PENGISIAN TANGKI PENAMPUNGAN AIR DENGAN ...

PENGISIAN TANGKI PENAMPUNGAN AIR DENGAN MIKROKONTROLER AT89S51

MENGGUNAKAN TIMER DIGITAL DAN LCD M1632

Erick Yusana

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, Margonda Raya 100 Depok 16424 telp (021) 78881112, 7863788

Abstraksi : Pengisian tangki penampungan air dengan mikrokontroler AT89S51 menggunakan timer digital

dan LCD M1632 ini merupakan rancangan sistem yang dapat mengontrol banyaknya air yang masuk ke

dalam tangki penampungan air dan dapat memantau banyaknya air pada tangki penampungan air.

Perancangan pengisian tangki penampungan air dengan mikrokontroler AT89S51 menggunakan timer

digital dan LCD M1632 ini terdiri dari beberapa blok rangkaian. Diantaranya yaitu blok power supplay 9V,

blok matriks keypad 4x3, blok mikrokontroler dengan menggunakan AT89S51, blok LCD M1632 buatan

Hitachi, blok indikator yang terdiri dari beberapa LED yang disusun secara vertikal dan 2 buah output

mengunakan relay yang dihubungkan pada buzer dan pompa air.

Tanggal Pembuatan : Desember 2009

1. PENDAHULUAN Kemajuan teknologi pada zaman ini

sangat meningkat pesat. Terutama pada teknologi

yang menggunakan pengontrol otomatis. Hal ini

membuat manusia mudah menggunakannya dan

mengoperasikannya. Sehingga membuat

kehidupan menjadi lebih mudah. Dalam sistem

teknologi digital, semua hal diatur oleh device mikrokontroler yang mengendalikan suatu sistem.

Hal tersebut dapat ditemukan dan diterapkan

dalam kehidupan sehari - hari, antara lain di

industri, kampus, masyarakat dan di perkantoran.

Pada tempat - tempat penampungan air

pemilik tangki penampungan air tidak dapat

menentukan banyaknya air yang masuk ke tangki penampungan air dan untuk mengetahui

ketinggian permukaan air seringkali masih

memakai cara - cara manual, misalnya dengan

melihat dan melakukan pengukuran langsung pada

tangki penampungan air tersebut. Oleh karena itu

seiring dengan kemajuan teknologi, dari

kekurangan - kekurangan di atas penulis

berinisiatif untuk membuat suatu alat yang dapat

digunakan untuk menentukan banyaknya air yang

masuk ke tangki penampungan air dan dapat

memantau banyaknya air pada tangki

penampungan air.

Alat ini memiliki keypad 4x3 matrik yang

berfungsi untuk penekanan tombol pada seting

waktu atau timer yang akan dikontrol oleh

mikrokontroler AT89S51 kemudian ditampilkan

karakter dan angka ke dalam LCD M1632, pompa

air yang berfungsi untuk memompa air dan

indikator yang berfungsi untuk mengetahui level

air pada tangki penampungan air. Sehingga penulis memberikan judul penulisan tugas akhir

ini adalah “ Pengisian Tangki Penampungan

Air Dengan Mikrokontroler AT89S51

Menggunakan Timer Digital Dan LCD M1632 ”.

2. LANDASAN TEORI

2.1 Sistem Kontrol Loop Terbuka Sistem kontrol loop terbuka bekerja

sesuai dengan kondisi yang ditentukan sebelumnya. Sistem kontrol loop terbuka tidak

dapat melakukan koreksi terhadap dirinya, karena

tidak mempunyai feedback dari output. Contoh

dari sistem kontrol loop terbuka dapat dilihat pada

gambar 2.16.

