BAB 3
PERANCANGAN ALAT DAN BAHAN
3.1 Diagram Blok dan Rangkaian Sensor Ketinggian Air
Sensor 1 Sensor 2 Sensor 6
Penguat sinyal Penguat sinyal Penguat sinyal
Mikrokontroller AT89S51
Display 7 Segment
Display LED
Pemancar Infra merah
Mikrokontroller AT89S51 Penerima Infra
merah Diplay 7
segment Dislay LED
alarm
Gambar 3.1 Diagram Blok
Sensor berfungsi untuk mendeteksi ketingian air. Sensor air terdiri dari dua kabel yang berdampingan. Sensor yang digunakan untuk mendeteksi air pada alat ini sebanyak 6 buah sensor. Sinyal yang di deteksi oleh sensor kemudian akan dikuatkan oleh penguat sinyal. Data yang telah dikuatkan oleh penguat sinyal kemudia masuk ke mikrokontroler AT89S51untuk diolah dan ditampilkan pada display. Display led berfungsi untuk menampilkan ketinggian air sedangkan display seven segment berfungsi untuk menampilkan level ketinggian air. Data yang diterima oleh
mikrokontroler kemudian akan dikirimkan ke mikrokontroller kedua melalui pemancar inframerah. Agar mikroontroler kedua dapat menerima data, digunakan penerima infra merah yang menggunakan ic TSOP1738. Hasil penerimaan data kemudian akan ditampilkan pada display.
3.2 Rangkaian power supplay ( PSA )
Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada.
Rangkaian PSA yang dibuat untuk menghasilkan tegangan keluaran sebesar 5 volt.
Keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian termasuk mikrokontroller.Rangkaian power supplay ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini :
Gambar 3.2 Rangkaian Power Supplay (PSA)
Trafo CT merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan diratakan oleh kapasitor 2200 μF. Regulator tegangan 5 volt (LM7805CT) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila PSA dinyalakan. Transistor PNP TIP 32 disini berfungsi untuk mensupplay arus apabila terjadi kekurangan arus pada
rangkaian, sehingga regulator tegangan (LM7805CT) tidak akan panas ketika rangkaian butuh arus yang cukup besar. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 buah dioda penyearah.
3.3 Rangkaian Mikrokontroler AT89S51
Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh system yang ada.
Rangkaian mikrokontroler ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Gbr.3.3.Rangkaian mikrokontroller AT89S51
Pin 31 External Access Enable (EA) diset high (H). Ini dilakukan karena mikrokontroller AT89S51 tidak menggunakan memori eskternal. Pin 18 dan 19 dihubungkan ke XTAL 12 MHz dan capasitor 33 pF. XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroller AT89S51 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif tinggi). Pulsa transisi dari rendah ke
tinggi akan me-reset mikrokontroller ini. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit open collector dapat juga digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan bus data selama adanya akses ke memori program eksternal. Pada port 0 ini masing masing pin dihubungkan dengan resistor 4k7 ohm.
Resistor 4k7 ohm yang dihubungkan ke port 0 befungsi sebagai pull up( penaik tegangan ) agar output dari mikrokontroler dapat mentrigger transistor. Pin 1 sampai 8 adalah port 1. Pin 21 sampai 28 adalah port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah port 3.
Pin 39 yang merupakan P0.0 dihubungkan dengan sebuah resistor 330 ohm dan sebuah LED. Ini dilakukan hanya untuk menguji apakah rangkaian minimum mikrokontroller AT89S51 sudah bekerja atau belum. Dengan memberikan program sederhana pada mikrokontroller tersebut, dapat diketahui apakah rangkaian minimum tersebut sudah bekerja dengan baik atau tidak. Jika LED yang terhubung ke Pin 39 sudah bekerja sesuai dengan perintah yang diberikan, maka rangkaian minimum tersebut telah siap digunakan. Pin 20 merupakan ground dihubungkan dengan ground pada power supplay. Pin 40 merupakan sumber tegangan positif dihubungkan dengan + 5 volt dari power supplay
3.4Rangkaian Display Seven Segmen
Nilai ketinggian air yang terdeteksi oleh sensor akan diolah oleh mikrokontroler AT89S51 untuk selanjutnya ditampilkan pada display seven segmen. Rangkaian display seven segmen tampak seperti gambar berikut :
Gambar 3.4 Rangkaian Display Seven Segmen
Display ini menggunakan 1 buah seven segmen yang dihubungkan ke IC 4094 yang merupakan IC serial to paralel. IC ini akan merubah 8 bit data serial yang masuk menjadi keluaran 8 bit data paralel. Rangkaian ini dihubungkan dengan P3.0 dan P3.1 AT89S51. P3.0 merupakan fasilitas khusus pengiriman data serial yang disediakan oleh mikrokontroler AT89S51. Sedangkan P3.1 merupakan sinyal clock untuk pengiriman data serial.
