aplikasi sensor ultrasonik dan bayi secara …spmi.poltekba.ac.id/spmi/fileta/yudha...

APLIKASI SENSOR ULTRASONIK DAN LOADCELLSEBAGAI PEMANFAATAN PENGUKURAN PERTUMBUHAN

BAYI SECARA OTOMATIS

i

i

TUGAS AKHIR

YUDHA NIRWANTO

NIM : 140309248193

POLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN

JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA

2017



i

i

TUGAS AKHIR

KARYA TULIS INI DIAJUKAN SEBAGAI SALAH SATUSYARAT UNTUK MEMPEROLEH GELAR AHLI MADYA

DARI POLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN

YUDHA NIRWANTO

NIM : 140309248193

POLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN

JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA

2017

ii

ii

LEMBAR PERSETUJUAN



Diajukan oleh:

Yudha Nirwanto

NIM : 140309248193

Dosen Pembimbing 1 Dosen Pembimbing 2

Hilmansyah, S.T., M.T. Saiful Ghozi, S.Pd., M.Pd

NIP : 1976082020210011013 NIP: 198105032014041001

Dosen Penguji 1 Dosen Penguji 2

Nur Yanti, S.T.,M.T. Qory Hidayati S.T.,M.T.

NIP: 197611292007012020 NIDN: 0714118601

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Elektronika

Drs. Suhaedi M.T.

NIP:196101211985031011

3

iii

SURAT PERNYATAAN

Yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Yudha Nirwanto

Tempat/Tgl Lahir : Balikpapan, 21 September 1995

NIM : 140309248193

Menyatakan bahwa tugas akhir yang berjudul “APLIKASI SENSORULTRASONIK DAN LOADCELL SEBAGAI PEMANFAATANPENGUKURAN PERTUMBUHAN BAYI SECARA OTOMATIS” adalahbukan merupakan hasil karya tulisan orang lain, kecuali kutipan yang penulisancantumkan sumbernya.

Demikian pernyataan kami buat dengan sebenar-benarnya dan apabila adakekeliruan dengan pernyataan ini bisa dibicarakan kedepannya. Terima kasih.

Balikpapan, 27 Juli 2017

Yudha Nirwanto

NIM : 140309248193

4

iv

SURAT PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai civitas akademis Politeknik Negeri Balikpapan, saya yang bertanda

tangan di bawah ini:

Nama : Yudha Nirwanto

NIM : 140309248193

Program Studi : Teknik Elektronika

Judul T.A : Aplikasi Sensor Ultrasonik Dan Loadcell Sebagai Pemanfaatan

Pengukuran Pertumbuh Bayi Secara Otomatis.

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya menyetujui untuk memberikan hak

kepada Politeknik Negeri Balikpapan untuk menyimpan, mangalik media atau format-

kan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (datanase), merawat dan mempublikasikan

tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta.

Dibuat di : Balikpapan

5

v

LEMBAR PERSEMBAHAN

Sebuah hasil perjuangan yang dengan tulus dipersembahkan kepada mereka yangistimewa, kepada mereka yang luar biasa :

“Allah, tiada Tuhan melainkan Dia, Yang Maha Hidup, Maha Berdiri Sendiri,yang karena-Nya segala sesuatu ada“ (QS. Ali Imran : 2)

Karena-Mu kesulitan itu sirna. Karena-Mu kemudahan itu tiba. Karena-Mu TugasAkhir ini ada. Ya, karena-Mu segala sesuatu ada. Alloh SWT. Semoga Engkau

senantiasa meneguhkan imanku, meluruskan niatku, menundukan kapalaku hanyakepada Engkau, Sang Penguasa Semesta.

“Dan taatlah kepada Rasul supaya kamu diberi rahmat” (QS. An-Nuur : 56)

Nabi Muhammad SAW, teladan dari segala keteladan. Izinkan aku untuk menjadipengikut setia, yang senantiasa menyerukan nama-Mu dan Tuhan-Mu, yang

senantiasa meneladani perilaku-Mu, sehingga aku termasuk ke dalam orang-orangyang diberi safaat ketika hari akhir nanti.

“…Wahai Tuhanku, kasihilah mereka keduanya, sebagaimana mereka berduatelah mendidik aku ketika kecil” (QS. Al Israa’ : 24)

Kedua orang tua ku, Bapak (H. Supriyanto) dan Ibu (Hj. Eny Nirwani). sertakedua kakak ku Ika Ariani dan Fitria Muliana. Terimakasih atas segala

dukungannya baik doa maupun materi, Engkau adalah penyempurna dariketidaksempurnaan. Penguat dikala lemah. Sumber ketegaran yang menegarkan.Pendengar yang menyemangati. Thanks my life is complete, because of you and I

love you so much

. “Seorang mukmin terhadap mukmin lainnya adalah laksana bangunan yangsaling menguatkan bagian satu dengan bagian yang lainnya.”

(HR. Bukhari dan Muslim)

Semua teman-teman Teknik Elektronika Industri (2014). Terutama teman-temanbaik ku Reza, Prengki, Catur, Obet, Stefanus, Agung, Pepo, Waji, Aufar, Beto,Andif, Tika, dan Eki. Setelah semua perjuangan yg kita lalui ini aku berharap

silahturahmi akan tetap selalu terjaga dan semoga segala cita-cita dan keinginankita bisa cepat di raih.

“Dan ku persembahkan juga untuk calon istri(masih belum tau) dan anak ku kelakyang suatu saat akan ku tunjukan karya tugas akhir ini)”.

6

vi

ABSTRACT

To measure the weight and length of the baby is generally done manually.

In manual measurements the length and weight of infants are measured with

different tools, so most parents rarely measure and know how much the baby's

weight and length are on a regular basis. For that we try to create a tool so that

parents can easily measure the weight and length of the child's body

simultaneously with a digital display. The test results show that this tool works in

accordance with the design, where if the baby is placed on top of this tool then the

tool will directly measure the weight and length of the baby's body and will

display the results in LCD and android applications which will then be stored in a

database. To measure the weight used loadcell sensor with 80% accuracy and to

measure the length of the body used ultrasonic sensors with 99.2% accuracy.

Keywords: Height and weight, digital, ultrasonic sensor, loadcell sensor, LCD, android

app, database.

vii

vii

ABSTRAK

Untuk mengukur berat dan panjang bayi pada umumnya dilakukan secara

manual. Pada pengukuran manual panjang dan berat badan bayi di ukur dengan

alat yang berbeda, sehingga kebanyakan orang tua jarang untuk mengukur dan

mengetahui berapa berat dan panjang badan bayi secara rutin. Untuk itu kami

mencoba menciptakan alat sehingga orangtua bisa dapat mudah mengukur berat

dan panjang badan anaknya secara bersamaan dengan tampilan digital. Hasil

pengujian menunjukan bahwa alat ini bekerja sesuai dengan rancangannya,

dimana jika bayi di baringkan di atas alat ini maka alat akan secara langsung

mengukur berat dan panjang badan bayi dan akan menampilkan hasilnya di LCD

dan aplikasi android yang kemudian akan di simpan di sebuah database. Untuk

mengukur berat badan digunakan sensor loadcell dengan keakurasian 80% dan

untuk mengukur panjang badan digunakan sensor ultrasonik dengan keakurasian

99.2%.

Kata kunci : Tinggi dan berat badan, digital, sensor ultrasonik, sensor loadcell,

LCD, aplikasi android, database.

888

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan

rahmat, hidayah serta kekuatan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir

ini dengan judul “Aplikasi Sensor Ultrasonik Dan Loadcell Sebagai

Pemanfaatan Pengukuran Pertumbuhan Bayi Secara Otomatis”.

Terwujudnya tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang

telah mendorong dan membimbing penulis, baik tenaga, gagasan, maupun

pemikiran. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan

terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ramli, S.E., MM. selaku Derektur Politeknik Negeri Balikpapan yang

telah memberikan ilmu dan serta doa kepada penulis.

2. Drs. Suhaedi, M.T. selaku Kepala Program Studi Teknik Elektronika

yang telah memberikan motivasi, kritik dan saran kepada penulis untuk

meningkatkan mutu penulis.

3. Hilmansyah, ST., MT. selaku Pembimbing I yang telah memberikan

dukungan, gagasan serta kritik dan saran yang membangun dalam proses

pembuatan alat.

4. Saiful Ghozi, S.Pd., M.Pd. selaku Pembimbing II yang telah

meluangkan waktu untuk memberikan masukan serta kritik dan saran

yang membangun dalam proses penulisan laporan tugas akhir.

5. Seluruh Bapak/Ibu Dosen Teknik Elektronika Politeknk Negeri

Balikpapan yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan selama

proses belajar mengajar.

6. Teman-teman 3 TE 1 yang telah bersama-sama berjuang dan

memberikan dukungan dalam penyelesaian tugas akhir ini.

7. Orang tua dan keluarga penulis yang telah memberikan dukungan

berupa materi, tenaga, dan doa selama pembutan tugas akhir ini.

Semoga segala bantuan yang tidak ternilai harganya ini mendapat timbalan

di sisi Allah SWT sebagai amal ibadah, Amiin.

9

ix

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan,

oleh karena itu kritik saran yang membangun dari berbagai pihak sangat penulis

harapkan demi perbaikan-perbaikan ke depan.

Balikpapan, 27 Juli 2107

Yudha Nirwanto

10

x

3.1 Jenis Penelitian......................................................................... 11

3.2 Tempat dan Waktu Perancangan.............................................. 11

3.3 Peralatan dan Bahan yang Digunakan...................................... 11

3.4 Proses Penelitian....................................................................... 13

3.5 Block Diagram Sistem.............................................................. 15

3.6 Rancangan Pengukuran Panjang Badan Bayi.......................... 16

3.6.1 Rancangan Mekanik ....................................................... 16

3.6.2 Rancangan Elektronika.................................................... 16

3.6.2.1 Program Atau Rumus Sensor Ultrasonik...................... 18

3.7 Rancangan Pengukuran Berat Badan Bayi............................... 19

DAFTAR ISI

Halaman

JUDUL......................................................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN........................... ............................................ ii

SURAT PERNYATAAN............................................................................ iii

SURAT PERYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI......................... iv

LEMBAR PERSEMBAHAN..................................................................... v

ABSTRACT................................................................................................ vi

ABSTRAK................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR................................................................................ viii

DAFTAR ISI............................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR.................................................................................. xii

DAFTAR TABEL....................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang........................................................................... 11.2 Rumusan Masalah...................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah........................................................................ 2

1.4 Tujuan Penelitian....................................................................... 2

1.5 Manfaat Penelitian..................................................................... 2

BAB II LANDASAN TEORI2.1 Tinjauan Pustaka...................................................................... 4

2.2 Arduino Uno R3 ...................................................................... 4

2.3 Sensor Ultrasonik..................................................................... 5

2.4 Sensor Loadcell........................................................................ 6

2.5 Module HX711......................................................................... 7

2.6 Bluetooth Module HC-05......................................................... 8

2.7 LCD (Liquid Cristal Display).................................................. 9

2.8 Modul Power Supply................................................................ 9

BAB III PERANCANGAN

11

xi

4.1 Pengujian Power Supply........................................................... 26

4.2 Pengujian Sensor Loadcell....................................................... 27

4.3 Pengujian Sensor Ultrasonik.................................................... 29

4.4 Pengujian Tampilan LCD......................................................... 31

4.5 Pengujian Aplikasi Android dan Database............................... 32

BAB V PENUTUP5.1 Kesimpulan............................................................................... 34

5.2 Saran......................................................................................... 35

DAFTAR PUSTAKA................................................................................. 36

LAMPIRAN................................................................................................ 38

3.7.1 Rancangan Mekanik........................................................ 19

3.7.2 Rancangan Elektronika.................................................... 193.7.2.1 Melakukan Pengkalibrasian.. ...................................... 21

3.8 Rancangan Aplikasi Android................................................... 22

3.8.1 Perancangan Tampilan.................................................... 22

3.8.2 Perancangan Pemograman Aplikasi Android.................. 23

3.9 Rancangan Database................................................................ 24

BAB IV HASIL PENGUJIAN ALAT

xii

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

2.1 Papan Arduino Uno R3............................................................................ 5

2.2 Cara Kerja Sensor Ultrasonik.................................................................. 5

2.3 Sensor Loadcell................................................................................... .. 7

2.4 Modul HX711.......................................................................................... 7

2.5 Bluetooth Module HC-05........................................................................ 8

2.6 LCD (Liquid Cristal Display).................................................................. 9

2.7 Modul Power Supply............................................................................... 10

3.1 Flowchart Perancangan Pengukuran........................................................ 14

3.2 Blok Diagram Alat Pengukuran Pertumbuhan Bayi................................ 15

3.3 Desain Mekanik Alat Pengukuran Panjang Badan Bayi.......................... 16

3.4 Prosedur Pengukuran Panjang Badan Bayi.............................................. 16

3.5 Flowchart Pengukuran Panjang Badan Bayi........................................... 17

3.6 Program Atau Rumus Sensor Ultrasonik................................................. 18

3.7 Kaki Penyangga Loadcell......................................................................... 19

3.8 Kerangka Perekat Loadcell Dengan Tempat Tidur Bayi......................... 19

3.9 Diagram Alir Pengukuran Berat Badan Bayi........................................... 20

3.10 Program Kalibrasi Sensor Loadcell.......................................................... 21

3.11 Program dan Rumus Sesor Loadcell........................................................ 21

3.12 (a) Halaman Login................................................................................. 22