Gambar 2.16 Diagram blok sistem kontrol loop

terbuka

2.2 Matriks Keypad 4x3 Sebuah keypad pada dasarnya adalah

saklar - saklar push button yang disusun secara

matriks. Saklar - saklar push button yang

menyusun keypad yang digunakan kali ini mempunyai 3 kaki dan 2 kondisi. Ketika saklar -

saklar push button itu hendak disusun menjadi

matriks keypad, maka satu kaki akan menjadi

indeks kolom, satu kaki menjadi indeks baris dan

satu kaki menjadi common. Satu misal akan

dibuat matriks keypad 4x3 ( 4 baris dan 3 kolom ),

maka konfigurasinya adalah sebagaimana terlihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Matriks keypad 4x3 [1]

2.3 LCD M1632 Hitachi M1632 LCD Module dapat

diakses secara 4 bit maupun 8 bit interface,

namun rutin - rutin built in program yang ada

pada Low Cost Mikro System sudah dirancang

untuk mengakses LCD Module ini secara 4 bit

interface. Dengan adanya sistem 4 bit interface

maka selain mereduksi jumlah port yang

digunakan juga mempermudah sistem wiring pada

PCB. Pada dasarnya akses dari mikrokontroller ke

Modul LCD ini terdiri dari 4 jenis sebagai

berikut:

a. Pengiriman Instruksi Register

b. Pembacaan Address Counter dan

Busy Flag

c. Pengiriman Data Register

d. Pembacaan Data Register

Gambar 2.10 Interfacing hitachi M1632 LCD

module ke latih 51 [7]

2.4 Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler AT89S51 adalah

mikrokontroler CMOS 8 bit dengan 4 KB Flash

Programmable and Erasable Read Only Memory

( PEROM ). Mikrokontroler berteknologi memori

non-volatile berkerapatan tinggi dari atmel ini

kompatibel dengan mikrokontroler MCS-51 (

seperti mikrokontroler 8031 yang terkenal dan

banyak digunakan beberapa waktu lalu ) yang

telah menjadi standar industri, baik dalam jumlah pin IC maupun set instruksinya. AT89S51

mempunyai 40 pin yang sesuai dengan

mikrokontroler 8031 dan memiliki susunan pin

seperti gambar 2.12.

Gambar 2.12 Penampang AT89S5X [5]

2.5 Transistor

Transistor merupakan device

semikonduktor yang memiliki tiga daerah operasi,

yaitu daerah aktif, daerah saturasi dan daerah cut

off. Pada daerah operasi aktif, transistor berfugsi

sebagai penguat ( amplifier ), sedangkan daerah

operasi saturasi dan cut off, transistor berfungsi

sebagai saklar elektronik. Tiga daerah operasi

pada transistor yaitu :

Tabel 2.1 Daerah operasi transistor [4]

2.6 Dioda

Ketika suatu sambungan dibentuk dari

bahan semikonduktor tipe-N dan tipe-P, perangkat

yang dihasilkan itu disebut dioda. Komponen ini

memberikan resistansi yang sangat rendah

terhadap aliran arus pada satu arah dan resistansi

yang sangat tinggi terhadap aliran arus, pada arah

yang berlawanan. Karakteristik ini

memungkinkan dioda untuk digunakan dalam

aplikasi - aplikasi yang menuntut rangkaian untuk

memberikan tanggapan yang berbeda sesuai dengan arah arus yang mengalir didalamnya.

_

_

_

+

+

+

P N

L a p i s a n s e r a p a n d i m a n a t i d a k

t e r d a p a t p e m b a w a m u a t a n b e b a s

Gambar 2.3 Dioda sambungan P-N [4]

2.6.1 LED ( Light Emiting Diode ) Energi dibutuhkan untuk membentuk

pasangan hole-elektron, energi akan dilepaskan

pada waktu elektron bergabung dengan hole,

energi yang dilepaskan, waktu elektron jatuh dari

pita konduksi ke pita valensi, muncul dalam

bentuk radiasi. Dioda yang demikian disebut

Light Emiting Diode ( LED ), walaupun radiasi

terutama berada di daerah infra merah. Untuk

mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor,

doping yang dipakai adalah galium, arsenik dan

fosfor. Jenis doping yang berbeda menghasilkan

warna cahaya yang berbeda pula.

