATMega 328 sebagai pebgolah data secara keseluruhan. Sistem pengukuran massa dilakukan berdasarkan prinsip kerja sensor load cell 100 kg. Dan HX711 sebagai pegubah data analog menjadi data digital. Tahapan ini meliputi proses perancangan, pembuatan, dan pengujian alat. Tahapan dimulai dari meletakkan sensor ditengah agar dapat menimbang dengan baik. Pada saat sensor mendeteksi adanya beban, maka sinyal akan dialirkan pada HX711. Dimana fungsi dari HX711 sebagai penguat sinyal keluaran dari sensor dan mengkonversi sinyal analog mnajdi digital. Melalui HX711, sinyal yang telah dikonversi akan dibaca dan dikirim ke mikrokontroller, dimana mikrokontroller sebagai pengendali keseluruhan sistem. Setelah sinyal dikirim ke mikrokontroller, maka timbangan akan mengeluarkan kode yang akan disimpan pada EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory).
Selajutnya, untuk menghasilkan keluaran, maka sinyal diteruskan ke tombol setting yang fungsinya untuk membuat batas beban atau peringatan beban lebih.
Maka keluaran pada alat ini akan ditampilan pada Display, dan Buzzer.
Kata kunci: Display, Mikrokontroller, PC, Sensor, Timbangan Digital
iv
DESIGN AND DEVELOPMENT OF DIGITAL SCALES BASED ON LOAD CELL 100 KG SENSOR USING ATMEGA 328
MICROCONTROLLER
ABSTRACT
In mass measurement, measurements are usually done manually, using manual scales. In this study, digital measurements of mass were carried out. Then it was designed a digital weighing device to measure mass using an ATMega 328 microcontroller as a whole data processor. Mass measurement system is done based on the working principle of 100 kg load cell sensor. And HX711 converts analog data into digital data. This stage includes the process of designing, manufacturing and testing tools. The stage starts from putting the sensor in the middle so that it can weigh properly. When the sensor detects a load, the signal will flow to the HX711. Where is the function of HX711 as an output signal amplifier from the sensor and converts analog signals into digital. Through HX711, the converted signal will be read and sent to the microcontroller, where the microcontroller as the overall controller of the system. After the signal is sent to the microcontroller, the scales will issue code that will be stored on EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory). Next, to produce output, the signal is forwarded to the setting button whose function is to create a load limit or overload warning. Then the output on this tool will be displayed on Display, and Buzzer.
Key Words: Display, Digital Scales, Microcontroller, Sensor
v
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul rancang bangun timbangan digital berbasis sensor load cell 100 kg menggunakan mikrokontroller atmega.
Terimakasih penulis sampaikan kepada Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Si selaku pembimbing yang telah meluangkan waktunya selama penyusunan skripsi ini. Terimakasih kepada Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S dan Bapak Awan Maghfirah, S.Si., M.Si selaku ketua program studi dan sekertaris program studi Fisika FMIPA-USU Medan, dekan dan wakil dekan FMIPA USU, seluruh staf dan dosen program studi Fisika FMIPA USU, pegawai dan rekan-rekan kuliah.
Akhirnya tidak terlupakan kepada kedua orang tua saya, Tua Maruli Harianja dan Rismawati Sitorus, yang sudah membesarkan saya dan keluarga yang selama ini memberikan bantuan dan dorongan yang diperlukan. Semoga Tuhan Yang Maha Esa akan membalasnya.
Medan, Januari 2019
Erikawati Harianja 140801084
vi
DAFTAR ISI
Halaman
PERSETUJUAN i
PERNYATAAN ii
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
PENGHARGAAN v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR LAMPIRAN x
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Rumusan Masalah 2
1.3. Batasan Masalah 2
1.4. Tujuan Penelitian 2
1.5. Manfaat Penelitian 2
1.6. Sistematika penulisan 3
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Timbangan 5
2.2 Sensor Load Cell 6
2.2.1 Jenis-jenis Load Cell 9
2.2.2 Prinsip Kerja Load Cell 11
2.2.3 Karakteristik Sensor Load Cell 11
2.3 Strain Gauge 11
2.3.1 Karakteristik strain gauge 13
2.3.2 Bahan-bahan yang dijadikan pada strain gauge 14
2.4 Modul HX711 14
2.4.1 Pengertian Modul HX711 14
2.4.2. Kelebihan Modul HX711 15
2.2.3 Modul HX711 sebagai penguat sinyal load cell 15
2.5 LCD (Liquid Crystal Display) 15
2.6 Mikrokontroller 18
2.6.1. Fitur AVR ATMega328 19
2.7 Buzzer 23
vii
BAB 3. METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Blok Sistem 24
3.1.1 Fungsi Tiap Blok 25
3.1.2 Rangkaian Load cell dan HX711 25 3.1.3 Rangkaian Liquid Crystal Display (LCD) 26 3.1.4 Rangkaian Tombol / Push Button 27
3.1.5 Arduino Nano 27
3.1.6 Rangkaian Keseluruhan 29
3.2 Diagram Alir (Flowchart) 30
3.2.1 Flowchart Software 30
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Rangkaian LCD 31
4.2 Pengujian Rangkaian HX711 32 4.3 Pengujian Rangkaian HX711 dan Load Cell 32
4.4 Pengujian Rangkaian ke PC 35
4.5 Pengujian Rangkaian Alat Keseluruhan 42
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 43
5.2 Saran 43
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
viii
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
Gambar 2.1 Timbangan Digital 6
Gambar 2.2 Load Cell 9
Gambar 2.3 Loadcell Single Point 9
Gambar 2.4 Loadcell Shear Bream 9
Gambar 2.5 Loadcell “S” 10
Gambar 2.6 Loadcell Double Endeed 10
Gambar 2.7 Loadcell Compress 10
Gambar 2.8 Strain Gauge 12
Gambar 2.9 IC HX711 14
Gambar 2.10 LCD 2x16 16
Gambar 2.11 Arsitektur Atmega 328 20
Gambar 2.12 Konfigurasi Port B 21
Gambar 2.13 Konfigurasi Port C 21
Gambar 2.14 Konfigurasi Port D 22
Gambar 3.1 Diagram Blok 24
Gambar 3.2. Rangkaian Load Cell dan HX711 25
Gambar 3.3 Rangkaian LCD karakter 2x16 26
Gambar 3.4 Rangkaian Tombol/ Push Button 27
Gambar 3.5 Rangkaian Arduino Nano 27
Gambar 3.6 Rangkaian Keseluruhan 28
Gambar 3.7 Flowchart Software 29
Gambar 4.1 Pengujian LCD 31
ix
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
2.1 Besaran dan Satuan 4
2.2 Karakteristik Sensor Load Cell 11
2.3 Operasi Dasar LCD 17
4.1 Data Output 1 39
4.2 Data Output 2 39
4.3 Data Output 3 39
4.4 Data Output 4 40
4.5 Data Output 5 40
4.6 Data Output 6 40
4.7 Data Output 7 41
4.8 Data Berat Pada Timbangan Kris 41
