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 di bidang 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 ini untuk menimbang berat muatan kendaraan secara otomatis. Alat ini
menggunakan satu buah sensor yaitu load cell. Sensor diletakkan di tengah agar alat dapat menimbang secara
baik. Pada saat alat mendeteksi adanya beban. Secara otomatis, sensor akan membaca dan mengirimkan sinyal
ke mikrokontroler yang kemudian berat muatan kendaraan tersebut 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)
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]:
1.
Pendahuluan
Seiring dengan perkembangan Ilmu dan
Teknologi di bidang Elektro yang begitu cepat
dan telah membawa manusia ke era
globalisasi, maka perlu ditemukan teknologi
yang sesuai kebutuhan dan memiliki efisiensi
serta efektivitas 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 efisiensi kerja. Detailnya,
aplikasinya ini banyak digunakan pada
Industri Kelapa sawit.
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 Program Counter 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 nilainilai 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-
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
– 53 –
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.10 NO.27/Februari 2015
pengubahan pada langkah b). Selanjutnya
yang dilakukan oleh mikrokontroler
adalah mengulang kembali siklus ini pada
langkah a). Demikian seterusnya hingga
power 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].
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.
Op-Amp 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.
Gambar 1.Bentuk fisik dari sensor load cell.
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
– 54 –
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.10 NO.27/Februari 2015
palang keluar tidak bisa dibuka sekaligus
mengirim pesan kepada pemilik yang isi
pesannya adalah over load. Untuk membuka
pintu palang keluar solusinya adalah dengan
mengurangi berat muatan kendaraan. Flow
chart perancangan cara kerja sistem
ditunjukkan pada Gambar 5.
3. Perancangan Sistem Dan Cara Kerja
Sistem
Diagram blok pada Gambar 4 adalah
diagram rancangan dasar system Perancangan
sistem kontrol pengukuran berat padatimba
ngan 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 sebagai berikut : sensor, pengendali
Mikrokontroler, Driver (penguat arus), Plant,
Display, dan Handphone (pengirim pesan).
Gambar 4.Diagram blok sistem
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
Gambar 5.Flow chart perancangan kerja sistem
– 55 –
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.10 NO.27/Februari 2015
Tabel 2 dan Tabel 3 serta Tabel 4. Analisa data
dilakukan berdasarkan perhitungan penguatan
tegangan pada persamaan (1).
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.
=
Pin 6
Tegangan
Output (V)
Mengidentifikasi
Pulsa
Keluar
0-5
Tidak
Ada Pulsa
0
Tidak
Mengidentifikasi
( )
(1)
( )
Jadi diperoleh hasil perhitungan berikut:
=
.
.
= 157.143
.
(2)
Adapun perhitungan deviasi dinyatakan pada
persamaan (6).Faktor pengali (Q) dalam
penyesuaian berat sesungguhnya dengan berat
miniatur dari data pengujian.
Tabel 1.Data hasil pengujian rangkaian proximity
reader.
Kondisi Proximity
=
=
=
ℎ
=|
4.1 Pengujian Rangkaian Driver Load Cell
dan Op-Amp
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.
(3)
=
−
(4)
(5)
|
ℎ
(6)
Jadi, diperoleh perhitungan sebagai berikut:
=
370
= 4625
0.08
Tabel 2. Data hasil pengujian sensor load cell dan
penguat operasi
In
TP1 TP2 TP3 TP4 TP5
no
LCD
(Kg) mV mV mV mV mV
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
– 56 –
1
0.08
27.1
26.7
47.9
0.33 0.05
370
2
0.16
26.5
26.1
46.5
0.54 0.05
820
3
0.24
25.5
25
45
0.76 0.05 1240
4
0.32
25.3
24.9
38.5
0.98 0.05 1640
5
0.40
24.6
24.4
42.4
1.18 0.05 2060
6
0.48
24
23.6
41.1
1.37 0.05 2480
7
0.56
23.1
23.1
39.8
1.58 0.05 2900
8
0.64
22.6
22.5
38.3
1.51 0.05 3340
9
0.72
21.9
21.9
36.9
2.03 0.05 3770
10
0.8
21.2
21.2
35.4
2.25 0.05 4220
11
0.95
21.3
21.1
32.9
2.63 0.05 5000
12
0.98
21.1
20.8
32.3
2.73 0.05 5160
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.10 NO.27/Februari 2015
Tabel 3. Hasil analisa data penguat operasi
tegangan.
NO
Vin(-)
Vout
Vin
A
V
V
(+) V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0.0479
0.0465
0.045
0.0385
0.0424
0.0411
0.0398
0.0383
0.0369
0.0345
0.0329
0.0323
0.33
0.54
0.76
0.98
1.18
1.37
1.58
1.51
2.03
2.25
2.63
2.73
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
4.2 Pengujian Rangkaian Driver Motor
Stepper atau Penguat Arus.
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.
157.143
154.286
152
85.2174
155.263
153.933
154.902
129.06
154.962
154.11
153.801
154.237
Tabel 4.Data percobaan perhitungan deviasi
Berat
Berat
Faktor
Berat
tampilan
sesungguhnya
pengali perhitungan
LCD
(Kg)
(k)
Kg
(Kg)
0.08
370
4625
0.0718
0.16
820
5125
0.1593
0.24
1240
5166
0.2409
0.32
1640
5125
0.3086
0.4
2060
5150
0.4002
0.48
2480
5166
0.4818
0.56
2900
5178
0.5634
0.64
3340
5218
0.6489
0.72
3770
5236
0.7324
0.8
4220
5275
0.8199
0.95
5000
5263
0.9714
0.98
5160
5233
1.0025
Deviasi
0.008
0.006
0.009
0.001
0.002
0.001
0.003
0.008
0.012
0.01
0.021
0.016
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
Adapun grafik berat tampilan
outputterhadap
berat
sesungguhnya,
ditampilkan pada Gambar 7.
L
O
G
0
1
V
B1
V
B2
V
B3
V
B4
V
C1
V
C2
V
C3
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,
=
(7)
Dimana,
=ℎ
×
;ℎ
=
Gambar 7. Grafik berat tampilan output
terhadap berat sesungguhnya
= 110;
=
+
−
Jadi, diperoleh perhitungan sebagai berikut:
– 57 –
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
=
VOL.10 NO.27/Februari 2015
12 − 0.61
= 0.00251
4700
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
= 110 × 0.00251 = 0.27617
= 0.00251 + 0.27617 = 0.27868
=
12.41 − 0.2
= 44.2119 ℎ
0.27617
Daftar Pustaka
Adapun Tabel 6, menunjukkan data resistansi
tahanan dalam motor DC.
[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.
Tabel 6 Data resistansi tahanan dalam motor DC.
Logika No
1
1 0.00251 0.27617 0.2786 44.2119
1
2 0.00251 0.27617 0.2786 44.2119
1
3 0.00251 0.27617 0.2786 44.2119
1
4 0.00251 0.27617 0.2786 44.2119
4.3 Pengujian Pin AT MEGA 8535
Bagian ini merupakan 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.
Teg
Teg
Teg
Teg.Pin
Pin Pin Pin Pin Pin Pin Pin
(V)
(V)
(V)
(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
5. Kesimpulan
Dari hasil analisis perhitungan dan
pengukuran deviasinya 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 load akan
terkirim apabila berat muatan kendaraan
2000 kg ≤5000 kg
– 58 –
copyright@ DTE FT USU