5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
1/31
TUGAS MATA KULIAH
SISTEM INSTRUMENTASI ELEKTRONIKA
PERANCANGAN ALAT PENDETEKSI KETEBALAN PLASTIK PADA
INDUSTRI PLASTIK DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR LVDT
SECARA DIGITAL
Oleh:
ANALIS HIMMA 115060300111073
EDINAR VALIANT H 125060300111046
MUHAMMAD ILHAM A 125060300111049
SEPTIAN GUSONELA 125060307111003
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MALANG
2014
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
2/31
1
KATA PENGANTAR
Di dalam era globalisasi, kemajuan teknologi sangatlah berpengaruh
terhadap perkembangan sebuah indsutri. Inovasi dan kreatifitas akan mengubah
cara pandang manusia terhadap teknologi. Khususnya di bidang industri plastik,
pemanfaatan teknologi berskala besar sangatlah diperlukan, mengingat persaingan
dan kompetisi akan sebuah produk telah meningkat jauh dari tahun tahun
sebelumnya.
Salah satu contoh nyata pemanfaatan teknologi di dalam industri plastik
adalah untuk mengukur ketebalan plastik yang dihasilkan. Sering plastik yang
dihasilkan memiliki tekstur ketebalan yang berbeda, tergantung pada bahan dan
proses produksinya. Tetapi plastik yang dihasilkan dituntut memiliki ketebalan
yang sama sesuai standart yang berlaku.
Karena itulah, guna menyelesaikan tugas dari mata kuliah SISTEM
INSTRUMENTASI ELEKTRONIKA kami menyusun makalah ini untuk
menyelesaikan permasalahan di atas. Makalah yang kami susun berjudul,
Perancangan Alat Pendeteksi Ketebalan Plastik Pada Industri Plastik Dengan
Menggunakan Sensor LVDT Secara Digital. Makalah ini berisi tentang sistem
yang dapat memonitoring ketebalan suatu plastik secara digital dimana berbasis
pada mikrokontroller.
Manusia tidak ada yang sempurna di dunia ini, sehingga tidak luput dari
kesalahan, demikian juga dalam perancangan dan pembuatan makalah ini. Sehingga
diharapkan para pembaca dapat memberi masukan dan kritik agar jika terdapat
kekurangan dari makalah ini, maka makalah ini dapat lebih disempurnakan lagi.
Terima kasih.
Malang, April 2014
Penulis
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
3/31
2
BAB I
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Hal yang paling menantang dalam indutri plastik, selain kualitas dan mutu
produk , adalah menghasilkan ketebalan plastik yang sama satu sama lain sesuai
standart yang ada. Untuk itu membutuhkan alat pendeteksi yang sangat presisi.
Banyak sekali sensor untuk mengukur perpindahan tingi atau tebal yang
bisa dipakai. Sensor displacement tersebut memiliki keunggulan dan kekurangan
masingmasing. Penggunaan sensorLinear Variable Displacement Tansformer
(LVDT) sebagai tranduser karena memiliki tingkat presisi dan ketahanan yang
andal.
Proses untuk mendeteksi akan diubah menjadi digital agar lebih mudah
diproses untuk proses lebih lanjutnya. Misalnya, ketebalan plastik yang diukur
oleh LVDT ternyata lebih tebal dari standart yang ada, maka hasil pendeteksian
oleh sensor akan diproses secara digital dan diolah oleh mikrokontroler agar
menggerakan motor penekan roller sehingga daya tekan bertambah dan
menyebabkan ketebalan plastik berkurang. Demikian juga sebaliknya, apabila
ketebalan plastik yang terdeteksi di bawah batas ketebalan.
Karena itu, untuk menyelesaikan permasalahan ini dibutuhkanlah sebuah
sistem yang dapat memonitoring level ketebalan plastik secara digital. Sistem ini
adalah alat pendeteksi ketebalan plastik menggunakan sensor LVDT secara
digital. Untuk mengetahui berapa ketebalan plastik digunakan sensor LVDT
yang nantinya keluaran dari sensor akan diolah oleh Ardu ino Uno
menggunakan ATMEGA 328P dan ditampilkan dengan LCD sebagai hasilmonitoringketebalan plastik.
2. Tujuan dan Manfaat
Merancangprototypealat pendeeksi ketebalan plastik pada industri plastik
menggunakan sensor LVDT secara digital agar dihasilkan pembacaan ketebalan
plastik yang lebih presisi untuk proses lebih lanjut.
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
4/31
3
3. Batasan Masalah
Pembahasan akan diarahkan pada proses pemantauan ketebalan plastik
dengan menggunakan sensor LVDT secara digital. Sensor LVDT ini untuk
mengetahui berapa ketebalan plastik, sensor ini menerima masukan berupa sinyal
analog yang kemudian keluarannya di proses menjadi sinyal digital oleh ADC.