4.9 Data Ralat Pengujian Alat 42
x
DAFTAR LAMPIRAN
NOMOR JUDUL
LAMPIRAN
1. Data Pengujian
2. Program dari Seluruh Sistem 3. Rangkaian Keseluruhan 4. Gambar Alat
5. Datasheet
xi
DAFTAR SINGKATAN
ADC = Analog to Digital Converter
LCD = Liquid Crystal Display
CRT = Cathode Ray Tube
PMLCD = Passive Matrix LCD
TFT-AM = Thin-Film Transistor Active Matrix
GPS = Global Positioning System
DIP = Dual in line Package
RISC = Reduce Instruction Set Computer CISC = Completed Instruction Set Computer
EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read Only Memory SRAM = Static Random Access Memory
PWM = Pulse Width Modulation
ALU = Arithmatic Logic Unit
AVR = Alf and Vegard’s Risc
1
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Teknologi sebagai hasil dari peradaban manusia yang semakin pesat dirasakan sangat membantu dan mempermudah manusia dalam memenuhi kebutuhan hidup dizaman modern seperti sekarang. Bukan hanya disektor industri, sektor diluar pun tidak luput dari penggunaan kemajuan teknologi, seperti misalnya pada pengukuran beban di pasar swalayan, terminal pengiriman barang, dan lai-lain. Berbagai peralatan juga beralih sistem dari analog menjadi digital, salah satunya pada alat ukur. Dengan adanya alat ukur digital sekarang ini, bertujuan untuk memberikan kemudahan kebutuhan dan memperkecil kesalahan pembacaan pada akat ukur tersebut. Akan tetapi, dengan kemajuan teknologi ke arah digital, bukan berarti tidak ada kesalahan yang ditimbulkan, walaupun kesalahan yang ditimbulkan lebih diminimalisir.
Pada Tugas Akhir ini, penulis mencoba membuat timbangan digital dengan membuat presentase kesalahan mendekati 0,001 atau bahkan tidak adanya presentase kesalahan perhitungan, sehingga apa yang ingin ditampilkan adalah hasil sebenar-benar nya dan akan ditampilkan dalam bentuk digital menggunkan Display dan PC. Untuk pembuatan ala tersebut, dibutuhkan sistem kontrol mikrokontroller yang akan mengatur hasil timbangan dan juga mengatur tampilan.
Sistem kotrol yang digunakan adalah mikrokontroler berbasis ATmega 328 yang akan mengatur sensor berat (load cell 100 kg), display, pc, dan buzeer sebagai keluarannya. Untuk sensor berat, penulis menggunakan perubahan tegangan pada ADC yang diperoleh dari tegangan keluaran yang dipasang pada sensor yang sudah berupa satu IC saja, sehingga kita hanya mengaturnya melalui port-port dari mikrokontroller. Pada sistem kontrol menggunakan mikrokontroller berbasis Atmega 328 yang tidak memerlukan pernyataan matematis yang sulit dan rumit
2
dikarenakan mengontrolnya melalui port-port yang ada pada mikrokontroller tersebut. Dikarenakan kemudahan-kemudahan tersebut, maka digunakanlah sistem pengontrol tersebut. Dan pada sensor nya menggunakan sensor load cell 100 kg. Load cell sendiri merupakan komponen utama pada timbangan digital.
Sensor ini gunakan sebagai pendeteksi berat benda tersebut. Tingkat keakuratan timbangan juga bergantung pada sensor load cell yang dipakai. Load cell yang digunakan disini yaitu load cell single point, dimana kelebihan pada sensor ini yaitu memiliki kapasitas beban yang lebih besar yaitu 20, 50, 100, 150, dan 200 kg, serta dapat menimbang beban bermassa kecil. Sebagai pendukung dari sensor load cell, maka diperlukan hx711. Dimana kegunaan dari hx711 tersebut sebagai penguat sinyal keluaran dari sensor dan mengkonversi data analog menjadi digital.
Data yang telah dikonversi akan disimpan pada EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory), sehingga menghasilkan keluaran yang akan ditampilkan pada display, pc, serta buzzer (audio).
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana merancang timbangan dengan tampilan digital
2. Bagaimana merancang timbangan digital dengan keakuratan yang tepat dibandingkan timbangan analog
1.3 Batasan Masalah
Untuk mendapatkan hasil dari suatu penelitian dari permasalahan yang ditentukan, maka perlu ada pembatasan masalah penelitian yaitu :
1. Rancangan alat berbasis sensor load cell
2. Rancangan menggunakan mikrokontroler ATMega 328 sebagai pengontrol utama.
3. Rancangan menggunakan berat beban maximum 100 kg
3
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :
1. Merancang alat timbangan digital berbasis mikrokontroller dengan keluaran LCD dan PC
2. Mengetahui nilai keluaran dari alat yang dirancang 3. Mengetahui rata-rata tingkat kesalahan(error)
1.5 Manfaat Penelitian
1. Alat yang telah dibuat dapat diaplikasikan pada kehidupan sehari-hari untuk membantu dan mempermudah pekerjaan manusia.
2. Perancangan dan pembuatan alat ini diharapkan dapat berfungsi sebagai alat pengukuran dan dapat dikembangkan untuk penelitian selanjutnya sesuai dengan kebutuhan.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mengetahui uraian singkat yang memuat gambaran singkat secara keseluruhan isi masing – masing bab, maka dibuat sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
Dalam bab ini berisikan mengenai latarbelakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.
BAB II : DASAR TEORI
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan, antara lain tentang sensor load cell, HX711, Mikrokontroler ATMega328.
BAB III : PERANCANGAN ALAT
4
Pada bab ini akan dibahas perancangan dari alat, yaitu diagram blok dari rangkaian skematik dari masing-masing rangkaian dan diagram alir.
BAB IV : HASIL DAN ANALISA
Dalam bab ini berisikan tentang rangkaian alat dan analisa data yang diperoleh dari pengujian alat yang dibuat.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Dalam bab ini merupakan penutup yang meliputi kesimpulan dari pembahasan dan tujuan penelitian beserta acuan untuk dikembangkan pada penelitian yang akan datang
DAFTAR PUSTAKA
5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Timbangan
Pengukuran banyak dilakukan dalam berbagai bidang, pengukuran sendiri merupakan serangkaian kegiatan yang bertujuan untuk menentukan nilai suatu besaran yang disebut sebagai hasil pengukuran.Pada setiap pengukuran, terdapat suatu acuan masing-masing yang dapat disebut sebagai satuan.Besaran-besaran pada fisika dibagi menjadi dua kelompok, yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu untuk menetapkan satuan besaran-besaran yang lain. Besaran turunan adalah besaran yang satuannya diturunkan dari besaran pokok.
