Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013 ISSN

Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094
PEMBUATAN TIMER OTOMATIS UNTUK LAMPU PENERANGAN
MIKROKONTROLLER MCS 8051
Oleh: Yanu Shalahudin
ABSTRAK
Pemanfaatan energi listrik dewasa ini kurang efektif pasalnya banyak peralatan
elektronik yang mengkonsumsi listrik secara berlebihan dan penggunanya terkadang lalai
dalam mematikannya, dalam hal ini lampu penerangan jalan umum.
Tujuan pembuatan alat ini adalah untuk menyalakan dan mematikan lampu
penerangan jalan umum tanpa harus menekan tombol saklar. Alat ini menggunakan
mikrokontroler AT89S51 sebagai CPU, setting waktu melalui keypad matrix 4X3, dan di
tampilkan pada LCD 2X16 karakter seri M1632. Driver relay sebagai rangkaian saklar
otomatis.
Prinsip kerja alat ini mikrokontroller memproses data dari keypad dan tertampilkan
pada LCD dan keaktifan relay bergantung pada perintah dari mikrokontroller. Buzzer
sebagai indikator bunyi saat pencacahan waktu telah usai.
Hasil dari pengujian yang dilakukan, alat ini bekerja sesuai harapan dan pencacahan
waktunya lebih presisi
Kata Kunci: mikrokontoller AT89S51
ABSTRACT
Utilization of electrical energy today is less effective because many electronic
devices that consume excessive power and users sometimes negligent in turning it off, in
this case the public street lighting.
The purpose of making this tool is to turn on and off lights street lighting without
having to press the switch. This tool uses a microcontroller AT89S51 as the CPU, setting
time through 4X3 matrix keypad, and LCD 2x16 character display on M1632series.
Driver relay as a series of automatic switches.
The working principle of this device microcontroller processes the data from the
keypad and Shown on the LCD and the activity of the relay depends on the orders of the
microcontroller. Buzzer sound indicator when the enumeration period has ended.
The results of the tests performed, it works as expected and more precise
enumeration time.
Keyword: microcontoller AT89S51
menggunakan listrik untuk dapat bekerja.
Salah satu peralatan elektronoik yang
mengkonsumsi energi listrik adalah lampu.
Lampu sangat dibutuhkan masyarakat
khususnya
dimalam
hari
sebagai
penerangan jalan. Namun, banyak sekali
masyarakat
yang
mengabaikan
penggunaan lampu, sering kali lampu
tersebut masih tetap menyala saat siang
I. PENDAHULUAN
Pemanfaatan energi listrik dewasa ini
kurang efektif pasalnya banyak peralatan
elektronik yang mengkonsumsi listrik
secara berlebihan. Hal tersebut disebabkan
karena para pengguna alat elektronik
kurang sadar akan pentingnya energi listrik
dan lalai mematikan jika sudah tidak
terpakai. Hampir semua alat elektronik
28
Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094
hari. Hal tersebut merupakan salah satu
pemborosan energi listrik. maka upaya
penghematan
terjadinya
pemborosan
tersebut perlu dipasang rangkaian saklar
lampu otomatis dengan menggunakan
timer.
Timer untuk mengaktifkan sistem
elektrikal secara umum sudah banyak
diproduksi. Rata-rata konfigurasi antara
mekanikal, elektrikal dan sistem digital.
Sampai sekarang timer belum ada yang di
produksi di dalam negeri, walaupun
teknologi di dalam negeri sudah banyak
mengenal bahkan di pelajari di lingkungan
akademi.
bagian yaitu hardware dan software, antara
lain:
1. Hardware
a. Blog Diagram Hardware
CATU
DAYA
KEYPAD
MATRIX 3X4
MINIMUM
SISTEM
AT89S51
OUTPUT
LCD
KARAKTER
M1632
RELAY
II. METODE PENELITIAN
A. Studi Literatur
Mempelajari
komponen
seperti
mikrokontroler AT89S51, Keypad, LCD
dan komponen pendukung lainnya.
