SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

RANCANG BANGUN ALAT UKUR DIGITALKEMIRINGAN BENDA MENGGUNAKAN TILT SENSOR

BERBASIS MIKROKONTROLER MC68HC908QB8

SUYAMTO*, YUSUF AZIZAMRULLOH** , ISFAHANIABDULLAH**

*Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATANJl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281Telepon 0274-484085,489716, Faksimili 0274-489715

**Fakultas Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro,

Kampus Terpadu VII, Jl. Kaliurang KM 14, Yogyakarta

Abstrak

RANCANG BANGUN ALAT UKUR DIGITAL KEMIRINGAN BENDA MENGGUNAKAN TILTSENSOR BERBASIS MIKROKONTROLER MC68HC908QB8. Telah dibuat alat ukur digital kemiringansuatu benda berbasis mikrokontroler MC68HC908QB8. Pada saat ini kebanyakan pengukuran terhadapkemiringan benda masih dilakukan dengan menggunakan waterpas yang merupakan alat ukur kemiringanmanual dan analog. Dengan alat tersebut pengukuran dirasakan kurang praktis dan kurang akurat. Untukitu dirancang dan dibuat alat ukur kemiringan secara digital menggunakan tilt-sensor tipe 0717-4304-99"MCL" Dual Axis. Sistem pengendali yang digunakan dalam perancangan alat ukur ini adalahmikrokontroler MC68HC908QB8. Mikrokontroler tersebut mempunyai ADC 10 bit sehingga data hasilkonversi dapat lebih presisi. Disamping itu alat yang dirancang tersebut juga dilengkapi dengan penampilLCD 16 x 2 karakter untuk menampilkan sudut kemiringan yang terukur. Sensor kemiringan bekerja denganmasukan tegangan AC dengan frekuensi sebesar 50 Hz. Tegangan keluaran dari sensor dikonversi ke datadigital dengan menggunakan ADC 10 bit yang dimiliki mikrokontroler MC68HC908QB8. Data digital hasilkonversi ADC diubah menjadi data dalam bentuk derajat dan ditampilkan pada LCD dengan ketelitian 2angka di belakang koma. Dari rancang bangun yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa alat pengukurkemiringan dapat berfungsi secara baik dengan jangkau pengukuran dari -60 sampai +60 derajat padasetiap perubahan sebesar 5 derajat, sedangkan penyimpangan pengukuran terkecil terjadi bila meterdioperasikan pada suhu lingkungan sebesar 28°C

Kata kunci: tilt, mikrokontroler, ADC

Abstract

THE DESIGN OF DIGITAL SLOPING OBJECT METER USING TILT SENSOR BASED TO THE

MICRO-CONTROLER MC68HC908QB8. The design of tilt meter based to the microcontrollerMC68HC908QB8 has been carried out. At present much measrurement of sloping object uses manual and ananalog water-pass meter which is not practice and less accurately. To solve this problem was designeddigital sloping meter use Dual Axis tilt sensor 0717-4304-99 "MCL" type. In this design is usedmicrocontroller MC68HC908QB8 as a control system which has ADC 10 bits so that the convertion resultwill be more precission. The meter is complited by LCD 16x 2 characters to display the measured slopingdegree. The input supply of tilt sensor is 50 Hz AC voltage and its output voltage is converted to the digitalform by using of 10 bit ADC in the microcontroller MC68HC908QB8. The digital data then converted to thedegree data and displayed at LCD. From the design which has been carried out, it is known that the metercan be operated in have a good function. The range of measurement is from -60 up to +60 degrees by eachdifferences measurent of 5 degrees. The smallest deviation is occur.if meter is operated at the ambienttemperature of2~C.

