perancangan sistem pengontrolan pengukuran berat pada

PERANCANGAN SISTEM PENGONTROLAN PENGUKURAN
BERAT PADA TIMBANGAN KENDARAAN SECARA
AUTOMATIS
Julkarnine Marpaung, Eddy Warman
Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU)
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
e-mail: [email protected]
Abstrak
Dalam hal pengukuran massa, pengukuran massa biasanya dilakukan secara manual dengan
menggunakan timbangan manual. Timbangan merupakan alat bantu untuk mengetahui berat suatu benda
Salah satu penggunaan timbangan dibidang perindustrian dan untuk jalan umum, untuk mengetahui berat
muatan suatu kendaraan. Pada tulisan ini, dirancang suatu alat pengontrolan berat muatan kendaraan
dengan menggunakan mikrokontroller ATmega 8535 sebagai pengendali.alat iniuntuk menimbang berat
muatan kendaraan secara otomatis.Alat ini menggunakan satu buah sensor yaitu load cell. Sensor
diletakkan ditengah agar alat dapat menimbang secara baik.pada saat alat mendeteksi adanya beban.
Secara otomatis, sensor akan membaca dan mengirimkan sinyal ke mikrokontroller yang kemudian berat
muatan kendaraantersebut ditampilkan oleh LCD disertakan mengirim pesan lewat sms. Berdasarkan
hasil analisis data yang dilakukan dengan skala 1 : 1000 yang artinya 1 kg tampilan di LCD sama dengan
berat 1 ton yang sebenarnya. Pesan normal load akan terkirim apabila berat muatan kendaraan diantara
2000 kg ≤ 5000 kg. Apabila berat muatan kendaraan melebihi dari 5000 kg maka pesan over load akan
terkirim.
Kata kunci : Mikrokontroller AT89S52, LCD, Load cell, Motor stepper (DC).
1.
Pendahuluan
Seiring dengan perkembangan Ilmu dan
Teknologi dibidang Elektro yang begitu cepat
dan telah membawa manusia ke era globalisasi,
maka perlu ditemukan teknologi yang sesuai
kebutuhan dan memiliki efesiensi serta
efektifitas yang baik.Atas dasar pemikiran
tersebut, penulis merasa bahwa aplikasi Ilmu
Elektro telah dapat menggantikan sistem
kontrol yang konvensional dengan teknologi
ini. Praktek dan penerapan prototype bisa
diaplikasikan pada industri kecil dan besar,
baik
sebagai
proteksi
dan
efesiensi
kerja.Detailnya, aplikasinya ini banyak
digunakan pada Industri Kelapa sawit.
2. Mikrokontroller AT89S52
Perancangan perangkat keras atau hardware
telah
ditetapkan
dengan
menggunakan
mikrokontroller tipe AVR atmega 16
digunakan sebagai master dengan 16 Kbyte
Flash program memori, 1Kbyte SRAM ,512
EEPROM ,32 bit in/out, timer/counter, 10
bitADC, 32 register umum, USART, dan fitur
fitur yang lain.sedangkan untuk mikrokontroler
89S52 dan memori eksternal 24c64 serta LC6
16x2 karakter. Adapun prinsip kerja
mikrokontroller AT 89S52, yaitu[1, 2, 3]:
a) Berdasarkan nilai yang berada pada
register Program Counter, mikrokontroler
mengambil data pada ROM dengan alamat
sebagaimana yang tertera pada register
Program Counter. Selanjutnya isi dari
register ProgramCounter ditambah dengan
satu (increment) secara otomatis.
b) Instruksi yang diambil tersebut diolah dan
dijalankan oleh mikrokontroler. Proses
pengerjaan bergantung pada jenis instruksi,
bisa membaca, mengubah nilai-nilai pada
register, RAM, isi port, atau melakukan
pembacaan dan dilanjutkan dengan
pengubahan data.
c) Program Counter telah berubah
nilainya (baik karena penambahan
otomatis pada langkah a), atau karena
pengubahan-pengubahan pada langkah
b). Selanjutnya yang dilakukan oleh
mikrokontroler adalah mengulang
kembali siklus ini pada langkah a).
Demikian seterusnya
hinggapower
dimatikan.
