23

BAB III

Pembuatan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak

3.1 Pendahuluan

Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya pada subbab 1.4, penelitian ini meliputi

pembuatan perangkat keras dan perangkar lunak. Perangkat keras terdiri atas rangkaian

pengkondisi sinyal, relay, mikrokontroler, dan catu daya. Perangkat lunak dibuat agar

dapat mendukung sistem filter anti-gempa dengan proses perhitungan deret Fourier dan

mengatur proses switching pada relay.

Persyaratan utama perancangan sistem filter anti-gempa adalah sistem yang akan

dibuat tidak boleh mengganggu sistem yang telah ada disekitarnya. Filter ini akan

dipasangkan setelah sensor kecepatan PR 9268 dan diparalelkan dengan alat pemantau

getaran VBM 010 (Vibration Monitoring). Skema sistem pemantau getaran yang sudah ada

dapat dilihat pada Gambar 3.1.

3.2 Perangkat Keras

Sebelum dilakukan proses perancangan perangkat keras, terlebih dahulu perlu

dipikirkan mengenai konsep design dari perangkat yang akan dibuat. Perangkat filter anti-

gempa yang dikembangkan pada tugas sarjana ini dirancang memiliki 12 kanal masukan

dan keluaran. Dengan pertimbangan kompleksitas jalur, ukuran, dan kerapatan antar

komponen, maka perangkat filter anti-gempa akan dibagi menjadi 3 buah PCB utama yang

masing-masing memuat 4 kanal masukan dan keluaran. PCB catu daya akan dibuat

terpisah dari PCB utama karena harus terhubung dekat dengan transformator. Selain itu,

dikarenakan dipasaran hanya tersedia komponen resistor dengan tingkat toleransi paling

kecil sebesar 1%, maka pada beberapa rangkaian pada perangkat keras digunakan trimpot

untuk memperoleh nilai hambatan yang tepat.

Pada Gambar 3.2 diperlihatkan skema perangkat keras dari filter anti-gempa. Dari

skema tersebut dapat dilihat bahwa sinyal masukan filter akan dibagi menjadi tiga cabang.

Cabang pertama sinyal masukan dihubungkan dengan mikrokontroler untuk dilakukan

proses perhitungan deret Fourier. Pada cabang kedua, sinyal masukan dihubungkan

dengan rangkaian pengkondisi sinyal yang berfungsi untuk membatasi amplitudo sinyal

masukan. Rangkaian pengkondisi sinyal itu sendiri tersusun atas rangkaian differential

input, rangkaian penguat, rangkaian pembatas tegangan, dan rangkaian pembagi tegangan.

24

Keluaran dari rangkaian pengkondisi sinyal tersebut selanjutnya dihubungkan dengan

relay. Pada cabang ketiga, sinyal masukan dihubungkan langsung dengan relay (di-bypass-

kan).

Gambar 3.1 Skema sistem pemantau getaran di PLTP Gunung Salak

Selain melakukan perhitungan deret Fourier, tugas mikrokontroler adalah untuk

mengatur pengaktifan relay, sehingga sinyal keluaran filter dapat berupa sinyal masukan

yang sebenarnya atau sinyal masukan yang melalui pengkondisi sinyal. Selain

menggunakan relay, sinyal masukan juga dapat di-bypass-kan menggunakan sebuah

tomb

beser

bol secara m

rta fotonya

manual. Sk

dapat diliha

Sinyal masukan

Ga

Gam

kema rangk

at masing-m

Rpe

MikA

ambar 3.2 D

mbar 3.3 Per

kaian keselu

masing pada

Rangkaian engkondisi

sinyal

krokontrolerATmega32

By-Pass

Diagram alir

rangkat kera

uruhan pera

a Gambar 3.

Relay

trip?

ya

tidak

r perangkat

as filter anti

angkat kera

3 dan Gamb

Sinykeluar

keras

i-gempa

as filter ant

bar 3.4.

yal ran

25

ti-gempa

26

Gambar 3.4 Foto perangkat keras filter anti-gempa

3.2.1 Rangkaian Pengkondisi Sinyal

Rangkaian pengkondisi sinyal dirancang agar memiliki kemampuan untuk

memotong sinyal masukan pada kondisi trip turbin-generator unit 3, yaitu pada tegangan

380 mV. Selain itu, sinyal keluaran rangkaian ini harus memiliki faktor pembesaran total

sebesar satu kali (unity gain). Rangkaian ini tersusun atas 4 rangkaian utama, yaitu

rangkaian proteksi tegangan, differential input dan penguat, pembatas tegangan dan

pembagi tegangan.