Keluaran dari ADC akan diolah pada mikrokontroler dan ditampilkan pada LCD
sebagai hasil pembacaan. Masalah pemilihan mikrokontroller , motor penggerak
dan perancangan software dari mikrokontroller lalu ditampilkan ke LCD juga tidak
dibahas. Selain itu perancangan osilator tidak dijelaskan juga dalam makalah ini.
4. Metodologi Penelitian
Studi Literatur :
- Mempelajari LVDT sebagai sensor perpindahan.
-
Mencari data komponen yang akan digunakan.
Perencanaan dan Pembuatan Sistem :
- Perencanaan dan pembuatan rangkaian sistem minimum Arduino
Uno dengan memakai ATMEGA 328P, yang merupakan
pengontrol dari kegiatan sistem secara keseluruhan.
- Perencanaan pembuatan rangkaian pengkondisi sinyal yang
memanfaatkan transduser LVDT dan Analog to Digital Converter
(ADC).
Pengujian Sistem
- Pengujian respon ADC, untuk mengetahui keluaran dari LVDT
yang sudah diolah pada rangkaian pengkondisi sinyal, sesuaidengan hasil perhitungan.
- Pengujian rangkaian secara keseluruhan.
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
5/31
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2. 1. LVDT (Linear Variable Differential Transformer)
Perangkat ini merupakan transduser elektromekanis dimana perpindahan
posisi mekanis disebabkan pada pergerakan inti besi. LVDT adalah suatu alat
elektromekanikal yang dapat menghasilkan keluaran elektrikal yang sebanding
dengan pergeseran intinya. Dengan kata lain, transduser ini dipakai untuk melihat
perubahan sinyal listrik yang secara linier sebanding dengan perubahan
kedudukan Transduser transformator diferensial variabel (LVDT) linier digunakan
pada system pengukuran dan kontrol. Karena resolusi yang sangat haIus,
ketelitian tinggi dan stabilitas yang baik maka transduser ini tepat dipakai pada
simpangan dengan langkahpendek, alat pengukur presisi. Beberapa pengukur
besaran fisika seperti, tekanan, beban dapat diukur dengan defleksi/simpangan
mekanik maka sudah tentu LVDT dapat digunakan sebagai sensor pada alat-alat
ukur tersebut. LVDT dipakai pula untuk elemen dasar dari extensiometer,
indikator, permukaan/level. Pada numerical controlled machine (mesin dikontrol
numerik) dan creep-testing machine (mesin pengetes rayapan) banyak memakai
LVDT pula.
Konstruksi dari LVDT dapat ditunjukkan dalam Gambar 2.1, terdiri atas
kumparan primer dan dua kumparan sekunder pada inti besi yang bergerak bebas
di dalamnya. LVDT terdiri dari sebuah kumparan primer dan dua buah kumparan
sekunder yang identik, kumparan diberi jarak secara aksial dan digulung pada
pembentuk kumparan berbentuk silinder, inti maknit berbentuk batang
ditempatkan di tengah susunan kumparan dan dapat bergerak. Inti maknit/besi inisebagai jalan yang dilalui fluksi medan maknit yang menghubungkan kumparan-
kumparan itu. Simpangan yang akan diukur disalurkan ke inti maknit itu memakai
penghubung yang sesuai. Bila kumparan primer diberi tegangan bolak-baIik (AC
carrier wave signal) pada kedua kumparan terinduksi tegangan, harga yang
dihasilkan tergantung pada letak inti maknit terhadap titik tengah susunan
kumparan
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
6/31
5
Gambar 2.1 LVDT
Pada suatu kedudukan tertentu, amplitudo yang diinduksikan pada
kumparan sekunder pertama sama besar dengan keluaran pada kumparan sekunder
kedua. Karena kumparan sekunder tersebut saling dihubungkan seri dengan arah
gulungan berlawanan, maka keluaran tegangan pada rangkaian sekunder berbeda
fasa 180 derajat. Sehingga pada pusat kedudukannya, keluaran akan 0 volt.
Polaritas tegangan keluaran yang dihasilkan oleh gerakan inti. Sebagai
contoh, bila bergerak kebawah, kumparan S2, besar tegangan induksi lebih besar
dari S1. Besar tegangan ditentukan oleh seberapa jauh inti bergerak. Jika inti besi
digerakkan dari posisi kesetimbangan, tegangan yang diinduksikan pada satu
kumparan sekunder akan naik, tapi tegangan turun pada kumparan sekunder yang
lain. Hal ini menyebabkan adanya perbedaan tegangan yang tergantung dari posisi
inti besi di dalam kumparan. Respon posisi dari sebuah LVDT ditunjukkan dalam
Gambar 2.2.