Literatur didapat dari referensi makalahmakalah, buku manual, beberapa sumber
dari internet, dan survey yang berkaitan
dengan alat.
LAMPU 220 Volt
Gambar 3.
Blok Diagram
b.
Minimum Sistem AT89S51
Rangkaian ini sebagai CPU board
yang berfungsi sebagai pengendali utama
dari keseluruhan sistem atau disebut
sebagai otak. Rangkaian ini dilengkapi
dengan port-port dimana CPU board dapat
berhubungan
dengan
modul-modul
pendukung yang lain. Minimum sistem ini
menggunakan chip AT89S51.
Sistem kerja dari mikrokontroler
AT89S51 antara lain :
1) Melakukan proses rutin inisialisasi,
yakni proses untuk mengkondisikan
informasi yang dibutuhkan sebelum
proses pengambilan data setting waktu
dari keypad matrik 3x4.
2) Melakukan proses rutin interupsi, yakni
proses pengambilan data waktu.
3) Melakukan proses pengolahan data
yakni dengan cara :
a) Menyimpan data dan mengolah data
waktu.
b) Memberi perintah ke rangkaian
output.
B.
Perancangan Sistem
Melakukan
perancangan
secara
umum, yaitu rancang bangun sistem
minimum.
C. Pembuatan Alat (Hardware)
Membuat Proyek Akhir bagian
perbagian,
dimulai
dari
rangkaian
penunjang sampai rangkaian utama.
D. Pengujian Alat dengan Software
Melakukan pengujian dan analisa
terhadap rangkaian yang telah dibuat dan
dipadukan dengan Software.
E.
Penyempurnaan Sistem
Perbaikan terhadap kerusakan dan
penyempurnaan dari sistem yang dibuat
agar sesuai dengan harapan.
III. PERANCANGAN
Perancangan
automatisasi
timer
penerangan
jalan
umum
dengan
menggunakan mikrokontroller MCS 8051
ini secara umum dibagi menjadi dua
29
Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094
kejenuhan/saturasi. Dalam kondisi ini
secara ideal besarnya Vce (tegangan
kolektor-emitor) sama dengan nol dan
dalam kondisi jenuh, penambahan Vb tidak
akan berpengaruh lagi pada nilai Vce.
Berdasarkan prinsip kerja tersebut, maka
transistor dapat digunakan sebagai saklar
aliran arus listrik untuk mengendalikan
relay. Pada saat transistor cut-off sebagai
saklar OFF dan pada saat transistor saturasi
sebagai saklar ON.
c.
Keypad Matriks 3x4
Dalam Programmable Timer ini
hardwareinput berupa keypad matrix 4X3.
Selanjutnya akan ditentukan bagaimana
pemasangan
keypad
matrix
4X3.
Pemasangan
keypadmatrix
hanya
membutuhkan 7 pin pada salah satu port
mikrokontroler AT89S51, karena keypad
matrix 4X3 noncommon hanya memiliki 7
kaki. Ketujuh keluaran keypad akan
dihubungkan ke port 1 (P1) mikrokontroler
AT89S51.
Keluaran keypad terdiri dari C1, C2,
dan C3 yang merupakan jalur column
(kolom) dan R1, R2, R3 dan R4 yang
merupakan jalur row (baris).
f. Catu Daya
Catu daya yang digunakan pada rangkaian
programmable timer ini memerlukan catu
daya
yang
stabil
serta
harus
mampumengalirkan arus yang cukup untuk
rangkaian. Untuk itudigunakan IC
stabilizer LM7805 yang menghasilkan
tegangan DC sebesar 5 Volt yang telah
teregulasi dengan baik. Agar keluaran IC
LM7805 tersebut mampu mengalirkan arus
yang
cukup
untuk
rangkaian
programmable timer maka ditambahkan
sebuah transistor daya tipe 2N3055.