3.2.1.1 Rangkaian Proteksi Tegangan Opamp

Rangakaian proteksi tegangan diperlukan agar tegangan masukan sesuai dengan

tegangan yang diijinkan oleh sistem yang ingin dibuat agar terlindungi dari kerusakan.

Dalam rangkaian pengkondisi sinyal digunakan komponen aktif berupa opamp yang

kinerjanya sangat penting bagi fungsi keseluruhan rangkaian tersebut, oleh sebab itu

komponen ini harus dilindungi dari kerusakan. Apabila tegangan masukan opamp melebihi

tegangan catu dayanya, maka komponen tersebut dapat mengalami kerusakan. Toleransi

yang diijinkan oleh opamp untuk dapat beroperasi secara normal adalah sekitar 0,3 Volt

dari tegangan catu daya positif maupun negatif yang diberikan.

27

Komponen opamp merupakan IC yang terdiri dari beberapa transistor. Tegangan

masukan opamp dihubungkan dengan base dari transistor untuk mengatur besarnya beda

tegangan yang terjadi antara collector dengan emitter. Beda tegangan tersebut dibatasi oleh

tegangan catu daya opamp, sehingga tegangan masukan opamp tidak boleh melebihi

tegangan catu daya opamp agar dapat beroperasi secara normal.

Skema rangkaian proteksi tegangan opamp dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Perangkat keras yang digunakan adalah dua buah dioda 1N4148 dan dua buah resistor 10

kΩ. Dioda berfungsi sebagai katup satu arah, dimana apabila tegangan masukan lebih kecil

daripada -15 Volt, maka arus akan mengalir dari VCC(-15V) menuju titik A sehingga

tegangan di titik A akan sama dengan -15 Volt. Apabila tegangan masukan lebih besar dari

tegangan +15 Volt, maka arus akan mengalir dari titik A menuju VCC (+15V), sehingga

tegangan di titik A akan sama dengan +15V. Hal ini menyebabkan tegangan di titik A tidak

akan kurang dari -15 Volt dan tidak akan lebih dari +15 Volt. Resistor R-P3 dan R-P4

berfungsi menjaga agar arus yang melewati dioda tidak terlalu besar karena akan dapat

merusak komponen tersebut.

Gambar 3.5 Rangkaian proteksi tegangan opamp

3.2.1.2 Rangkaian Differential Input dan Penguat

Rangkaian differential input berfungsi untuk mengurangi efek noise yang masuk ke

dalam sistem. Komponen yang berperan penting dalam rangkaian ini adalah opamp

28

(operational amplifier). Untuk menunjang kinerja perangkat filter anti-gempa, pemilihan

komponen opamp pada penelitian ini harus memenuhi persyaratan antara lain memiliki

impedansi masukan dan CMRR yang besar. Dalam penelitian ini digunakan opamp dengan

seri LF347 karena memiliki beberapa keunggulan, yaitu:

• Konsumsi daya yang kecil

• Jangkauan tegangan masukan (sampai dengan tegangan catu daya) dengan kondisi

common mode maupun differential

• Tegangan offset yang rendah, sekitar 3 mV

• Perlindungan terhadap hubungan pendek

• Impedansi masukan J-FET yang besar, sekitar 1012 Ω

• CMRR yang besar, sekitar 70 dB

• Kompak, dalam satu IC terdapat 4 buah opamp yang independen

• Mudah ditemui di pasaran dan harganya relatif murah

Sistem yang akan dibuat harus dapat membatasi amplitudo tegangan masukan agar

tidak melebihi batas tegangan yang dapat menyebabkan trip, yaitu 380 mV. Sayangnya

dipasaran tidak ditemui komponen elektronik yang dapat membatasi tegangan sekecil itu.

