BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar
Belakang Masalah
Pada musim penghujan saat ini
banyak bencana banjir dimana-mana, untuk memudahkan memonitori keadaan air
sungai yang ada di pintu bendungan sungai maupun pintu sungai, maka dibuatlah
alat flood sensor ini dengan tujuan untuk mendeteksi batas ketinggian kapasitas
air. Kepentingan untuk memilih alat ini, dikarenakan dapat diaplikasikan ke
dalam kehidupan sehari-hari seperti halnya pada pintu air aliran sungai yang
digunakan sebagai pendeteksi banjir dimana ketinggian air dihitung supaya air
tidak meluap keluar yang menyebabkan
terjadinya banjir.
Selain itu memudahkan petugas
penjaga pintu air aliran sungai agar bisa memberi tanda jika air sungai sedang
tinggi dan mempermudah menjalankan tugasnya apalagi saat ini hujan sering
terjadi yang suatu saat air dapat meluap sehingga menyebabkan banjir. Alat ini
juga banyak pengaplikasiannya baik untuk penampungan air yang ada di tiap rumah
agar meminimalisir air yang terbuang, selain itu juga masih banyak
pengaplikasiannya kedalam kehidupan sehari-hari, jadi alat ini sungguh berguna
jika diaplikasikan dengan baik dan benar.
Flood Sensor ini terdri dari
sederet lampu led yang terdiri dari tiga warna yakni warna hijau, kuning, dan
merah yang berguna sebagai penanda ketinggian air pada penampung air, selain
lampu led terdapat sebuah buzzer yang berguna sebagai penanda berupa suara
fungsi buzzer digunakan sebagai alarm. Namun dibalik semua komponen yang di
gunakan ada satu komponen elektronika yang sangat dominan dalam pembuatan
rangkaian ini adalah IC AT89C51, IC mikrokontroller yang berfungsi sebagai otak
untuk sistem kerja Flood Sensor.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 IC AT89C51
Mikrokontroler adalah salah
satu dari bagian dasar dari suatu sistem komputer. Meskipun mempunyai bentuk
yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe,
mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama. Secara sederhana,
komputer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan inputan yang diterima
dan program yang dikerjakan.
Seperti umumnya komputer,
mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksiinstruksi yang diberikan
epadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem
terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang
programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan yang
panjang dari aksiaksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang
diinginkan oleh programmer.
2.1.1 Mikrokontroller
MCS-51
Mikrokontroler 8051 merupakan
keluarga mikrokontroler MCS-51. Yang termasuk dalam keluarga MCS-51 adalah
mikrokontroler 8031 (versi 8051 tanpa EPROM), 8751, dan 8052. Keluarga MCS-51
memiliki tipe CPU, RAM, counter/ timer, port paralel, dan port serial yang
sama. Mikrokontroler 8051 diperkenalkan pertama kali oleh Intel corp. pada
akhir 1970. Mikrokontroler 8051 merupakan kontroller 8-bit yang mampu mengakses
64 Kbyte memory dan 64 Kbyte data memory (eksternal).
Pada awal perkembangannya, mikroprosesor dibuat berdasarkan kebutuhan
aplikasi yang lebih spesifik, dalam hal ini mikroprosesor dibagii menjadi
beberapa jenis, yaitu :
Mikroprosesor RISC (Reduced Instruction Set of Computing) dan CISC (Complex Instruction Set of Computing). Jenis ini yang digunakan untuk pengolahan informasi dengan perangkat lunak yang rumit dan digunakan untuk kebanyakan PC saat ini.
Pengolah Sinyal Digital, DSP (Digital Signal Processor). Memiliki perangkat lunak dan perangkat keras yang ditujukan untuk mempermudah proses pengolahan sinyal-sinyal digital. DSP digunakan pada perangkat audio dan video modern seperti VCD, DVD, Home Theatre dan juga pada kartu-kartu multimedia di computer.Dalam perkembangan yang begitu cepat, batasan-batasan tersebut menjadi kabur, seperti definisi mini, mikro dan mainframe computer. Beberapa mikrokontroller disebut embedded processor, artinya prosesor yang diberikan program khusus yang selanjutnya diaplikasikan untuk akumulasi data dan kendali khusus, serta bias diprogram ulang. Beberapa mikrokontroller modern juga dilengkapi dengan DSP atau terdapat pula mkrokontroler yang tergolong RISC seperti mkrokontroler AVR (Alf (Egil Bogen) and Vegard (Wollan) 's Risc processor).
