RANCANG BANGUN TIMBANGAN MASSA DAN HARGA BUAH DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA
328P
LAPORAN PROJEK AKHIR 2
IGA MAILIANA SITOMPUL 172411083
PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2020
RANCANG BANGUN TIMBANGAN MASSA DAN HARGA BUAH DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA
328P
LAPORAN PROJEK AKHIR 2
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli Madya
IGA MAILIANA SITOMPUL 172411083
PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2020
PERNYATAAN
RANCANG BANGUN TIMBANGAN MASSA DAN HARGA BUAH DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 328P
LAPORAN TUGAS AKHIR
Saya menyatakan bahwa laporan tugas akhir ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.
Medan, 05 Agustus 2020
Iga Mailiana Sitompul NIM.1172411083
RANCANG BANGUN TIMBANGAN BUAH DIGITAL KELUARAN MASSA DAN HARGA BERBASIS ATMEGA 328P
ABSTRAK
Telah dibangun sebuah alat bantu yang digunakan untuk mengetahui berat suatu benda. Dalam hal pengukuran massa, pengukuran massa biasanya dilakukan secara manual yaitu dengan menggunakan timbangan manual sistem penimbangan yang dilakukan saat ini masih dianggap kurang efesien karena membutuhkan waktu yang cukup lama jika dilakukan secara banyak, maka dirancanglah suatu alat timbangan elektronik menggunakan mikrokontroler Atmega 328P sebagai pengendali dan load cell sebagai sensor. Pada saat alat mendeteksi adanya beban, maka secara otomatis sensor akan membaca dan mengirimkan sinyal ke mikrokontroler yang kemudian berat suatu benda akan ditampilkan oleh LCD.
Dalam hal ini timbangan digital memiliki banyak keunggulan antara lain:
massa timbangannya sendiri lebih ringan dibandingkan dengan timbangan digital, hasil pengukuran beban yang diukur lebih akurat, dari segi desain timbangan digital lebih terkesan modern dan dalam hal perawatan yang diperlukan sangan mudah dilakuan. Dalam pemanfaatannya juga timbangan digunakan diberbagai bidang, dari bidang perdagangan, industri sampai dengan perusahaan jasa.
Kata Kunci
LCD, Mikrokontroler, Sensor, Timbangan Digital
RANCANG BANGUN TIMBANGAN BUAH DIGITAL KELUARAN MASSA DAN HARGA BERBASIS ATMEGA 38P
ABSTRACT
A tool has been built that is used to determine the weight of an object. In terms of mass measurement, mass measurement is usually done manually, namely by using a manual weighing system which is currently still considered inefficient because it requires a long time if done in large quantities, so an electronic weighing device is designed using the Atmega 328P microcontroller as a controller and load cell as a sensor. When the tool detects a load, the sensor will automatically read and send a signal to the microcontroller which then displays the weight of an object on the LCD.
In this case, digital scales have many advantages, including: the mass of the scale itself is lighter than digital scales, the measured load measurement results are more accurate, in terms of digital scale design it looks more modern and in terms of the necessary maintenance it is very easy to do. In its utilization, scales are also used in various fields, from trade, industry to service companies.
Keywords:
Digital Scales, LCD, Microcontroller, Sensor.
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, dengan limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir ini. Laporan Tugas Akhir ini berjudul “RANCANG BANGUN
TIMBANGAN MASSA DAN HARGA BUAH DIGITAL BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 328P
Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis tidak dapat lepas dari dukungan berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis ingin memberikan rasa hormat dan mengucapkan terima kasih kepada,
1. Ibunda tercinta yang selalu mendoakan dan memberi dukungan doa maupun materil.
2. Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
3. Ibu Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc selaku Ketua Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi dan juga sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan ilmu pengetahuan sebagai penulis.
4. Bapak Junedi Ginting, S.Si, M.Si selaku Sekretaris Program Studi D3 Metrologi dan Instrumentasi.
5. Bapak Dr Perdinan Sinuhaji, MS selaku Dosen Penguji
6. Kakak saya Delika Eprilyati Sitompul yang selalu mendukung saya menyelesaikan tugas ini
7. Kakak Senior yaitu Rahman Fatur dan Seluruh sahabat yang senantiasa membantu dan memberikan semangat kepada Penulis.
Akhirnya diharapkan semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi pembaca khususnya dan perkembangan dunia teknologi
Medan, Agustus 2020
Iga Mailiana Sitompul
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN i
PENGESAHAN ii
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
PENGHARGAAN v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR TABEL ix
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 2
1.5 Manfaat Penelitian 3
1.6 Sistematika Penulisan 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sensor Load 4
2.1.1 Prinsip Kerja Sensor Load Cell 5
2.1.2 Penguat Load Cell HX711 5
2.2 Strain Gauge 8
2.3 Mikrokontroler 10
2..3.1 Fitur AVR AT mega 328P 11
2.3.2 Konfigurasi PIN ATmega 328P 12
2.4 LCD (Liquid Crystal Display) 14
2.4.1 Cara Kerja LCD Secara Umum 14
2.5 Keypad 17
2.6 Anak Timbangan 18
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Perancangan Blok Diagram Sistem
3.1.1 Fungsi Tiap Blok
21 22
3.2 Prinsip Kerja Alat 22
3.3 Perancangan Bangun Alat 22
3.3.1 Sensor Load Cell 22
3.3.2 Power Supply Adaptor PSA 23
3.3.3 Mikrokontroler ATMega 328P 25
3.3.4 LCD 16x2 sebagai penampil karakter 25
3.3.5 Rangkaian Modul HX711 26
3.4 Diagram Alir (flowchart) 28
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Mikrokontoller Atmega 328P 29
4.2 Pengujian Sensor Modul HX711 dan Load Cell 29
4.3 Pengujian Power Supply 31
4.4 Pengujian LCD 31
4.5 Pengujian Alat 32
4.6 Pengujian Keypad 33
4.7 Pengujian Keseluruhan Sistem 35
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 36
5.2 Saran 36
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
No Judul Halaman Tabel
4.1 Pengujian Vin dan Vout 31
4.2 Pengujian Sensor 33
4.3 Hasil Pengujian Dengan Beban Anak Timbangan 33
4.4 Hasil Pengujian Berat Menggunakan Timbangan Digital 33
DAFTAR GAMBAR
No Gambar
2.1 Sensor Load Cell
Judul Halaman
5
2.2 IC H711 6
2.3 Klasiikasi Load Cell 7
2.4 Strain Gauge 9
2.5 Pin Mikrokontroller Atmega 328P 12
2.6 LC 14
2.7 Keypad 19
3.1 Diagram Blok 21
3.2 Rangkaian PSA 23
3.3 Rangkaian Atmega 32P 25
3.4 Rangkaian LCD 26
3.5 Rangkaian modul HX 711 26
3.6 Flowchart 28
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan, akhir-akhir ini bidang elektronika mengalami kemajuan yang pesat. Teknologi sebagai hasil dari peradapan manusia yang semakin pesat dirasakan sangat membantu dan mempermudah manusia dalam memenuhi kebutuhan hidup di zaman modern seperti sekarang. Bukan hanya disektor industri, sektor diluar pun tidak luput dari penggunaan kemajuan teknologi, misalnya seperti pengukuran beban di pasar swalayan, terminal pengiriman barang, dan lain-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 alat ukur tersebut.