Dengan menghubungkan P3.0 dengan IC serial to paralel (IC 4094), maka data serial yang dikirim akan diubah menjadi data paralel. Kemudian IC 4094 ini dihubungkan dengan seven segmen agar data tersebut dapat ditampilkan dalam bentuk angka. Seven segmen yang digunakan adalah aktip low, ini berarti segmen akan hidup
jika diberi data low (0) dan segmen akan mati jika diberi data high (1). Untuk menampilkan angka pada seven segmen, maka data yang harus diberikan adalah sebagai berikut:
Untuk menampilkan angka nol, data yang harus dikirim adalah 20h Untuk menampilkan angka satu, data yang harus dikirim adalah 0ech Untuk menampilkan angka dua, data yang harus dikirim adalah 18h Untuk menampilkan angka tiga, data yang harus dikirim adalah 88h Untuk menampilkan angka empat, data yang harus dikirim adalah 0c4h Untuk menampilkan angka lima, data yang harus dikirim adalah 82h Untuk menampilkan angka enam, data yang harus dikirim adalah 02h Untuk tampilan kosong (tidak ada nilai yang tampil), data yang harus dikirim adalah 0ffh
Program untuk menampilkan angka pada display seven segmen adalah sebagai berikut:
bil0 equ 20h bil1 equ 0ech bil2 equ 18h bil3 equ 88h bil4 equ 0c4h bil5 equ 82h bil6 equ 02h bilkosong equ 0ffh
mov 60h,#bil1 Tampil:
mov sbuf,62h jnb ti,$
clr ti
sjmp Tampil
Program di atas akan menampilkan nilai 1 pada display seven segmen. Dan nilai berapapun yang diisikan ke alamat 60h, akan ditampilkan pada display seven segmen.
3.5 Perancangan Rangkaian Sensor dan Pengolah Sinyal
Sensor ini berfungsi untuk mengetahui ketika ada air yang mengenai sensor. Sensor ini terdiri dari dua lempeng logam, dimana lempeng 1 dihubungkan ke Vcc 5 volt dan yang lainnya dihubungkan ke input dari rangkaian pengolah sinyal.
Sensor dan foto dioda yang terkena air akan mengalami perubahan tegangan kemudian akan diolah oleh rangkaian penerima agar menghasilkan data biner, dimana jika sensor terkena air merah maka output dari rangkaian penerima ini akan mengeluarkan logika low (0), namun jika sensor dan fotodioda tidak terkena air, maka output dari rangkaian penerima akan mengeluarkan logika high (1). Adapun rangkaian sensor dan penguat sinyal yang digunakan adalah sebanyak 6 buah yang terbagi dalam 3 level. Berarti dalam setiap level terdapat 2 buah sensor dan penguat sinyal.
Rangkaian sensor dan penguat sinyal seperti gambar berikut :
Air ke mikro
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor dan Penguat Sinyal
Pada rangkaian tersebut, output dari sensor diumpankan ke Op Amp, di Op Amp tegangan akan dikuatkan sesuai dengan yang diinginkan. Output Op Amp akan diinputkan ke basis dari transistor tipa NPN C945, ini berarti untuk membuat transistor tersebut aktif maka tegangan yang keluar dari Op Amp harus lebih besar dari 0,7 volt. Syarat ini akan terpenuhi jika sensor terkena air.
3.6 Display LED
Lampu-lampu led disusun sesuai dengan letak level air. Dimana lampu yang menyala berarti sensor telah terkena air dan jika sensor belum terkena air, maka LED hidup.
Gambar rangkaian seperti berikut ini:
Gambar 3.6. Rangkaian Display LED
Display ini menggunakan transistor sebagai saklar. Transistor yang digunakan adalah tipe PNP C945. transistor tipe ini akan aktif (saturasi) jika pada basis mendapatkan tegangan yang lebih kecil dari 4,3 volt (VB < 4,3 volt). Dan akan cut off (terputus) jika tegangan pada basis lebih besar dari 4,3 volt (VB > 4,3 volt) pada perancangan alat ini terdapat 6 buah rangkaian di atas. Dimana masing – masing rangkaian dihubungkan ke mikrokontroler AT89S51
Rangkaian display led ini berfungsi sebagai penunjuk tingkatan ketinggian air.
Apabila ketinggian air dalam kategori rendah maka led berwarna biru akan menyala, jika tingkatan dalam keadaan sedang maka led berwarna kuning akan menyala dan apabila telah terjadi banjir maka led berwarna merah yang akan menyala.rangkaian display led dapat dilihat dari gambar berikut:
Komponen utama dari rangkaian ini adalah 2 buah LED yang hidup/matinya dikendalikan oleh transistor C945. pada rangkaian ini transistor difungsikan sebagai
saklar untuk menghidup/mematikan 2buah LED yang disusun secara paralel. Jadi ketika transistor aktip maka LED akan menyala dan sebaliknya.
Basis dari transistor ini dihubungkan ke mikrokontroler, sehingga dengan memberikan logika high atau low pada program, maka hidup/matinya LED dapat dikendalikan melalui program yang diisikan ke mikrokontroler AT89S51. pada tugas akhir ini digunakan sebanyak enam buah rangkaian seperti tampak pada gambar di atas
3.7 Rangkaian Pengirim Infra Merah
Data yang yang telah diolah mikrokontroler AT89S51 dikirimkan ke rangkaian penerima dengan menggunakan LED infra merah. Rangkaiannya seperti gambar berikut :
Gambar 3.7. Rangkaian Pengirim Data Melalui Infra Merah
Pada rangkaian di atas LED infra merah akan menyala jika basis pada transistor C945 diberi tegangan yang lebih besar dari 0,7 volt, ini akan sama artinya
P3.7 ( AT89S51)
LED_ir VCC 5V
330 R2
4.7k 2SA733
jika pada P3.7 AT89S51 diberi logika high (1), karena pin yang diberi logika high akan mempunyai tegangan 4 s/d 5 volt, cukup untuk mengaktipkan transistor.