Key word. : tilt sensor, mikrokontroler, ADC

Suyamto dkk. 395 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN

SEMINARNASIONALIISDMTEKNOLOGINUKLIR

YOGYAKARTA,21-22 DESEMBER2006ISSN 1978-0176

PENDAHULUAN Input AC

R3

Sensor

Gambar 1. Rangkaian Tilt Sensor

-45 -25 -5 15 35 55 75

Sl!IllJ (DC)

Gambar 2 Hubungan Antara Suhu dan ImpedansiSensor,

-, .""' ..- ~.- -. ,-.-1-1\ I

\, I\, '"

""-""""'-j.", II~._,-., --.j

Mikrokontroler MC68HC908QB8

Mikrokontroler yang digunakan dalamperancangan ini adalah mikrokontrolerMC68HC908QB8 merupakan mikrokontroler 8bit keluarga M68HC08 yang memiliki kapasitasflash memori sebesar 8 Kbytes dan 256 memoriRAM. Mikrokontroler ini juga mempunyai 14bit bidirectional input/output (VO), 4 channel,16 bit timer interface (TIM), 10 channel, 10 bitanalog to digital converter (ADC), 6 bitkeyboard interrupt (KBI), 2 bit untukkomunikasi serial (SCI), 4 bit serial peripheralinterface (SPI), dan 1 bit external asynchronousinterrupt pin (IRQ).

Dengan bentuknya yang kecil tetapimempunyai fasilitas yang lengkap untukkepentingan perancangan perangkat

{I

50

250

r;, '00z ~ _.;: § 1500__ 0~ ~ 100~

Dari Gambar 2 dapat dilihat hubunganSuhU terhadap impedansi keluaran sensorkemiringan, dimana semakin kecil suhu sensormaka impedansi keluarannya akan semakinbesar. Dalam hal ini, untuk menanganiketidaklinearannya perlu dibuatkan perangkatlunak tambahan.

300

LANDASAN TEOR!

Saat ini pengukuran besaran derajatkemiringan benda masih menggunakanperalatan manual atau analog yaitu denganmenggunakan waterpas. Waterpas adalah alatyang digunakan untuk melihat kemiringanbenda terhadap permukaan tanah denganmelihat posisi gelembung air pada tabungcairan. Tabung cairan dipasang pada tiga posisiyaitu mendatar, tegak lurns dan miring.Pengukuran dengan metode ini dipandangkurang efisien terutama bagi orang yangmenderita kelainan visual. Untuk itu masihdiperlukan perangkat instrumentasi untukmengukur kemiringan (tilt) yang mampumenampilkan hasil pengukurannya denganangka yang ditampilkan pada display.

Pembuatan perangkat digital untukmengukur kemiringan secara digital saat inisangat dimungkinkan dengan adanya tilt sensor.Dengan memadukannya dengan sebuahprosesor maka dapat dirancang sebuah alat ukurkemiringan digital.

Sensor Kemiringan

Sensor kemiringan yang digunakanadalah tipe 0717-4304-99 "MCL" Dual Axis,Wide Angle, Electrolytic Tilt Sensor dimanarangkaiannya ditunjukkan pada Gambar 1.

Agar dapat beketja sensor inimemerlukan input sinyal AC dengan frekuensi50Hz dan tegangan 6V. Besaran kemiringandapat diukur pada keluaran Eout. Resistor R2dan R3 merupakan resistor balance. Sensor inimampu mengukur sudut kemiringan antara ­600 sampai +600 dan repeatability sebesar ±0,1 derajat. Pada Gambar 2.2 ditunjukkan grafikhubungan antara suhu dan impedansi sensor.

Apabila suhu berubah maka sifat cairanelektrolit juga berubah. Hal ini akanmengakibatkan berubahnya impedansi cairansehingga tegangan keluaran juga berubah,dengan demikian kemiringan juga berubah(Gambar 1).

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN 396 Suyamto dkk.

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006lSSN 1978-0176

instrumentasi, maka mikrokontroler ini coeokdigunakan untuk aplikasi ini.

PERANCANGAN

Perangkat Keras

Seeara umum diagram blok alatpengukur kemiringan benda berbasismikrokontroler MC68HC908QB8 ditunjukkanGambar 3.

Prinsip kerja dari alat ukur kemiringantersebut adalah sebagai berikut. Sensorkemiringan (tilt sensor) bekerja denganmasukan tegangan AC dengan frekuensisebesar 50 Hz. Kemudian keluaran dari sensorkemiringan dihubungkan dengan input ADCdari mikrokontroler MC68HC908QB8 yangmerupakan ADC 10 bit. Data kemiringantersebut dibaea dan diolah oleh mikrokontroler,kemudian ditampilkan pada LCD dalam satuanderajat. Rangkaian alat pengukur kemiringanbenda ditunjukkan pada Gambar 4.