Gambar 2.5 Simbol LED [4]

2.7 Relay Relay adalah suatu saklar ( switch )

elektrik yang bekerja berdasarkan medan magnet. Susunan kontak pada relay adalah :

a. Normally Open : relay akan menutup bila

dialiri arus listrik.

b. Normally Close : relay akan membuka

bila dialiri arus listrik.

c. Change over : relay akan memiliki

kontak tengah yang

akan melepaskan diri

dan membuat kontak

lainnya berhubungan.

Gambar 2.13 Simbol relay [4]

2.8 Motor Induksi Satu-Fase Jika tegangan satu-fase dikenakan pada

lilitan stator motor induksi satu fase arus bolak-

balik akan mengalir dalam lilitan tersebut. Arus

stator ini membangkitkan medan yang serupa

dengan yang ditunjukkan dalam gambar 2.14.

Selama setengah siklus dimana arus stator sedang

mengalir seperti arah yang ditunjukan kutub

selatan terbentuk pada permukaan stator di A dan kutub utara di C. Selama setengah siklus

berikutnya, kutub stator dibalik. Walaupun kuat

medan

Gambar 2.14 Medan stator berdenyut sepanjang

garis AC. Tidak ada kopel yang dihasilkan

No Kondisi Dioda B/E Dioda B/C

1 Cut Off

(OFF)

Bias

Reverse

Bias

Reverse

2 Saturasi

(ON)

Bias

Forward

Bias

Forward

3 Aktif Bias

Forward

Bias

Reverse

A B

3. PEMBUATAN ALAT DAN HASIL

PENGAMATAN

3.1 Pembuatan Alat Pembuatan alat pengisian tangki

penampungan air dengan mikrokontroler

AT89S51 menggunakan timer digital dan LCD

M1632 ini terdiri dari beberapa buah blok

rangkaian yang memiliki fungsi dan cara kerjanya

masing - masing.

Gambar 3.1 Blok diagram pengisian tangki



M1632

3.1.1 Power Supplay

Pada blok power supplay ini digunakan

AC – DC converter dengan nama produk DS.

Power supplay ini mempunyai karakeristik

diantaranya sebagai berikut :

a. Tegangan ( AC ) masukannya adalah

110 V sampai 220 V.

b. Tegangan ( DC ) keluarannya adalah 3 V sampai 13,8 V.

c. Frekuensi 60 Hz.

d. Arus 5 A.

Gambar 3.3 Power Supplay

3.1.2 Regulator Tegangan 5 V

Untuk blok regulator tegangan 5 V ini

digunakan IC dengan tipe LM 7805. IC ini

mempunyai tegangan input 35 V, untuk Vo = 5 V

sampai dengan 18 V.

Gambar 3.4 LM 7805

3.1.3 Matriks Keypad 4x3

Untuk blok matriks keypad 4x3

digunakan keypad dengan jumlah tombol 12

buah. Adapun karakteristik dari keypad tersebut

adalah sebagai berikut:

a. Memilki tujuh keluaran pin yang akan

masuk ke mikrokontroler.

b. Ukuran fisiknya : Memiliki tombol

angka 0 sampai angka 9, tombol ‘ * ’

dan tombol ‘ # ’.

c. Ruang 4x3 adalah 4 baris dan 3

kolom.

d. Untuk tombol angka 1 adalah F9h

dengan posisi baris 1 dan kolom 1. e. Untuk tombol angka 2 adalah FCh

dengan posisi baris 1 dan kolom 2.

f. Untuk tombol angka 3 adalah FDh


g. Untuk tombol angka 4 adalah BBh


h. Untuk tombol angka 5 adalah BDh


i. Untuk tombol angka 6 adalah AFh


j. Untuk tombol angka 7 adalah DBh dengan posisi baris 3 dan kolom.

k. Untuk tombol angka 8 adalah DEh


l. Untuk tombol angka 9 adalah CFh


m. Untuk tombol tanda ‘ * ’ adalah F3h

dengan posisi baris 4 dan kolom 1. n. Untuk tombol angka 0 adalah F6h


o. Untuk tombol tanda ‘ # ’ adalah E7h


Gambar 3.4 Rangkaian matriks keypad 4x3

3.1.4 Display

Untuk bagian blok display ini adalah

mengunakan sebuah LCD Hitachi M1632 ukuran

16x2 yang artinya 16 baris dan 2 kolom. Adapun

karakteristik dari LCD hitachi M1632 adalah :

a. Suplay tegangan Vcc minimal 4,2 V

dan maksimal 4,8 V. b. Suplay tegangan logik adalah 4,5 V

untuk minimum sampai 5,5 V untuk

maksimum.

