APLIKASI EMBEDDED SYSTEM DENGAN SENSOR ULTRASONIC DAN MICROCONTROLLER ATMEGA 8535 UNTUK PENGUKUR TINGGI BADAN
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang sedemikian pesat telah membawa dampak yang cukup besar terhadap kehidupan manusia untuk mempelajari dan mengembangkan ilmu pengetahuannya.
Dalam teknologi elektronika, efektifitas dan efisieni selalu menjadi acuan agar setiap langkah dalam penggunaan dan pemanfaatan teknologi diharapkan dapat mencapai hasil yang optimal baik kualitas maupun kuantitasnya. Agar dapat mewujudkan hal tersebut maka diperlukan sebuah alat, komponen atau sistem yang dapat memproses suatu data dengan cepat dan akurat. Beberapa contoh di antaranya adalah: komputer (PC) dan mikrokontroler.
Dengan adanya perkembangan yang pesat dari teknik elektronika dewasa ini, maka banyak hal yang dapat dilakukan dengan cepat dan tepat untuk memenuhi kebutuhan manusia. Salah satu penggunaan teknik elektronika yang tak kalah penting adalah Mikrokontroler.
1.2 DESKRIPSI SISTEM
Panjang dan tinggi merupakan salah satu besaran fisis yang sering diukur dalam berbagai keperluan yang membutuhkan data tinggi seseorang dalam sentimeter. Alat ukur tinggi badan yang beredar dipasaran, kurang memungkinkan untuk mendapatkan data yang akurat, karena kebanyakan alat ukur tinggi badan yang beredar dipasaran masih bersifat manual. Artinya untuk mendapatkan data tinggi badan seseorang masih menggunakan cara pengukuran dengan tenaga manusia.
Selaras dengan perkembangan jaman, dibutuhkan alat pengukur tinggi badan yang dapat bekerja secara otomatis, melakukan proses pengukuran, membaca hasil pengukuran, sekaligus memberitahukan hasil pengukuran tersebut dengan keluaran digital. Seseorang yang sedang diukur tinggi badannya dapat mengetahui secara langsung hasil pengukurannya. Pembacaan hasil yang didapat lebih akurat dan presisi jika dibanding dengan hasil pembacaan manusia
1.3 TUJUAN
Adapun tujuan dibuatnya sistem pengukur tinggi badan dengan sensor ultrasonic yaitu:
1. Untuk memenuhi syarat tugas mata kuliah EMBEDDED SYSTEM.
2. Memberikan kemudahan kepada manusia dalam penggunaan alat elektronik.
3. Memberikan kemudahan untuk mengukur tinggi badan seseorang.
1.4. BLOK DIAGRAM SISTEM KONTROL
Gambar. Blok diagram sistem control
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 ULTRASONIC
Gelombang ultrasonik merupakan gelombang akustik yang memiliki frekuensi mulai 20 kHz hingga sekitar 20 MHz. Frekuensi kerja yang digunakan dalam gelombang ultrasonik bervariasi tergantung pada medium yang dilalui, mulai dari kerapatan rendah pada fasa gas, cair hingga padat. Jika gelombang ultrasonik berjalan melaui sebuah medium, Secara matematis besarnya jarak dapat dihitung sebagai berikut:
dimana s adalah jarak dalam satuan meter, v adalah kecepatan suara yaitu 344 m/detik dan t adalah waktu tempuh dalam satuan detik. Ketika gelombang ultrasonik menumbuk suatu penghalang maka sebagian gelombang tersebut akan dipantulkan sebagian diserap dan sebagian yang lain akan diteruskan.
Sensor ultrasonic adalah sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, dimana sensor menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasr pengindraannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara yang dipancarkan dan yang diterima kembali adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diindranya adalah padat, cair dan butiran. Tanpa kontakjarak 2 cm sampai 3 meter dan dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroler malalui satu pin I/O saja.
