BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Blok Diagram Blok diagram ini dimaksudkan untuk dapat memudahkan penulis dalam melakukan perancangan dari karya ilmiah yang dibuat. Secara umum blok diagram dari Incubator Analyzer berbasis mikrokontroller ini adalah seperti pada Gambar : Power suply Temperature sensor 1 Temperature sensor 2 Temperature sensor 3 Temperature sensor 4 Rangkaian Penguat Arduino Uno Display Printer thermal Tombol Push button Gambar 3.1 Blok diagram rangkaian 27
Gambar diatas menggambarkan cara kerja rangkaian keseluruhan secara blok diagram. Ketika saklar On Suply akan memberikan tegangan keseluruh rangkaian, kemudian ke empat sensor suhu akan mendeteksi besar suhu yang ada pada masing-masing bagiannya, kemudian keluaran dari ke empat sensor suhu akan masuk ke rangkaian penguat tak membalik untuk dikuatkan sinyalnya, dan kemudian setelah sinyal dikuatkan sinyal analog akan di rubah menjadi digital oleh ADC yang sudah tersedia di dalam mikrokontroler Arduino Uno yang bertujuan agar mikrokontroller Arduino Uno dapat membaca besaran yang dihasilkan sensor, setelah terbaca dan diolah oleh mikrokontroller besar suhu akan ditampilkan pada LCD. Nilai Suhu yang tertera di display LCD dapat diprint menggunakan printer thermal sebagai hasil dari pembacaan suhu tersebut. Adapun prinsip kerja dari masing masing blok diagram diatas adalah : 3.1.1 Blok rangkaian supply tegangan DC Pada blok rangkaian ini battery akan memberikan supply tegangan DC kepada semua blok rangkaian yang membutuhkan, namun sebelum battery memberikan tegangan DC, tegangan akan masuk ke regulator terlebih dahulu. 3.1.2 Blok rangkaian sensor suhu Empat buah sensor suhu akan mendeteksi setiap perubahan suhu yang terjadi disetiap bagian alat yang dipasang sensor suhu. Yang kemudian sensor suhu ini akan mengkonversikannya ke dalam sinyal listrik, disini lah terjadi perubahan bentuk fisika dari bentuk temperature atau suhu 28
menjadi bentuk sinyal-sinyal listrik yang dapat diterima oleh komponen lanjutan lainnya untuk diproses lebih lanjut. 3.1.3 Blok rangkaian penguat Rangkaian penguat Op Amp, penulis menggunakan rangkaian penguat tak membalik (Non-Inverting), rangkaian ini berfungsi untuk menguatkan sinyal dari rangkaian sensor, karena sinyal yang keluar dari rangkaian sensor sangatlah kecil, agar pulsa atau sinyal dapat dibaca dan diproses ke rangkaian selanjutnya. 3.1.4 Blok rangkaian mikrokontroller Rangkaian mikrokontroller ini berfungsi untuk mengontrol system yang digunakan dan menyimpan data sementara yang diperoleh dari rangkaian lain yang kemudian data yang disimpan tersebut ditampilkan melalui display. 3.1.5 Blok rangkaian display (LCD) Rangkaian display (LCD) ini berfungsi untuk menampilkan hasil pengukuran dan tampilan-tampilan lain yang sudah dibuat didalam program untuk ditampilkan yang sebelumnya diolah oleh mikrokontroller. 3.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) Perangkat keras disini merupakan komponen komponen dari alat yang dibuat, dalam hal ini akan dijelaskan dengan dibagi menjadi beberapa blok agar lebih mudah. Dalam setiap bloknya akan dijelaskan lebih rinci sehingga lebih jelas maksud, tujuan, dan kegunaannya. 29