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
7/31
6
Gambar 2.2 Respon posisi dari LVDT
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
8/31
7
Dalam penggunaannya, LVDT dapat memakai beberapa bentuk sumber
AC untuk menggerakkan lilitan primernya. Sumber penggerak/pemicunya
biasanya adalah gelombang sinus dengan frekuensi berkisar antara 20Hz-20kHz.
Karena pemicunya adalah gelombang sinus AC maka keluaran dari LVDT ini
juga merupakan gelombang sinus AC. Sebelum masuk ke perangkat selanjutnya
maka output (keluaran) dari LVDT ini harus diubah ke DC terlebih dahulu.
Prinsip kerja LVDT ditunjukkan dalam Gambar 2.3
Gambar 2.3. Prinsip Kerja LVDT
Gambar 2.4. Rangkaian Ekivalen LVDT
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
9/31
8
Gambar 2.4 menunjukkan rangkaian ekivalen . Bila resistansi total di kumparan
sekunder adalah :
Dan untuk kumparan primer :
Sedangkan untuk kumparan sekunder :
Dari 2 rumus diatas didapatkan :
Sehingga tegangan keluarannya
Dalam posisi tengah, dimana letak inti besi adalah M2=M1, maka E0= 0 V sesuai
penjelasan sebelumnya.
Keuntungan LVDT untuk sensor displacementialah :1. Mekanik: Kesederhanaan desain dan mudah dalam fabrikasi dan instalasi,
jangkauan luas, gerakan bebas geseran pada inti maka resolusinya tidak
terbatas, konstruksi kokoh; gaya untuk mengoperasikan dapat diabaikan
(berat inti sangat kecil), kemampuan bekerja pada temperatur tinggi.
2. Listrik: Tegangan output linier dan fungsi kontinu pada simpangan
mekanik (ke liniaran lebih baik dari 0,25%). Sensitivitas tinggi (2 mV
/Volt/10 mikron pada eksitasi 4 KHz); output impedansi rendah (100
ohm); kemampuan bekerja pada frekuensi luas (50 Hz hingga 20 - 24
KHz);
2.2. Operational Amplifier (Op-Amp)
Operational Amplifier (Op-Amp) merupakan salah satu komponen
elektronika yang paling banyak digunakan dalam bidang elektronika. Baik di
bidang analog maupun digital. Simbol dari op-amp ditunjukkan dalam Gambar
2.4. Hal ini karena Op-Amp sangat mudah digunakan dan sangat efisien. Dalam
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
10/31
9
rangkaian elektronika yang rumit menjadi sederhana dengan menggunakan Op-
Amp.
Gambar 2.5. Simbol Op-Amp
Pada op-amp terdapat satu terminal keluaran, dan dua terminal masukan.
Terminal masukan yang diberi tanda (-) dinamakan terminal masukan pembalik(inverting), sedangkan terminal masukan yang diberi tanda (+) dinamakan
terminal masukan tak membalik(non inverting).
2.3. Instrumentation Amplifier (Penguat Instrumentasi)
Penguat instrumentasi adalah penguat yang paling bermanfaat, cermat dan
serbaguna yang ada pada saat ini. Penguat ini dibuat dari tiga penguat operasional
dan tujuh resistor seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.5. Untuk menyederhanakan
analisis rangkaian, perlu diketahui bahwa penguat instrumentasi sesungguhnya
dibuat dengan menghubungkan dua buah penguat penyangga dengan sebuah
penguat diferensial dasar.
Gambar 2.6. Penguat instrumentasi
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
11/31
10
Op Amp A3 dan dua resistor R2 dan dua resistor R3 membentuk sebuah
penguat deferensial dasar dengan gain sebesar R3/R2. Seperti yang terlihat dalam
Gambar 3, ada satu buah resistor lagi yang digunakan untuk menyetel penguatan,
yaitu RG. Persamaan tegangan adalah sebagai berikut:
122
3121 EER
R
R
RV
G
out
Ciri-ciri penguat instrumentasi dapat diringkas sebagai berikut :
1. Penguatan tegangannya, dari masukkan diferensial (E1- E2) ke keluaran
berujung tunggal, disetel oleh satu resistor.
2.
Resistansi masukkan dari kedua masukkannya sangat tinggi dan tidakberubah jika penguatannya berubah.
3. Vo tidak tergantung pada tegangan bersama E1 maupun E2, melainkan
hanya pada perbedaan antara keduanya.
2.4. Analog to Digital Converter 0804
Analog to Digital Converter adalah sebuah piranti elektronika yang
dirancang untuk dapat mengubah sinyal analog manjadi sinyal digital.