Oleh sebab itu, sinyal masukan filter harus diperbesar terlebih dahulu menggunakan

penguat. Rangkaian penguat dirancang dengan faktor penguatan sebesar 27 kali.

Rangkaian differential input dan penguat dapat dibuat menggunakan satu buah opamp,

dengan rangkaian seperti terlihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Rangkaian differential input

29

Rangkaian differential input memiliki persyaratan dimana R-1 harus sama dengan

R-2 dan R-3 harus sama dengan R-4, sedangkan untuk rangkaian penguat ditentukan oleh

nilai hambatan R-2 dan R-4, sesuai dengan Persamaan 3.1.

( )Out IN GNDR-4V = V -VR-2

(3.1)

Pemilihan R-2 dan R-4 harus terlebih dahulu ditentukan agar R-1 dan R-3 dapat dengan

mudah dicari. Untuk mendapatkan faktor penguatan yang diinginkan, maka perbandingan

antara R-4 harus sama dengan 27 kali R-2. R-2 dipilih sebesar 10 kΩ, sehingga R-4 harus

sama dengan 270 kΩ. Dengan begitu nilai R-1 sama dengan 10 kΩ dan R-3 sama dengan

270 kΩ.

3.2.1.3 Rangkaian Pembatas Tegangan

Dalam penelitian ini diperlukan suatu rangkaian yang dapat membatasi amplitudo

sinyal masukan agar tidak melebihi batas trip yang diperbolehkan, yaitu 380 mV. Secara

sederhana rangkaian pembatas tegangan dapat dirancang dengan menggunakan diode

zener, akan tetapi di pasaran tidak terdapat diode zener dengan tegangan breakdown

sebesar 380 mV. Berdasarkan alasan tersebut rangkaian pembatas tegangan dirancang

dengan menggunakan komponen IC TL431. Fungsi IC ini sama dengan diode zener, hanya

saja tegangan breakdown-nya dapat diatur dari nilai tegangan referensinya, Vreff (2,5 volt),

sampai dengan 36 Volt dengan menggunakan rangkaian yang dapat dilihat pada Gambar

3.7.

Gambar 3.7 Rangkaian pembatas tegangan unipolar

30

Dikarenakan sinyal masukan filter berupa sinyal AC yang mempunyai tegangan

positif maupun negatif, maka diperlukan dua buah TL431 yang akan dirangkai seperti pada

Gambar 3.8. Tegangan breakdown (Vo) dapat diatur dengan pemilihan dua buah hambatan

sesuai dengan Persamaan 3.2.

o refR-16V = 1+ VR-15

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

(3.2)

Nilai hambatan R-15 dirancang sama dengan R-14 yaitu 10 kΩ, sedangkan R-13 yang

berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir ke TL431 bernilai 1 kΩ. Agar Vo sama

dengan 380 mV atau 10,26 Volt setelah melewati rangkaian differential input, maka R-16

harus bernilai 31,04 Ω. Untuk pengaturan Vo dari 0,342 (9,234) sampai dengan 0,418

(11,286) Volt, maka R-16 harus dapat diatur nilai hambatanya dari 26,936 sampai dengan

35,144 Ω. Oleh sebab itu, R-16 dirancang menggunakan trimpot dengan nilai pengaturan

hambatan dari 0 sampai dengan 50 kΩ.

Gambar 3.8 Rangkaian permbatas tegangan bipolar

3.2.1.4 Rangkaian Pembagi Tegangan

Setelah melewati rangkaian differential input dan penguat mengalami pembesaran

27 kali, sinyal masukan diperkecil kembali sebesar 1/27 kali menggunakan rangkaian

31

pembagi tegangan agar diperoleh sinyal keluaran dengan pembesaran total (dari rangkaian

penguat dan rangkaian pembagi tegangan) sebesar satu kali. Skema rangkaian pembagi

tegangan dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Rangkaian pembagi tegangan

Karena hambatan yang digunakan memiliki nilai toleransi sebesar 1 persen, maka

untuk memperoleh harga pembesaran yang tepat digunakan trimpot single-turn (R-12)

yang besar hambatanya dapat diatur. Adapun asumsi diambil bahwa I2 mendekasi nol

karena terhubung dengan voltage follower yang memiliki impedansi masukan sangat besar,

sehingga arus yang mengalir menuju komponen tersebut sangat kecil. Dengan demikian,

berdasarkan hukum Kirchoff didapat Persamaan (3.3) untuk mendapatkan nilai hambatan

yang dibutuhkan.

out

in

V R-7 + R-12 = V R-6 + R-7 + R-12

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

(3.3)

Dalam persamaan diatas, untuk memudahkan perancangan, R-6 dipilih sebesar 100 kΩ.