Jarak antara sensor dengan objek yang direfleksikan dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
L = ½ . TOF . c
Dimana :
L = jarak ke objek
TOF = waktu pengukuran yang diperoleh
c = cepat rambat suara (340 m/s)
Gambar. Ilustrasi Kerja Ultrasonic
2.2 MIKROKONTROLER
Mikrokontroler merupakan sistem komputer yang seluruh atau sebagian besar elemennya dikemas dalam satu chip IC sehingga sering juga disebut dengan single chip microcomputer. Rangkaian mikrokontroler tersusun atas sebuah IC (Integrated Circuit) dan beberapa komponen pendukung sehingga bisa bekerja dengan baik.
A. Mikrokontroler Atmega8535
Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 Bit, sehingga semua intruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bit word) dan sebagian besar intruksi dieksekusi dalam satu siklus intruksi clock. Dan ini sangat membedakan sekali dengan intruksi MCS-51 (Berarsitektur CISC) yang membutuhkan siklus 12 clock. RISC adalah Reduced Instruction Set Computing sedangkan CISC adalah Complex Instruction Set Computing.
B. Spesifikasi Atmega8535
Spesifikasi sebuah mikrokontroler Atmega8535 adalah seperti berikut:
- Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, port B, port C, dan port D.
- Kecepatan maksimal 16 MHz.
- ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit sebanyak 8 channel .
- Tiga buah Timer/counter dengan kemampuan membandingkan.
- CPU yang terdiri dari 32 buah register.
- Watchdog Timer dengan isolator internal
- SRAM sebesar 512 byte.
- Memori Flash sebesar 8Kb dengan kemampuan Read While Write.
- Unit interupsi internal dan eksternal.
- Port antarmuka SPI.
- EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
- Antarmuka komparator analog.
- Port USART untuk komunikasi serial
C. Arsitektur Atmega8535
Secara umum arsitektur mikrokontroler Atmega8535 dapat dilihat pada gambar diagram blokberikut:
2.3 WIRING DIAGRAM
2.4 EMBEDDED SYSTEM
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik. Pada sensor ini gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah benda yang disebut piezoelektrik. Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 kHz ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Sensor ultrasonik secara umum digunakan untuk suatu pengungkapan tak sentuh yang beragam seperti aplikasi pengukuran jarak. Alat ini secara umum memancarakan gelombang suara ultrasonik menuju suatu target yang memantulkan balik gelombang kearah sensor. Kemudian sistem mengukur waktu yang diperlukan untuk pemancaran gelombang sampai kembali kesensor dan menghitung jarak target dengan menggunakan kecepatan suara dalam medium. Rangkaian penyusun sensor ultrasonik ini terdiri dari transmitter, reiceiver, dan komparator. Selain itu, gelombang ultrasonik dibangkitkan oleh sebuah kristal tipis bersifat piezoelektrik. Bagian-bagian dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:
a. Piezoelektrik
Peralatan piezoelektrik secara langsung mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Tegangan input yang digunakan menyebabkan bagian keramik meregang dan memancarkan gelombang ultrasonik. Tipe operasi transmisi elemen piezoelektrik sekitar frekuensi 32 kHz. Efisiensi lebih baik, jika frekuensi osilator diatur pada frekuensi resonansi piezoelektrik dengan sensitifitas dan efisiensi paling baik. Jika rangkaian pengukur beroperasi pada mode pulsa elemen piezoelektrik yang sama dapat digunakan sebagai transmitter dan reiceiver. Frekuensi yang ditimbulkan tergantung pada osilatornya yang disesuiakan frekuensi kerja dari masing-masing transduser. Karena kelebihannya inilah maka tranduser piezoelektrik lebih sesuai digunakan untuk sensor ultrasonik.
b. Transmitter
Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40 kHz yang dibangkitkan dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus di buat sebuah rangkaian osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju penguat sinyal. Besarnya frekuensi ditentukan oleh komponen kalang RLC / kristal tergantung dari disain osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan memberikan sebuah sinyal listrik yang diumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik sehingga bergetar dan memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar frekuensi pada osilator
c. Receiver
Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.