NO Besaran Satuan Simbol
1 Panjang Meter M
2 Massa Kilogram Kg
3 Waktu Sekon S
4 Arus listrik Ampere A
5 Suhu Kelvin K
6 Jumlah Zat Mole Mol
7 Intensitas Cahaya Kandela Cd
Tabel 2.1 Besaran dan Satuan
Alat ukur yang berfungsi sebagai pembandingnya mempunyai berbagai jenis sesuai dengan kegunaannya masing-masing, misalnya pengukuran berat menggunakan timbangan. Dalam melakukan pengukuran, perlu diperhatikan beberapa hal, seperti:
StandardyangdipakaimemilikiketelitianyangsesuaidenganstandardInternas ional(SI)yang telah di tentukan.
6
Tata cara pengukuran dan alat yang digunakan harus memenuhi persyaratan.
Pengetahuan tentang penentuan besaran yang akan diukur, penggunaan alat ukur yang sesuai.
Timbangan adalah alat untuk mengukur berat suatu benda.Timbangan dikaterogikan kedalam dua bentuk yaitu mekanik dan elektronik.Timbangan merupakan salah satu alat dimana memiliki peran penting dalam kehidupan manusia dan menjadi salah satu alat yang diperhatikan pemerintah, sehingga pemerintah sendiri mendirikan Dinas Metrologi untuk mengelolanya.Namun dalam beberapa hal terdapat banyak kekurangan pada timbangan yaitu lebih cepat berkarat jika tidak terawat.Berkaitan dengan hal tersebut, maka diperlukan suatu peralatan timbangan yang berfungsi untuk menyelesaikan permasalahan tersebut yaitu “timbangan digital”. Dalam hal ini, timbangan digital memiliki banyak keunggulan antara lain : hasil pengukuran beban lebih akurat, cocok untuk mengukur benda kecil, dan dari segi desin timbangan digital lebih modern, serta perawatan yang tidak terlalu sulit. Tingkat keakuratan timbangan tersebut bergantung pada jenis sensor yang dipakai.
Skala digital digunakan dengan berbagai tujuan mulai dari pengukuran bahan dapur dan untuk pengukuran bahan dari laboratorium. Skala digita sangat bervariasi namun berdasarkan tujuan yang digunakannya. Timbangan yang sering digunakan untuk mengukur suatu berat umumnya tidak perlu tepat sebagai perbedaan antar gram dengan dengan beberapa lainnya, bahkan dalam beberapa pound tidak signfikan. Timbangan juga dibutuhkan pada sebuah toko yang memiliki nilai harga item seperti produksi suatu barang.
Hal ini dikarenakan masyarakat membayar uang berdasarkan sesuai banyak skala berat suatu benda. Timbangan juga digunakan untuk pengukuran pada laboratorium khususnya pada kegiatan laboratorium kimia, fisika, dan penelitian medis.Kepekaan yang diberikan skala digital mungkin sangat bervariasi berdasarkan tujuan yang itu digunakan. Timbangan yang digunakan untuk mengukur orang umumnya tidak harus sangat tepat sebagai perbedaan dari gram-
7
atau beberapa bahkan, dalam beberapa kasus, beberapa pound tidak sangat signifikan. Timbangan Dapur, Di sisi lain, sering digunakan untuk mengukur massa jauh lebih kecil; selisih beberapa gram beberapa bahan diperbaiki lagi dapat merusak makan. Timbangan yang digunakan dalam toko yang harga item, seperti memproduksi, berat harus cukup akurat, karena orang membayar uang berdasarkan berapa banyak skala kata benda berat.Oleh karena itu timbangan digital juga memiliki tingkat sensitivitas dari skala yang digunakan.
Gambar 2.1 Timbangan Digital 2.2 Load Cell
Load cell merupakan komponen utama pada sistem timbangan digital.
Bahkan tingkat ke-akurasian suatu timbangan digital tergantung dari jenis dan tipe Load Cell yang dipakai.Setiap timbangan harus lulus legalisasi oleh badan Direktorat Metrologi, yaitu suatu badan yang berwenang untuk melegalisasikan atau men-sahkan timbangan melalui sistem TERA (lembaga yang diberi kewenangan legal) yang mempunyai tujuan untuk memastikan dan mengkonfirmasi bahwa peralatan atau standar tertentu sepenuhnya memenuhi persyaratan dalam aturan tera, tera mencakup pemeriksaan dan pemberian segel.
Setiap timbangan diharuskan melakukan TERA maksimal satu tahun sekali, karena semua timbangan dalam proses pemakaiannya pada jangka waktu tertentu akan mengalami deformasi mekanis pada frame timbangan, ini akan
8
berpengaruh terhadap tingkat ke-akurasian dari loadcell pada timbangan.Load cell merupakan perangkat elektro-mekanik yang bisa disebut transduser, dengan kemampuannya merubah gaya mekanik menjadi signl elektrik. Sensor load cell memiliki spesifikasi kerja sebagai berikut :
1. Kapasitas 100 Kg
2. Bekerja pada tegangan rendah 5 –10 VDC atau 5-10 VAC 5 3. Ukuran sensor kecil dan praktis
4. Input atau output resistansi rendah 3
5. Nonlineritas 0.05% 6. Range temperatur kerja -10°C - +50°C
Loadcell memiliki bermacam-macam karakteristik yang bisa di ukur, tergantung pada jenis logam yang di pakai, bentuk load cell dan ketahanan dari lingkungan sekitar. Berikut ini adalah nama-nama istilah (bahasa) yang sering di pakai dalam lingkungan loadcell :
1. Calibration : Membandingkan output/signal load cell dengan beban standar.
2. Combined Error : Penyimpangan maksimum artinya diukur pada saat tanpa beban,ketika diberikan beban maksimal dan sebaliknya saat beban maksimal sampai pada keadaan tanpa beban. Pengukuran dinyatakan dalam kapasitas maksimal.
3. Creep : Perubahan signal output load cell selama pembebanan tidak berubah, dantidak ada perubahan lingkungan sekitar.
4. Creep Recorvery : Perubahan pengukuran kondisi tanpa beban, setelah beberapawaktu diberikan beban dan kemudian beban dihilangkan.
5. Drift : Perubahan nilai pengukuran saat diberikan beban konstan.
6. Eccentric Load : Pembebanan pada area timbangan tapi tidak tepat di titik antarload cell.
7. Error : Perbedaan pengukuran dengan beban yang sesungguhnya.
8. Excitation : Tegangan input yang diberikan agar load cell bekerja 9. Hysteresis : Penyimpangan maksimum hasil pengukuran dengan beban
yang sama.Satu pengukuran dari nol sampai maksimum, pengukuran
9
yang lain darimaksimum sampai nol. Pengukuran Histerisis dinyatakan dalam persen terhadapkapasitas maksimum.