Karena perbandingan Vout dengan Vin sama dengan 1/27, maka (R-7 + R-12) harus sama

dengan 3,7 kΩ. Faktor pembagi tegangan ini sangat bergantung dari ketelitian dari nilai

hambatan yang digunakan. Oleh sebab itu, R-7 dipilih sebesar 1 kΩ sedangkan R-12

dirancang menggunakan trimpot 5 kΩ.

3.2.2 Rangkaian Relay

Relay merupakan komponen switch yang digerakkan secara elektrik dengan prinsip

elektromagnetik menggunakan kumparan. Berdasarkan konfigurasnyai, relay dibedakan

32

atas SPST (Single Pole Single Throw), SPDT (Single Pole Double Throw), DPST (Double

Pole Single Throw), DPDT (Double Pole Double Throw), dan lain-lain. Relay juga

dibedakan atas besar tegangan untuk pengaktifan kumparannya, yaitu 5, 6, 12, dan 24 Volt

DC. Untuk memenuhi kebutuhan sistem yang akan dibuat, maka digunakan relay 5V

dengan jenis DPDT.

Kumparan yang terdapat dalam relay memiliki sifat sebagai induktor. Salah satu

sifat induktor adalah apabila terjadi perubahan tegangan secara tiba-tiba, komponen ini

akan merespon dengan cara menghasilkan tegangan yang berkebalikan. Dengan begitu,

dalam rentang waktu yang singkat, relay akan bertindak sebagai catu daya dan dapat

menghasilkan tegangan yang sangat besar. Berdasar pada alasan tersebut, perlu dibuat

suatu rangkaian khusus yang dapat melindungi komponen-komponen dalam sistem,

khususnya mikrokontroller, dari kerusakan. Dalam rangkaian pengaman tersebut terdapat

tambahan komponen optokopler sebagai penghubung antara mikrokontroler dengan relay

dan diode untuk membatasi arah arus yang terjadi akibat tegangan balik dari relay.

Optokopler atau optoisolator merupakan komponen penghubung antara dua buah

rangkaian. Di dalam komponen ini terdapat sebuah LED dan phototransistor. Setiap kali

LED dialiri arus dan menghasilkan cahaya, phototransistor akan mengaktifkan rangkaian

yang terhubung dengannya. Di pasaran terdapat banyak jenis optokopler, tapi yang paling

mudah dan murah ditemui adalah 4N25. Pin LED pada 4N25 terhubung dengan PORT B

pada mikrokontroler ATmega32 yang dapat menghasilkan tegangan +5 Volt. Berdasarkan

petunjuk manual 4N25, arus yang mengalir melalui LED (IF) harus sebesar 10 mA. Oleh

sebab itu harus ditambahkan sebuah resistor untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Selain

LED internal optokopler, juga terdapat LED indikator sebagai tanda relay sedang aktif.

Perlu diketahui bahwa masing-masing LED memiliki voltage drop sebesar 1,2 Volt

sehingga nilai resistor yang dibutuhkan dapat dicari menggunakan Persamaan (3.4).

PORTB D_M D_4N25V - V - VR_M =

I (3.4)

-3

5 - 1,2 - 1,2R_M = 10×10

R_M = 260 Ω

Dikarenakan di pasaran tidak terdapat resistor 260 Ω, maka akan digantikan dengan nilai

yang paling dekat, yaitu 220 Ω. Nilai hambatan ini menghasilkan arus sebesar 11,8 mA

yang mana masih aman untuk pengoperasian LED.

