TUGAS SISTEM INSTRUMENTASI

DATA PRESENTATION ELEMENTS

Disusun oleh:

Eka Rachmania D B (2408 100 031)

Robbi Handito (2408 100 033)

Agung Dwi S (2408 100 035)

Anike Purbawati (2408 100 037)

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2010

11.4 Small Scale Alphanumeric Displays

Small scale alphanumeric sangat cocok untuk menampilkan nilai terukur dari sedikit

variabel. Kata “alphanumeric” terbentuk dari kata “alphabetic” dan “numeric”. Sehingga

small scale display hanya mampu menampilkan angka dari 0-9 , beberapa atau semua huruf

dari A-Z, titik desimal, dan simbol-simbol sederhana lainnya.

11.4.1 Character Formats

Format karakter secara umum, menggunakan 7-segment dan dotmatrix 7X5.

Gambar 11.4.1 (a) seven Segmen (b) dotmatrix 7x5

7 segment dapat menampilkan 10 angka dan 9 huruf besar ( kapital) . Sedangkan

dotmatrix 7x5 mampu menampiilkan karakter yang jauh lebih besar yaitu sebanyak 192

karakter yang meliputi angka , huruf besar maupun kecil termasuk huruf yunani dan simbol-

simbol lainnya. Dot matrix 7x 5 memberikan tampilan yang lebih baik. Kedua karakter

format yaitu dot maupun segment dapat switch “on” atau off untuk menampilkan karakter

tertentu maka kombinasi yang tepat dari element harus di switch “on”. Contohnya apabila

kita ingin menampilkan angka desimal 0-9 terdapat 4 sinyal logic dcba yang

merepresentasikan binary code decimal (8:4:2:1 b.c.d.) maka format karakter yang

digunakan adalah 7 –segment. Prinsip kerja dari dotmatrix 7x 5 sama dengan seven segmen.

Sistem logika atau dekoder , diperlukan untuk mengubah input kode DCBA menjadi kode a

b c d e f g yang diperlukan 7-segment.

Tabel di bawah ini merepresentasikan hubungan desimal , kode b.c.d , kode 7-

segment , dan nomer yang ditampilkan. Prinsip ini, digunakan di tampilan dotmatrix 7x5, di

antara dua kasus tersebut logika tersebut diimplementasikan menggunakan Read Only

Memory (ROM).

Gambar 11.4.2 tampilan dari angka menggunakan format seven segment

7-segment atau dotmatrix 7x5 digunakan dalam Light Emitting Diodes (LED) atau

Liquid Crystal Displays (LCD) .

11.4.2 Lignt Emitting Diodes (LED)

Ketika sebuah dioda semikonduktor bias maju, seperti yang terdapat di gambar 11.4.3

. aliran arus (If), memiliki hubungan exponensial dengan tegangan maju (Vf

)

Gambar 11.4.3 LED bias maju

Dimana Is adalah aliran arus balik, q ( muatan positif atau negatif), k ( konstanta

boltzman dan θK ( temperature absolut ). Dengan menggunakan logaritma natural maka:

Terjadi pendekatan linier dari hubungan antara loge if dan Vf yang terlihat pada

grafik di bawah ini

Grafik 11.1 hubungan antara arus dengan tegangan (GaAsP)

LED memiliki sifat yang spesial yaitu ketika terjadi bias maju, maka LED akan

memancarkan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang tertentu. Ada 2 LED yang

biasa digunakan , yaitu LED dengan bahan gallium arsenide phosphide( GaAsP) yang

memancarakan cahaya merah dan LED dengan bahan gallium phosphide ( GaP) yang

memancarkan cahaya hijau atau kuning. Pada keduanya, instensitas cahaya (Iv) dari sumber

cahaya dioda bertambah dengan arus (iF), untuk dioda GaAsP (merah) hubungan pendekatan

liniernya dapat dilihat seperti gambar dibawah ini :

Grafik 11.2 hubungan antara intensitas cahaya dengan arus (GaAsP)

Cahaya yang dipancarkan dari sebuah dioda GaAsP ( merah) terdistribusi di panjang

gelombang 0,655 µm, gambar dibawah ini akan memperlihatkan hubungan antara intensitas

cahaya relatif dengan panjang gelombang (λ).