Timbangan adalah sebuah alat bantu yang digunakan untuk mengetahui massa suatu benda. Timbangan digital merupakan alat ukur untuk mengukur massa benda atau zat dengan tampilan hasil digital. Dalam pemanfaatan timbangan digunakan diberbagai bidang, dari bidang perdagangan, industri sampai dengan perusahaan jasa.
Sistem kontrol yang digunakan adalah mikrokontroller berbasis Atmega 328 yang akan mengatur sensor berat, display, sebagai keluarannya. Untuk sensor beat, penulis menggunakan tegangan pada ADC yang diperoleh dari tegangan keluaran yang dipasang pada sensor yang 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 dikarenakan mengontrolnya melalui port-port yang ada pada mikrokontroller tersebut. Load cell sendiri merupakan komponen utama pada timbangan digital. Sensor ini digunakan sebagai pendeteksi berat benda. Tingkat keakuratan timbangan juga begantung pada sensor load cell yang dipakai. Load cell yang digunakan disini yaitu load cell single point. Sebagai pendukung dari sensor load cell, maka diperlukan hx 711. Dimana kegunaan dari hx 711 tersebut sebagai penguat sinyal keluaran dari sensor dan mengkonversi data analog menjadi digital. Data yang telah dikonversi akan disimpan
pada EPROM (electrically erasable programmable read-only memory), sehingga menghasilkan keluaran yang akan ditampilkan pada display, pc, serta buzer (audio).
Dalam hal ini penulis memutuskan untuk merancang rumusan ini sebagai tugas akhir yang berjudul “Rancangan Bangun Timbangan Massa dan Harga Buah Digital Berbasis Mikrokontroler Atmega 328P”
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana merancang timbangan dengan tampilan digital.
2. Bagaimana merancang rangkaian pengkondisi sinyal untuk sensor Load Cell.
3. Bagaimana merancang sistem antarmuka antara LCD dan mikrokontroller sehingga terbaca berat dan harganya.
1.3 Batasan Masalah
Untuk membatasi masalah-masalah yang ada, maka penulis membatasi ruang lingkup masalah sebagai berikut:
1. Rangkaian Mikrokontroller yang digunakan adalah Mikrokontroller ATmega 328P sebagai pusat pengolahan data.
2. Pembatasan pada berat timbangan dengan berat paling rendah 0 Kg dan berat paling tinggi 3 Kg.
3. Sample yang digunakan adalah beberapa jenis buah dan harganya.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mempelajari Piranti elektronik yang dibutuhkan dalam rangkaian timbangan digital.
2. Merancang timbangan buah digital yang dapat mengukur berat buah beserta keluaran harga.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
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 memberikan gambaran pada mengenai penelitian ini, secara singkat dapat diuraikan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB 1:PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi latar belakang, masalah, rumusan masalah. Tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.
BAB 2:TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini akan membahas mengenai teori yang berhubungan dengan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software) load cell, mikrokontroler Atmea 328P, daya listrik, power supply.
BAB 3:METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini berisikan tentang prinsip kerja bahan dan peralatan serta cara perancangan alat penelitian dan system kerja alat.
BAB 4:DATA DAN ANALISA
Pada bab ini berisikan tentang pengujian alat dan juga analisa data yang diperoleh dari pengujian alat.
BAB 5:KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dari penelitian ini serta saran yang berkaitan degan seluruh proses perancangan pembuatan tugas akhir ini.
DAFTAR PUSTAKA
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Timbangan adalah sebuah alat bantu yang digunakan untuk mengetahui massa suatu benda. Timbangan digital merupakan alat ukur untuk mengukur massa benda atau zat dengan tampilan hasil digital. Dalam pemanfaatan timbangan digunakan diberbagai bidang, dari bidang perdagangan, industri sampai dengan perusahaan jasa.
Sistem kontrol yang digunakan adalah mikrokontroller berbasis Atmega 328 yang akan mengatur sensor berat, display, sebagai keluarannya. Untuk sensor beat, penulis menggunakan tegangan pada ADC yang diperoleh dari tegangan keluaran yang dipasang pada sensor yang berupa satu IC saja, sehingga kita hanya mengaturnya melalui port-port dari mikrokontroller.
2.1 Sensor 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. Load Cell merupakan sensor berat, apabila Load cell diberi beban pada inti besinya maka nilai resitansi di strain gauge akan berubah. Umumnya Load cell terdiri dari 4 buah kabel, dimana dua kabel sebagai eksitasi dan dua kabel lainnya sebagai sinyal keluaran.
Load Cell adalah alat electromekanik yang biasa disebut Transducer, yaitu gaya yang bekerja berdasarkan prinsip deformasi sebuah material akibat adanya tegangan mekanis yang bekerja, kemudian merubah gaya mekanik menjadi sinyal listrik. Untuk menentukan tegangan mekanis didasarkan pada hasil penemuan Robert Hooke, bahwa hubungan antara tegangan mekanis dan deformasi yang diakibatkan disebut regangan.
Regangan ini terjadi pada lapisan kulit dari material sehingga memungkinkan untuk diukur menggaunakan sensor regangan atau Strain Gauge. Load cell terdiri dari beberapa tipe, diantaranya adalah Load Cell Double Ended Beam, Load Cell Single Ended Beam, Load Cell S Beam, Load Cell single Point, Load Cell type Canister, dan sebagainya. Load Cell yang paling sederhana adalah load cell yang terdiri dari Bending beam dan strain gauge.
Gambar 2.1 Sensor Load Cell Sumber: http:// semesin.com 2.1.1 Prinsip Kerja Sensor Load Ceell
Ketika bagian lain yang lebih elastic mendapat tekanan, maka pada sisi lain akan mengalami perubahan regangan yang sesuai dengan yang dihasilkan oleh straingauge, hal ini terjadi karena ada gaya yang seakan melawan pada sisi lainnya.
Perubahan nilai resistansi yang diakibatkan oleh perubahan gaya diubah menjadi nilai tegangan oleh rangkaian pengukuran yang ada. Dan berat dari objek yang diukur dapat diketahui dengan mengukur besarnya nilai tegangan yang timbul. Sel beban (load cell) terdiri dari satu buah strain gauge atau lebih, yang ditempelkan pada batang atau cincin logam.