Gunakan pendingin yang cukup untuk
transistor daya tersebut.
d.
LCD (Liduid Crystal Display)
Modul LCD M1632 terdiri dari 16 pin
kaki dan 7 pin diantaranya terhubung ke
port 0 (P0) mikrokontroler AT89S51
dimana 4 pin digunakan sebagai antarmuka
data 4 bit dan 3 pin untuk kontrol. Kaki
nomor 3 dari M1632 digunakan sebagai
pengatur kontras atau kecerahan tampilan
karakter pada LCD dan dihubungkan
dengan trimpot untuk pengaturan kontras.
e.
Relay
Rangkaian saklar relay digital terdiri
dari relay, sebuah transistor bipolar NPN
sebagai penguat arus yang terhubung pada
port 3.2 AT89S51, dan logic inverter ( IC
74LS04 ). Saklar relay ini digunakan
sebagai saklar otomatis yang keaktifannya
dikendalikan
oleh
mikrokontroler
AT89S51.
Transistor sebagai saklar. Ketika Vb
(tegangan basis) yang masuk melalui Rb
(resistor basis) sama dengan nol, maka
sambungan basis-emitor tidak mendapat
bias maju dan mengakibatkan transistor
menjadi cut-off, sehingga secara ideal
tidak ada arus kolektor yang mengalir ke
emitor. Jika Vb positif dan lebih besar dari
turn-on voltage (tegangan bias transistor
berbahan silikon sebesar 0,7 volt), maka
sambungan basis-emitor akan mendapat
bias maju. Saat Vb mencapai tegangan 0,7
volt, transistor akan aktif dan jika Vb
dinaikkan terus transistor akan mengalami
2.
Software
Pada perancangan alat ini digunakan
beberapa software, antara lain:
a. Print-Layout 4.0
Sprint-Layout 4.0 adalah salah satu
software yang dapat digunakan untuk
merancang pola dan jalur PCB.
b.
Proteus 7 Profesional
Proteus 7 Profesional sebagai program
yang
digunakan
untuk
merancang
rangkaian elektronik.
c.
Ride IDE
Program aplikasi Ride IDE adalah
program apilkasi yang digunakan untuk
menulis program dalam bahasa Assembly
maupun bahasa C. Ride IDE mempunyai
beberapa fitur yang dapat digunakan untuk
edit, compile yang menghasilkan file
dengan format biner (BIN) dan heksa
(HEX), dan debug file yang digunakan
untuk melihat error setelah listing program
didebug.
30
Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094
d.
SPI Flash Programmer V 3.7
SPI Flash Programmer digunakan
sebagai program downloader, yaitu
memasukkan file dengan format heksa
(HEX)ke dalam mikrokontroller AT89S51.
blok rangkaian buzzer dan LCD
tegangan +5 Vdc, serta tegangan +12
Vdc pada blok relay.
SPI Flash Programmer adalah program
aplikasi yang dapat digunakan untuk
memprogram semua tipe AT89Sxx,
yakni
AT89S51/52/53/8252/8253.
Selain itu, program ini juga mendukung
beberapa tipe AVR lawas antara lain:
AT90S1200/2313/4433/8515/8535 dan
yang
terpenting,
program
ini
mendukung hampir semua AVR tipe
tiny dan mega. Jadi, satu program
untuk semua mikrokontroler ATMEL.
Data Hasil Pengujian dan Pengukuran
Sumber Tegangan yang Diharapkan
Tabel 1
Catu Daya pada
Rangkaian
IV. PENGUJIAN DAN
PEMBAHASAN
Sebelum rancangan instrumen ini di
coba secara keseluruhan maka diperlukan
pengujian pada masing-masing blok agar
lebih mempermudah menganalisa alat
sehingga hasilnya dapat sesuai dengan
yang diharapkan, yaitu kesesuaian antara
hasil perhitungan/hasil teori dengan hasil
pengukuran/pengujian.
