ALAT UKUR TINGGI DAN BERAT BADAN MANUSIA SECARA DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLLER IC AT89S51 MENGGUNAKAN ULTRASONIK (sensor jarak) dan FLEXIFORCE (sensor tekanan) TUGAS AKHIR Diajukan Kepada Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro Universitas Negeri Yogyakarta Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Ahli Madya Teknik Elektro Oleh: Eko Kurniawan Setyo Prabowo 04506131038 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2008
HALAMAN PERSETUJUAN PROYEK AKHIR Dengan judul ALAT UKUR TINGGI DAN BERAT BADAN MANUSIA SECARA DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLLER IC AT89S51 MENGGUNAKAN ULTRASONIK (sensor jarak) dan FLEXIFORCE (sensor tekanan) Dipersiapkan dan disusun oleh Eko Kurniawan Setyo Prabowo 04506131038 Telah dipersiapkan dan diujikan di depan Panitia Penguji Tugas Akhir Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Negeri Yogyakarta Dan dinyatakan telah memenuhi Syarat Guna memperoleh gelar Ahli Madya D3 Elektro Pembimbing, Herlambang SP, ST. NIP. 132 233 216 ii
LEMBAR PENGESAHAN Proyek Akhir yang berjudul ALAT UKUR TINGGI DAN BERAT BADAN MANUSIA SECARA DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLLER IC AT89S51 MENGGUNAKAN ULTRASONIK (sensor jarak) dan FLEXIFORCE (sensor tekanan) ini telah dipertahankan didepan Dewan Penguji Tugas Akhir. iii
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN Yang bertanda tangan dibawah ini: Nama : Eko Kurniawan Setyo Prabowo NIM : 04506131038 Jurusan : Teknik Elektro Fakultas : Teknik Judul Proyek Akhir : ALAT UKUR TINGGI DAN BERAT BADAN MANUSIA SECARA DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLLER IC AT89S51 MENGGUNAKAN ULTRASONIK (sensor jarak) dan FLEXIFORCE (sensor tekanan) Dengan ini menyatakan bahwa Proyek Akhir ini adalah hasil karya saya sendiri dan sepanjang pengetahuan saya tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau telah dipergunakan sebagai prasyarat untuk menyelesaikan studi pada universitas lain, kecuali pada bagian-bagian tertentu yang saya ambil sebagai acuan. Apabila ternyata terbukti hal ini tidak benar, sepenuhnya menjadi tanggung jawab saya. Yogyakarta, 9 April 2008 Penulis, Eko Kurniawan Setyo P 04506131038 iv
HALAMAN PERSEMBAHAN Penulis mempersembahkan karya ini kepada: Allah SWT, tempat yang paling nikmat karena Yang Maha Pemurah lagi Maha Penyayang. Rosulullah SAW, umat manusia paling sempurna diantara lainnya yang mengantarkan kita semua selamat Dunia dan Akhirat Ibunda tercinta dan Ayahanda untuk setiap tetes keringat dan air mata beserta pengorbanannya demi kami. Adikku yang aku sayangi. Saudara-saudara dari Ayah dan Ibu dimana saja. Sahabat-sahabatku semuanya. Terimakasih atas bimbingan, Kasih sayang, pengorbanan, dorongan, semangat, dan doa yang tidak pernah putus. v
ABSTRAK ALAT UKUR TINGGI DAN BERAT BADAN MANUSIA SECARA DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLLER IC AT89S51 MENGGUNAKAN ULTRASONIK (sensor jarak) dan FLEXIFORCE (sensor tekanan) Oleh : Eko Kurniawan Setyo Prabowo 04506131038 Alat ukur tinggi dan berat badan manusia secara digital berbasis mikrokontroller AT89S51 ultrasonik (sensor jarak) dan flexiforce (sensor tekanan) adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengukur nilai suatu besaran panjang/tinggi dan berat pada tubuh/fisik seseorang berdasarkan satuan tertentu dengan tujuan membuat suatu rangkaian alat ukur tinggi dan berat badan dengan tampilan digital menggunakan sensor jarak dan sensor tekanan dan mengetahui unjuk kerja dari alat ukur tinggi dan berat badan dengan tampilan digital yang menggunakan sensor tekanan dan sensor jarak. Prinsip kerja alat ini adalah berdasar sinar pantul ultrasonik dan tekanan suatu benda. Perancangan sistem meliputi prinsip kerja dari sensor flexiforce (sensor tekanan), sensor jarak (ultrasonik), op-amp, ADC, mikrokontroller, LCD dan sevensegmen. Sistem rangkaian alat ini merupakan rangkaian yang mampu merubah sebuah besaran panjang dan berat sehingga dapat diolah dan ditampilkan dalam bentuk sistem elektris. Dalam melakukan berubahan besaran tersebut digunakan dua sensor yang mampu mengkonversi besaran tinggi dan berat. Proses perubahan tersebut dengan mengubah jarak dan berat menjadi tegangan analog menggunakan sensor ultrasonik (sensor jarak) dan flexiforce (sensor tekanan). Setelah melalui proses pengkondisian sinyal dengan cara dikuatkan, tegangan analog diubah menjadi data digital menggunakan ADC0804. Data digital yang diperoleh kemudian diolah oleh mikrokontroller AT89S51 dan ditampilkan. Hasil tampilan angka tersebut merupakan informasi mengenai pengukuran berat dan tinggi badan. Adapun hasil unjuk kerja alat ini memiliki kesalahan pengukuran rata-rata sebesar 0,24% untuk pengukuran tinggi badan dan 1,66% untuk pengukuran berat badan. Keterbatasan pengukuran tinggi badan dari 50cm sampai 215cm dan berat badan 48kg sampai 90kg. vi
