BAB III ANALISA DAN CARA KERJA RANGKAIAN 3.1 Analisa Rangkaian Secara Blok Diagram Pada rangkaian yang penulis buat berdasarkan cara kerja rangkaian secara keseluruhan penulis membagi rangkaian menjadi tiga blok yaitu blok pemberi sinyal yang berfungsi sebagai pemberi sinyal masukan berupa Rangkaian pemancar infra merah yang memancarkan gelombang cahaya ( frekuensi), blok pengolah sebagai pengolah sinyal masukan berupa gelombang cahaya yang merupakan rangkaian penerima infra merah dihubungkan dengan Mikrokontroller AT89C51 dan blok pemberi informasi berupa sinyal keluaran dalam bentuk petunjuk berupa LED atau lampu Ruangan. PEMBERI SINYAL ( Input ) PENGOLAH ( Proses ) PEMBERI INFORMASI ( Output) Rangkaian Pemancar Rangkaian Penerima Mikrokontroller AT89C51 Relay menyalakan Lampu Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian Keseluruhan Pada gambar uraian blok diagram diatas, penulis akan menguraikan cara kerja rangkaian sebagai berikut : 3.1.1 Blok Pemberi Sinyal (Input) Pada gambar 3.2 merupakan blok pemberi sinyal yaitu berupa pemancar sinar infra merah yang memancarkan delombang cahaya ( frekuensi ). Rangkaian pemberi sinyal berupa resistor, transistor, LED, kapasitor, dioda dan IC yang berfungsi sebagai timer jenis NE 555. 27
28 Gambar 3.2 Rangkaian Pemancar Rangkaian Pemancar merupakan rangkaian yang akan mengirimkan sinyal input ke rangkaian penerima yang kemudian akan diolah mikrokontroller AT89C51 sehingga rangkaian pemberi informasi akan aktif dan akan menghasilkan keluaran ( output ) berupa Lampu. Rangkaian pemancar bekerja pada tegangan -+ 5 volt yang dihasilkan oleh power supply. Pada rangkaian diatas resistor berfungsi sebagai penahan jika terdapat arus yang terlalu besar.
29 Gambar 3.3 Tata Letak Rangkaian Pemancar Spesifikasi teknis: Tegangan kerja : +5 VDC Panjang Gelombang : 940 nm ( puncak) Sudut Pancaran :17 derajat Jarak Maksimum : 16 m teruji pada sudut 0 derajat dan 35 m sesuai datasheet memiliki input yang kompatibel dengan level tegangan TTL, CMOS Frekuensi carrier 38 khz ( dapat ditepatkan menggunakan resistor variabel ) Terdapat 2 mode output non-inverting dan inverting. 3.1.2. Blok Pengolah (Proses) Rangkaian blok pengolah terdiri dari rangkaian peneima dan mikrokontroller AT89C51. Rangkaian penerima merupakan rangkaian yang menerima sinyal input dari rangkaian pemancar dan Mikrokontroller AT89C51 merupakan tempat diisinya program yang berfungsi untuk menentukan output pada LED warna merah dan lampu ruangan.
30 3.1.2.1 Rangkaian Penerima Pada gambar 3.4 merupakan blok rangkaian penerima yang terdiri dari Infra Red receiver, resistor, kapasitor, dioda. Gambar 3.4 Rangkaian Penerima Rangkaian Penerima akan menyala jika pin pada mikrokontroller memberikan tegangan sebesar -+5 Volt karena pada dasarnya blok pengolah berfungsi sebagai pengatur yaitu untuk menentukan salah satu pin yang akan hidup dan jika salah satu pin hidup maka akan mengeluarkan tegangan sebesar - +5 Volt. Jika rangkaian pemancar mengirimkan sinyal on dan off maka pada rangkaian penerima juga menerima sinyal on dan off. Tetapi rangkaian penerima hanya mendeteksi ada carrier atau tidak. Jika ada data carrier maka pulsa yang dikirimkan adalah high sebaliknya jika tidak ada carrier maka pulsa yang dikirimkan adalah low. Sinyal carrier sebesar 40 khz yang diterima oleh rangkaian penerima akan hilang, karena pada penerimaan sinyal sudah dibatasi dengan menggunakan rangkaian high pass filter dan low pass filter, frekuensi yang kurang dari 159.23 Hz dan lebih dari 7.24 khz tidak dilewatkan. Sedangkan
31 sinyal informasi sebesar 4T=2200µs (454.54 Hz) akan diterima begitu juga pulsa lownya akan diterima untuk diolah sebagai data header. Gambar 3.5 Tata Letak Rangkaian Penerima 3.1.2.2. Mikrokontroller AT89C51 Mikrokontroller AT89C51 memiliki pin sebanyak 40 buah, 24 pin dapat digunakan sebagai input maupun output.pin 40 merupakan pin yang digunakan untuk menghubungkan mikrokontroller dengan tegangan searah yang berasal dari rangkaian pemberi sinyal dan Pin 20 digunakan sebagai ground. Mikrokontroller AT89C51 memiliki oscilator internal yang berfungsi sebagai detak (clock), untuk menggunakan oscilator internal diperlukan sebuah kristal yang dihubungkan pada port 18 dan port 19 (XTAL 1 DAN XTAL 2). Kristal yang digunakan sebesar 11,0592 Mhz agar menghasilkan detak (clock) dengan frekuensi 11 Mhz.Untuk mengaktifkan oscilator internal terdapat kapasitor jenis elektrolit atau yang biasa disebut elco yakni jenis kapasitor yang memiliki kutub positif dan kutub negatif dengan kapasitas sebesar 30 pf. Kapasitor yang diberikan pada rangkaian berfungsi untuk menjaga kestabilan kristal karena fungsi dasar kapasitor adalah sebagai tempat penyimpan muatan berupa tegangan yang sama halnya dengan baterai. Namun, pada kapasitor bersifat sementara yakni hanya akan menyimpan muatan jika diberikan tegangan.
32 Gambar 3.6 Mikrokontroller AT89C51 Saat mikrokontroller mendapatkan tegangan, maka MPU (Micro Processing Unit) akan memulai proses pengolahan dalam bentuk program yang sebelumnya telah diisikan kedalam mikrokontroller AT89C51. MPU mendapatkan clock dari rangkaian kristal dan kapasitor agar proses pengolahan dapat berjalan dengan baik. 3.1.3. Blok Pemberi Informasi (Output) Blok pemberi informasi terdiri dari Relay, transistor, resistor, Led, dan Lampu ruangan yang diset sebagai output.
33 Gambar 3.7 Rangkaian Pemberi Informasi 3.2. Analisa Rangkaian Keseluruhan Pada rangkaian pengendali lampu ruangan menggunakan sensor infra merah berbasis mikrokontroller AT89S51 terdapat Infra red reflektif yang digunakan sebagai input. Untuk mengaktifkan rangkaian keseluruhan dengan memberikan sumber tegangan arus searah (Direct Current) sebesar 5 volt. Mikrokontroller diberikan daya sebesar 5 volt pada pin 40 (Vcc). Pada pin 9 dihubungkan dengan Kapasitor 10 µf dan Resistor 10 k untuk reset mikrokontroller ke kondisi awal. Pada rangkaian pemancar terdapat sensor infra merah yang telah dikemas dalam satu paket yang terdiri dari dua buah komponen elektronika yaitu dioda pemancar cahaya (LED) jenis infra-merah dan phototransistor / LDR sebagai rangkaian penerima. Rangkaian penerima akan aktif jika pada rangkaian pemancar memancarkan cahaya oleh LED infra merah dengan jarak tertentu dan akan mengalirkan arus ke mikrokontroller AT89C51 melalui port 1.
34 Gambar 3.8 Rangkaian Keseluruhan Rangkaian pengolah mikrokontroller AT89C51 akan mengeksekusi dengan program yang telah diisikan terlebih dahulu kedalam mikrokontroller AT89C51. Jika, kondisi memenuhi syarat maka rangkaian pengolah akan mengeluarkan output (keluaran) berupa tegangan melalui port 0 pada pin ke-0 untuk diteruskan ke rangkaian pemberi informasi ( output ) melewati relay dan menyalakan LED
35 yang berwarna merah sebagai indikator bahwa antara rangkaian pemancar dengan rangkaian penerima dengan mikrokontroller AT89C51 dan rangkaian pemberi informasi telah terhubung dengan baik dan akan menyalakan lampu ruangan sebagai keluaran. 3.3. Flowchart Program Program untuk sensor jarak ditulis menggunakan bahasa assembler. Program dibuat agar pada port P1.0 dapat menerima input dari luar yang bernilai 1 atau berupa logika high. Pada port P1.0 di inisialisasi terlebih dahulu agar dapat terbaca oleh program. Port tersebut menggunakan kondisi jika bernilai 1 atau logika high maka pada port P0.0 akan menghasilkan output yang terhubung ke rangkaian output. Setiap pemrograman dalam mengeksekusi program dilakukan dengan cara per-baris perintah pemrograman. Pada gambar 3.9 proses keseluruhan pada program digambarkan dengan Flowchart yang dijelaskan per-baris perintah pemrograman
36 START SWICTH = 1 TIDAK YA MOV SP, #30h Memasukan Isi Register Memberikan Delay ke P0 MOV A,P1 Memasukan nilai P1 Ke A CLR P0.0 Memberilan Nilai 0 Ke P0 TIDAK P1.0 = 1 YA SET B P0.0 Menyalakan LED dan Lampu Ruangan Memberikan Delay Pada P0.0 END Gambar 3.9 Flowchart Program
37 Untuk menjalankan suatu program, dibutuhkan penyesuaian antara perangkat keras dengan perangkat lunaknya untuk memasukkan data-data yang dibutuhkan agar rangkaian dapat berjalan sesuai dengan program yang telah dibuat. Berikut merupakan listing program untuk sensor jarak berdasarkan penjelasan dari flowchart pada gambar 3.8 yang ditulis dengan dengan menggunakan bahasa assembler. cseg org 4000h ; alamat awal ljmp start delay: mov r7, #0ffh ; masukan nilai 0ffh ke r7 djnz r7, $ ; mengurangi 1 nilai r7 ; jika r7 0 maka kembali ke delay ret ; mengakhiri subroutine start: mov sp,#30h ; memasukan nilai 30h sp loop: mov a, p1 ; memasukkan nilai port 1 ke a jnb p1.0, nyala clr p0.0 ; Port 0.0 mati ajmp loop nyala: setb p0.0 ; memasukkan bit ke p0.0 acall delay ; memanggil subroutine delay ajmp ulang end Pada program diatas terdapat perintah delay yang berfungsi untuk membuat output led dan lampu ruangan pada port 0.0 menyala dengan stabil. Proses program tidak akan berakhir sebelum switch off di tekan.