2.1 Sensor Load Cell
Load cell adalah komponen utama pada
sistem timbangan digital. Tingkat keakurasian
timbangan bergantung dari jenis load cell yang
dipakai. Sensor load cell apabila diberi beban
pada inti besi maka nilai resistansi di strain
gauge-nyaakan berubah yang dikeluarkan
melalui empat buah kabel. Dua kabel sebagai
eksitasi dan dua kabel lainnya sebagai sinyal
keluaran ke kontrolnya, seperti ditunjukkan
padaGambar 1 [4, 5].
Gambar 1.Bentuk fisik dari sensor load cell.
Gambar2.Display LCD 16x2.
2.3 Operasi Amplifier(Op-Amp)
Op-amp merupakan penguat audio,
pengaturan nada, osilator atau pembangkit
gelombang, sensor circuit, dan sebagainya. OpAmp
banyak
disukai
karena
faktor
penguatannya yang besar (100.000kali).
Adapun karakteristik ideal op-amp, yaitu [6]:
a). Penguatan tegangan tak terhingga (Av = ~),
penguatan tegangan bergantung pada
tegangan sumber Vcc.
b). Impedansi input tak berhingga (Zin = ~).
c). Bandwithnya mendekati tak hingga dengan
demikian delay timenya hamper tak ada
Bw = ~ t = 0.
d). Impedansi Out put kecil sekali (Zout = 0)
e). Vout = 0, jika Vin = 0.
Op-amp yang dipakai pada perancangan
ini adalah tipe IC LM 324, seperti yang
diperlihatkan pada Gambar 3.
2.2 Display LCD 16 x 2
Display merupakan salah satu output yang
berfungsi menampilkan pesan atau status
sistem. Dalam hal ini, pesan proses misalnya
membuka atau menutup pintu palang pesan
data yaitu data berat muatan kendaraan yang
terukur oleh sensor dan pesan status yaitu
status normal atau tidak normal. Display yang
digunakan adalah display CD tipe / M1632
yang dapat menampilkan 16 x 2 karakter.
Merek display adalah HITACHI dengan kode
H44780. Display dikendalikan langsung oleh
Mikrokontroler ATmega 8535 pada port C.
Gambar 2 menunjukkan Display LCD 16 x 2.
Gambar 3.IC LM 324.
3. Perancangan Sistem Dan Cara Kerja
Sistem
Diagram blok pada Gambar 4 adalah
diagram rancangan dasar system Perancang
an system kontrol pengukuran berat pada
timbangan kendaraan secara automatis.
Diagram menggambarkan aliran proses dari
input hingga output, dimana input sistem
ada beberapa masukan yaitu input data dari
smart card dan input data dari smart card
dan berat kendaraan yang ditimbang proses
kerja sistem adalah mengolah input
menjadi suatu output yang diinginkan yang
akan dibahas lebih detail pada bagian
berikutnya sebagai pemroses adalah sebuah
rangkaian pengendali yaitu mikrokontroler
output sistem adalah kondisi yang
diberikan oleh mikrokontroler yaitu status
proses dan kendali pintu palang, output
juga menentukan pengiriman pesan melalui
sms.Adapun bagian-bagian sistem adalah
solusinya adalah dengan mengurangi berat
muatan kendaraan.Flow chart perancangan
cara kerja sistem ditunjukkan pada Gambar 5.
sebagai berikut : sensor, pengendali
Mikro
kontroler, Driver (penguat arus), Plant,
Display, dan Handphone (pengirim pesan)
Gambar 4.Diagram bloksistem.
Adapun cara kerja sistem ini adalah
dengan cara membaca output dari sensor berat,
jika berat yang diukur sesuai dengan berat yang
diinginkan, maka lampu indikator warna hijau
akan menyala yang menandakan bahwa pintu
palang
keluar
bisa
dibuka
dengan
menggunakan kartu pengenal (RFID) sekaligus
mengirim pesan kepada pemilik yang isi
pesannya adalah load normal, dan sebaliknya
jika berat yang diukur melebihi kapasitas, maka
lampu indikator warna merah akan menyala
yang menandakan bahwa pintu palang keluar
tidak bisa dibuka sekaligus mengirim pesan
kepada pemilik yang isi pesannya adalah over
load.Untuk membuka pintu palang keluar
Gambar 5.Flow chartperancangan kerja sistem.