3.2.1 Rangkaian Supply Tegangan DC Dalam perencanaan Rangkaian Supply Tegangan DC ini penulis menggunakan power suply adaptor 12 volt untuk mensuply seluruh rangkaian pada alat. Tegangan yang keluar dari adaptor terlebih dulu akan melewati saklar guna menghubungkan dan memutuskan tegangan dari battery itu sendri, setelah melewati saklar tegangan DC adaptor akan masuk ke regulator yang berfungsi membuat tegangan 5 volt yang di butuhkan seluruh rangkaian pada alat. karena pada tegangan DC itu terdapat tegangan ripple, ada beberapa komponen elektronika yang apabila ada arus negative yang cukup besar dan terus menerus akan rusak, seperti contoh IC digital dan mikrokontroller, bagian digital tidak mengenal arus negative, jika ada tegangan ripple yang masuk ke sumber IC ini ditakutkan akan rusak, maka digunakan regulator guna mengecilkan atau bahkan menghilangkan tegangan riplle tersebut. Regulator yang digunakan penulis untuk rangkaian ini adalah IC LM7805, dan untuk battery penulis menggunakan adaptor 12 volt 2A. 30
Gambar 3.2Adaptor dan IC regulator 7805 3.2.2 Rangkaian Sensor Suhu Penguat Tak Membalik Sensor suhu yang digunakan penulis adalah IC LM 35, penulis menggunakan 4 buah sensor suhu yang dimana dipasang dibagian sisi alat yang berbeda. Masing-masing Sensor suhu ini akan mendeteksi besar suhu pada bagian yang berbeda didalam Baby Incubator, untuk suhu yang ditampilkan penulis menggunakan dua angka dibelakang koma yang akan ditampilkan di display LCD, besar setiap perubahan 1 o C keluaran pada sensor adalah sebesar 10 mv dan untuk stiap perubahan 0,1 o C keluaran pada sensor adalah sebesar 1 mv. Dari keluaran sensor kemudian sinyal akan dimasukkan kerangkaian penguat 2 kali kemudian masuk ke mikrokontroler Arduino dimana di dalam mikrokontroler arduino sudah tgerdapat ADC (Analog to Digital Converter) lalu di olah di mikroprossesor dari Arduino. 31
To Microkontroler 1 K 10 k 5v LM 358 1 8 - + 2 3 1 K 1 U8 OUT GND VCC 2 5v 3 4 LM 35 Gambar 3.3 Rangkaian sensor suhu dan penguat tak membalik Pada rangkaian penguat tak membalik ini penulis menggunakan IC LM 358 untuk menguatkan sinyal yang keluar dari sensor suhu yang sebelumnya dipilih dari empat sensor suhu di dalam rangkaian multiflexer atau rangkaian pemilihan. Karena sinyal dari empat sensor harus terbaca secara bersamaan maka penulis menggunakan 4 rangkaian penguat tak membalik. Besarnya penguatan ditentukan oleh Rf dan Ri. Rumus untuk menghitung besarnya harga penguatan adalah sebagai berikut : Gain = 1 + Rf Ri Penguatan yang digunakan pada rangkaian penguat tak membalik ini sebesar 2 kali, penulis menggunakan nilai Ri = 1kΩ, maka Rf dapat dicari dengan rumus yang mengacu pada persamaan diatas, berikut adalah perhitungan penguatannya : 32
Gain = 1 + Rf Ri 2 = 1 + Rf 1kΩ 2 1 = Rf 1kΩ 1 = Rf 1kΩ Rf = 1 x 1kΩ = 1kΩ Gambar 3.4 Board Rangkaian sensor suhu dan penguat tak membalik 33
3.2.3 Rangkaian Display dan Tombol Rangkaian display di alat ini menggunakan Liquid Crystal Display (LCD) yang berfungsi untuk menampilkan data hasil pembacaan sensor suhu (yang diolah pada rangkaian mikrokontroler). LCD ini juga dapat menampilkan teks atau variable sesuai dengan kebutuhan dan sesuai dengan program yang digunakan untuk mengontrolnya. Input data rangkaian ini berasal dari port yang langsung dikendalikan oleh mikrokontroller Arduino Uno yaitu port 0 (P0.0 sampai P0.7). Selain itu terhubung juga dengan port 2 (P2.6 dan P2.7), ini digunakan sebagai drivernya, lihat gambar 3.6. LCD 2 X 16 5V 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 PORT 0 PORT 2.7 PORT 2.6 Gambar 3.5 Rangkaian display Gambar 3.6 Hasil Rangkaian display 34