KATA PENGANTAR Assalammu alaikum ww Puji dan syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini. Shalawat serta salam selalu untuk Rosullulah Muhammad SAW beserta keluarga dan sahabatnya. Amiin. Tugas Akhir berjudul Alat ukur tinggi dan berat badan manusia secara digital berbasis mikrokontroler AT89S51 disusun guna memenuhi sebagian persyaratan unuk memperoleh gelar ahli madya. Penulis telah banyak mendapat bimbingan dan bantuan yang sangat berarti dalam proses pembuatan alat ukur tinggi dan berat badan manusia secara digital berbasis mikrokontroller AT89S51 hingga selesainya penulisan karya tugas akhir ini. Untuk itu penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada: 1. Bapak Wardan Suyanto, Ed.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta. 2. Bapak Mutaqin, M.Pd. selaku Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Elektro Universitas Negeri Yogyakarta. 3. Bapak Istanto W Djatmiko, MPd. selaku Direktur SPMU. 4. Bapak Herlambang SP, ST. Selaku dosen pembimbing yang dengan sabar memberikan pengarahan, bimbingan dan petunjuk selama penyusunan tugas akhir. vii
5. Ayah dan Ibu tercinta yang telah banyak membimbing dan segala pengorbanannya serta do anya dalam studi saya. 6. 93,2FM Magenta Radio UNY sebagai unit kegiatan bagi saya untuk membentuk karakter dan pola pikir dalam diri saya. 7. Teman-teman Mahasiswa UNY angkatan 2006-2003 yang telah memberi ruang persaudaraan bagi saya. 8. Teman-teman Electrical Education 04 UNY yang telah memberi motivasi dan jangan pernah lupa cerita kita di UNY ini serta ingatlah disaat kita lanjut usia. 9. Semua pihak yang telah mendukung dan membantu terselesaikannya Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap semoga karya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi untuk perkembangan kampus UNY pada umumnya dan untuk program studi D3 Teknik Elektro serta Instrumentasi pada khususnya. Dengan penuh kesadaran bahwa tidak ada yang sempurna di dunia ini, maka penulis yakin masih banyak kesalahan disana-sini sehingga penulis sangat perlu kritik dan saran guna mendapatkan hasil yang lebih baik dan jika ada kebenaran dalam karya ini hanyalah dari Allah SWT. Semoga karya Tugas Akhir ini dapat digunakan sebagaimana mestinya. Yogyakarta, 9 April 2008 Penulis, Eko Kurniawan Setyo P 04506131038 viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii HALAMAN PERNYATAAN... iv HALAMAN PERSEMBAHAN... v ABSTRAK... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR GAMBAR... xvi DAFTAR LAMPIRAN... xvii BAB I. PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Perumusan Masalah... 2 C. Tujuan... 2 D. Batasan Masalah... 2 E. Manfaat... 3 ix
BAB II. PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH... 4 A. Pengertian Alat dan Sensor... 4 B. Tinggi dan Berat Badan... 5 C. Komponen Elektronika... 5 1. Perangkat Keras (Hardware)... 6 a. Sensor Ultrasonik... 6 b. Sensor Flexiforce... 8 c. Penguat Sensor... 10 d. ADC 0804... 13 e. Sistem Mikrokontroller AT89S51... 14 f. Sevensegmen... 19 g. LCD... 20 h. Power Suplay (Sumber Tegangan)... 21 2. Perangkat Lunak (Software)... 27 a. Pemrograman Mikrokontroller 1... 27 b. Pemrograman Mikrokontroller 2... 30 D. Diagram Alir... 31 BAB III. PERANCANGAN... 33 A. Perancangan Sistem Rangkaian Alat Ukur... 33 1. Perangkat Keras (Hardware)... 34 a. Blok Flexiforce... 34 b. Blok Op-amp... 35 c. Blok ADC0804... 36 x