Sedangkan untuk mematikan LED infra merah, maka P3.7 AT89S51 harus diberi logika low (0), karena dengan memberikan logika low pada P3.7, maka P3.7 akan memiliki tegangan 0 s/d 0,009 volt, tegangan ini akan menyebabkan transistor tidak aktip.
Untuk pengiriman data agar data dapat dikirimkan dari jarak yang jauh, maka LED infra merah harus dipancarkan dengan frekuensi 38 KHz karena frekuensi ini bebas dari gangguan frekuensi infra merah alam. Jika LED infra merah dipancarkan dengan frekuensi selai 38 KHz, maka pancarannya akan terganggu oleh frekuensi- frekuensi infra merah dari alam, seperti frekuensi infra merah yang dipancarkan oleh matahari, tumbuhan, bahkan badan manusia. Dengan menggunakan frekuensi 38 KHz, maka pancaran LED infra merah yang dihasilkan oleh rangkaian tidak terganggu oleh pancaran infra merah alam, sehingga jarak pengiriman data semakin jauh.
3.8 Rangkaian Penerima Infra Merah
IC yang digunakan sebagai penerima infra merah adalah IC TSOP 1738. IC ini sering digunakan sebagai penerima/receiver remote control dari TV atau VCD.
Rangkaiannya tampak seperti dibawah ini:
P3.7 ( AT89S51) 5V
VCC
100
10uF
i_1
0
i
i_1
i
TSOP 1738
Gambar 3.8 Rangkaian Penerima Infra Merah
Pada rangkaian diatas digunakan resistor 100 ohm untuk membatasi arus yang masuk pada rangkaian, sedangkan kapasitor 10 μF digunakan agar arus yang masuk ke IC TSOP 1738 lebih stabil.
IC ini mempunyai karakteristik yaitu akan mengeluarkan logika high (1) atau tegangan ± 4,5 volt pada outputnya jika IC ini mendapatkan pancaran sinar infra merah dengan frekuensi antara 38 – 40 KHz, dan IC ini akan megeluarkan sinyal low (0) atau tegangan ± 0,109 volt jika pancaran sinar infra merah dengan frekuensi antara 38 – 40 KHz berhenti, namun logika low tersebut hanya sesaat yaitu sekitar 1200 μs, setelah itu outputnya kan kembali menjadi high. Sifat inilah yang dimanfaatkan sebagai pengiriman data.
Output dari IC ini dihubungkan ke P3.7 pada mikrokontroller, sehingga setiap kali IC ini mengeluarkan logika low atau high pada outputnya, maka mikrokontroller dapat langsung mendeteksinya
3.9 Perancangan Rangkaian Alarm
Rangkaian alarm ini berfungsi untuk memberikan peringatan berupa nada alarm apabila banjir telah terdeteksi. Apabila seluruh sensor dan fotodioda terkena oleh air maka alarm akan berbunyi.s Rangkaiannya seperti gambar di bawah ini:
Gambar 3.9. Rangkaian Alarm
Pada alat ini, alarm yang digunakan adalah alarm 5 volt. Alarm ini akan berbunyi jika positifnya dihubungkan ke sumber tegangan positif dan negatifnya dihubungkan ke ground.
Pada rangkaian di atas transistor berfungsi sebagai saklar elektronik yang dapat menghidupkan dan mematikan alarm. Dari gambar dapat dilihat bahwa negatif alarm dihubungkan ke kolektor dari transistor NPN (2SC945), ini berarti jika transistor dalam keadaan aktif maka kolektor akan terhubung ke emitor dimana emitor langsung terhubung ke ground yang menyebabkan tegangan di kolektor menjadi 0 volt, keadaan ini akan mengakibatkan alarm berbunyi. Sebaliknya jika transistor tidak aktif, maka kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor menjadi 5 volt, keadaan ini menyebabkan alarm mati.
Transistor yang digunakan dalam rangkaian di atas adalah transistor jenis NPN, transistor jenis ini akan aktif apabila tegangan pada basis lebih besar dari 0,7 volt. Resistor 4,7 Kohm pada basis berguna untuk membatasi arus yang masuk pada basis agar transistor tidak rusak.
BAB 4
PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
4.1 Pengujian Rangkaian Power Supply (PSA)
Rangkaian Power Supply diuji dengan menghubungkan rangkaian Power Supply dengan sebuah multimeter. Adapun tujuannya adalah untuk mengukur tegangan keluarannya apakah sudah sesuai dengan yang diinginkan atau belum.
Pada rangkaian Power Supply tegangan yang masuk adalah tegangan sebesar 220 volt AC. Untuk menghidupkan rangkaian ini tidak diperlukan tegangan sebesar itu. Selain itu arus yang digunakan adalah arus searah, hal ini disebabkan karena apabila arus yang masuk adalah arus bolak-balik maka tegangan yang dihasilkan tidak stabil. Dan ini dapat menyebabkan kerusakan pada rangkaian.