2.5 ALGORITMA/ FLOWCHART
Start
Deklarasi variabel
Konfigurasi sensor
DO
If Waktu Lebar pulsa (tIN) low
Ada pemakai
Konversi tIN ke cm Jarak = [(tIN μs x 0.034 cm /μs)÷2 ] cm
Tampilkan ke display pengukuran jarak
Else Waktu Lebar pulsa (tIN) high
Tidak ada pemakai
Hitung waktu lebar pulsa ( tIN ) high selama sensor
memancarkan gelombang
END IF
LOOP
END
PSEUDOCODE :
a. menyiapkan alat
b. menyiapkan objek (manusia)
c. kemudia alat akan bekerja memantulkan gelombang pada objek
d. pantulan akan dihitung oleh system
e. system akan memunculkan tinggi object yang diperoleh dari pengurangan tinggi alat yang dipasang dengan pantulan sinar ultraviolet dari objek
BAB III
PENUTUP
3.1 KESIMPULAN
Sensor ultrasonic banyak digunakan di berbagai perangkat pengukur jarak. sebagai contoh di dunia robotika sensor ini digunakan sebagai indra utama untuk navigasi robot. sebagai contoh tipe ultra sonic yang banyak digunakan adalah tipe SRF, dan PING pada perinsipnya sensor jarak ultra sonic menggunakan prinsip kerja yang sama, yaitu pngirim sinyal dan penerima sinyal (transmitter and receiver). sensor ini bekerja pada frequency 40 Khz.
seperti yang telah di jelaskan bahwa sensor ultra sonic memiliki transmitter dan receiver. transmitter memancarkan gelombang suara dengan frekwensi 40KHz. gelombang tersebut akan mengarah pada sebuah objek di depan sensor dan kemudian di pantulkan kembali ke receiver
3.2 SARAN
Setelah dipahami, ternyata dalam kehidupan kita telah banyak yang berhubungan dengan Embedded system. Penulis mengharapkan agar lebih banyak buku-buku mengenai Embedded system atau Pengenalan Embedded system dalam masyarakat agar bagi kita kata Embedded System tidak asing lagi didengar.
Alat Pengukur Tinggi Badan
Sensor ultrasonic banyak digunakan di berbagai perangkat pengukur jarak. sebagai contoh di dunia robotika sensor ini digunakan sebagai indra utama untuk navigasi robot. sebagai contoh tipe ultra sonic yang banyak digunakan adalah tipe SRF, dan PING
pada perinsipnya sensor jarak ultra sonic menggunakan prinsip kerja yang sama, yaitu pngirim sinyal dan penerima sinyal (transmitter and receiver). sensor ini bekerja pada frequency 40 Khz.
seperti yang telah di jelaskan bahwa sensor ultra sonic memiliki transmitter dan receiver. transmitter memancarkan gelombang suara dengan frekwensi 40KHz. gelombang tersebut akan mengarah pada sebuah objek di depan sensor dan kemudian di pantulkan kembali ke receiver.
Transmitter ultrasonic memancarkan gelombang suara setelah diinputkan firing pulse (pulsa trigger) dengan periode tertentu. berdasarkan datasheet, untuk sensor ultra sonic tipe SRF-04 dibutuhkan firing pulse dengan periode = 10us.
alat pengukur tinggi badan adalah salah satu alat yang pernah dirancang dan di realisasikan pembuatannya. ide dasar sistem kerja alat tersebut ada pada gambar dibawah:
sebagai contoh sensor di posisikan di atas kepala dengan ketinggian 200 cm / 2 meter. maka jarak yang akan terbaca (d) oleh sensor, merupakan nilai pengurang untuk mendapatkan tinggi badan:
tinggi badan = 200 cm - jarak terbaca (d).
Komponen yang digunakan untuk membuat alat ini :
Ultra Sonic SRF-04
LCD 16*2
Sistem Minimum ATMega 8535/16/32
Gambar dibawah adalah diagram Koneksi Alat pengukur tinggi badan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar