BAB III PERANCANGAN ALAT

Transkripsi

1 BAB III PERANCANGAN ALAT.. Tujuan Perancangan dimaksudkan untuk memudahkan realisasi alat sehingga perancangan alat mempunyai peranan yang cukup penting. Tanpa perancangan yang matang, maka pembuatan alat menjadi sulit, karena tidak ada acuan dasar. Pada saat perancangan dilakukan sketsa rangkaian dan diagram blok sistem dari alat yang akan dibuat, kemudain dilakukan pemilihan rangkaian dan nilai komponen, termasuk harga komponen tersebut sehingga diharapkan biaya pembuatan alat menjadi murah namun tidak mengurangi kerja dari alat yang akan dibuat... Diagram Blok dan Cara Kerja Alat yang dibuat mempunyai diagram blok sebagai berikut : Pin Pin Current Current ADC 009 DAT A CONTROL Port para rel Sistem Vba Monitor Gambar. Diagram Blok Alat Prinsip Kerja Alat : Pada dasarnya, merupakan alat pencatat pemakaian daya seperti KWH meter yang umum dipakai pada rumah, namun disini menggunakan komputer sebagai pengolah data dan daya, dimana object yang dapat diukur jumlahya lebih dari satu. Alat ini sangat bermanfaat untuk digunakan pada perumahan atau kontrakan/kost, dimana setiap kamar dapat dimonitor pemakaian dayanya, dengan pengolahan data oleh komputer maka harga atau biling setiap kamar dapat diketahui. Sebagai jantung rangkaian, digunakan bahasa pemprograman yang dibuat menggunakan visual basic for application (vba) sebagai pengganti mikro kontroller, dimana program ini akan membaca data dari trafo arus dan mengirim bit data dari ADC tersebut ke PC

2 melalui port pararel yang ada pada PC. Untuk membaca daya yang terpakai digunakan trafo arus, dimana arus yang terdeteksi akan menunjukkan daya yang terpakai sesuai dengan rumus daya yaitu P = V x I. Arus yang terbaca kemudian diteruskan ke rangkaian ADC 009, mengingat program VBA yang ada di sistem PC hanya dapat membaca data dalam format digital. ADC 009 digunakan karena mempunyai masukan, dimana sistem pembacaan data dikontrol oleh program VBA dimana setiap input (Pin Pin) dibaca secara bergantian melalui port pararel dalam waktu setiap 00 ms sgga semua data dapat terbaca... Rangkaian Sensor Arus Rangkaian ini berfungsi sebagai pembaca arus yang terpakai, dimana arus yang terpakai menjukkan daya yang terpakai sesuai dengan rumus daya yaitu P = V x I. Sebagai sensor digunakan trafo arus dan resistor KΩ yang dipasang pararel. Tegangan yang terjadi pada trafo daya, disearahkan oleh resistor, sehingga dapat dihitung sesuai dengan rumus V = R x I. Gambar rangkaian keseluruhan dari trafo arus ditunjukkan pada gambar. berikut : Gambar. Diagram rangkaian transformator

3 Prinsip kerja trafo arus sama dengan trafo daya,jika pada kumparan primer mengalir arus I, maka pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet N.I, gaya gerak magnet ini mempruduksi fluks pada inti,kemudian membangkitkan gaya gerak listrik (GGL) pada kumparan sekunder,jika kumparan sekunder tertutup maka kumparan sekunder mengalir arus I sehingga menimbulkan (GGL) magnet NI sehinnga berlaku persamaan : NI=NI atau I/ I = N/N. Rumus perhitungan daya dimana : R (tahanan pada resistor ) P ( beban resistive ) V ( tegangan pada beban ) N ( lilitan primer pada trafo daya ) N ( lilitan sekunder pada trafo daya ) Rumus P= V.I V= I. R Sehingga P = I. R Sebagai contoh, jika daya beban sekitar 0 Watt maka arus yang mengalir pada sensor adalah I = P : V = 0 : 0 =. Amp I=N/N*I Misal : N = lilit R = k ohm N = 00 lilit P= 0 watt (beban resistive ) I= P = P/0 = 0/ 0 =, A I= N/N*I = / 00*, = ma VR = I * R = ma * k ohm = volt IR max = ma IR max = akar =, A Pload max = 0V IRmax = 0, = watt

