25 BAB III PERENCANAAN PERANGKAT KERAS DAN LUNAK 3.1

BAB III
PERENCANAAN PERANGKAT KERAS DAN LUNAK
3.1
Gambaran Umum
Perangkat keras dari proyek ini secara umum dibagi menjadi dua
bagian, yaitu perangkat elektronik dan mekanik alat pendeteksi
gempa.Perancangan mekanik meliputi pengaturan struktur peletakkan
sensor accelerometer dan modul komponen pendukung.Mekanik terbuat
dari dua toples yang sudah dimodifikasi untuk keperluan alat pendeteksi
gempa ini.Secara keseluruhan alat ini sangat ditentukan oleh perangkat
lunak yang diterapkan didalamnya.Perangkat lunak yang dibangun
didalam alat ini adalah perangkat lunak untuk mengatur respon terhadap
pembacaan sensor.
Selain itu agar alat ini dapat berjalan dengan baik dan sesuai
dengan yang diinginkan maka sangat tergantung dari piranti keras sebagai
pendukungnya, antara lain design mekanik alat itu sendiri serta
mikrokontroller sebagai pembaca data dari sensor yang dikonversi ke data
digital. Sistem perangkat lunak yang dirancang dalam alat ini terdiri dari
dua yaitu sistem kontrol dan sistem sensor. Jenis sensor yang digunakan
adalah sensor accelerometer yang termodulasi sebagai sensor pendeteksi
getaran yang terjadi sehingga menjadi penghubung antara lingkungan uji
dengan sistem alat pendeteksi gempa ini. Sedangkan sistem kontrol adalah
pendeteksi getaran yang telah diatur sedemikian rupa sehingga sesuai
dengan yang diinginkan. Buzzer akan menyala jika sebuah sistem
mikrokontroller melalui sebuah sensor MMA7260 mendeteksi adanya
perubahan data secara digital, berarti adanya getaran yang terdeteksi.
3.2
Blok Diagram system
Sebelum merancang perangkat lunak, yang perlu diketahui adalah
susunan dari sistem itu sendiri (blok diagram sistem). Secara keseluruhan
gambaran sistem yang dibangun di alat ini adalah sebagai berikut:
25
Gambar 3.1Blok Diagaram Sistem
Dari gambar diatas dapat diuraikan bahwa mikrokontroler
ATmega8535
berfungsi
sistem.Perancangan
acclerometer
sistem
dengan
sebagai
unit
berdasarkan
menggunakan
pengontrol
utama
implementasi
dari
sensor
perangkat
lunak
pendekatan
pada
(software) maupun perangkat keras (hardware). Menurut blok diagram
diatas alat pendeteksi gempa ini sesuai dengan data yang diterima oleh
mikrokontroller dari pembacaan sensor, yaitu data untuk mendeteksi
adanya getaran. Sistem dirancang dengan menentukan terlebih dahulu
sistem kontroller yang dipakai, Perencanaan port yang digunakan sebagai
masukan dan keluaran, selanjutnya dilakukan pembuatan program utama
dan subrutin-subrutinnya.
3.3
Perancangan Perangkat Keras
Perancangan perangkat keras bertujuan untuk menghindari
kesalahan yang terjadi. Dalam perancangan rangkaian digunakan bantuan
software isis proteus yang sangat berguna dalam mendesain rangkaian
elektronik.
Perancangan yang dilakukan pada bab ini adalah :
1. Perancangan power suplly
2
Rangkaian downloader ATmega 8535
3. Rangkaian sistem mikrokontroller
26
4. Perancangan LCD
5. Perancangan Sensor Accelerometer
6. Perancangan mekanik
3.3.1 Perancangan Rangkaian Power Suplly
Rangkaian powersuplly berfungsi sebagai sumber tegangan
beberapa rangkaian pendukung alat ini.Rangkaian power suplai
yang dibuat untuk menghasilkan tegangan 5 volt dan 12 volt.Untuk
menghasilkan tegangan 5 volt pada rangkaian power suplai
digunakan regulator 7805.Regulator 7805 dapat menurunkan
tegangan dari baterai 12 volt ke 5 volt.