4. Pengujian Dan Analisa Alat
Pengujian rangkaian proximity reader
adalah untuk mengetahui apakah proximity
reader dapat menbaca kode dari kartu akses
danmengirimkan kode tersebut rangkaian
mikrokontroller AVR 8535. Adapun langkahlangkah pengujian adalah sebagai berikut :
1. Memasukkan catu daya pada rangkaian.
2. Memeriksa pin output dari RFID pada pin 9
dengan menggunakan logika probe.
Adapun data hasil pengujian proximity reader
diperlihatkan pada Tabel 1.
2 dan Tabel 3 serta Tabel 4. Analisa data
dilakukan berdasarkan perhitungan penguatan
tegangan pada persamaan (1).
A=
Tabel 1.Data hasil
proximity reader.
Kondisi Proximity
pengujian
Pin 6
rangkaian
=
(1)
Jadi diperoleh hasil perhitungan berikut:
Tegangan Output (V)
Mengidentifikasi
Pulsa Keluar
0-5
Tidak Mengidentifikasi
Tidak Ada
Pulsa
0
Adapun perhitungan deviasi dinyatakan pada
persamaan (6).Faktor pengali (Q) dalam
penyesuaian berat sesungguhnya dengan berat
miniatur dari data pengujian.
4.1 Pengujian Rangkaian Driver Load
CellDan Op-Amp
(3)
Pengujian dilakukan pada rangkaian
sensor yaitu load cell dan penguat yaitu untuk
menguji respon sensor terhadap berat serta
fungsi penguat dalam menguatkan sinyal
keluaran sensor, diperlihatkan pada Gambar 6.
(4)
(5)
(6)
Jadi, diperoleh perhitungan sebagai berikut:
Tabel 2.Data hasil pengujian sensor load cell
dan penguat operasi
no
Gambar 6.Rangkaian driver load cell dan Opamp.
Adapun data hasil pengujian sensor
load cell dan op-amp; hasil analisa data op-amp
tegangan; serta data percobaan perhitungan
deviasi masing-masing ditunjukkan pada Tabel
Tabel 3. Hasil analisa data penguat operasi
tegangan.
NO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Vin(-) V
0.0479
0.0465
0.045
0.0385
0.0424
0.0411
0.0398
0.0383
0.0369
Vout
V
0.33
0.54
0.76
0.98
1.18
1.37
1.58
1.51
2.03
Vin (+)
V
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
In
(Kg)
0.08
0.16
0.24
0.32
0.40
0.48
0.56
0.64
0.72
0.8
0.95
0.98
10
11
12
TP1
mV
27.1
26.5
25.5
25.3
24.6
24
23.1
22.6
21.9
21.2
21.3
21.1
0.0345
0.0329
0.0323
TP2
mV
26.7
26.1
25
24.9
24.4
23.6
23.1
22.5
21.9
21.2
21.1
20.8
TP3
mV
47.9
46.5
45
38.5
42.4
41.1
39.8
38.3
36.9
35.4
32.9
32.3
2.25
2.63
2.73
TP4
mV
0.33
0.54
0.76
0.98
1.18
1.37
1.58
1.51
2.03
2.25
2.63
2.73
TP5
mV
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
LCD
370
820
1240
1640
2060
2480
2900
3340
3770
4220
5000
5160
154.11
153.801
154.237
A
Tabel 4.Data percobaan perhitungan deviasi.
157.143
154.286
152
85.2174
155.263
153.933
154.902
129.06
154.962
No
1
2
3
4
Berat
sesungguhnya
(Kg)
0.08
0.16
0.24
0.32
Berat
tampilan
LCD
(Kg)
370
820
1240
1640
Faktor
pengali
(k)
Berat
perhitungan
Kg
Devia
si
4625
5125
5166
5125
0.0718
0.1593
0.2409
0.3086
0.008
0.006
0.009
0.001
5
6
7
8
9
10
11
12
0.4
0.48
0.56
0.64
0.72
0.8
0.95
0.98
2060
2480
2900
3340
3770
4220
5000
5160
5150
5166
5178
5218
5236
5275
5263
5233
0.4002
0.4818
0.5634
0.6489
0.7324
0.8199
0.9714
1.0025
0.002
0.001
0.003
0.008
0.012
0.01
0.021
0.016
Adapun
grafik
berat
tampilan
outputterhadap
berat
sesungguhnya,
ditampilkan pada Gambar 7.
