i
TUGAS AKHIR
PENGENDALIAN SPEKTROFOTOMETER BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA8535
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Oleh :
DAVID ROBINSON
NIM : 075114002
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
FINAL PROJECT
SPECTROPHOTOMETER CONTROLLING BASED
MICROCONTROLLER ATMEGA8535
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
to Obtain the SARJANA TEKNIK Degree
in Electrical Engineering Study Program
DAVID ROBINSON
NIM: 075114002
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
Motto :
Practice, Practice and Practice
viii
INTISARI
Pengukuran konsentrasi senyawa di dalam suatu sampel banyak dilakukan di berbagai bidang. Untuk keperluan tersebut diperlukan instrumen yang sesuai, seperti spektrofotometer. Namun, belum ada yang meneliti aplikasi spektrofotometer untuk mengukur konsentrasi senyawa di bidang obat-obatan, sekaligus membuat otomasinya. Hal ini membuat para peneliti di bidang obat-obatan harus memiliki suatu sistem spektrofotometer yang sudah diotomasi. Pengendalian spektrofotometer berbasis ATMega8535 bisa mengukur lima konsentrasi senyawa sekaligus secara otomatis dan melakukan komunikasi data dengan PC (personal computer). Penelitian ini memberikan solusi untuk memudahkan dan menghemat waktu user dalam mengukur beberapa sampel karena sudah dikendalikan secara otomatis.
Pengendalian spektrofotometer berbasis ATMega8535 terdiri dari dua sistem pengendalian, yaitu sistem lokal dan sistem remote. Sistem lokal adalah sistem yang penyetelan set point dan pengendalian dilakukan oleh mikrokontroler tanpa melakukan komunikasi dengan peralatan lain. Sistem remote adalah sistem yang penyetelan set point dilakukan dari PC yang dihubungkan secara serial ke mikrokontroler. Untuk sistem lokal pengolahan data akan dilakukan di dalam mikrokontroler dan akan ditampilkan pada LCD grafik. Untuk sistem remote, diperlukan komunikasi serial antara mikrokontroler dan PC. Mikrokontroler juga akan mengirim data hasil scanning ke PC. Data ini akan ditampilkan dalam bentuk grafik pada PC dan mikrokontroler akan menampilkan data pada LCD grafik.
Pengendalian spektrofotometer berbasis ATMega8535 sudah berhasil dibuat dan dapat bekerja dengan baik. Sistem pengendalian lokal dan remote dapat menjalankan proses pengukuran dengan baik sesuai dengan perancangan dan dapat menampilkan data-data yang diinginkan. LCD grafik dapat menampilkan grafik hasil pengukuran dengan benar.
ix
ABSTRACT
Measurement of the concentration of compounds in a sample is mostly done in various fields. For this purpose a suitable instrument is needed, such as the spectrophotometer. However, no one has examined the application spectrophotometer to measure the concentration of compounds in the field of medicine, while making automation. This makes the researchers in the field of medicine should have a system to an automatic spectrophotometer. Spectrophotometer controlling based microcontroller ATMega8535 can measure the five concentrations of compounds at once automatically and perform data communication with a PC. This research provides a solution to simplify and save time user in measuring some of the samples because it is controlled automatically. Spectrophotometer controlling based microcontroller ATMega8535 consists of two control systems, which are the local system and remote system. Local system is a system set point adjustment and control carried out by the microcontroller without any communication with other equipment. Remote system is a system set point adjustment is done from a PC serially connected to the microcontroller. For the local system of data processing will be done in the microcontroller and the will be displayed on LCD graphic. For remote systems, serial communication is required between the microcontroller and PC. Microcontroller will send data scanning to PC. This data will be displayed graphically on PC and microcontroller will display data on LCD graphic.
Spectrophotometer controlling based microcontroller ATMega8535 has been successfully established and can work well. Local and remote system can perform measurements process well according to the plan and can display data. Graphic LCD can display graphs of measurement results correctly.
x
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “Pengontrolan Spektrofotometer Berbasis ATMEGA8535”
Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma sekaligus sebagai upaya untuk memperdalam dan memperkaya wawasan berpikir serta menambah wacana di bidang elektronika khususnya sains dan teknologi pada umumnya.
Pembuatan tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan dan bimbingan berbagai pihak, untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Kedua orang tua yang tercinta atas doa dan materi yang telah diberikan.
2. Bernadeta Wuri Harini, S.T., M,T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro dan dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan, masukan, waktu dan perhatiannya selama penyusunan tugas akhir ini.
3. Segenap dosen dan laboran Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma. 4. Segenap karyawan sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi.
5. Teman-teman TE angkatan 2007 terima kasih atas dukungan dan kekompakannya. 6. Semua pihak yang telah membantu dan tidak dapat disebutkan satu persatu sehingga
skripsi ini dapat diselesaikan.
Penulis dengan penuh kesadaran memahami dalam pembuatan tugas akhir ini masih banyak terdapat kekurangannya. Oleh karenanya sumbang saran yang bersifat membangun dari pembaca sangat diharapkan. Akhirnya penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca khususnya dan dunia elektronika umumnya.
Yogyakarta, 23 Januari 2011 Penulis
xi
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INDONESIA ... ...i
HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INGGRIS ... ...ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... ...iii
HALAMAN PENGESAHAN ... ...iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... ...v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO ... ...vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... ...vii
INTISARI ... ...viii
ABSTRAK ... ...ix
KATA PENGANTAR ... ...x
DAFTAR ISI ... ...xi
DAFTAR GAMBAR ... ...xiv
DAFTAR TABEL ... ...xvi
BAB I: PENDAHULUAN ... ...1
1.1. Latar Belakang Masalah ... ...1
1.2. Tujuan dan Manfaat ... ...2
1.3. Batasan Masalah ... ...2
1.4. Metodologi Penelitian ... ...3
1.4.1. Variabel Penelitian...3
1.4.2. Prosedur Penelitian...3
1.5. Sistematika Penulisan ... ...4
BAB II: DASAR TEORI ... ...6
2.1. Mikrokontroler ATMega8535 ... ...6
2.1.1. Arsitektur dan Konfigurasi Pin ATMega8535.. ... ...6
xii
2.1.3. Peta Memori ATMega8535...8
2.1.4. Timer / Counter...9
2.1.5. Komunikasi Serial dengan UART...14
2.1.6. Analog to Digital Converter (ADC)...16
2.2. Komunikasi Serial... ...17
2.2.1. Konektor DB9 ... ...18
2.2.2. IC MAX232 ... ...19
2.3. Penampil Grafik ... ...20
2.4. Spektrum Cahaya dan Gelas Dydinium...21
2.5. Sistem Pengendalian Lokal dan Remote...23
BAB III: PERANCANGAN ... ...24
3.1. Arsitektur Sistem ... ...24
3.2. Sistem Pengendalian ... ...26
3.2.1. Sistem Lokal ... ...26
3.2.2. Sistem Remote ... ...27
3.3. Kalibrasi Panjang Gelombang Spektrofotometer ... ...29
3.4. Perancangan Subsistem Hardware...29
3.4.1. Perancangan Minimum System Mikrokontroler ATMega8535...29
3.4.2. Perancangan LCD Grafik...30
3.4.3. Perancangan RS232...31
3.5. Perancangan Subsistem Software...31
3.5.1. Perancangan Program Utama...31
3.5.2. Perancangan Program Sistem Lokal...32
3.5.3. Perancangan Program Sistem Remote...33
3.5.4. Perancangan Program Penampilan Kurva Baku...35
3.6. Perancangan Tampilan LCD Grafik...35
3.7. Perhitungan Nilai ADC...36
BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN ... ...38
4.1. Hasil Perancangan dan Tampilan Luar Alat... ...38
xiii
4.2.1 Pengujian Rangkaian Minimum System Mikrokontroler
ATMega8535...39
4.2.2 Pengujian Rangkaian LCD Grafik... ... ...41
4.2.3 Pengujian Rangkaian RS232...42