c. Ukuran suhu operasi minimal 0° C

dan maksimal 50° C.

d. Tegangan masukan kondisi high-nya

adalah 2,2 V sampai 5 V.

e. Tegangan masukan kondisi low-nya

adalah 0,6 V.

f. Tegangan keluaran kondisi high-nya

adalah 2,4 V.

g. Tegangan keluaran kondisi low-nya

adalah 0,4 V.

h. Arus yang di-suplay-nya adalah 1,2

mA.

Gambar 3.5 LCD hitachi M1632 yang

dihubungkan ke AT89S51

3.1.5 Mikrokontroler AT89S51 Untuk blok mikrokontroler AT89S51

mengunakan IC program buatan

perusahan ATMEL yang memiliki jenis atau fitur yang sama dengan mikroprosesor 8051. Adapun

karakteristik dari mikrokontroler AT89S51 adalah

sebagai berikut :

a. Suplay tegangan Vcc minimal 4,8

V dan maksimal 5,2 V.

b. RAM internal-nya 128 byte. c. Flash memorinya 4 Kbyte.

d. Lima buah jalur interupsi ( dua buah

interupsi eksternal dan tiga

buah interupsi internal ).

e. Empat buah programable port

I/O yang masing - masing terdiri

dari delapan buah jalur I/O.

f. Sebuah port serial dengan kontrol

serial full duplex UART.

g. Kemampuan untuk melaksanakan

operasi aritmatika dan operasi

logika.

h. Kecepatan dalam melaksanakan

instriksi per siklus 1 mikro detik

pada frekuensi 12 MHz.

Gambar 3.6 Rangkaian mikrokontroler AT89S51

3.1.6 Driver

Untuk blok driver ini digunakan relay

dengan tipe HRS4(H). Relay ini mempunyai

tegangan maksimal 12 V DC dan hambatan

dalamnya sebesar 400 Ω ( +/- 10 % ).

Gambar 3.8 HRS4(H) relay

3.1.7 Buzer dan Pompa Air

Untuk blok buzer dan blok pompa air ini

digunakan transistor dengan tipe BD139.

Transistor ini mempunyai karakteristik

diantaranya sebagai berikut :

a. Tegangan kolektor-basis

maksimalnya adalah 80 V. b. Tegangan kolektor-emitor

maksimalnya adalah 80 V.

c. Tegangan emitor-basis

maksimalnya adalah 5 V.

d. Arus kolektor maksimalnya

adalah 3 A.

e. Hfe atau ß nya adalah 40-160.

Gambar 3.7 Rangkaian buzer dan pompa air

3.1.8 Indikator Level Air

Blok indikator ini terdiri dari 10 LED

berwarna putih yang disusun secara vertikal.

Susunan LED tersebut menunjukan level air pada tangki penampungan air. Apabila level air pada

tangki penampungan air dalam keadaan penuh,

maka semua LED berwarna putih akan menyala

dan apabila semakin surut, maka LED yang

menyalapun semakin berkurang ke bawah.

Sebaliknya bila level air pada tangki

penampungan air semakin tinggi, maka LED yang

menyala semakin bertambah ke atas.

Gambar 3.8 Indikator level air

3.2 Pengendali

Pengendali yang digunakan pada alat ini berupa sebuah development system, yaitu sebuah

modul yang dapat digunakan untuk men-

download program ke IC mikrokontroler untuk

langsung dirangkai dengan perangkat keras tanpa

melepas IC tersebut.

Gambar 3.9 Download program ke sebuah

development system

3.3 Flowchart

Untuk mendapatkan penjelasan yang lebih lengkap dari alat pengisian tangki



M1632 ini dapat dilihat dari gambar 3.10 diagram

alur ( flowchart ).