Grafik 11.3 hubungan antara intensitas relatif dengan panjang gelombang (GaAsP)

Demikian pula dengan cahaya yang dipancarkan pada dioda GaP ( hijau) terdistribusi

pada panjang gelombang 0,560µm . mata manusia jauh lebih sensitif terhadap cahaya hijau

daripada merah, jadi sebuah LED hijau dengan intensitas cahaya rendah akan dapat terlihat

seterang sebuah LED merah dengan intensitas cahaya yang besar. Respon dari LED untuk

tingkat perubahan di If sangatlah cepat ; tipikalnya adalah setiap kali turn-on dan turn off dari

10 ns.

Ketika dinyalakan atau “on” dioda GaAsP memerlukan arus maju If yang nilainya

sekitar 20 Ma yang berhubungan dengan intensitas cahaya Iv yaitu 1,2 mcd (millicandela) ,

dan tegangan maju VF yaitu 1,6 V.ketika digunakan sebagai sebuah display, dioda harusnya

dinyalakan “on” dengan sinyal logika ‘1’ dan dimatikan “off” ketika sinyal berada pada “0”.

Gambar dibawah ini akan menampilkan sebuah rangkaian sederhana untuk mencapai nilai

yang diinginkan., dengan menggunakan sebuah resistor 170 Ωm ,

Gambar 11.4 rangkaian seri resistor

Untuk masukan ‘1’ , Vs ≈ 5 V ;iF = (5 -1.6)/170 = 20 mA dan dioda akan “on”.

Untuk masukan ‘0’ , Vs ≈ 0 V, iF tidak dihiraukan dan dioda akan “off”. Jalan lainnya sebuah

sumber arus 20mA yang konstan mungkin diaktifkan ke dalam dan keluar dengan sinyal

logika.

Sebuah LED display 7-segment terdiri dari 8 buah LED, satu dari segment yang lain

dan satu untuk titik desimal. Ada dua kemungkinan metode perhubungan , dengan anode atau

dengan katode. Dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 11.5 metode interkoneksi

11.4.1 Liquid Crystal DisplaysLCD tidak memancarkan cahaya sendiri tapi menggunakan cahaya didalamnya yang berasal dari sumber lain. Jalur cahaya yang terdapat di dalam LCD dimodifikasi untuk menghasilkan area gelap. Kristal cair adalah cairan yang menghasilkan struktur seperti kristal tetapi dalam fase cair, dalam rentang temperatur tertentu. Pada cairan normal, orientasinya acak. Efek optik seperti : refleksi, refraksi, dan polarisasi rata-rata tidak memberikan efek yang menonjol pada cairan normal. Sedangkan pada kristal cair beberapa molekul teratur sehingga efek optikal menonjol di beberapa kondisi. Struktur kristal dan efek optikal dapat dimodifikasi dengan cara diberikan medan listrik.

Gambar 11.9(a) dan (b) menunjukan prinsip sebuah display LCD menggunakan cahaya yang terpolarisasi mendatar. Lapisan kristal cair tipis disisipkan antara dua piringan kaca. Sebuah filter polarisasi x diletakan diatas piringan atas ; tujuanya untuk mentransmisikan cahaya menggunakan komponen elektromagnetik sepanjang arah x. Filter polarisasi y diletakan dibawah piringan bawah ; tujuanya mentransmisikan cahaya menggunakan komponen elektromagnetik sepanjang arah y. Saat medan listrik yang diberikan bernilai 0, kristal cair memutar bidang polarisasi cahaya dari x ke y sehingga dapat melalui filter yang lebih rendah. Reflektor pada dasar divais memantulkan cahaya kembali melalui sistem menuju observer, dimana permukaan divais terlihat berwarna abu-abu. Jika medan listrik yang diberikan memiliki nilai, kristal menyejajarkan diri dengan medan listrik sehingga tidak bisa lagi memutar bidang polarisasi cahaya dari x ke y. Cahaya sekarang telah diserap total oleh filter rendah dan permukaan divais tampak oleh observer berwarna hitam. Gambar 11.9(c) menunjukan konstruksi display LCD 7-segment.