Tegangan 12 volt dari baterai diturunkan dengan 7805,
tegangan
tersebut
dapat
langsung
disambungkan
pada
mikrokontroller yang membutuhkan tegangan 5 volt.
Ic7805 tidak memerlukan komponen tambahan untuk
meregulasi tegangan, membuatnya mudah digunakan, ekonomis
dan hemat ruang.Regulator tegangan lainnya mungkin memerlukan
komponen
tambahan
untuk
membantu
peregulasian
tegangan.Bahkan untuk regulator bersakelar, selain membutuhkan
banyak komponen, juga membutuhkan perencanaan yang rumit.
Seri ic 7805 memiliki rangkaian pengaman terhadap pembebanan
lebih, panas tinggi dan hubungsingkat, membuatnya hampir tak
dapat dirusak. Dalam keadaan tertentu, kemampuan pembatasan
arus peranti 7805 tidak hanya melindunginya sendiri, tetapi juga
melindungi rangkaian yang ditopangnya.Dari gambar 3.2 dapat
dilihat gambar rangkain power suplai.
27
Gambar 3.2 Rangkaian Power Suplly
Rangkaian power suplai pada gambar 3.2
memiliki 3
channel 12 volt dan 5 channel 5 volt dari satu input baterai 12 volt.
Digunakan satu buah led sebagai indikator bahwa adanya tegangan
5 volt pada konektor.Tegangan masukan harus lebih tinggi dari
tegangan keluaran (biasanya 2-3 volt). Ini membuatnya tidak tepat
digunakan untuk penggunaan tegangan rendah, misalnya regulasi 5
volt dari sumber baterai 6 volt tidak akan bekerja dengan 7805.
Sebagaimana regulator linier lainnya, arus masukan sama dengan
arus keluaran. Karena tegangan masukan lebih tinggi daripada
tegangan keluaran, berarti ada daya yang diboroskan. Dalam
perencanaan rangkaian regulator digunakan software isisproteus
dalam membuat rangkaian power supply. Setelah dibuat dalam
program isis proteus, dibuat rangkaian layout pcb menggunakan
ares proteus.
3.3.2 Rangkaian Downloader ATmega 8535
Rangkaian ini digunakan untuk mendownloadkan program
ke mikrokontroller. Pemrograman secara InSystem Programming
adalah programmer yang tidak perlu melepas IC mikrokontroller
pada waktu akan di downloadkan, berarti pendownloadan program
28
dapat langsung dilakukan pada rangkaian aplikasi.Yaitu dengan
memanfaatkan pin-pin pada mikrokontroller ATmega8535.Untuk
dapat menyimpan program yang telah kita buat pada memori
mikrokontroller
dibutuhkan
perangkat
tambahan
yang
menghubungkan antara PC dan mikrokontroller. Perangkat
interface ini disebut isp_dongle yang menghubungkan port parallel
PC dan port SPI (Serial Peripheral Interface) mikrokontroller.
Gambar 3.3 Rangkaian Downloader
3.3.3 Rangkaian Sistem Mikrokontroller
Rangkaian
pembaca
data
sistem
dari
mikrokontroller
sensor..Sistem
berfungsi
Mikrokontroler
sebagai
yang
direncanakan adalah menggunakan ATmega8535 dengan memori
program internal 8 Kbyte sehingga tidak memerlukan memori
program eksternal. Mikrokontroler ATmega8535 dipilih selain
karena telah terdapat ADC internal di dalam chip-nya dengan
tingkat kestabilan yang cukup presisi, mempunyai compiler
canggih dengan bahasa pemrograman tingkat tinggi yaitu bahasa C
sehingga lebih memudahkan programmer, dan juga karena
memiliki memori, jumlah timer/counter, serta jumlah port yang
cukup untuk digunakan dalam proyek akhir ini. Dengan
mengunakan
ATmega8535
29
pengontrolan
sistem
lebih
mudah.Gambar
rangkaian
sistem
mikrikontroller
seperti
ditunjukkan pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Sistem minimum rangkaian mikrokontroller
Mikrokontroler Atmega 8535 dalam proyek akhir ini digunakan
untuk mengolah data dari masukan sensor dan kemudian diolah
menjadi data keluaran. ATmega8535 mempunyai 3 jenis memori
yaitu memori data,memori program dan memori EEPROM.