Gambar 3.10 Flowchart rangkaian pengisian

tangki penampungan air dengan mikrokontroler


M1632

3.4 Hasil Pengamatan

Pada blok mikrokontroler AT89S51

memiliki rangkaian reset yakni pada pin 9. Proses

reset merupakan proses untuk mengembalikan

sistem ke kondisi semula. Reset tidak

mempengaruhi internal program memori. Reset

terjadi jika pin 9 atau reset bernilai high selama 2

machine cycle lalu kembali bernilai low.

Gambar 3.11 Rangkaian reset

4. UJI COBA DAN ANALISA ALAT

4.1 Uji Coba Uji coba alat pengisian tangki



M1632 ini bertujuan untuk mengetahui kinerja

dari alat yang dibuat.

4.1.1 Waktu Yang Diperlukan Pompa Saat

Pengisian Tangki Penampungan Air

Dan Pengamatan Indikator Level Air Proses pengambilan waktu yang

diperlukan pompa saat pengisian tangki

penampungan air dan pengamatan indikator level

air dilakukan dengan cara sebagai berikut :

1. Menyalakan catu daya dengan menekan switch power supply ke arah ON.

2. Alat pengisian tangki penampungan air

dengan mikrokontroler AT89S51

menggunakan timer digital dan LCD

M1632 siap digunakan.

3. Buzer berbunyi aktif untuk beberapa detik

yang menandakan alat siap dipakai.

4. Setelah buzer tidak berbunyi lagi,

kemudian mengeset waktu untuk uji coba

sesuai yang diinginkan dengan

menggunakan matriks keypad 4x3.

5. Mengamati waktu, pompa air, buzer dan

perubahan pada masing - masing LED

indikator yang terdapat pada unit display

bersama dengan keadaan air ( tingkat

6. kedalaman air di dalam model tangki penampungan air ).

7. Mencatat waktu yang diperlukan untuk

mendapatkan ketinggian level air yang

diinginkan pada tangki penampungan air.

8. Mematikan alat.

4.1.2 Durasi Buzer Dari Bunyi Sampai Mati Proses pengambilan data dengan

melakukan 10 kali pengamatan durasi bunyi buzer

sampai mati menggunakan stopwatch.

1. Menyalakan catu daya dengan menekan

switch power supply ke arah ON.

2. Buzer berbunyi untuk beberapa detik

yang menandakan alat siap dipakai.

3. Setelah buzer tidak berbunyi lagi,

kemudian mengeset waktu selama 3 detik

dengan menggunakan matriks keypad

4x3.

4. Saat buzer bunyi penghitungan waktu

mulai dilakukan dengan stopwatch hingga buzer mati.

5. Untuk mengembalikan alat pengisian

tangki penampungan air dengan

mikrokontroler AT89S51 menggunakan

timer digital dan LCD M1632 ke kondisi.

4.2 Hasil Uji Coba Setelah dilakukan uji coba maka didapat

hasil dari uji coba tersebut.

4.2.1 Hasil Waktu Yang Diperlukan Pompa

Saat Pengisian Tangki Penampungan

Air Dan Pengamatan Indikator Level

Air

Adapun hasil pengambilan waktu yang diperlukan pompa saat pengisian tangki

penampungan air dan pengamatan indikator level

air dapat dilihat pada tabel 4.1 untuk waktu yang

diperlukan pompa saat pengisian tangki

penampungan air dan tabel 4.2 untuk indikator

level air.

10µF

8K2

Vcc

A

T

8

9

S

5

1

9

RST

Vcc

Tabel 4.1 Tabel data pengamatan waktu yang diperlukan pompa saat pengisian tangki penampungan air

No Level Waktu Yang

No Level Waktu Yang

Air Diperlukan Air Diperlukan

1 L0 - L1 15 detik 29 L3 - L5 35 detik

2 L0 - L2 32 detik 30 L3 - L6 53 detik

3 L0 - L3 48 detik 31 L3 - L7 1 menit 11 detik

4 L0 - L4 1 menit 05 detik 32 L3 - L8 1 menit 29 detik



7 L0 - L7 1 menit 59 detik 35 L4 - L5 18 detik






13 L1 - L4 50 detik 41 L5 - L6 18 detik







20 L2 - L3 16 detik 48 L6 - L9 54 detik


22 L2 - L5 50 detik 50 L7 - L8 18 detik






28 L3 - L4 17 detik

Tabel 4.2 Tabel data pengamatan indikator level air

Level

Air Display LED putih

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 ON ON ON ON ON ON ON ON ON ON