Karena tegangan yang masuk kedalam rangkaian adalah tegangan sebesar 220 Volt AC, maka tegangan ini perlu dikecilkan dan disearahkan menjadi tegangan DC.
Oleh karena itu pada rangkaian ini digunakan Trafo CT yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 Volt menjadi 2 tegangan keluaran yaitu 12 Volt dan 5 Volt. Kemudian tegangan ini disearahkan dengan 2 buah dioda dan kemudian diratakan dengan kapasitor 2200 mikro farad.
Tegangan keluaran yang dihasilkan oleh rangkaian Power Supply ini adalah 12 Volt DC dan 5 Volt DC. Tegangan 5 Volt DC akan digunakan untuk menghidupkan
rangkaian mikrokontroller AT89S51 dan tegangan 12 Volt DC akan digunakan untuk menghidupkan semua relay yang ada pada rangkaian.
Apabila rangkaian kita hidupkan dan kita hubungkan ke multimeter dan keluarannya sesuai dengan yang diharapkan, maka rangkaian ini sudah bekerja dengan baik. Akan tetapi, bila tidak sesuai maka kemungkinan besar ada kerusakan di dalam rangkaian ini.
4.2 Pengujian Rangkaian Mikrokontroller AT89S51
Pada rangkaian ini digunakan 2 buah mikrokontoller yaitu pada rangkaian pengirim data dan pada rangkaian penerima data. Untuk mengetahui apakah rangkaian mikrokontroller AT89S51 telah bekerja dengan baik, maka dilakukan pengujian.Pengujian bagian ini dilakukan dengan memberikan program sederhana pada mikrokontroller AT89S51. Programnya adalah sebagai berikut:
Loop:
Setb P0.0 Acall tunda Clr P0.0 Acall tunda Sjmp Loop Tunda:
Mov r7,#255 Tnd: Mov r6,#255
Djnz r6,$
Djnz r7,tnd Ret
Program di atas bertujuan untuk menghidupkan LED yang terhubung ke P0.0 selama ± 0,13 detik kemudian mematikannya selama ± 0,13 detik secara terus menerus. Perintah Setb P0.0 akan menjadikan P0.0 berlogika high yang menyebabkan LED menyala. Acall tunda akan menyebabkan LED ini hidup selama beberapa saat.
Perintah Clr P0.0 akan menjadikan P0.0 berlogika low yang menyebabkan LED akan mati. Perintah Acall tunda akan menyebabkan LED ini mati selama beberapa saat.
Perintah Sjmp Loop akan menjadikan program tersebut berulang, sehingga akan tampak LED tersebut tampak berkedip.
Lamanya waktu tunda dapat dihitung dengan perhitungan sebagai berikut : Kristal yang digunakan adalah kristal 12 MHz dan terdapat 12 siklus mesin di dalam mikrokontroller, sehingga 1 siklus mesin membutuhkan waktu = 12
12 MHz = 1
mikrodetik
Tabel 4.1 Waktu Eksekusi
Mnemonic Siklus Waktu Eksekusi
MOV Rn,#data 2 2 x 1 μd = 2 μd
DJNZ 2 2 x 1 μd = 2 μd
RET 1 1 x 1 μd = 1 μd
Jika program tersebut diisikan ke mikrokontroller AT89S51, kemudian mikrokontroller dapat berjalan sesuai dengan program yang diisikan, maka rangkaian minimum mikrokontroller AT89S51 telah bekerja dengan baik.
.
4.3 Pengujian Rangkaian Display Seven Segment
Pengujian pada rangkaian ini dapat dilakukan dengan menghubungkan rangkaian ini dengan rangkaian mikrokontroler, kemudian memberikan data tertentu pada port serial dari mikrokontroler. Seven segmen yang digunakan adalah common anoda, dimana segmen akan menyala jika diberi logika 0 dan sebaliknya segmen akan mati jika diberi logika 1.
Dari hasil pengujian diperoleh data yang harus dikirimkan ke port serial untuk menampilkan angka desimal adalah sebagai berikut
Tabel 4.2 Data yang Dikirim ke Port Serial
Angka Data yang dikirim
1 0ECH
2 18H
3 88H
4 0C4H
5 82H
6 02H
7 0E8H
8 0h
9 80H
0 20H
Program yang diisikan pada mikrokontroler untuk menampilkan nilai-nilai tersebut adalah sebagai berikut:
bil0 equ 20h bil1 equ 0ech bil2 equ 18h bil3 equ 88h bil4 equ 0c4h bil5 equ 82h bil6 equ 02h bil7 equ 0e8h bil8 equ 0h bil9 equ 80h Loop:
mov sbuf,#bil0 Jnb ti,$
Clr ti sjmp loop
Program di atas akan menampilkan angka 0 pada semua seven segmen.
Sedangkan untuk menampilkan 3 digit angka yang berbeda pada seven segmen adalah dengan mengirimkan ke 3 data angka yang akan ditampilkan pada seven segmen.