1. Pengujian Sumber Tegangan
Pada pengukuran sumber tegangan
(catu daya) diperlukan sebuah multimeter
yang sebelumnya telah dipilih pada posisi
Voltmeter, untuk pengukuran tegangan DC
(direct current) digunakan voltmeter
khusus untuk tegangan DC, demikian pula
untuk tegangan AC (alternating current)
digunakan voltmeter untuk
sumber
tegangan AC, kemudian voltmeter ini
dihubungkan dengan catu daya yang akan
diukur. Untuk diperhatikan bahwa pada
tegangan DC harus terlebih dahulu
diketahui antara tegangan positif maupun
ground-nya, sehingga tidak salah dalam
meletakkan probe pada sumber tegangan
yang akan diukur. Pada pengukuran
sumber tegangan AC pemasangan probe
pada sumber tegangan bisa di bolak-balik.
Tegangan
yang
Diharapkan
Tegangan
Hasil
Pengukuran
Volt DC
Volt DC
+
-
+
-
Rangkaian
mikrokontroler
5
-
4,9
-
Rangkaian
Buzzer
5
-
4,9
-
Rangkaian
LCD
5
-
4,9
-
Rangkaian
Relay
12
-
11,85
-
2.
a.
b.
c.
d.
Pengujian Mikrokontroller
Pengujian rangkaian mikrokontroler
dilakukan dengan langkah sebagai
berikut :
Dibuat rangkaian 8 LED dengan anoda
ke +5V dan ditambah dengan resistor
220 Ω.
IC AT89S51 diberi tegangan +5V
LED dihubungkan dengan P1
Dibuat program dengan bahasa
assembler. Pada port P1 diberikan nilai
low.
Listing programnya sebagai
berikut :
Start :
Mov P0,#00h
Mov P1,#00h
Mov P2,#00h
Mov P3,#00h
Jmp Start
End
e. Jika LED menyala maka Port P1 IC
AT89S51 dalam keadaan baik.
Selanjutnya mengukur Port P0, P2 dan
P3 sama seperti penjelasan yang di
lakukan pada Port P1.
Pada instrumen ini dibutuhkan supply
tegangan sebesar +5 Vdc pada blok
rangkaian mikrokontroler dan pada
31
Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094
 Po.5 digunakan pada DB5
 P0.6 digunakan pada DB6
 P0.7 digunakan pada DB7
LCD character 2x16
Vcc
P1.0
P1.3
P1.7
RST
P3.0
A
T
8
9
s
5
1
P0.0
4
16
1
11
+5
P0.7
EA
P2.7
P3.7
X1
X2
P2.0
Gambar 4
Pengujian LCD Menggunakan Software
Kemudian software sederhana dibuat
untuk menguji LCD yang akan digunakan,
setelah software selesai dirancang dan di
uji cobakan pada simulator maka
dibutuhkan downloader seperti jenis ISP
yang digunakan dalam tugas akhir ini.
Berikut ini adalah contoh software yang
digunakan dalam menguji LCD:
Gambar Rangkaian Pengujian
Mikrokontroller
3.
Pengujian Rangkaian Keypad
Pengujian keypad adalah untuk
mengetahui apakah keypad yang ditekan
sesuai dengan data yang ditampilkan
dalam
LCD
dan
sesuai
dengan
perencanaan. Pengujian rangkaian Keypad
dilakukan dengan langkah sebagai berikut :
a. Memprogram mikrokontroler sesuai
dengan program pengujian keypad
b. Menyusun rangkaian pengujian keypad
c. Memberi masukan dengan menekan
salah satu tombol pada keypad
d. Mengamati tampilan LCD
Dim A As Byte
Do
Cls
Lcd " uji LCD."
Waitms 50
Lowerline
Waitms 10
Lcd " oleh CP."
Waitms 50
4.
