BAB III ANALISA DAN CARA KERJA RANGKAIAN

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.
Rangkaian
Pemancar
PEMBERI
INFORMASI
( Output)
PENGOLAH
( Proses )
PEMBERI SINYAL
( Input )
Mikrokontroller
AT89C51
Rangkaian
Penerima
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
TIDAK
SWICTH = 1
YA
MOV SP, #30h
Memasukan Isi Register
MOV A,P1
Memasukan nilai P1 Ke A
Memberikan Delay ke P0
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
ljmp
delay:
djnz
4000h
start
mov
r7, $
; alamat awal
r7, #0ffh
ret
; masukan nilai 0ffh ke r7
; mengurangi 1 nilai r7
; jika r7 ≠0 maka kembali ke
delay
; mengakhiri subroutine
start:
mov
sp,#30H
; memasukan nilai 30h sp
mov
a, p1
; memasukkan nilai port 1
jnb
clr
ajmp
p1.0, nyala
p0.0
loop
; Port 0.0 mati
setb p0.0
delay
; memasukkan bit ke p0.0
; memanggil subroutine
loop:
ke a
nyala:
acall
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
Sudut Simpangan
dan pemancar
(derajat)
Lampu Ruangan
( Centimeter )
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