4.2.4 Pengujian Pengiriman Data dari Mikrokontroler AVR ATMega8535 ke Personal Computer (PC)...42
4.3. Pengujian Software...43
4.3.1 Pengujian Program Utama...43
4.3.2 Pengujian Tampilan LCD Grafik...45
4.4 Pengujian Sistem Pengendalian...47
4.4.1 Sistem Lokal...48
4.4.2 Sistem Remote...53
4.5 Pengujian Pengukuran Larutan Sampel...55
4.6 Pengujian Stabilitas Sistem...56
BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN ... ...58
5.1. Kesimpulan ... ...58
5.2. Saran... ...58
DAFTAR PUSTAKA...60
xiv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1 Blok Model Perancangan ... ...3
Gambar 2.1 Konfigurasi Pin ATMega8535 ... ...6
Gambar 2.2 Peta Memori ATMega8535 ... ...8
Gambar 2.3 Memori Data ATMega8535 ... ...9
Gambar 2.4 Register TCCR0 ... ...10
Gambar 2.5 Register TCCR1A ... ...11
Gambar 2.6 Register TCCR1B ... ...12
Gambar 2.7 Register TCCR2... ...13
Gambar 2.8 Register USR ... ...14
Gambar 2.9 Register UCR ... ...15
Gambar 2.10 Konektor DB9... ...18
Gambar 2.11 IC MAX232 ... ...19
Gambar 2.12 LCD Grafik 240x64 pixel ... ...20
Gambar 2.13 Spektrum Gelas Dydinium...22
Gambar 2.14 Proses Pemilihan Sistem Pengendalian...23
Gambar 3.1 Arsitektur Umum ... ...24
Gambar 3.2 Alur Komunikasi Mikrokontroler dan PC ... ...28
Gambar 3.3 Rangkain Minimum System ... ...29
Gambar 3.4 Rangkaian LCD Grafik ... ...30
Gambar 3.5 Rangkaian RS232 ... ...31
Gambar 3.6 Flowchart Program Utama ... ...32
Gambar 3.7 Flowchart Program Sistem Lokal ... ...33
Gambar 3.8 Flowchart Program Sistem Remote ... ...34
Gambar 3.9 Flowchart Program Penampilan Kurva Baku ... ...35
Gambar 3.10 Tampilan Kurva Baku pada LCD Grafik ... ...36
xv
Gambar 4.2 Tampilan Luar Alat ... ...39
Gambar 4.3 Rangkaian LCD Character. ... ...40
Gambar 4.4 Hasil Pengujan pada LCD Character ... ...40
Gambar 4.5 Hasil Pengujian Rangkaian LCD Grafik ... ...41
Gambar 4.6 Hasil Pengujian Komunikasi dari Mikrokontroler #1 ke PC .. ...43
Gambar 4.7 Tampilan Menu ... ...44
Gambar 4.8 Hasil Pengujian Program Tampilan LCD Grafik ... ...47
Gambar 4.9 Hasil Pengukuran Satu Kuvet Kosong Sebanyak 10 Kali ... ...48
Gambar 4.10Hasil Pengukuran Sepuluh Kuvet Kosong yang Berbeda ... ...49
Gambar 4.11Hasil Tampilan LCD Grafik Pengujian 1... ...52
xvi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Tabel Keterangan dan Fungsi Pin Konektor DB9 ... ...18
Tabel 2.2 Keterangan Pin IC MAX232... ...19
Tabel 2.3 Tabel Pin LCD Grafik WG24064c ... ...20
Tabel 2.4 Warna Cahaya Tampak... ...22
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Rangkaian RS232... ...42
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Kuvet Referensi ... ...50
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Kuvet untuk Menghasilkan Kurva Baku ... ...51
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Larutan Sampel ... ...55
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Panjang Gelombang Maksimum untuk Stabilitas Sistem...57
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pengukuran konsentrasi senyawa di dalam suatu sampel banyak dilakukan di dalam berbagai bidang seperti fisika, kimia, farmasi, kedokteran, biologi, pertanian, teknik dan lingkungan. Untuk keperluan tersebut diperlukan instrumen yang sesuai, seperti spektrofotometer.
Banyak penelitian yang memanfaatkan spektrofotometer ini untuk pengujian logam, namun belum ada yang meneliti aplikasi spektrofotometer untuk mengukur konsentrasi senyawa di bidang obat-obatan, sekaligus membuat otomasinya. Beberapa penelitian yang sudah ada adalah Diawati, C. dalam penelitian berjudul ”Penentuan logam besi dan seng dalam alga coklat sorgasum duplicatum di perairan Pantai Gading secara spektrofotometer serapan atom” dan “Studi penentuan logam berat Pb (II) dan Cu (II) dalam alga merah eucheuma Sp di perairan Pantai Gading secara spektrofotometer atom”, dan Supriyanto, R. dalam penelitian berjudul “Studi analisis spesial fe(II) dan (III) menggunakan (Asam Tanat) ekstrak getah gambir dengan spektrofotometer ultra ungu- tampak” [ 1 ].
Berdasarkan hal di atas, penulis ingin membuat suatu otomasi sistem spektrofotometer dan melakukan komunikasi data dengan sebuah PC (Personal Computer). Sistem ini dikembangkan dari sistem yang telah ada sebelumnya, yaitu spektrofotometer Vis manual. Pada perancangan tugas akhir ini, kuvet dan monokromator pada sistem akan dijalankan secara otomatis, dengan memasukkan input yang diinginkan. Penambahan lain yang akan diberikan adalah LCD ( Liquid Cell Display ) grafik yang akan menampilkan grafik hasil pengukuran sampel.
2
dihasilkan akan diolah dalam mikrokontroler. Hasil pengolahan data akan ditampilkan dalam bentuk kurva padaLCD grafik.
Untuk sistem remote, sistem akan bekerja seperti sistem lokal, hanya saja sistem akan berjalan apabila mikrokontroler memberikan instruksi / tanda terlebih dahulu ke PC melalui komunikasi serial. Kemudian, mikrokontroler akan mendapatkan instruksi / tanda dari PC. Setelah itu, mikrokontroler mengendalikan kuvet dan monokromator secara otomatis. Kuvet akan di-scan dan akan diperoleh data. Data hasil pengukuran untuk sistem ini akan dikirim kembali oleh mikrokontroler ke PC untuk diolah di dalam PC melalui program visual. Di program ini hasil pengukuran akan ditampilkan dalam bentuk grafik dan beberapa tampilan besaran yang ingin ditampilkan. Data hasil scanning selain di kirim ke PC juga akan diolah oleh mikrokontroler. Data akan diolah dan ditampilkan pada LCD grafik. Ini dilakukan agar bisa membandingkan grafik hasil pengolahan oleh PC dan grafik hasil pengolahan mikrokontroler sehingga bisa didapatkan hasil yang diharapkan.
1.2
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mengendalikan suatu sistem spektrofotometer yang mampu mengukur lima sampel secara otomatis. Manfaat dari penelitian ini adalah untuk memudahkan dan menghemat waktu user dalam mengukur beberapa sampel karena sudah dikendalikan secara otomatis.
1.3
Batasan Masalah
Untuk membatasi cakupan serta menghindari melebarnya pembahasan dalam pembuatan tugas akhir ini maka dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut :
1. Pengukuran untuk dua senyawa, masing-masing senyawa mempunyai lima konsentrasi yang berbeda.
2. Sistem spektrofotometer ini bisa mengukur lima sampel sekaligus.
3. Pemograman mikrokontrolerAVR ATMega8535 menggunakan bahasa basic. 4. Sensor yang digunakan adalah phototransistor untuk pengukuran konsentrasi
3
5. Menggunakan LCD character sebagai tampilan pilihan.
6. Menggunakan LCD grafiksebagai tampilan hasil pengukuran sampel.
7. Menggunakan motor stepper untuk mengendalikan dan menjalankan kuvet dan monokromator.
1.4 Metodologi Penelitian
1.4.1 Variabel Penelitian
Variabel terikat adalah variabel yang menjadi titik pusat penelitian. Variabel bebas adalah variabel yang diselidiki pengaruhnya terhadap variabel terikat. Variabel terikat pada penelitian ini adalah sistem spektrofotometer dan bagian-bagiannya, sedangkan variabel bebas yang digunakan adalah dua senyawa murni.
1.4.2 Prosedur Penelitian
Langkah – langkah dalam pengerjaan tugas akhir :
1. Pengumpulan bahan – bahan referensi berupa buku – buku dan artikel.
2. Perancangan sistem hardware dan software. Tahap ini bertujuan untuk mencari suatu sistem yang akan dibuat dengan mempertimbangkan dari berbagai faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan.
Gambar 1.1. Blok Model Perancangan
4
3. Pembuatan sistem hardware dan software. Berdasarkan gambar 1.1, untuk sistem lokal pengolahan data akan dilakukan di dalam mikrokontroler dan akan ditampilkan pada LCD grafik berbentuk kurva. Untuk sistem remote, diperlukan komunikasi serial dengan PC. Mikrokontroler akan memberikan instruksi terlebih dahulu. Ini menandakan mikrokontroler siap untuk melakukan komunikasi. Mikrokontroler juga akan mengirim data hasil scanning dan data diolah pada PC melalui program visual. Data ini akan ditampilkan dalam bentuk grafik pada program visual tersebut dan mikrokontroler juga akan mengolah data hasil scanning dan akan menampilkan pada LCD grafik.