10. Input Bridge Resistance : Resistansi Input dari load cell. Diukur dengan ohmmeter antara dua titik input atau excitasi. Biasanya selalu lebih besar dariresistansi output/signal karena adanya resistor kompensasi pada jalur excitasi.
11. Insulation Resistance : Pengukuran resistansi antara sirkuit load cell denganstrukturnya. Pengukuran dilakukan dengan tegangan DC.
12. Non-Linearity : Penyimpangan maksimum pada grafik hasil kalibrasi terhadapgaris lurus (ideal) antara tanpa beban dan beban penuh.
13. Output : Signal hasil pengukuran load cell yang secara langsung proporsionalterhadap tegangan eksitasi dan beban yang diterima.
Signal ini harus sesuaiketentuan umum misalnya dalam mili volt per volt (mV/V).
14. Output Bridge Resistance : Resistansi output load cell, diukur pada titik outputatau signal, umumnya sebesar 350Ω, 480 Ω, 700 Ω, 750 Ω, dan 1000Ω.
15. Rated Output : Interval pengukuran dari nol sampai kapasitas maksimum.
16. Repeatability : Selisih pengukuran maksimum saat load cell dibebani denganbeban yang sama secara berulang-ulang dengan kondisi lingkungan tetap.
17. Resolution : Perubahan pengukuran terkecil yang terdeteksi karena perubahansecara mekanik akibat pembebanan.
18. Safe Overload Rating : Pembebanan maksimum dalam persen terhadap kapasitasmaksimal yang bisa diterapkan tanpa merubah performa dan karakteristik yangtelah ditetapkan sebelumnya. Biasanya sebesar 150%FS.
19. Sensitifity : Perbandingan perubahan pengukuran terhadap perubahan mekanikkarena pembebanan.
10
20. Shock Load : Pembebanan yang diterima secara tiba-tiba yang bisa merusak loadcell.
21. Side Load : Pembebanan dari sisi samping yang seharusnya dari atau di bawahload cell.Temperature Effect On Rated Output : Perubahan output maksimum karenaperubahan temperatur sekitar. Umumya dinyatakan sebagai persentase outputmaksimum karena perubahan suhu setiap 100ºF.
22. Temperature Effect On Zero Balance : Perubahan nilai nol karena perubahansuhu sekitar setiap 100ºF. Dinyatakan sebagai persentase Zero balance terhadapoutput maksimum.
23. Compensated Temperature Range : Temperatur maksimum yang diperbolehkandimana load cell masih bisa mengkompensasi terhadap zero dan output maksimaldalam batas tertentu.
24. Ultimate Overload Rating : Pembebanan maksimum yang diperbolehkan, dalampersen terhadap kapasitas maksimal tanpa menyebabkan kerusakan struktur loadcell.
25. Zero Balance : Signal output loadcell pada excitasi maksimal dengan kondisitanpa beban, dinyatakan dalam persentase terhadap output maksimum.
Gambar 2.2 Load Cell
11
2.2.1 Jenis – jenis Load Cell : 1.Loadcell Single Point
Gambar 2.3 Loadcell Single Point
Loadcell ini pemakaiannya untuk timbangan bench scale.Loadcell ini dipasang di tengah-tengah bagian Platform timbangan.
2. Loadcell Shear Beam
Gambar 2.4 Loadcell Shear Bream Kerja Loadcell ini di tekan sisi atasnya.
3. Load Cell “S”
Gambar 2.5Load Cell “S”
Load cell jenis ini memiliki bentuk kayaknya huruf “S”. Carakerjanya, ditarik bagian sisi atas dan bawahnya, kemudian bahanatasnya diletakkanpada tempat yang permanen, untuk bagianbawahnya digunakan untukobjek atau material yang akan diukur.
4.Loadcell Double Endeed
12
Gambar 2.6Loadcell Double Endeed
Load cell ini bekerja dengan cara meletakkan truk diatas load cell,kemudian menekan bagian sisi tengah pada load cell.Load cell ini jugabiasa digunakan untuk timbangan truck.Nantinya data ini akan dirubahmelalui data logger menjadi data grafis pada komputer yang nantinya bisa dianalisa.
5. Loadcell Compress
Gambar 2.7 Loadcell Compress
Load cell inidigunakan untuk mengukur muatan truk. Biasanya, load cell ini digunakan di area pertambangan.Bagian atas load cell diberi tekanan.
2.2.2Prinsip Kerja Load Cell
Ketika bagian lain yang lebih elastic mendapat tekanan, maka pada sisi lain akan mengalami perubahan regangan sesuai dengan yang dihasilkan oleh straingauge, hal ini terjadi karena ada gaya yang seakan melawan pada sisi lainnya..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.Piranti ini dirancang untuk mengukur gaya tekanan mekanis, gaya pemampatan, atau gaya puntir yang bekerja pada sebuah obje. Ketika batang atau cincin logam piranti ini berada dibawah tekanan, tegangan yang timbul pada terminal-
13
terminalnya yang dapat dijadikanuntuk mengukur besarnyagaya. Cara kerja load cell mirip dengan sensor tekanan dan gaya yang ditimbulkan oleh regangan yang dikonversikan ke dalam sinyal listrik oleh strain gauge.
2.2.3 Karakteristik Sensor Load Cell Mekanik
Bahan Dasar Alumminium Alloy
Load Cell Type Strain Gauge
Kapasitas 100 kg
Dimensi 55.25x12.7x12.7mm
Lubang Pemasangan M5 (ukuran baut)
Ukuran Kabel 30 AWG (0.2mm)
Panjang Kabel 550mm
No. Urutan Kabel 4
Tabel 2.2Karakteristik Sensor Load Cell 2.3 Strain Gauge
Strain gauge adalah adalah komponen elektronikayang 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 gauge. 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 gaugeatau bilah regangan adalah salah satu daritransduser-transduser yang banyak dipakai untuk mendeteksi dan mengukur gaya, beban torsi dan regangan.Unit dasar dari
14
peralatan ini terdiri dari jalur resistif yang direkatkan pada dasar bahan isolasi yang fleksibel. Dua strain gauge yang terletak di sisi yang lain merespon perubahan kolom saat mengalami keadaan “gendut/gembung”. Panjang pada sepasangstrain gauge memendek, diameter kawatnya membesar dan hambatannya berkurang. Sementara sepasang yang lain jadi memanjang, diameter kawatnya mengecil dan hambatannya bertambah.Jika posisi beban digantung pada bagian bawah kolom, kolom akan mengalami gaya tarik. Kolom dan strain gaugeakan merespon kebalikan dari respon diatas tetapi strain gauge tetap memanjang dan memendek dengan respon.
