PERANCANGAN PENGUKUR SWR DIGITAL DAN PENGAMAN TRANSMITER FM MHz BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51

Transkripsi

1 ISSN: -0 0 PERANCANGAN PENGUKUR SWR DIGITAL DAN PENGAMAN TRANSMITER FM 0 MHz BERBASIS MIKROKONTROLER ATS Sukma Aji, Muchlas, Sunardi Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Ahmad Dahlan Kampus III Jl. Prof. Dr. Soepomo, Janturan, Yogyakarta, Telp. (0) psw 0, Fax. (0), sukma_aji@yahoo.com, muchlas@ee.uad.ac.id Abstrak Pada sistem saluran transmisi terdapat tegangan gelombang maju dari transmiter ke antena dan tegangan gelombang pantul dari antena ke transmitter. Nilai tegangan gelombang pantul yang tinggi mengakibatkan kerugian dan kerusakan pada transmitter. Perbandingan gelombang maju dan gelombang pantul disebut Standing Wave Ratio (SWR). Semakin kecil nilai tegangan gelombang pantul, nilai SWR semakin kecil dan efisien. Penelitian ini bertujuan untuk merancang pengukur SWR Digital yang berfungsi membaca nilai SWR dan pengaman transmiter FM dari kerusakan akibat tingginya nilai SWR. Penelitian dilaksanakan dengan eksperimen laboratorium yang dibagi dalam empat tahap: merancang pengukur SWR Digital dan pengaman transmiter FM, merancang perangkat keras penampil nilai SWR berupa digit -segmen dan pengaman transmiter FM menggunakan mikrokontroler ATS beserta perangkat lunaknya, menggabungkan hasil rancangan kedua tahap sebelumnya untuk membentuk pengukur SWR Digital dan pengaman transmiter FM dari nilai SWR yang tinggi, dan tahap terakhir menguji alat ukur menggunakan dummy load dengan nilai SWR,. Hasil penelitian menunjukkan bahwa SWR Digital dan pengaman transmiter FM -0 MHz berbasis mikrokontroler ATS yang dirancang dapat menghitung nilai SWR pada sistem transmiter dan menampilkanya pada digit -segmen dan dapat digunakan sebagai pengendali pengaman transmiter FM pada rentang frekuensi -0 MHz. Kata Kunci: transmiter FM, SWR digital, mikrokontroler, ATS. PENDAHULUAN Kejadian yang fatal akibat nilai SWR yang tinggi akan menyebabkan rusaknya transmiter. Suatu sistem transmiter, baik yang menggunakan ataupun yang tidak menggunakan pengukur SWR jika suatu saat yang dikarenakan oleh perubahan suhu ataupun frekuensi yang bergeser sehingga membuat nilai SWR tinggi, kurang efektif karena hanya berfungsi sebagai monitor. Sedangkan untuk memonitor tidak bisa dilakukan setiap saat oleh manusia selama transmiter tersebut dinyalakan pada kurun waktu yang cukup panjang. Oleh karena itu akan dibuat suatu instrumen yang bekerja secara otomatis dengan dua fungsi, yaitu sebagai pembaca secara terus menerus dan sebagai pengaman. Sistem otomatis akan dijalankan oleh suatu kotak reflectometer, dua buah ADC 00, sebuah sistem berbasis mikrokontroler ATS, dan dua digit tampilan segmen akan diterapkan untuk membaca dan mengawasi setiap waktu nilai SWR yang dihasilkan oleh transmiter, kemudian akan mengaktifkan pengaman transmiter apabila nilai SWR transmiter FM tinggi. Kategori nilai SWR yang ideal ditentukan ketika membuat perangkat lunak pada mikrokontroler ATS. Ketika tampilan segmen menunjukan nilai SWR yang tidak ideal, maka mikrokontroler memberikan instruksi untuk mematikan transmiter. Berkaitan dengan efisiensi semakin kecil nilai SWR, maka daya yang dipancarkan lebih optimal dan umur transmiter semakin panjang. Pengukur SWR Digital dan Pengaman Transmiter. (Sukma Aji)