Mikrokontroller adalah suatu chip yang dibuat
dengan cirri khasnya, umumnya adalah :
Memiliki memori yang relatif sedikit. Penggunaan mikrokontroller untuk keperluan instrumentasi khusus membuatnya tidak efisien jika menggunakan memori yang besar namun tidak terpakai.
Memiliki unit I/O langsung. Berbeda dengan mkrokomputer yang unit I/O-nya dapat dikonfigurasi lebih lanjut, mikrokontroller memiliki unit I/O yang terintregasi dan berhubungan langsung dengan mikroprosesornya.
Sedangkan dalam hal aplikasi, mikrokontroller
memiliki karakteristik sebagai berikut :
v
Program relatif lebih
kecil dari pada program PC.
v
Konsumsi daya kecil.
v
Rangkaian sederhana dan
kompak.
v
Murah, karena komponen
yang digunakan sedikit.
v
Unit I/O yang sederhana,
misalnya keypad, LCD, LED, latch.
v
Lebih tahan terhadap
kondisi lingkungan ekstrim misalnya temperatur, tekanan, kelembaban dan
sebagainya.
2.7 Power
AT89S51 dioprasikan pada tegangan power supplay +5V, pin VCC berad pada
pin 40 dan VSS (ground) pada pin 20.
Mikrokontroller tidak dapat bekerja bila tidak diberikan program
kepadanya, sistem kerja mikrokontroller dapat dirubah setiap saat sesuaii
dengan program yang diberikan kepadanya. Instruksi perangkat lunak berbeda
untuk masing-masing jenis mkrokontroler.
Mikrokontroller tidak dapat memahami instruksi yang berlaku pada
mikrokontroller jenis lain, contohnya Mikrokontroller buatan INTEL memiliki
intruksi yang berbeda dengan mikrokontroller buatan ZILOG.
Bahasa pemrograman yang digunakan untuk memprogram MCS51 adalah bahasa
assembler, bahasa assembler berkaitan erat dengan bilangan, bilangan tersebut
digunakan untuk pemberian alamat pada port dan registry.
2.9 Xtal (Kristal)
Mikrokontroler
keluarga MCS51 di dalamnya mempunyai rangkaian osilator (Build in). orang
sering menggunakan osilator sebagai sumber detak mikrokontroller dengan kristal
12 MHz. Sumber detak (clock) ini yang menentukan besarnya atau kecepat siklus
mesin yang di perlukan guna membaca setiap satu perintah.
Satu
siklus mesin akan menjalankan satu perintah mikrokontroler, tidak menutup
kemungkinan satu perintah membutuhkan dua siklus mesin. Apabila digunakan
kristal 12 MHz, maka waktu yang diperlukan setiap satu siklus mesin adalah 1
udetik.
Frekuensi kristal = 12
MHz
t = 1 / f
t = 1 / 12 MHz =
8,333333333-8
t = 8,333333333-8 x
1000000 = 0,083333333 udetik
sehingga satu periode
gelombang kotak
periode = 0,083333333
/ 2 = 0,04166 udetik
Satu
siklus mesin terbagi menjadi 6 kelompok dengan setiap satu kelompok membutuhkan
dua periode gelombang kotak, maka satu siklus mesin adalah :
satu siklus mesin = 0,083333333
x 2 x 6 = 1 udetik
2.10 Kapasitor
Kapasitor
(Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf “C”
adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi / muatan listrik di dalam medan
listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan
listrik. Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor
disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 yang artinya luas permukaan
kepingan tersebut.