9 ON ON ON ON ON ON ON ON ON OFF

8 ON ON ON ON ON ON ON ON OFF OFF

7 ON ON ON ON ON ON ON OFF OFF OFF

6 ON ON ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF

5 ON ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF OFF

4 ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF

3 ON ON ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF

2 ON ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF

1 ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF

0 OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF

4.2.2 Hasil Durasi Buzer Dari Bunyi Sampai Mati Adapun hasil pengamatan yang dilakukan dengan melakukan 10 kali pengamatan durasi bunyi buzer

sampai mati menggunakan stopwatch dapat dilihat pada tabel 4.4.

Tabel 4.3 Hasil pengataman durasi buzer dari bunyi sampai mati

Percobaan Durasi buzer dari

bunyi sampai mati

1 4,424 detik

2 4,475 detik

3 4,463 detik

4 4,417detik

5 4,490 detik

6 4,471 detik

7 4,456 detik

8 4,441 detik

9 4,412 detik

10 4,411 detik

4.2.3 Hasil Perhitungan Kondisi Output Pada Buzer Dan Pompa Air Adapun hasil perhitungan kondisi output pada buzer dan pompa air yang dilakukan dapat dilihat

pada tabel 4.5.

Tabel 4.4 Perhitungan kondisi output pada buzer dan pompa air

5. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil uji coba dapat disimpulkan bahwa perancangan dan pembuatan alat pengisian tangki

penampungan air dengan mikrokontroler AT89S51 menggunakan timer digital dan LCD M1632 ini

berfungsi dengan baik. Model tangki penampungan air dapat diisi air sesuai waktu penyetingan.

5.2 Saran

Dalam penulisan ini, penulis menyarankan bagi yang telah membaca penulisan ini agar bisa mengembangkan alat ini. Alat ini juga dapat dikembangkan, misalnya pada mesin pengisian air isi ulang dan

mesin pengisian bahan bakar. Karena inti sistem kerja alat ini sama dengan kedua contoh alat di atas.

Tegangan P2.0

Dan P2.1

Arus Input

IB (mA)

Kondisi

Transistor

VCE

Kondisi

Relay

Kondisi Buzer

Dan Pompa Air

3,91 V (High) 0,214 0,1 V NO → NC ON

1,02 V (Low) 0,021 7,02 V NC → NO OFF

DAFTAR PUSTAKA

[1] Paulus Andi Nalwan, “Teknik Pemrograman dan Antarmuka Mikrokontroler AT89C51”,

Edisi pertama, Penerbit Elex Media Komputindo, Jakarta 2003.

[2] Atmel International, “AT89C51” datasheet, www.atmel.com, 2009.

[3] IC Datasheats, http://www.alldatasheats.com, April 2009.

[4] Mike Tooley, BA, “Rangkaian Elektronika Prinsip dan Aplikasi”,

Erlangga,2002.

[5] Agfianto Eko Putra, “ Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori Dan Aplikasi” , Edisi Kedua, Penerbit Gava Media, Jogyakarta 2004.

[6] Budiharto Widodo dan Sigit F, ”Elektronika Digital dan Mikroprosesor”, Penerbit Andi,

Yogyakarta, 2005.

[7] Paulus Andi Nalwan, “Penggunaan Dan Antarmuka Modul LCD M1632”, Edisi pertama,

Penerbit Elex Media Komputindo, Jakarta 2004.

[8] Malvino, ”Prinsip-Prinsip Elektronik”, Salemba Teknik, Jakarta, 2003.

PENGISIAN TANGKI PENAMPUNGAN AIR DENGAN ...

Documents

Transcript of PENGISIAN TANGKI PENAMPUNGAN AIR DENGAN ...