Sensor Gas sebagai Alarm Kebakaran
-.Mampu menggunakan proteus untuk mensimulasikan rangkaian sensor yang rumit.
Alat :
-.ADC0804
Pin No
|
Function
|
Name
|
1
|
Activates ADC; Active low
|
Chip select
|
2
|
Input pin; High to low pulse brings the data from internal registers to the output pins after conversion
|
Read
|
3
|
Input pin; Low to high pulse is given to start the conversion
|
Write
|
4
|
Clock Input pin; to give external clock.
|
Clock IN
|
5
|
Output pin; Goes low when conversion is complete
|
Interrupt
|
6
|
Analog non-inverting input
|
Vin(+)
|
7
|
Analog inverting Input; normally ground
|
Vin(-)
|
8
|
Ground(0V)
|
Analog Ground
|
9
|
Input pin; sets the reference voltage for analog input
|
Vref/2
|
10
|
Ground(0V)
|
Digital Ground
|
11
|
8 bit digital output pins
|
D7
|
12
|
D6
| |
13
|
D5
| |
14
|
D4
| |
15
|
D3
| |
16
|
D2
| |
17
|
D1
| |
18
|
D0
| |
19
|
Used with Clock IN pin when internal clock source is used
|
Clock R
|
20
|
Supply voltage; 5V
|
Vcc
|
-. Sensor gas( MQ 2)
-. relay
-.buzzer
-.buzzer
-.led
-. Seven Segment COMMON CATODHA
-. IC BCD 74LS248
-. IC BCD 74LS248
-. transistor BC547
3. Teori (kembali)
Sensor MQ-2 (Data Sheet)
Sensor MQ-2 adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor gas asap MQ-2 dapat langsung diatur sensitifitasnya dengan memutar trimpotnya. Sensor ini biasa digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas baik di rumah maupun di industri. Gas yang dapat dideteksi diantaranya : LPG, i-butane, propane, methane , alcohol, Hydrogen, smoke.
-Sensor MQ-5H2), karbonmonoksida (CO), metana (CH4), etanol (CH3CH2OH), propana (C3H8), butana (C4H10), dan gas hidrokarbon lainnya.
-Sensor MQ-7
MQ 7 merupakan sensor gas yang digunakan dalam peralatan untuk mendeteksi gas karbon monoksida (CO) dalam kehidupan sehari-hari, industri, atau mobil. Fitur dari sensor gas MQ7 ini adalah mempunyai sensitivitas yang tinggi terhadap karbon monoksida (CO), stabil, dan berumur panjang.
-.Grafik
Semakin tinggi konsentrasi dari gas, maka hambatan dalam sensor akan mengecil. Hubungan dari konsentrasi gas dan besar hambatan adalah berbanding terbalik.
-Analog to Digital Converter (ADC)
Analog to Digital Converter atau ADC yang artinya pengubah dari analog ke digital. Fungsi dari ADC adalah untuk mengubah data analog menjadi data digital yang nantinya akan masuk ke suatu komponen digital yaitu mikrokontroller AT89S51. Inputan dari ADC ini ada 2 yaitu input positif (+) dan input negatif (-). ADC 0804 ini terdiri dari 8 bit microprocessor Analog to Digital Converter.
V (+) dan V (-) adalah inputan tegangan analog differensial sehingga data tegangan yang akan diproses oleh ADC adalah selisih antara Vi (+) dan Vi (-). Vref adalah tegangan referensi ADC yang digunakan untuk mengatur tegangan input pada Vi+ dan Vi-. Besarnya tegangan referensi ini adalah setengah dari tegangan input maksimal. Hal ini bertujuan agar pada saat inputan maksimal data digital juga akan maksimal. Frekuensi clock dari ADC dapat diatur dengan komponen R dan C eksternal pada pin Rclk dan Cclk dengan ketentuan :
Fclk = 1 / (1,1 RC)
Chip select fungsinya untuk mengaktifkan ADC yang diaktifkan dengan logika low. Read adalah inputan yang digunakan untuk membaca data digital hasil konversi yang aktif pada kondisi logika low. Write berfungsi untuk melakukan start konversi ADC diaktifkan pada kondisi logika low. Instruksi berfungsi untuk mendeteksi apakah konversi telah selesai atau tidak, jika sudah selesai maka pin instruksi akan mengeluarkan logika low. Data outputan digital sebanyak 8 byte (DB0-DB7) biner 0000 0000 sampai dengan 1111 1111, sehingga kemungkinan angka decimal yang akan muncul adalah 0 sampai 255 dapat diambil pada pin D0 sampai D7. DB0-DB7 mempunyai sifat latching.