Berikut
adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang
disederhanakan :
Tabel
2.10 konstanta bahan (k)
Udara vakum
|
K=1
|
Alumunium oksida
|
K=8
|
Keramik
|
K=100-1000
|
Gelas
|
K=8
|
Polyethylene
|
K=3
|
Untuk
rangkaian elektronik praktis, satuan farad adalah sangat besar sekali. Umumnya
kapasitor yang ada di pasaran memiliki satuan : µF, nF dan pF.
1 Farad = 1.000.000 µF (mikro
Farad)
1 µF = 1.000.000 pF (piko
Farad)
1 µF = 1.000 nF (nano Farad)
1 nF = 1.000 pF (piko Farad)
1 pF = 1.000 µµF (mikro-mikro
Farad)
1 µF = 10-6 F
1 nF = 10-9 F
1 pF = 10-12 F
Konversi
satuan penting diketahui untuk memudahkan membaca besaran sebuah kapasitor.
Misalnya 0.047µF dapat juga dibaca sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama
dengan 100pF.
Kapasitor
/ kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan
negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.
2.11 Light Emiting Diode (LED)
Yaitu
jenis dioda yang mampu menghasilkan cahaya apabila pada dioda tersebut bekerja
tegangan 1.8V dan arus listrik 1.5mA dengan arah forward bias / bias arus maju.
Arus listrik juga akan bekerja hanya pada arus bias maju. LED didesign dengan
rumah atau case dari bahan epoxy trasnparan. Warna cahaya yang dihasilkan dapat
dibuat sesuai dengan dopping bahan pada LED.
2.12 Resistor
Resistor
adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus
yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya
resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Dari hukum
Ohm yang diketahui bahwa resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang
mengalir melaluinya. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau
dilambangkan dengan simbol Ω ( Omega ). Jika Resistor tidak dialiri arus, maka
tegangan kedua ujungnya sama.
2.13 Buzzer
Fungsi
dari buzzer adalah sama seperti speaker , yaitu untuk menghasilkan suara, namun
buzzer hanya mampu untuk menghasilkan suara berfrekuensi tinggi, sedangkan
speaker mampu untuk menghasilkan suara dalam berfrekuensi tinggi dan rendah.
Rangkaian dalam Buzzer
Buzzer
merupakan komponen yang berisikan lilitan dan 3 batang kawat yang berbentuk
seperti switch. Apabila arus dialirkan, maka kumparan akan menghasilkan medan
magnetik , sehingga menarik kawat (K3), dan memutuskan kawat (K2) dengan kawat
(K1), tetapi kalau arus dimatikan, maka kumparan akan kehilangan medan
magnetnya sehingga kawat K3 akan terlepas dari kumparan, dan kawat K2
berhubungan dengan K1. Buzzer biasa dipakai pada alat-alat ringan yang
membutuhkan daya kecil.
2.14 IC
Regulator
IC
regulator adalah IC yang tujuannya mengatur atau merregulasi, agar suatu
tegangan menjadi tetap walaupun beban berubah dan tegangan input berubah.
2.15 Sensor
Sensor
adalah suatu alat atau rangkaian alat yang dipakai untuk merubah suatu besaran
tertentu menjadi besaran lain
dengan cara “merasakan / mendeteksi” dalam bahasa inggris disebut to sense.
Artinya jika pada suatu ketika ada sesuatu atau benda yang lewat pada
jangkauannya (terukur) maka sensor akan merasakan / mendeteksi sesuatu tersebut
tanpa harus mengetahui benda apa yang melewatinya. Kemudian setelah dia
merasakan atau mendeteksi maka hasilnya dikirim ke rangkaian selanjutnya untuk
dijadikan suatu referensi masukan pada rangkaian tersebut. Secara umum system
kerja sensor mirip dengan kerjanya suatu switch ada kondisi NO, NC dan Common.
Sensor
yang digunakan, yaitu rangkaian
sensor air merupakan jalur pcb yang dirangkai sangat berdekatan, namun tidak
terhubung, dan dilapisi timah agar tembaga jalur pcb tersebut tidak terkorosi
oleh air hujan nantinya. Ketika air hujan menggenangi jalur timah yang
berdekatan tersebut, maka jalur tersebut menjadi terhubung satu sama lain
dikarenakan sifat air sebagai konduktor yang baik.