33

Rangkaian yang ingin dikendalikan terdiri atas dua buah hambatan, sebuah relay,

dan sebuah transistor NPN (2N222). R_O1 bernilai 10 kΩ dan berfungsi sebagai pull-down

resistor agar kaki base pada transistor 2N222 tidak dalam keadaan floating. R_O2 bernilai

750 Ω dan berfungsi untuk mengatur arus yang mengalir menuju kaki base pada transistor,

sehingga secara tidak langsung mengatur besarnya arus yang mengalir melalui relay.

Penempatan diode dimaksudkan untuk melindungi rangkaian dari loncatan tegangan akibat

perubahan tegangan secara tiba-tiba pada kumparan relay. Gambar 3.10 memperlihatkan

skema keseluruhan rangkaian relay.

Gambar 3.10 Rangkaian relay

3.2.3 Rangkaian Mikrokontroler

Perusahaan Atmel sudah merancang mikrokontroler ATmega128 agar hanya

membutuhkan sesedikit mungkin komponen pendukung sebagai syarat minimal

operasinya. Komponen-komponen pendukung tersebut antara lain adalah catu daya +5

Volt, rangkaian clock, dan rangkaian reset. Fungsi-fungsi mikrokontroler yang digunakan

dalam penelitian ini adalah ADC dan port output/input. Kaki-kaki ATmega32 yang

digunakan untuk menjalankan ADC adalah kaki AVCC dan AREFF. ADC internal

ATmega32 diaktifkan dengan cara memberikan catu daya +5 Volt pada kaki AVCC,

sedangkan untuk memberikan tegangan referensi ADC digunakan kaki AREF. Tegangan

34

referensi ADC yang digunakan, sama dengan catu daya mikrokontroler (+5 Volt). Skema

rangkaian mikrokontroler secara lebih merinci dapat dilihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Rangkaian mikrokontroler ATmega32

3.2.3.1 Rangkaian Proteksi Tegangan ADC

Proses konversi sinyal analog menjadi sinyal digital dilakukan oleh ADC, dimana

tegangan sinyal masukannya tidak boleh melebihi tegangan referensi dari ADC. Oleh

sebab itu sebelum masuk ke rangkaian ADC, tegangan sinyal masukan harus dikondisikan

terlebih dahulu agar tidak melebihi jangkauan yang diizinkan. Dalam penelitian ini

digunakan ADC internal dari mikrokontroler ATmega 32. ADC internal ini hanya dapat

menerima tegangan masukan positif 0 sampai dengan +5 volt. Tegangan masukan yang

berada di luar jangkauan dapat merusak Rangkaian ADC. Sesuai dengan batas jangkauan

tegangan ADC, rangkaian proteksi tegangan dirancang untuk membatasi tegangan agar

berada dalam jangkauan 0 sampai dengan +5 Volt. Skema rangkaian proteksi tegangan

ADC dapat dilihat pada Gambar 3.12. Prinsip kerjanya mirip dengan rangkaian proteksi

tegangan opamp yang telah dijelaskan pada subbab 3.2.1.1, perbedaannya hanya terletak

pada batas tegangan yang digunakan GND (0V) dan VCC(+5V).

3.2.3.2 Rangkaian Clock

Osilator internal yang dimiliki mikrokontroler ATmega32 memungkinkan empat

pilihan frekuensi clock, yaitu: 1, 2, 4, dan 8 MHz. Apabila mikokontroler diset

35

menggunakan osilator internal ini sebagai frekuensi clock sistem, maka tingkat kepresisian

akan kurang bagus karena variasinya mencapai ± 3% dari frekuensi nominal, tergantung

kepada variasi tegangan catu daya dan temperatur. Hal ini tidak diinginkan dalam aplikasi

perangkat akuisisi data berbasis mikrokontroler, karena parameter yang memerlukan

tingkat kepresisian dan kestabilan tinggi adalah frekuensi cuplik dari ADC. ADC internal

mikrokontroler akan mencuplik sinyal masukan dengan menggunakan acuan frekuensi

clock sistem. Untuk mendapatkan tingkat kepresisian yang tinggi dapat digunakan kristal

pembangkit clock eksternal dengan variasi kurang dari 0,1%. Kristal eksternal ini mudah

ditemui di pasaran dengan nilai yang bervariasi. Dalam penelitian ini digunakan kristal