4. Proses pengambilan data. Teknik pengambilan data dilakukan dengan cara mengambil nilai ADC yang sudah diproses oleh mikrokontroler setelah mendapatkan nilai tegangan yang dikeluarkan oleh sensor phototransistor. Data tersebut digunakan untuk mengetahui besar perbedaan serapan yang terjadi. Dan, dari data serapan tersebut dapat dibuat kurva baku suatu senyawa dengan konsentrasi yang berbeda.
5. Analisa dan kesimpulan hasil perancangan. Analisa data dilakukan dengan mengecek keakuratan data dengan cara membandingkan data hasil perhitungan teori dan data hasil keluaran perancangan. Penyimpulan hasil perancangan dilakukan dengan menghitung presentase error yang terjadi.
1.5 Sistematika Penulisan
BAB I PENDAHULUANBab ini berisi tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian serta sistematika penulisan.
BAB II DASAR TEORI
5 BAB III PERANCANGAN
Bab ini berisi tentang perancangan hardware dan perancangan software dalam perancangan tugas akhir ini.
BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi hasil pengamatan dan pembahasan dari pengujian yang telah dilakukan.
BAB V PENUTUP
6
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Mikrokontroler ATMega8535
2.1.1 Arsitektur dan Konfigurasi Pin ATMega8535 [2]
Mikrokontroler ATMega8535 adalah mikrokontroler berjenis RISC 8 bit dengan delapan kilobyte flash memori, high performance dan low power. Piranti dapat diprogram secara in-system programming (ISP) dan dapat diprogram berulang-ulang selama 10.000 kali baca / tulis di dalam sistem. Gambar 2.1 menunjukkkan konfigurasi pin dan blok diagram ATMega8535.
Gambar 2.1Konfigurasi pin ATMega8535
Konfigurasi pin ATMega8535 dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. VCC merupakan kaki masukan catu daya positif.
2. GND merupakan kaki masukan catu daya negatif (ground). 3. AVCC merupakan kaki masukan tegangan untuk ADC.
7
7. PORT A merupakan kaki saluran I/O dua arah dan kaki masukan ADC.
8. PORT B merupakan kaki saluran I/O dua arah dengan fungsi khusus seperti komparator analog, timer / counter, dan SPI.
9. PORT C merupakan kaki saluran I/O dua arah dengan fungsi khusus seperti komparator analog, timer oscillator, dan TWI.
10.PORT D merupakan kaki saluran I/O dua arah dengan fungsi khusus seperti komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial.
2.1.2 Fitur-fitur ATMega8535
1. Berperformen tinggi dan dengan konsumsi daya rendah (low power)
2. Fitur Peripheral
a. Dua Timer/Counter 8-bit dengan Separate Prescaler (sumber clock yang dapat diatur)
dan Mode pembanding
b. Satu Timer/Counter 16-bit dengan Separate Prescaler, Mode pembanding dan
Capture Mode
c. Real Time Counter dengan sumber osilator terpisah
d. Terdapat delapan saluran ADC dengan resolusi sepuluh bit ADC
e. Empat saluran Pulse Width Modulation (PWM)
f. Terdapat Two Serial Interface
g. Programmable serial USART
h. Master/Serial SPI Serial Interface
i. ProgrammableWatchdog Timer dengan On-ChipOscillator
j. On-Chip Analog Comparator
3. I/O dan kemasan
a. 32 programmable saluran I/O
b. 40 pin PDIP, 44 pin TQFP, 44 PIN PLCC dan 44 pin MLF
4. Tegangan Kerja
a. 2,7 – 5,5V untuk ATmega8535L
b. 4,5 – 5,5V untuk ATmega8535
5. Kelas Kecepatan
a. 0 – 8 Mhz untuk ATmega8535L
8
2.1.3 Peta Memori ATMega8535
ATMega8535 memilki ruang memori sebesar 8KByte. Karena seluruh instruksi yang terdapat pada ATMega8535 memiliki lebar 16-bit atau 32-bit, Flash PEROM memori disusun dengan konfigurasi 4KByte x 16-bit Flash PEROM dengan alamat mulai dari $000 sampai $FFF. AVR tersebut memilki 12-bit Program Counter (PC) sehingga dapat mengalamati isi Flash Memory, untuk menghindari kerusakan pada software, pada Flash memory ruang memorinya dibagi menjadi dua bagian, yaitu Boot program dan Application program. Gambar 2.2 menunjukkan pembagian peta memori ATMega 8535.
Gambar 2.2 Peta memori ATMega 8535
ATMega8535 memiliki ruang memori data dan program yang terpisah. Pada ATMega8535 memori data terbagi atas tiga bagian, yaitu terdapat 32 buah register umum dan 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM internal.
9
kontrol terhadap peripheral mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, dari $20 hingga $5F, dan alamat berikutnya ditempati oleh SRAM 512 byte dari lokasi $60 sampai $25F. Gambar 2.3 menunjukkan konfigurasi memori data ATMega8535.
Gambar 2.3 Memori data ATMega8535
2.1.4
Timer / Counter
AVR ATMega8535 memiliki tiga buah timer, yaitu Timer/Counter 0(8 bit), Timer/Counter 1(16 bit), dan Timer/Counter 2(8 bit).
1. Timer/Counter 0
Timer/Counter 0 adalah 8 bit Timer/Counter yang multi fungsi. Deskripsi untuk Timer/Counter 0 pada ATMega8535 adalah sebagai berikut:
10
b. Timer dinolkan saat match compare (auto reload)
c. Dapat menghasilkan gelombang PWM dengan glitch-free d. Frekuensi Generator
e. Prescaler 10 bit untuk timer
f. Interupsi timer yang disebabkan timer overflow dan match compare
Pengaturan Timer/Counter 0 diatur oleh TCCR0 (Timer/Counter Control Register 0) yang dapat dilihat pada gambar 2.4 :
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
FOC0 WGM00 COM01 COM00 WGM01 CS02 CS01 CS00 TCCR0
Read/Write W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W
Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0
Gambar 2.4 Register TCCR0
Penjelasan untuk tiap - tiap bit adalah sebagai berikut: a. Bit 7 - FOC0 : Force Output Compare
b. Bit 6, 3 - WGM01, WGM00 : Waveform Generation Mode
Bit ini mengatur kenaikan dari counter, sumber dari nilai maksimum counter, dan tipe dari jenis counter / timer yang dihasilkan, yaitu mode normal, clear timer, compare match, dan dua tipe dari PWM (Pulse Width Modulation).
c. Bit 5, 4 - COM01, COM00 : Compare Match Output Mode
Bit ini mengontrol pin OC0 (pin Output Compare). Apabila kedua bit ini nol atau clear, maka pin OC0 berfungsi sebagai pin biasa. Bila salah satu bit set, maka fungsi pin ini tergantung pada pengaturan bit WGM00 dan WGM01.
d. Bit 2, 1, 0 - CS02, CS01, CS00 : Clock Select
11
2. Timer/Counter 1
Timer/Counter 1 adalah 16 bit Timer/Counter yang memungkinkan program pewaktuan lebih akurat. Berbagai fitur dari Timer/Counter 1 adalah:
a. Desain 16 bit (juga memungkinkan 16 bit PWM) b. Dua buah compare unit
c. Dua buah register pembanding d. Satu buah input capture unit
e. Timer dinolkan saat match compare (auto reload)
f. Dapat menghasilkan gelombang PWM dengan glitch free g. Periode PWM yang dapat diubah-ubah
h. Pembangkit frekuensi
i. Empat buah sumber interupsi (TOV1, OCF1A,OCF1B, dan ICF1)
Pengaturan pada Timer/Counter 1 diatur melalui TCCR1A yang dapat dilihat pada gambar 2.5:
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
COM1A1 COM1A0 COM1B1 COM1B0 FOC1A FOC1B WGM11 WGM10 TCCR1A
Read/Write R/W R/W R/W R/W W W R/W R/W
Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0
Gambar 2.5 Register TCCR1A
Penjelasan untuk tiap - tiap bit adalah sebagai berikut:
a. Bit 7, 6 – COM1A1, COM1A0 : Compare Output Mode untuk kanal A. Bit 5, 4 – COM1B1, COM1B0 : Compare Output Mode untuk kanal B. Bit – bit ini mengatur pin pembanding keluaran (pin Output Compare), yaitu pin OC1A dan OC1B.