Sensor

kemrringanPenyearah

Mikrokontroler

MC68HC908QB8

Penampil(LCD)

Gambar 3: Diagram blok tilt-meter

Gambar 4. Rangkaian Alat Ukur Kemiringan

Dari Gambar 4 di atas dapat dijelaskanbahwa sensor kemiringan (tilt sensor) disuplaitegangan AC dengan frekuensi 50 HZ.Tegangan AC ini didapat dari trafo step-downdengan tegangan keluaran sebesar 6 Volt.Karena input ADC mikokontrolerMC68HC908QB8 memerlukan tegangan DCmaka tegangan AC keluaran dari tilt sensorharus disearahkan lebih dule denganmenggunakan penyearah dioda bridge agardiperoleh gelombang penuh.

Jadi dioda bridge D2 pada Gambar 4digunakan sebagai penyearah, sedangkan diodazener D 1 digunakan untuk membatasi teganganyang masuk ke input ADC maksimum sebesar 5

Volt. Pada rangkaian mikrokontrolerMC68HC908QB8 tidak terdapat rangkaianosilator dan power-on reset karena keduarangkaian tersebut sudah dibangkitkan seearainternal. Port B (pTB7-PTBO) digunakansebagi jalur data LCD, sedangkan PTA4digunakan untuk memilih register data/perintahLCD dan PTA5 dihubungkan ke pin E LCD.Pada peraneangan perangkat keras juga dibuateatu daya untuk mikrokontroler dan LCDseperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Padaeatu daya tersebut digunakan 2 buah trafountuk meneatu tegangan AC 6 V dan teganganDC 5 V. Tegangan AC 6 Vdigunakan untukmenyuplai sensor kemiringan sedangkan

Suyamto dkk. 397 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN

tegangan DC 5 V digunakan untuk meneaturangkaian mikrokontroler dan LCD. Rangkaianeatu daya seperti pada Gambar 5.

Pada Gambar 5, transformator CT (Tl)digunakan untuk suplai tegangan DC dantransformator (T2) digunakan untuk suplai

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

tegangan AC. Dioda D4 dan D5 merupakandioda penyearah gelombang penuh trafo CTsehingga tengan keluaran dari dioda menjaditegangan DC kapasitor C3 dan C4 digunakansebagai perata tegangan sedangkan IC LM7805adalah IC regulator tegangan +5V011.

V1Ke inputTiltSenscr

VIN VOUT

TRf\NSFORMERCT

Gambar 5: Untai Catu Daya

'ICG

C4

410uF

Perangkat Lunak

Program dibuat dalam bahasa assemblyMotorola. Diagram alir progam utama dari tiltmeter ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar6. DiagramAlirProgramUtama

Dari diagram alir di atas dapat dijelaskanbahwa setelah dilakukan inisialisasi programyang meliputi inisialisasi memori, inisialisasiLCD dan inisialisasi ADC maka program akanmenunggu apakan ADC sudah selesaimelakukan konversi apa belum dengan melihat

logika bit COCO dari register ADSCR. Jika bitCOCO berlogika 0 berarti data belum selesaidikonversi maka tunggu sampai selesai, Namunjika bit COCO berlogika 1 berarti data sudahselesai dikonversi dan selanjutnya programakan membaea data dari register ADRH danADRL. Data tersebut kemudian dikonversimenjadi data derajat yang kemudianditampilkan pada LCD. Proses tersebut di atasdilakukan berulang-ulang.seperti yangditunjukkan pada lampiran diagran alir konversidata ADC ke data derajat

PENGUJIAN, HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil raneang bangun perangkat kerasdari peralatan ditunjukkan padal Gambar4.Setelah perangkat keras dan perangkat lunakselesai dibuat kemudian dilakukan beberapapengujian. Pengujian yang dilakukan adalah ujitegangan keluaran sensor yang akandimasukkan ke ADC, uji ketahanan alatterhadap suhu lingkungan karena impedansi tilt­sensor dipengaruhi oleh suhu dan uji linieritas.

Dari pengujian tegangan keluaran sensordi beberapa titik pada Gambar 4 diperolehbentuk gelombang seperti ditunjukkan padaGambar 7.

Dari pengujian pengukuran kemiringanpada berbagai suhu lingkungan diperoleh hasilyang berbeda-beda. Hasil pengamatanditunjukkan pada Tabel 1

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN 398 Suyamto dkk.