dengan frekuensi clock sebesar 16 MHz Pemilihan ini didasarkan pada pertimbangan

bahwa perangkat yang ingin dibuat harus dapat mengolah data dengan cepat dan tepat,

sehingga frekuensi clock sistem mikrokontroler yang digunakan harus diset pada kondisi

maksimumnya. Frekuensi maksimum kristal eksternal yang dapat dipasangkan pada

mikrokontroler ATmega32 adalah 16 MHz. Sesuai dengan petunjuk manual

mikrokontroler ATmega32, bila kecepatan kristal yang digunakan adalah 16 MHz, maka

nilai kapasitor C_M1 dan C_M2 dipilih sebesar 22 pF. Skema rangkaian clock dapat dilihat

pada Gambar 3.13.

Gambar 3.12 Rangkaian proteksi tegangan ADC

36

Gambar 3.13 Rangkaian clock

3.2.3.3 Rangkaian Reset

Rangkaian reset berfungsi untuk me-reset mikrokontroler, yaitu mengembalikan

program counter pada alamat ROM internal 0000h. Pe-reset-an mikrokontroler akan

mengeksekusi program pada alamat yang ditunjuk oleh program counter. Kaki RESET

pada mikrokontroler bersifat aktif low, artinya jika terjadi perubahan level tegangan dari

high ke low dan kondisi low serta ditahan kondisinya selama 50 ns, maka mikrokontroler

akan ter-reset. Rangkaian reset diperlihatkan dalam Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Rangkaian reset

Rangkaian reset akan me-reset mikrokontroler pada dua kondisi, yaitu saat

perangkat akuisisi data dihidupkan dan saat tombol reset ditekan. Pada saat perangkat

akuisisi data dihidupkan mikrokontroler akan mendapatkan catu daya dan secara otomatis

mikrokontroler akan mengeksekusi program di dalamnya mulai dari alamat 0000h. Pada

37

saat tombol reset yang merupakan tombol push button ditekan, GND akan langsung

berhubungan dengan kaki RESET sehingga statusnya kembali low. Mikrokontroler akan

kembali ter-reset. Pada prakteknya, tombol reset ini dipasang pada casing perangkat

akuisisi data. Pemasangan resistor pull-up RM_RST (10 kΩ) adalah untuk menghilangkan

keadaan mengambang (floating condition) pada kaki RESET, sedangkan penggunaan

kapasitor CM_RST (100 nF) adalah untuk menanggulangi bouncing pada tombol reset.

3.2.4 Rangkaian Catu Daya

Sistem filter berbasis mikrokontroler dirancang menggunakan beberapa komponen

aktif, sehingga memerlukan catu daya dari luar untuk dapat beroperasi. Komponen tersebut

adalah opamp LF347 dan mikrokontroller ATmega32. Agar dapat beroperasi, opamp

memerlukan catu daya dual supply ±15 Volt karena harus dapat mengkondisikan sinyal

masukan yang bersifat bipolar, yaitu mengandung tegangan positif dan negatif. Di lain

pihak, mikrokontroller ATmega32 bekerja dengan single supply +5 Volt untuk dapat

mengoperasikan fungsi-fungsi internalnya.

Gambar 3.15 Rangkaian catu daya

Sistem yang akan dibuat memiliki 12 kanal masukan dan terbagi menjadi 3 buah

PCB. Untuk satu kanal masukan digunakan satu buah IC opamp dan untuk empat buah

38

kanal masukan digunakan satu buah mikrokontroller. Jadi, untuk 12 kanal masukan

digunakan 12 buah opamp dan 3 buah mikrokontroller. Satu buah IC opamp bekerja

memerlukan arus sebesar 2,7 mA, sedangkan satu buah mikrokontroler memerlukan 200

mA. Gambar 3.15 menunjukan skema rangkaian rangkaian catu daya yang dibuat.

