TIMBANGAN BERAT BADAN DAN TINGGI BADAN DENGAN OUTPUT SUARA

P ada bagian ini akan dijelaskan tentang perancangan sistem yang dibagi atas dua bagian utama yaitu perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Dalam perancangan ini diperhatikan kondisi alat timbang badan pada nilai pendekatan yang menunjukkan nilai stabil dari pembacaan yang dilakukan terhadap obyek yang terukur.

3.1 Perancangan sistem hardwarePada perancangan hardware menguraikan proses pengolahan sinyaltegangan yang dihasilkan melalui alat ukur dalam hal ini load cell sebagaipengukur berat dan resistor geser yang dihasilkan dari sistem gulungan emailsebagai pengukur tinggi badan. Dari kedua alat tersebut diolah hinggamenghasilkan suara melalui proses digital. Proses pengolahan tegangan tersebutseperti pada blok diagram berikut ini.

Gambar 3.1 Diagram blok pengolahan tegangan pada sistem timbang badan

3.2 Sensor berat dan tinggi badanPada sistem penimbang tinggi badan ujung-ujung kumparan geser diberikantegangan 5 volt sedangkan penggeser menggunakan batang ferit dimana titikpergeseran ferit tersebut menghasilkan tegangan keluaran berdasar prinsip resistorpembagi tegangan. Sehingga pada sistem pengukur tinggi badan ini menggunakanprinsip rangkaian sebagai berikut :

Gambar 3.2 Rangkaian detektor tegangan pada resistor geserDengan metode tersebut maka tegangan keluaran dihasilkan melalui perbandingansebagai berikut :

Dengan prinsip rangkaian diatas maka semakin tinggi ferit maka semakin besartegangan yang dihasilkan oleh sistem ini.Pada penimbang berat badan menggunakan sensor berat jenis load cell dimanapada sensor ini merupakan jenis transducer yang akan langsung menghasilkan nilaitegangan dari perubahan tekanan yang membebani sensor tersebut. Kenaikantegangan pada sensor ini terjadi secara linier dimana seiring penambahan beban makategangan yang dihasilkan pada sisi keluarannya akan secara linier naik.Perancangan sistem kalibrasi teganganRangkaian kalibrasi tegangan atau sering juga disebut kompensasi isyaratmerupakan rangkaian yang terdiri dari kombinasi Op-Amp yang diperlukan sebagaipengatur komposisi tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing sensor sehingga

melalui sistem ini dihasilkan suatu kelinieran tegangan dari ketidak stabilan danketidak tepatan tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing sensor secara langsung.Rangkaian kalibrasi ini berupa rangkaian penguat inverting yang terpasang secarabertingkat, sehingga mempunyai dua fungsi yaitu untuk memperbesar amplitudotegangan DC yang dihasilkan oleh keluaran sensor sekaligus sebagai pengatur ofsetDC nya. Pemilihan jenis penguat inverting secara bertingkat ini dimaksudkan untuk

Gambar 3.3 Rangkaian kalibrasi tegangan keluaran sensor

Sistem kompensasi/kalibrasi tegangan seperti pada gambar diatas terpasang padamasing-masing sensor yang digunakan dalam sistem timbangan VR-50K pada inputnoninverting Op-amp I berfungsi sebagai pengatur offset untuk menentukan nilai awaldari tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian kalibrasi ini. Sedangkan VR-50K padaOp-Amp II berfungsi sebagai penguat tegangan dari tegangan awal yang dihasilkanoleh sensor pada sisi masukan.Untuk memilih jenis pengukuran pada timbangan ini dilakukan denganmelalui sebuah selektor switch yang memilih tipe timbangan berat ataupun tipetimbangan tinggi. Dengan selektor ini maka pengukuran dapat dilakukan secarabergantian untuk menghindari benturan alamat pada mikrokontroller sebagaipengalamatan kode suara untuk IC ISD 1420.Perancangan sistem ADCTegangan yang dihasilkan oleh sensor berat dan sensor tinggi yang dilewatkanpada masing-masing rangkaian kompensasinya merupakan tegangan analog,sedangkan untuk semua proses pengalamatan pada mikrokontroler ini yangdiperlukan adalah tegangan digital, untuk itu tegangan analog ini perlu diubah dalambentuk digital. Untuk keperluan pengubahan analog ke digital ini diperlukanrangkaian converter analog ke digital, dalam hal ini menggunakan IC ADC 0804.Rangkaian ADC 0804 yang digunakan adalah respon terkendali, dimanaperubahan pembacaan data masukan dikendalikan oleh clock yang dihubungkan padapin WR sehingga perubahan data dimulai setelah input WR tinggi. Untuk iturangkaian ini dilengkapi dengan rangkaian clock dengan IC CMOS 4081 untukmemberikan kepastian detak ADC 0804. Dengan menambahkan clock pada ADC0804 ini menyebabkan keluaran biner ADC 0804 lebih stabil yang juga berimbasterhadap angka-angka digital yang ditampilkan. Sistem minimum rangkaian ADC0804 adalah sebagai berikut:

Gambar 3.4 Sistem minimum rangkaian ADC 0804

ADC 0804 ini mempunyai masukan (Vin +) yaitu kaki 6 sebagai masukansinyal analog, kaki 9 (Vref/2) berfungsi untuk menentukan tegangan referensi (Vref)yang dapat dilakukan dengan mengatur tegangan pada Vref/2 dengan potensiotegangan VR 10K. Kaki chip select (CS) dan Rd aktif low, output enabledihubungkan ke ground. Kaki WR untuk memulai pengubahan atau yang lebih

dikenal dengan start conversion (SC) yang diberi clock dari IC CMOS 4081 yangmemberikan perubahan detak dari pulsa rendah kemudian pulsa tinggi untuk memulaiperubahan biner ketika masukan berubah.Tegangan biner yang dihasilkan dari ADC 0804 ini memanfaatkan 8 titikkeluarannya (D7 sebagai MSB hingga D0 sebagai LSB) sehingga pada kondisimaksimal tegangan biner yang dihasilkan oleh ADC ini adalah 1111 1111 atau 255kondisi masukan analog.IC program mikrokontrol AT89C51Mikrokontroler yang digunakan dalam perancangan ini adalah mikrokontrolerAT89C51 yang memiliki kemampuan sebagai berikut:· Kompatibel dengan produk dan program assembler MCS-51· Dapat di simpan program sebesar 4 kByte Flash.· 32 pin Input/Output yang dapat diprogram.· 128 x 8 bit internal RAM· Dua buah timer / counter 16 bit.Dengan kemampuan sesuai fasilitas mikrokontrol AT89C51 diatas maka padamikrokontroller ini mampu melakukan pemrograman untuk pengalamatan datamasukan sebagai penampil suara sekaligus mampu melakukan pengalamatan untukmenampilkan angka yang diukur pada seven segment. Untuk proses pengalamatankode suara pada system ini menggunakan data pada port 2 yang terhubung denganport masukan IC ISD 1420 sedangakan untuk pengalamatan kode yang ditampilkankedalam seven segment menggunakan port 3. kedua port keluaran tersebutmengambil data dari port 0 yang terhubung dengan data masukan dari ADC 0804.Sementara port 1 digunakan sebagai pengendali system kompensasi sehingga jenistimbangan dapat di-select untuk mode ukur tinggi dan ukur berat. Pada aplikasi iniuntuk pengukuran berat dan tinggi badan port 1.0 sebagai chip select harus selaludihubungkan dengan kondisi aktif rendah sehingga untuk setiap mode pengukuranyang ingin ditampilkan, selector harus dihubungkan dengan tegangan low (0 volt).Rangkaian mikrokontroler AT89C51 didisain dalam bentuk minimum sepertiyang terlihat pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Konfigurasi sismin mikrokontroller AT89C51

Perancangan sistem ISD 1420Information Storage Device (ISD) 1420 merupakan suatu chip yang bilasecara terintegrasi terhadap komponen pendukung bisa digunakan sebagai penyimpandata suara yang direkam dan didownloadkan didalamnya. Metode penyimpanan datasuara pada ISD dibatasi oleh lama waktu yang ditentukan oleh masing-masing chipISD tersebut. Seperti halnya ISD 1420 diartikan mampu menyimpan data suarahingga maksimal 20 detik. Pada perancangan sistem timbangan dengan tampilansuara ini data yang disimpan kedalam ISD dilakukan dengan memasukkan setiap sukukata dari keseluruhan kata yang harus ditampilkan pada kemungkinan pengukuranyang terjadi.Metode pengisian data suara kedalam ISD ini dilakukan melalui perekamsuara yang dapat disimpan dalam bentuk wave. Setelah melalui proses editing untuk

mendapatkan kualitas suara yang baik ,dari program wave suara di down load denganmenekan tombol REC pada rangkaian terintegrasi ISD melalui port LPT yangdihubungkan dengan port ISD tersebut . Suara yang didownload kedalam ISDdisimpan dalam bit-bit biner dengan satu alamat data untuk setiap satu suku kata.Untuk menampilkan suara dari data yang disimpan dilakukan dengan memanggil databiner tersebut. Sebagai suatu contoh untuk menampilkan suara “lima kilogram” makadata biner untuk masing-masing suku kata lima, dan kilogram dipanggil secaraberurutan. Sistem minimum dari rangkaian ISD 1420 yang terintegrasi dengan sistemrekam data adalah sebagai berikut:

Gambar 3.6 Skematik rangkaian ISD 1420

Dekoder seven segment BCD 74LS248Pemilihan dekoder seven segment menggunakan IC dekoder 74LS248, pemilihanini berdasar pada beberapa kriteria diantaranya adalah kemampuan IC dekodertersebut dalam menampilkan model angka pada led seven segment secarasempurna terutama dalam menampilkan angka 9 dan angka 6. Kriteria lain adalahkarena jenis seven segment yang digunakan adalah jenis katoda bersama dimana 0menjadi common dan hal ini sangat sesuai dengan karakteristik dekoder 74LS248dimana keluaran dekoder ini merupakan logika output tinggi atau sering disebutdengan istilah aktif high. Metode penyambungan dekoder 74LS248 yangteraplikasi pada seven segment penunjuk berat dan tinggi badan pada pembuatanalat ini dilakukan dengan model scanning melalui port mikrokontroller sehinggauntuk sebuah IC bisa digunakan untuk menjalankan seven segment hinggasejumlah port yang dimanfaatkan. Sedangkan IC dekoder ini hanya mengaktifkancommon seven segmet tersebut melalui sebuah transistor untuk setiap sevensegment yang digunakan. Dengan sistem rangkaian seperti ini maka dapatmelakukan penghematan IC dekoder tersebut.

Gambar 3.7 Rangkaian scanning seven segment katoda bersama

IC ini masukannya berupa bilangan biner 4-bit yang ditunjukkan pada olehbilangan A,B,C,D. Pada gambar 3.7 bilangan BCD tersebut dikodekan, makahasilnya akan ditampilkan pada tujuh segmen. Dua masukan lainnya yaitumasukan uji lampu yang berfungsi untuk menguji apakah semua lampu segmentberoperasi dengan memberi kondisi rendah (active low). Selanjutnya masukanpengosongan dan pengosongan akan mematikan semua segmen danmengosongkan penampil hanya bila berisi 0. Keduanya diaktifkan oleh masukanrendah (active low). Keluaran dari IC ini juga merupakan keluaran yang aktiftinggi.Gambar 3.7 memperlihatkan sebuah pendekode BCD ke tujuh segmentdigunakan untuk mengendalikan sebuah LED tampilan tujuh segmen. Untukmenjelaskan rangkaian ini, kita anggap bahwa masukan BCD adalah D=0, C=1, B=0,

A=1, yang berarti BCD untuk 5. Dengan masukan–masukan ini, keluaran dekoderatau penggerak a,f,g,c,d akan digerakkan dengan logika tinggi (High) memungkinkanarus melalui bagian LED a,f,g,c, dan d; yang akan menampilkan angka 5, keluaran bdan e akan low (open), sehingga bagian LED b dan e tidak menyala.. Karenakeluaran dari IC ini aktif tinggi maka digunakan tujuh segment katoda bersama.Perancangan sistem softwarePada sistem perangkat lunak ini berisi tahap-tahap perancangan program padamikrokontroller AT89C51. Dimana didalam IC program ini merupakan otak darisistem yang ingin daijalankan pada perancangan alat timbangan digital ini. Untukmerancang suatu pengalamatan program terlebih dahulu harus disisun suatu diagramalir agar pengalamatan program terorganisir dengan baik didalamnya. Diagram alirdalam perancangan sofware ini sebagai berikut :

Gambar 3.8 Diagram alir perancangan software.

Pada diagram alir diatas terdapat beberapa instruksi yang harus dipilih oleh operatorpenimbang. Saklar mode dimaksudkan untuk memilih jenis pengukuran yang ingindilakukan (berat atau tinggi), pada sistem ini untuk membedakan mode pengukuranberat dilakukan dengan menghubungkan dengan ground pada saklar yang terhubungdengan port P1.0. Sedangkan untuk pengukuran tinggi badan dilakukan denganmenguhubungkan dengan VCC pada saklar yang terhubung dengan port P1.0 tersebut.Setelah mode dipilih ADC akan membaca besaran masukan baik berat maupun tinggiuntuk dialamatkan pada mikrokontroller AT89C51. Pada IC program ini dilakukanpengolahan data biner tersebut menjadi alamat suara dan alamat BCD untukmengaktifkan sevensegment. Pengalamatan suara diterjemahkan melalui ISD 1420menjadi output suara yang terangkai berdasar alamat masukannya. Data yangdihasilkan oleh suara ataupun seven segment ini merupakan data pengukuran yangdilakukan. Untuk melakukan pengukuran lagi dilakukan dengan menekan saklarmode pengukuran kembali yang sekaligus sebagai reset dari sistem yang telahdilakukan.