Gambar 2.8 Strain Gauge
Ketika Loadcell pada timbangan digital diletakan beban maka akan terjadi perubahan nilai resistensi pada strain gauge. Strain gauge merupakan sebuah konduktor yang diatur sedemikian rupa denga pola zig-zag dan terdapat dipermukaan membrane. Ketika terjadi peregangan membrane, otomatis resistensinya meningkat.Strain gaugeberfungsi sebagai sensor untuk mengukur berat benda atau barang dalam ukuran skala besar.
Umumnya strain gauge ini biasnya digunakan untuk jembatan timbang atau truck scale.Secara fisik strain gauge berupa grid metal foil cukup tipis yang melekat pada permukaan loadcell. Akibat adanya beban di loadcell maka akan terjadi strain lalu ditransmisikan ke foil grid. Tahanan dari foil grid ini mengalami perubahan dengan nilai sebanding strain induksi beban.
15
Umumnya strain gauge memiliki sensor tipe metal foil dimana proses photeching kemudian membentuk konfigurasi grid. Prosesnya sendiri sangat sederhana shingga bisa dibuat beragam ukuran gauge maupun bentuk grid. Gauge memiliki ukuran terpendek sekitar 0,20 mm dan 102 mm untuk ukuran terpanjang.
untuk tahanan strandar 350 ohm namun ada beberapa gauge dengan tahanan 500 ohm - 10.000 ohm untuk kepentingan khusus.Strain gauge menghasilkan perubahan pada nilai tahanan yang proporsional dengan perubahan jangka panjang atau perubahan melalui lamanya proses. Strain gauge memiliki dua tipe dasar strain gage yaitu:
1. Terikat(bonded)
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 kelayakansystem strain gage untuk aplikasi tertentu dimana konstanta kalibrasi strain gauge harus stabil, artinya tidak berubah terhadap waktu, temperature dan faktor lingkungan lain.Ketelitian pengukuran regangan ± 1μs dan pada daerah regangan ± 10 %.
2.3.1 Karakteristik straingauge
Karakteristik dari filamen sebagai berikut : 1. Faktor Gagetertinggi
2. Koefisien suhu resistansirendah 3. Resitivitastinggi
4. Kekuatan mekanistinggi
5. Potensial termo listrik minimum disekitarlead 2.3.2 Bahan- bahan yang dijadikan StrainGauge
Berbagai jenis bahan tahanan telah dikembangkan untuk pemakaian dalam gauge-gaugekawat dan foil, seperti:
16
1. Constantan adalah paduan (alloy) tembaga-nikel dengan koefisien temperatur rendah.
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.
4. Stabiloy adalah paduan nikel-chrome yang dimodifikasi dengan rangkuman kompensasi temperatur yang lebargauge ini memikiki stabilitas yang sangat baik.
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 pengukuran dinamik 850oC.
2.4 Modul HX711
2.4.1 Pengertian Modul HX711
HX711 adalah modul timbanganyang memudahkan kita membaca load cell presisi tinggi. Modul ini berfungsi untuk menguatkan sinyal keluaran dari sensor dan mengkonversi data analog menjadi digital. Dengan menghubungkannya ke mikrokontroller, kita dapat membaca perubahan resistansi dari load celldalam pengukuran berat.
Gambar 2.9 IC HX711
17
2.4.2 Kelebihan Modul HX711
Kelebihan HX711 yaitu struktur yang sederhana, mudah dalam penggunaan,
hasil yang stabil dan reliable, memiliki sensitivitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan cepat.Fitur ICHX711 :
1. Vin : 5V
2. Akurasi data : 24 bit (24 bit A / D converterchip) 3. Dimensi : 38 mm x 21 mm
4. Input : dua channel Analog dari Loadcell 5. Output : Tersinkronisasi (DI & SCK) 6. Frequensi bacaan : 80 Hz
2.4.3 Modul HX711 Sebagai Penguat Sinyal Loadcell
HX711 merupakan sebuah komponen terintegrasi presisi 24-bit analog to digital (ADC) yang didesain untuk sensor timbangan digital dalam industri kontrol aplikasi yang terkoneksi ke sensor jembatan.Prinsip kerja dari HX711 adalah mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Proses komunikasi dengan mikrokontroler dilakukan melalui TTL232. Dengan adanya modul ini, maka mikrokontroller dapat membaca sebuah sinyal dari sensor beban tersebut. Karena load cellhanya mampu memberikan sebuah sinyal tegangan yang sangat kecil sehingga membutuhkan sebuah amplifier untuk menguatkan sinyalnya menjadi batas mininum sebuah mikrokontroller 0V-5V.
2.5 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama.Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah:
- Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.
- Mempunyai 192 karakter tersimpan.
- Terdapat karakter generator terprogram.
- Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.
Proses inisialisasi pin arduino yang terhubung ke pin LCD RS, Enable, D4, D5,
18
D6, dan D7, dilakukan dalam baris LiquidCrystal (2, 3, 4, 5, 6, 7), dimana lcd merupakan variable yang dipanggil setiap kali intruksi terkait LCD akan digunakan.
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 denganLCD.
Gambar 2.10LCD (2x16)
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
19
untuk membuat programtampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya mengunakan 8 bit data dan 3 bitcontrol.
3. Ukuran modul yangproporsional.
4. Daya yang digunakan relative sangatkecil.
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.
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
1 1 Membaca Data
Tabel 2.3 Operasi Dasar LCD
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.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
20
dipantulkan atau diserap. Dari hasil pemantulan atau penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk pola huruf, angka, atau gambar sesuai bagian yang di aktifkan.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), paragraph 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 metodeScreening.LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai banyak digunakan.
2.6 Mikrokontroller
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya.
Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data maka Anda dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatik menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut
“pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang
21
dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka :
• Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas
• Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi
• Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi.Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi.Sebuah IC mikrokontroler tidakakan berarti bila hanya berdiri sendiri.
2.6.1 Fitur AVR ATMega328
ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer).
Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain :
130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
32 x 8-bit register serba guna.
Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
22
Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM(Pulse Width Modulation) output.
Master / Slave SPI Serial interface.
Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja dan parallelism.Instruksi – instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program.Konsep inilah yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU(Arithmatic Logic unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus.6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data.Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X ( gabungan R26 dan R27 ), register Y ( gabungan R28 dan R29 ), dan register Z ( gabungan R30 dan R31 ). Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16- bit.Setiap alamat memori program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit.
Gambar 2.11 Arsitektur Atmega 328
23
ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC, dan PORTD dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/outputdigital atau difungsikan sebagai periperal lainnya
1. Port B
Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output. Selain itu PORTB juga dapat memiliki fungsi alternatif seperti di bawah ini :
a. ICP1 (PB0), berfungsi sebagai Timer Counter 1 input capture pin.
b. OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2 (PB3) dapat difungsikan sebagai keluaran PWM (Pulse Width Modulation).
c. MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur komunikasi SPI.
d. Selain itu pin ini juga berfungsi sebagai jalur pemograman serial (ISP).
e. TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk timer.