Menggunakan ADC karena pengontrolan dilakukan menggunakan kontroller
elektronika (mikrokontroller, komputer, atau plc), seihngga sinyal analog yang
berasal dari sensor harus terlebih dahulu diubah menjadi sinyal digital agar dapat
dibaca dan diolah oleh komputer. Pada perancangan ini menggunakan IC ADC
0804 yang dapat memenuhi kebutuhan dari rangkaian yang akan dibuat.
ADC adalah suatu rangkaian yang dapat mengubah tegangan analog
menjadi data digital. Input tegangan analog deferensial dapat meningkatkan
common mode rejectiondan pengaturan offset tegangan input nilai nol. Tegangan
referensi dapat diatur untuk mendekodekan berapapun tegangan input pada
resolusi 8 bit. ADC yang dipakai adalah jenis ADC 0804 yang merupakan resolusi
8 bit,merupakan 20 pin dan bekerja pada mode kerja free running. Mode ini
dipilih karena waktu konversi adc jauh lebih cepat terhadap tingkat perubahan
resistansi dari sensor. Keluaran ADC 0804 ini berada di port 11-18 yang akan
masuk ke mikrokontroller. Gambar 2.6 menunjukkan pin-pin ADC0804.
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
12/31
11
Gambar 2.7. Pin ADC0804
Keterangan :
WR :(input) pin ini digunakan untuk memulai konversi tegangan analog menjadi
data digital, dengan memberikan pulsa logika 0 pada pin ini.
INT : (output) pin ini digunakan sebagai indikator apabila ADC talah selesai
menkonversikan tegangan analog menjadi digital, dengan mengeluarkan
logika 0.
Vin : Tegangan analog input deferensial, input Vin (+) dan Vin (-) merupakan
tegangan deferensial yang akan mengambil nilai selisih dari kedua input.
Dengan memanfaatkan input Vin maka dapat dilakukan offset tegangan
nol pada ADC
Vref : Tegangan referensi dapat diatur sesuai dengan input tegangan pada Vin (+)
dan Vin (-), Vref = Vin/2
Clock :Clock untuk ADC dapat diturunkan dari clock CPU atau RC eksternal
dapat ditambahkan untuk memberikan generator dari dalam. Clock IN
menggunakanschmitt triger.
CS : agar ADC dapat aktif melakukan konversi data maka input Chip Select
harus diberi logika low. Data output akan berada pada kondisi three state
apabila CS mendapatkan logika high.
RD : agar data ADC dapat dibaca oleh sistem mikroprocesor maka pin RD
harus diberi logika low.
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
13/31
12
2.5. Mikrokontroler ATMEGA 328P
ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai
arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) arsitektur CISC (Completed
Instruction Set Computer). Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain
:
1.
130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus
clock.
2. 32 x 8-bit register serba guna.
3.
Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
4. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang
menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
5. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only
Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent
karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya
dimatikan.
6. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
7. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranyaPWM (Pulse Width
Modulation) output.
8. Master / Slave SPI Serial interface.
Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan
memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat
memaksimalkan kerja dan parallelism. Instruksi instruksi dalam memori
program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi
dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsepinilah yang memungkinkan instruksi instruksi dapat dieksekusi dalam setiap
satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung
operasi pada ALU ( Arithmatic Logic unit ) yang dapat dilakukan dalam satu
siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register
pointer 16-bit pada mode pengalamatan tak langsung untuk mengambil data pada
ruang memori data. Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X (
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
14/31
13
gabungan R26 dan R27 ), register Y ( gabungan R28 dan R29 ), dan register Z (
gabungan R30 dan R31 ).
Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap alamat memori
program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit. Selain register serba guna di atas,
terdapat register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped I/O selebar
64 byte. Beberapa register ini digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai
register control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan
fungsi I/O lainnya. Registerregister ini menempati memori pada alamat 0x20h
0x5Fh. Berikut ini adalah tampilan architecture ATmega 328 :
Gambar 2.8. Arsitektur ATmega328P
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
15/31
14
Gambar 2.9. Nama Pin-pin Atmega 328P
2.6. Arduino
Arduino adalah sebuah board mikrokontroller yang berbasis ATmega328.
Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan sebagai
output PWM, 6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power,
kepala ICSP, dan tombol reset. Arduino dapat dikoneksikan dengan komputer
menggunakan kabel USB.
Gambar 2.10. Board Arduino Uno berbasis ATmega 328P
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
16/31
15
2.7. Precision Rectifier
Rangkaian ini berfungsi untuk mengubah sinyal AC menjadi sinyal DC.