(b) Halaman Utama.................................................................................. 22

3.13 Alur Aplikasi Pada Android.................................................................... 23

3.14 Tabel Berat Badan Bayi Ideal.................................................................. 24

3.15 Database Dalam Google Drive................................................................ 25

3.16 Proses Pembagian Database.................................................................... 25

4.1 Tegangan Output Power Supply 12 V...................................................... 27

4.2 Tegangan Output Power Supply 5 V........................................................ 27

4.3 (a)(b)(c) Hasil Pengukuran Sensor Loadcell............................................ 29

4.4 (a)(b)(c) Hasil Pengukuran Sensor Ultrasonik......................................... 31

4.5 Hasil Pengujian Tampilan LCD............................................................... 32

4.6 (a)(b)(c) Hasil Pengujian Aplikasi Android dan Database...................... 34

xiii

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

3.1 Daftar Alat................................................................................................ 11

3.2 Daftar Bahan............................................................................................ 12

3.3 Daftar Komponen..................................................................................... 12

3.4 Daftar Software........................................................................................ 13

4.1 Hasil Pengujian Rangkaian Power Supply............................................... 26

4.2 Pengujian Sensor Loadcell....................................................................... 28

4.3 Pengujian Sensor Ultrasonik.................................................................... 30

4.4 Pengujian Tampilan LCD......................................................................... 31

4.5 Pengujian Aplikasi Android dan Database.............................................. 33

1

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Kemajuan IPTEK (Ilmu Pengetahuan dan Teknologi) yang semakin pesat

tidak dapat dipungkiri bahwa inovasi berbagai penelitian semakin berkembang

pesat. Kemajuan IPTEK telah banyak membantu berbagai aktivitas manusia

dalam berbagai kegiatan, terlebih untuk bidang kesehatan dan pertumbuhan pada

balita. Manusia sendirilah yang menjadi subyek utama faktor IPTEK di

kembangkan. Dukungan IPTEK banyak membantu dunia kebidanan untuk

mempermudah pekerjaan dan menganalisa suatu perkembangan balita.

Setiap Orang tua tentu berkeinginan agar anak dapat tumbuh kembang

optimal, yaitu dapat mencapai pertumbuhan dan perkembangan yang terbaik

sesuai dengan potensik genetik yang ada pada anak tersebut. Pertumbuhan dan

perkembangan anak dapat tercapai apabila kebutuhan dasar terpenuhi. Kebutuhan

dasar anak harus di penuhi sejak dini, bahkan sejak bayi berada dalam kandungan.

Bayi dalam kondisi lemah dan serba bergantung kepada orang tua.

Pertumbuhan dan perkembangan bayi menjadi penentu keberhasilan pertumbuhan

dan perkembangan anak di periode selanjutnya. Pertumbuhan bayi biasanya

diamati berdasarkan data pengukuran antropometri yang meliputi pengukuran

berat badan, tinggi badan, lingkar kepala, dan lingkar lengan atas. Hasil

pengukuran tersebut dicatat pada kartu menuju sehat untuk balita, KMS-Balita

(Suparyanto,2010).

Alat ukur berat badan dan alat ukur tinggi badan tipe digital telah tersedia di

pasaran, namun kebanyakan alat ukur di rancang terpisah (tidak dalam satu paket).

Alat ukur tinggi badan tidak di rancang khusus bayi yang biasanya di ukur dengan

posisi terlentang. Dan untuk hasil pengukuran masih berupa tampilan pada sebuah

LCD.

Berdasarkan pertimbangan di atas tujuan tugas akhir ini adalah untuk

mengembangankan perancang bangun suatu alat ukur berat dan panjang badan

bayi dengan menggunakan arduino uno 3 dengan sensor ultrasonik sebagai

pengukur panjang bayi dan sensor loadcell sebagai pengukur berat bayi. kemudian

2

2

hasil pengukuran akan di tampilkan melalui sistem android untuk mengisi

identitas bayi lalu data akan di simpan ke database agar bisa selalu mengemati

pertumbuhan dan perkembangan bayi. Dengan adanya alat tersebut lebih

memudahkan kerja sesorang dalam melakukan pengukuran dan pendataan dari

hasil pengukuran sehingga memberikan keefisienan waktu dan tenaga.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah diuraikan diatas, maka

rumusan masalah tugas akhir ini adalah bagaimana pengembangan alat pengukur

pertumbuhan bayi secara otomatis sehingga memudahkan dalam proses

pengukuran dan pendataan dari hasil pengukuran.

1.3. Batasan Masalah

Berdasarkan rumusan masalah, penelitian dan rancang bangun ini dibatasi

pada pengembangan alat pengukur berat dan panjang bayi secara otomatis.

Dimana pengukuran panjang dan berat badan bayi dilakukan menggunakan sensor

ultrasonik dan loadcell yang nantinya hasil pengukuran akan di simpan ke sebuah

database di internet.

1.4. Tujuan Pengembangan

Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan alat pengukur panjang dan

berat badan bayi yang terintegrasi dan otomatis guna memberikan keefektifan dan

kemudahan dalam proses pengukuran dan pendataan.

1.5. Manfaat Penelitian

Manfaat yang di harapkan dengan adanya penelitian ini yaitu :

1. Manfaat praktis dari penelitian ini adalah :

a. Memberi keefesienan kerja orang tua, bidan, petugas posyandu, dan lain-

lain untuk mengetahui dan mendata perkembangan dan pertumbuhan

bayi.

b. Merupakan inovasi baru berupa alat pengukur panjang bayi digital yang

lebih efektif dan efisen saat di gunakan untuk mendata atau mencatat.

c. Dapat di jadikan solusi dari permasalahan pertumbuhan balita.

3

3

2. Manfaat teoritis dari penelitian ini adalah :

a. Menambah wawasan pengetahuan untuk terus berkarya bagi akademisi

sebagai bentuk implementasi proses pendidikan demi kemajuan di bidang

kesehatan anak di Indonesia.

b. Dapat di jadikan sebagai sebuah produk baru dalam dunia kesehatan anak

sehingga dapat di jadikan komoditas bisnis baru.

4

BAB II LANDASAN

TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

A health monitoring system with provision for setting up smart alarm and

reminder ( Sandesh Chincole, Pranav Bobde and Divya Damahe,2015) membuat

alat cerdas dengan berbasis arduino uno yang terintegerasi dengan sensor berat

untuk mengukur berat badan seseorang. Alat ini dilengkapi dengan bluetooth

untuk berkomunikasi dengan komputer. Alat ini juga di lengkapi dengan alarn

yang menunjukan keadaan atau status berat pengguna.

Development of Automated Body Mass Index Calculation Device (Bernard

M., Julius V., Joshua N., Evelyn L., Joselito A., 2016). Membuat alat cerdas

timbangan BMI yang terhubung dengan komputer menggunakan komunikasi

serial. Alat ini menggunakan mikrokontroller ATMega 328 sebagai pusat

pengolahan data yang diambil dengan menggunakan sensor berat dan sensor

tinggi yang diambil dengan menggunakan sensor ultrasonik. Timbangan ini masih

membutuhkan komputer untuk menampilkan hasil pengukuran.

Alat Pengukur Tinggi Badan Portable (Dewi Susanti Karyadi dan Hendro

Gunawan, 2007) pada penelitian ini hanya sebatas membuat alat pengukur tinggi

badan yang mana hasil pengukurannya akan di tampilkan pada LCD dan akan

terdengar melalui speaker, semua proses diatur menggunakan mikrokontroller

AT89S51.

2.2. Arduino Uno R3

Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source

yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler

dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip

atau Intergrated Circuit (IC) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Jenis

arduino yang digunakan dalam penelitian ini adalah arduino uno, seperti disajikan

pada gambar 2.1.

4

5

5

Gambar 2.1. Papan (board) Arduino Uno R3

Sumber : http://skpang.co.uk/catalog/images/arduino/11021-02a.jpg

2.3. Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik terdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal 40 KHz, sebuah

speaker ultrasonik, dan sebuah mikropon ultrasonik. Speaker ultrasonik mengubah

sinyal 40 KHz menjadi suara sedangkan mikropon ultrasonik berfungsi untuk

mendeteksi pantulan suaranya. Sensor ultrasonik adalah sensor yang bekerja

berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara dan digunakan untuk mendeteksi

keberadaan suatu objek tertentu di depannya. Frekuensi kerjanya adalah pada

daerah di atas gelombang suara dari 40 KHz hingga 400 KHz. Jauh dan dekatnya

benda yang terdeteksi serta kualitas dari sensor penerima ataupun sensor

pemancarnya, merupakan faktor penentu besar amplitudo sinyal elektrik yang di

hasilkan unit sensor peneriman. Cara kerja sensor ultrasonik dapat diilustrasikan

seperti pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Cara Kerja Sensor Ultrasonic

Sumber : http://eko-rudiawan.com/wp-content/uploads/2015/02/PING.png

6

6

Apabila sensor ultrasonik digunakan untuk mengukur tinggi badan maka

perhitungannya adalah menggunakan rumus seperti berikut ini (Erlita,2015).

Dengan asumsi bahwa sensor di letakan pada jarak 100 cm dari alas kaki balita,

maka :

TB = 100 – L

L = ( lp / 29 µs) / 2

Dimana angka 100 adalah jarak sensor dengan alas kaki balita, TB adalah

tinggi badan, L = Jarak sensor dangan permukaan kepala, lp= lebar pulsa jarak

dalam satuan mikro sekon (µs) dalam satu kali pemantulan.

2.4. Sensor Loadcell

Load cell adalah komponen utama pada sistem timbangan digital, dimana

tingkat keakurasian timbangannya bergantung dari jenis load cell yang dipakai.

Sensor load cell apabila diberi beban pada inti besi maka nilai resistansi pada

strain gauge-nya akan berubah yang dikeluarkan melalui tiga buah kabel, dimana

dua kabel sebagai eksitasi dan satu kabelnya lagi sebagai sinyal keluaran ke

kontrolnya. Sebuah load cell terdiri dari konduktor, strain gauge, dan jembatan

wheatstone (Nuryanto, 2015).

Strain Gauge merupakan sensor yang digunakan untuk mengukur berat atau

beban dari suatu benda dalam ukuran besar. Sensor strain gauge ini banyak

diaplikasikan pada jembatan timbang mobil/truk atau alat ukur berat dalam skala

besar. Sensor strain gauge adalah grid metal foil tipis yang dilekatkan pada

permukaan dari Load Cell. Apabila Load cell di beri beban, maka terjadi strain

dan kemudian ditransmisikan ke foil grid. Tahanan foil grid berubah sebanding

dengan strain induksi beban.

Kalibrasi dan karakterisasi load cell dapat dapat dilakukan baik secara analog

maupun digital. Kalibrasi secara analog merujuk pada sinyal keluaran, yang

umumnya berupa tegangan, diukur langsung dengan peralatan dalam format

analog. Pada proses kalibrasi digital sinyal keluaran diukur dengan instrumen

yang telah mengintegerasikan peralatan digital. Menggunakan loadcell dengan

keluaran digital yang terintegrasi dengan pemrosesan sinyal memungkinkan

7

7

penyesuaian gain menjadi sebuah penguatan sederhana dari keluaran loadcell

dengan sebuah persamaan karakteristik. Dalam kasus ini, proses kalibrasi berarti

menghitung koefisien penguatan, yang diberikan dengan solusi dari persamaan

karakteristik yang dihasilkan yang dihasilkan dari perfoma general purpose

microcomputer yang lebih umum disebut mikrokontroler.

Gambar 2.3. Sensor Loadcell

Sumber : http://valiantinstrument.com/wp-content/uploads/2015/06/small-

scale-load-cell.jpg

2.5. Modul HX711

HX711 adalah modul timbangan yang memiliki prinsip kerja menguatkan

perubahan tegangan yang terukur pada sensor load cell dan mengkonversinya ke

dalam besaran listrik melalui rangkaian yang ada. HX711 presisi 24-bit analog-to-

digital converter (ADC) (Khakim, 2015).

Gambar 2.4. Modul HX711

Sumber : https://ecs7.tokopedia.net/img/product-

1/2016/4/16/2002996/2002996_87201a1d-4063-491c-b4af-23bafc32830b.jpg

8

8

2.6. Bluetooth Modul HC-05

HC-05 Adalah sebuah modul Bluetooth SPP (Serial Port Protocol) yang

mudah digunakan untuk komunikasi serial wireless (nirkabel) yang mengkonversi

port serial ke Bluetooth. HC-05 menggunakan modulasi bluetooth V2.0 + EDR

(Enchanced Data Rate) 3 Mbps dengan memanfaatkan gelombang radio

berfrekuensi 2,4 GHz.

Modul ini dapat digunakan sebagai slave maupun master. HC-05 memiliki 2

mode konfigurasi, yaitu AT mode dan Communication mode. AT mode berfungsi

untuk melakukan pengaturan konfigurasi dari HC-05. Sedangkan Communication

mode berfungsi untuk melakukan komunikasi bluetooth dengan piranti lain.