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Gambar 7. Bentuk Gelombang dan Besar TeganganPada Input dan Output Sensor

.Dari Tabel 1 dapat dilihat bahwasemakin kecil suhunya maka tegangankeluarannya juga semakin keci!. Hal ini sarnadengan seperti yang telah dijelaskansebelumnya bahwa semakin kecil suhu sensormenyebabkan impedansi sensor akan semakinbesar sehingga tegangannya akan semakinkeci!. Grafik tanggapan tilt meter yang dibuatberupa derajat kemiringan sebagai fungsikeluaran tegangan ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8: Grafik Hubungan Derajat KemiringanTerhadap Tegangan Sensor

Tabell. Respon Tegangan Keluaran SensorTerhadap Perubahan Suhu

No

1

2

34

56789

1011

12

1314

151617181920

21

22

23

24

25

Derajat

kemirinQan-60

-55-50

-45-40-35-30

-25-20-15

-10

-5

o5101520

25

30

354045

505560

Tegangan Sensor (V)250C 280C 420C

0,01 0,55 0,010,01 0,65 0,010,06 0,85 0,150,31 1,13 0,450,46 1,45 0,700,78 1,72 0,950,98 1,98 1,161,19 2,19 1,361,37 2,34 1,551,54 2,47 1,741,70 2,60 1,891,86 2,82 2,052,02 2,97 2,242,18 3,13 2,412,36 2,40 2,582,56 2,59 2,742,72 2,76 2,922,92 2,96 3,143,10 3,16 3,323,37 3,42 3,623,66 3,70 3,903,98 4,02 4,274,40 4,46 4,714,68 4,71 4,964,82 4,84 5,02

Untuk tujuan kalibrasi juga dilakukanpembandingan hasil pengukuran kemiringanbenda yang diukur dengan alat yang telahdibuat dengan pengukuran secara manualmenggunakan penggaris busur derajat. Daripengukuran diperoleh data bahwa hasil yangditunjukkan oleh tilt meter pada layar LCDyang paling sesuai dengan pembanding tersebuttetjadi pada suhu 28°C. Hasil pengukuran padasuhu yang lebih rendah atau lebih tinggimenunjukkan terjadinya penyimpangan sudutkemiringan yang lebih besar dibandingkandengan penyimpangan pada suhu 28°C.

KESIMPULAN

Dari pengujian dapat disimpulkan bahwa :1. Perancangan alat ukur kemiringan benda ini

dapat mengukur sudut kemiringan dari -60derajat sampai +60 derajat.

2. Besamya tegangan keluaran sensordipengaruhi oleh suhu, semakin besarsuhunya tegangannya semakin keci!.

3. Hasil pengukuran kemiringan mempunyaierror paling kecil pada suhu ruangansebesar 28°C

Suyamto dkk. 399 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN

DAFTARPUSTAKA

1. COMPANY, FREDERICKS, THE., 2004, 0717­

4304-99 "MCL" Dual Axis Wide Angle,Electrolytic Tilt Sensor,http://www.frederickscom.com

2. FREESCALE., 2005, MC68HC908QB8,MC68HC908QB4 ,MC68HC908QY8 DataSheet, http://www.freescale.com

LAMP IRAN :

SEMINAR NASIONAL II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006ISSN 1978-0176

3. MALVINO, PAUL, and ALBERT., 1999,Prinsip-prinsip Elektronika, SalembaTeknika, Jakarta.

4. SUTANTO, and BUDHY., 2000, SeikoInstrument M1632 LCD Module, Surabaya

Baca data dari registerADRHdanADRL

Set 8181natregister

HX dengan alamat

yang ditunjuk labelderajac minus

Reg H:X = Reg H:X+ (Data ADRL * 4)

Ambil data dari

a!amat reg. H:X

Tampilkan datanegatif pada LCD

Set alamat register

H:X dengan alamatyang ditunjuk label

derajat _minus !

Set alamat register

HX dengan alamatyang ditunjuk label

demjat""plusl

Tampi!kan datapositifpada LCD

Set alamat register

H:X dengan alamatyang ditunjuk label

demjat""plus2

Diagram Alir Konversi Data ADC ke Data Derajat

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN 400 Suyamto dkk.