Rangkaian ini dirancang untuk mengatasi keterbatasan diode silicon yaitu tidak
mampu menyearahkan tegangan dibawah 0,6 V.
Gambar 2.11. Rangkaian Precision Rectifier
Cara kerjanya :
1. Untuk siklus positif :
saat E positif, maka D1 akan bekerja, menyebabkan tegangan keluaran op-Amp , VOA,menjadi negatif sebesar voltage drop dioda (0,6 V).
Hal ini memaksa D2 menjadi bias mundur
Tegangan keluaran rangkaian Vo sama dengan 0 karena arus masukan I
mengalir melalui D1.
tidak ada arus melewati Rf, sehingga Vo = 0.
Gambar 2.12: Siklus Positif
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
17/31
16
2. Untuk siklus negatif :
ketika E menjadinegatif, D2 akan bekerja
Rangkaian akan bekerja seperti inverter, sejakRf = Ri, dan Vo
=+E1.
DiodeD1 dibias mundur.
Arus masukan diatur oleh E/Ri dan penguatan sebesarRf/Ri.
Gambar 2.13: Siklus Negatif
3. Untuk masukan dibawah tegangan maju dioda
Contoh, bila E sebesar0.1 V.E, danR, mengkonversi tegangan
rendah ini menjadi arus yang akan melalui D2.
Meskipun tegangan tersebut dibawah teganga maju dioda, dengan
menghubungkan dioda ke loop feedback dari op amp, kebutuhan
akan tegangan maju dioda secara essensial tereliminasi.
Sehingga gelombang hasil penyearah adalah Half Wave, seperti pada gambar
berikut:
Gambar 2.14: Gelombang masukan dan keluarannya
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
18/31
17
BAB III
PERANCANGAN
3.1 Prinsip Kerja dan Diagram Blok
Prinsip kerja sistem secara keseluruhan adalah sebagai berikut. Arduino
Uno ATmega 328P adalah kontroler utama dari sistem keseluruhan. Secara
umum, diagram blok rangkaian dapat dilihat pada Gambar 3. 1 berikut.
Oscilator RPS
Rectifier
ADC 8 4
AT89C51
LCD 16X2
LVDT
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Secara Keseluruhan
Arduino
Arduino
PRECISION
RECTIFIER
RPS2
PRECISION RECTIFIER
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
19/31
18
Fungsi masing-masing blok adalah sebagai berikut:
1. Oscilator
Oscilator disini digunakan untuk membangkitkan gelombang sinus
dengan frekuensi 3 KHz untuk membangkitkan gelombang pada sensor
LVDT.
2. LVDT
Linear Voltage Differential Transformator (LVDT) adalah merupakan
sensor perpindahan dalam hal ini sensor LVDT digunakan untuk
mengetahui level volumedengan memanfaatkan pergeseran dari batang
ferit yang berada di dalam coil.
3. Rectifier
Rangkaian ini digunakan untuk menyearahkan sinyal keluaran dari
LVDT yang berupa gelombang sinus
4. RPS
Rangkaian ini berfungsi untuk menguatkan sinyal yang diperoleh
dari keluaran sensor LVDT yang sudah disearahkan oleh precision rectifier .
Rangkaian yang digunakan adalah penguat instrumentasi.
5. ADC 0804
ADC digunakan untuk merubah sinyal masukan yang berupa sinyal
analog menjadi keluaran digital, yang selanjutnya akan diolah
mikrokontroler.
6. Mikrokontroler
Mikrokontroler yang digunakan adalah tipe ATMEGA 328P menggunakan
board Arduino uno.7. LCD
Digunakan sebagai penampil data dari keluaran mikrontroller .
Perancangan sistem pendeteksi level ketebalan keras dengan
menggunakan sensor LVDT adalah dengan cara memanfaatkan sensor
LVDT/sensor pergeseran untuk mengetahui tebal plastik. Keluaran sensor
LVDT yang masih berupa sinyal AC disearahkan rangkaian rectifier, kemudian
dikuatkan oleh RPS supaya sesuai dengan masukan ADC. Sinyal DC yang masih
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
20/31
19
berupa sinyal analog ini akan diubah ke sinyal digital melalui rangkaian ADC
0804 untuk selanjutnya diolah oleh mikrokontroller untuk ditampilkan ke LCD
2x16.
Pada kesempatan kali ini, tidak semua bagian dari sistem tersebut yang
akan dijelaskan. Hanya sebatas pada sensor ketinggian level plastik, Rangkaian
Pengkondisi Sinyal, ADC, mikrokontroler, serta tampilan yang merupakan
rangkaian elektrik dari sistem. Mengenai rangkaian mekanik dari sistem tidak
akan dibahas disini dan perancangan software mikrokontroller untuk
menampilkan data ke LCD tidak akan dibahas.