Dalam penggunaannya, HC-05 dapat beroperasi tanpa menggunakan driver

khusus. Untuk berkomunikasi antar Bluetooth, minimal harus memenuhi dua

kondisi berikut :

1. Komunikasi harus antara master dan slave.

2. Password harus benar (saat melakukan pairing).

Jarak sinyal dari HC-05 adalah 30 meter, dengan kondisi tanpa halangan.

Gambar 2.5. Bluetooth Module HC-05

Sumber : http://artofcircuits.com/HC-05-Bluetooth-Serial-Master-Slave.jpg

Tegangan input antara 3.6 ~ 6V, dilarang untuk menghubungkan dengan

sumber daya lebih dari 7V. Arus saat unpaired sekitar 30mA, dan saat paired

9

9

(terhubung) sebesar 10mA. 4 pin interface 3.3V dapat langsung dihubungkan ke

berbagai macam mikrokontroler (khusus Arduino, 8051, 8535, AVR, PIC, ARM,

MSP430, etc.). Jarak efektif jangkauan sebesar 10 meter, meskipun dapat

mencapai lebih dari 10 meter, namun kualitas koneksi makin berkurang.

2.7. LCD (Liquid Cristal Display)

Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi

sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid

Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan

teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi

memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau

mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi

sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.

Gambar 2.6. LCD (Liquid Cristal Display)

Sumber : http://gedex.web.id/wp-content/uploads/2006/12/lcd_1602.jpg

2.8. Module Power Supply (Adaptor)

Cara kerja dari adaptor ini adalah mengubah tegangan AC menjadi tegangan

AC lain yang lebih kecil dengan bantuan Transformator. Tegangan ini kemudian

disearahkan dengan menggunakan rangkaian penyearah tegangan, dan dibagian

akhir ditambahkan kapasitor sebagai pembantu menyearahkan tegangan sehingga

tegangan DC yang dihasilkan oleh power supply jenis ini tidak terlalu

bergelombang.

Selain menggunakan dioda sebagai penyearah, rangkaian lain dari jenis ini

menggunakan regulator tegangan sehingga tegangan yang dihasilkan lebih baik

dari pada rangkaian yang menggunakan dioda. Tegangan yang dihasilkan dari

10

10

adaptor sebesar 12 V dengan arus 2A. Sehingga membutuhkan modul stapdown

untuk menurukannya menjadi 5 V. Stapdown jenis ini dapat menghasilkan

tegangan DC yang bervariasi antara 1.2 – 37 Volt.

Gambar 2.7 Module Stepdown LM2596

Sumber : http://cdn3.volusion.com/btfzd.umflq/v/vspfiles/photos/AD281-

11

BAB III

PERANCANGAN

3.1 Jenis Penelitian

Tugas Akhir ini adalah perancangan dan pembuatan sistem pengukuran

panjang dan berat badan bayi menggunakan sensor ultrasonik dan loadcell

berbasis arduino dengan menggunakan output LCD dan android.

3.2 Tempat dan Waktu Perancangan

Perancangan dilaksanakan di Lab elektronika Politeknik Negeri Balikpapan,

Jl. Soekarno Hatta Km. 8 Balikpapan Utara dan tempat tinggal penulis di

Jl. Ruhui Rahayu, Perum. Bumi Rengganis No.38 Balikpapan Selatan. Waktu

perancangan dimulai dari bulan Mei 2017 sampai dengan Juli 2017.

3.3 Peralatan dan Bahan yang Digunakan

Perancangan dan pembuatan alat pengukur panjang dan berat bayi ini

membutuhkan peralatan dan bahan yang dapat dilihat pada tabel berikut ini :

Tabel 3.1 Daftar Alat

No Nama Alat Spesifikasi Jumlah

1 Obeng Plus (+) 1 Buah

2 Obeng Minus (-) 1 Buah

3 Bor Listrik PCB 1 Buah

4 Tang Kombinasi 1 Buah

5 Tang Potong 1 Buah

6 Gergaji Besi 1 Buah

7 Multimeter Digital 1 Buah

8 Penggaris Besi 1 Meter 1 Buah

9 Solder Listrik - 1 Buah

10 Gunting - 1 Buah

11 Cutter - 1 Buah

11

12

12

Tabel 3.2 Daftar Bahan

No Nama Bahan Spesifikasi Jumlah

1 Mika 3 mm ( 3 x 1 m) 1 Buah

2 Alumunium siku 3 meter 1 Buah

3 Baut 3mm x 1 cm 100 Buah

4 Nut Baut 3 mm 100 Buah

5 Ring 3 mm 50 Buah

7 Mata Bor 3 mm 5 Buah

8 Spacer 1 cm 10 Buah

9 Spacer 2 cm 10 Buah

10 Amplas No. 800 2 Buah

11 Kabel Male to Male 40 Buah

12 Kabel Female to Male 40 Buah

13 Cable ties - 1 pcs

14 Timah solder - 1 roll

15 Solasi Kabel - 1 roll

Tabel 3.3 Daftar Komponen

No Nama Komponen Spesifikasi Jumlah

1 Arduino Uno 3 Atmega 328 1 Buah

2 Sensor Ultrasonik HC-SR04 1 Buah

3 Sensor Loadcell - 1 Buah

4 Module ADC HX711 1 Buah

3 LCD - 1 Buah

4 Module Bluetooth HC-05 1 Buah

5 Smartphone Android - 1 Buah

6 Adaptor 12V (2 Ampere) 1 Buah

7 Step Down Converter DC to DC LM2596 1 Buah

13

13

Tabel 3.4 Daftar Software

No Nama Software Spesifikasi

1 Arduino Software Versi 1.8.2

2 MIT App Inventor 2 -

3 Google Fusion Tables -

3.4 Proses Penelitian

Diagram alir rancangan pembuatan dapat di lihat pada gambar 3.1

14

14

Gambar 3.1 Flowchart Perancangan dan Pengujian

Diagram alir rancangan adalah tahapan atau perencanaan dari perancangan.

Tahapan awal adalah perancangan penelitian alat-alat yang digunakan. Langkah

selanjutnya adalah perancangan sistem kerja alat yang digunakan terhadap

hardware dan software yang telah di rancang. Kemudian dilanjutkan dengan

pembuatan rangkaian alat. Untuk pembuatan listing program dilakukan hingga

berhasil, ketika berhasil di lanjutkan dengan melakukan pengujian rangkaian alat

satu per satu. Ketika pengujian berhasil dilakukan dengan pengoprasian alat

sehingga alat dapat beroprasi dan digunakan dengan sempurna.

15

15

3.5 Blok Diagram Sistem

Blok diagram sistem merupakan salah satu bagian terpenting dalam

perancangan dan pembuatan alat ini, karena dari diagram blok dapat diketahui

prinsip kerja keseluruhan rangkaian sistem. Diagram blok sederhana aplikasi

arduino uno sebagai sebagai pusat oleh data dalam alat pengukur panjang dan

berat badan bayi dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Blok Diagram Alat Pengukur Pertumbuhan Bayi

Blok diagram di atas adalah perancangan perangkat keras atau hardware yang

digunakan. Sensor ultrasonik secara langsung terhubung ke modul ardino uno

tanpa tambahan rangkaian karena output sensor ultrasonik berupa pulsa yang

langsung dapat diolah arduino uno untuk di tampilkan hasilnya berupa bilangan

yang menunjukan seberapa panjang bayi. Sedangkan untuk sensor loadcel sinyal

harus dirubah terlebih dahulu kedalam bentuk sinyal digital dan diberikan

penguatan menggunakan modul HX711 sehingga dapat diolah arduino uno untuk

di tampilkan hasil dari pengukuran berat badan bayi. Perangkat lain yang

digunakan adalah power supply untuk sumber tegangan keseluruhan alat. LCD

untuk menampilkan hasil pengukuran, serta perangkat komunikasi serial pada

arduino yang digunakan adalah bluetooth untuk interface dengan android.

16

16

3.6 Rancangan Pengukuran Panjang Badan Bayi

Dalam pembuatan alat pengukur panjang badan bayi, disini akan di bagi

dua perancangan yaitu rancangan mekanik dan rancangan elektronik

3.6.1 Rancangan Mekanik

Gambar 3.3 Desain Mekanik Pengukur Panjang Badan Bayi

Alas tidur bayi yang digunakan memiliki panjang 100cm dan lebar 30cm

sensor di letakan di ujung alas tidur bayi. Di antara sensor dengan kepala anak di

beri slindir yang dapat geser tata letaknya, slinder berfungsi untuk memantulkan

sinyal yang di beri sensor ultrasonik.

3.6.2 Rancangan Elektronik

Sumber tegangan untuk sensor berasal dari arduino dengan besar tegangan

input 5 volt dihubungkan dengan pin Vcc pada sensor. Hubungannya dengan

arduino, pin output sensor dihubungkan dengan pinA.0, dan pin trigger sensor

dengan pinA.1, serta pin ground sensor dengan pin ground arduino.

Gambar 3.4 Prosedur Pengukuran Panjang Badan Bayi

Untuk menentukan panjang bayi, pada program dibuat persamaan:

A = C - (B + D)

17

m)

17

Keterangan:

Panjang badan = A (Cm)

Panjang mekanik = C (C

Jarak yang didapat sensor = B (Cm)

Panjang tataletak sensor = D (Cm)

Dibawah ini merupakan gambar flowchart diagram alir pemograman

arduino untuk sistem kerja sensor ultrasonik sebagai alat pengukur panjang bayi.

Mulai

Inisialisasi

SR04 memancarkangelombang ultra sonik

SR04 menerima pantulangelombang dari benda di

depannya

PINA.0 mendapatinput dari SR04

Program mencari panjang balitaA = C - (B + D)

Tampilkan hasil pengukuranke LCD dan Andorid

Selesai

Gambar 3.5 Flowchart Pengukuran Panjang Bayi

Tahapan awal dalam pemograman adalah pendeklarasian port pada sensor

ultrasonik, LCD dan bluetooth, kemudian ketika SR04 (sensor ultrasonik) di beri

sinyal high sensor akan memancarkan gelombang ultrasonik dan akan menerima

pantulan gelombang dari benda yang ada di depannya sehingga PINA.0 pada

18

18

arduino akan mendapatkan input dari SR04 (sensor ultrasonik). Inputan yang

masuk akan di proses dalam aduino untuk mencari panjang bayi dengan rumus

yang sudah ditentukan, setelah didapatkan hasil dari penghitungan akan di

tampilkan ke LCD dan android

3.6.2.1 Program Atau Rumus Sensor Ultrasonik

Agar sensor ultrasonik dapat mengukur panjang badan bayi yang telah

terdeteksi dan meghasilkan pengukuran yang diinginkan, ada beberapa program

atau rumus yang di cantumkan.

Gambar 3.6 Program Atau Rumus Sensor Ultrasonik

Tulisan pada kolom merah merupakan bagian penting dari proses kerja

sensor ultrasonik pada saat aktif dan melakukan pengukuran. Berikut merupakan

rumus untuk mengukur panjang badan bayi yang terdeteksi sensor ultrasonik:

A = C – distance;

Keterangan:

- Distance merupakan hasil pengukuran yang terbaca dari sensor

ultrasonik

- C merupakan panjang dari alat pengukur panjang badan bayi dalam

satuan Cm.

- A merupakan hasil keseluruhan dari proses pengukuran.

19

19

3.7 Rancangan Pengukuran Berat Badan Bayi

Dalam pembuatan alat pengukur panjang badan bayi, disini akan di bagi

dua perancangan yaitu rancangan mekanik dan rancangan elektronik.

3.7.1 Rancangan Mekanik

Untuk dapat menjadikan load cell sebagai timbangan, harus

memperhatikan bentuk load cell dan desain mekanik.

Gambar 3.7 Kaki Penyangga Load Cell

Kerangka untuk menggabungkan load cell dengan tempat balita sekaligus

pegukur panjang badan di atasnya.

Gambar 3.8 Kerangka Perekat Load Cell dengan Tempat Tidur Bayi

3.7.2 Rancangan Elektronik

Secara teori tegangan output load cell yang terukur dapat diketahui dengan

melihat sensitivitas load cell yang terdapat pada datasheet berikut ini:

Output sensitivity : 2mV/V

Pada perancangan alat ini, tegangan eksitasi untuk load cell sebesar 9

VDC, maka pada beban maksimal (20 kg), output pada load cell adalah:

20

20

Output load cell pada beban maksimal = output sensitivity x tegangan eksitasi

= 9 x 2 mV/V = 18 mV

Output ini sangat kecil sehingga harus dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian

amplifier yang akan dibahas selanjutnya. Untuk menguatkan sinyal output pada

load cell tersebut maka penguatan amplifier harus diatur sebesar:

G = 5000/18 = 278 kali.

Untuk mendapatkan penguatan sebesar 278 kali pada perencanaan ini, digunakan

paket module HX711.

HX711 adalah modul timbangan yang memiliki prinsip kerja

mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan

mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada.

Berikut ini merupakan diagram alir dari sistem kerja loadcell sebagai

pengukuran berat badan bayi.