Ketiganya memiliki ruang sendiri dan terpisah.
1. Memori Program
ATmega 8535 memiliki kapasitas memori program sebesar
8 Kbyte yang terpetakan dari alamat 0000h-0FFFh dimana
masing-masing alamat memiliki lebar data 16 bit.Memori
program ini terbagi menjadi dua bagian yaitu bagian program
boot dan bagian program aplikasi.
30
Gambar3.5 Memori Program AVR ATmega 8535
2. Memori Data
ATmega memiliki kapasitas memori data sebesar 608 byte
yang terbagi menjadi 3 bagian yaitu register serba guna, register
I/O dan SRAM. ATmega 8535 memiliki 32 byte register serba
guna, 64 byte register I/O yang dapat diakses sebagai bagian
dari memori RAM (menggunakan instruksi LD dan ST) atau
dapat juga diakses sebagai I/O (menggunakan instruksi IN atau
OUT) dan512 byte digunakan untuk memori data SRAM.
Register serba guna menempati space data pada alamat
terbawah yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu register khusus
untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler
menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 sampai
$5F. Register
tersebut
31
merupakan
register
yang
khusus
digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral
mikrokontroler, seperti kontrol register, timer/counter, fungsi
fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori
secara lengkap dapat dilihat pada tabel dibawah. Alamat memori
berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi
$60 sampai dengan $25F.
Tabel 3.1 Memori Data AVR ATmega 8535
Memori program yang terletak pada Flash Perom
tersusun dalam word atau 2 byte karena setiap instruksi
memiliki lebar 16-bit atau 32bit.AVR ATMega8535 memiliki
4KByte x 16 Bit Flash Perom dengan alamat mulai dari $000
sampai $FFF.AVR tersebut memiliki 12 bit Program Counter
(PC) sehingga mampu mengalamati isi Flash.
3. Memori EEPROM
ATmega8535 memiliki memori EEPROM sebesar 512 byte
yang terpisah
dari memori program maupun memori data.
Memori EEPROM hanya dapat diakses dengan mengunakan
register-register I/O yaitu register EEPROM Address, register
EEPROM data dan register EEPROM Control. Untuk
mengakses memori EEPROM ini sama seperti mengakses data
32
eksternal, sehingga waktu eksekusinya relative lebih lama
dibandingkan dengan mengakses data dari SRAM
3.3.4 Perancangan LCD
Perancangan LCD terhubung pada port c mikrokontroller,
port c pada mikrokontroller difungsikan untuk menampilkan suatu
karakter pada lcd yang udah disetting dalam codewizardavr. Dapat
dilihathubungan antara mikrokontroller dengan lcd pada isis
proteus. Untuk koneksi keluar, modul LCD ini dilengkapi dengan
16 pin. LCD ini dilengkapi dengan jalur data bus (yaitu
DB.0..DB7) yang dapat digunakan untuk menyalurkan data ke
LCD.selain itu LCD dilengkapi dengan pin E, R/W dan RS
sehingga compatable dengan mikroprosesor. RS merupakan
singkatan dari register select yang berfungsi untuk membedakan
data yang akan diterima oleh LCD. Jika RS=0,data yang dikirim
adalah
perintah
yangmengatur
kerja
LCD.sedangkan
jika
RS=1,data yang dikirim adalah data yang akan ditampilkan pada
panel LCD.
Gambar 3.6 Rangkaian LCD
33
Mikrokontroler hanya perlu untuk mengirimkan data-data
yang merupakan karakter yang akan ditampilkan pada layar LCD
maupun perintah-perintah pengaturan tampilan LCD. Pada LCD
kaki 15 dan 16 akan ditambahkan suplai 5 volt untuk menyalakan
itensitas cahaya. Pada rangkaian LCD membutuhkan 5 volt sebagai
suplai dan potensiometer untuk mengatur kontras/kecerahan dari
LCD tersebut. Pada input LED, dipasang resistor sebagai penguat
arus, sehingga dapat menampilkan cahaya LED yang cukup terang.