12
c. Bit 1, 0 – WGM11, WGM10 : Waveform Generation Mode
Bit ini mengatur urutan perhitungan dari counter, menentukan nilai maksimal dari pengaturan counter dan menentukan pilihan tipe pengoperasian Timer/Counter1.
Pengaturan Timer 1 juga dapat diatur melalui TCCR1B yang dapat dilihat pada gambar 2.6:
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
ICNC1 ICES1 - WGM13 WGM12 CS12 CS11 CS10 TCCR1B
Read/Write R/W R/W R R/W R/W R/W R/W R/W
Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0
Gambar 2.6 Register TCCR1B
Penjelasan untuk tiap - tiap bit adalah sebagai berikut: a. Bit 2, 1, 0 - CS12, CS11, CS10 : Clock Select
Ketiga bit ini untuk memilih sumber clock yang digunakan oleh Timer/Counter1.
b. Bit 4, 3 - WGM13, WGM12 : Waveform Generation Mode
Bit ini mengatur urutan perhitungan dari counter, menentukan nilai maksimal dari pengaturan counter dan menentukan pilihan tipe pengoperasian Timer/Counter1.
3. Timer/Counter 2
Timer/Counter 2 adalah 8 bit Timer/Counter yang multifungsi. Deskripsi untuk Timer/Counter 2 pada ATMega8535 adalah sebagai berikut:
a. Sebagai Counter 1 kanal
b. Timer dinolkan saat match compare (auto reload)
13 e. Prescaler 10 bit untuk timer
f. Interupsi timer yang disebabkan timer overflow dan match compare
Pengaturan Timer/Counter 2 diatur oleh TCCR2 (Timer/Counter Control Register 2) yang dapat dilihat pada gambar 2.7:
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
FOC2 WGM20 COM21 COM20 WGM21 CS22 CS21 CS20 TCCR2
$ W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W
Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0
Gambar 2.7 Register TCCR2
Penjelasan untuk tiap - tiap bit adalah sebagai berikut: a. Bit 7 - FOC2 : Force Output Compare
b. Bit 6, 3 - WGM21, WGM20 : Waveform Generation Mode
Bit ini mengatur kenaikan dari counter, sumber dari nilai maksimum counter, dan tipe dari jenis counter / timer yang dihasilkan, yaitu mode normal, clear timer, compare match, dan dua tipe dari PWM (Pulse Width Modulation).
c. Bit 5, 4 - COM21, COM20 : Compare Match Output Mode
Bit ini mengontrol pin OC2 (pin Output Compare). Apabila kedua bit ini nol atau clear, maka pin OC2 berfungsi sebagai pin biasa. Bila salah satu bit set, maka fungsi pin ini tergantung pada pengaturan bit WGM20 dan WGM21.
d. Bit 2, 1, 0 – CS22, CS21, CS20 : Clock Select
14
2.1.5 Komunikasi Serial dengan UART [3]
AVR ATMega8535 memiliki 4 buah register I/O yang berkaitan dengan komunikasi UART, yaitu UART I/O Data Register (UDR), UART Baud Rate Register (UBRR), UART Status Register (USR), dan UART Control Register (UCR).
1. UART I/O Data Register (UDR)
Proses pengiriman data secara serial dapat dimulai setelah UDR diberi karakter data. Pada sisi penerima, UART memiliki buffer sehingga UDR dapat dibaca ketika sebuah data baru sedang digeser masuk.
2. UART I/O Data Register (UDR)
UBRR digunakan untuk menentukan clock yang dibangkitkan oleh baud rate generator. Nilai baud rate ditentukan dengan mengisi register UBRR sesuai persamaan 2.1
(2.1) Misal, diinginkan baud rate sebesar 9600 bps dengan kristal 11059200 Hz maka register UBRR akan bernilai 71.
3. UART Status Register (USR)
USR menyimpan berbagai flag status seperti interupsi, overflow, dan framing error. Susunan bit USR dapat dilihat pada gambar 2.8 :
Gambar 2.8 Register USR
Penjelasan bit – bit USR adalah sebagai berikut :
a. RXC (Receive Complete) ; bernilai 1 otomatis setelah UART menerima sebuah karakter secara lengkap.
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
15
b. TXC (Transmit Complete) ; bernilai 1 jika sebuah karakter telah selesai digeser keluar dari register geser kirim.
c. UDRE (UART Data Register Empty) ; bernilai 1 jika UDR kosong.
d. FE (Framing Error) ; bernilai 1 jika stop bit tidak diterima dengan benar, yaitu stop bit terbaca 0.
e. OR (OverRun) ; bernilai 1 jika ada karakter yang dipindahkan dari register geser terima ke UDR sebelum karakter yang diterima sebelumnya dibaca.
4. UART Control Register (UCR)
UCR mengendalikan berbagai fungsi penerima dan pengirim, serta interupsinya. Susunan bit UCR dapat dilihat pada gambar 2.9:
Gambar 2.9 Register UCR
Penjelasan bit – bit USR adalah sebagai berikut :
a. RXCIE (Receive Complete Interrupt Enable) ; jika bernilai 1, UART akan membangkitkan interupsi ketika sebuah karakter selesai diterima.
b. TXCIE (Transmit Complete Interrupt Enable) ; bernilai 1 setelah karakter terkirim dan membangkitkan interupsi.
c. UDRIE (UART Data Register Empty Interrupt Enable) ; jika bernilai 1, sebuah interupsi terjadi ketika UDR kosong.
d. REXN (Receiver Enable) ; jika bernilai 1 penerima UART diaktifkan dan pin RxD menjadi pin input yang terhubung ke UART.
e. TEXN (Transmitter Enable) ; jika bernilai 1 pengirim UART diaktifkan dan pin TxD menjadi pin output yang terhubung ke UART.
f. CHR9 (9-bit Characters) ; jika bernilai 1, ukuran karakter yang dikirim menjadi 9-bit, dan bit ke 9 berada pada bit RXB8 dan TXB8.
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
16
g. RXB8 (Receive Data Bit 8) ; jika CHR9, bernilai 1 bit ini adalah bit ke 9 dari data yang diterima.
h. TXB8 (Transmit Data Bit 8) ; jika CHR9, bernilai 1 bit ini adalah bit ke 9 dari data yang dikirim, jadi TXB8 harus diisi sebelum pengiriman.
2.1.6
Analog to Digital Converter
(ADC) [3]
ADC pada AVR ATMega8535 merupakan ADC 10-bit tipe Successive Approximation, yang terhubung ke sebuah multiplekser analog yang akan memilih satu dari delapan kanal. Terdapat 8 kanal ADC masing – masing selebar 10 bit. ADC dapat digunakan dengan memberikan masukan tegangan pada port ADC yaitu port A.0 sampai dengan portA.7. Ada 2 mode ADC yang dapat digunakan, yaitu single conversion dan free running. Pada mode single conversion, pengguna harus mengaktifkan setiap kali ADC akan digunakan. Sedangkan pada mode free running, pengguna cukup sekali mengaktifkan, sehimgga ADC akan terus mengkonversi tanpa henti.
ADC mempunyai rangkaian untuk mengambil sampel dan hold (menahan) tegangan input ADC sehingga dalam keadaan konstan selama proses konversi. ADC mempunyai catu daya yang terpisah yaitu pin AVcc – AGND. AVcc tidak boleh berbeda ± 0.3 V dari Vcc. Sinyal input ADC tidak boleh melebihi tegangan referensi. Nilai digital sinyal input :
a. Untuk resolusi 10 bit (1024) :
(2.2)
b. Untuk resolusi 8 bit (256) :
17
2.2
Komunikasi Serial RS-232
Standar RS232 ditetapkan oleh Electronic Industry Association and Telecomunication Industry Association pada tahun 1962. Nama lengkapnya adalah EIA/TIA-232 Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment Employing
Serial Binary Data Interchange. Meskipun namanya cukup panjang tetapi standar ini hanya menyangkut komunikasi data antara PC dengan alat-alat pelengkap komputer.
Antar muka komunikasi serial menawarkan beberapa kelebihan dibandingkan dengan komunikasi pararel, diantaranya:
a. Kabel untuk komunikasi serial bisa lebih panjang dibandingkan dengan pararel. Data-data dalam komunikasi serial dikirimkan untuk logika „1‟ sebagai tegangan -3 s/d -25 volt dan untuk logika „0‟ sebagai tegangan +3 s/d +25 volt, dengan demikian tegangan dalam komunikasi serial memiliki ayunan tegangan maksimum 50 volt, sedangkan pada komunikasi pararel hanya 5 volt. Hal ini menyebabkan gangguan pada kabel-kabel panjang lebih mudah diatasi dibanding dengan pararel.
b. Jumlah kabel serial lebih sedikit.
