Minggu, 28 Juli 2013

Flood Detector


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
       








Tidak ada komentar:

Posting Komentar