Gambar2.12KonfigurasiPortB 2. Port C
Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output digital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai berikut :
24
a. ADC6 channel (PC0,PC1,PC2,PC3,PC4,PC5) dengan resolusi sebesar 10 bit. ADC dapat kita gunakan untuk mengubah input yang berupa tegangan analog menjadi data digital.
b. I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat pada PORTC. I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor atau device lain yang memiliki komunikasi data tipe I2C
Gambar 2.13 Konfigurasi Port C 3. Port D
Port D merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin-nya juga dapat difungsikan sebagai input/output. Sama seperti Port B dan Port C, Port D juga memiliki fungsi alternatif dibawah ini :
a. USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi serial dengan level sinyal TTL. Pin TXD berfungsi untuk mengirimkan data serial, sedangkan RXD kebalikannya yaitu sebagai pin yang berfungsi untuk menerima data serial.
b. Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi khusus sebagai interupsi hardware. Interupsi biasanya digunakan sebagai selaan dari program, misalkan pada saat program berjalan kemudian terjadi interupsi hardware/software maka program utama akan berhenti dan akan menjalankan program interupsi.
25
c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk USART, namun kita juga dapat memanfaatkan clock dari CPU
d. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter external untuk timer 1 dan timer 0.
e. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog comparator.
Gambar 2.14 Konfigurasi Port D 2.7 Buzzer
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loudspeaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai
26
indikator bahwa proses telah selesai atau peringatan bahwa sebuah beban telah melampaui kapasitas pada sebuah alat (alarm). Sebuah buzzer adalah perangkat sinyal audio yang mungkin mekanis, elektromekanik, atau pzielektrik.
Penggunaan umum buzzer dan beep termasuk pada perangkat alarm, pengatur waktu, dan konfirmasi input pengguna seperti keystroke.
27
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Blok
Diagram Blok merupakan dasar dari sistem rangkaian yang
menggambarkan sistem kerjanya beserta fungsi-fungsinya. Berikut diagram blok sistem yang telah dirancang pada gambar dibawah ini:
Gambar 3.1 Diagram Blok
Dapat dijelaskan dalam diagram blok tersebut adalalah menggunakan sensor load cell sebagai komponen utama yang fungsinya sebagai pendeteksi berat benda.
Dimana pada timabangan digital ini digunakan strain gauge pada load cell yang fungsinya mengubah tekanan menjadi sinyal listrik. Posisi sensor diletakkan ditengah timbangan, gunanya supaya sensor dapat berfungsi dengan baik. Pada saat sensor mendeteksi adanya beban, maka sinyal akan dialirkan pada hx711, dimana fungsi dari hx711 sebagai penguat sinyal keluaran dari sensor dan mengkonversi data analog menjadi digital. Melalui hx711, sinyal keluaran yang telah dikonversi akan dibaca dan dikirimkan ke mikrokontroller atmega328, dimana fungsi dari mikrokontroller sendiri sebagai otak atau pengendalian keseluruhan sistem. Lalu sinyal akan mengeluarkan kode yang akan disimpan melalui EEPROM (Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory) sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena EEPROM tetap dapat
MIKROKONTROLLER ATMEGA 328
LOAD CELL HX711 Buzzer
Tombol Setting
LCD PC
28
menyimpan datameskipun catu daya dimatikan. Melalui mikrokontroller, sinyal keluaran yang dikirim akan dikalibrasi pada tombol setting, dimana fungsi tombol setting sebagai kalibrasi berat benda. Setelah dilakukan pengkalibrasian pada tombol setting, maka keluaran dari hasil kalibrasi akan ditampilkan pada lcd.
3.1.1 Fungsi tiap blok :
1. Blok Load Cell berfungsi untuk mendeteksi berat beban.
2. Blok HX711 berfungsi sebagai penguat sinyal keluaran dari sensor, serta mengubah sinyal analog menjadi digital.
3. Blok Mikrokontroller ATMega 328 berfungsi sebagai pengendali keseluruhan sistem.
4. Blok Tombol Setting berfungsi sebagai tombol yang bisa disetting sesuai dengan kapasitas berat yang diinginkan.
5. Blok LCD berfungsi sebagai keluaran tampilan berat 6. Blok PC berfungsi sebagai keluaran tampilan berat
7. Blok Buzzer akan berbunyi apabila kapasitas objek mencapai kapasitas maksimal dalam pengaturan timbangan.
3.1.2 Rangkaian Load cell dan HX711
Sensor loadcell yang digunakan dalam rangkaian ini adalah single point load cell 100 KgberbahanAluminium-alloy dan modul ADC (Analog-to-Digital Converter) 24-bit.Sensor ini menggunakan IC HX711 Weight Scale Sensor yang memang dirancang khusus untuk penggunaan pada sensor berat. Cara kerja sensor ini adalah posisi sensor diletakkan ditengah timbangan, gunanya agar sensor dapat berfungsi dengan baik. Selama proses penimbangan, akan mengakibatkan reaksi terhadap elemen logam pada load cell yang mengakibatkan gaya secara elastis..
Gaya yang ditimbulkan oleh regangan ini dikonversikan kedalam sinyal elektrik oleh strain gauge (pengukur regangan) yang terpasang pada load cell.Pada saat sensor mendeteksi adanya beban, maka sinyal akan dialirkan pada hx711, dimana
29
fungsi dari hx711 sebagai penguat sinyal keluaran dari sensor dan mengkonversi data analog menjadi digital. Penjelasan tiap kabel yaitu :
1. Masukan/ input : kabel merah (E+) dan hitam (E-) 2. Keluaran/output : kabel hijau (A+) dan putih (A-)
Gambar 3.2. Rangkaian Load Cell dan HX711
3.1.3 Rangkaian Liquid Crystal Display (LCD)
LCD adalah sebuah display yang memberikan informasi sistem, berupa status atau data hasil olahan. Pada alat ini yang digunakan adalah LCD2x16 karakter.
Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroller dapat memberi data langsung ke LCD. Pada LCD ini, sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroller menjadi tampilan karakter.
Gambar 3.3Rangkaian LCD karakter 2x16
Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa LCD 2x16 mempunyai 16 pin, sedangkan pengkabelannya adalah :
30
1. Pin 2 dan 16 terhubung dengan Ground (GND) 2. Pin 1 dan 15 terhubung dengan VCC (+5V)
3. Pin 3 dari LCD 2x16 adalah pin yang digunakan untuk mengatur kontras kecerahan LCD. Karena LCD akan berubah kecerahannya, apabila tegangan pada pin 3 ini diturunkan atau dinaikkan.