Gambar 8.Rangkaian drivermotor stepper atau
penguat arus.
Adapun data pengujian rangkaian driver
motor stepper atau penguat arus, dirangkum
pada Tabel 5.
Tabel 5. Data pengujian rangkaian drivermotor
stepper atau penguat arus.
Gambar 7. Grafik berat tampilan output
terhadap berat sesungguhnya.
4.2 Pengujian Rangkaian Driver Motor
Stepper atau Penguat Arus.
L
O
G
0
1
VB
1
VB
2
VB
3
VB
4
VC
1
VC
2
VC
3
VC
4
0
0.6
0
0.6
0
0.6
0
0.6
12.
0.2
12.
0.2
12.
0.2
12
0.2
Adapun perhitungannya, yaitu:pada Logika 1,
=
Pengujian dilakukan pada rangkaian
penguat arus yaitu penguat untuk menjalankan
motor stepper, pengujian dilakukan dengan
memberikan input pada rangkaian driver dan
mengukur tegangan input dan output yaitu pada
basis dan kolektor untuk transistor pada BD
139. Rangkaian driver motor stepper atau
penguat arus ditunjukkan pada Gambar 8.
(7)
Dimana,
=
Jadi, diperoleh perhitungan sebagai berikut:
=
1
1
1
=
.
Adapun Tabel 6, menunjukkan data resistansi
tahanan dalam motor DC.
Tabel6.Data resistansi tahanan dalam motor
DC.
logika
1
No
1
0.00251
0.27617
0.2786
44.2119
2
3
4
0.00251
0.00251
0.00251
0.27617
0.27617
0.27617
0.2786
0.2786
0.2786
44.2119
44.2119
44.2119
4.3 Pengujian Pin AT MEGA 8535
Bagian
inimerupakan
pemroses
keseluruhan dari sistem ini.Rutin yang
dikerjakan ditulis dalam bahasa C yang
selanjutnya didownload pada memori internal
yang tersedia.Adapun data hasil pengujian pin
AT MEGA 8535 ditunjukkan pada Tabel 7.
Tabel 7. Data hasil pengujian pin AT MEGA
8535.
Pin
Teg
Pin
(V)
Pin
Teg
Pin
(V)
Pin
Teg Pin
(V)
Pin
Teg.Pin
(V)
1
0.06
11
5
21
5
31
1.66
2
0.06
12
5
22
1.61
32
5
3
0.06
13
5
23
1.61
33
5
4
0.06
14
5
24
1.61
34
5
5
0.06
15
5
25
1.74
35
5
6
0.06
16
5
26
1.74
36
5
7
5
17
1.79
27
1.66
37
5
8
5
18
1.79
28
1.57
38
5
9
0
19
2.19
29
1.66
39
5
10
5
20
0
30
1.66
40
5
Kesimpulan
Dari hasil analisis perhitungandan
pengukurandeviasinya sangat kecil yang
artinya sistem bekerja akurat.Pada perhitungan
didapat hasil:
1. 0.971452508kg
sementara
pengukuran
sebenarnya 0.95kg jadi hasil deviasinya sebesar
0.021453.Pesan normal loadakan terkirim
apabila berat muatan kendaraan 2000 kg
kg
2. lampu indikator warna hijau akan menyala dan
kendaraan boleh keluar.
3. Pesan over load akan terkirim apabila berat
muatan kendaraan melebihi 5000kg, lampu
indikator warna merah akan menyala
Daftar Pustaka
[1]. http:/www.atmel/products/prod20.html
[2]. Lingga Wardhana, “Mikrokontroler AVR
seri ATM 8535 simulasihardware dan
aplikasi”, ANDI, Jakarta, 2006.
[3]. Syablan
Rangkuti,
“Mikrokontroler
ATMEL AVR Simulasi dan praktek ISIS &
PROTEUS Code vision AVR”, Jakarta,
2011.
[4]. Aris Agung Setyawan, “Load Cell
Handbook”,
[5]. www.loadcellteori.wordpress.com
[6]. Bruce Carter,Hand book of Operational
amplifier applications.