Gambar 3.9 Diagram Alir Pengukuran Berat Badan Bayi

Pada saat sensor loadcell dengan antuan modul HX711 (ADC) aktif atau telah

mendapatkan tekanan, maka proses pengkalibrasian data aktif untuk menstabilkan

tegangan yang dihasilkan. Kemudian dari hasil tegangan tersebut melakukan

prosen sampling atau pengambilan data tersebut dengan cara mengubah hasil dari

data analog ke ditgital (proses ADC). Kemudian dari hasil proses pengukuran

akan di tampilkan melalui LCD dan smartphone / Android.

21

21

3.7.2.1 Melakukan Pengkalibrasian

Proses pengkalibrasian pada sensor loadcell ini sangat berpengaruh dengan

nilai yang akan dikeluarkan pada saat proses pengukuran berat langsung.

Gambar 3.10 Program Kalibrasi Sensor Loadcell

Pada gambar di atas yang di beri tanda merah merupakan program untuk

membesar kecilkan nilai calibration_factor dimana faktor kalibrasi mempengaruhi

nilai pengukuran. Faktor kalibrasi digunakan untuk mencari titik 0 dari

timbangan.

Gambar 3.11 Program dan Rumus Sensor Loadcell

Setelah kita menemukan nilai faktor kalibrasi yang tepat kutip nilai

tersebut di “ float calibration_factor = 26000; “. Dan untuk program pengukuran

berat tubuh menggunakan persamaan dan konversi penghitungan, seperti:

0.45359237 x scale.get_units()

Keterangan :

- Scale.get_units() merupakan hasil dari proses pengukuran sensor

loadcell yang masih dalam satuan lbs.

- 0.45359237 merupakan nilai yang mengkonversikan hasil dari satuan

lbs ke satuan kilogram(Kg).

22

22

3.8 Rancangan Aplikasi Android

Pembuatan aplikasi android menggunakan software online yaitu MIT App

Inventor 2. Aplikasi ini merupakan aplikasi web sumber terbuka yang awalnya

dikembangkan oleh Google, dan saat ini dikelola oleh Massachusetts Institute of

Technology (MIT). App Inventor memungkinkan pengguna baru untuk

memprogram komputer untuk menciptakan aplikasi perangkat lunak bagi sistem

operasi Android.

Dalam perancangan aplikasi android untuk menampilkan hasil dari

pengukuran panjang bayi dibagi menjadi dua perancangan yaitu perancangan

Tampilan dan perancangan pemograman.

3.8.1 Perancangan Tampilan

Pada perancangan untuk tampilan aplikasi android ini mengunakan dua

halaman yaitu halaman login dan halaman utama. Contoh tampilan pada android

dapat di lihat pada gambar 3.6.

(a) (b)

Gambar 3.12 (a) Halaman Login dan (b) Halaman Utama

3.8.2 Perancangan Pemograman Aplikasi Android

Dibawah ini merupakan gambar flowchart diagram alur pemograman

aplikasi pada android untuk menampilkan dan menyimpan hasil pengukuran

panjang bayi.

23

23

Gambar 3.13 Alur Aplikasi Pada Android

Tahapan awal adalah memasukan username dan password dari pengguna

jika tidak berhasil maka harus mengulangi kembali dan jika berhasil akan masuk

ke halaman utama dimana harus menyalakan bluetooth dan mencari perangkat

bluetooth yang akan digunakan jika bluetooth terhubung maka akan siap untuk

menampilkan hasil pengukuran. Jika hasil pengukuran sudah ada tekan tombol

kondisi untuk mengetahui berat dari bayi ideal atau tidak. Jika biodata sudah terisi

dengan lengkap data siap di simpan ke database.

24

24

Gambar 3.14 Tabel Berat Badan Bayi Ideal

Sumber : https://www.panduanbpjs.com/Tabel-Berat-Bayi-Ideal-Sesaui-Usia.jpg

Tabel di atas merupakan acuan untuk menentukan kondisi dari bayi yang

telah di ukur agar mengetahui kondisi bayi dalam keadaan gemuk, Ideal atau

kurus. Sehingga orang tua dapat memperbaiki gizi anaknya.

3.9 Rancangan Database

Rancangan untuk penyimpanan data menggunakan fasilitas pada google

yaitu google drive. google drive adalah layanan penyimpanan data milik Google

yang diluncurkan pada 24 April 2012. Layanan ini merupakan ekstensi dari

google docs dan akan mengganti URL docs.google.com dengan drive.google.com

setelah diaktifkan. Google drive memberikan layanan penyimpanan gratis sebesar

15 GB dan dapat ditambahkan dengan pembayaran tertentu. Dengan fitur

unggulan yang sama seperti Dropbox, yaitu sinkronisasi data melalui folder

khusus di dalam desktop atau lebih dikenal dengan Desktop Sync Clients. Goodle

drive memberikan fitur-fitur yang terintegrasi dengan layanan Google lainnya

seperti: Gmail, G+ dan Google Search. Fitur yang bisa digaris bawahi dari google

frive adalah API’s untuk para developer. Hingga kini google drive telah terhubung

dengan puluhan aplikasi pihak ketiga.

Berikut adalah tampilan database untuk aplikasi android pendata

pertumbuhan bayi.

25

25

Gambar 3.15 Database dalam google drive

Dimana untuk pembuatan database memanfaatkan fitur yang ada pada

google drive yaitu google fusion tables. Google Fusion Tables adalah layanan web

yang disediakan oleh google untuk pengelolaan data. Tabel fusi dapat digunakan

untuk mengumpulkan, menampilkan dan berbagi tabel data. Data disimpan dalam

beberapa tabel yang dapat dilihat dan diunduh oleh pengguna internet.

Gambar 3.16 Proses Pembagian database

Data yang di simpan pada goodle drive dapat di publikasikan atau di bagi melalui

beberapa sosial media dan email yaitu Gmail, google+, facebook, dan twitter.

26

BAB IV

HASIL PENGUJIAN ALAT

4.1 Pengujian Power Supply

Dalam sistem alat ini sangat dibutuhkan power supply sebagai sumber

tegangan yang akan memberikan supply tegangan pada setiap rangkaian yang di

buat. Dalam hal ini penulis membuat power supply sebesar 5 volt DC dari

regulator tegangan 12 volt DC mengunakan modul stepdown LM2596. Regulator

sendiri memiliki fungsi yang mengubah tegangan 220 volt AC menjadi 12 volt

DC.

Tegangan 5 volt DC ini di pergunakan untuk supply tegangan komponen

yang di antara lain adalah sensor ultrasonik, modul HX711(Loadcell), LCD, dan

modul bluetooth.

Langkah pengujian:

1. Menghubungkan regulator 12 volt ke 220 volt AC, Dan hubungkan

regulator ke inputan modul stepdown LM2596.

2. Mengukur output power supply dengan multimeter analog.

3. Mencatat hasil pengujian.

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Rangkaian Power Supply

OutputTegangan Output

RegulatorOutput Power Supply

5 Volt 12.36 V 5 V

12 Volt 12.36 V 12.36 V

Keterangan:

LM2596 memiliki variasi output dari 1.2 – 37 volt DC yang dapat dirubah sesuai

dengan kebutuhan.

(Sumber:// www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf )

Dari data table di atas, hasil tegangan ouput dari rangkaian power supply 5

volt sesuai dengan output LM2596 seperti yang tertera pada datasheet yang

dimana outputan dapat di rubah atau di variasikan sesuai dengan kebutuhan. Dan

untuk tegangan 12 volt sendiri murni dari tegangan regulator adapter yang

26

27

27

memiliki sepesifikasi ouput sebesar 12 volt. Maka rangkaian power supply utama

5 volt dengan hasil pengukuran tegangan 4.98 Volt dapat digunakan karena telah

memenuhi standart untuk digunakan pada komponen rangkain yang terdiri dari

sensor ultrasonik, modul HX711(Loadcell), LCD, dan modul bluetooth. Berikut

foto dari pengujian rangkaian power supply.

Gambar 4.1 Tegangan Output Power Supply 12 V

Gambar 4.2 Tegangan Output Power Supply 5 V

4.2 Pengujian Sensor Load Cell

Dalam sistem ini sensor loadcell berfungsi untuk mengukur berat atau

massa tubuh bayi dan akan melakukan pengukuran ketika objek telah membebani

sensor tersebut. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem sensor

yang telah terprogram sesuai yang inginkan.

Langkah Pengujian:

1. Hubungkan input supply modul HX711 ke tegangan 5 volt.

2. Hubungkan pin DT dan SCK modul HX711 ke Pin 2 dan 3 arduino.

3. Hubungkan pin E+, E-, A+, A- modul HX711 pada sensor loadcell.

28

28

4. Lakukan pengukuran dengan membebani sensor.

5. Mencatat hasil pengujian

.Tabel 4.2 Pengujian Sensor Load Cell

Pengujian ke-Berat

Sebenarnya

Hasil Ukur

Sensor Loadcell Error (%)

UK1 UK2 UK3

1 4 Kg 4.03 Kg 4.18 Kg 4.37 Kg 5%

2 1 Kg 1.06 Kg 1.12 Kg 1.16 Kg 11%

3 2 Kg 2.15 Kg 2.27 Kg 2.30 Kg 12%

Rata – Rata 20%

Keterangan:

- Pengujian pengukuran berat diambil dari sebuah benda alat olahraga

(barbel) di karena untuk menghindari dari hal yang tidak inginkan pada

bayi dan tidak dapatnya izin dari beberapa pihak orangtua.

- Pengukuran di lakukan sebanyak 3 kali

- Penghitungan presentase error menggunakan rumus:

%Error =

Kemudian di ambil nilai rara-rata errornya.

- Masih terdapat selisih dalam penghitungan.

Dari data tabel pengujian di atas telah tertera hasil pengukuran sensor

loadcell memiliki nilai error sebesar 20%. Hal tersebut dibuktikan selama tiga kali

pengukuran menggunakan sensor loadcell menghasilkan nilai selisih dengan nilai

berat sebenarnya. Alhasil dari sistem pengukuran berat bayi menggunakan sensor

loadcell memiliki error dan belum menghasilkan nilai yang diingikan.

Berikut adalah gambar dari hasil pegujian sensor loadcell dari data di atas:

(a) Hasil Pengujian Ke-1 Dengan Barbel 4 Kg

29

29

(b) Hasil Pengujian Ke-2 Dengan Barbel 1 Kg

(c) Hasil Pengujian Ke-3 Dengan Barbel 2 Kg

Gambar 4.3 (a).(b).(c) Hasil Pengukuran Sensor Load Cell

4.3 Pengujian Sensor Ultrasonik

Dalam sistem alat ini sensor ultrasonik berfungsi untuk mengukur jarak

atau tinggi objek yang telah terdeteksi dan akan melakukan pengukuran.

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem sensor dengan program

telah di sesuaikan dengan baik.

Langkah Pengujian:

1. Menghubungkan input supply sensor ultrasonik pada modul arduino.

2. Menghubungkan input ECHO dan TRIG sensor ultrasonik pada modul

arduino.

3. Sensor ultrasonik memancarkan sinyal ultrasonik.

4. Melakukan pengukuran dan mencatat hasil pengujian

Tabel 4.3 Pengujian Sensor Ultrasonik

Pengujian

Ke-

Panjang

Sebenarnya

Hasil Ukur

Sensor Ultrasonik Error(%)

UK1 UK2 UK3

1 40 cm 40 cm 41cm 42cm 2.5%

2 30 cm 30 cm 29 cm 30 cm 1.1%

3 20 cm 20 cm 21 cm 20 cm 1.6%

Rata - Rata 1.7%

30

30

Keterangan:

- Pengujian pengukuran berat diambil dari sebuah benda alat olahraga

(barbel) di karena untuk menghindari dari hal yang tidak inginkan pada

bayi dan tidak dapat izinnya dari beberapa pihak orangtua.

- Pengukuran di lakukan sebanyak 3 kali

- Penghitungan presentase error menggunakan rumus:

%Error =

Kemudian di ambil nilai rara-rata errornya.

- Masih terdapat selisih dalam penghitungan.

Dari tabel pengujian, panjang sebenarnya pada sebuah penggaris besi

adalah 40cm, 30cm dan 20cm dan ketika di lakukan 3 kali pengukuran di

dapatkan hasil yang berbeda-beda, hanya pengukuran pertama yang memiliki

keakurasian 100%. Sehingga dari hasil pengukuran di dapat rata-rata nilai error

sebesar 1,7%.

Berikut adalah gambar hasil pengukuran untuk pengujian sensor ultrasonik

dari data diatas:

(a) Hasil Pengujian Ke-1 Dengan Penggaris 40 cm

(b) Hasil Pengujian Ke-2 Dengan Penggaris 30 cm

(c) Hasil Pengujian Ke-3 Dengan Penggaris 20 cm

Gambar 4.4 (a).(b).(c) Hasil Pengukuran Sensor Ultrasonik

31

31

4.4 Pengujian Tampilan LCD

Dalam alat ini menggunakan LCD2x16 karakter ini berfungsi sebagai

media informasi untuk menampilkan hasil pengukuran dari setiap sensor dan

tampilan lainya yang dituliskan di dalam listing program pada arduino. Dengan

menggunakan LCD2x16 ini dapat menampilkan 2 baris informasi sebanyak 16

karakter huruf maupun angka. Sehingga tampilan LCD ini merupakan ukuran

normal yang biasa digunakan untuk menampilkan karakter yang tidak terlalu

banyak informasi yang akan di tampilkan.