4. Pin 4 (RS) dihubungkan dengan pin mikrokontroller 5. Pin 5 (RW) dihubungkan dengan GND
6. Pin 6 (E) dihubungkan dengan pin mikrokontroller
7. Sedangkan pin 11 hingga 14 dihubungkan dengan pin mikrokontroller sebagai jalur datanya.
3.1.4 Rangkaian Tombol / Push Button
Adapun rangkaian tombol/ push button digunakan sebagai berikut :
Gambar 3.4 Rangkaian Tombol/ Push Button
Rangkaian ini merupakann input logika digital bagi mikrokontroller. Dari rangkaian dilihat bahwa ketika sakelar tidak ditekan, semua pin pada SL1 akan tetap bertegangan 5V (logika 1) dan ketika salah satu sakelar ditekan, maka outputnya menjadi OV (logika 0).
3.1.5 Rangkaian Arduino Nano
Arduino Nano sudah dilengkapi dengan program boatloader, sehingga programmer dapat langsung meng-up-load kode program langsung ke board Arduino Nano tanpa melalui board perantara atau hardware lain.Arduino Nano memiliki 8 pin sebagai input analog, diberi label A0 sampai dengan A7, yang masing-masing menyediakan resolusi 10 bit (1024 nilai yang berbeda).Secara
31
default pin ini dapat diukur/diatur dari mulai ground sampai dengan 5 Voltjuga memungkinkan untuk mengubah titik jangkauan tertinggi atau terendah mereka menggunakan fungsi analog reference.
Komunikasi arduiono nano sudah dilengkapi dengan fasilitas untuk komunikasi yang dapat digunakan untuk berkomunikasi dengan PC (komputer atau laptop) atau dengan board mikrokontroller lainnya. Atmega 328 dilengkapi dengan komunikasi serial UART TTL (5V) yang terdapat pada pin Do dan D1.
Board juga dilengkapi dengan sebuah IC yang dapat dihubungkan langsung ke komputer untuk menghasilkan sebuah virtual com-port pada operating sistem.
Software Arduino yang digunakan sebagai IDE Arduino juga dilengkapi dengan serial monitor yang memungkinkan programmer untuk menampilkan data serial sederhana yang dikirim atau diterima dari Arduino Nano. Led RX dan TX yang terpasang pada board Arduino Nano akan berkedip jika terjadi komunikasi data serial antara PC dengan Arduino Nano. Arduino Nano dapat menggunakan catudaya langsung dari mini USB port atau menggunakan catudaya luar untuk tegangan 5V.
Gambar 3.5 Rangkaian Arduino Nano
32
3.1.6 Rangkaian Keseluruhan
Gambar 3.6 Rangkaian Keseluruhan
33
3.2 Diagram alir (Flowchart) 3.2.1 Flowchart Software
TIDAK
YA
Gambar 3. 7 Flowchart Software
START
INISIALISASI PORT
DETEKSI TEKANAN LOAD CELL
KONVERSI ANALOG KE DIGITAL
KIRIM KE MIKROKONTROLLER
BERAT 100KG
BUZZER BERBUNYI
TAMPIL LCD
TAMPIL PC
34
BAB 4
PEGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Pengujian Rangkaian LCD
Bagian ini hanya terdiri dari sebuah LCD dot matriks 2 x 16 karakter yangberfungsi sebagai tampilan hasil pengukurandan tampilan dari beberapaketerangan.LCD dihubungkan langsung ke Port D dari mikrokontroler yangberfungsimengirimkan data hasil pengolahan untuk ditampilkan dalam bentukalfabet dan numerik pada LCD.Display karakter pada LCD diatur oleh pin EN,RS dan RW: Jalur EN dinamakan Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahuLCD bahwa anda sedang mengirimkan sebuah data.
Untuk mengirimkan data keLCD, maka melalui program EN harus dibuat logika low “0” dan set (high) padadua jalur kontrol yang lain RS dan RW. Jalur RW adalah jalur kontrol Read/ Write. Ketika RW berlogika low (0),maka informasi pada bus data akan dituliskan pada layar LCD. Ketika RW berlogika high ”1”, maka program akan melakukan pembacaan memori dari LCD.
Sedangkan pada aplikasi umum pinRW selalu diberi logika low ( 0).. Adapun program yang diisikan ke mikrokontroller untuk menampilkan karakter pada display LCD adalah sebagaiberikut:
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 9, 10, 8, 7);
void setup() { lcd.begin(16, 2);
}
void loop() { lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Timbangan 100 kg");
delay(1000);
35
batas = 1000;
lcd.clear();
}
Program di atas akan menampilkan berat benda padadisplay LCD 2x16.
Pada alat penelitian ini, saat keseluruhan rangkaiandiaktifkan, maka pada LCD akan menampilkan status sensor.
Gambar 4.1 Pengujian LCD
4.2 Pengujian Rangkaian HX711
Pada sensor load cell membaca data analog berupa resistansi maka dibutuhkan modul HX711 untuk dikuatkan dan dikonversi menjadi data digital.Data digital yang dihasilkan HX711 dioutputkan pada Dout HX711.Dalam pemograman HX711, arduino memerlukan sebuah library tambahan yaitu library HX711. Dout HX711 adalah digital output dari HX711 yang akan mengkonversi digital output oleh arduino melalui library HX711 menjadi skalaberat.