Sel beban dikalibrasikan oleh pabrikan yang bersangkutan. Piranti ini dirancang untuk mengukur gaya tekanan mekanis, gaya pemampatan (kompresi), atau gaya puntir yang bekerja pada sebuah objek. Ketika batang atau cincin logam piranti ini berada dibawah tekanan, tegangan yang timbul pada terminal-terminalnya yang dapat dijadikan rujukan untuk mengukur besarnya gaya.
2.1.2 Penguat Load Cell H711
HX711 adalah modul timbangan, yang memiliki prinsip kerja mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Modul melakukan komunikasi dengan computer/mikrokontroller melalui TTL232. Kelebihan dari HX711 yaitu struktur yang sederhana, mudah dalam penggunaan, hasil yang stabil dan reliable, memiliki sensitivitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan cepat. Aplikasi Digunakan pada bidang aerospace, mekanik, elektrik, kimia, konstruksi, farmasi dan
lainnya, digunakan untuk mengukur gaya, gaya tekanan, perpindahan, gaya tarikan, torsi, dan percepatan.
Fitur :
a. Differential input voltage: ±40mV(Full-scale differential input voltage is ± 40mV) b. Data accuracy: 24 bit (24 bit A / D converter chip.)
c. Refresh frequency: 80 Hz d. Operating Voltage :5V DC
e. Operating current : <10 mA – Size:38mm*21mm*10mm
Gambar 2.2 IC HX711 Sumber: http://component 101.com
Ketika bagian lain yang lebih elastic mendapat tekanan, maka pada sisi lain akan mengalami perubahan regangan yang sesuai dengan yang dihasilkan, hal ini terjadi karena ada gaya yang seakan melawan pada sisi lainnya. Perubahan nilai resistansi yang diakibatkan oleh perubahan gaya diubah menjadi nilai tegangan oleh rangkaian pengukuran yang ada.
Dan berat dari objek yang diukur dapat diketahui dengan mengukur besarnya nilai tegangan yang timbul. Si kecil modul HX711 ini menawarkan banyak kemudahan. Modul ini memiliki 3 nilai penguatan, yaitu gain 32, 64 dan 128. Namun untuk timbangan digital ini digunakan gain sebesar 128 yaitu dengan menghubungkan output sensor pada channel A modul.
Modul ini menggunakan interface “two wire” yaitu clock dan data untuk berkomunikasi. Untuk memudahkan pembacaan data dari HX711, telah disediakan pula library yang dapat digunakan. Adapun kelebihan lainnya dari modul HX711 ini
adalah struktur sederhana, mudah dalam penggunaan, hasil yang stabil dan reliable, memiliki sensitifitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan cepat.
2.1.3 Jenis-Jenis Load Cell
Load cell dapat diklasifikasikan berdasarkan kriteria sebagai berikut:
Arah Beban yang Dideteksi
Jika diklasifikasikan berdasarkan arah beban yang dideteksi, load cell dapat dibagi menjadi beberapa jenis yakni tegangan, tekanan, arus bolak balik, dan membengkok.
Gambar 2.3 Klasifikasi load cell berdasarkan arah beban yang dideteksi Sumber: eprins.polsri.ac.id
Presisi atau Ketelitian
Berdasarkan tingkat ketelitian, load cell diklasifikasikan dalam beberapa jenis yaitu jenis load cell yang sangat presisi, normal, standar, dan jenis lainnya
Bentuk dari Bahan Pegas
Bentuk dari bahan pegas dapat menentukan karakteristik dari load cell.
Tekanan Udara
1. Kedap Udara (memperkuat kedap udara)
Jenis ini membungkus bagian luar pada load cell, sehingga bagian dalam pada load cell menjadi kedap udara. Mekanisme seperti diafragma
atau below ini digunakan agar bagian luar pada load cell tidak berpengaruh terhadap terhadap tekanan udara.
2. Terbuka
Dengan tipe terbuka, menggunakan karet sebagai bahan untuk menahan faktor pengaruh suhu, meskipun nilai resistansi daerah sekitarnya menjadi lebih rendah dari jenis kedap udara, akan tetapi masih terdapat beberapa persoalan dalam cara menggunakannya.
Bentuk Bagian Luar
Load cell dapat diklasifikasikan berdasarkan bentuk bagian luar, seperti bentuk balok, bentuk kaleng, bentuk S, dan juga bentuk cincin.
2.2 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 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 sepasang strain 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.
Sensor strain gauge ini sering diaplikasikan pada jembatan timbang mobil atau alat ukur berat dalam skala besar. Sensor strain gauge adalah grid metal-foil yang tipis yang dilekatkan pada permukaan dari struktur. Apabila komponen atau struktur dibebani, terjadi strain dan ditransmisikan ke foil grid. Tahanan foil grid berubah sebanding dengan strain induksi beban. Sensor strain gauge pada umumnya adalah tipe metal-foil, dimana konfigurasi grid dibentuk oleh proses photoeching. Karena prosesnya sederhana maka dapat dibuat bermacam macam ukuran gauge dan
bentuk grid. Untuk macam gauge yang terpendek yang tersedia adalah 0,20 mm yang terpanjang adalah 102 mm. Tahanan gauge standard adalah 120 mm dan 350 ohm, selain itu ada gauge untuk tujuan khusus tersedia dengan tahanan 500, 1000, dan 1000 ohm.
Gambar 2.4 Strain Gauge Sumber:ilmuelektomedik.blogspot
2.3 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.
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 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 mikropropesor memori, dan alat input outputyang terpisah, kehadiran miktokontroler membuka 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. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama.
2.3.1 Fitur AVR ATmega 328 P
ATMega 328 merupakan mikrokontroler keluarga AVR 8 bit. Beberapa tipe mikrokontroler yang sama dengan ATMega8 ini antara lain ATMega8535, ATMega16, ATMega32, ATmega328, yang membedakan antara mikrokontroler antara lain adalah, ukuran memori, banyaknya GPIO (pin input/output), peripherial (USART, timer, counter, dll).
Dari segi ukuran fisik, ATMega328 memiliki ukuran fisik lebih kecil dibandingkan dengan beberapa mikrokontroler diatas. Namun untuk segi memori dan periperial lainnya ATMega328 tidak kalah dengan yang lainnya karena ukuran memori dan periperialnya relatif sama dengan ATMega8535, ATMega32.
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 KB dari flash memori sebagai bootloader.
• Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only 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 Harvard, 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. Selain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register ini digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O lainnya. Register – register ini menempati memori pada alamat 0x20h – 0x5Fh.