2.16 Kabel Pelangi
Kabel
pelangi berfungsi untuk menghubungkan Jalur pada rangkaian – rangkaian dari PCB
matriks. Jalur pelangi juga bisa digunakan untuk menghubungkan Komponen – komponen dari jalur yang diletakan
berpisah dengan PCB.
BAB III
PERANCANGAN ALAT
3.1 Blok Diagram Cara Kerja Alat
PROSES
(AT89S51)
|
INPUT
(AIR)
|
OUTPUT
(LED)
(BUZZER)
|
AKTIVATOR
|
3.1.1 Blok Aktivator
Aktivator merupakan sumber tegangan. Sumber tegangan yang dipakai adalah baterai kotak 9V
kemudian baterai tersebut dihubungkan kerangkaian regulator sehingga
menghasilkan tegangan 5V.
3.1.2 Blok Input
Input
yang digunakan pada Fload Detector adalah
air. Saat air menyentuh sensor dengan ketinggian tertentu, bagian persimpangan sensor yang dihubungkan dengan port 2
akan terhubung dengan ground sehingga sensor akan bekerja.
3.1.3 Blok Proses
Begitu
air menyentuh sensor, AT89S51 beserta komponen-komponen akan berkerja sesuai
dengan program yang telah dibuat. Saat air
menyentuh persimpangan sensor paling bawah maka LED hijau akan menyala, saat
air mencapai persimpangan kedua maka LED kuning akan menyala, saat air mencapai
persimpangan ketiga maka LED merah akan menyala, dan saat air mencapai puncak
maka BUZZER akan berbunyi.
3.1.4 Blok Output
Setelah
adanya masukkan dari input dan diproses pada blok proses, selanjutnya dapat
dihasilkan output berupa nyalanya LED dan buzzer sesuai dengan ketinggian air
pada tangki.
3.2 Analisa Rangkaian
3.2.1 Rangkaian Regulator
Regulator
dibutuhkan untuk mengatur tegangan yang masuk pada mikrokontroler at89c51. Pada
saat battre dimasukan, tegangan yang keluar dari battre adalah 9V, sedang
mikrokontroler hanya membutuhkan 5V sehingga sebelum tegangan sampai ke
rangkaian mikrokontroler, terlebih dahulu disaring oleh regulator sehingga
input tegangan akan berubah menjadi 5V. Kapasitor dipasang pada input dan
output untuk mencegah terjadinya shock wave sehingga ketika input diputus
tegangan akan turun perlahan sampai 0. Berbeda jika tidak menggunakan kapasitor
maka ketika input di putus tegangan akan mendadak 0 secara tiba-tiba.
3.2.2 Rangkaian Minsys
Pada
rangkaian minsys, mikrokontroler at89c51 membutuhkan kristal sebagai clock agar
dapat bekerja. Sesuai ketentuan, kristal yang digunakan adalah kristal 12 Hz
yang di hubungkan secara paralel ke port 18 dan port 19 dan bagian lainnya
dihubungkan ke ground.
Sumber
tegangan yang merupakan keluaran dari rangkaian regulator kemudian disambungkan
menuju VCC pada port 40 dan EA pada port 31, pastikan tegangan pada jalur ini
adalah 5V.
Output
yang digunakan pada rangkaian ini berupa LED dan Buzzer. Sesuai ketentuan
dibutuhkan tiga buah LED dan satu buzzer sebagai output. LED dihubungkan ke
port 1, port 2, dan port 3 dengan bagian katoda terletak mengarah pada port
mikrokontroler sedang bagian anoda dipasang menuju port 31/ EA yang mengalir
5V. Sebelum anoda LED terhubung dengan EA harus dipasang resistor sebesar 330 ohm
yang berguna sebagai tahanan arus agar arus yang masuk menuju LED tidak
berlebih dan tidak merusak LED. Pada port 4 terhubung dengan buzzer sisi
negatif sedangankan buzzer sisi positif dihubungkan ke port 31 atau EA.
3.2.3 Rangkaian Sensor
Ada tiga bagian pada sensor, yang itu persimpangan 1(s1),
persimpangan 2(s2) dan persimpangan 3(s3) serta bagian seberang adalah Ground.