3.2 Spesifikasi dan Perancangan Sensor
Perancangan LVDT
Secara umum LVDT bekerja karena adanya perbedaan medan
magnet. Medan magnet ini muncul karena adanya gerakan inti magnet yang
dimasukkan ke dalam kumparan. Semakin dalam inti magnet dimasukkan ke
dalam kumparan maka nilai medan magnet yang di hasilkan akan semakin
besar. LVDT bekerja pada frekuensi rendah (antara 20 - 25.000 Hz) dan
gerakannya linear terhadap masukan. Rangkaian ekivalen dari sensor
LVDT dapat dilihat pada Gambar 3.2
Gambar 3.2. Rangkaian Ekivalen Sensor LVDT
Suatu LVDT pada dasarnya terdiri dari sebuah kumparan primer, dua
buah kumparan sekunder, dan inti dari bahan feromagnetik. Kumparan- kumparan
tersebut dililitkan pada suatu selongsong, sedangkan inti besi ditempatkan didalam
rongga selongsong tersebut. Selongsong ini terbuat dari bahan non-magnetik.
Kumparan p rimer dililitkan ditengah selongsong, sedangkan kedua
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
21/31
20
kumparan sekunder dililitkan disetiap sisi kumparan primer. Kedua kumparan
sekunder ini dihubungkan seri secara berlawanan dengan jumlah lilitan yang
sama.
Besar tegangan keluaran LVDT bergantung kepada posisi inti. Pada
saat posisi inti. Pada saat posisi inti besi ditengah, GGL yang diinduksi oleh
kumparan sekunder 1 dan 2 sama besar. Tetapi karena kedua kumparan sekunder
dihubungkan seri secara berlawanan maka tegangan keluaran akan sama dengan
nol. Jika inti besi kita geser kearah atas maka kumparan sekunder 1 akan
mendapat rapat fluks yang lebih tinggi dibandingkan dengan kumparan sekunder
2. Akibatnya GGL induksi pada kumparan sekunder 1 akan lebih besar daripada
kumparan sekunder 2. Tegangan keluaran yang dihasilkan merupakan selisih
tegangan kedua kumparan sekunder Hubungan antara tegagan keluaran dan
pergesaran inti LVDT adalah linier pada selang jarak tertentu. Hubungan
antara tegangan keluaran U dengan posisi inti besi x linier saat inti berada
ditengah selongsong, dan tidak linier saat inti berada di pinggir-pinggir selongsong.
Sensor LVDT ini akan mengeluarkan tegangan 0,2 volt pada frekuensi 3 kHz.
Sehingga perancangan ADC0804 akan sangat sulit untuk tegangan yang kecil,
maka dibutuhkan penguatan sebelum masuk ADC0804.
3.3. Rangkaian Precision Rectifier
Keluaran LVDT berupa sinyal AC, maka dari itu untuk menuju ke
rangkaian berikutnya, harus diubah ke DC terlebih dahulu. Karena dibutuhkan
perubahan yang presisi, maka pengubahannya sebaiknya tidak hanya memakai
rangkaian diode silicon biasa. Kita dapat menggunakan rangkaian Precision
Rectifier.
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
22/31
21
Gambar 3.3 Rangkaian Precision Rectifier
Penguatan dibuat agar 1x agar nilai asli dari LVDT tetap dan tidak
berubah sehingga tidak perlu dikuatkan lagi.
Dengan nilai komponen:
R1 = 1200
Rf = 1200
C = 33 F
Dioda 1N914
Av = Rf / R1
= 1200 / 1200
= 1
3.4 Spesifikasi dan Perancangan Rangkaian Pengkondisi Sinyal 1
Ketebalan kertas yang akan diditeksi beragam jenisnya. Mulai dari yangpaling tipis hingga yang agak tebal. Sebagai contoh dalam system instrumentasi
ini dinginkan ketebalan paling minimum dari sebuah kertas adalah 0,5 mm
(alumunium foil ) hingga ketebalan maksimumnya sekitar 6 mm (kertas karton) .
Sensor LVDT pada frekuensi 3 kHz memiliki sensitivitas sekitar 2 mV/mm.
Ternyata pada sensor LVDT terdapat offset , bilaman tegangan keluarannya 0 di
ketinggian 0,5 mm, bukan saat 0mm tepat. Oleh karena itu keluaran ADC yang
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
23/31
22
menyatakan penskalaan ketinggian kertas, pada software nya perlu ditambah nilai
offset 0,5 mm.
Karena pada saat 0,5 mm, (tinggi minimum) keluaran LVDT adalah 0 V.
Sehingga saat mencapai ketinggian 6mm, maka keluaran LVDT adalah (6-0,5)x2
mV/mm = 11mv .