38 3.4 Prosedur Pengujian Rangkaian Ketika rangkaian selesai dibuat penulis perlu melakukan pengujian terhadap rangkaian secara keseluruhan. Hal tersebut dilakukan untuk mengetahui berfungsi dengan baik atau tidak rangkaian tersebut. Ada pun hal-hal yang penulis lakukan untuk pengujian sebagai berikut : 1. Siapkan catu daya dengan dengan arus searah ( DC ) sebesar +5 volt 2. Hubungkan rangkaian dengan catu daya sebesar +5 volt 3. Ketika rangkaian telah terhubung dengan catu daya. Maka led yang berwarna merah akan menyala yang menandakan bahwa rangkaian telah siap. 4. Untuk memberikan input pada mikrokontroller, dapat dilakukan dengan cara mengarahkan rangkaian pemancar ke rangkaian penerima yang telah terpasang. 5. Perhatikan keadaan led berwarna merah pada rangkaian relay sebagai indikator bahwa antara rangkaian pemancar dengan rangkaian penerima dan mikrokontroller AT89C51 telah terhubung dengan baik. Dari prosedur pengujian rangkaian diatas yang telah penulis lakukan tidak terdapat masalah ketika dilakukan pengujian. Antara Rangkaian pemancar, rangkaian penerima, mikrokontroller AT89C51 dan rangkaian pemberi informasi bekerja dengan baik 3.5 Hasil Uji Coba Rangkaian Pada rangkaian yang dibuat penulis perlu melakukan uji coba untuk memastikan seberapa jauh kemampuan sensor terhadap jenis-jenis benda tertentu. Uji coba dilakukan dengan memperpanjang jarak antara pemancar dan penerima dan menghalangi sensor menggunakan beberapa jenis benda seperti logam, kayu, aluminium dan lain sebagainya. Dari uji coba yang dilakukan dapat dilihat pada table berikut :
39 Jarak antara penerima dan pemancar ( Centimeter ) Sudut Simpangan (derajat) Lampu Ruangan 1 0 30 45 90 On On On On 2 0 30 45 90 On On On On 3 0 30 45 90 On On On On 4 0 30 45 90 On On On On 5 0 30 45 90 On On On On 6 0 30 45 90 On On On On 8 0 30 45 90 On On On On 10 0 30 45 90 On On On On 12 0 30 45 90 Off Off Off Off 14 0 30 45 90 Off Off Off Off ON = Lampu Menyala, OFF = Lampu Mati Tabel 3.1 Pengukuran dengan Berbagai Jarak Pancaran Pengujian jarak maksimum yang dicapai oleh sensor penerima infra merah yaitu dengan cara rangkaian pemancar diperjauh dengan rangkaian penerima. Seperti yang diperlihatkan dalam tabel 3.1 jarak terdekat antara rangkaian pemancar dan rangkaian penerima adalah 1 centimeter dengan sudut simpangan
40 sebesar 0, 30, 45, 90 derajat memperlihatkan bahwa lampu ruangan dalam keadaan ON ( menyala) sedangkan untuk jarak terjauh lebih dari 10 centimeter dengan sudut simpangan yang sama lampu ruangan dalam keadaan OFF ( mati ). Penghalang Lampu Ruangan Plastik On Kertas On Kain Off Kayu Off On = lampu menyala, Off = lampu mati Tabel 3.2 Pengukuran dengan Menggunakan Penghalang Pengukuran dengan menggunakan penghalang untuk mengetahui apakah alat masih dapat bekerja bila antara pemancar dan penerima terhalang oleh suatu benda hasilnya dapat dilihat sesuai dalam tabel 3.2 untuk penghalang dengan plastik dan kertas, sensor masih dapat mengirimkan sinyal dan lampu ruangan dalam keadaan On ( menyala ), sedangkan untuk penghalang kain dan kayu sensor tidak dapat mengirimkan sinyal dan lampu dalam keadaan Off ( mati ) 3.6 Kendala Rangkaian Dalam rangkaian yang penulis buat masih terdapat kendala terutama pada sensor dimana tingkat kepekaan terhadap jarak selalu berubah-ubah. Pada jarak antara 1 meter hingga 5 meter sensor masih bekerja dengan baik dalam pengiriman sinyal tetapi untuk jarak 6 meter hingga jarak maksimal 10 meter sensor bekerja kurang baik karena sinyal yang dikirimkan tidak maksimal.
41