Programnya adalah sebagai berikut : Loop:
mov sbuf,#bil1 Jnb ti,$
Clr ti sjmp loop
Program di atas akan menampilkan angka 1 pada display seven segmen
4.4 Pengujian Rangkaian Pengirim Data Melalui Infra Merah
Untuk mengetahui apakah rangkaian pengirim data inframerah sudah bekerja dengan baik juga diperlukan suatu pengujian rangkaian. Seperti yang sudah dilakukan penulis pada prakteknya bahwa pemancar inframerah tidak bekerja sesuai dengan yang diinginkan. Data yang disampaikan oleh pemancar inframerah tidak sama dengan data yang diterima oleh penerima inframerah.
Setelah dilakukan analisa, ternyata pemancar inframerah tidak dapat bekerja dengan baik karena adanya gangguan dari inframerah yang dipancarkan oleh alam baik matahari, tumbuhan bahkan tubuh manusia sendiri. Untuk membuktikan kebenaran dari analisa ini, maka pengujian rangkaian dilakukan pada malam hari dimana tidak ada inframerah yang dipancarkan dari alam. Dan ternyata hasilnya pemancar inframerah dapat mengirimkan data sampai pada jarak maksimum tersebut.
Agar data dapat dikirimkan sampai jarak maksimum tersebut maka LED infra merah harus dipancarkan dengan frekuensi 38 KHz karena frekuensi ini bebas dari gangguan frekuensi infra merah alam. Jika LED infra merah dipancarkan dengan frekuensi selai 38 KHz, maka pancarannya akan terganggu oleh frekuensi-frekuensi infra merah dari alam, seperti frekuensi infra merah yang dipancarkan oleh matahari, tumbuhan, bahkan badan manusia. Dengan menggunakan frekuensi 38 KHz, maka pancaran LED infra merah yang dihasilkan oleh rangkaian tidak terganggu oleh pancaran infra merah alam, sehingga jarak pengiriman data semakin jauh.
Untuk memancarkan frekuensi 38 KHz dari LED infra merah, langkah yang harus dilakukan adalah dengan mengedipkannya (menghidupkan dan mematikannya)
dengan frekuensi tersebut, yaitu dengan memberikan logika high dan low pada P3.7 dengan selang waktu (perioda) :
1 1 13
0, 0000263 26, 3
38 38 10
T s s
f KHz x Hz µ
= = = = =
Untuk mendapatkan perioda tersebut, maka program yang harus diberikan pada mikrokontroler AT89S51 adalah:
38KHz:
clr p3.7 nop
nop nop nop nop nop nop nop nop nop nop nop
setb p3.7 nop
nop nop nop nop nop nop nop nop nop
sjmp 38KHz
Mikrokontroler AT89S51 memerlukan 12 Clock setiap satu siklus mesin.
Dengan demikian, jika digunakan kristal 12 MHz, maka waktu yang diperlukan untuk satu siklus mesin adalah :
12 6
1 10 1
12 Clock
x sekon s
MHz = = µ
Jika dihitung lamanya mikrokontroler AT89S51 mengerjakan perintah di atas :
Tabel 4.3 Siklus Mesin
Instruksi Siklus mesin Waktu (μS)
CLR NOP SETB SJMP
1 1 1 2
1 1 1 2
Berdasarkan tabel di atas, maka lamanya logika low (0) pada P3.7 adalah 13 μ dan lamanya logika high (1) adalah 13 μs, sehingga periodanya menjadi 26 μs.
13 μs 13 μs
Low High 26 μs
Dengan demikian frekuensi yang dihasilkan oleh P3.7 adalah :
6 6
1 1 1 1 10
38461 38, 461
26 26 10 26
f x Hz KHz
T µs x − s
= = = = = =
Jika LED infra merah dipancarkan dengan frekuensi ini, maka pancaran LED infra merah dari rangkaian tidak akan terganggu oleh frekuensi infra merah alam.
Sebagai catatan frekuensi infra merah yang tidak dipengaruhi oleh frekuensi infra merah dari alam adalah anatara 38 KHz s/d 40 KHz, frekuensi inilah yang digunakan sebagai frekuensi remote kontrol dari TV, VCD dan DVD di seluruh dunia.
Ketika penerima infra merah menerima pancaran infra merah dengan frekuensi 38 KHz dari rangkaian pemancar, maka output dari penerima akan berlogika high (1), jika pancaran infra merah ini dihentikan, maka penerima akan mendapatkan logika low (0) sesaat (± 1200 μs ) kemudian berubah menjadi high (1) kembali walaupun tidak ada pancaran infra merah dengan frekuensi 38 KHz. Ini sudah merupakan karakteristik dari penerima infra merah yang digunakan (TSOP 1738). Pada alat ini, logika high setelah setelah logika low sesaat itulah yang dijadikan sebagai data, sehingga dengan mengatur lebar pulsa high (1) tersebut dengan suatu nilai tertentu dan menjadikan nilai tersebut sebagai datanya, maka pengiriman data dapat dilakukan.