2.3.2 Konfigurasi PIN Atmega 328P
Gambar 2.5 Pin Mikrokontroller Atmega 328P Sumber: kscience.blogspot.com
ATMega 328P memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORT B, PORT C, dan PORT D dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/output digital 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.
f. XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama mikrokontroler.
2. Port C
Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output digital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai berikut.
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 seperti sensor kompas, accelerometer nunchuck.
3. PortD
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.
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.
c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk USART, namun kita juga dapat memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak perlu membutuhkan externalclock.
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.
2.4 LCD (Liquid Crystal Display)
Layar LCD merupakan suatu media penampilan data yang sangat efektif dan efisien dalam penggunaannya.Untuk menampilkan sebuah karakter pada layar LCD diperlukan beberapa rangkaian tambahan.Untuk lebih memudahkan para pengguna, maka beberapa perusahaan elektronik menciptakan modul LCD. LCD dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian depan panel LCD yang terdiri dari banyak dot atau titik LCD dan mikrokontroler yang menempel pada bagian belakangpanel LCD yang berfungsi untuk mengatur titik-titik LCD sehingga dapat menampilkan huruf, angka, dan simbol khusus yang dapat terbaca.
Gambar 2.6 LCD (Liquid Crystal Display) Sumber: http://nyebarin.com
2.4.1 Cara Kerja LCD Secara Umum
Pada aplikasi umumnya RW diberi logika rendah “0”. Bus data terdiri dari 4- bit atau 8-bit. Jika jalur data 4-bit maka yang digunakan ialah DB4 sampai dengan DB7. Sebagaimana terlihat pada table diskripsi. Interface LCD merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8-bit dikirim ke LCD secara 4-bit atau 8 bit pada satu waktu. Jika mode 4-bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8-bit (pertama dikirim 4-bit MSB lalu 4-bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya).
Jalur kontrol EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroller mengirimkan data ke LCD. Untuk mengirim data ke LCD program harus menset EN ke kondisi high “1” dan kemudian menset dua jalur kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga mengirimkan data ke jalur data bus. Saat jalur lainnya sudah siap, EN harus diset ke “0” dan tunggu beberapa saat (tergantung pada datasheet LCD), dan set EN kembali
ke high “1”. Ketika jalur RS berada dalam kondisi low “0”, data yang dikirimkan ke LCD dianggap sebagai sebuah perintah atau instruksi khusus (seperti bersihkan layar, posisi kursor dll). Ketika RS dalam kondisi high atau “1”, data yang dikirimkan adalah data ASCII yang akan ditampilkan dilayar. Misal, untuk menampilkan huruf “A” pada layar maka RS harus diset ke “1”. Jalur kontrol R/W harus berada dalam kondisi low (0) saat informasi pada data bus akan dituliskan ke LCD.
Apabila R/W berada dalam kondisi high “1”, maka program akan melakukan query (pembacaan) data dari LCD. Instruksi pembacaan hanya satu, yaitu Get LCD status (membaca status LCD), lainnya merupakan instruksi penulisan. Jadi hampir setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W selalu diset ke “0”. Jalur data dapat terdiri 4 atau 8 jalur (tergantung mode yang dipilih pengguna), DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 dan DB7. Mengirim data secara parallel baik 4-bit atau 8-bit merupakan 2 mode operasi primer. Untuk membuat sebuah aplikasi interface LCD, menentukan mode operasi merupakan hal yang paling penting.
Mode 8-bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaan dalam sebuah aplikasi dan setidaknya minimal tersedia 11 pin I/O (3 pin untuk kontrol, 8 pin untuk data). Sedangkan mode 4 bit minimal hanya membutuhkan 7-bit (3 pin untuk kontrol, 4 pin untuk data). Bit RS digunakan untuk memilih apakah data atau instruksi yang akan ditransfer antara mikrokontroller dan LCD. Jika bit ini di set (RS = 1), maka byte pada posisi kursor LCD saat itu dapat dibaca atau ditulis. Jika bit ini di reset (RS
= 0), merupakan instruksi yang dikirim ke LCD atau status eksekusi dari instruksi terakhir yang dibaca.
2.4.2 Fungsi Pin-Pin LCD
Modul LCD berukuran 16 karakter x 2 baris dengan fasilitas backlighting memiliki 16 pin yang terdiri dari 8 jalur data, 3 jalur kontrol dan jalur-jalur catu daya, dengan fasilitas pin yang tersedia maka lcd 16x2 dapat digunakan secara maksimal untuk menampilkan data yang dikeluarkan oleh mikrokontroler. Secara umum pin-pin LCD diterangkan sebagai berikut :
1. Pin 1 dan 2 Merupakan sambungan catu daya, Vss dan Vdd. Pin Vdd dihubungkan dengan tegangan positif catu daya, dan Vss pada 0V atau ground.
Meskipun data menentukan catu 5 Vdc (hanya pada beberapa mA),
menyediakan 6V dan 4.5V yang keduanya bekerja dengan baik, bahkan 3V cukup untuk beberapa modul.
2. Pin 3 merupakan pin kontrol Vee, yang digunakan untuk mengatur kontras display. Idealnya pin ini dihubungkan dengan tegangan yang bisa diubah untuk memungkinkan pengaturan terhadap tingkatan kontras display sesuai dengan kebutuhan, pin ini dapat dihubungkan dengan variable resistor sebagai pengatur kontras.
3. Pin 4 merupakan Register Select (RS), masukan yang pertama dari tiga command control input. Dengan membuat RS menjadi high, data karakter dapat ditransfer dari dan menuju modulnya.
4. Pin 5 Read/Write (R/W), untuk memfungsikan sebagai perintah write maka R/W low atau menulis karakter ke modul. R/W high untuk membaca data karakter atau informasi status dari register-nya.
5. Pin 6 Enable (E), input ini digunakan untuk transfer aktual dari perintah-perintah atau karakter antara modul dengan hubungan data. Ketika menulis ke display, data ditransfer hanya pada perpindahan high atau low. Tetapi ketika membaca dari display, data akan menjadi lebih cepat tersedia setelah perpindahan dari low ke high dan tetap tersedia hingga sinyal low lagi.
6. Pin 7 sampai 14 adalah delapan jalur data/data bus (D0 sampai D7) dimana data dapat ditransfer ke dan dari display.
7. Pin 16 dihubungkan kedalam tegangan 5 Volt untuk memberi tegangan dan menghidupkan lampu latar/Back Light LCD
2.5 Bahasa Pemrograman
2.5.1 Sejarah Singkat Bahasa Pemrograman C
Bahasa Pemrograman C diciptakan dan dikembangkan oleh Brian Kernighan dan Denis Ritchie di Bell Research Labs. Bahasa Pemrograman C secara khusus diciptakan dengan tujuan agar para programmer (orang yang membuat program komputer) dapat mengakses seluruh internal register. I/O slots dan absolute address dari sebuah komputer. Pada awal tahun 1960-an, sistem operasi komputer mulai menjadi jauh lebih kompleks daris ebelumnya karena adanya pengenalan multi terminal dan kemampuan multi prosessor. Pada saat itu, sistem operasi diciptakan
dengan menggunkan bahasa assembly (bahasa pemrograman tingkat rendah).