Proses yang terjadi dalam ADC adalah:
- Pen-cuplik-an
- Peng-kuantisasi-an
- Peng-kode-an
Gambar 1. Diagram Blok Proses dalam ADC.
1. Pen-cuplik-an adalah proses mengambil suatu nilai pasti (diskrit) dalam suatu data kontinu dalam satu titik waktu tertentu dengan periode yang tetap. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada ilustrasi gambar berikut:
Gambar 2. Proses Pen-cuplik-an dalam ADC.
Semakin besar frekuensi pen-cuplik-an, berarti semakin banyak data diskrit yang didapatkan, maka semakin cepat ADC tersebut memproses suatu data analog menjadi data digital.
2. Peng-kuantisasi-an adalah proses pengelompokan data diskrit yang didapatkan pada proses pertama ke dalam kelompok-kelompok data. Kuantisasi, dalam matematika dan pemrosesan sinyal digital, adalah proses pemetaan nilai input seperti pembulatan nilai.
Gambar 3. Proses Pen-kuantisasi-an dalam ADC.
Semakin banyak kelompok-kelompok dalam proses kuantisasi, berarti semakin kecil selisih data diskrit yang didapatkan dari data analog, maka semakin teliti ADC tersebut memproses suatu data analog menjadi data digital.
3. Peng-kode-an adalah meng-kode-kan data hasil kuantisasi ke dalam bentuk digital (0/1) atau dalam suatu nilai biner.
Gambar 4. Proses Peng-kode-an dalam ADC: X1 = 11, X2 = 11, X3 = 10, X4 = 01, X5 = 01, X6 = 10.
Secara matematis, proses ADC dapat dinyatakan dalam persamaan:
Data_ADC = (Vin/Vref) x Maksimal_Data
Dengan Vref adalah jenjang tiap kelompok dalam proses kuantisasi, kemudian Maksimal_Data berkaitan proses ke-3 (peng-kode-an).Sedangkan proses ke-1 adalah seberapa cepat data ADC dihasilkan dalam satu kali proses.
Rangkaian dalam ADC0804
ADC0804
Pin Description:
Pin No
Function
Name
1
Activates ADC; Active low
Chip select
2
Input pin; High to low pulse brings the data from internal registers to the output pins after conversion
Read
3
Input pin; Low to high pulse is given to start the conversion
Write
4
Clock Input pin; to give external clock.
Clock IN
5
Output pin; Goes low when conversion is complete
Interrupt
6
Analog non-inverting input
Vin(+)
7
Analog inverting Input; normally ground
Vin(-)
8
Ground(0V)
Analog Ground
9
Input pin; sets the reference voltage for analog input
Vref/2
10
Ground(0V)
Digital Ground
11
8 bit digital output pins
D7
12
D6
13
D5
14
D4
15
D3
16
D2
17
D1
18
D0
19
Used with Clock IN pin when internal clock source is used
Clock R
20
Supply voltage; 5V
Vcc
Grafik Perubahan Sinyal Analog ke Digital
Vresolusi = Vin max / 255.
- CLOCK, clock untuk ADC dapat diturunkan pada clock CPU atau RC eksternaldapat ditambahkan untuk memberikan generator clock dari dalam CLK In menggunakan schmitt triger
Resolusi dari converter menandakan nilai angka diskret yang menghasilkan range nilai analog, biasanya ditulis dalam biner dalam bit-bit. Contoh ADC dengan resolusi 8 bit dapat mengenkode masukan analog ke 256 (28=256), yang merepresentasikan range dari 0 sampai 255 (unsigned integer) atau dari -128 ke 127 (signed integer) tergantung pada aplikasi.