Pada jangkauan ketinggian ini LVDT akan mengeluarkan tegangan
berkisar 0 mV- 11 mV, akan dibutuhkan rangkaian pengkondisi sinyal untuk
mengubah menjadi kisaran 0-5 V. Untuk mendapat spesifikasi tersebut dilakukan
perhitungan sebagai berikut :
mVmmmVmmStinggiV
VmmmVmmStinggiV
maksmaksT
T
11/2)5,06()5,0(
0/2)5,05,0()5,0(
)(
min(min)
Untuk ADC dengan n = 8 bit dan tegangan referensi VR= 5V, membutuhkan
tegangan masukan dalam kisaran antara:
VVVV
VV
Rn
n
maksi
i
17,62,62
12
2
12
dan
2,1
8
8
)(
(min)
Rangkaian yang diperlukan dapat diperoleh dari persamaan yang
menyatakan hubungan keluaran-masukan sebagai berikut :
Vi= mVT+ B
Dari spesifikasi yang diketahui, maka dapat diperoleh :
0 = m (0) + B
6.17578125 = m (0,011) + B
Jika kedua persamaan ini kita selesaikan secara serentak, maka akan
diperoleh :
m = 454,54 V dan B =0 V, sehingga diperoleh persamaan fungsi
alihnya :
Vi= 454,54 VT
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
24/31
23
Fungsi alih yang diperoleh tersebut dapat direalisasikan dengan
menggunakan penguat instrumentasi dengan cara mengatur nilai resistor-
resistornya. Pemberian nilai resistor dilakukan dengan cara sebagai berikut:
Mula-mula R2 dan R3 deberi nilai secara berturut-turut 1 k dan R1 =
100 k, sehingga RGdapat diperoleh dari persamaan :
m= 1+GG
R
x
R
R 10000021
21
454,54=GR
2000000
RG = 440,0052
Gambar rangkaian keseluruhan dari RPS ditunjukkan Gambar 3.3
Gambar 3.4. Gambar Rangkaian Penguat Instrumentasi
RG
R1
R2
R3
R3
R2
1 V
Vi
VT
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
25/31
24
3.5 Spesifikasi dan Perancangan Rangkaian Pengkondisi Sinyal 2
Ketebalan plastik yang akan diditeksi beragam jenisnya. Mulai dari yang
paling tipis hingga yang agak tebal. Sebagai contoh dalam system instrumentasi
ini dinginkan ketebalan paling minimum dari sebuah plastik adalah 0,05 mm
hingga ketebalan maksimumnya sekitar 6 mm. Sensor LVDT pada frekuensi 3
kHz memiliki sensitivitas sekitar 2 mV/mm. Ternyata pada sensor LVDT terdapat
offset , bilamana tegangan keluarannya 0 di ketinggian 0,5 mm, bukan saat 0 mm
tepat. Oleh karena itu keluaran ADC yang menyatakan penskalaan ketinggian
plastik, pada software nya perlu ditambah nilai offset 0,5 mm.
Karena pada saat 0,5 mm, (tinggi minimum) keluaran LVDT adalah 0 V.
Sehingga saat mencapai ketinggian 6mm, maka keluaran LVDT adalah (6-0,5)x2
mV/mm = 11mv .
Pada jangkauan ketinggian ini LVDT akan mengeluarkan tegangan
berkisar 0 mV- 11 mV, akan dibutuhkan rangkaian pengkondisi sinyal untuk
mengubah menjadi kisaran 0-5 V. Untuk mendapat spesifikasi tersebut dilakukan
perhitungan sebagai berikut :
mVmmmVmmStinggiV
VmmmVmmStinggiV
maksmaksT
T
11/2)5,06()5,0(
0/2)5,05,0()5,0(
)(
min(min)
Untuk ADC dengan n = 8 bit dan tegangan referensi VR= 5V, membutuhkan
tegangan masukan dalam kisaran antara:
VVVV
VV
Rn
n
maksi
i
4.98052
12
2
12
dan
0
8
8
)(
(min)
Rangkaian yang diperlukan dapat diperoleh dari persamaan yang
menyatakan hubungan keluaran-masukan sebagai berikut :
Vi= mVT+ B
Dari spesifikasi yang diketahui, maka dapat diperoleh :
0 = m (0) + B
4.980 = m (0,011) + B
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
26/31
25
Jika kedua persamaan ini kita selesaikan secara serentak, maka akan
diperoleh :
m = 452,727 V dan B =0 V, sehingga diperoleh persamaan fungsi
alihnya :
Vi= 452,727VT
Fungsi alih yang diperoleh tersebut dapat direalisasikan dengan
menggunakan penguat instrumentasi dengan cara mengatur nilai resistor-
resistornya. Pemberian nilai resistor dilakukan dengan cara sebagai berikut:
Mula-mula R2 dan R3 deberi nilai secara berturut-turut 1 k dan R1 =
100 k, sehingga RGdapat diperoleh dari persamaan :
m= 1+GG R
x
R
R 10000021
2 1
451,727=GR
2000000
RG = 442,74
Gambar rangkaian keseluruhan dari RPS ditunjukkan Gambar 3.3
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
27/31
26
Gambar 3.4. Gambar Rangkaian Penguat Instrumentasi
3.5. Rangkaian Analog to Digital Converter (ADC)
Data hasil pengukuran transduser LVDT masih berupa besaran analog
yang harus diubah ke bentu digital sehingga dapat diolah oleh mikrokontroler.