Pengujian Rangkaian LCD
Tujuan pengujian LCD adalah untuk
mengetahui apakah rangkaian LCD dapat
menampilkan data atau karakter sesuai
dengan perencanaan. Pengujian rangkaian
LCD dilakukan dengan langkah sebagai
berikut :
Pada penggunaan bahasa basic penulis
menggunakan BASCOM 8051 sebagai
compiler-nya, dalam BASCOM 8051
inialisasi LCD scr otomatis akan tercompile tanpa harus kita merancangnya
terlebih dahulu, port yang akan digunakan
pada LCD ditentukan terlebih dahulu
sebelum membuat software-nya.
Port yang akan digunakan pada tugas
akhir ini adalah port 0, dengan perincian
sebagai berikut:
 P0.2 digunakan pada RS
 P0.3 digunakan pada E
 P0.4 digunakan pada DB4
For A  1 To 16
Shiftlcd Right
Waitms 50
Next
For A  1 To 16
Shiftlcd Left
Waitms 50
Next
Loop
Hasil pengujian menujukkan data
yang sesuai dengan apa yang dikehendaki.
5.
Pengujian Rangkaian Relay
Pengujian pada rangkaian relay bisa
disimulasikan menggunakan LED (light
emitting
dioda)
yaitu
dengan
menghubungkan rangkaian relay dengan
LED (light emitting dioda ) dan sebagai
inputan menggunakan transistor yang
difungsikan sebagai saklar. Tabel dibawah
ini merupakan hasil pengujian rangkaian
relay.
Tabel 2
Hasil Pengujian Rangkaian Relay
Input relay
output
high
nyala
mati
low
32
Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094
acuan yang digunakan adalah software
Timeleft yang dijalankan dikomputer.
Perbandingan waktu berdasarkan pada
tampilan software Timeleft dengan
tampilan LCD Programmable Timer.
6.
Pengujian Rangkaian Catu Daya
Rangkaian catu daya berfungsi untuk
mengubah tegangan AC 220V menjadi
tegangan DC. Catu daya yang digunakan
pada rangkaian ini memerlukan catu daya
yang
stabil
serta
harus
mampu
mengalirkan arus yang cukup untuk
rangkaian. Untuk itu digunakan IC
stabilizer LM7805 yang menghasilkan
tegangan DC sebesar 5 Volt dan 12 Volt
yang telah teregulasi dengan baik. Agar
keluaran IC LM7805 tersebut mampu
mengalirkan arus yang cukup untuk
rangkaian programmable timer maka
ditambahkan sebuah transistor daya tipe
2N3055.
Pengujian
pada
rangkaian
ini
dilakukan dengan menggunakan voltmeter.
Yaitu dengan menghubungkan rangkaian
dengan voltmeter.
Tabel 4
Tabel Pengujian Programmable Timer
No
Tabel 3
Pengujian Rangkaian Catu Daya
Catu Daya
pada
Rangkaian
Tegangan
yang
Diharapkan
Tegangan
Hasil
Pengukuran
Volt DC
Volt DC
+
-
+
-
Port I
12
-
12
-
Port II
5
-
5
-
7.
Seting
Protimer
Seting Timer
Acuan
Selisih
Waktu
1
10 detik
10 detik
0 detik
2
1 menit
1 menit
0 detik
3
5 menit
5 menit
0 detik
4
30 menit
30 menit
0 detik
5
1 jam
59 menit,
59 detik
1 detik
6
2 jam
1 jam,
59 mnt, 57dtk
3 detik
Berdasarkan tabel pengujian, selisih
antara tampilan waktu timer pada software
Timeleft dengan tampilan waktu timer pada
LCD Programmable Timer adalah lebih
presisi.