Large Scale Display

Alphanumerik display dengan ukuran kecil sangatlah cocok digunakan untuk menampilkan nilai terukur dari beberapa variabel terukur. Jika pada sebuah proses memiliki beberapa variabel terukur maka sebaiknya semua informasi variabel pada proses tersebut dapat ditampilkan pada sebuah layar besar. Penggunaan layar besar memiliki keuntungan yakni gambaran dari sebuah proses dapat ditampilkan secara bersama-sama dengan informasi alphanumerik dari nilai terukur pada satu layar. Layar display terdiri dari elemen gambar kecil ( pixel ) dalam skala yang besar dimana setiap pixel dapat di on-off secara cepat. Sebagai contoh, standar format data prensentasi terdiri dair 80 karakter data alphanumerik per baris display dan dengan jumlah baris sebanyak 25, jadi terdapat total 2000 karakter. Jika setiap karakter ditampilkan dengan pola matrix 7 x 5 dan jika space ekivalen dengan 1 pixel dibutuhkan untuk memisahkan tiap karakter dari baris berikutnya dan tiap garis memenuhi ruang sebesar 8 x 6 pixel. Total julah pixel yang dibutuhkan pada satu layar adalah 96.000. Jika yang digunakan matriks 9 x 7 , maka tiap karakter memenuhi space 10 x 8 pixel dan total pixel yang digunakan 160.000.

11.5 Monitor

Monitor merupakan perangkat dengan display skala besar berbasis pada Cathode-Ray Tube

(CRT). Visual Display Unit (DVU) merupakan kombinasi dari sebuah monitor dan sebuah

keyboard. Chatode-ray tube atau disingkat CRT merupakan perangkat yang merubah sinyal

listrik menjadi sinyal optical melalui proses penembakan electron (electron beam). CRT

banyak dipakai sebagai peralatan televisi, osiloskop, radar sistem dan lain sebagainya.

Gambar 11.10 Prinsip kerja CRT

Pada gambar 11.10 di atas menunujukkan cara kerja CRT yaitu elektron yang terpancar pada

katoda, dipercepat menuju anoda. Untuk memastikan agar energi dari elektron (electron

beam) tidak berkurang karena tumbukan dengan partikel udara maka komponen CRT di

letakkan dalam tabung yang vacum. Elektroda ketiga, yang disebut grid atau modulator,

terletak

diantara katoda dan anoda. Dengan mengubah potensi dari modulator maka jumlah

elektron dalam berkas bisa disesuaikan. Electron beam yang terjadi kemudian difokuskan

melalui sistem focusing coil dan melewati plat pengarah vertikal (X deflection) dan

horizontal (Y deflection) atau yang disebut dengan deflection coil yang berfungsi untuk

mengarahkan electron beam, sehingga elektron akan menumbuk layar berphosphor pada

titik-titik yang telah ditentukan. Dimana titik-titik pada layar tersebut membentuk pixels.

Layar yang berphospor ini kemudian akan berpendar atau menyala jika ditumbuk oleh

elektron. Hal ini dikarenakan fosfor adalah bahan semikonduktor yang memancarkan radiasi

sinar tampak sehingga ketika elektron menumbuk layar yang berfosfor akan timbul bercak

cahaya di layar.

Dalam merespon perubahan pulsa pada aliran sinar atau cahaya, emisi cahaya tidak

jatuh secara instan tetapi ada pengurangan secara bertahap yang disebut peluruhan

fosforessensi. Sedangkan waktu peluruhan disebut persistence dari fosfor (berkisar kurang

dari 1 μs (sangat singkat) sampai lebih besar dari 1 s (sangat panjang). Dalam refresh display

fosfor harus direfresh atau diberi energi ulang setiap kali fosfor meluruh menuju tingkat

tertentu. Hal ini diperlukan untuk mendapatkan pola yang stasioner

pada layar dengan kerdipan minimum.

Sebuah monitor monokrom merupakan CRT non-storage dengan standar display raster

312-garis. Dalam plat X dan Y sepetti pada Gambar 11.10 digambarkan periode tegangan Y

(waktu yang dibutuhkan display untuk bergerak dari atas ke bagian bawah layar) relatif lama.

yaitu 20 ms. Sedangkan periode tegangan X (waktu untuk melintasi garis satu ke garis

lainnya pada layar) adalah 312 kali lebih pendek yaitu 64 μs. Gerakan yang dihasilkan akibat

tegangan X dan Y pada layar ditampilkan pada Gambar 11.11.