Langkah pengujian:

1. Menggunakan ouput power supply 5 volt

2. Hubungkan tegangan 5 volt pada modul I2C LCD.

3. Hubungkan pin SDA dan SCL modul I2C LCD pada pin SDA dan

SCL Arduino uno R3.

4. Ketika saklar dalam keadaan ON.

Tabel 4.4 Pengujian Tampilan LCD

Kondisi Saklar ON Karekter Tampilan LCD Keterangan

Kolom 1 Berat: (Hasil Pengukuran) Kg Sesuai

Kolom 2 Panjang: (Hasil Pengukuran) Cm Sesuai

Dari data pengujian tampilan LCD yang telah tertera pada tabel di atas

telah membuktikan bahwa semua karakter yang ingin di tampilkan pada layar

LCD telah sesuai.

Berikut adalah gambar pengujian tampilan LCD sesuai data diatas.

Gambar 4.5 Hasil Pengujian Tampilan LCD

32

32

4.5 Pengujian Aplikasi Android dan Database

Dalam pembuatan aplikasi android untuk alat ini menggunakan software

online yang bernama MIT AppInventor2. Sedangkan untuk database

memanfaatkan fasilitas yang ada di google yang bernama google fusion table

yang dimana nantinya akan di simpan pada sebuah google drive. Fungsi dari

aplikasi ini adalah untuk melengkapi data bayi yang akan di ukur dimana data

tersebut berupa tanggal pengukuran, nama, umur, berat, dan panjang.

Langkah pengujian :

1. Buka Aplikasi android yang digunakan dan masukan username dan

password untuk menampilkan halaman utama.

2. Aktifkan bluetooth untuk menghubungkan arduino dengan aplikasi

yang ada di android.

3. Lengkapi data calon bayi yang akan diukur. Untuk data berat dan

panjang akan terisi secara otomatis.

4. Simpan jika semua data udah di lengkapi.

5. Buka database apakah data berhasil tersimpan sesuai data yang diisi.

Tabel 4.5 Pengujian Aplikasi Android dan Database

Data Tampilan LCD

Pengujian

Aplikasi Android dan Database Keterangan

Android Database

Nama - Coba Test Coba Test Sesuai

Umur - 5 bulan 5 bulan Sesuai

Berat 5.52 Kg 5.52 Kg 5.52 Kg Sesuai

Panjang 42 Cm 42 Cm 42 Cm Sesuai

Kondisi - Ideal Ideal Sesuai

Keterangan:

- Untuk proses penyimpan dan membuka database dibutuhkan koneksi

ke internet.

33

33

Dari data pengujian aplikasi android dan database yang tertera pada tabel.

Dapat lihat bahwa data nilai pengukuran yang di tampilkan pada LCD, aplikasi

android dan database telah sesuai.

Namun ada beberapa kekurangan pada aplikasi yang ada di android yaitu

untuk menampilkan data pengukuran berat dan panjang nilainya terkadang tidak

stabil. Yang dimaksud tidak stabil disini adalah dimana hasil pengukuran datanya

berkedip-kedip dan terkadang menimbulkan angka tidak jelas seperti error.

Berikut adalah gambar pengujian aplikasi android dan database sesuai

data diatas.

(a) Tampilan Pada LCD

(b) Tampilan Pada Aplikasi Android

(c) Tampilan Pada Database

Gambar 4.6 (a).(b).(c) Hasil Pengujian Aplikasi Android dan Database

34

34

BAN V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan dari data hasil penemuan yang telah di lakukan dan di

laporkan oleh penulis pada bab sebelumnya, maka dapat di ambil beberapa

kesimpulan sebagai berikut:

a. Alat pengukuran berat dan panjang badan bayi ini telah di rancang

menggunakan sensor (loadcell dan ultrasonk) yang hasilnya akan

tampil pada monitor LCD dan aplikasi di android yang kemudian akan

di simpan pada sebuah database.

b. Untuk hasil pengukuran panjang badan bayi yang telah di proses oleh

sensor ultrasonik dan arduino mendapatkan nilai rata-rata error sebesar

1.7%. hal tersebut dikarenakan kesensitifan sebuah sensor ultrasonik

dimana jika bidang objek yang di pantulkan sinyal bergeser sedikit

akan mempengaruhi nilai ukur.

c. Untuk hasil pengukuran berat badan bayi yang telah di proses oleh

timbangan sensor loadcell dan arduio mendapatkan nilai rata-rata error

sebesar 20%. hal tersebut dikarenakan kesensitifan sebuah sensor

loadcell dimana jika objek yang akan di timbang bergerak-gerak maka

akan mempengaruhi hasil dari pengukuran.

d. Untuk hasil pengujian aplikasi android dan database data nilai

pengukuran yang di tampilkan pada LCD, aplikasi android dan

database telah sesuai. Namun ada beberapa kekurangan pada aplikasi

yang ada di android yaitu untuk menampilkan data pengukuran berat

dan panjang nilainya terkadang tidak stabil. Yang dimaksud tidak

stabil disini adalah dimana hasil pengukuran datanya berkedip-kedip

dan terkadang menimbulkan angka tidak jelas seperti error.

e. Tombol kondisi pada aplikasi andoroid di peruntukan untuk

mengetahui kondisi bayi dalam keadaan gemuk, ideal atau kurus. Hal

tersebut di peruntukan agar orantua mengetahui kondisi bayinya

sehingga dapat menjaga gizinya.

35

35

5.2 Saran

Berikut adalah saran yang penulis atau perancang ingin sampaikan agar

kedepannya sistem alat pengukur berat dan panjang badan bayi yang

menggunakan sensor loadcell dan ultrasonik menjadi lebih baik. Apabila

kedepannya ada yang ingin merevisi dan mengembangkan sistem alat ini.

a. Sebaiknya menggunakan sensor ultrasonik yang memiliki nilai

kesensitifan yang lebih baik agar sinyal dapat memantul dengan baik

dan mendapatkan hasil yang tepat.

b. Untuk timbangan berat badan bayi agar output tidak menghasilkan

nilai error.

c. Untuk perancangan desain atau konstruksi pembuatan timbangan

badan harus kokoh dan menggunakan bahan bahan yang tidak

membahayakan bayi.

d. Untuk perancangan pengukuran panjang bayi agar papan untuk

memantulkan sinyal ultrasonik tidak lagi di geser secara manual.

e. Menggunakan supply cadangan. Apabila terjadi pemadaman listrik.

36

36

DAFTAR PUSTAKA

Bernard.M.,Julius V.,Joshua N.,Evelyn L., dan Joselito A., (2016) “Developmentof Automaed Body Mass Index Calclation Device”, International Journal ofApplied Engineering Research, Vol. 11, No. 7.

Chincole. S., Bobde. P. dan Damahe. D., (2016) “AHealth Monitoring Systemwith Provision for Setting Up Smart Alarm and Reminder”, Journal ofInformation, Knowledge and Research in Computer Engineering, Vol. 15,Issue 1

Dewi Susanti Karyadi dan Hendro Gunawan, (2007) “Alat Pengukur TinggiBadan Portabel”, Surabaya, Jurusan Teknik Elektro-FT, UniversitasKatholik Widya Mandala.

Elektronika Dasar. (2012) “LCD (Liquid Cristal Display)”. di akses 15 Maret2017 dari http://www.elektronika-dasar.web.id/lcd-liquid-cristal-display/.

Gerai Cerdas, (2017) “Bluetooth Module HC-05”. di akses 15 Maret 2017 darihttp://www.geraicerdas.com/mikrokontroler/module/bluetooth-module-hc-05-detail.

Khakim, A. L. (2015). “Rancang Bangun Alat Timbang Digital Berbasis AVRTipe Atmega32”. Tugas Akhir. Universitas Negeri Semarang.

Khoiruddin, A. M. (2015). “Pengembangan Alat Ukur Tinggi Badan dan BeratBadan Digital Yang Terintegrasi”. Tugas Akhir. Universitas NegeriYogyakarta

Nuryanto, R. (2015). “Pengukur Berat dan Tinggi Badan Ideal BerbasisArduino”. Karya Ilmiah Program Sarjana. Universitas MuhammadiyahSurakarta.

Prayoga, B., Aidil, R (2010). “Rancang Bangun Sistem Detekti Gizi Buruk PadaBalita Usia Dini Di Posyandu Berdasar Berat Badan Dan Tinggi BadanYang Terhubung Dengan PC Berbasis Internet Gateway”. Karya IlmiahProgram Sarjana. Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.

37

37

Suparyanto, (2010) : Deteksi Dini Tumbuh Kembang Anak / Balita Melalui KMS,

di Akses 15 Maret 2017 dari http://www.dr-Suparyanto. blogspot. co.id/ 2010

/09/deteksi-dini-tumbuh-kembang-anak-balita.html?m=1.

Utama, M.R., S. Rhenza, dan Rachmansyah. (2008). “Alat Ukur tinggi dan BeratBadan Digital Berbasis Mikrokontroler. Jurnal Teknik Elektro”. 18(7).

Wikipedia, (2009), “Google Fusion Tables”. Di akses 9 Mei 2017 dari

https://en.wikipedia.org/wiki/Google_Fusion_Tables.

Wikipedia, (2012), “Google Drive”. Di akses 9 Mei 2017 dari

https://id.wikipedia.org/wiki/Google_Drive.

38

38

LAMPIRAN

Tampilan Keseluruhan Program Arduino Sensor Load Cell DenganModul HX711 Sebagai Alat Untuk Mengukur Berat Tubuh.

#include <HX711.h>#include <Wire.h>#include <LiquidCrystal_I2C.h>LiquidCrystal_I2C lcd(0x27 ,2,1,0,4,5,6,7,3, POSITIVE);#define DOUT 3#define CLK 2

HX711 scale(DOUT, CLK);

float calibration_factor = 26000; //-8050;

void setup() {lcd.begin (16,2); //LCD untuk ukuran 16x2Serial.begin(9600);scale.set_scale();scale.tare();//reset tehe scale to 0long zero_factor=scale.read_average();Serial.print("Zero factor: ");Serial.println(zero_factor);}

void loop(){

scale.set_scale(calibration_factor);//Adjust to this calibration factorSerial.print("Berat: ");Serial.print(0.45359237*scale.get_units(),2);delay(1000);Serial.print(" Kg ");Serial.print("calibration_factor: ");Serial.print(calibration_factor);Serial.println();lcd.setCursor(0, 0); //baris pertamalcd.print(“Berat: “);lcd.print(0.434*scale.get_units(),2);lcd.println("Kg");lcd.setCursor(0, 1); //baris kedualcd.print(calibration_factor);

39

39

if(Serial.available()){char temp=Serial.read();if(temp=='+'||temp=='a')calibration_factor +=100;else if(temp=='-'||temp=='z')calibration_factor -=100;}

}

Cara Untuk Melakukan Proses Kalibrasi Pada Sensor Load Cell DenganModul HX711

Pembuatan program kalibrassi untuk sensor load cell pada sketcharduino uno.

Hubungkan pengkabelan dari sensor loadcell ke pin input modulHX711, kemudian output dri modul HX711 di hubungkan ke arduinouno.

Upload program pengkalibrasian tersebut ke arduino uno. Setelah donecompling munculkan serial monitor pada tampilan PC.

Kemudian pada tampilan serial monitor akan muncul angka-angkaacak yang di hasilkan dari sensor load cell dengan kondisi belummendapatkan tekanan.

Dari angka-angka tersebut kutip salah satu dan masukan ke dalamprogram kalibrasi yang tadi dibuat.

Beri beban atau tekanan pada sensor load cell dengan menggunakanbatu timbangan, kemudian pada serial monitor akan muncul angka-angka yang berbeda dari sebelumnya.

Dari angka-angka tersebut kutipan kembali salah satu dan masukan kedalam program kalibrasi yang tadi di buat.

Lakukan perhitungan rumus dari angka-angka yang di kutip tadi.

40

40

Tampilan Program Keseluruhan Sensor Ultrasonik Sebagai Alat UntukMengukur Panjang Badan.