Sebagaimana tampak dalam Gambar 3.15, tegangan bolak-balik 220 Vrms dari PLN

dihubungkan dengan transformator 3 Amper, yang berfungsi untuk menurunkan tegangan

bolak-balik dari 220 Vrms menjadi tegangan bolak-balik sebesar 18 Vrms. Setelah diperkecil

oleh transformator, tegangan masukan dikondisikan ke diode bridge (bridge rectifier) 3

Amper yang berfungsi untuk menyearahkan tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah

(berbentuk half sine). Untuk menghasilkan tegangan yang konstan sebesar +18 dan -18

Volt, tegangan keluaran diode bridge dirangkaikan dengan kapasitor 4700 μF. Kemudian

tegangan ini diturunkan kembali menggunakan voltage regulator sesuai dengan kebutuhan

sistem filter, yaitu +15, -15, dan +5 volt.

Untuk dapat menghasilkan tegangan searah +15 dan -15 Volt digunakan IC

LM7815 dan LM7915, sedangkan untuk menghasilkan tegangan searah +5 Volt,

digunakan IC LM7805. Tiap-tiap nomor seri IC voltage regulator, LM7XYZ, memiliki arti

yang berhubungan dengan fungsinya. Angka yang terisi pada X menentukan apakah IC

regulator meneruskan tegangan positif (8) atau negatif (9), sedangkan angka yang terisi

pada YZ menentukan tegangan keluaran dari voltage regulator.

Kapasitor 220 μF berfungsi untuk memberikan tegangan keluaran voltage regulator

yang benar-benar konstan sehingga tidak akan merusak komponen aktif pada sistem.

Untuk mengatisipasi terjadinya penurunan tegangan akibat kapasitansi kabel, maka

dipasangkan kapasitor sebesar 100 nF sebelum dan sesudah voltage regulator. Gambar

3.16 memperlihatkan foto dari rangkaian catu daya yang telah dibuat.

3.3 Perangkat Lunak

Program untuk sistem operasi ATmega32 dibuat dengan bantuan kompiler

CodeVisionAVR yang menggunakan bahasa C sebagai dasar bahasa pemrogramannya.

Fitur kompiler ini sangat memudahkan pengguna dalam memrogram fungsi-fungsi

mikrokontroler ATMEL. Pengguna tidak perlu mencari alamat register untuk menjalankan

fungsi tertentu pada mikrokontroler, karena hal ini akan dilakukan oleh CodeVisionAVR

pada saat pengguna melakukan pengaturan secara GUI. Tampilan dari CodeVisionAVR

dapat dilihat pada Gambar 3.17.

39

Gambar 3.16 Foto rangkain catu daya

Gambar 3.17 Tampilan CodeWizardAVR

Dalam pembuatan program mikrokontroler ATmega32 untuk sistem operasi filter,

perlu dilakukan beberapa pegaturan, diantaranya adalah :

• Chip Initialitation

o Chip : ATmega32

o Clock 16 MHz

40

• ADC Initialitaion

o ADC enabled

o Volt. Ref. : AREF pin

o ADC Clock : 250 000 Hz

• Timer/Counter 1 initialization

o Clock source : System Clock

o Clock value : 250 000 Hz

o Mode : Normal

o Interupt on : Timer 1 Overflow

o Value : FB1E h

• Port B Bit 1-7 : Out

Setelah insisialisasi dilakukan, langkah selanjutnya adalah membuat program inti

filter. Tahap pemrograman ini diawali dengan pengaturan waktu pengambilan data atau

waktu cuplik data yang ingin diambil dan disimpan. Pengaturan ini dilakukan dengan

bantuan Timer/Counter1. Untuk keperluan ini, register TCNT1H dan TCNT1L diisi

dengan suatu nilai agar dapat menghasilkan Overflow Interupt dengan frekuensi tertentu.

Subprogram Overflow Interupt berisi perintah untuk untuk mengaktifkan fungsi ADC,

sehingga proses pencuplikan data dapat berlangsung. Hubungan antara frekuensi

pencuplikan data (fADC) dengan register TCNT1 (TCNT1H dan TCNT1L) adalah sebagai

berikut,

timerADC

ff = 65536-TCNT1

(3.6)

Frekuensi cuplik ADC yang diinginkan adalah sebesar 200 Hz. Agar hal ini

tercapai, frekuensi Timer/Counter1 (ftimer) dipilih sebesar 250.000 Hz, sehingga register

TCNT1 harus diisi dengan nilai 64.286.