Pengujian
dilakukan
dengan
percobaan yaitu membandingkan dengan
rangkaian pewaktu lain yang dinilai lebih
akurat. Pengujian tersebut menggunakan
sebuah lampu pijar 5 Watt yang
dipasangkan pada keluaran Programmable
Timer. Setiap percobaan dilakukan dengan
menyalakan lampu pijar 5 Watt tersebut
untuk tiap-tiap waktu yang telah
ditentukan sebelumnya menggunakan
ProgrammableTimer (protimer) dan lama
cacahan waktu yang ditampilkan pada
LCD Programmable Timer dibandingkan
dengan timer acuan yang digunakan.
Berikut adalah tabel waktu sampel
pengujian alat dengan timer acuan. Timer
acuan yang digunakan adalah software
Timeleft yang dijalankan dikomputer.
Perbandingan waktu berdasarkan pada
tampilan software Timeleft dengan
tampilan LCD Programmable Timer.
Pengujian Rangkaian Keseluruhan
Pengujian
dilakukan
dengan
percobaan yaitu membandingkan dengan
rangkaian pewaktu lain yang dinilai lebih
akurat. Pengujian tersebut menggunakan
sebuah lampu pijar 5 Watt yang
dipasangkan pada keluaran Programmable
Timer. Setiap percobaan dilakukan dengan
menyalakan lampu pijar 5 Watt tersebut
untuk tiap-tiap waktu yang telah
ditentukan sebelumnya menggunakan
ProgrammableTimer (protimer) dan lama
cacahan waktu yang ditampilkan pada
LCD Programmable Timer dibandingkan
dengan timer acuan yang digunakan.
Berikut adalah tabel waktu sampel
pengujian alat dengan timer acuan. Timer
33
Jurnal Cendekia Vol 11 No 1 Jan 2013
ISSN 1693-6094
V. PENUTUP
A. Kesimpulan
Setelah melakukan pengukuran dan
pengujian, dapat disimpulkan bahwa alat
ini bekerja dengan baik, dengan penjelasan
sebagai berikut:
1. Keypad matrix 3X4 berfungsi memberi
input data waktu.
2. Mikrokontroller AT89S51 sebagai
pngendali utama yang memproses data
dari keypad dan dikeluarkan ke
rangkaian output.
3. Rangkaian output terdiri dari driver
relay
yang
digunakan
untuk
mengendalikan sistem elektrikal dan
ditampilkan pada LCD 2X16 karakter
M1632 dan buzzer sebagai indikator
bunyi saat pencacahan waktu telah usai.
B.
Saran
Saran-saran
dalam
pembuatan
Automatisasi Timer Penerangan Jalan
Umum
Dengan
Menggunakan
Mikrokontroller MCS 8051 sebagai
berikut:
1. Perlu adanya penambahan IC real time
supaya nantinya alat ini bisa real time,
sehingga selisih waktu kurang dari 1
detik bahkan 0 detik.
2. Jika arus beban peralatan elektronik
yang dikendalikan cukup besar, maka
pemilihan relay harus diperhatikan.
Gunakan relay dengan kontak yang
dapat mengalirkan arus beban yang
besar.
DAFTAR PUSTAKA
Erwanto, Danang. 2010. (http://kolomelka.blogspot.com/p/mikroprosesor.ht
ml)
Malvino, Albert. 1991. Prinsip-prinsip
Elektronika Dasar, Jilid 2, Edisi
ketiga. Jakarta: Erlangga
Ikhwanushofa, Seto, 2009. Perancangan
Prototipe Sistem Otomatisasi Buka
Tutup Palang Pintu Rel Kereta Api
Dengan
Menggunakan
IC
Mikrokontroler AT89S51. Skripsi.
Kediri: Universitas Islam Kadiri
Milman, J., Halkias. CM, Barmawi, Mo
Tjia. 1991. Elektronika Terpadu, Jilid
2. Jakarta: Erlangga
Yusuf, Muhammad, 2009. Prototipe
Sensor Parkir Mobil
Berbasis
Mikrokontroler AT89S51. Tugas
Akhir. Surakarta: Universitas Sebelas
Maret
34