Kesalahan pengambilan data oleh penerima disebabkan karena adanya penghalang atau karena kesalahan pengambilan data ketika alat pertama kali dihidupkan. Seharusnya penerima mengambil sinyal low dari data yang pertama, kemudian mengambil data pertama, setelah itu mengambil sinyal low dari data kedua, kemudian mengambil data kedua, dan demikian seterusnya, sehingga data tersebut sesuai dengan urutannya. Namun jika ada penghalang sesaat atau ketika pertama kali dihidupkan terjadi kesalahan pengambilan sinyal low, maka pengambilan data
seterusnya akan salah. Misalnya jika ada penghalang sesaat, sehingga sinyal low yang diterima adalah sinyal low yang kedua, maka data kedua akan dianggap sebagai data pertama, dan data ketiga akan dianggap sebagai data kedua, demikian seterusnya, sehingga urutan data menjadi salah.
Untuk menghindari kesalahan dalam pengambilan data, maka pada alat ini ditambahkan satu data yang berfungsi sebagai startbit atau data awal. Data awal ini mempunyai nilai tertentu, jadi ketika penerima mendapatkan sinyal low, penerima akan mengambil 1 data setelah sinyal low tersebut dan membandingkannya apakah sesuai dengan data awal atau tidak. Jika tidak sama, maka penerima akan mengambil data berikutnya , kemudian membandingkan lagi sesuai atau tidak dengan data awal.
Langkah ini dilakukan terus sampai didapat data awal. Ketika penerima mendapatkan data yang sesuai dengan data awal, maka penerima akan mengambil data pertama setelah data awal sebagai data pertama, data kedua setelah data awal sebagai data kedua, dan seterusnya hingga data ketiga. Dengan demikian tidak akan terjadi kesalahan urutan data, walaupun ada penghalang sesaat.
Setiap data mempunyai lebar pulsa high (1) tertentu. Untuk nilai data 0, maka lebar pulsa high yang dikirim adalah ± 1131 μ sekon. Programnya seperti berikut:
Mov 70h,#0 Inc 70h Kirim:
Mov r0,70h Acall data Sjmp kirim
data:
loop1:
acall pulsa djnz r0,loop1 ret
pulsa:
Clr P0.0 ; 1μs Mov r7,#2 ; 1μs pls:
mov r6,#255 ; 1μs djnz r6,$ ; 2x255=510μs
djnz r7,pls ; 2μs =513x2=1026μs mov r7,#50 ; 1μs djnz r7,$ ; 2x50=100μs ret ; 2μs Total 1131μs
Demikian juga seterusnya jika yang dikirimkan data 1 s/d data 9, maka data ini akan ditambah dengan nilai 1, dan kemudian hasil penjumlahannya digunakan sebagai banyaknya perulangan dalam pengiriman pulsa.
Sebagai contoh jika data yang dikirimkan adalah data 1, maka data ini akan ditambahkan 1 sehingga hasilnya menjadi 2. 2 inilah yang merupakan banyaknya perulangan pengiriman pulsa. Jadi lebar pulsa untuk data satu ± 2 x 1.131 μs = 2.262 μs. Demikian pula untuk data-data yang lainnya.
4.5 Pengujian Rangkaian Penerima Infra Merah
Untuk mengetahui apakah rangkaian penerima inframerah sudah bekerja dengan baik, maka dilakukan suatu pengujian rangkaian. Pada penerima inframerah ini, IC yang
dipakai adalah IC TSOP 1738. Output dari IC ini dihubungkan ke P3.7 pada mikrokontroler, sehingga setiap kali IC ini mengeluarkan logika low atau hing pada outputnya, maka mikrokontroller dapat langsung mendeteksinya. Programnya sebagai berikut :
Utama:
mov 60h,#0h jb P3.7,$
nop
jnb P3.7,$
nilai:
inc 60h
acall hitung jb P3.7,nilai mov a,60h mov b,#10 div ab dec a
cjne a,#10,Utama
Awalnya mikrokontroler akan memasukkan nilai 0 pada alamat 60h, kemudian menunggu sinyal low dari P3.7 yang terhubung ke output dari IC TSOP 1738. Jika ada sinyal low, itu berarti ada data yang akan dikirim oleh pemancar, kemudian mikrokontroler akan mengabaikan sinyal low tersebut sampai datang sinyal high, sinyal high inilah yang dihitung oleh mikrokontroller sebagai data yang masuk. Data yang masuk akan dibagikan dengan nilai 10. Hal ini dilakukan karena lebar data pengirim 10 kali lebih besar daripada lebar data penerima, sehingga harus dibagi dengan 10. Kemudian hasilnya akan dikurangi dengan 1, hal ini karena pada saat
pengiriman, setiap data telah ditambah dengan nilai satu. Selanjutnya lebar data akan dibandingkan, apakah sama dengan 10 atau tidak, jika sama dengan 10 maka data ini merupakan data startbit, dengan demikian 3 data setelah ini adalah merupakan data temperatur, dan akan diambil untuk ditampilkan nilainya. Namun jika data tersebut tidak sama dengan 10, maka data ini bukan merupakan data startbit, program akan kembali ke awal sampai mendapatkan startbit.
Setelah mendapatkan data startbit, maka mikrokontroler akan mengambil 3 data setelah data startbit tersebut, yang merupakan data dari nilai yang dikirimkan oleh pemancar.