Gambar 11.11 tampilan raster dan hasil character menggunakan format 7x5 dot matrik

Seandainya kita ingin menghasilkan 2000 karakter alphanumeric yang tersusun pada 25 baris

dan 80 carakter per baris. Jika format karakter yang digunakan adalah 9x7 dot matrik, maka

masing-masing spasi karakter yang memenuhi adalah 10x8 pixel. Sehingga terdapat

25x10=250 pixel pada baris horizontal dengan 80x8=640 pixel pada masing-masing baris

horizontal. Untuk membuat karakter pada layar, elektron beam di switch on dan off untuk

menghasilkan pola tertentu yang diinginkan. Bentuk gelombang sinyal frekuensi tinggi

berlaku untuk elektrode modulator yang menyebabkan elektron beam di switch on dan off

(sinyal modulator 1 atau 0) selama 64μs diperlukan untuk masing-masing lintasan horizontal

(modulasi z). Gambar 11.11 di atas menunjukkan bagaimana karakter terbentuk pada format

7x5 dot matrik. Dimana terdapat 25 baris, menggunakan spasi karakter 10x8, selesai dalam

waktu 20 ms menggunakan 250 baris horizontal. Hal ini kurang dari jumlah teoritis yaitu 312

line raster display, sebagian karena waktu diperlukan untuk vertikal flyback dan sebagian

karena pada puncak atas dan bawah dari layar CRT tidak digunakan untuk menjauhi distorsi

gambar.

Sebagai input, data pengukuran pada monitor biasanya dalam bentuk ASCII serial dan

harus dikonversikan ke dalam sinyal video pulsa serial yang diperlukan modulator untuk

memberi energi pada pixels. Masing-masing lintasan horizontal memerlukan waktu 64 μs

tetapi hanya sekitar 40 μs tersedia untuk pembangkitan karakter. Karena 640 pixels yang

harus di beri energi ulang selama waktu tersebut, maka sinyal video mempunyai 16 x 10 6

pulse atau bits per second. Monitor secara normal dioperasikan dibawah kontrol komputer

dan seorang pengamat atau operator dapat memasukkan data dan perintah via keyboard.

Fasilitas ini membolehkan operator untuk meminta tampilan format yang berbeda, contohnya

nilai dari semua variabel terukur yang terkait dengan bagian khusus dari proses.

Monitor berwarna menghasilkan gambar yang mengandung banyak warna. Layar dari

CRT berwarna dilapisi dengan titik-titik fosfor dengan tiga tipe yang berbeda. Salah satu tipe

fosfor memancarkan cahaya merah, tipe fosfor kedua memancarkan cahaya hijau, yang ketiga

memancarkan cahaya biru. Titik-titik masing-masing tipe ini tersusun dalam bentuk segitiga

samasisi yang disebut triads (pada gambar 11.12 (a)). Monitor memiliki tiga penembak

elektron untuk masing-masing tipe fosfor. Elektron beam kemudian dibelokkan secara

horizontal dan vertikal untuk menghasilkan raster display sebagaimana pada monochrome

monitor. Karena cahaya melintasi layar, intensitas masing-masing cahaya bervariasi

berdasarkan tegangan yang diberikan pada elektrode modulator. Hal ini menyebabkan variasi

intensitas warna pada triads dan gmabr berwarna pada layar.

Monitor berwarna dapat digunakan untuk membuat tampilan grafik. Pada format

tampilan alphanumeric, karakter yang memenuhi posisi yang ditetapkan pada tampilan dan

masing-masing karakter dibuat dengan menggunakan 7 x 5 atau 9 x 7 format dot matrix. Pada

tampilan grafik, layar terdiri atas matrix yang enuh dengan pixels, dimana slah satunya dapat

di switch on atau off untuk menghasilkan gambar grafik, karakter alphanumeric pada

berbagai posisi pada layar atau kombinasi dari keduanya. Gambar 11.1 (b) di bawah

menunjukkan warna diagram garis dari bagian sebuah chemical plant (dalam hitam-putih).

Data alphanumeric seperti deskripsi variabel proses dan nilai terukurnya dapat ditampilkan di

berbagai poin tepat pada diagram.