Dua perangkat komputer yang berjauhan dengan hanya tiga kabel untuk konfigurasi null modem, yakni TxD (saluran kirim), RxD (saluran terima) dan Ground, akan tetapi jika menggunakan komunikasi pararel akan terdapat dua puluh hingga dua puluh lima kabel.
c. Komunikasi serial dapat menggunakan udara bebas sebagai media transmisi. Pada komunikasi serial hanya satu bit yang ditransmisikan pada satu waktu sehingga apabila transmisi menggunakan media udara bebas (free space) maka dibagian penerima tidak akan muncul kesulitan untuk menyusun kembali bit-bit yang ditransmisikan.
d. Komunikasi serial dapat diterapkan untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler.
18
2.2.1 Konektor DB9
Untuk menjalankan komunikasi serial antara PC dengan mikrokontroler dibutuhkan sebuah konektor. Konektor yang biasanya digunakan untuk komunikasi serial adalah konektor DB9, seperti ditujukkan pada gambar 2.10. Konektor ini mempunyai 9 pin yang memiliki fungsi – fungsi yang berbeda. Untuk konfigurasi null modem yang digunakan hanya pin 2, 3 dan 5. Konektor ini mempunyai dua bentuk yaitu DB9 jantan(male) dan DB9 betina (female). Tabel 2.1 menunjukkan keterangan dan fungsi dari pin konektor DB9.
Gambar 2.10 Konektor DB9
19
2.2.2 IC MAX232
Integrated Circuit (IC) ini digunakan sebagai driver dan berfungsi juga sebagai penerima sebelum dilanjutkan ke mikrokontroler. Di dalam IC ini terdapat charge pump yang akan membangkitkan +10 V dan -10 V dari sumber tegangan +5 V. IC ini memiliki 2 buah transmitter dan 2 buah receiver. Gambar IC MAX232 ditunjukkan pada gambar 2.11 dan untuk keterangan pin IC MAX232 ditunjukkan pada tabel 2.2.
Gambar 2.11 IC MAX232 [4]
Tabel 2.2 Tabel Keterangan Pin IC MAX232
Pin Simbol Keterangan Pin Simbol Keterangan
1 C1+ Pin positif kapasitor 1 9 R2out Keluaran receiver 2
2 V+ Keluaran tegangan +10V 10 T2in Masukan transmitter 2
3 C1- Pin negatif kapasitor 1 11 T1in Masukan transmitter 1
4 C2+ Pin positif kapasitor 2 12 R1out Keluaran receiver 1
5 C2- Pin negatif kapasitor 2 13 R1in Masukan receiver 1
6 V- Keluaran tegangan -10V 14 T1out Keluaran transmitter 1
7 T2out Keluaran transmitter 2 15 GND Masukan catu daya negatif
20
2.3
Penampil
Grafik
Penampil grafik yang digunakan adalah sebuah LCD grafik (Graphical Liquid Cell Display). LCD grafik adalah sebuah modul untuk menampilkan grafik atau karakter dengan luas tampilan tertentu (misalnya: 128x64 pixel, 240x64 pixel, dll). LCD grafik ini memiliki controller T6963 yang berfungsi sebagai driver pada LCD grafik ini.
Gambar 2.12 LCD Grafik 240x64 pixel
21
Penjelasan pin – pin LCD grafik WG24064c adalah sebagai berikut :
a. FG (Frame Ground ) - dihubungkan dengan catu daya negatif (GND). b. Vss - tegangan 0 V (GND) LCD grafik.
c.Vdd - tegangan +5 V.untuk catu daya LCD grafik. d.Vo - tegangan pengatur kontras layar LCD grafik. e.WR(Data Write) - mode tulis LCD grafik.
f. RD(Data Read) - mode baca LCD grafik. g.CE(Chip Enable) - mengaktifkan chip.
h.C/D(Command Data) - mengendalikan perintah tulis atau baca. i. Vee - output tegangan negatif.
j. RESET - me-reset LCD grafik. k.DB0 - DB7 - jalur data LCD grafik.
l. FS(Font Selection) -memilih ukuran font yang akan digunakan. m.NC(No Connection) - tidak dihubungkan (NC).
LCD yang digunakan adalah LCD grafik WG24064c yang mempunyai luas tampilan 240x64 pixel, seperti terlihat pada gambar 2.12. LCD ini dapat menampilkan karakter dengan dua pilihan pixel, yaitu 6x8 pixel dan 8x8 pixel. Pemilihan dapat dilakukan pada saat pemograman software untuk LCD grafik. Keterangan dan letak pin dari LCD WG24064c ditunjukkan pada tabel 2.3.
2.4
Spektrum Cahaya dan Gelas Dydinium [6]
22
maksimum di sekitar 555 nm, di wilayah hijau dari spektrum optik. Warna pencampuran seperti pink atau ungu, tidak terdapat dalam spektrum ini karena warna-warna tersebut hanya akan didapatkan dengan mencampurkan beberapa panjang gelombang.
Cahaya putih dipencarkan oleh sebuah prisma menjadi warna-warna dalam spektrum optik. Meskipun spektrum optik adalah spektrum yang kontinyu sehingga tidak ada batas yang jelas antara satu warna dengan warna lainnya, tabel 2.4 memberikan batas kira-kira untuk warna-warna spektrum :
Tabel 2.4 Spektrum Warna Cahaya Tampak
Warna Panjang gelombang (nm)
Ungu 380 – 450
Biru 450 – 495
Hijau 495 – 570
Kuning 570 – 590
Jingga 590 – 620
Merah 620 – 750
Gelas Dydinium banyak digunakan untuk menguji panjang gelombang cahaya tampak. Spektrum gelas dydinium standar ditunjukkan pada gambar 2.13.
23
2.5
Sistem Pengendalian Lokal dan
Remote
Pada perancangan sistem spektrofotometer ini, terdapat dua sistem pengendalian yaitu sistem lokal dan sistem remote. Sistem lokal adalah sistem yang penyetelan set point dan pengendalian dilakukan oleh mikrokontroler tanpa melakukan komunikasi dengan peralatan lain. Sistem remote adalah sistem yang penyetelan set point dilakukan dari PC yang dihubungkan secara serial ke mikrokontroler. Masing-masing sistem memiliki set point yang nilainya berbeda dan berfungsi sebagai nilai yang harus dimasukkan agar sistem bisa dijalankan / diproses. Proses pemilihan sistem pengendalian ini ditunjukkan pada gambar 2.14.
24
BAB III
PERANCANGAN
3.1
Arsitektur Sistem
Perancangan ini terdiri dari dua sistem, yaitu subsistem hardware dan subsistem software. Subsistem hardware terdiri dari minimum system untuk mikrokontroler AVR ATMega8535, LCD grafik, dan RS232, sedangkan untuk subsistem software, berhubungan dengan program yang akan digunakan untuk menjalankan sistem ini. Arsitektur umum dari sistem ini ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Keterangan:
Hardware yang telah ada.
Hardware yang akan ditambahkan dalam perancangan.
Hardware pendukung.
Gambar 3.1 Arsitektur Umum Sumber
Cahaya Polikromatis
Monokromator Kuvet Photodetekt
or
Mikrokontroler #1 Mikrokontroler #2
PC RS232
LCD Grafik Keypad
LCD Motor
Stepper #1
25
Penjelasan Sistem
Terdapat dua sistem pengendalian untuk menjalankan sistem spektrofotometer pada perancangan ini, yaitu sistem lokal dan sistem remote. Sistem ini akan dikendalikan oleh dua mikrokontroler. Untuk memilih sistem pengendaliannya digunakan keypad yang terhubung dengan mikrokontroler #1. Pertama-tama, posisi kuvet dan monokromator akan diposisikan ke posisi awal. Kuvet dan monokromator akan digerakkan oleh dua motor stepper yang diatur oleh mikrokontroler #1, motor stepper #1 akan menggerakkan monokromator dan motor stepper #2 akan menggerakkan kuvet. Sumber cahaya polikromatis berupa lampu halogen akan memancarkan berkas cahaya ke optik penerima monokromator. Di dalam monokromator cahaya tersebut akan dipantulkan oleh cermin hingga mencapai optik pemancar. Cahaya yang dikeluarkan dari optik pemancar berupa cahaya monokromatis. Monokromator akan digerakkan untuk memilih panjang gelombang yang diinginkan (antara 380 nm sampai 750 nm). Cahaya monokromatis akan mengenai senyawa yang terletak di dalam kuvet. Selanjunya, cahaya yang menembus senyawa dalam kuvet akan mengenai photodetektor. Keluaran photodetektor berupa tegangan yang akan masuk ke ADC mikrokontroler #1. Data-data hasil pengukuran akan ditampilkan pada LCD. Mikrokontroler #1 juga akan mengirimkan data ke mikrokontroler #2 untuk menampilkan kurva baku pada LCD grafik. Jika user memilih sistem remote, mikrokontroler #1 akan melakukan komunikasi data secara serial dengan PC melalui RS232.