4.6. Pengujian Rangkaian alarm
Pengujian pada rangkaian alarm ini dapat dilakukan dengan memberikan tegangan 5 volt dan 0 volt pada basis transistor C945. Transistor C945 merupakan transistor jenis NPN, transistor jenis ini akan aktip jika pada basis diberi tegangan > 0,7 volt dan tidak aktip jika pada basis diberi tegangan < 0,7 volt. Aktifnya transistor akan membunyikan alarm.
Selanjutnya alarm dihubungkan dengan mikrokontroler dan mikrokontroler diberi program sederhana untuk megaktifkan alarm. Program yang diisikan ke mikrokontroler untuk mengaktifkan alarm adalah :
Setb P0.0 . . .
Perintah tersebut akan memberikan logika high (1) atau tegangan 5 volt. pada P0.0, sehingga dengan demikian alarm akan berbunyi.
4.7 Pengujian rangkaian display led
Pengujian pada rangkaian ini dapat dilakukan dengan memberikan tegangan 5 volt pada basis, jika pada saat diberikan tegangan 5 volt kemudian LED menyala, dan ketika diberikan tegangan 0 volt pada basis kemudian LED mati, maka rangkaian ini telah berfungsi dengan baik.
4.8 Pengujian Rangkaian penguat Sinyal
Pengujian pada rangkaian penguat sinyal ini dilakukan dengan menghubungkan rangkaian sensor dengan rangkaian penguat sinyal. Selanjutnya rangkaian penguat sinyal ini dihubungkan dengan sebuah multimeter.
Kemudian langkah selanjutnya adalah dengan menghidupkan rangkaian, lalu sensor misalnya sensor level 1 dibuat menyentuh air sehingga sensor menghasilkan tegangan, tegangan yang dihasilkan oleh sensor ini kita ukur juga dengan menggunakan multimeter. Setelah itu, sensor akan mengirimkan data ini ke penguat sinyal yang telah kita hubungkan dengan multimeter. Apabila tegangan yang dihasilkan oleh penguat sinyal lebih besar dari tegangan yang dihasilkan oleh sensor, maka penguat sinyal ini sudah dapat bekerja dengan baik.
4.9 Prinsip Kerja Pendeteksi Banjir Komunikasi Wireless
Pendeteksi banjir ini memanfaatkan ketinggian air untuk mengetahui keadaan suatu lokasi apakah ada tanda-tanda banjir akan datang atau tidak. Untuk mengetahui ketinggian air digunakan sensor pendeteksi ketinggian air. Sensor ini dibuat dari 2 buah kabel yang berdampingan. Pada rangkaian ini digunakan 6 buah sensor pendeteksi ketinggian air yang dibagi menjadi 3 level. Dengan kata lain, pada setiap level terdapat 2 buah sensor pendeteksi ketinggian air. Adapun level pada sensor ini adalah siaga, waspada dan awas.
Karena pada proyek ini yang dimanfaatkan adalah ketinggian air, maka berapa ketinggian air ditampilkan dalam 3 bentuk display, yaitu display seven segment, LED dan alarm. Display seven segment berfungsi untuk menunjukkan ketinggian air dalam bentuk angka yang ditampilkan secara digit, display LED berfungsi untuk menampilkan ketinggian air dalam bentuk 3 level ketinggian air, dan alarm berfungsi untuk memberitahukan bahwa air sudah berada pada ketinggian maksimal.
Apabila air menyentuh sensor maka akan timbul tegangan karena korslet atau hubungan arus singkat. Tegangan yang dihasilkan oleh sensor ini akan dikirim ke penguat sinyal. Karena kita ketahui, tegangan yang dihasilkan oleh sensor sangat kecil, maka tegangan yang dihasilkan oleh sensor akan dikuatkan oleh penguat sinyal.
Hal ini dilakukan agar mikrokontroller mampu membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor tersebut.
Setelah itu, mikrokontroller akan membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor. Mikrokontroller yang telah diprogram akan mengirimkan sinyal ke display
seven segment dan LED serta pemancar inframerah. Adapun program dari mikrokontroller ini dapat kita lihat pada lampiran Tugas Akhir ini. Apabila air menyentuh sensor level 1 maka LED biru akan menyala, begitu juga selanjutnya.
Apabila air menyentuh sensor level 2 maka LED kuning akan menyala, jika air menyentuh sensor level 3 maka LED merah akan menyala. Display seven segment akan menampilkan berapa ketinggian air pada setiap level yang disentuh oleh air.
Semua data yang ditampilkan oleh display LED dan seven segment akan dikirimkan ke penerima inframerah. Pengiriman data ini dilakukan oleh pemancar inframerah. Data yang diterima oleh pemancar akan dikirim ke mikrokontroller yang ada pada penerima. Kemudian mikrokontroller akan mengolah data ini dan menampilkannya sesuai dengan data yang ada pada pemancar inframerah. Pada rangkaian penerima inframerah ini terdapat alarm. Apabila air menyentuh sensor level 3 maka alarm akan berbunyi yang menandakan bahwa air sudah berada pada ketinggian maksimal.