Di mana banyak pengembang yang menyadari bahwa suatu sistem operasi dapat dikembangkan lebih lagi, tidak cukup hanya dengan menggunakan bahasa assembly. Inilah asal mula Bahasa C yang dimplementasikan pada Digital Equipment Corporation PDP-7. Pada perkembangan selanjutnya. Bahasa Pemrograman C digunakan untuk mengimplementasikan Sistem Operasi Unix.
2.5.2 Bahasa C
C merupakan bahasa universal dalam bidang pegembangan software dan banyak digunakan pada mesin-mesin dan komputer, banyak sekali software sistem yang dibuat dengan C karena bahasa C memiliki kemampuan untuk mengakses sistem dari komputer, mulai dari RAM yang sederhana, disk bahkan sampai yang sangat detail dan dalam seperti register dan port-port pada komputer, baik itu PC maupun mini computer dan Mainframe.
Menulis Bahasa Pemrograman C tidaklah sesulit yang anda bayangkan. Saya asumsikan anda menggunakan sistem operasi linux/unix atau mungkin cygwin di windows, di mana sudah terinstall compiler yang tersedia untuk Bahasa Pemrograman C.Ada begitu banyak kompiler untuk bahasa c ini di berbagai platform seperti GCC, CC di linux/unix; Miracle C, Turbo C, Microsoft Visual C++
di linux/unix.Kompiler yang akan kita pergunakan kali ini adalah GCC.
Selanjutnya anda juga perlu mempersiapkan text editor apa saja. Bisa notepad jika anda menggunakan windoze atau vi, pico, vim, kwort, nano, gedit, emacs dan lain sebagainya.
2.5.3 Dasar-D asar C
Sebelum kita mulai mempelajari pemrograman bahasa C++, ada baiknya kita tahu pengertian dari C++ itu sendiri. Bahasa C++ merupakan pengembangan dari bahasa pemrograman C. Bahasa C++ dikembangkan oleh Dennis Ritchie, dan pertama kali diimplementasikan di komputer DEC PDP-11 pada tahun 1972 C++
menggunakan konsep yang penting dari bahasa BCPL dan B. Pada saat ini kebanyakan dari sistem operasi menggunakan bahasa C & C++, Selama hampir dua dekade,
bahasa C dapat dioperasikan di semua komputer.
C++ ( ekstensi dari C ), dikembangkan oleh B jarne Stourstrup di awal tahun 1980, banyak kemampuan-kemampuan baru yang ada di C++, tapi lebih penting lagi C++ mempunyai kemampuan object-oriented. Bahasa C++ sendiri merupakan bahasa pemrograman yang lumayan banyak digemerai oleh programmer dan merupakan dasar untuk mempelajari bahasa pemrograman yang lebih grafis (GUI) seperti Visual C++, Visual C, dan lain-lain. Bahasa C ++ mengembangkan kemampuan dari bahasa C yaitu dengan:
a. Memberikan dukungan untuk menciptakan dan memanfaatkan abstraksi data.
b. Dapat digunakan untuk pemrograman berorientasi objek.
c. Dan yang terakhir telah menutupi beberapa kekurangan dalam bahasa C.
2.6 Keypad
Keypad merupakan komponen elektronik yang digunakan sebagai masukan, disususun dari beberapa tombol/switch dengan teknik matrix. Berdasarkan penjelasan tersebut, bahwa sebenarnya keypad merupakan tombol-tombol yang dirangkai menjadi sebuah paket dengan teknik menghubungkan satu tombol dengan tombol yang lain dengan teknik matrix. Teknik matrix adalah bisa dikatakan array, memiiki kolom dan baris lebih dari satu. Berikut secara ilusrasi penghubungan tombol-tombol pada keypad.
Gambar 2.7 Keypad Berbahan Karbon Karet Sumber:http://febripurianta.blogspot.com
2.7 Anak Timbangan
Anak timbangan atau batu timbangan yang selama ini kita kenal mungkin hanyalah anak timbang yang digunakan untuk perdagangan dipasar-pasar. Biasanya anak timbangan tersebut digunakan sebagai satu kesatuan perangkat menimbang pada timbangan meja atau timbangan cb.
Kelas anak timbangan yang digunakan pada proses perdagangan tersebut adalah anak timbangan dengan kelas M3 diamana saat ini biasanya anak timbangan tersebut hanya terbuat dari besi cor. Diluar anak timbangan yang digunakan untuk proses perdagangan dengan kelas M3 tersebut masih banyak kelas anak timbangan lainnya dari anak timbangan kelas M2 hingga yang paling akurat adalah anak timbangan E1.Yang membedakan kelas anak timbangan adalah:
1. Ketelitian anak timbangan, hal ini adalah pembeda utama dari bergai kelas anak timbangan. Misalnya anak timbangan 20 kg dengan kelas M3 menurut stnadar OIML dapat memiliki deviasi +/- 10,000mg sedangkan anak timbangan dengan kelas yang lebih tinggi misalnya anak timbangan F1 20 kg dapat memiliki deviasi +/-100mg
2. Bahan pembuatan anak timbangan, Semakin tinggi kelas anak timbangan maka bahan yang digunakan juga harus semakain bagus. Untuk anak timbangan M3 hingga M1 masih dapat menggunakan bahan baku besi. Namun semakin tinggi kelas anak timbangan misalnya mulai M1 lebih baik jika menggunakan stainless
steel. Bahan untuk pembuatan anak timbangan berpengaruh terhadap ketahanan anak timbangan dan juga tingkat magnetizationnya.
Fungsi dari anak timbangan dengan kelas yang tinggi adalah sebagai anak timbangan kalibrasi. Anak timbangan kalibrasi adalah anak timbangan yang akan digunakan sebagai acuan pada penyetelan timbangan. Baik pada timbangan mekanik maupun pada timbangan digital. Misal kita memiliki timbangan digital dengan kapasitas dan ketelitian 5 kg x 1 g maka untuk acuan kalibrasi seharusnya kita menggunakan anak timbangan 5 kg dengan kelas M1 dimana anak timbangan 5 kg dengan kelas M1 tersebut memiliki deviasi hanya +/- 250mg.
