BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Blok Diagram

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
Display
Rangkaian
Temperature
sensor 3
Penguat
Arduino
Uno
Temperature
sensor 4
Tombol Push
button
Gambar 3.1 Blok diagram rangkaian
27
Printer
thermal
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 1oC keluaran pada
sensor adalah sebesar 10 mV dan untuk stiap perubahan 0,1oC 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
1K
10 k
To Microkontroler
5v
8
LM 358
U8
1K
5v
1
GND
+
3
OUT VCC
2
3
4
-
1
2
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 +
2
𝑅𝑓
𝑅𝑖
=1+
𝑅𝑓
1𝑘Ω
𝑅𝑓
2 – 1 = 1𝑘Ω
𝑅𝑓
1
= 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.
5V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
LCD 2 X 16
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?
Tidak
Ya
Tampil suhu 1,2,3,4
Tidak
Tombol Print
ditekan?
Ya
Nyalakan printer
Tidak
Ya
Tombol Stop
ditekan?
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
Board Arduino Uno
Rangkaian
penguat
Gambar 3.10 Hasil Perancangan dan pembuatan icubator analyzer dari dalam
39