4.10 Aplikasi Pendeteksi Banjir Pada Kolam Ikan Lele
Pendeteksi banjir komunikasi wireless ini umumnya diaplikasikan di sungai terutama sungai – sungai besar yang apabila airnya meluap dapat mengakibatkan banjir di daerah pemukiman penduduk di sekitarnya. Atau di sungai yang dipinggirannya terdapat tambak atau kolam ikan air tawar. Jarak antara pemancar dan penerima inframerah adalah 5o meter. Namun karena pada proyek ini digunakan
pemancar inframerah yang biasa maka kemungkinan tidak bias mencapai jarak tersebut karena banyaknya gangguan inframerah dari alam.
Berikut kita akan membahas mengenai aplikasi pendeteksi banjir pada kolam ikan lele. Ikan lele merupakan salah satu jenis ikan air tawar yang sudah dibudidayakan secara komersial oleh masyarakat Indonesia terutama di Pulau Jawa.
Budidaya ikan lele berkembang pesat karena :
1. Dapat dibudidayakan di lahan dan sumber air yang terbatas 2. Teknologi budidaya relatif mudah dikuasai oleh masyrakat 3. Pemasarannya relatif mudah
4. Modal usaha yang dibutuhkan relatif rendah
Budidaya ikan lele dapat dilakukan di kolam tanah, bak tambak atau bak plastik. Sumber air dapat menggunakan aliran irigasi, air sumur atau air hujan. Karena mudahnya memelihara atau membudidayakan ikan lele, maka banyak masyarakat membuat kolam – kolam kecil di lahan kosong di sekitar rumahnya. Pengairan yang biasa dilakukan adalah dengan memanfaatkan air hujan.
Berikut merupakan syarat hidup ikan lele di air kolam : 1. Tanah yang baik adalah tanah liat, berlumut dan subur
2. Lahan ideal untuk budidaya adalah sawah, comberan, dan kolam-kolam pekarangan
3. Perairan tidak boleh tercemar bahan kimia
4. Lokasi kolam harus berhubungan langsung denganm sumber air misalnya sungai
5. Permukaan air tidak boleh tertutup rapat misalnya oleh daun
6. Air kolam jangan terlalu penuh karena lele lebih bagus hidup di daerah berlumpur.
Karena kita ketahui ikan lele tidak dapat hidup di daerah yang terlalu banyak airnya. Untuk itu, dibutuhkan suatu alat untuk mendeteksi ketinggian air pada kolam ikan lele. Apalagi pada saat musim hujan, curah hujan yang sangat tinggi dapat menyebabkan banjir pada kolam. Tentu hal ini sangat merugikan pemilik kolam tersebut, karena ikan – ikan lele pada kolam tersebut dapat hanyut terbawa arus air yang meluap dari kolam.
Dengan adanya pendeteksi banjir ini, maka pemilik kolam ikan dapat mendeteksi secara otomatis berapa ketinggian air kolam tersebut. Sehingga pemilik kolam dapat secara cepat menanggulangi banjir pada saat musim penghujan tiba.
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil dari proyek Pendeteksi Banjir Komunikasi Wireless, penulis dapat menarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Sensor Pendeteksi Banjir Komunikasi Wireless berbasis AT89S51 merupakan suatu alat yang dapat dipakai untuk mendeteksi banjir, dimana keadaan banjir dapat dideteksi dengan mengukur ketinggian air.
2. Untuk mengukur ketinggian air digunakan sensor pendeteksi ketinggian air yang dapat mendeteksi setiap perubahan ketinggian air.
3. Sensor pendeteksi banjir dibagi menjadi 3 level yaitu level siaga, waspada dan awas yang ditampilkan dalam 3 display yaitu display Seven Segment, LED dan alarm. Alarm akan berbunyi apabila air sudah mencapai ketinggian maksimal.
4. Pendeteksi banjir ini menggunakan komunikasi wireless yaitu komunikasi tanpa kabel. Transmisinya adalah pemancar dan penerima inframerah.
5.2. Saran
Pada alat ini digunakan rangkaian pemancar inframerah. Pada siang hari pemancar ini tidak dapat bekerja dengan baik karena mendapat gangguan dari inframerah alam.
Oleh karena itu, agar proyek ini lebih sempurna sebaiknya inframerah yang digunakan diganti dengan inframerah yang kualitasnya lebih baik. Atau untuk mengurangi biaya proyek ini sebaiknya penerima inframerah diatur frekuensinya sehingga frekuensi inframerah yang digunakan tidak bersinggungan dengan inframerah yang dipancarkan oleh alam sekitar kita atau bahkan tubuh kita sendiri.
Sensor pendeteksi banjir komunikasi wireless berbasis AT89S51 merupakan suatu alat yang dapat digunakan untuk mendeteksi banjir. Oleh karena itu disarankan agar proyek ini tidak hanya semata digunakan oleh mahasiswa sebagai syarat untuk meraih gelar diploma pada program studi Fisika Instrumentasi, tetapi proyek ini harusnya dapat lebih dikembangkan agar proyek ini lebih sempurna sehingga proyek ini dapat diaplikasikan ke fungsi yang sesungguhnya yaitu sebagai pendeteksi banjir pada suatu lingkungan, sehingga mampu membantu masyarakat untuk mengetahui keadaan pemukimannya apakah bebas dari banjir atau ada tanda-tanda kemungkinan banjir akan datang.