Untuk itu, digunakan ADC 0804 dengan resolusi 8 bit. ADC 0804 ini memiliki 2
buah channel input analog diferensial. Besaran analog yang akan dikonversikan
dihubungkan ke Vin+, sedangkan Vin- dihubungkan ke ground.
Resolusi tegangan pada masukan ADC:
voltV
Vn
Ri 0,0195
2
5
2 8
Resolusi tegangan pada masukan rangkaian pengkondisi sinyal:
mVA
VV iT 0,043
727,452
0195,0
Resolusi pada masukan sensor (sama dengan resolusi pengukuran
displacement):
RG
R1
R2
R3
R3
R2
1 V
Vi
VT
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
28/31
27
mmS
VT T 0215,0
2
0,043
Jadi setiap perubahan satu Bit ADC, ketebalan yang diukur naik dari kelipatan
0,0215 mm. serta tegangannya berubah naik dari kelipatan 0,0195 V.
Nilai decimal keluaran ADC adalah :
nVn
V
VNilaiADC
maksi
R
maksi2
52
)()(
Ternyata pada sensor LVDT terdapat offset , bilaman tegangan
keluarannya 0 di ketinggian 0,5 mm, bukan saat 0mm tepat. Oleh karena itu
keluaran ADC yang menyatakan penskalaan ketebalan plastik, pada software nya
perlu ditambah nilai offset 0,5 mm.
Misal, nilai decimal keluaran ADC adalah 0, maka ketebalan plastik yang
diwakilinya bukan 0 mm, tetapi 0,5 mm. Bila nilai decimal keluaran ADC adalah
1, maka ketebalan yang diwakili bukan 0,0215 mm, tetapi 0,0215 + 0,5 mm =
0,5215 mm. Sehingga dapat dirumuskan :
Ketebalan sesungguhnya = (NilaiADC x 0,0215mm) + 0,5 mm
ADC 0804 membutuhkan suatu tegangan referensi sebesar Vcc/2 yaitu
sebesar 2,5V. Pada ADC ini terdapat rangkaian osilator internal untuk
mengaktifkannya. Frekuensi osilator ditentukan oleh rangkaian eksternal R dan C.
Nilai R yang digunakan sebesar 10k dan nilai C sebesar 150 pF. Sehingga
didapatkan nilai frekuensi osilatornya :
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
29/31
28
Untuk memulai konversi, maka diberikan sinyal write pada pin WR. Hasil
konversi akan dibaca oleh P1 dari mikrokontroler ATMega 328P.
Gambar 3.5 Rangkaian ADC
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
30/31
29
BAB IV
PENUTUP
KESIMPULAN
Dengan penggunaan ADC dan sensor LVDT maka hasil pembacaan
ketebalan plastik terbaca secara digital. Secara umum, sistem dapat berjalan
dengan baik, namun ada sedikit error dikarenakan kemungkinan adanya error pada
saat proses perhitungan LVDT.
SARAN
Pada saat merancang dan membuat sistem ini, khususnya LVDT,
sebaiknya dilakukan secara seksama dan dilakukan perhitungan yang benar-benar
matang. Sehingga tidak terjadi error, dan sistem dapat berjalan sesuai dengan yang
diinginkan.
5/20/2018 Pengukur Ketebalan Plastik Dengan Lvdt
31/31
30
DAFTAR PUSTAKA
----.2002. ATMega 328P Datasheet. http://www.atmel.com diakases tanggal 10
Oktober 2012.
Bejo, Agus. 2008. C dan AVR. Yogyakarta : Graha Ilmu.
Pallas-Areny, R & Webster,JG, 1991. Sensor and Signal Conditioning. John
Wiley & Sons,Inc..
Siwindarta, Ponco. 2012. Sistem Instrumentasi Elektronika. www.elektro.
brawijaya.ac.id/ponco. Malang: Universitas Brawijaya.
Top Related