4 Jadi untuk trafo daya dapat menghantarkan arus sampai w jadi tidak terjadi kerusakan pada tahanan. IR= : 0 =, A VR =, kω =, volt PR =, A, V=,9 watt Jadi dengan menggunakan trafo daya memungkinkan, tegangan yang terjadi pada sensor kemudian diperkuat oleh rangkaian penguat diferensial yaitu oleh Op-Amp UA dengan penguatan kali dan diperkuat kembali oleh UB dengan penguatan yang dapat distel, yaitu dengan mengatur POT. Untuk mendapatkan penguatan maksimal dihitung dengan rumus : A = Rf : Ri Dimana Rf = POT = 00 K ohm dan Ri = R = 0 K ohm Sehingga : A = 00K : 0 K = 0 kali Penguatan 0 kali adalah penguatan maksimal karena POT maksimal 00 K ohm. Dengan demikian penguatan pada UB dapat diatur 0 0 kali. Tegangan yang sudah dikuatkan kemudian disangga oleh UC dan disearahkan oleh D sehingga levelnya DC dan dihaluskan oleh C 0 uf. Karena rangkaian ADC 009 bekerja pada level TTL sehingga tegangan kerja maksimal sekitar VDC, sementara tegangan hasil penguatan dari sensor arus mungkin saja melebihi dari VDC sehingga perlu pengaman agar ADC 009 tidak rusak. Hal ini dilakukan oleh Dioda zener yang akan membatasi tegangan input ke ADC 009 pada VDC. IC U D adalah penyangga antar rangkaian sensor arus dengan rangkaian ADC 009. Dalam hal ini harus diperhatikan adalah penguatan tegangan yang diset ditentukan oleh POT dan besarnya disesuaikan dengan konversi perhitungan pada program yang dibuat. Karena ADC 009 mempunyai lebar data bit, maka format data maksimal adalah data, sehingga untuk memudahkan perhitungan, maka dibuat konversi daya watt untuk setiap bit data sehingga maksimal daya yang dapat diukur adalah Watt, meskipun pada prakteknya konversi dapat diperluas sesuai program yang dibuat. Oleh sebab

5 itu tegangan output pada rangkaian sensor arus harus disesuaikan. Dimana untuk setiap watt harus mempunyai level tegangan output sekitar 9, mv dan hal ini akan dijelaskan pada sub pembahasan ADC Rangkaian ADC 009 Rangkaian ini berfungsi untuk mengubah level tegangan analog menjadi digital dengan lebar data bit. Karena mempunyai lebar data bit, maka jumlah format data sekitar data. ADC 009 mempunyai tegangan referensi sebagai acuan dalam konversi bit / volt. Jika pada ADC 009 digunakan tegangan referensi VDC maka setiap bit akan diwakili oleh tegangan dengan perhitungan sebagai berikut : Diketahui lebar data bit mempunyai format data = bit Vref = VDC = 000 mv sehingga bit = 000 : = 9, mv Dengan demikian konversi untuk setiap bit data adalah 9. mv /bit. Tegangan ini harus disesuaikan dengan tegangan output dari sensor arus. Adapun rangkaian lengkap dari ADC 009 ditunjukkan pada gambar. berikut:

6 INPUT J INPUT J INPUT J INPUT J INPUT J INPUT J INPUT J INPUT J VCC GND ADDRESS A A A0 J R EOC UA K LS0 U IN0 IN IN IN IN IN IN IN UD 9 ADC009 LS0 UB LS0 D0 D D D D D D D 9 0 REF+ REF- 9 OE EOC A START A ALE 0 A0 CLK C R K EOC# J ENABLE EOC START UC DATA OUT LS0 EOC# J CONTROL 0pF Gambar. Rangkaian ADC 009 Rangkaian ADC 009 mempunyai buah masukan dimana untuk memilih saluran yang aktif ditentukan oleh bit data address pada pin port paralel (A0-A) sedangkan untuk saluran data output adc di hubungkan ke pin,,,,,,0dan port pararelel(d0-d). Untuk memilih saluran tersebut dikendalikan program yang dibuat menggunakan VBA, pengendalian dalam control konversi diseting secara otomatis(free runing). Dalam hal ini sistem VBA akan memilih secara bergantian, mulai dari saluran sampai saluran dengan rentang waktu 00 ms untuk setiap saluran. ADC 009 membutuhkan frekuensi clock agar dapat bekerja dan hal ini dapat dibuat rangkaian osilator oleh UA-UC dengan nilai f out sekitar 00 KHz sesuai rekomendasi pabrik pembuat ADC 009. Tegangan referensi ADC 009 dapat diatur dengan memberikan tegangan tertentu pada pin ref + dan ref (pin dan ). Pada prototype alat digunakan Vref sekitar VDC dengan 9

7 cara menghubungkan pin referensi pada catu daya. Data keluaran bit kemudian diumpankan pada sistem VBA dalam PC pada port 0 untuk diolah lebih lanjut... Sistem VBA Excel Rangkaian sistem ini berfungsi untuk mengendalikan data masukan dan mengirimkan data tetsebut ke PC. Sebagai jantung rangkaian digunakan program menggunakan VBA Excel. Sebagai masukan data digunakan port 9h dan port Ah, pengendalian saluran masukan ADC 009 digunakan sebagian port h,d,d,d ( A0-A). Data yang diterima kemudiian diolah melalui VBA excel untuk kemudian ditampilkan pada grafik dan colom biling Untuk menjamin bahwa program dieksekusi dari awal maka ADC harus di-reset terlebih dahulu, namun jika reset secara manual tentunya merepotkan. Agar praktis maka dibuat reset otomatis saat pertama kali catu daya dihidupkan. Hal ini dilakukan oleh C dan R dan umum disebut sebagai rangkaian power on reset dimana prinsipnya membangkitkan satu pulsa untuk reset dengan proses pengisian dan pengosongan kapasitor... Pengaksesan port pararel dengan VBA Sebelum melangkah lebih jauh, kita harus melihat dulu beberapa keterbatasan dalam VBA, dimana tidak bisa mengakses hardware secara langsung dalam system operasi windows, maka semua permintaan pengaksesan hardware harus melalui windows. Oleh karena itu harus menggunakan program eksternal untuk melakukan pengaksesan hardware secara langsung pada program, program tersebut berupa file DLL ( Dynamic Link Library ). File ini harus diletakan (di copy-kan) ke directory / folder // windows/system atau diikutkan dalam satu folder program yang kita buat. File DLL yang akan digunakan nanti adalah inpout.dll sebelum kita menggunakan fungsi yang ada dalam file DLL ini terlebih dahulu harus dideklarasikan di VB kedalam module. Cara mendeklarasikannya adalah : Public Declare Function Inp Lib inpout.dll _ Alias Inp (ByVal PortAddress As Integrer) As Integer Public Declare Sub Out Lib inpout.dll _ Alias Out (ByVal PortAddress As Integer, ByVal Value As Integer) 0

8 Jika file DLL tersebut telah dideklarasikan seperti diatas, maka fungsi Out (untuk mengeluarkan data) dan Inp (untuk membaca data) siap digunakan pada VB. Untuk mengirim data pada port pararel digunakan fungsi Out, Sintak penulisannya adalah sebagai berikut : Out[Alamat Port], [Nilai] Perintah diatas membutuhkan dua parameter, yaitu alamat port dan nilai data yang dikirimkan pada port tersebut, karena tiap port hanya jalur data, maka hanya bisa mengirim nilai maksimum = ( FFh/b ) ke port yang diinginkan. Contoh berikut mengilustrasikan cara men-set bit ke port paparel. Out &H, > Men-set bit 0 pada port pararel (alamat h) = b Out &H, > Men-set bit pada port pararel (alamat h) = b Out &H, > Men-set bit pada port pararel (alamat h) = b Out &H, > Men-set bit pada port pararel (alamat h) = b Untuk men-set bit lebih dari satu bit Out &H, > Men-set bit 0,, pada port pararel (alamat h) = b Setiap kita menset bit dengan cara diatas maka keadaan bit yang lainya akan terhapus, untuk mengatasi hal ini akan diselesaikan dengan bantuan perintah Inp. Cara membaca data dari port pararel adalah sama mudahnya, sintak penulisannya adalah sebagai berikut : Text.Text = Inp(&H) [Variabel Simpan] = Inp [Alamat port] Setelah mengetahui cara membaca data di port paralel, maka dengan bantuaan cara tersebut bisa digunakan untuk seting satu bit t tanpa merubah bit lainya.