Anak timbangan dengan kelas yang tinggi juga menjadi suatu persyaratan kelengkapan standar dalam sebuah lab atau juga perusahaan yang ingin mendapatkan sertifikasi iso. Dengan adanya anak timbangan standart dengan kualitas yang baik maka perusahaan atau institusi dapat melakukan pengecekan terhadap instrumen penimbangannya setiap waktu. Dengan demikian maka kontrol kualitas juga menjadi lebih terjaga.
Gambar 2.8 Anak Timbangan Sumber: https://timbanganbudi.com
Bua h
Load cell HX71
1
IC Atmega 328
LC D Power Supply
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Perancangan Diagram Blok
Diagram merupakan pernyataan hubungan yang berurutan dari satu atau lebih komponen yang memiliki satuan kerja tersendiri dan setiap blok komponen mempengaruhi komponen yang lainnya. Diagram blok merupakan salah satu cara yang paling sederhana untuk menjelaskan dan menganalisa salah satu kerja dari suatu sistem. Dengan diagram blok kita dapat menganalisa cara kerja rangkaian dan merancang hardware yang dibuat secara umum. Berikut ini adalah diagram blok cara kerja alat :
Gambar 3.1 Diagram Blok
Dapat dijelaskan dalam diagram blok tersebut adalah 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 menyimpan data
meskipun 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 Fungsi tiap blok, yaitu :
a. Blok PSA 5 V sebagai sumber tegangan DC pada rangkaian b. Blok Load Cell sebagai sensor berat
c. HX711 sebagai penguat load cell
d. Blok Mikrokontroller ATMega 328P sebagai pengolah data dari sensor, memberi keluaran ke LCD.
e. Blok LCD digunakan sebagai penampil keterangan berat timbangan dan harganya.
3.2 Prinsip Kerja Alat
Alat ini menggunakan sensor Load cell untuk mendeteksi berat benda yang akan ditimbang. Prinsip kerja alat ini adalah jika ada pertambahan berat, maka sensor akan mulai mendeteksi berat benda. kemudian keluaran dari sensor yang berupa perubahan resistansi ini akan diubah menjadi perubahan tegangan oleh rangkaian mikrokontroler.
Rangkaian ADC yang terdapat pada mikrokontroler ini akan mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Kemudian hasil konversi dari rangkaian ADC akan diproses oleh rangkaian mikrokontroler untuk ditampilkan ke display LCD sebagai data berat dalam satuan kilogram (Kg).
3.3 Perancangan Bangun Alat 3.3.1 Sensor Load Cell
Load Cell adalah alat electromekanik yang biasa disebut Transducer, yaitu gaya yang bekerja berdasarkan prinsip deformasi sebuah material akibat adanya tegangan mekanis yang bekerja, kemudian merubah gaya mekanik menjadi sinyal listrik. Untuk menentukan tegangan mekanis didasarkan pada hasil penemuan Robert Hooke, bahwa hubungan antara tegangan mekanis dan deformasi yang diakibatkan disebut regangan. Apabila Load cell diberi beban pada inti besinya maka nilai resitansi di
strain gauge akan berubah. Umumnya Load cell terdiri dari 4 buah kabel, dimana dua kabel sebagai eksitasi dan dua kabel lainnya sebagai sinyal keluaran.
Prinsip Kerja Sensor Load Cell
Ketika bagian lain yang lebih elastic mendapat tekanan, maka pada sisi lain akan mengalami perubahan regangan yang sesuai dengan yang dihasilkan oleh straingauge, hal ini terjadi karena ada gaya yang seakan melawan pada sisi lainnya. Perubahan nilai resistansi yang diakibatkan oleh perubahan gaya diubah menjadi nilai tegangan oleh rangkaian pengukuran yang ada.
Dan berat dari objek yang diukur dapat diketahui dengan mengukur besarnya nilai tegangan yang timbul. Sel beban (load cell) terdiri dari satu buah strain gauge atau lebih, yang ditempelkan pada batang atau cincin logam. Sel beban dikalibrasikan oleh pabrikan yang bersangkutan. Piranti ini dirancang untuk mengukur gaya tekanan mekanis, gaya pemampatan (kompresi), atau gaya puntir yang bekerja pada sebuah obje. Ketika batang atau cincin logam piranti ini berada dibawah tekanan, tegangan yang timbul pada terminal-terminalnya yamg dapat dijadikan rujukan untuk mengukur besarnya gaya.
3.3.2 Rangkaian Power Supply Adaptor (PSA)
Gambar 3.2 Rangkaian PSA
Ketika switch(s1) ditutup (On), arus dari sumber DC 12Volt akan mengalir menuju diode yang berfungsi sebagai pengaman polaritas. Kondensator C5 yang
berfungsi sebagai filter dapat dihilangkan jika tegangan input merupakan tegangan DC stabil misalnya dari sumber baterai (Accu/Aki). Pada power supply ini menggunakan IC LM7805. IC LM7805 merupakan salah satu tipe regulator tetap. Regulator tegangan tipe ini merupakan salah satu regulator tegangan tetap dengan tiga terminal, yaitu terminal Vin, Gnd, Vout.
Setelah melalui IC 7805, tegangan akan diturunkan menjadi 5 Volt stabil. Fungsi C6 adalah sebagai filter terakhir yang berfungsi mengurangi noice(ripple tegangan) sedangkan LED yang dipasang dengan resistor berfungsi sebagai indicator. Pada umumnya power supply selalu dilengkapi dengan regulator tegangan. Tujuan pemasangan regulator tegangan pada power supply adalah untuk menstabilkan tegangan keluaran apabila terjadi perubahan tegangan masukan pada power supply.
Fungsi lain dari regulator tegangan adalah untuk perlindungan dari terjadinya hubung singkat pada beban. IC LM7805 mampu mengeluarkan tegangan +5V dengan memberikan kapasitor pada masing-masing kakinya.
Rangkaian penyearah gelombang penuh kemudian dilanjutkan dengan filter kapasitor C yang dipasang setelah diode bridge. Dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata atau terjadinya pengosongan dan pengisian terhadap kapasitor yang disebut tegangan rippel. Rangkaian regulator ini dapat dipakai untuk menurunkan tegangan 12 volt pada sebuah perangkat elektronika atau pada sebuah kendaraan menjadi stabil.Power supply ini juga menggunakan IC LM 7805 yang berfungsi sebagai regulator.
Regulator tegangan dengan menggunakan komponen utama IC (integrated circuit) mempunyai keuntungan karena lebih kompak (praktis) dan umumnya menghasilkan penyetabilan tegangan yang lebih baik. Fungsi-fungsi seperti pengontrol, sampling, komparator, referensi, dan proteksi yang tadinya dikerjakan oleh komponen diskrit, sekarang semuanya dirangkai dan dikemas dalam IC. Regulator yang menggunakan IC LM 7805 selalu menghasilkan keluaran yang bernilai positif.