2 0 ISSN: -0. METODE PENELITIAN Subjek penelitian berupa perancangan instrumen pengukur SWR digital dan pengaman transmiter FM pada rentang frekuensi -0 MHz yang dihitung dan dikendalikan oleh mikrokontroler ATS. Spesifikasi dari komponen yang digunakan adalah seperti pada Tabel. Tabel. Spesifikasi komponen No Komponen Spesifikasi Reflectometer 0 MHz Konverter ADC 00 Mikrokontroler ATS Relay pin / V segmen Common Anode Transmiter FM 0 MHz Antena dipole Catu Daya V / A dan V / 00mA Perancangan dilakukan dengan mengacu pada teori yang ada dan datasheet dari komponen yang dipakai. Penelitian ini dilakukan dengan merancang:. Transmiter FM Pembuatan transmiter FM dirancang untuk menghasilkan frekuensi radio yang bekerja pada frekuensi sampai dengan 0 MHz dengan daya 00 mwatt dan input dari mic kondensator. Skema rangkaian tersebut dapat dilihat pada Gambar. R R 0K C 00nF C uf/v R 0K R K C0,uF/V Q SC 0 R K R K R JS K C C 0pF L lilit nf C pf C Q SC C 0pF uf/v C pf R K C 0pF C 00nF JS RF R K D LED JS V Mic Gambar. Skema rangkaian Transmiter FM. Antena Dipole Untuk menyalurkan frekuensi radio yang dihasilkan oleh transmiter FM digunakan antena. Antena Dipole merupakan antena yang mudah untuk digunakan. Gambar Antena Dipole dapat dilihat pada Gambar. Gambar. Antena dipole yang bisa diatur panjang dan pendek TELKOMNIKA Vol., No., Desember 00 : 0 -

3 TELKOMNIKA ISSN: Kotak Reflectometer Untuk memudahkan pemakaian kotak reflectometer dirancang built-in dengan ADC 00, ATS, serta penampil segmen. Tegangan yang dihasilkan oleh reflectometer kemudian dihubungkan ke ADC 00. Skema rangkaian tersebut dapat dilihat pada Gambar. Gambar. Rangkaian Reflectometer. ADC 00 Probe tegangan forward dan reverse dari reflectometer masing-masing dihubungkan dengan input ADC 00. ADC 00 mengubah tegangan analog yang dihasilkan probe forward dan reverse menjadi data digital. Skema rangkaian tersebut dapat dilihat pada Gambar. reflectometer ADC00 P.0 P. P. P. P. P. P. P. DB0 DB DB DB DB DB DB DB INTR +IN -IN VREF/ CLKR CLKIN CS RD WR R 0K R R 0K C 00pF 0K Gambar. Skema rangkaian ADC 00. Mikrokontroler ATS a. Perangkat keras ATS dirancang dengan X-tal MHz. Data digital bit dari ADC00 kemudian dihubungkan dengan ATS port untuk menunjukan nilai tegangan maju, dan port untuk menunjukan tegangan pantul. Untuk menampilkan nilai SWR port 0 dan port Pengukuran Unjuk Kerja Modulasi GMSK Pada Platform (Eko Marpanaji)

4 0 ISSN: -0 dihubungkan dengan segmen. Skema rangkaian tersebut dapat dilihat pada Gambar. C OUT U LM0C/TO IN R 0K C 00pF R 0K R P ISP MODE 0K U +IN -IN VREF/ CLKR CLKIN CS RD WR ADC00 RESET ISP P P P DB0 DB DB DB DB DB DB DB INTR JR TPST C 0p JS to segment P P P 000uF/V R 0 P0.0/AD0 P0./AD P0./AD P0./AD P0./AD P0./AD P0./AD P0./AD P.0 P. P. P. P. P. P. P. EA/VPP U P.0/A P./A P./A0 P./A P./A P./A P./A P./A P.0/RXD P./TXD P./INTO P./INT P./TO P./T P./WR P./RD R 0 0 Y MHz XTAL PSEN RESET ISP XTAL 0 RST ALE/PROG GND JS to segment JS V R0 N00 K Q R K BD DB0 DB DB DB DB DB DB DB INTR U +IN -IN ADC00 VREF/ CLKR CLKIN CS RD WR D Q BD R 0K K RELAY SPDT R 0K R 0K C 00pF JS NC C 0p ATS C uf R OK SW RESET R 00 Gambar. Skema rangkaian ATS b. Perangkat Lunak Rancangan ATS berfungsi untuk mendeteksi data tegangan maju dan tegangan pantul dari ADC 00. Kemudian menghitung perbandingan data tersebut sesuai dengan rumus dan hasil penghitungan ditampilkan oleh segmen. ATS juga berfungsi sebagai pengaman apabila nilai SWR tinggi. Apabila nilai SWR tinggi maka ATS akan mengaktifkan pengaman.. Penampil digit segmen Penampil digit segmen dirancang untuk menampilkan nilai SWR yang dihitung oleh ATS dalam bentuk angka.. Pengaman Transmiter FM Pengaman transmiter FM dirancang dengan menggunakan metode transistor sebagai saklar. Transistor tersebut berfungsi untuk menyalakan relay apabila nilai SWR tinggi. Kemudian relay normal close (NC) dihubungkan seri dengan transmiter FM. Skema rangkaian tersebut dapat dilihat pada Gambar. TELKOMNIKA Vol., No., Desember 00 : 0 -

5 TELKOMNIKA ISSN: -0 P. R JS V N00 V Q BD R0 K K D Q BD K RELAY SPDT JS TO TRANSMITTER Gambar. Skema rangkaian pengaman transmitter FM. Catu Daya Catu daya dirancang untuk menyediakan daya yang digunakan oleh ADC 00, ATS, digit segmen, dan pengaman transmiter FM sebesar V DC / A.. HASIL DAN PEMBAHASAN.. Transmiter FM -0 MHz Transmiter FM yang pernah dirancang bekerja pada frekuensi sampai dengan 0 MHz dengan diagram blok seperti pada Gambar. Gambar. Diagram blok rancangan transmiter FM.. Antena Dipole Antena yang akan dipakai adalah antena dipole. Antena jenis ini lebih mudah diatur panjang pendeknya sehingga bisa menghasilkan nilai SWR yang berbeda-beda. Antena dipole telah ditunjukkan pada Gambar. Setelah transmiter FM dan antena dipole selesai dibuat, kemudian dilakukan pengujian frekuensi transmiter pada rentang frekuensi -0MHz dengan cara mengubah koker pada transmiter, kemudian dibandingkan dengan FM receiver yang dilengkapi dengan frekuensi counter. Data pengujian untuk tahap ini ditunjukkan pada Tabel. Dari data tersebut maka transmiter FM dan antena dipole dapat bekerja pada frekuensi sampai dengan 0 MHz. Pengukuran Unjuk Kerja Modulasi GMSK Pada Platform (Eko Marpanaji)

6 ISSN: -0 Tabel. Data Pengujian Transmiter FM Bagian Bagian Bagian Bagian Transmiter Receiver Transmiter Receiver Transmiter Receiver Transmiter Receiver,0,0,,,, 0,0 0,0,,,0,0,, 0, 0,,0,0,, 00,0 00,0 0,0 0,0,,,0,0 00, 00, 0, 0, 0,0 0,0,, 0,0 0,0 0,0 0,0,0,0,0,0 0, 0, 0, 0,,,,, 0,0 0,0 0,0 0,0,0,0,0,0 0, 0, 0, 0,,,,, 0,0 0,0 0,0 0,0,0,0,0,0 0, 0, Kotak Reflectometer Menurut penelitian yang dilakukan oleh Dwi Hartanto [] komponen yang dibutuhkan untuk membuat reflectometer seperti pada Gambar adalah:. Kotak yang terbuat dari PCB dengan ukuran, cm x, cm x cm.. Kabel coaxial dengan impedansi 0 ohm yang berfungsi sebagai directional coupler, panjang cm.. Resistor, Kapasitor dan Dioda frekuensi tinggi (AA) yang berfungsi sebagai penyearah pada directional coupler.. Resistor variable yang berfungsi untuk mengkalibrasi reflectometer.. Kapasitor feedtrough yang berfungsi untuk mengatasi kebocoran radiasi gelombang radio pada kotak logam yang tertutup rapat. Gambar. Diagram blok kalibrasi reflectometer Untuk mengkalibrasi reflectometer dibutuhkan dummy load dan pembangkit sinyal RF dari Transmiter FM yang telah dibuat dengan impedansi yang sesuai yaitu 0 Ohm. Karena reflectometer bersifat simetris maka pada input dan output dapat saling dipertukarkan, terlebih dahulu menentukan bagian input dan output. Setelah itu menghubungkan Transmiter FM, reflectometer, dan dummy load. Ujung-ujung reflectometer yang menuju ADC 00 diukur teganganya menggunakan Osiloskop. Kemudian Transmiter FM dinyalakan sehingga tegangan pada ujung-ujung reflectometer dapat dibaca dengan Osiloskop. Dengan menggunakan rumus SWR, maka dengan beban dummy load akan menghasilkan nilai SWR,. Resistor variabel 00 Ohm diputar untuk mendapatkan nilai SWR,. Diagram blok kalibrasi reflectometer dapat dilihat pada Gambar. Data pengujian diperoleh dengan cara mengukur tegangan menggunakan osiloskop pada ujung-ujung reflectometer bersamaan dengan pengambilan data pada penampil digit segmen untuk nilai SWR yang berbeda-beda. Data tersebut dapat dilihat pada Tabel. TELKOMNIKA Vol., No., Desember 00 : 0 -

7 TELKOMNIKA ISSN: -0 Tabel. Data hasil pengujian reflectometer Nilai SWR secara Tegangan Forward Tegangan Reverse matematis Reflectometer (Volt) Reflectometer (Volt) V ( forward reverse) V ( forward reverse) 0, 0,0, 0, 0,0, 0, 0,0, 0, 0,0, 0, 0,0, 0,0 0,0, 0, 0,0, 0, 0,0, 0, 0,0, 0,0 0,0,0 0, 0,0, 0, 0,, 0, 0,, 0, 0,, 0, 0,, 0, 0,, 0, 0, Analog to Digital Converter (ADC) 00 ADC 00 mempunyai output bit atau step. Sedangkan tegangan referensi yang digunakan pada ADC 00 Volt. Jadi konversi ADC 00 adalah: Volt = 0,0 Volt per step Dari pengujian tersebut ADC 00 dapat difungsikan sebagai pengubah data analog tegangan forward dan reverse pada kotak reflectometer menjadi data digital bit yang dikirim ke mikrokontroler ATS. Dalam membaca tegangan forward dan reverse ADC 00 tidak perlu mendapat instruksi dari mikrokontroler ATS. Skema rangkaian ADC 00 dapat dilihat pada Gambar. Mikrokontroler ATS ATS berfungsi sebagai masukan input data digital dari ADC 00. Kemudian dari data tersebut dihitung oleh ATS berdasarkan rumus SWR. Setelah dihitung ATS memberikan data kepada digit segmen untuk ditampilkan dalam bentuk angka. ATS juga berfungsi sebagai pengaman transmiter FM dari SWR yang diinginkan, dalam hal ini SWR yang diijinkan adalah lebih kecil dari. Skema rangkaian ATS dapat dilihat pada Gambar. Untuk menjalankan perangkat keras tersebut diperlukan perangkat lunak yang berupa program bahasa assembly. Program terdiri dari source code yang berisi sekumpulan instruksi yang berfungsi untuk mengendalikan mikrokontroler yang akan diterjemahkan ke bahasa mesin dalam bentuk kode biner. Untuk mempermudah perancangan perangkat lunak, terlebih dahulu dibuat diagram alir perintah-perintah yang harus dikerjakan oleh mikrokontroler seperti terlihat pada Gambar. Perangkat lunak ini dimulai dengan membaca data bit dari ADC 00, melakukan operasi bilangan untuk menghitung masukan ADC sesuai dengan rumus SWR, mengirim data kepada digit segmen untuk ditampilkan dalam bentuk angka, dan memberikan instruksi kepada pengaman untuk menyalakan relay apabila nilai SWR melebihi dari nilai yang ditentukan, nilai SWR yang ditentukan adalah <. Pengukuran Unjuk Kerja Modulasi GMSK Pada Platform (Eko Marpanaji)

8 ISSN: -0 Gambar. Diagram alir program Untuk pengujian Pengukur SWR digital dan Pengaman Transmiter FM dihubungkan dengan transmiter FM dan antena dipole. Antena dipole diatur panjangnya sehingga didapat nilai SWR yang berbeda-beda. Pengujian dilakukan dengan mendapatkan nilai SWR dari, sampai dengan tak terhingga. Pengaman transmiter aktif apabila digit segmen menunjukan TELKOMNIKA Vol., No., Desember 00 : 0 -

9 TELKOMNIKA ISSN: -0 angka. Data hasil pengujian Pengukur SWR digital dan Pengaman Transmiter FM dapat dilihat pada Tabel. Tegangan Forward Reflectometer (Volt) Tabel. Data hasil pengujian Tegangan Nilai SWR secara Reverse matematis Reflectometer V ( forward reverse) (Volt) V ( forward reverse) Nilai SWR pada tampilan segmen Pengaman Transmiter FM 0, 0,0,, Tidak aktif 0, 0,0,, Tidak aktif 0, 0,0,, Tidak aktif 0, 0,0,, Tidak aktif 0, 0,0,, Tidak aktif 0,0 0,0,, Tidak aktif 0, 0,0,, Tidak aktif 0, 0,0,, Tidak aktif 0, 0,0,, Tidak aktif 0,0 0,0,0,0 Aktif 0, 0,0,, Aktif 0, 0,,, Aktif 0, 0,,, Aktif 0, 0,,, Aktif 0, 0,,, Aktif 0, 0,,, Aktif 0, 0, Takterhingga Aktif Dari hasil pengujian tersebut nilai SWR yang ditampilkan oleh digit segmen adalah hasil pembulatan. Hasil nilai SWR yang ditampilkan oleh digit segmen sesuai dengan perhitungan secara matematis.. SIMPULAN SWR digital dan pengaman transmiter FM -0 MHz berbasis mikrokontroler ATS yang dirancang dapat menghitung nilai SWR pada sistem transmiter dan menampilkanya pada digit -segmen dan dapat digunakan sebagai pengendali pengaman transmiter FM pada rentang frekuensi -0 MHz. Pada penelitian selanjutnya ketelitian pembacaan SWR perlu diperbaiki dan antena mekanik elektronik yang dapat menyesuaikan antara bentuk fisik antena dengan pembacaan SWR yang ditentukan perlu didesain. DAFTAR PUSTAKA []. David J.C., Electronic Design with Integrated Circuit, California State University, Chico,. []. Gronwald, F., and Blume, E., Reciprocity and mutual impedance formulas within lossy cavities, Journal of Advances in Radio Science, Kleinheubacher Berichte, Vol:, Year: 00. []. Gronwald, F., Blume, E., and Nitsch, J., Computation of the frequency response of a nonlinearly loaded antenna within a cavity Journal of Advances in Radio Science, Kleinheubacher Berichte, Vol:, Year: 00. []. Gronwald, F., Blume, E., and Nitsch, J., Computation of the frequency response of a nonlinearly loaded antenna within a cavity Journal of Advances in Radio Science, Kleinheubacher Berichte, Vol:, Year: 00. []. Hartanto, D., Pemancar FM Watt, Pengukuran Unjuk Kerja Modulasi GMSK Pada Platform (Eko Marpanaji)

10 ISSN: -0 []. Khan M.Z.S and Ali, M., Analyses of a Dipole Antenna Loaded by a Cylindrical Shell of Double Negative (DNG) Metamaterial International Journal of Antennas and Propagation, Vol: 00, Year: 00. []. Putra, A.E., Belajar Mikrokontroler ATC// Teori dan Aplikasi, Gava Media, Yogyakarta, 00. []. Robert. L. S., Electronic Communication, Fifth Edition, McGraw-Hill, Inc., New York,. TELKOMNIKA Vol., No., Desember 00 : 0 -