9 Private Sub Command_Click() Dim input_sementara,nilai_baru As Byte Input_sementara = Inp(&H) Nilai_Baru = input_sementara Or Out &H,nilai_Baru End Sub.. Pembuatan modul input - output Untuk menangani proses komunikasi dengan peralatan luar, menggunakan port paralel dari PC sebagai antarmuka ke peralatan luar. Ada port yang disediakan pada modul I/O yaitu Port A dan Port B. Penggunaan kedua port ini telah ditentukan dengan aturan Port A sebagai Output dan Port B sebagai input. Masing masing memiliki lebar data bit dengan level tegangan 0 sampai volt aktif high. PIO PORT 00 PORT 0 PORT PARALEL PC P P SOFT WARE HARD WARE Gambar.. Blok Diagram Modul I/O

10 Karena masing masing port memiliki lebar data bit maka jumlah jalur Port A dan Port B adalah jalur. Dengan demikian pin yang dipakai pada port paralel PC juga sebanyak pin. Ke enambelas pin ini meliputi port data, port status dan port kontrol dengan konfigurasi seperti terlihat pada gambar. dan tabel. berikut. Gambar.. Pin Port Paralel dikelompokan menurut Fungsi Keterangan : Port Data adalah D0 sampai D(h) Port Status adalah S sampai S(9h) Port Kontrol adalah C0 sampai C(Ah).. Rangkaian Catu Daya Rangkaian catu daya dalam hal ini dibutuhkan dua buah yaitu untuk rangkaian sensor arus mempunyai tegangan kerja simetris VDC dan rangkaian ADC 009 dengan tegangan VDC. Adapun rangkaian catu daya ditunjukkan pada gambar.a dan.b. Sebagai regulator digunakan IUC regulator dan 9 sementara untuk tegangan VDC digunakan regulator 0.

11 VDC Unreg D IC LMC/TO0 IN OUT VCCVDC Vout + AC IN N00 D C 000uF GND C 00nF J N00 D N00 D N00 C 000uF IC LM9C/TO0 IN OUT GND VDDVDC C 00nF Vout - Gambar.a Rangkaian Catu Daya simetris VDC VDC UNREG C 00nF IC LM0C/TO0 VCC VDC IN OUT GND Gambar.b Rangkaian Catu Daya VDC Penyearahan tegangan AC dilakukan oleh buah dioda dengan sistem penyearahan penuh (bridge) dan untuk pengurangi ripple digunakan C filter dengan nilai 000µF. IC adalah sebagai regulator dan C, C dengan nilai 00nF berfungsi sebagai filter ripple atau riak yang masih mungkin terjadi terutama dalam frekuensi yang tinggi. Nilai 00nF adalah sesuai dengan saran dari data sheet book IC. Untuk regulator negatif digunakan IC 9. Sebagai masukan 0 diambil dari tegangan VDC unreg pada rangkaian catu daya simetris VDC.

12 .9. Perancangan Software Setelah perancangan bagian hardware (rangkaian selesai maka langkah berikutnya adalah merancang bagian software sebagai pendukung kerja dari alat dan program yang dibuat merupakan sistem kerja dari alat yang dibuat. Dalam perancangan software yang harus diperhatikan adalah diagram alir atau flowchart karena merupakan acuan dasar dalam pembuatan listing program sehingga pada sub ini hanya dibahas mengenai flowchart saja sedangkan mengenai listing program secara lengkap dilampirkan. Untuk membuat listing program digunakan bahasa pemrograman visual basic. Program dibuat dengan sistem prosedur dimana setiap prosedur mempunyai fungsi tertentu dan prosedur-prosedur tersebut membentuk sistem listing program keseluruhan. Dengan sistem prosedur maka akan memudahkan dalam pengecekan jika terjadi kesalahan. Setiap program mempunyai flowchart utama sebagai dasar program. Adapun Flowchart utama ditunjukkan seperti pada gambar.. Langkah pertama program adalah menginisialisasi, misalnya fungsi port pada port 0 sebagai masukan data dan lain sebagainya misalnya memori dan address ADC 009. Setelah inisialisasi maka program akan memerintahkan program VBA membaca data port 0 dan mengendalikan ADC 009 untuk memulai konversi dengan pembacaan pertama pada saluran dan pembacaan akan terus berlangsung sampai saluran. Jika pembacaan data sudah mencapai saluran artinya semua saluran sudah terbaca maka data tersebut kemudian dikirimkan ke PC melalui port pararel mulai data untuk saluran sampai data saluran. Jika sudah dikirmkan maka program selesai dan kembali ke langkah awal yaitu pembacaan data pada setiap saluran. Mengingat bahwa hampir semua sistem memiliki peralatan input atau output yang akan dikontrol maka modul sistem VBA Excel juga harus memiliki kemampuan untuk berkomunikasi dengan peralatan input atau output tersebut. Oleh karena itu sistem pengontrol pemakaian daya ini tidak hanya terdiri dari perangkat lunak tetapi dilengkapi juga dengan perangkat keras sebagai modul antarmuka ke peralatan luar.

13 .9.. Pembuatan Perangkat Lunak Dalam pembuatan sebuah perangkat lunak, hal pertama yang harus dilakukan sebelum menuliskan kode kode program adalah merumuskan kerangka program, supaya dapat menggambarkan alur jalannya program, kerangka program dituangkan dalam bentuk diagram alur (Flow Chart). Start Insialisasi Set Adress ADC ADC fre runing Tunggu sampai konversi selesai Baca data di paralel port Tampilkan grafik dan billing Address = address + Address = Address > Y N Tombol stop N End ditekan Gambar. Flow Chart Utama Alat pencatat daya saluran

14 .9.. Pembuatan Tampilan Program Tampilan sistem VBA dibuat seperti pada gambar.. Tata letak display pada pc disesuaikan dengan modul hardware pada gambar.. Deretan display sebelah kanan adalah grafik siklus pemakian daya dan sebelah kiri adalah jumlah biling hitungan pertiap pemakaian daya persetiap satu kamar. Indikator ini dirancang untuk memudahkan pemakai memonitor status setiap pemakaian dengan tampilan kontrol display dipisahkan menjadi kelompok yaitu digit paling kiri dan digit paling kanan seperti terlihat pada gambar.. Pada saat melakukan akses ke memori kelompok digit digunakan untuk menampilkan alamat memori sedangkan kelompok digit untuk menampilkan data memori pada alamat tersebut. Jika operasi yang dilakukan adalah akses ke register, maka kelompok digit digunakan untuk menampilkan nama register dan kelompok digit untuk menampilkan data register.

15 IN PU T J IN PU T J IN PU T J IN PU T J IN PU T J IN PU T J IN PU T VC C GN D EOC AD D R ESS A A A0 J U IN 0 IN IN IN IN IN IN IN U D 9 AD C 009 LS0 D 0 D D D D D D D EOC # 9 0 R EF+ R EF - 9 OE EOC A STAR T A ALE 0 A0 C LK J DATA OUT EOC # EN ABLE EOC STAR T J C ON TR OL J 0VAC LOAD J R 0./W R 0./W 0 9 R M R M + - U C TL0 R M R M D VC C + - VD D IN U A TL0 R 9 00 R 0 00K R 0K C 0uF D V R 0K + - U B TL0 00K POT + - U D TL0 VOU T J R ESET J IN PU T J VC C C ON TR OL STAR T EOC EN ABLE C EOC # 0 uf J R 00K C X'TAL MHz C VC C R K U A LS0 9 9 IC P.0 P. P. P. P. P. P. P. I N T0 I N T T0 T R ESET EA/VP X X 0 C 0pF R K U B LS0 P0.0 P0. P0. P0. P0. P0. P0. P0. P.0 P. P. P. P. P. P. P. R D W R PSEN ALE/P TXD R XD U C LS0 AD 0 AD AD AD AD AD AD AD A0 A A TXD R XD J DATA INPUT J 0 AD D R ESS AC IN J D N 00 D N 00 D N 00 D N 00 VDC UNREG C 00nF VD C U nreg C 000uF IC LMC /TO0 IN OU T G N D C 000uF IC LM9C /TO0 IN OU T G N D IC LM0C /TO0 VC C VD C IN OU T G N D VC C VD C Vout + C 00nF VD D VD C Vout - C 00nF C uf TXD R XD 0 9 IC TIN TIN R OU T R OU T C + C - MAX TOU T TOU T R IN R IN C + C - V+ V- C uf C uf uf C R S pf pf