3.3.3 Mikrokontrorel ATmega 328P
Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMEGA328P dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 3.3 Rangkaian minimum Mikrokontroler ATmega 328P Rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega328 dengan compiler Arduino.
Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Untuk men-download file heksadesimal ke mikrokontroler Atmega 328P digunakanlah pin Tx, Rx pada kaki mikrokontroler dihubungkan ke USB via programmer. Apabila terjadi keterbalikan pemasangan jalur ke ISP Programmer atau terjadi error sehingga port nya tidak terhubung, maka pemrograman mikrokontroler tidak dapat dilakukan karena mikrokontroler tidak akan bisa merespon.
3.3.4 LCD 16x2 Sebagai Penampil Karakter
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 20 x 4. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi - M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter.
Pemasangan potensio sebesar 5 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil.
Gambar 3.4 berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler.Merupakan output yang berfungsi untuk menampilkan nilai pembacaan pada sensor.
Gambar 3.4 Sistem kerja rangkaian LCD
Dari gambar 3.4, rangkaian ini terhubung ke PC.0... PC.5, yang merupakan pin I/O dua arah dan SPI mempunyai fungsi khusus sebagai pengiriman data secara serial. Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh Mikrokontroller ATMega 328P. Modul LCD terdiri dari sejumlah memory yang digunakan untuk display. Semua teks yang kita tuliskan ke modul LCD akan disimpan didalam memory ini, dan modul LCD secara berturutan membaca memory ini untuk menampilkan teks ke modul LCD itu sendiri.
3.3.5 Rangkaian Modul HX711
Gambar 3.5 Skematik rangkaian Modul HX711
Pada rangkaian ini berisi dua modul: single point load cell 20 Kg berbahan
Aluminium-alloy dan modul ADC (Analog-to-Digital Converter) 24-bit berpresisi sangat tinggi menggunakan IC HX711 Weight Scale Sensor yang memang dirancang khusus untuk penggunaan pada sensor berat.
Karena perbedaan yang terukur sangat kecil dalam orde µV (mikro Volt, sepersejuta Volt), dibutuhkan rangkaian pengubah sinyal analog menjadi digital yang sangat presisi, untuk itulah pada kit ini kami menyertakan modul HX711 yang beresolusi 24 bit (16,7+ juta undakan pada tangga ADC). Dengan tingkat presisi setinggi ini, Anda dapat mengukur berat beban dalam resolusi 5 Kg / 224 atau setara dengan ketepatan 298 µg (0,298 mg, atau 0,000298 gr). Ketepatan ini tiga kali lipat lebih tinggi dibanding tingkat ketepatan yang ditawarkan pada timbangan emas/permata (jewelry weight scale) komersial kelas premium yang umum digunakan di toko emas/perhiasan yang presisinya hanya mencapai 0,001 gr (1 mg), sehingga tantangan pembuatan timbangan elektronis yang presisi bukan lagi terletak pada sisi elektronisnya namun lebih pada akurasi rancang bangun mekanis dari timbangan tersebut. Masukan / input: kabel merah (E+) dan hitam (E-) Keluaran / output: kabel hijau (A+ atau B+) dan putih (A- atau B-).
Star
Inisialisasi
tidak If ada beban
Ya Baca massa
Ya
Tampilan LCD
y a Selesai 3.4 Flowchart
Gambar 3.6 Flowchart
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Mikrokontroller Atmega 328P
Pengujian pada rangkaian mikrokontroler ATMega 328P ini dapat dilakukan dengan menghubungkan rangkaian ini dengan rangkaian power supply sebagai sumber tegangan . Kaki 13 apabila diberikan logika high maka akan mengeluarkan tegangan sebesar 4,52 Volt . Langkah selanjutnya adalah memberikan program sederhana pada mikrokontroler ATMega 328P untuk menguji port port yang terdapat pada ATMega 328P, program yang diberikan adalah sebagai berikut:
//PROGRAM PENGUJIAN PORT void setup()
{ pinMode(13, OUTPUT);
}
void loop()
{digitalWrite(13, HIGH); delay(1000);
}
4.2 Pengujian Sensor Modul HX711 dan Load Cell
Pengujian pada rangkaian ini menggunakan program, hx711 berfungsi sebaga konversi data dari output load cell menjadi digital, dengan range 24 bi t atau 2^24. Adapun pun konektor yang terhubung antara Vcc gnd data dan sck adalah
#include "HX711.h"
HX711 scale(5, 6);
void setup() { Serial.begin(9600);
Serial.println("HX711 Demo");
Serial.println("Before setting up the scale:");
Serial.print("read: \t\t");
Serial.println(scale.read());
Serial.print("read average: \t\t");
Serial.println(scale.read_average(20));
Serial.print("get value: \t\t");
Serial.println(scale.get_value(5));
Serial.print("get units: \t\t");
Serial.println(scale.get_units(5), 1);
scale.set_scale(2280.f);
scale.tare();
Serial.println("After setting up the scale:");
Serial.print("read: \t\t");
Serial.println(scale.read());
Serial.print("read average: \t\t");
Serial.println(scale.read_average(20));
Serial.print("get value: \t\t");
Serial.println(scale.get_value(5));
Serial.print("get units: \t\t");
Serial.println(scale.get_units(5), 1);
Serial.println("Readings:");
}
void loop() {
Serial.print("one reading:\t");
Serial.print(scale.get_units(), 1);
Serial.print("\t| average:\t");
Serial.println(scale.get_units(10), 1);
scale.power_down();
delay(5000);
scale.power_up();
}
Gambar 4.1 Pengujian modul HX711 dan Load cell
4.3 Pengujian Power Supply
Power supply berfungsi untuk menyuplai tegangan ke alat tersebut. Tegangan yang dibutuhkan alat adalah 5 volt. Pengujian power supply dilakukan untuk mengetahui apakah tegangan yang masuk ke alat tersebut bernilai 5 volt.
Tabel 4.1 Pengujian Vin danVout
Vin (V) Vout(V)
12,92 4,91
4.4 Pengujian LCD
LCD dihubungkan langsung ke Port B dari mikrokontroler yang berfungsi mengirimkan data hasil pengolahan untuk ditampilkan dalam bentuk alfabet dan numerik pada LCD. Display karakter pada LCD diatur oleh pin EN, RS dan RW.
Jalur EN dinamakan Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahu LCD bahwa
anda sedang mengirimkan sebuah data.
Untuk mengirimkan data ke LCD, maka melalui program EN harus dibuat logika low „0‟ dan set high „1‟ pada dua 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 pin RW selalu diberi logika low „0‟.
Berdasarkan keterangan di atas maka kita sudah dapat membuat progam untuk menampilkan karakter pada display LCD. Adapun program yang diisikan ke mikrokontroller untuk menampilkan karakter pada display LCD adalah sebagai berikut:
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(8, 6, 5,4, 3, 2);
void setup() { lcd.begin(16, 2);
lcd.print("hello, world!");
}
void loop() {
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(millis() / 1000);
}
Gambar 4.2 Hasil Pengujian Load Cell
4.5 Pengujian Alat
Setelah melakukan pengukuran dan pengujian alat yang telah kita rancang sebelumnya pengukuran ini harus dilakukan dengan teliti karena hasil pengukuran
sangat berpengaruh terhadap alat yang telah dirancang. Berikut beberapa hasil pengujian diantaranya :
4.5.1 Pengujian Sensor dengan Modul HX711
Berikut data yang diambil saat pengujian load cell menggunakan modul HX711:
Tabel 4.2 Pengujian Sensor
Beban (g) Hasil Pembacaan Multimeter (mV)
0 0,003
500 0,009
1000 1,7
Tabel 4.3 Hasil Pengujian dengan Beban Anak Timbangan
Beban (g) Hasil Pembacaan sensor (g)
100 32,1
150 48,0
200 64,1
4.5.2 Pengujian Berat Menggunakan Timbangan Digital
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Berat Menggunakan Timbangan Digital
4.6
Pengujian Keypad
Proses scaning untuk membaca penekanan tombol pada matrix keypad 4×4 untuk mikrokontroler diatas dilakukan secara bertahap kolom demi kolom dari kolom pertama sampai kolom ke 4 dan baris pertama hingga baris ke 4. Program untuk scaning matrix keypad 4×4 dapat bermacam-macam, tapi pada intinya sama.
Data sebenarnya (g) Data Pengujian (g) Error (%)
250 246,1 0,02
500 512,0 0,02
750 759,9 0,03
#include <Keypad.h>
const byte ROWS = 4; //four rows const byte COLS = 4; //four columns char hexaKeys[ROWS][COLS] = {
{'0','1','2','3'}, {'4','5','6','7'}, {'8','9','A','B'}, {'C','D','E','F'}
};
byte rowPins[ROWS] = {A1, A0, 12, 11}; //connect to the row pinouts of the keypad byte colPins[COLS] = {A5, A4, A3, A2}; //connect to the column pinouts of the keypad
Keypad customKeypad = Keypad( makeKeymap(hexaKeys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);
void setup(){
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
char customKey = customKeypad.getKey();
if (customKey){
Serial.println(customKey);
} }
Gambar 4.3 Hasil Pengujian Keypad
4.7 Pengujian Keseluruhan Sistem
Pengujian keseluruhan dilakukan untuk mengetahui apakah seluruh rangkaian dapat berjalan dengan baik. Pada pengujian ini dilakukan dengan beberapa sampel data buah. Didapat hasil berdasarkan pengujian yang dilakukan bahwasanya seluruh sistem dan rangkaian berjalan dan berfungsi dengan baik.
Gambar 4.4 Pengujian Buah jeruk (Tertera Harga dan Massa)
Tabel 4.5 Pengujian Alat Pada Buah Jenis
Buah
Harga/k g (RP)
Massa (Kg)
Harga Keluaran
(Rp)
Jeruk 10.000 1 10.000
Apel 40.000 0,5 20.000
Salak 8.000 0,4 3.200
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Piranti elektronik yang dibutuhkan dalam rangkaian timbangan digital ini adalah Mikrokontroler Atmega328P, Sensor load cell, LCD, dan keypad.
Alat ini dibuat dengan merangkai piranti-piranti elektronik yang menjadi suatu sistem yang dapat mendeteksi berat buah dan akan menampilkannya secara otomatis.
2. Secara keseluruhan alat yang dibuat, dapat bekerja dan berfungsi sebagaimana yang diharapkan, sehingga diharapkan dapat dimanfaatkan sebagai alat timbang digital yang mampu menampilkan berat secara otomatis. Mikrokonktroler Atmega328P sebagai pengendali utama, cukup efisien karena membutuhkan perangkat keras yang sedikit serta kebutuhan sumber catu daya yang kecil.
3. Kemampuan pada timbangan ini berdasarkan pembebanan pada sensor load cell hingga pada berat beban maksimal yang dimiliki oleh sensor yaitu hanya 3 Kg.
5.2 Saran
Diharapkan alat ini dapat lebih dikembangkan lagi, baik dari segi fungsi maupun aplikasi serta implementasi yang lebih baik dan luas, seperti :
1. Fungsi dari alat diharapkan bisa diperluas lagi supaya tidak hanya bisa menimbang dalam berat 3 kg saja, tetapi bisa mengukur beban lebih dari 3 kg.
2. Alat ini juga diharapkan dapat dikembangkan lagi dengan menambahkan keluaran tidak hanya melalui LCD saja tetapi juga dapat ditambahkan output suara dan juga dapat dilakukan percetakan data menggunakan print.
3. Menyempurnakan program agar jenis barang apapun yang ditimbang dengan memasukkan harga per/kg langsung keluar harga barang yang akan ditimbang.
DAFTAR PUSTAKA
Wardoyo, Siswo dan Surya Pramudyo Anggoro. 2015 “ Pengantar Mikrokontroler ” Yogyakarta; Teknosaim
Nasruddin MN, Hj. Juwairiah dan Masthura.2013.”Fisika Dasar (Mekanika, Gelombang,Fluida, dan Panas)”Medan; USU Press
Sasongko, Bagus Hari.2012.“Pemrograman Mikrokontroller dengan Bahasa C”.
Yogyakarta: Penerbit Andi
Kadir, Abdul. 2015. “Arduino” Jakarta; Penerbit Andi
Sutrisno.1987.”Elektronika Teori Dasar dan Penerapannya”Bandung; Penerbit ITB Shrader, Robert L.1991.”KOMUNIKASI ELEKTRONIKA”Jakarta; Penerbit
Erlangga https://dewo.wordpress.com/2012/09/04/ngoprek-load-secellnsor/
http://www.kitomaindonesia.com/article/23/load-cell-dan-timbangan
http://www.leselektronika.com/2012/06/liguid-crystal-display-lcd-16-x-2.html www.instrotech.com “ Load cell cabling”, 2001
https://www.timbanganindonesia.com/news_and_event/detail/247/pengertian-anak- timbangan- dan-fungsinya
http:// semesin.com http://component 101.com eprins.polsri.ac.id
ilmuelektomedik.blogspot kscience.blogspot.com http://nyebarin.com
http://febripurianta.blogspot.com
Gambar Timbangan Digital
Gambar Timbangan Pegas