#define ECHOPIN 4

#define TRIGPIN 5

int sensorValue = 0;

int outputValue = 0;

int HT,H2,H1;

void setup() { Serial.begin(9600);

pinMode(ECHOPIN, INPUT);

pinMode(TRIGPIN, OUTPUT);

delay(1000);

HT=87;

}

void loop()

{

digitalWrite(TRIGPIN, LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(TRIGPIN, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(TRIGPIN, LOW);

int distance = pulseIn(ECHOPIN, HIGH);

distance= distance/58;

H2=HT-distance;

Serial.print(H2);

}

41

41

Pembuatn Aplikasi di Android menggunakan App Inventor2:

-Halaman Login

Program:

42

42

-Halaman Utama

Program:

43

43

44

44

Foto Alat Tugas Akhir Yang dibuat :

Tech Support: [email protected]

Ultrasonic Ranging Module HC - SR04

Product features:

Ultrasonic ranging module HC - SR04 provides 2cm - 400cm non-contactmeasurement function, the ranging accuracy can reach to 3mm. The modulesincludes ultrasonic transmitters, receiver and control circuit. The basic principleof work:(1) Using IO trigger for at least 10us high level signal,(2) The Module automatically sends eight 40 kHz and detect whether there is apulse signal back.(3) IF the signal back, through high level , time of high output IO duration isthe time from sending ultrasonic to returning.Test distance = (high level time×velocity of sound (340M/S) / 2,

Wire connecting direct as following:

5V SupplyTrigger Pulse InputEcho Pulse Output0V Ground

Electric Parameter

Working Voltage DC 5 V

Working Current 15mA

Working Frequency 40Hz

Max Range 4m

Min Range 2cm

MeasuringAngle 15 degree

Trigger Input Signal 10uS TTL pulse

Echo Output Signal Input TTL lever signal and the range in

proportion

Dimension 45*20*15mm

Vcc Trig Echo GND

Timing diagram

The Timing diagram is shown below. You only need to supply a short 10uSpulse to the trigger input to start the ranging, and then the module will send outan 8 cycle burst of ultrasound at 40 kHz and raise its echo. The Echo is adistance object that is pulse width and the range in proportion .You cancalculate the range through the time interval between sending trigger signal andreceiving echo signal. Formula: uS / 58 = centimeters or uS / 148 =inch; or: therange = high level time * velocity (340M/S) / 2; we suggest to use over 60msmeasurement cycle, in order to prevent trigger signal to the echo signal.

Attention:

The module is not suggested to connect directly to electric, if connectedelectric, the GND terminal should be connected the module first, otherwise,it will affect the normal work of the module.

When tested objects, the range of area is not less than 0.5 square metersand the plane requests as smooth as possible, otherwise ,it will affect theresults of measuring.

www.Elecfreaks.com

HX711

24-Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scales

DESCRIPTIONBased on Avia Semiconductor’s patented

technology, HX711 is a precision 24-bit analog-to-digital converter (ADC) designed for weighscales and industrial control applications tointerface directly with a bridge sensor.

The input multiplexer selects either Channel Aor B differential input to the low-noiseprogrammable gain amplifier (PGA). Channel Acan be programmed with a gain of 128 or 64,corresponding to a full-scale differential inputvoltage of ±20mV or ±40mV respectively, whena 5V supply is connected to AVDD analog powersupply pin. Channel B has a fixed gain of 32. On-chip power supply regulator eliminates the needfor an external supply regulator to provide analogpower for the ADC and the sensor. Clock input isflexible. It can be from an external clock source, acrystal, or the on-chip oscillator that does notrequire any external component. On-chip power-on-reset circuitry simplifies digital interfaceinitialization.

There is no programming needed for theinternal registers. All controls to the HX711 arethrough the pins.

FEATURES• Two selectable differential input channels

• On-chip active low noise PGA with selectable gainof 32, 64 and 128

• On-chip power supply regulator for load-cell andADC analog power supply

• On-chip oscillator requiring no externalcomponent with optional external crystal

• On-chip power-on-reset

• Simple digital control and serial interface:

pin-driven controls, no programming needed

• Selectable 10SPS or 80SPS output data rate

• Simultaneous 50 and 60Hz supply rejection

• Current consumption including on-chip analogpower supply regulator:

normal operation < 1.5mA, power down < 1uA

• Operation supply voltage range: 2.6 ~ 5.5V• Operation temperature range: -40 ~ +85℃

• 16 pin SOP-16 package

APPLICATIONS

• Weigh Scales

• Industrial Process Control

VAVDD

10uFR2 R1

S8550 VSUP2.7~5.5V

Load cellAVDD

INA+

VFB BASE VSUP DVDD

INA-

INB+

INB-

InputMUX

Analog Supply Regulator

24-bit Σ∆ADC

PGAGain = 32, 64, 128

DigitalInterface

DOUT

PD_SCK

RATE

To/FromMCU

0.1uF

VBGBandgap Reference

InternalOscillator HX711

AGND XI XO

Fig. 1 Typical weigh scale application block diagram

TEL: (592) 252-9530 (P. R. China) AVIA SEMICONDUCTOREMAIL: [email protected]

HX711

AVIA SEMICONDUCTOR 2

Pin Description

Regulator Power VSUP 1 16 DVDDDigital Power

Regulator Control Output BASE 2 15 RATE Output Data Rate Control Input

Analog Power AVDD 3 14 XI Crystal I/O and External Clock Input

Regulator Control Input VFB 4 13 XO Crystal I/O

Analog Ground AGND 5 12 DOUT Serial Data Output

Reference Bypass VBG 6 11 PD_SCKPower Down and Serial Clock Input

Ch. A Negative Input INNA 7 10 INPB Ch. B Positive Input

Ch. A Positive Input INPA 8 9 INNB Ch. B Negative Input

SOP-16L Package

Pin # Name Function Description

1 VSUP Power Regulator supply: 2.7 ~ 5.5V2 BASE Analog Output Regulator control output（NC when not used）3 AVDD Power Analog supply: 2.6 ~ 5.5V4 VFB Analog Input Regulator control input（connect to AGND when not used）5 AGND Ground Analog Ground6 VBG Analog Output Reference bypass output7 INA- Analog Input Channel A negative input8 INA+ Analog Input Channel A positive input9 INB- Analog Input Channel B negative input

10 INB+ Analog Input Channel B positive input11 PD_SCK Digital Input Power down control (high active) and serial clock input12 DOUT Digital Output Serial data output13 XO Digital I/O Crystal I/O (NC when not used）14 XI Digital Input Crystal I/O or external clock input, 0: use on-chip oscillator15 RATE Digital Input Output data rate control, 0: 10Hz; 1: 80Hz16 DVDD Power Digital supply: 2.6 ~ 5.5V

Table 1 Pin Description


HX711

KEY ELECTRICAL CHARACTERISTICS

Parameter Notes MIN TYP MAX UNITFull scale differentialinput range V(inp)-V(inn) ±0.5(AVDD/GAIN) V

Common mode input AGND+1.2 AVDD-1.3 V

Output data rate

Internal Oscillator, RATE = 0 10 HzInternal Oscillator, RATE =DVDD 80Crystal or external clock,RATE = 0 fclk/1,105,920Crystal or external clock,RATE = DVDD fclk/138,240

Output data coding 2’s complement 800000 7FFFFF HEX

Output settling time (1) RATE = 0 400 ms

RATE = DVDD 50

Input offset drift Gain = 128 0.2 mV

Gain = 64 0.4

Input noiseGain = 128，RATE = 0 50 nV(rms)

Gain = 128，RATE = DVDD 90

Temperature driftInput offset（Gain = 128） ±6 nV/℃

Gain（Gain = 128） ±5 ppm/℃

Input common moderejection Gain = 128，RATE = 0 100 dB

Power supply rejection Gain = 128，RATE = 0 100 dBReference bypass（VBG） 1.25 VCrystal or external clockfrequency 1 11.0592 20 MHz

Power supply voltageDVDD 2.6 5.5 V

AVDD，VSUP 2.6 5.5Analog supply current(including regulator) Normal 1400 µA

Power down 0.3

Digital supply currentNormal 100 µA

Power down 0.2

（1）Settling time refers to the time from power up, reset, input channel change and gain changeto valid stable output data.

Table 2 Key Electrical Characteristics


HX711

Analog Inputs

Channel A differential input is designed tointerface directly with a bridge sensor’sdifferential output. It can be programmed with again of 128 or 64. The large gains are needed toaccommodate the small output signal from thesensor. When 5V supply is used at the AVDD pin,these gains correspond to a full-scale differentialinput voltage of ±20mV or ±40mV respectively.

Channel B differential input has a fixed gain of32. The full-scale input voltage range is ±80mV,when 5V supply is used at the AVDD pin.

Power Supply Options

Digital power supply (DVDD) should be thesame power supply as the MCU power supply.

When using internal analog supply regulator,the dropout voltage of the regulator depends onthe external transistor used. The output voltage isequal to VAVDD=VBG*(R1+R2)/ R1 (Fig. 1). Thisvoltage should be designed with a minimum of100mV below VSUP voltage.

If the on-chip analog supply regulator is notused, the VSUP pin should be connected to eitherAVDD or DVDD, depending on which voltage ishigher. Pin VFB should be connected to Groundand pin BASE becomes NC. The external 0.1uFbypass capacitor shown on Fig. 1 at the VBGoutput pin is then not needed.

Clock Source Options

By connecting pin XI to Ground, the on-chiposcillator is activated. The nominal output datarate when using the internal oscillator is 10(RATE=0) or 80SPS (RATE=1).

If accurate output data rate is needed, crystal orexternal reference clock can be used. A crystalcan be directly connected across XI and XO pins.An external clock can be connected to XI pin,through a 20pF ac coupled capacitor. Thisexternal clock is not required to be a square wave.It can come directly from the crystal output pin ofthe MCU chip, with amplitude as low as 150 mV.

When using a crystal or an external clock, theinternal oscillator is automatically powered down.

Output Data Rate and Format

When using the on-chip oscillator, output datarate is typically 10 (RATE=0) or 80SPS(RATE=1).

When using external clock or crystal, outputdata rate is directly proportional to the clock orcrystal frequency. Using 11.0592MHz clock orcrystal results in an accurate 10 (RTE=0) or80SPS (RATE=1) output data rate.

The output 24 bits of data is in 2’s complementformat. When input differential signal goes out ofthe 24 bit range, the output data will be saturatedat 800000h (MIN) or 7FFFFFh (MAX), until theinput signal comes back to the input range.

Serial Interface

Pin PD_SCK and DOUT are used for dataretrieval, input selection, gain selection and powerdown controls.

When output data is not ready for retrieval,digital output pin DOUT is high. Serial clockinput PD_SCK should be low. When DOUT goesto low, it indicates data is ready for retrieval. Byapplying 25~27 positive clock pulses at thePD_SCK pin, data is shifted out from the DOUToutput pin. Each PD_SCK pulse shifts out one bit,starting with the MSB bit first, until all 24 bits areshifted out. The 25th pulse at PD_SCK input willpull DOUT pin back to high (Fig.2).

Input and gain selection is controlled by thenumber of the input PD_SCK pulses (Table 3).PD_SCK clock pulses should not be less than 25or more than 27 within one conversion period, toavoid causing serial communication error.

PD_SCK PulsesInput

channelGain

25 A 128

26 B 32

27 A 64

Table 3 Input Channel and Gain Selection


HX711

Current Output Data Next Output Data

One conversion period

DOUT MSB LSB

T2 T3

T1

PD_SCK 1 2 3 4 24 25 Next Conversion：CH.A, Gain:128

T4

PD_SCK 1 2 3 4 24 25 26Next Conversion：CH.B, Gain:32

PD_SCK 1 2 3 4 24 25 26 27Next Conversion：CH.B, Gain:64

Fig.2 Data output, input and gain selection timing and control

Symbol Note MIN TYP MAX Unit

T1 DOUT falling edge to PD_SCK rising edge 0.1 µs

T2 PD_SCK rising edge to DOUT data ready 0.1 µs

T3 PD_SCK high time 0.2 1 50 µs

T4 PD_SCK low time 0.2 1 µs

Reset and Power-Down

When chip is powered up, on-chip power onrest circuitry will reset the chip.

Pin PD_SCK input is used to power down theHX711. When PD_SCK Input is low, chip is innormal working mode.

Power down:

PD_SCK

powered down. When PD_SCK returns to low,chip will reset and enter normal operation mode.

After a reset or power-down event, inputselection is default to Channel A with a gain of128.

Application Example

Fig.1 is a typical weigh scale application usingHX711. It uses on-chip oscillator (XI=0), 10Hzoutput data rate (RATE=0). A Single powersupply （2.7～5.5V） comes directly from MCU

60µ s Power down Normal power supply. Channel B can be used for batterylevel detection. The related circuitry is not shownon Fig. 1.

Fig.3 Power down control

When PD_SCK pin changes from low to highand stays at high for longer than 60µs, HX711enters power down mode (Fig.3). When internalregulator is used for HX711 and the externaltransducer, both HX711 and the transducer will be


HX711

Reference PCB Board (Single Layer)

Fig.4 Reference PCB board schematic

Fig.5 Reference PCB board layout


HX711

Reference Driver (Assembly)/*-------------------------------------------------------------------

Call from ASM: LCALL ReaAD

Call from C: extern unsigned long ReadAD(void);.

.

unsigned long data;

data=ReadAD();

.

.

----------------------------------------------------------------------*/

PUBLIC ReadAD

HX711ROM segment code

rseg HX711ROM

sbit ADDO = P1.5;

sbit ADSK = P0.0;

/*--------------------------------------------------

OUT: R4, R5, R6, R7 R7=>LSB

---------------------------------------------------*/ReadAD:

CLR ADSK //AD Enable（PD_SCK set low）

SETB ADDO //Enable 51CPU I/0

JB ADDO,$ //AD conversion completed?

MOV R4,#24

ShiftOut:SETB ADSK //PD_SCK set high（positive pulse）

NOP

CLR ADSK //PD_SCK set low

MOV C,ADDO //read on bit

XCH A,R7 //move data

RLC A

XCH A,R7

XCH A,R6

RLC A

XCH A,R6

XCH A,R5

RLC A

XCH A,R5

DJNZ R4,ShiftOut //moved 24BIT?