3.3.5 Perancangan Sensor Accelerometer
Secara umum perancangan perangkat keras dari sistem
instrumentasi
accelerometer
meliputi
perancangan
sensor
accelerometer MMA7260, pengondisi sinyalSensor accelerometer
beroperasi padategangan 2,2 – 3,6 volt dengan tegangan tipikal 3,3
volt (Vdd). Keluaran sensor accelerometer berupa tegangan analog
yang merepresentasikandata percepatan dalam satuan gravitasi
(g).Sensor accelerometer MMA7260Qmemiliki tingkat sensitivitas
yang dapat dipilih yaitu 1,5 g/ 2 g/ 4 g/ 6 g. Tingkat
sensitivitasdapat dipilih dengan melakukan pengesetan padapin gselect1 dan g-select2. Koneksi masukan dankeluaran pin-pin pada
accelerometer MMA7260dapat dilihat pada Gambar 3.7.
34
Gambar 3.7 Konfigurasi pin-pin accelerometer MMA7260.
3.3.6 Perancangan Mekanik
Pada perencanaan pembuatan mekanik baik rangka dari
alatini dipilih bahan yang mudah untuk dibentuk dan mempunyai
berat yang ringan, maupun dalam pemilihan bentuk mekanik alat
ini.Bahan dari mekanik terbuat dari plastik.Ada dua bagian
mekanik yaitu bagian atas dan bawah yang memisahkan beberapa
komponen alat pendeteksi gempa ini dengan sensor yang berada di
bagian atas.Sensor terletak tersendiri dibagian atas mekanik untuk
mengfleksibelkan gerakan sensor jika mengalami getaran.Di
bagian bawah terdapat tempat untuk komponen seperti modul
mikrokontroller, LCD, buzzer dan power suplai.
Gambar dari
mekanik alat pendeteksi gempa ini dapat dilihat gambar dibawah
ini:
Gambar 3.8 mekanik tampak depan
35
Gambar 3.9 mekanik tampak samping
3.4 Perancangan Perangkat Lunak
3.4.1 Sistem Kontroler
Sistem
Mikrokontroler
yang
direncanakan
adalah
menggunakan ATmega8535 dengan memori program internal 16
Kbyte sehingga tidak memerlukan memori program eksternal.
Mikrokontroler ATmega8535 dipilih selain karena telah terdapat
ADC internal di dalam chip-nya dengan tingkat kestabilan yang
cukup presisi, mempunyai compiler canggih dengan bahasa
pemrograman tingkat tinggi yaitu bahasa C sehingga lebih
memudahkan programmer, dan juga karena memiliki memori ,
jumlah timer/counter, serta jumlah port yang cukup untuk
digunakan
dalam
proyek
akhir
ini.
Dengan
mengunakan
ATmega8535 pengontrolan sistem lebih mudah, salah satunya
36
yaitu mengenai pengontrolan 3 chanel ADC yang digunakan
sebagai pengolah data dari sesor MMA7260.
Mikrokontroler dipergunakan untuk mengontrol semua
peralatan yang ada dalam sistem dengan acuan pembacaan data
dari sensor accelerometer.Pembacaan dari sensor accelerometer
langsung dimasukkan ke dalam mikrokontroler yang kemudian
diproses dan dijadikan acuan untuk pengambilan keputusan, yang
dalam hal ini adalah mengetahui adanya getaran atau tidak.
3.4.2 Perencanaan Masukan Dan Keluaran
Pada Mikrokontroler ATmega8535 terdapat 4 buah port I/O
8 bit, yaitu port A, port B, port C, dan port D. Dimana dalam
pengerjaan tugas akhir ini konfigurasi port – port yang digunakan
adalah sebagai berikut :

Port A: 3 bit dari port A ini digunakan sebagai 3 chanel ADC untuk
konversi input 3 sumbu x,y dan z keluaran dari sensor
accelerometer. yang difungsikan sebagai pengukur adanya getaran.

Port C : 6 bit dari Port C ini digunakan sebagai keluaran port untuk
LCD.

Port D : 1 bit dari Port D ini digunakan sebagai RX output untuk
menyalakan buzzer.
37