Proses Pengukuran
Proses pengukuran mempunyai beberapa tahap, yaitu :
a. Pembuatan senyawa-senyawa yang akan diukur. Senyawa akan dibuat dengan kadar ppm yang berbeda.
b. Pengukuran kuvet kosong. Tahap ini berfungsi untuk mendapatkan serapan / absorban terbesar karena kuvet belum diisi oleh senyawa.
26
d. Pengukuran kuvet untuk menghasilkan kurva baku. Kurva baku dibutuhkan untuk mendapatkan persamaan kurva baku yang nantinya digunakan untuk mendapatkan nilai konsentrasi senyawa 1 dan senyawa 2 di dalam larutan. (Untuk sistem lokal, proses pengukuran akan berhenti pada saat kurva baku ditampilkan dan tidak menghitung persamaan kurva baku)
e. Pengukuran larutan. Tahap ini merupakan tahap terakhir dari proses pengukuran. Tahap ini akan mendapatkan nilai serapan dari sebuah larutan sehingga akan didapatkan nilai konsentrasi senyawa 1 dan senyawa 2 dengan menggunakan persamaan kurva baku yang didapat dari tahap sebelumnya.
3.2
Sistem Pengendalian
Sistem spektrofotometer yang akan dirancang akan memudahkan user untuk melakukan pengukuran larutan dan menghemat waktu karena sistem ini akan diotomasi. Sistem ini memiliki dua pilihan pengendalian, yaitu sistem lokal dan sistem remote. User tinggal memilih menu yang akan ditampilkan pada LCD dengan menekan keypad yang tersedia.
3.2.1 Sistem Lokal
27
Setelah didapatkan dua panjang gelombang maksimum (panjang gelombang dimana terjadi serapan terbesar) untuk dua jenis senyawa yang akan diukur (masing-masing senyawa memiliki satu panjang gelombang maksimum), posisi monokromator akan diposisikan pada panjang gelombang tersebut oleh mikrokontroler #1 untuk mengukur senyawa dengan beberapa konsentrasi yang berbeda. Setiap satu jenis senyawa dengan konsentrasi yang berbeda akan diberikan dua panjang gelombang maksimum untuk mengukur absorban / serapan. Hal ini dilakukan untuk dua jenis senyawa berbeda. Mikrokontroler #1 akan menampilkan data-data yang diukur pada LCD dan akan dikirim ke mikrokontroler #2. Mikrokontroler #2 akan menampilkan kurva baku pengukuran melalui LCD grafik.
3.2.2 Sistem
Remote
Sistem remote hampir sama dengan sistem lokal. Perbedaannya terletak pada komunikasi data antara mikrokontroler #1 dengan sebuah PC. Alur komunikasi data ini ditunjukkan pada gambar 3.2.Sebelum melakukan scanning, mikrokontroler #1 akan memberikan sinyal / tanda siap untuk melakukan scanning kepada PC. Kemudian, PC melalui program visual akan mengirim tanda / sinyal mulai ke mikrokontroler #1 untuk memulai proses scanning senyawa. Mikrokontroler #1 akan menjalankan motor stepper #1 dan motor stepper #2 untuk mengecek kuvet dan monokromator berada pada posisi awal atau tidak. Jika tidak berada pada posisi awal, maka mikrokontroler #1 akan menjalankan program untuk mengembalikan kuvet dan monokromator ke posisi awal pergerakan. Proses scanning sama seperti sistem lokal, data dari sensor akan diolah oleh ADC mikrokontroler #1. Data yang telah diolah menjadi serapan oleh mikrokontroler #1 akan dikirim ke PC. Setelah selesai melakukan proses scanning untuk kuvet berisi senyawa referensi dan kuvet kosong, mikrokontroler #1 akan mengirimkan sinyal / tanda selesai ke PC.
28
beberapa konsentrasi yang berbeda. Mikrokontroler #1 akan menggerakkan motor stepper #1 untuk menempatkan monokromator pada panjang gelombang yang didapat. Proses ini dilakukan untuk dua senyawa. Masing-masing senyawa akan di-scan dengan dua panjang gelombang tersebut. Mikrokontroler #1 akan mengirim data yang telah diolah berupa serapan ke PC dan mikrokontroler #2. Setelah melakukan proses ini, data yang diterima oleh PC dan mikrokontroler #1 akan diolah untuk dijadikan kurva baku sehingga terdapat dua kurva baku, yaitu kurva baku pada program visual dan kurva baku pada hardware spektrofotometer yang akan ditampilkan pada LCD grafik oleh mikrokontroler #2.
Gambar 3.2 Alur Komunikasi Mikrokontroler dan PC
29
selesai melakukan proses tersebut mikrokontroler #1 akan mengirim sinyal / tanda ke PC bahwa proses telah selesai. PC juga akan mengirim tanda / sinyal selesai ke mikrokontroler.
3.3
Kalibrasi Panjang Gelombang Spektrofotometer
Pengkalibrasian panjang gelombang spektrofotometer dilakukan dengan menggunakan gelas dydinium. Gelas ini merupakan alat yang digunakan untuk menguji panjang gelombang cahaya tampak (visible). Panjang gelombang spektrofotometer ditentukan dengan cara menguji penyerapan gelas dydinium. Hasil dari pengujian ini dibandingkan dengan penyerapan gelas dydinium pada alat standar yang dijelaskan pada bab II. Dari hasil perbandingan, akan didapatkan jumlah step yang harus dilakukan motor stepper untuk mencapai satu lambda.
3.4
Perancangan Subsistem
Hardware
3.4.1 Perancangan
Minimum System
Mikrokontroler ATMega8535
30
Rangkaian ini perlu ditambahkan pada perancangan ini karena port rangkaian mikrokontroler #1 tidak cukup digunakan untuk hardware yang memerlukan banyak port karena telah digunakan untuk beberapa hardware. Hardware yang dihubungkan dengan port mikrokontroler #1 antara lain: sensor (port A), motor stepper (port B) ,keypad (port C), LCD character (port D), dan komunikasi serial RS232 (port D) .Gambar 3.3 menunjukkan rangkaian minimum system ATMega 8535.
GND
Gambar 3.3 Rangkaian Minimum System [7]
3.4.2 Perancangan LCD Grafik
31
PORTB.0 - PORTB.5 PORTC.0 - PORTC.7
Gambar 3.4 Rangkaian LCD Grafik [5]
3.4.3 Perancangan RS232
32
Gambar 3.5 Rangkaian RS232
3.5
Perancangan Subsistem
Software
3.5.1 Perancangan Program Utama
33
Gambar 3.6 Flowchart Program Utama
3.5.2 Perancangan Program Sistem Lokal
34
Gambar 3.7 Flowchart Program Sistem Lokal
3.5.3 Perancangan Program Sistem
Remote
35
36
3.5.4 Perancangan Program Penampilan Kurva Baku
Kurva baku akan ditampilkan oleh mikrokontroler #2 setelah menerima data yang dikirimkan oleh mikrokontroler #1. Gambar 3.9 menunjukkan flowchart dari program penampilan kurva baku pada mikrokontroler #2..
Gambar 3.9 Flowchart Program Penampilan Kurva Baku
3.6
Perancangan Tampilan LCD Grafik
37
Gambar 3.10 Tampilan Kurva Baku pada LCD Grafik
3.7
Perhitungan Nilai ADC
Mikrokontroler ATMega8535 memiliki 8 kanal ADC masing-masing mempunyai resolusi 10 bit. ADC mikrokontroler ATMega 8535 terletak di PORTA. ADC yang digunakan pada perancangan ini memiliki tegangan masukan +5 V yang diambil dari pin AVCC dan tegangan referensi +5 V yang diambil dari pin AREF. Resolusi yang digunakan pada perancangan ini adalah 8 bit. Pemilihan resolusi 8 bit lebih dikarenakan akan dilakukan komunikasi data secara serial dengan PC.