SETB ADSK

NOP

CLR ADSK

RET

END


HX711

Reference Driver（C）//-------------------------------------------------------------------

sbit ADDO = P1^5;

sbit ADSK = P0^0;unsigned long ReadCount(void){

unsigned long Count;

unsigned char i;

ADDO=1;

ADSK=0;Count=0;

while(ADDO);

for (i=0;i<24;i++){

ADSK=1;

Count=Count<<1;

ADSK=0;

if(ADDO) Count++;

} ADSK=1;

Count=Count^0x800000;

ADSK=0;

return(Count);}


HX711

Package Dimensions

9.90 10.109.70

6.00 6.205.80 3.90 4.10

3.701.27 0.48

0.39

1.601.20

TypMAX

MINUnit: mm

SOP-16L Package

ProductFolder

Sample &Buy

TechnicalDocuments

Tools &Software

Support &Community

1 Features

LM2596SNVS124D – NOVEMBER 1999 –REVISED MAY 2016

LM2596 SIMPLE SWITCHER® Power Converter 150-kHz3-A Step-Down Voltage Regulator

3 Description• 3.3-V, 5-V, 12-V, and Adjustable Output Versions• Adjustable Version Output Voltage Range: 1.2-V

to 37-V ± 4% Maximum Over Line and LoadConditions

• Available in TO-220 and TO-263 Packages• 3-A Output Load Current• Input Voltage Range Up to 40 V• Requires Only 4 External Components• Excellent Line and Load Regulation Specifications• 150-kHz Fixed-Frequency Internal Oscillator• TTL Shutdown Capability• Low Power Standby Mode, IQ, Typically 80 μA• High Efficiency• Uses Readily Available Standard Inductors• Thermal Shutdown and Current-Limit Protection• Create a Custom Design Using the LM2596 with

the WEBENCH Power Designer

2 Applications• Simple High-Efficiency Step-Down (Buck)

Regulator• On-Card Switching Regulators• Positive to Negative Converter

The LM2596 series of regulators are monolithicintegrated circuits that provide all the active functionsfor a step-down (buck) switching regulator, capable ofdriving a 3-A load with excellent line and loadregulation. These devices are available in fixed outputvoltages of 3.3 V, 5 V, 12 V, and an adjustable outputversion.Requiring a minimum number of externalcomponents, these regulators are simple to use andinclude internal frequency compensation, and a fixed-frequency oscillator.The LM2596 series operates at a switching frequencyof 150 kHz, thus allowing smaller sized filtercomponents than what would be required with lowerfrequency switching regulators. Available in astandard 7-pin TO-220 package with several differentlead bend options, and a 7-pin TO-263 surface mountpackage.

Device Information(1)

PART NUMBER PACKAGE BODY SIZE (NOM)

LM2596TO-220 (7) 14.986 mm × 10.16 mmTO-263 (7) 10.10 mm × 8.89 mm

(1) For all available packages, see the orderable addendum atthe end of the data sheet.

(Fixed Output Voltage Versions)

Typical Application

An IMPORTANT NOTICE at the end of this data sheet addresses availability, warranty, changes, use in safety-critical applications,intellectual property matters and other important disclaimers. PRODUCTION DATA.

LM2596SwNwVwS.1ti2.c4Dom– NOVEMBER 1999 –REVISED MAY 2016

LM2596SNVS124D – NOVEMBER 1999 –REVISEwDwMwA.tYi.c20o1m6

2CopyrightS©u1b9m99it–D20o1c6u,mTeee xnatsatIinosntruFmeeee ndtbsaIncckorporated

CopyrightS©ub19m9i9t–D2o01c6u,mTeenxatastIionsntrFumeeedntbsaIcnkcorporat2ed

Product Folder Links: LM2596

Table of Contents1 Features .................................................................. 12 Applications ........................................................... 13 Description ............................................................. 14 Revision History..................................................... 25 Description (continued)......................................... 36 Pin Configuration and Functions ......................... 37 Specifications......................................................... 4

7.1 Absolute Maximum Ratings ..................................... 47.2 ESD Ratings.............................................................. 47.3 Operating Conditions ................................................ 47.4 Thermal Information .................................................. 4

8.2 Functional Block Diagram ....................................... 108.3 Feature Description................................................. 108.4 Device Functional Modes........................................ 14

9 Application and Implementation ........................ 159.1 Application Information............................................ 159.2 Typical Applications ................................................ 22

10 Power Supply Recommendations ..................... 3111 Layout................................................................... 31

11.1 Layout Guidelines ................................................. 3111.2 Layout Examples................................................... 3111.3 Thermal Considerations ........................................ 33

7.5 Electrical Characteristics – 3.3-V Version................. 5 12 Device and Documentation Support ................. 3512.1 Custom Design with WEBENCH Tools................. 3512.2 Receiving Notification of Documentation Updates 35

7.6 Electrical Characteristics – 5-V Version.................... 57.7 Electrical Characteristics – 12-V Version.................. 57.8 Electrical Characteristics – Adjustable Voltage

Version ....................................................................... 512.312.4

Community Resources.......................................... 35Trademarks ........................................................... 35

7.9 Electrical Characteristics – All Output Voltage 12.5 Electrostatic Discharge Caution............................ 35Versions ..................................................................... 6 12.6 Glossary ................................................................ 35

7.10 Typical Characteristics ............................................ 78 Detailed Description ............................................ 10

8.1 Overview ................................................................. 10

13 Mechanical, Packaging, and OrderableInformation ........................................................... 35

4 Revision HistoryNOTE: Page numbers for previous revisions may differ from page numbers in the current version.

Changes from Revision C (April 2013) to Revision D Page

• Added ESD Ratings table, Feature Description section, Device Functional Modes, Application and Implementation section,Power Supply Recommendations section, Layout section, Device and Documentation Support section, and Mechanical,Packaging, and Orderable Information section. ................................................................................................. 1

• Removed all references to design software Switchers Made Simple .................................................................................... 1

Changes from Revision B (April 2013) to Revision C Page

• Changed layout of National Semiconductor Data Sheet to TI format .................................................................................. 10






5 Description (continued)A standard series of inductors are available from several different manufacturers optimized for use with theLM2596 series. This feature greatly simplifies the design of switch-mode power supplies.Other features include a ±4% tolerance on output voltage under specified input voltage and output loadconditions, and ±15% on the oscillator frequency. External shutdown is included, featuring typically 80 μAstandby current. Self-protection features include a two stage frequency reducing current limit for the outputswitch and an overtemperature shutdown for complete protection under fault conditions.6 Pin Configuration and Functions

NDH Package7-Pin TO-220

Top View

Pin Functions

KTT Package7-Pin TO-263

Top View

PIN I/O DESCRIPTIONNO. NAME

1 VIN IThis is the positive input supply for the IC switching regulator. A suitable input bypasscapacitor must be present at this pin to minimize voltage transients and to supply theswitching currents required by the regulator.

2 Output OInternal switch. The voltage at this pin switches between approximately (+VIN − VSAT) andapproximately −0.5 V, with a duty cycle of VOUT / VIN. To minimize coupling to sensitivecircuitry, the PCB copper area connected to this pin must be kept to a minimum.

3 Ground — Circuit ground.4 Feedback I Senses the regulated output voltage to complete the feedback loop.

5 ON/OFF I

Allows the switching regulator circuit to be shut down using logic signals thus dropping thetotal input supply current to approximately 80 µA. Pulling this pin below a threshold voltageof approximately 1.3 V turns the regulator on, and pulling this pin above 1.3 V (up to amaximum of 25 V) shuts the regulator down. If this shutdown feature is not required, theON/OFF pin can be wired to the ground pin or it can be left open. In either case, theregulator will be in the ON condition.






7 Specifications

7.1 Absolute Maximum Ratingsover operating free-air temperature range (unless otherwise noted) (1) (2)

MIN MAX UNIT

Maximum supply voltage (VIN) 456

1.5–0.3 45–0.3 25

–1Internally limited

VSD/SS pin input voltage (3) VDelay pin voltage(3) VFlag pin voltage VFeedback pin voltage VOutput voltage to ground, steady-state VPower dissipation

Lead temperatureKTW package

Vapor phase (60 s) 215

245260150

–65 150

°CInfrared (10 s)

NDZ package, soldering (10 s)Maximum junction temperature °CStorage temperature, Tstg °C

(1) Stresses beyond those listed under Absolute Maximum Ratings may cause permanent damage to the device. These are stress ratingsonly, which do not imply functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated under RecommendedOperating Conditions. Exposure to absolute-maximum-rated conditions for extended periods may affect device reliability.

(2) If Military/Aerospace specified devices are required, please contact the Texas Instruments Sales Office/ Distributors for availability andspecifications.

(3) Voltage internally clamped. If clamp voltage is exceeded, limit current to a maximum of 1 mA.

7.2 ESD RatingsVALUE UNIT

V(ESD) Electrostatic discharge Human-body model (HBM), per ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 (1) ±2000 V

(1) JEDEC document JEP155 states that 500-V HBM allows safe manufacturing with a standard ESD control process.

7.3 Operating ConditionsMIN MAX UNIT

Supply voltage 4.5 40–40 125

VTemperature °C

7.4 Thermal InformationLM2596

THERMAL METRIC (1) KTW (TO-263) NDZ (TO-220) UNIT7 PINS 7 PINS

RθJA Junction-to-ambient thermal resistance (2) (3)

See (4) — 50

°C/WSee (5) 50 —

See (6) 30 —

See (7) 20 —

RθJC(top) Junction-to-case (top) thermal resistance 2 2 °C/W

(1) For more information about traditional and new thermal metrics, see the Semiconductor and IC Package Thermal Metrics applicationreport, SPRA953.

(2) The package thermal impedance is calculated in accordance to JESD 51-7.(3) Thermal Resistances were simulated on a 4-layer, JEDEC board.(4) Junction to ambient thermal resistance (no external heat sink) for the package mounted TO-220 package mounted vertically, with the

leads soldered to a printed circuit board with (1 oz.) copper area of approximately 1 in2.(5) Junction to ambient thermal resistance with the TO-263 package tab soldered to a single sided printed circuit board with 0.5 in2 of 1-oz

copper area.(6) Junction to ambient thermal resistance with the TO-263 package tab soldered to a single sided printed circuit board with 2.5 in2 of 1-oz

copper area.(7) Junction to ambient thermal resistance with the TO-263 package tab soldered to a double sided printed circuit board with 3 in2 of 1-oz

copper area on the LM2596S side of the board, and approximately 16 in2 of copper on the other side of the PCB.






7.5 Electrical Characteristics – 3.3-V VersionSpecifications are for TJ = 25°C (unless otherwise noted)

PARAMETER TEST CONDITIONS MIN (1) TYP (2) MAX (1) UNIT

SYSTEM PARAMETERS (3) (see Figure 35 for test circuit)

VOUT Output voltage

η Efficiency

4.75 V ≤ VIN ≤ 40 V,0.2 A ≤ ILOAD ≤ 3 A

TJ = 25°C 3.168 3.3 3.432

3.135 3.465

73%

V–40°C ≤ T J ≤ 125°C

VIN = 12 V, ILOAD = 3 A

(1) All room temperature limits are 100% production tested. All limits at temperature extremes are specified via correlation using standardStatistical Quality Control (SQC) methods. All limits are used to calculate Average Outgoing Quality Level (AOQL).

(2) Typical numbers are at 25°C and represent the most likely norm.(3) External components such as the catch diode, inductor, input and output capacitors can affect switching regulator system performance.

When the LM2596 is used as shown in Figure 35, system performance is shown in the test conditions column.

7.6 Electrical Characteristics – 5-V VersionSpecifications are for TJ = 25°C (unless otherwise noted)



VOUT Output voltage

η Efficiency

7 V ≤ VIN ≤ 40 V,0.2 A ≤ ILOAD ≤ 3 A

TJ = 25°C 4.8 5 5.2

4.75 5.25

80%

V–40°C ≤ T J ≤ 125°C





7.7 Electrical Characteristics – 12-V VersionSpecifications are for TJ = 25°C (unless otherwise noted)



VOUT Output voltage

η Efficiency

15 V ≤ VIN ≤ 40 V,0.2 A ≤ ILOAD ≤ 3 A

TJ = 25°C 11.52 12 12.48

11.4 12.6

90%

V–40°C ≤ T J ≤ 125°C





7.8 Electrical Characteristics – Adjustable Voltage VersionSpecifications are for TJ = 25°C (unless otherwise noted)



VFB Feedback voltage

η Efficiency

4.5 V ≤ VIN ≤ 40 V, 0.2 A ≤ ILOAD ≤ 3 A 1.23

1.193 1.267

1.18 1.28

73%

VVOUT programmed for 3 V(see Figure 35 for test circuit)

TJ = 25°C

–40°C ≤ TJ ≤ 125°C

VIN = 12 V, VOUT = 3 V, ILOAD = 3 A









PARAMETER TEST CONDITIONS MIN (1) TYP (2) MAX (1) UNITDEVICE PARAMETERS

Ib Feedback bias current Adjustable version only, TJ = 25°C 10 50

100127 150 173110 173

1.16 1.41.5

100%0%

3.6 4.5 6.93.4 7.5

502 30

5 10

80 200250

nA–40°C ≤ TJ ≤ 125°C

fO Oscillator frequency (3) TJ = 25°CkHz

–40°C ≤ TJ ≤ 125°C

VSAT Saturation voltage (4) (5) IOUT = 3 ATJ = 25°C

V–40°C ≤ TJ ≤ 125°C

DCMax duty cycle (ON) (5)

Min duty cycle (OFF)(6)

ICL Current limit (4) (5) Peak currentTJ = 25°C

A–40°C ≤ TJ ≤ 125°C

ILOutput leakage Output = 0 V, VIN = 40 V μA

Output = –1 V mA

IQOperating quiescent (6) mA

ISTBYCurrent standby ON/OFF pin = 5 V (OFF)(7) TJ = 25°C μA

–40°C ≤ TJ ≤ 125°C μASHUTDOWN/SOFT-START CONTROL (see Figure 35 for test circuit)

VIHON/OFF pin logic inputthreshold voltage

Low (regulator ON)TJ = 25°C 1.3

0.61.3

25 15

0.02 5

V–40°C ≤ TJ ≤ 125°C

VIL High (regulator OFF)TJ = 25°C

V–40°C ≤ TJ ≤ 125°C

IH ON/OFF pin inputcurrent

VLOGIC = 2.5 V (regulator OFF) μAIL VLOGIC = 0.5 V (regulator ON) μA

7.9 Electrical Characteristics – All Output Voltage VersionsSpecifications are for TJ = 25°C, ILOAD = 500 mA, VIN = 12 V for the 3.3-V, 5-V, and adjustable version, and VIN = 24 V for the12-V version (unless otherwise noted).