Resolusi juga dapat didefinisikan secara elektris dan diekspresikan dalam volt. Resolusi tegangan ADC sama dengan range pengukuran tegangan dibagi dengan jumlah interval diskret, sebagaimana ditunjukkan berikut;
Dimana Q merupakan resolusi dalam volt per step (volt per kode keluaran), EFSR merupakan skala penuh range tegangan = VRefHi – VrefLow, M merupakan resolusi ADC dalam bit dan N merupakan jumlah interval yang diberikan oleh kode keluaran dimana N=2M.
Contoh 1;
Range skala pengukuran = 0 sampai 10 V
Resolusi ADC adalah 12-bit, sehingga 212 = 4096 kode
Resolusi tegangan ADC adalah (10V – 0V)/4096 kode = 10V/4096 kode menghasilkan 0,00244V/kode≈2,44mV/kode.
Contoh 2;
Range skala pengukuran = -10 sampai +10 V
Resolusi ADC adalah 14-bit, sehingga 214 = 16384 kode
Resolusi tegangan ADC adalah (10V – (-10V))/16384 kode = 20V/16384 kode menghasilkan 0,00122V/kode≈1,22mV/kode.
Contoh 3;
Range skala pengukuran = 0 sampai 8 V
Resolusi ADC adalah 3-bit, sehingga 23 = 8 kode
Resolusi tegangan ADC adalah (8V – 0V))/8 kode = 8V/8 kode menghasilkan 1V/kode≈1000mV/kode.
Pada prakteknya, kode keluaran terkecil (“0” dalam unsigned) mewakili range tegangan 0,5X dari resolusi tegangan ADC (Q) sementara kode keluaran terbesar mewakili range tegangan 1,5X resolusi tegangan ADC (maksudnya 50% lebih lebar dari resolusi tegangan ADC. Kode N-2 semua lebarnya sama dan mewakili resolusi tegangan ADC (Q)). Misal sebagaimana pada contoh 3, dengan 3-bit ADC yang mempunyai range 8V, masing-masing bagian N akan diwakili 1V, kecuali yang pertama (kode ke-0) yang mempunyai lebar 0,5V dan terakhir (kode ke-7) yang mempunyai lebar 1,5V. Sehingga kode ke-1 mempunyai range tegangan dari 0,5-1,5V, kode ke-2 mempunyai range tegangan dari 1,5-2,5V dan seterusnya. Lalu jika sinyal masukan berada pada 3/8 dari range tegangan maka keluaran ADC adalah kode ke-3 dan seterusnya akan demikian dengan range tegangan 2,5/8 dan 3,5/8. Hal ini disebut dengan operasi “Mid-tread” dan dapat dimodelkan secara matematis sebagai:
Pada prakteknya, resolusi dari converter dibatasi oleh signal-to-noise ratio terbaik yang dapat dicapai untuk digitized signal. ADC dapat menghasilkan sinyal dengan resolusi bit angka tertentu yang disebut “effective number of bits” (ENOB). Satu resolusi bit saja dapat merubah signal-to-noise ratio dari digitized signal oleh 6dB, jika resolusi dibatasi oleh ADC. Jika preamplifier digunakan pada konversi A/D makaamplifier akan berkontribusi pada hasil SNR (Signal-to-Noise Ratio).
Dekoder BCD Ke 7 Segment
Dekoder merupakan rangkaian elektronika yang berfungsi untuk menampilkan kode-kode biner menjadi karakter yang dapat dipahami secara visual. Decoder BCD ke 7 segment merupakan rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah kode BCD menjadi karakter tampilan angka desimal yang dapat dilihat secara visual. Ilustrasi dekoder BCD ke 7 segment dapat dipahami dari gambar berikut :
Data BCD 4 bit diubah menjadi tampilan visual angka desimal 0-9 menggunakan rangkaian logika dasar digital (AND, OR dan NOR). Data BCD 4 bit tersebut diubah sesuai nilai desimal seperti pada tabel berikut.
Tabel Kebenaran Dekoder BCD Ke 7 Segment
Logic Diagram BCD ke 7 Segment
Proses pengkodean data BCD menjadi tampilan angka desimal dilakukan secara terpisah untuk tiap ruas/segment (ruas a- ruas g). Untuk membangun sebuah dekoder 7 segment dari data tabel kebenaran diatas, langkah pertama adalah menentukan persamaan yang dapat mewakili fungsi dekoder tiap ruas. Setelah itu dapat di buat rangkaian decoder untuk tiap ruas menggunakan rangkaian digital dari gerbang logika dasar
Sensor MQ-2 adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor gas asap MQ-2 dapat langsung diatur sensitifitasnya dengan memutar trimpotnya. Sensor ini biasa digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas baik di rumah maupun di industri. Gas yang dapat dideteksi diantaranya : LPG, i-butane, propane, methane , alcohol, Hydrogen, smoke.
-Sensor MQ-5
Sensor gas MQ-5 adalah sensor universal gas yang mampu mendeteksi berbagai jenis gas seperti hidrogen (
H2), karbonmonoksida (CO), metana (CH4), etanol (CH3CH2OH), propana (C3H8), butana (C4H10), dan gas hidrokarbon lainnya.
-Sensor MQ-7
MQ 7 merupakan sensor gas yang digunakan dalam peralatan untuk mendeteksi gas karbon monoksida (CO) dalam kehidupan sehari-hari, industri, atau mobil. Fitur dari sensor gas MQ7 ini adalah mempunyai sensitivitas yang tinggi terhadap karbon monoksida (CO), stabil, dan berumur panjang.
Semakin tinggi konsentrasi dari gas, maka hambatan dalam sensor akan mengecil. Hubungan dari konsentrasi gas dan besar hambatan adalah berbanding terbalik.
-Analog to Digital Converter (ADC)
Analog to Digital Converter atau ADC yang artinya pengubah dari analog ke digital. Fungsi dari ADC adalah untuk mengubah data analog menjadi data digital yang nantinya akan masuk ke suatu komponen digital yaitu mikrokontroller AT89S51. Inputan dari ADC ini ada 2 yaitu input positif (+) dan input negatif (-). ADC 0804 ini terdiri dari 8 bit microprocessor Analog to Digital Converter.
V (+) dan V (-) adalah inputan tegangan analog differensial sehingga data tegangan yang akan diproses oleh ADC adalah selisih antara Vi (+) dan Vi (-). Vref adalah tegangan referensi ADC yang digunakan untuk mengatur tegangan input pada Vi+ dan Vi-. Besarnya tegangan referensi ini adalah setengah dari tegangan input maksimal. Hal ini bertujuan agar pada saat inputan maksimal data digital juga akan maksimal. Frekuensi clock dari ADC dapat diatur dengan komponen R dan C eksternal pada pin Rclk dan Cclk dengan ketentuan :
Fclk = 1 / (1,1 RC)
Chip select fungsinya untuk mengaktifkan ADC yang diaktifkan dengan logika low. Read adalah inputan yang digunakan untuk membaca data digital hasil konversi yang aktif pada kondisi logika low. Write berfungsi untuk melakukan start konversi ADC diaktifkan pada kondisi logika low. Instruksi berfungsi untuk mendeteksi apakah konversi telah selesai atau tidak, jika sudah selesai maka pin instruksi akan mengeluarkan logika low. Data outputan digital sebanyak 8 byte (DB0-DB7) biner 0000 0000 sampai dengan 1111 1111, sehingga kemungkinan angka decimal yang akan muncul adalah 0 sampai 255 dapat diambil pada pin D0 sampai D7. DB0-DB7 mempunyai sifat latching.
Proses yang terjadi dalam ADC adalah:
- Pen-cuplik-an
- Peng-kuantisasi-an
- Peng-kode-an
Gambar 1. Diagram Blok Proses dalam ADC.
1. Pen-cuplik-an adalah proses mengambil suatu nilai pasti (diskrit) dalam suatu data kontinu dalam satu titik waktu tertentu dengan periode yang tetap. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada ilustrasi gambar berikut:
Gambar 2. Proses Pen-cuplik-an dalam ADC.
Semakin besar frekuensi pen-cuplik-an, berarti semakin banyak data diskrit yang didapatkan, maka semakin cepat ADC tersebut memproses suatu data analog menjadi data digital.
2. Peng-kuantisasi-an adalah proses pengelompokan data diskrit yang didapatkan pada proses pertama ke dalam kelompok-kelompok data. Kuantisasi, dalam matematika dan pemrosesan sinyal digital, adalah proses pemetaan nilai input seperti pembulatan nilai.
Gambar 3. Proses Pen-kuantisasi-an dalam ADC.
Semakin banyak kelompok-kelompok dalam proses kuantisasi, berarti semakin kecil selisih data diskrit yang didapatkan dari data analog, maka semakin teliti ADC tersebut memproses suatu data analog menjadi data digital.
3. Peng-kode-an adalah meng-kode-kan data hasil kuantisasi ke dalam bentuk digital (0/1) atau dalam suatu nilai biner.
Gambar 4. Proses Peng-kode-an dalam ADC: X1 = 11, X2 = 11, X3 = 10, X4 = 01, X5 = 01, X6 = 10.
Secara matematis, proses ADC dapat dinyatakan dalam persamaan:
Data_ADC = (Vin/Vref) x Maksimal_Data
Dengan Vref adalah jenjang tiap kelompok dalam proses kuantisasi, kemudian Maksimal_Data berkaitan proses ke-3 (peng-kode-an).Sedangkan proses ke-1 adalah seberapa cepat data ADC dihasilkan dalam satu kali proses.
Rangkaian dalam ADC0804
ADC0804
Pin Description:
Pin No
|
Function
|
Name
|
1
|
Activates ADC; Active low
|
Chip select
|
2
|
Input pin; High to low pulse brings the data from internal registers to the output pins after conversion
|
Read
|
3
|
Input pin; Low to high pulse is given to start the conversion
|
Write
|
4
|
Clock Input pin; to give external clock.
|
Clock IN
|
5
|
Output pin; Goes low when conversion is complete
|
Interrupt
|
6
|
Analog non-inverting input
|
Vin(+)
|
7
|
Analog inverting Input; normally ground
|
Vin(-)
|
8
|
Ground(0V)
|
Analog Ground
|
9
|
Input pin; sets the reference voltage for analog input
|
Vref/2
|
10
|
Ground(0V)
|
Digital Ground
|
11
|
8 bit digital output pins
|
D7
|
12
|
D6
| |
13
|
D5
| |
14
|
D4
| |
15
|
D3
| |
16
|
D2
| |
17
|
D1
| |
18
|
D0
| |
19
|
Used with Clock IN pin when internal clock source is used
|
Clock R
|
20
|
Supply voltage; 5V
|
Vcc
|
Grafik Perubahan Sinyal Analog ke Digital
Vresolusi = Vin max / 255.
Vresolusi = Vin max / 255.
- CLOCK, clock untuk ADC dapat diturunkan pada clock CPU atau RC eksternaldapat ditambahkan untuk memberikan generator clock dari dalam CLK In menggunakan schmitt triger
Resolusi dari converter menandakan nilai angka diskret yang menghasilkan range nilai analog, biasanya ditulis dalam biner dalam bit-bit. Contoh ADC dengan resolusi 8 bit dapat mengenkode masukan analog ke 256 (28=256), yang merepresentasikan range dari 0 sampai 255 (unsigned integer) atau dari -128 ke 127 (signed integer) tergantung pada aplikasi.
Resolusi juga dapat didefinisikan secara elektris dan diekspresikan dalam volt. Resolusi tegangan ADC sama dengan range pengukuran tegangan dibagi dengan jumlah interval diskret, sebagaimana ditunjukkan berikut;
Dimana Q merupakan resolusi dalam volt per step (volt per kode keluaran), EFSR merupakan skala penuh range tegangan = VRefHi – VrefLow, M merupakan resolusi ADC dalam bit dan N merupakan jumlah interval yang diberikan oleh kode keluaran dimana N=2M.
Contoh 1;
Range skala pengukuran = 0 sampai 10 V
Resolusi ADC adalah 12-bit, sehingga 212 = 4096 kode
Resolusi tegangan ADC adalah (10V – 0V)/4096 kode = 10V/4096 kode menghasilkan 0,00244V/kode≈2,44mV/kode.
Contoh 2;
Range skala pengukuran = -10 sampai +10 V
Resolusi ADC adalah 14-bit, sehingga 214 = 16384 kode
Resolusi tegangan ADC adalah (10V – (-10V))/16384 kode = 20V/16384 kode menghasilkan 0,00122V/kode≈1,22mV/kode.
Contoh 3;
Range skala pengukuran = 0 sampai 8 V
Resolusi ADC adalah 3-bit, sehingga 23 = 8 kode
Resolusi tegangan ADC adalah (8V – 0V))/8 kode = 8V/8 kode menghasilkan 1V/kode≈1000mV/kode.
Pada prakteknya, kode keluaran terkecil (“0” dalam unsigned) mewakili range tegangan 0,5X dari resolusi tegangan ADC (Q) sementara kode keluaran terbesar mewakili range tegangan 1,5X resolusi tegangan ADC (maksudnya 50% lebih lebar dari resolusi tegangan ADC. Kode N-2 semua lebarnya sama dan mewakili resolusi tegangan ADC (Q)). Misal sebagaimana pada contoh 3, dengan 3-bit ADC yang mempunyai range 8V, masing-masing bagian N akan diwakili 1V, kecuali yang pertama (kode ke-0) yang mempunyai lebar 0,5V dan terakhir (kode ke-7) yang mempunyai lebar 1,5V. Sehingga kode ke-1 mempunyai range tegangan dari 0,5-1,5V, kode ke-2 mempunyai range tegangan dari 1,5-2,5V dan seterusnya. Lalu jika sinyal masukan berada pada 3/8 dari range tegangan maka keluaran ADC adalah kode ke-3 dan seterusnya akan demikian dengan range tegangan 2,5/8 dan 3,5/8. Hal ini disebut dengan operasi “Mid-tread” dan dapat dimodelkan secara matematis sebagai:
Pada prakteknya, resolusi dari converter dibatasi oleh signal-to-noise ratio terbaik yang dapat dicapai untuk digitized signal. ADC dapat menghasilkan sinyal dengan resolusi bit angka tertentu yang disebut “effective number of bits” (ENOB). Satu resolusi bit saja dapat merubah signal-to-noise ratio dari digitized signal oleh 6dB, jika resolusi dibatasi oleh ADC. Jika preamplifier digunakan pada konversi A/D makaamplifier akan berkontribusi pada hasil SNR (Signal-to-Noise Ratio).
Dekoder BCD Ke 7 Segment
Dekoder merupakan rangkaian elektronika yang berfungsi untuk menampilkan kode-kode biner menjadi karakter yang dapat dipahami secara visual. Decoder BCD ke 7 segment merupakan rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah kode BCD menjadi karakter tampilan angka desimal yang dapat dilihat secara visual. Ilustrasi dekoder BCD ke 7 segment dapat dipahami dari gambar berikut :
Data BCD 4 bit diubah menjadi tampilan visual angka desimal 0-9 menggunakan rangkaian logika dasar digital (AND, OR dan NOR). Data BCD 4 bit tersebut diubah sesuai nilai desimal seperti pada tabel berikut.
Tabel Kebenaran Dekoder BCD Ke 7 Segment
Logic Diagram BCD ke 7 Segment
Proses pengkodean data BCD menjadi tampilan angka desimal dilakukan secara terpisah untuk tiap ruas/segment (ruas a- ruas g). Untuk membangun sebuah dekoder 7 segment dari data tabel kebenaran diatas, langkah pertama adalah menentukan persamaan yang dapat mewakili fungsi dekoder tiap ruas. Setelah itu dapat di buat rangkaian decoder untuk tiap ruas menggunakan rangkaian digital dari gerbang logika dasar
4. Rangkaian (Kembali)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar