BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Pendahuluan Bab ini akan membahas pembuatan seluruh perangkat yang ada pada Tugas Akhir tersebut. Secara garis besar dibagi atas dua bagian perangkat yaitu: 1. Perencanaan perangkat keras 2. Perencanaan perangkat lunak Pada perencanaan perangkat keras meliputi penjelasan dari perencanaan diagram blok sistem, perencanaan sistem mikrokontroler AT89S51 dan perencanaan perangkat lunak yang menggunakan Visual Basic serta peripheral yang digunakan pada sistem mikrokontroler AT89S51. Perangkat tersebut dalam kerjanya akan saling mendukung satu dengan lainnya untuk dapat berjalan sesuai dengan perencanaannya. 3.2 Perancangan Perangkat Keras Perancangan dan pembuatan alat untuk pengaturan kecepatan motor 1 phase berbasis mikrokontroler AT89S51 sebagai pengontrol utama dan komponen lain sebagai pendukung. Sebelum membuat perangkat keras terlebih dahulu direncanakan blok diagram kemudian membahasnya sesuai dengan blok diagram tersebut. Adapun blok diagram alat tersebut adalah seperti pada Gambar 3.1.
LCD M1632 PUSH BUTTON MICROKONTRO LER AT89S51 DAC PENGUATAN FREKUENSI SINUSOIDAL MENJADI TEGANGAN AC MOTOR AC 1 PHASA ADC0804 SENSOR RPM Gambar 3.1. Diagram blok alat pengatur kecepatan motor Diagram blok rangkaian sistem pengontrol terdiri dari: rangkaian push button, LCD M1632, ADC 0804, mikrokontroler AT89S51, driver motor dan sensor kecepatan. 3.2.1 Cara Kerja Rangkaian Alat ini memiliki alur proses pengontrolan. Pengontrolan dengan input data yang berupa masukan dari push button, input data digital tersebut masuk ke mikrokontroler. Push button berfungsi untuk pengesetan kecepatan motor dan nantinya akan ditampilkan ke LCD. Setelah data kecepatan di set sesuai keinginan maka mikrokontroler akan langsung memberikan masukan ke driver motor yang berupa data PWM. Apabila data tersebut benar-benar sudah valid maka motor akan langsung berputar sesuai kecepatan yang diatur.
3.2.2 Fungsi Komponen Sistem Rangkaian Pada gambar 3.1, dapat digambarkan fungsi masing-masing blok sebagai berikut: 1. Push Button Puh Button digunakan untuk setting kecepatan pada motor. 2. Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler AT89S51 sebagai pengolah data dari keseluruhan sistem. 3. LCD M1632 LCD 16x2 sebagai penampil informasi yang dikontrol oleh mikrokontroler. 4. Driver Motor AC220 Digunakan sebagai pengendali kecepatan pada motor AC220. 5. Sensor RPM Berfungsi sebagai pendeteksi kecepatan dari motor. 6. ADC 0804 Berfungsi sebagai pengubah dari sensor rpm yang berupa data analog menjadi data digital. 3.3 Perancangan Rangkaian Dalam merencanakan rangkaian kita harus mengacu pada sistem agar alat yang kita buat dapat berjalan sesuai dengan yang kita inginkan. 3.3.1 Perancangan Rangkaian Push Button Push button pada sistem ini berfungsi sebagai media untuk pemasukan data, seperti telah direncanakan bahwa alat ini nantinya harus dapat di isi data. Salah satu media yang cukup murah dan efektif adalah dengan menggunakan push button dengan penggunaan dan fungsi dapat dimaksimalkan tanpa banyak tombol. Rangkaian push button seperti pada Gambar 3.2.
INCREASE DECREASE Port 2.6 Port 2.7 Gambar 3.2. Rangkaian push button Adapun fungsi masing-masing bagian rangkaian adalah sebagai berikut: 1. Tombol 1 digunakan untuk INC yang dihubungkan dengan port 2.6. 2. Tombol 2 digunakan untuk DEC yang dihubungkan dengan port 2.7. 3.3.2 Perancangan Rangkaian Mikrokontroller AT89S51 Rangkaian mikrokontroller AT89S51 ditunjukkan pada Gambar 3.3. Gambar 3.3 Rangkaian sistem mikrokontroler AT89S51
Penyemat X1 dan X2 dihubungkan dengan kristal yang berfungsi sebagai pembentuk sebuah isolator bagi mikrokontroler. Kristal 12 MHz ini didukung dua kapasitor keramik C1 dan C2 yang nilainya sama. Apabila terjadi beda potensial pada kedua kapasitor tersebut maka kristal akan berosilasi. Pulsa yang keluar adalah berbentuk gigi gergaji dan akan dikuatkan oleh rangkaian internal pembangkit rangkaian pulsa pada mikrokontroller sehingga akan berubah menjadi pulsa clock. Untuk pembagian dari frekuensi internal mikrokontroler itu sendiri yang di inisialisasi dengan program. Penyemat Reset dihubungkan dengan saklar yang digunakan untuk me- Reset mikrokontroler. Karena kaki reset ini aktif berlogic tinggi maka diperlukan Resistor R1 yang nilainya 10K yang dihubungkan dengan tegangan 0 Volt untuk memastikan penyemat Reset berlogic rendah saat sistem ini bekerja. Kapasitor c1=10 F berfungsi untuk meredam adanya kesalahan akibat penekanan saklar Reset. Fungsi masing-masing port mikrokontroler AT89S51 dijelaskan pada tabel 3.1. Tabel 3.1 Fungsi tiap tiap Port mikrokontroler AT89S51 PORT FUNGSI Port 3 Ke D0-D7 ADC 0804 Port 2.0 CS ADC Port 2.1 RD ADC Port 2.2 WR ADC Port 2.3 INT ADC Port 2.4 LOW PWM DRIVER MOTOR Port 2.5 HIGH PWM DRIVER MOTOR Port 2.6 TOMBOL INCREASE Port 2.7 TOMBOL DECREASE Port 1.0 D7 (LCD) Port 1.1 D6 (LCD) Port 1.2 D5 (LCD) Port 1.3 D4 (LCD) Port 1.4 R/W Port 1.5 RS Port 1.6 Enabled
3.3.3 Perancangan Rangkaian LCD M1632 Output rangkaian menggunakan sebuah layar LCD ( Liquid Crystal Display) yaitu jenis M1632 yang merupakan LCD dua baris dengan setiap barisnya terdiri atas 16 karakter. Penyemat LCD dan fungsinya ditunjukkan dalam Tabel 3.2. Tabel 3.2. Fungsi penyemat LCD Penyemat DB4-DB7 Enable R/W RS Fungsi Merupakan saluran data, berisi perintah dan data yang akan ditampilkan di LCD Sinyal operasi awal, sinyal ini mengaktifkan data tulis atau baca Sinyal seleksi tulis atau baca 0 : tulis 1 : baca Sinyal pemilih register 0 : instruksi register (tulis) 1 : data register (baca dan tulis) Masukan yang diperlukan untuk mengendalikan modul ini berupa bus data yang masih termultiplek dengan bus alamat serta 3 bit sinyal kontrol. Sementara pengendalian dot matrik LCD dilakukan secara internal oleh kontroler yang sudah terpasang pada modul LCD. Rangkaian display ditunjukkan dalam Gambar 3-12 Saluran data DB 4 - DB 7 dihubungan pada port 1 mikrokontroler AT89S51. Sedangkan penyemat R/W dan RS dihubungkan pada port 1.4 dan port 1.5 mikrokontroler AT89S51. Penyemat V ee dihubungkan pada potensiometer 1 k, untuk mengatur kecerahan LCD. Rangkaian LCD seperti pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 3.3.4 Perancangan Rangkaian Driver Motor AC220 Dalam perancangan alat ini driver motor diperlukan untuk menggerakkan atau menghidupkan motor. Pada rangkaian driver menggunakan komponen Triac BT 139 dan MOC3041, karena pada rangkaian ini mengkonsumsi tegangan DC 5V sama dengan MCU, arus sebesar 15 ma, dan tidak menimbulkan suara seperti Relay. Adapun gambar rangkaiannya adalah seperti Gambar 3.5. Gambar 3.5. Rangkaian driver motor AC220 V
Rangkaian driver ini akan berfungsi jika tegangan 0 V, sehingga ini akan mudahkan untuk mengakses data atau perintah dalam pembuatan software MCU. Dari rangkaian di atas resistor sebesar 100k dan capasitor sebesar 0,01 F. Rangkaian R dan C dalam rangkaian ini berguna untuk mencegah transientransien switching yang dapat mengakibatkan kerusakan pada Triac. 3.3.5 Perancangan Rangkaian Sensor RPM (Encoder Motor) Untuk mengetahui kecepatan dari motor diperlukan sensor rpm. Dalam perancangan alat ini digunakan Motor DC 5V sebagai encoder untuk memberikan inputan data analog pada ADC 0804. Encoder motor tersebut dipasang secara couple terhadap motor utama. Untuk mendapatkan data analog yang berupa tegangan 0-5 VDC, motor encoder tersebut harus diputar sesuai dengan putaran motor utamanya. Tegangan outputan dari encoder motor harus disearahkan dengan menggunakan dioda rectifier. Rangkaian sensor seperti pada Gambar 3.6. Diode ADC 0804 + A Encoder Motor - Gambar 3.6 Rangkaian sensor rpm (Encoder Motor)
3.3.6 ADC 0804 Data putaran motor yang diperoleh dari sensor adalah berupa besaran tegangan analog, maka data rpm tersebut harus diubah ke bentuk data digital 8 bit agar dapat dibaca oleh mikrokontroler. Untuk itu digunakan konverter analog ke digital (ADC). Tipe yang dipakai dalam perancangan ini adalah tipe ADC 0804 yang merupakan ADC dengan 1 masukan analog yang dimultipleks menjadi data digital 8 bit. Mengingat tegangan yang terukur cukup kecil maka tingkat resolusi dari ADC 0804 diharapkan cukup kecil, sehingga digunakan V ref = 5 volt, dengan tingkat resolusi ADC 0804 adalah : Resolusi = V refe erensi / (2 8 1) Resolusi = 5/(2 8 1) = 0,0196 V Jadi besarnya resolusi adalah sebesar 0,0196 V 0,02 V Untuk membuat ADC 0804 dapat bekerja, maka diperlukan sebuah clock. Pada databook yang ada, tertulis bahwa frekuensi clock pada umumnya adalah 640 KHz. Pada perancangan ini digunakan sumber pulsa dari rangkaian RC dan sebuah inverting schmitt trigger IC 74LS14. Rangkaian pembentuk pulsa dapat dilihat dalam Gambar 3.6 Gambar 3.7 Pembangkit clock
Frekuensi yang dihasilkan oleh rangkaian ini adalah sebesar : f count 1 1,2R.C = 1/(1,2 x 1000 x 1.10-9 ) = 833.333,33 Hz = 840 KHz Agar ADC dapat bekerja secara terus menerus tanpa diperintah maka masukan START dan ALE juga diberi masukan clock dengan frequency yang lebih rendah, dengan periode sekitar 100 S. Sebuah multivibrator 74LS123 diberikan pada keluaran counter untuk ALE dan START agar ADC dapat langsung terpicu pada saat counter memberikan sinyal. Pin-pin kendali yang dihubungkan dengan mikrokontroler ialah End of Convertion (EOC), alamat, ALE dan output enable. Selain itu data disalurkan melalui kaki D 0 -D 7. Saluran keluaran data digital ADC 0804 dihubungkan pada port 3 AT89S51, sedangkan alamat di ADC 0804 yang berfungsi untuk menyeleksi data masukan ADC dihubungkan ke port 2 AT89S51. Realisasi dari rangkaian ADC tersebut terlihat dalam Gambar 3.7. Gambar 3.8 Rangkaian ADC 0804 [joaldera.blogspot.com]
3.4 DiagramAlir Diagram alir input program rangkaian ADC 0804 digambarkan sebagai berikut: START INISIALISASI LCD APAKAH TERINISIALISASI? T INISIALISASI INTERUP APAKAH TERINISIALISASI? T BACA INTERUP APAKAH 60 S T Tampilan Rpm BACA PUSH BUTTON T JIKA UP BACA PUSH BUTTON JIKA DOWN T NAIKAN RPM TURUNKAN RPM END Gambar 3.9 Diagram alir