d. Blok Mikrokontroller 1... 37 e. Blok Sevensegmen... 39 f. Blok Ping Ultrasonik... 40 g. Blok Mikrokontroller 2... 42 h. Blok LCD... 43 i. Blok Powersuplay... 44 2. Perangkat Lunak (Software)... 46 a. Pemrograman Mikrokontroller 1... 46 b. Pemrograman Mikrokontroller 2... 48 B. Perancangan Pengujian Alat... 52 1. Blok Flexiforce... 52 2. Blok Op-amp... 53 3. Blok ADC0804... 53 4. Blok Mikrokontroller 1... 54 5. Blok Sevensegmen... 54 6. Blok Ping Ultrasonik, Mikrokontroller 2, LCD... 55 7. Blok Powersuplay... 55 C. Langkah Kerja Perakitan... 56 BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISA PEMBAHASAN... 57 A. Pengujian Rangkaian dan Hasilnya... 57 1. Perangkat Keras (Hardware)... 57 a. Blok Flexiforce... 57 b. Blok Op-amp... 58 xi
c. Blok ADC0804... 59 d. Blok Mikrokontroller 1... 60 e. Blok Sevensegmen... 61 f. Blok Ping Ultrasonik, Mikrokontroller 2, LCD... 62 g. Blok Powersuplay... 63 2. Perangkat Lunak (Software)... 64 a. Pengujian Mikrokontroller 1... 64 b. Pengujian Mikrokontroller 2... 67 B. Analisa Rangkaian... 69 1. Perangkat Keras (Hardware)... 69 a. Blok Flexiforce... 69 b. Blok Op-amp... 69 c. Blok ADC0804... 69 d. Blok Mikrokontroller 1... 69 e. Blok Sevensegmen... 70 f. Blok Ping Ultrasonik, Mikrokontroller 2, LCD... 70 g. Blok Powersuplay... 70 2. Perangkat Lunak (Software)... 70 a. Pengujian Mikrokontroller 1... 70 b. Pengujian Mikrokontroller 2... 71 C. Unjuk Kerja... 72 1. Pengukuran Tinggi Badan... 72 2. Pengukuran Berat Badan... 73 xii
D. Pembahasan Unjuk Kerja... 75 1. Pengukuran Tinggi Badan... 75 2. Pengukuran Berat Badan... 75 E. Analisa Kelemahan Alat... 75 1. Tingkat Keakuratan...75 2. Prosentase Kesalahan Pengukuran...76 BAB V. PENUTUP... 78 A. Kesimpulan... 78 B. Keterbatasan Alat... 79 C. Saran... 80 DAFTAR PUSTAKA... 81 LAMPIRAN xiii
BAB V PUNUTUP A. Kesimpulan Setelah melakukan perencanaan dan pembuatan sistem kemudian dilakukan pengujian dan analisis data, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Adapun cara membuat rangkaian alat ukur tinggi dan berat badan secara terintegrasi dengan tampilan digital menggunakan sensor jarak dan sensor tekanan adalah sebagai berikut: Pengumpulan data mengenai alat ukur tinggi dan berat badan yang mencakup dan mendukung bagian pendekatan pemecahan masalah. Merancang bagian hardware dan software alat ukur tinggi dan berat badan dilanjutkan dengan perakitan bagian hardware dan menginstalasi software menggunakan downloader. Menguji masing-masing bagian rangkaian dan mengambil data yang diperlukan. Membandingkan unjuk kerja alat dengan teori yang diterapkan. Mengemas masing-masing perangkat dalam cassing alat ukur tinggi dan berat badan. Mengambil data unjuk kerja alat ukur yang dilengkapi dengan analisa data unjuk kerja alat.
79 2. Unjuk kerja rangkaian alat ukur tinggi dan berat badan dengan tampilan digital memiliki kesalahan pengukuran rata-rata sebesar 0,24% pada pengukuran tinggi badan dan 1,66% pada pengukuran berat badan. B. Keterbatasan Alat 1. Keterbatasan alat ukur tinggi dan berat badan dalam kemampuan mengukur adalah dari batas minimal sampai batas maksimal (tinggi dan berat badan) yaitu dari 50cm sampai 215cm (tinggi badan) dan dari 48kg sampai 90kg (berat badan). Data pengujian bagian software dan hardware pada setiap step (tahap), model pemrograman yang dirancang pada alat ukur berat badan memperoleh hasil data pengukuran yang kurang akurat (angka tampilan pengukuran yang berubah-ubah). Hal ini terjadi karena tegangan yang di keluarkan oleh sensor berat (flexiforce) kurang stabil dan mengakibatkan kinerja dari rangkaian disetiap tahapnya akan terpengaruh atau kurang maksimal.
80 C. Saran Setelah melihat beberapa kesimpulan dan hasil unjuk kerja alat ukur tinggi dan berat badan manusia secara digital berbasis mikrokontroler AT89S51 menggunakan dua buah sensor masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki. Untuk menyempurnakan alat sehingga pengguna memanfaatkan alat ini dengan baik. Ada beberapa bagian dari sistem yang perlu dilakukan penyempurnaan: 1. Untuk memperbaiki pengukuran berat badan, perlu dibuatkan pendeteksi berat badan yang jauh lebih baik dari sensor flexiforce karena sensor flexiforce masih kurang mencukupi tingkat keberhasilannya dalam pengukuran tekanan yang diakibatkan oleh berat badan pada rangkaian ini atau perlu dibuatkan rangkaian yang klop dengan flexiforce agar data yang ditampilkan benar-benar akurat. 2. Pada sensor ping ultrasonik memerlukan bidang pantul sinar ultrasonik atau lantai yang baik sehingga tidak terpengaruhi oleh bidang pantul lain agar data yang didapatkan bukan data error.