Pada saat airr diisi pada sebuah tangki, air akan menghubungkan setiap
persimpangan dengan ground. Ketika kedalaman air rendah maka akan terhubung
antara ground dan s1, ketika kedalaman air sedang maka akan terhubung antara
ground dan s2, serta ketika kedalaman air memuncak maka akan terhubung antara
ground dan s3.
3.2.4
Rangkaian Power
Rangkaian
ini berfungsi sebagai Power suplai dimana input tegangan yang dari baterai
masuk melalui Connector Power melewati IC Regulator 7805 dan keluaran output
dari IC Regulator 7805 yaitu 5 Volt jadi seberapa besar tegangan yang masuk
pada Connector Power jika melewati IC Regulator 7805 keluarannya akan 5 Volt
dan secara bersamaan juga LED Power aktif sebagai penanda bahwa Power Suplai
sudah diberi input tegangan.
3.5 Pengoperasian Alat
Pada aplikasi
mikrokontroller yang kami buat yaitu flood detection yang menggunakan IC
AT89C51 yang diprogram pada dasarnya tidak terbatas aplikasinya, dan dapat di
aplikasikan kedalam rangkaian elektronika sederhana maupun pada dunia industri
dan masih banyak untuk keluarga MCS-51. Pada aplikasi flood detection biasanya
diapikasikan untuk alat pendeteksi banjir yang di instalisasi di pintu
bendungan sungai dan pintu sungai yang tiap harinya bisa di kontrol. Flood
detection juga bisa diapikasihan ke rumah-rumah yang memiliki tangki
penyimpanan air agar jika saat pengisian tangki bisa meminimalkan air yang
menetes keluar tangki penampungan air.
Aplikasi mikrokontroller banyak digunakan di dunia industri dan
diintegrasikan dengan motor stepper yang biasanya digunakan untuk engsel robot.
Biasanya mikrokontroler digunakan sebagai sensor atau alat
yang sudah otomatis. Dalam rangkaian sederhana aplikasinya dapat diintregasikan
kedalam rangkaian sensor elektronika, sensor pengamanan, serta pendetektor suatu
satuan ukuran seperti suhu.
Cara kerja alat ini adalah jika
sensor1 terhubung dengan ground yang perantaranya air maka led merah menyala
artinya keadaan air masih dalam keadaan siaga, jika sensor2 terhubung dengan
ground yang perantaranya air maka led kuning menyala artinya air dalam keadaan
waspada, jika sensor3 terhubung dengan ground yang perantaranya air maka led hijau
menyala artinya air dalam keadaan awas, dan jika sensor4 terhubung dengan
ground yang perantaranya air maka semua led menyala dan buzzer berbunyi artinya
air dalam keadaan bahaya.
3.6 Hasil Uji Coba Alat
Pada saat ketinggian air berada
pada kondisi S1 (P2.6 terhubung dengan ground) maka LED merah menyala, saat
ketinggian air berada pada kondisi S2 (P2.4 terhubungdengan ground) maka LED
kuning menyala, Saat ketinggian air berada pada kondisi S3 (P2.2 terhubung
dengan ground) maka LED hijau menyala, Saat ketinggian air mencapai kondisi S4
(P2.0 terhubung dengan ground) maka semua LED menyala disertai dengan bunyi
buzzer untuk menandakan air hampir penuh pada tabung.
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
Saat air sudah mencapai batas
S1 maka led warna merah menyala. Saat air sudah mencapai batas S2 maka led
warna kuning menyala. Saat air sudah mencapai batas S3 maka led warna hijau
menyala. Saat air sudah mencapai batas S4 maka semua led dan buzzer akan
berbunyi. Untuk mendeteksi banjir dalam skala kecil.
4.2 Saran
Saat membuat proyek ini harus
teliti dan hati-hati dalam mengerjakannya. Jangan sampai ada jalur yang crash
karena apabila sampai crash akan terjadi Kereatifitas di nilai dalam proyek ini
Berhati-hati dalam menentukan tegangan aktifator