VFB = 1.3 V

current (4) (6)

current (6) See

quiescent


(2) Typical numbers are at 25°C and represent the most likely norm.(3) The switching frequency is reduced when the second stage current limit is activated. The amount of reduction is determined by the

severity of current overload.(4) No diode, inductor, or capacitor connected to output pin.(5) Feedback pin removed from output and connected to 0 V to force the output transistor switch ON.(6) Feedback pin removed from output and connected to 12 V for the 3.3-V, 5-V, and the adjustable versions, and 15 V for the 12-V

version, to force the output transistor switch OFF.(7) VIN = 40 V.






7.10 Typical CharacteristicsSee Figure 35 for test circuit

Figure 1. Normalized Output Voltage Figure 2. Line Regulation

Figure 3. Efficiency Figure 4. Switch Saturation Voltage

Figure 5. Switch Current Limit Figure 6. Dropout Voltage






Typical Characteristics (continued)See Figure 35 for test circuit

Figure 7. Operating Quiescent Current Figure 8. Shutdown Quiescent Current

Figure 9. Minimum Operating Supply Voltage Figure 10. ON/OFF Threshold Voltage

Figure 11. ON/OFF Pin Current (Sinking) Figure 12. Switching Frequency






Typical Characteristics (continued)See Figure 35 for test circuit

Figure 13. Feedback Pin Bias Current



1C0opyrightS©u1b9m99it–D20o1c6u,mTeee xnatsatIinosntruFmeeeendtbsaIncckorporated CopyrightS©ub19m9i9t–D2o01c6u,mTeenxatastIionsntrFumeeedntbsaIcnkcorporat1e0d


8 Detailed Description

8.1 OverviewThe LM2596 SIMPLE SWITCHER® regulator is an easy-to-use, nonsynchronous, step-down DC-DC converterwith a wide input voltage range up to 40 V. The regulator is capable of delivering up to 3-A DC load current withexcellent line and load regulation. These devices are available in fixed output voltages of 3.3-V, 5-V, 12-V and anadjustable output version. The family requires few external components, and the pin arrangement was designedfor simple, optimum PCB layout.

8.2 Functional Block Diagram

8.3 Feature Description

8.3.1 Delayed Start-UpThe circuit in Figure 14 uses the ON/OFF pin to provide a time delay between the time the input voltage isapplied and the time the output voltage comes up (only the circuitry pertaining to the delayed start-up is shown).As the input voltage rises, the charging of capacitor C1 pulls the ON/OFF pin high, keeping the regulator OFF.Once the input voltage reaches its final value and the capacitor stops charging, resistor R2 pulls the ON/OFF pinlow, thus allowing the circuit to start switching. Resistor R1 is included to limit the maximum voltage applied to theON/OFF pin (maximum of 25 V), reduces power supply noise sensitivity, and also limits the capacitor C1discharge current. When high input ripple voltage exists, avoid long delay time, because this ripple can becoupled into the ON/OFF pin and cause problems.This delayed start-up feature is useful in situations where the input power source is limited in the amount ofcurrent it can deliver. It allows the input voltage to rise to a higher voltage before the regulator starts operating.Buck regulators require less input current at higher input voltages.



1C1opyrightS©u1b9m99it–D20o1c6u,mTeee xnatsatIinosntruFmeeee ndtbsaIncckorporated

CopyrightS©ub19m9i9t–D2o01c6u,mTeenxatastIionsntrFumeeedntbsaIcnkcorporat1e1d


Feature Description (continued)

Figure 14. Delayed Start-Up

8.3.2 Undervoltage LockoutSome applications require the regulator to remain off until the input voltage reaches a predetermined voltage.Figure 15 shows an undervoltage lockout feature applied to a buck regulator, while Figure 16 and Figure 17apply the same feature to an inverting circuit. The circuit in Figure 16 features a constant threshold voltage forturnon and turnoff (Zener voltage plus approximately one volt). If hysteresis is required, the circuit in Figure 17has a turnon voltage which is different than the turnoff voltage. The amount of hysteresis is approximately equalto the value of the output voltage. If Zener voltages greater than 25 V are used, an additional 47-kΩ resistor isrequired from the ON/OFF pin to the ground pin to stay within the 25 V maximum limit of the ON/OFF pin.

Figure 15. Undervoltage Lockoutfor Buck Regulator

8.3.3 Inverting RegulatorThe circuit in Figure 18 converts a positive input voltage to a negative output voltage with a common ground. Thecircuit operates by bootstrapping the ground pin of the regulator to the negative output voltage, then groundingthe feedback pin, the regulator senses the inverted output voltage and regulates it.

This circuit has an ON/OFF threshold of approximately 13 V.

Figure 16. Undervoltage Lockoutfor Inverting Regulator






Feature Description (continued)This example uses the LM2596-5.0 to generate a −5-V output, but other output voltages are possible byselecting other output voltage versions, including the adjustable version. Because this regulator topology canproduce an output voltage that is either greater than or less than the input voltage, the maximum output currentgreatly depends on both the input and output voltage. Figure 19 provides a guide as to the amount of output loadcurrent possible for the different input and output voltage conditions.The maximum voltage appearing across the regulator is the absolute sum of the input and output voltage, andthis must be limited to a maximum of 40 V. For example, when converting +20 V to −12 V, the regulator wouldsee 32 V between the input pin and ground pin. The LM2596 has a maximum input voltage spec of 40 V.Additional diodes are required in this regulator configuration. Diode D1 is used to isolate input voltage ripple ornoise from coupling through the CIN capacitor to the output, under light or no load conditions. Also, this diodeisolation changes the topology to closely resemble a buck configuration, thus providing good closed-loop stability.TI recommends using a Schottky diode for low input voltages, (because of its lower voltage drop) but for higherinput voltages, a fast recovery diode could be used.Without diode D3, when the input voltage is first applied, the charging current of CIN can pull the output positiveby several volts for a short period of time. Adding D3 prevents the output from going positive by more than adiode voltage.

This circuit has hysteresisRegulator starts switching at VIN = 13 VRegulator stops switching at VIN = 8 V

Figure 17. Undervoltage Lockout With Hysteresis for Inverting Regulator

CIN — 68-μF, 25-V Tant. Sprague 595D470 -μF, 50-V Elec. Panasonic HFQ

COUT — 47-μF, 20-V Tant. Sprague 595D220-μF, 25-V Elec. Panasonic HFQ

Figure 18. Inverting −5-V Regulator With Delayed Start-Up







Figure 19. Inverting Regulator Typical Load Current

Because of differences in the operation of the inverting regulator, the standard design procedure is not used toselect the inductor value. In the majority of designs, a 33-μH, 3.5-A inductor is the best choice. Capacitorselection can also be narrowed down to just a few values. Using the values shown in Figure 18 will provide goodresults in the majority of inverting designs.This type of inverting regulator can require relatively large amounts of input current when starting up, even withlight loads. Input currents as high as the LM2596 current limit (approximately 4.5 A) are required for at least 2 msor more, until the output reaches its nominal output voltage. The actual time depends on the output voltage andthe size of the output capacitor. Input power sources that are current limited or sources that can not deliver thesecurrents without getting loaded down, may not work correctly. Because of the relatively high start-up currentsrequired by the inverting topology, the delayed start-up feature (C1, R1, and R2) shown in Figure 18 isrecommended. By delaying the regulator start-up, the input capacitor is allowed to charge up to a higher voltagebefore the switcher begins operating. A portion of the high input current required for start-up is now supplied bythe input capacitor (CIN). For severe start-up conditions, the input capacitor can be made much larger thannormal.

8.3.4 Inverting Regulator Shutdown MethodsUsing the ON/OFF pin in a standard buck configuration is simple. To turn the regulator ON, pull the ON/OFF pinbelow 1.3 V (at 25°C, referenced to ground). To turn the regulator OFF, pull the ON/OFF pin above 1.3 V. Withthe inverting configuration, some level shifting is required, because the ground pin of the regulator is no longer atground, but is now setting at the negative output voltage level. Two different shutdown methods for invertingregulators are shown in Figure 20 and Figure 21.

Figure 20. Inverting Regulator Ground Referenced Shutdown


Figure 21. Inverting Regulator Ground Referenced Shutdown Using Opto Device

8.4 Device Functional Modes

8.4.1 Discontinuous Mode OperationThe selection guide chooses inductor values suitable for continuous mode operation, but for low currentapplications or high input voltages, a discontinuous mode design may be a better choice. A discontinuous modedesign would use an inductor that would be physically smaller, and would require only one half to one third theinductance value required for a continuous mode design. The peak switch and inductor currents will be higher ina discontinuous design, but at these low load currents (1 A and below), the maximum switch current will still beless than the switch current limit.Discontinuous operation can have voltage waveforms that are considerably different than a continuous design.The output pin (switch) waveform can have some damped sinusoidal ringing present (see Figure 36). Thisringing is normal for discontinuous operation, and is not caused by feedback loop instabilities. In discontinuousoperation, there is a period of time where neither the switch nor the diode are conducting, and the inductorcurrent has dropped to zero. During this time, a small amount of energy can circulate between the inductor andthe switch/diode parasitic capacitance causing this characteristic ringing. Normally this ringing is not a problem,unless the amplitude becomes great enough to exceed the input voltage, and even then, there is very littleenergy present to cause damage.Different inductor types or core materials produce different amounts of this characteristic ringing. Ferrite coreinductors have very little core loss and therefore produce the most ringing. The higher core loss of powdered ironinductors produce less ringing. If desired, a series RC could be placed in parallel with the inductor to dampen theringing.

Figure 22. Post Ripple Filter Wavefor

~ KEMENTERlAN FRM/PSTE/081210

"""- \' RISET, TEKNOLOGI, DAN PENDIDIKAN TINGGIA1 L POLITEKNIK NEGERI BALTKPAPAN~" p JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA~ JI. Soekamo Hatta Km. 8 Balikpapan 76126

Telp. (0542) 860895, 862305 Fax. 861107Email: [email protected] Web: http://www.poltekba.ac.id

LEMBAR REVIS!

SIDANG TUGAS AKHIR JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA

TAHUN AKADEMIK 2016/2017

NAMA MAHASISWA: --~~\.l:.:°'-~:..:.._::: :"1:_\,f_l).J_o.._'IJI._~ _NIM

JUDUL TA~\,\c,'l>\..~, <.,,W»-" 5!ZM-SO(' V\~<;oV\.\'.£. ~ \t)~\

~ ~~~ ~~(~\/\ ~'aM-aV\ ~\

~ t~ ~-z,. "'cO\M. '°"")

I NO I HALAMANREVISI \ KET \

f°tl~-~.,.l, ~<.tv-.

\tl.j\. \,.; "-- l "'-..~ I

Balikpapan, \f :~ ~1f

FRM/PSTE/08.121.0

.,;-......_ KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI, DAN PENDIDIKAN TINGGI

t,'_~'IIL) JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA

,,,;..A'l.,. POLTTEKNTT< NRQRRT RA r Jl<VA.PANJI. Soekamo Hatta Km. 8 Balikpapan 76126

:JJb Telp. (0542) 860895, 862305 Fax. 861107Email: [email protected] Web: http://www.poltekba.ac.id

LEMBAR REVIS!

SIDANG TUGAS AKHIR JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA

TAHUN AKADEMIK 2016/2017

NAMA MAHASISWA: '{\Jc}..\:,_~ \.MW~\)\1\-o

NIM \ l\.O~O 9'2-G\i\C~sJUDUL TA ~\\\_ro,_,;\ s·,<;~ ~< U~·h'Z>\SOW\t.. ~"""". \~ce\\

---------~7M_C?Z.l~M~ ~\J'<-lJ ('2).,\/\ £l:<:'°"LM \o.JV\OAJ\

Balikpapan, .