Contoh : Tegangan masukan dari sensor sebesar 2.5 V, tegangan referensi sebesar 5 V dan resolusi yang digunakan 8 bit. Nilai ADC yang akan dihasilkan adalah 128.
38
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk mengetahui suatu alat atau program dapat bekerja dengan baik diperlukan pengujian terhadap alat atau program tersebut. Melalui pengujian-pengujian tersebut, maka akan diperoleh hasil berupa data-data yang dapat memperlihatkan bahwa hardware atau software yang dirancang telah bekerja dengan baik atau tidak. Dari data-data tersebut dapat dilakukan analisis terhadap proses kerja alat yang kemudian dapat digunakan untuk menarik kesimpulan dari apa yang disajikan dalam tugas akhir ini.
4.1
HASIL PERANCANGAN DAN TAMPILAN LUAR ALAT
Perancangan terdiri dari tiga blok rangkaian, yaitu rangkaian minimum system mikrokontroler #2, rangkaian LCD grafik, dan rangkaian RS232. Pada alat ini juga terdapat beberapa blok rangkaian yang telah ada pada perancangan sebelumnya, yaitu rangkaian driver motor stepper, rangkaian minimum system mikrokontroler #1 dan rangkaian keypad 3x4. Gambar hasil perancangan ditunjukkan pada gambar 4.1.
39
Tampilan luar sistem spektofotometer visibel ini berbentuk sebuah kotak dengan beberapa perangkat yang diletakkan di luar kotak, seperti penampil LCD character, keypad 3x4, dan LCD grafik. Hal ini dikarenakan perangkat-perangkat tersebut berfungsi sebagai input (keypad 3x4) dan output (penampil LCD character dan LCD grafik) untuk user alat ini. Gambar tampilan luar alat ditunjukkan oleh gambar 4.2.
Gambar 4.2 Tampilan Luar Alat
4.2
PENGUJIAN
HARDWARE
4.2.1 PENGUJIAN
RANGKAIAN
MINIMUM
SYSTEM
MIKROKONTROLER ATMega8535
Pengujian rangkaian minimum system mikrokontroler ini dilakukan untuk mengetahui apakah rangkaian ini bekerja dengan fungsi semestinya yang telah dibahas pada bab III. Pengujian yang dilakukan adalah dengan membuat program dan men-download program tersebut pada mikrokontroler AVR ATMega8535. Untuk mengetahui apakah rangkaian minimum system ini bekerja dengan benar maka hasil penulisan program yang telah dibuat akan ditampilkan pada LCD character. Gambar rangkaian LCD character ditunjukkan pada gambar 4.3. Program yang dituliskan pada software dengan bahasa basic adalah sebagai berikut :
40
$crystal = 8000000 ' Frekuensi kristal yang digunakan - internal Config Lcd = 16 * 2
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portd.4 , Db5 = Portd.5 , Db6 = Portd.6 , Db7 = Portd.7 , E = Portd.3 , Rs = Portd.2
Cls 'clear LCD
Lcd " SPEKTROFOTOMETER " 'Tampilkan tulisan SPEKTROFOTOMETER Lowerline 'Pilih baris bawah
Lcd " VISIBLE " 'Tampilkan tulisan VISIBLE
Wait 3 'Tunggu tiga detik
Cls 'clear LCD
5K
LCD 2x16
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Vcc Gnd
1
2
3
4
5
6
R1 POT
1
3
2
1
2 PORTD.2 - PORTD.7
Gambar 4.3 Rangkaian LCD Character
Program ini juga telah diuji pada PORT.A, PORT.B, dan PORT.C rangkaian minimum system ini dengan cara mengganti pengaturan letak pin pada program. Hal ini dilakukan untuk memastikan semua PORT pada minimum system ini telah berfungsi dengan baik. Gambar hasil pengujian ditunjukkan pada gambar 4.4.
41
Dari pengujian rangkaian minimum system ini maka dapat disimpulkan bahwa rangkaian ini bekerja dengan benar, karena rangkaian ini berhasil menampilkan tulisan pada LCD character sesuai dengan yang dituliskan pada program.
4.2.2 PENGUJIAN RANGKAIAN LCD GRAFIK
Pengujian rangkaian LCD grafik ini bertujuan untuk mengetahui apakah rangkaian ini dapat digunakan untuk menjalankan LCD grafik WG24064c. Pengujian dilakukan dengan menghubungkan rangkaian ini dengan minimum system mikrokontroler #2 dan LCD grafik WG24064c. Kemudian, program dibuat dan di-download ke mikrokontroler AVR ATMega8535. Gambar hasil pengujian rangkaian LCD grafik ditunjukkan pada gambar 4.5. Program yang ditulis pada software dengan bahasa basic adalah sebagai berikut :
$regfile = "m8535.dat" 'Mikrokontroler yang digunakan
$crystal = 8000000 ' Frekuensi kristal yang digunakan - internal Config Graphlcd = 240 * 64 , Dataport = Portb , Controlport = Portc , Ce = 2 , Cd = 3 , Wr = 0 , Rd = 1 , Reset = 4 , Fs = 5 , Mode = 8
Cls 'clear LCD
Cursor Off 'Matikan kursor
Locate 1 , 2 : Lcd "Grafik Spektrofotometer Vis" 'Tampilkan tulisan Locate 2 , 13 : Lcd "Oleh :" 'Tampilkan tulisan Locate 3 , 3 : Lcd "David Robinson 07 5114 002" 'Tampilkan tulisan Locate 4 , 6 : Lcd "Teknik Elektro 2007" 'Tampilkan tulisan Locate 5 , 4 : Lcd "Universitas Sanata Dharma" 'Tampilkan tulisan Locate 6 , 11 : Lcd "Yogyakarta" 'Tampilkan tulisan Locate 7 , 2 : Lcd "Senyawa1 = 2 gambar di kiri" 'Tampilkan tulisan Locate 8 , 2 : Lcd "Senyawa2 = 2 gambar di kanan" 'Tampilkan tulisan
Wait 10 'Tunggu 10 detik
42
Dari pengujian rangkaian LCD grafikini maka dapat disimpulkan bahwa rangkaian ini bekerja dengan benar, karena rangkaian ini berhasil menampilkan tulisan pada LCD grafik sesuai dengan yang dituliskan pada program.
4.2.3 PENGUJIAN RANGKAIAN RS232
Pengujian dilakukan dengan cara membandingkan nilai tegangan keluaran pada V+ (pin 2) dan V- (pin 6) pada rangkaian dengan nilai tegangan pada datasheet pada saat dihubungkan dengan catu daya +5 V dan pada saat keadaan tanpa beban. Hal ini dilakukan untuk mengetahui apakah rangkaian ini dapat mengubah level tegangan TTL menjadi level tegangan RS232. Hasil pengujian rangkaian RS232 ditunjukkan pada tabel 4.1.
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Rangkaian RS232
Titik Uji Data Pengamatan Datasheet % Galat
V+ + 9.26 V +10 V 7.4 %
V- - 8.84 V -10 V 11.6 %
Dari tabel 4.1, tampak bahwa rangkaian RS232 ini dapat berfungsi dengan baik karena nilai tegangan keluaran pada V+ dan V- dapat mendekati + 10 V dan -10 V.
4.2.4 PENGUJIAN
PENGIRIMAN
DATA
DARI
MIKROKONTROLER AVR ATMega8535
KE
PERSONAL
COMPUTER
(PC)
Pengujian komunikasi ini bertujuan untuk mengetahui dan memastikan komunikasi dari mikrokontroler #1 ke PC dapat bekerja dengan baik. Pengujian dilakukan dengan menggunakan program yang terdapat pada PC yaitu Hyperterminal yang berfungsi sebagai terminal untuk menerima data dari mikokontroler. Jika pengiriman berhasil dilakukan maka pada tampilan Hyperterminal akan ditampilkan tulisan “rd1”. Gambar pengujian komunikasi dari mikrokontroler #1 ke PC ditunjukkan pada gambar 4.6. Program yang ditulis pada software dengan bahasa basic adalah sebagai berikut :
43
$crystal = 8000000 'Frekuensi yang digunakan
$baud = 9600 'Baud rate yang digunakan
Print "rd1" 'Mengirim tulisan “rd1” ke port serial
End „Selesai.
Gambar 4.6 Hasil Pengujian Komunikasi Dari Mikrokontroler #1 ke PC
Dari pengujian ini maka dapat disimpulkan bahwa pengiriman data dari mikokontroler #1 ke PC dapat berjalan dengan baik.
4.3
PENGUJIAN SOFTWARE
Pengujian software ini bertujuan untuk memastikan program-program yang telah dibuat dapat bekerja sesuai dengan yang telah direncanakan pada bab sebelumnya.
4.3.1 PENGUJIAN PROGRAM UTAMA
44
Menu: 'Label
Lcd "Pilih menu" 'Tampilkan tulisan
Lowerline 'Pindah baris dibawah
Lcd "1:Lokal" 'Tampilkan tulisan
Wait 2 'Tunggu 2 detik
Cls 'Clear LCD
Lcd "2:Remote" 'Tampilkan tulisan
Lowerline 'Pindah baris dibawah
Lcd " Pilih 1 / 2?" 'Tampilkan tulisan
Gambar 4.7 Tampilan Menu
Program dibawah adalah program untuk penekanan keypad dan pemilihan rutin program yang dipilih melalui keypad. Sistem akan dijalankan apabila user menekan keypad angka 1 atau angka 2. Jika angka 1 yang ditekan maka mikrokontroler #1 akan memilih rutin program GOSUB LOKAL untuk dijalankan dan jika angka 2 yang ditekan maka mikrokontroler #1 akan memilih rutin program GOSUB REMOTE untuk dijalankan. Apabila angka yang ditekan pada keypad tidak sesuai maka mikrokontroler #1 akan memilih rutin program GOSUB ERROR untuk dijalankan.
Loopkeypad: 'Label
B = 0
B = Getkbd() 'Fungsi Keyboard
If B = 16 Then 'Jika nilai B=16, lompat ke label
Goto Loopkeypad Loopkeypad
End If
Cls 'Clear LCD
45
Goto Loopkeypad Loopkeypad
End If
B1 = Lookup(b , Keytable) 'Mengambil data pada label Keytable sesuai angka yang ditekan Lcd "Menu=" ; B1 'Tampilkan tulisan
Wait 2 'Tunggu 2 detik
Menu1: 'Label
Select Case B1 'Memilih rutin berdasarkan angka
yang ditekan
Case 1 : Gosub Lokal 'Rutin 1 Case 2 : Gosub Remote 'Rutin 2 Case Else : Gosub Error 'Rutin 3
End Select 'Selesai memilih
End 'Selesai
Keytable: 'Label
Data 1 , 2 , 3 , 0 , 4 , 5 , 6 , 0 , 7 , 8 , 9 , 0 , 11 , 0 , 12 , 0 , 16
Dari pengujian program utama ini maka dapat disimpulkan bahwa program ini dapat berjalan dengan baik karena program ini berjalan sesuai dengan perancangan pada bab III.
4.3.2 PENGUJIAN TAMPILAN LCD GRAFIK
Pengujian tampilan LCD grafik ini bertujuan untuk mengetahui apakah tampilan LCD grafik sesuai dengan perancangan. Pengujian dilakukan dengan menggunakan program di bawah ini. Program ini menggunakan perulangan DO – LOOP agar dapat menampilkan grafik secara terus-menerus pada LCD grafik. Fungsi LINE digunakan untuk membuat gari lurus secara horizontal maupun vertikal tergantung nilai yang dimasukkan pada program.
Do 'Perulangan
46
Wait 1 'Tunggu 1 detik
Locate 3 , 30 : Lcd "A" 'Tampilkan tulisan Locate 4 , 30 : Lcd "b" 'Tampilkan tulisan Locate 5 , 30 : Lcd "s" 'Tampilkan tulisan Locate 8 , 6 : Lcd "KONSENTRASI (ppm)" 'Tampilkan tulisan
Program dibawah ini berfungsi untuk menampilkan garis batas pada masing-masing grafik. Fungsi PSET sendiri berfungsi untuk menge-set pixel pada LCD grafik. Gambar hasil pengujian ditunjukkan pada gambar 4.8.
'Fungsi Menampilkan Garis Batas Pada Grafik 1 – 4 For Z = 1 To 5
X = Z * 10 Pset X , 51 , 255 Next Z
Wait 1
For Z = 7 To 11 X = Z * 10 Pset X , 51 , 255 Next Z
Wait 1
For Z = 13 To 17 X = Z * 10 Pset X , 51 , 255 Next Z
Wait 1
For Z = 19 To 23 X = Z * 10 Pset X , 51 , 255 Next Z
Wait 1
For Z = 1 To 4 Y = Z * 10 Pset 0 , Y , 255 Next Z
Wait 1
47 Pset 59 , Y , 255
Next Z Wait 1
For Z = 1 To 4 Y = Z * 10 Pset 119 , Y , 255 Next Z
Wait 1
For Z = 1 To 4 Y = Z * 10 Pset 179 , Y , 255 Next Z
Wait 1
Loop 'Ulang terus
Gambar 4.8 Hasil Pengujian Program Tampilan LCD Grafik
Berdasarkan gambar 4.8 maka dapat disimpulkan bahwa perancangan tampilan LCD grafik berhasil karena sesuai dengan tampilan pada perancangan.
4.4
PENGUJIAN SISTEM PENGENDALIAN
48
4.4.1 SISTEM LOKAL
Pengujian sistem lokal ini dilakukan dengan cara menjalankan program yang telah dibuat sesuai perancangan. Pengujian dilakukan sebanyak tiga kali dan menggunakan senyawa yang mempunyai kondisi yang berbeda. Program ini terdiri dari beberapa rutin program yang digunakan untuk beberapa proses dalam pengukuran sampel. Pengukuran ini terdiri dari beberapa langkah pengukuran :
1. Pengukuran Kuvet Kosong
Pengukuran dilakukan dengan cara meletakkan kuvet kosong (tidak ada isi) ke dalam tempat peletakkan kuvet. Kemudian, monokromator akan dijalankan per satu nm (dari 380 nm-750 nm). Cahaya monokromatis yang ditembakan monokromator akan menembus kuvet karena tidak ada senyawa yang menyerap cahaya ini. Cahaya akan diterima oleh sensor phototransistor dan dikirim ke mikrokontroler #1. Data akan ditampilkan pada LCD character berupa nilai ADC yang sudah dikonversi ke desimal. Nilai ADC tersebut akan digunakan pada proses selanjutnya. Pengukuran dilakukan sebanyak sepuluh kali dengan menggunakan kuvet yang sama dan dengan menggunakan sepuluh kuvet yang berbeda. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan kestabilan pengukuran karena tidak adanya data pembanding yang menjadi acuan. Hasil pengukuran kuvet kosong ditunjukkan pada gambar 4.9 dan gambar 4.10.
49
Gambar 4.10. Hasil Pengukuran Sepuluh Kuvet Kosong yang Berbeda
Dari gambar 4.9, dapat dilihat bahwa nilai ADC terbesar terjadi pada saat monokromator berada pada panjang gelombang antara 600 nm-620 nm dengan nilai ADC-nya berkisar antara 54 – 58 selama sepuluh kali pengujian dengan kuvet yang sama. Pada gambar 4.10 nilai ADC terbesar terjadi pada panjang gelombang antara 600 nm-620 nm dengan nilai ADC berkisar antara 54-62 selama sepuluh kali pengujian dengan sepuluh kuvet yang berbeda.
Berdasarkan hasil-hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa nilai ADC pengukuran kuvet kosong dapat dipengaruhi oleh kuvet yang digunakan untuk pengukuran.
2. Pengukuran Kuvet Referensi
50
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Kuvet Referensi
Senyawa Konsentrasi Pengujian 1
Pengujian 2
% Galat
PGM PGM
KMnO4 30 ppm 526 nm 525.4 nm 0.1142 %
K2Cr2O7 100 ppm 383 nm 351.2 nm 9.054 %
Keterangan : PGM = Panjang Gelombang Maksimum
Pengujian 1 dilakukan menggunakan spektrofotometer hasil perancangan, sedangkan pengujian 2 menggunakan spektrofotometer buatan pabrik. Hal ini dilakukan agar hasil pengujian 2 dapat menjadi acuan dalam menentukan apakah pengukuran ini sudah benar atau belum. Pengukuran dilakukan secara bersamaan dan dengan senyawa yang baru selesai dibuat. Senyawa yang digunakan adalah KMnO4 dengan konsentrasi 30 ppm dan K2Cr2O7 dengan konsentrasi 100 ppm.
![Gambar 3.3 Rangkaian Minimum System [7]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/1709000.2081131/46.612.107.518.221.462/gambar-rangkaian-minimum-system.webp)
![Gambar 3.4 Rangkaian LCD Grafik [5]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/1709000.2081131/47.612.103.528.76.457/gambar-rangkaian-lcd-grafik.webp)