3.2.4 Printer Thermal Sebagai inteprestasi atau catatan hasil pembacaan suhu, penulis mengunakan thermal printer yang akan mencetak nilai suhu yang terbaca di alat incubator analyer ini Gambar 3.7 Thermal printer 3.3 Perencanaan Perangkat Lunak Perangkat lunak yang dirancang oleh penulis memakai mikrokontroller Arduino Uno yang menggunakan bahasa basic atau yang lebih dikenal BASCOM. Alogaritma program utama dari perancangan perangkat lunak dapat dilihat dalam diagram alur, dengan kata lain disebut sebagai diagram yang menyajikan prosedur untuk menjalankan secara berurutan sesuai dengan yang kita harapkan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.10. 35
Untuk penjelasan diagram alur tersebut proses yang pertama kali di jalankan oleh mikrokontroller adalah proses inisialisasi program yang berisikan seperti pengalamatan bit bit/ port yang akan digunakan untuk tombol atau input output mikrokontroller itu sendiri. Setelah proses inisialisasi program maka selanjutnya mikrokontroller akan membaca inputan Setelah melakukan pembuatan diagram alur (flowchart) dan kemudian dilanjutkan dengan pembuatan perangkat lunak (software). Hasil program diujicoba terlebih dahulu yaitu secara simulasi perangkat lunak. Dengan simulasi perangkat lunak maka programmer dapat melihat hasil program melalui simulasi komputer. Bila hasil hubungan masukankeluaran ternyata tidak sesuai dengan yang diharapkan, maka dapat dilakukan debungging untuk mencari letak kesalahan program. Apabila telah siap, program dapat di write ke memori mikrokontroler. Diagram alur dari program pada gambar 3.7, secara tidak langsung menggambarkan cara kerja rangkaian secara keseluruhan. 36
START Inisialisasi Tombol Start ditekan? Ya Tidak Tampil suhu 1,2,3,4 Tidak Tombol Print ditekan? Nyalakan printer Ya Tidak Tombol Stop ditekan? Ya Gambar 3.8 Diagram alir program Diagram diatas menggambarkan cara kerja dari alat secara keseluruhan. Dimana saat saklar di ON tegangan DC akan mensupply seluruh rangkaian, maka mikrokontroller Arduino akan memproses perintah dalam program, pada proses inisialisasi penulis memberi instruksi kepada mikrokontroller untuk menginisialisasi LCD dan pada tampilan awal LCD akan menampilkan nama alat, nama penulis serta nirm penulis. Setelah itu mikrokontroller akan membaca dan menampilkan besar suhu yang ada pada sensor suhu 1 sampai dengan sensor suhu 4,bila tombol print di tekan maka mikrokontroler akan mentrigger thermal printer untuk memprint nilai suhu yang terbaca oleh mikrokontroler 37
Bila tombol STOP belum ditekan maka alat akan terus bekerja dengan membaca perubahan suhu di sekitar sensor, alat selesai bekerja setelah tombol STOP di tekan. 3.4 Hasil Perancangan dan pembuatan alat Adaptor power suply Push Button Display LCD Printer Thermal Gambar 3.9 Hasil Perancangan dan pembuatan icubator analyzer 38
Rangkaian distribusi tegangan DC dan pushbutton Rangkaian penguat Board Arduino Uno Gambar 3.10 Hasil Perancangan dan pembuatan icubator analyzer dari dalam 39