Dalam perhitungan deret Fourier diperlukan data minimal 5 gelombang sinyal

masukan untuk memperoleh hasil perhitungan yang baik. Oleh sebab itu, untuk

mendapatkan minimal 5 gelombang sinyal getaran mesin (50 Hz), maka waktu

pengambilan datanya harus lebih dari 0,1 detik. Dengan kecepatan cuplik yang diatur

sebesar 200 Hz, jumlah data minimum yang harus disimpan di dalam memori RAM

mikrokontroler adalah sebesar 20 data. Pada penelitian ini jumlah data yang akan disimpan

di dalam RAM adalah sebesar 100 data per kanal. Dengan begitu untuk 3 kanal masukan,

41

data yang harus disimpan adalah sebesar 300 data dan dengan ukuran satu datanya adalah 2

byte, besarnya kapasitas yang harus disediakan di dalam RAM mikrokontroler adalah

sebesar kurang lebih 1,2 kb dari 2 kb yang tersedia.

Setelah semua data yang dibutuhkan terkumpul, tahap berikutnya adalah

perhitungan nilai tegangan masukan yang sebenarnya menggunakan Persamaan 3.7.

ADCin ref

VV = ×V1024

(3.7)

Setelah sinyal diperoleh, maka langkah berikutnya adalah perhitungan deret

Fourier. Deret ini mengharuskan tiap-tiap data tegangan masukan dikalikan dengan sinus

dan cosinus yang kemudian dijumlahkan dan disimpan dalam variabel temp_a dan temp_b.

Sebelum perhitungan amplitudo getaran dilakukan, kedua variabel temp_a dan temp_b

masing-masing dikalikan dengan 2/N, dalam hal ini 2/100 atau 1/50, dan disimpan dalam

variabel a dan b.

Dikarenakan deret Fourier mengandung komponen real dan imajiner, maka

amplitudo mutlaknya diperoleh dengan menggunakan Persamaan (3.10). Dengan

menetapkan harga fo sebesar 50 Hz, maka berdasarkan Persamaan (3.10) akan didapat

karakteristik |Xp| seperti terlihat pada Gambar 3.18.

[ ]

[ ]

2N-1

s o sn=0

p 2N-1

s o sn=0

2 x(nT ) cos(2 f (nT ))N

X =2+ x(nT ) sin(2 f (nT ))N

π

π

⎧ ⎫⎨ ⎬⎩ ⎭

⎧ ⎫⎨ ⎬⎩ ⎭

∑

∑ (3.10)

Gambar 3.18 Karakteristik |Xp|

42

Persamaan deret Fourier berfungsi untuk memilah antara sinyal getaran mesin

dengan sinyal getaran akibat gempa. Amplitudo sinyal masukan yang berasal dari gempa

(4 Hz) akan terhitung sangat kecil, sedangkan amplitudo sinyal masukan yang berasal dari

getaran mesin (50 Hz) akan sama dengan amplitudo sinyal masukan.

Dalam perancangan sistem filter, diinginkan agar apabila sinyal masukan yang

berasal dari mesin memiliki amplitudo melebihi suatu harga maka mikrokontroler akan

mengaktifkan relay melalui port B, sehingga secara tidak langsung akan mem-bypass-kan

sinyal masukan menuju keluaran (tidak melalui rangkaian pembatas tegangan). Besarnya

harga tersebut ingin diset sebesar 0,380 Volt, tetapi karena tingkat akurasi ADC internal

mikrokontroler ATmega32 sebesar ± 10 mV maka harga tersebut diset sebesar 0,390 Volt.

Program yang akan di-download-kan ke dalam mikrokontroler bukan hanya berisi

perhitungan, tetapi juga berisi program yang dapat menyalakan indikator berupa LED

dengan menggunakan port B yang kosong. Hal ini dimaksudkan agar pengguna dapat

melihat apakah program yang telah ter-download ke dalam mikrokontroler, khususnya

program perhitungan deret Fourier, berkerja dengan baik atau tidak. LED diatur agar

menyala setiap kali perhitungan ke lima (setelah LED mati) selesai dilakukan, sedangkan

indikator tersebut diset agar menyala selama dua kali perhitungan.