Gambar (a) phoshor dots triads (b) chemical plant line diagram

11..5 Digital printer

Grafik recorder analog yang telah didiskusikan sebelumnya memberi record dalam bentuk grafik yang kontinyu. Grafik recorder analog ideal untuk analisis kualitatif suatu kejadian dengan kecepatan yang tinggi seperti detak jantung manusia atau kejadian yang kompleks seperti kerusakan salah satu bagian mesin misalnya kompresor. Contoh pertama adalah banyak kebiasaan yang abnormal sehingga menunjukkan perubahan bentuk gelombang. Contoh kedua ketepatan urutan suatu kejadian misalnya turunnya tekanan minyak pelumas, meningkatnya temperatur bearing, turunnya tekanan yang dikirimkan dapat ditentukan penyebab kegagalannya. Oleh karena itu, bagaimanapun aplikasi yang merekam dalam bentuk bilangan cetak diperlukan, jadi analisa kuantitatif dapat ditampilkan. Sebagai contoh adalah perhitungan total mingguan konsumsi bahan bakar dalam furnace, dari laju rata-rata data diambil dalam interval perjam. Contoh lain adalah plotting temperatur pada reaktor nuklir, dengan melakukan banyak pengukuran temperatur terdistribusi di core reaktor. Data numerik dapat diperoleh dari grafik record dengan menggunakan interpolasi yakni memperkirakan posisi lintasan yang dalam hubungan dua titik.

Printer alphanumerik membuat data record yang sesuai untuk kuantitatif analisis dengan mencetak angka, huruf, dan karakter spesial pada kertas. Dari gambar 1 menunjukkan tampilan dari record 14 kolom dari bagian printer, bersama dengan perluasan jenis record dari beberapa temperatur dalam reaktor. Recordnya mempunyai 14 karakter pada tiap garis yang ditetapkan oleh chanel number, nilai yang diukur dan satuan pengukuran. Dengan mencetak ‘>’ atau ‘<’ , record mengindikasikan bahwa pengukuran lebih besar dari batas atas yang telah ditetapkan (katakan 200 C) atau kurang dari batas bawah yg ditentukan (katakan 100 C).data input ke printer dalam bentuk paralel atau seri ASCII digital dari mikrokomputer.

Gambar 1 memberikan 14 kode input biner ASCII yang masing-masing berhubungan dengan 14 karakter pada baris pertama dari recorder. Tiap kolom dari recorder mempunyai sebuah print hammer yang mencetakkan kertas melawan pita tinta. Tipe untuk semua karakter yang mungkin dalam kolom yang diberikan disusun dalam disk. Disk diputar dan print hammer mencetak karakter yang dipilih pada kertas.

Metode modern lain dari printing menggunakan sebuah single print head yang bergerak horisontal melalui kertas sebagaimana tiap karakter dicetak. Pada golf-ball printer, print head adalah sebuah bola dan karakter yang diperlukan dipilih melalui pergerakan rotasi dari head sebanyak 2 axes. Pada daisy-wheel printer, print headnya adalah sebuah disk yang berisi banyak baling-baling yang keluar dari pusat. Ada sebuah karakter pada akhir dari tiap baling-baling. Karakter yang diperlukan dipilih dengan memutar head, karakeer yang dipilih kemudian dipukul oleh print hammer diatas pita tinta.

Dalam sebuah dot-matrik printer, print head terdiri dari 7 (dalam bentuk 7x5) atau 9 (dalam bentuk 9x7) pin yang tersusun dalam sebuah garis vertikal. Tiap saat sebuah pin menembakkan pita tinta dan menekannya melawan kertas untuk membuat titik. Sebuah karakter dibuat dengan menggerakkan head secara horisontal melewati kertas diantara 7 posisi yang berbeda, dalam tiap posisi diperlukan pola titik yang dihasilkan dengan menembakkan pin tertentu. Sebagai contoh untuk mencetak huruf kapital T, head menembak puncak pin, berpindah, menembak puncak pin lagi, berpindah, menembak 7 puncak pin, berpindah, menembak puncak pin, berpindah, menembak puncak print sekali lagi untuk menyelesaikan huruf. Gambar 11.13(c) menunjukkan kutipan dari 80 kolom dot matrik print record dari sebuah tes wind tunnel pada pusat flowmeter, dimana titik-titiknya dapat dilihat dengan pengujian.