4.3 Pengujian Rangkaian HX711 dan LoadCell
Pengujian pada rangkaian ini menggunakan program, hx711 berfungsisebagai konversi datadari output load cell menjadi digital dengan 24 bit.Ini adalah program untuk menghubungkan antar hx711 dengan mikrokontroller :
36
#include "HX711.h" //You must have this library in your arduino library folder
#include <LiquidCrystal.h>
#define DOUT A4
#define CLK A5
HX711 scale(DOUT, CLK);
#define BUZ 5
LiquidCrystal lcd(12, 11, 9, 10, 8, 7);
char myBuffer[16] = ""; // width of LCD const int tombol_merah = 2; // int0 const int tombol_hitam = 3; // int1 int batas;
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
attachInterrupt(0, tambah, FALLING);
attachInterrupt(1, kurang, FALLING);
pinMode(tombol_merah, INPUT_PULLUP);
pinMode(tombol_hitam, INPUT_PULLUP);
pinMode(BUZ, OUTPUT);
scale.set_scale();
scale.tare(); //Reset the scale to 0
long zero_factor = scale.read_average(); //Get a baseline reading scale.set_scale(100);
lcd.begin(16, 2);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Timbangan 10 kg");
delay(1000);
37
batas = 1000;
lcd.clear();
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
snprintf(myBuffer, sizeof(myBuffer), "L: %02d.%03d kg ", (int)batas/1000, (int)batas % 1000);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(myBuffer);
int cal = 0;
int berat = scale.get_units();
if (berat < 0 ) {
cal = - 1 * berat;
berat = berat + cal;
}
snprintf(myBuffer, sizeof(myBuffer), "B: %02d.%03d kg ", (int)berat/1000, (int) berat % 1000);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(myBuffer);
delay(100);
if (berat > batas) {
digitalWrite (BUZ,HIGH);
delay(125);
digitalWrite (BUZ, LOW);
delay(250);
} }
38
void tambah (void) {
batas ++;
if (batas > 10000) batas = 100;
snprintf(myBuffer, sizeof(myBuffer),"L: %02d.%03d kg ", (int)batas/1000, (int)batas % 1000);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(myBuffer);
delay(1000);
}
void kurang (void) {
batas --;
if (batas < 100) batas = 10000;
snprintf(myBuffer, sizeof(myBuffer),"L: %02d.%03d kg ", (int)batas/1000, (int)batas % 1000);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(myBuffer);
delay(1000);
}
4.4 Pengujian RangkaianKe PC
Pengujian pada rangkaian ini menggunakan program, hx711 berfungsisebagai konversi data dari load cell ke pc. Berikut adalah program untukmenghasilkan output ke pc :
#include <LiquidCrystal.h>
#include "HX711.h" //You must have this library in your arduino library folder
#include <LiquidCrystal.h>
#define DOUT A4
#define CLK A5
39
HX711 scale(DOUT, CLK);
#define BUZ 5
char myBuffer[17] = ""; // width of LCD LiquidCrystal lcd(12, 11, 9, 10, 8, 7);
int cnt = 0;
const int flows = 3; // int1
const int tombol_merah = 2; // int0 const int tombol_hitam = 3; // int1 int batas;
int i = 0;
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println("CLEARSHEET"); // clears sheet starting at row 1
Serial.println("LABEL,Date,Time,Timer,Counter,Solar_i, Solar_v, Bat_i, Bat_v");
Serial.println("CUSTOMBOX1,LABEL,Stop logging at 250?");
Serial.println("CUSTOMBOX2,LABEL,Resume log at 350?");
Serial.println("CUSTOMBOX3,LABEL,Quit at 450?");
Serial.println("CUSTOMBOX1,SET,1");
Serial.println("CUSTOMBOX2,SET,1");
Serial.println("CUSTOMBOX3,SET,0");
attachInterrupt(0, tambah, FALLING);
attachInterrupt(1, kurang, FALLING);
pinMode(tombol_merah, INPUT_PULLUP);
pinMode(tombol_hitam, INPUT_PULLUP);
pinMode(BUZ, OUTPUT);
scale.set_scale();
scale.tare(); //Reset the scale to 0
long zero_factor = scale.read_average(); //Get a baseline reading scale.set_scale(100);
lcd.begin(16, 2);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Timbangan 100 kg");
delay(1000);
batas = 10000;
40
lcd.clear();
}
void loop() { unsigned int x=0;
snprintf(myBuffer, sizeof(myBuffer), "L: %03d.%03d kg ", (int)batas/1000, (int)batas % 1000);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(myBuffer);
int cal = 0;
int berat = scale.get_units();
if (berat < 0 ) {
cal = - 1 * berat;
berat = berat + cal;
}
berat = berat * 5.2;
snprintf(myBuffer, sizeof(myBuffer), "B: %03d.%03d kg ", (int)berat/1000, (int) berat % 1000);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(myBuffer);
delay(100);
float AcsValue1=0.0,Samples1=0.0,AvgAcs1=0.0,AcsValueF1=0.0;
for (int x = 0; x < 15; x++) { //Get 150 samples
AcsValue1 = berat; //Read current sensor values
Samples1 = Samples1 + AcsValue1; //Add samples together delay (3); // let ADC settle before next sample 3ms
}
AvgAcs1=Samples1/15.0;//Taking Average of Samples AcsValueF1 = (2.5 - (AvgAcs1 * (5.0 / 1024.0)) )/0.100;
AcsValueF1 = (AcsValueF1 * 2)/3;
41
Serial.println( (String) "DATA,DATE,TIME,TIMER," + i++ + "," + AcsValueF1 + "," ",AUTOSCROLL_20" );
if(i==100) Serial.println("ClearRange,B,10,D,20");
if(i==150) Serial.println("BEEP");
if(i==200) {
Serial.println("CELL,GET,FROMSHEET,Simple Data,E,4"); // ==> request value from sheet
int readvalue = Serial.readStringUntil(10).toInt(); // get response. Note: the '10' is important! Always use but never change ;-)
Serial.println( (String) "Value of cell E4 is: " + readvalue); // result displayed in Excel DirectDebugWindow to double check
}
if(i==250) {
Serial.println("CUSTOMBOX1,GET");
int stoplogging = Serial.readStringUntil(10).toInt(); // this information can be seen in the direct debug window on PLX DAQ in Excel
Serial.println( (String) "Value of stoplogging/checkbox is: " + stoplogging);
if(stoplogging) Serial.println("PAUSELOGGING");
}
if(i==300) {
Serial.println("GETRANDOM,-4321,12345"); // between -4321 to 12345 int rndseed = Serial.readStringUntil(10).toInt();
Serial.println( (String) "Got random value '" + rndseed + "' from Excel" );
}
if(i==350) {
Serial.println("CUSTOMBOX2,GET");
int resumelogging = Serial.readStringUntil(10).toInt();
if(resumelogging)
Serial.println("RESUMELOGGING");
}
if(i==400) {
Serial.println("CELL,SET,G10,400 test 1 string"); // default sheet active in PLX DAQ Excel
42
Serial.println("CELL,SET,ONSHEET,Simple Data,G,11,400 test 2 string");
// named sheet available in PLX DAQ Excel }
if(i==450) {
Serial.println("CUSTOMBOX3,GET");
if(Serial.readStringUntil(10).toInt()) {
Serial.println("SAVEWORKBOOKAS,450-Lines-File");
Serial.println("FORCEEXCELQUIT");
} else
Serial.println("No forced Excel quit requested!");
}
delay(100);
}
void tambah (void) {
batas = batas + 100;
if (batas > 100000) batas = 1000;
snprintf(myBuffer, sizeof(myBuffer),"L: %03d.%03d kg ", (int)batas/1000, (int)batas % 1000);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(myBuffer);
delay(1000);
}
void kurang (void) {
batas = batas - 100;
if (batas < 1000) batas = 100000;
snprintf(myBuffer, sizeof(myBuffer),"L: %03d.%03d kg ", (int)batas/1000, (int)batas % 1000);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(myBuffer);
delay(1000);
43
if (berat > batas) {
digitalWrite (BUZ,HIGH);
delay(125);
digitalWrite (BUZ, LOW);
delay(250);
lcd.print("Eror");
delay(250);
} }
