Aplikasi ini merupakan aplikasi bel sekolah otomatis atau alarm yang dapat diatur keaktifanya sesuai dengan waktu tundaan yang

MAKALAH

FISIKA TEKNIK

APLIKASI BEL LISTRIK OTOMATIS

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

TAHUN 2010FISIKA TEKNIK APLIKASI BEL LISTRIK OTOMATIS

Disusun oleh :

IMAM HANAFI095524276JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

TAHUN 2012BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Di dalam pembelajaran mahasiswa teknik mesin, para mahasiswa mendapatkan materi perkuliahan tentang Fisika Teknik . Pada matakuliah ini mahasiswa mendapat tugas untuk menerangkan tentang bel listrik otomatis yang ada dalam Fisika Teknik yang sudah di dapat selama kuliah. Pada tugas ini saya mengangkat tentang bel listrik otomatis pada mata kuliah Fisika Teknik.B. TUJUAN

Tujuan dari makalah ini dibuat adalah sebagai tugas dari mata kuliah Fisika Teknik, mengtahui lebih dalam apa yang tentang bel listrik otomatis, dan supaya penulis dan pembaca dapat menambah pengetahuan tentang apa yang dimaksud Gaya Pegas yang diterapkan di dalam kehidupan sehari-hari. C. RUMUSAN MASALAH

1. Apa yang dimaksud dengan Bel listrik otomatis?

2. Apa yang anda ketahui tentang Bel listrik otomatis?

3. Bagaimana cara kerja Bel listrik otomatis?

BAB II

PEMBAHASAN

A. PENGERTIAN

Bel adalah seperangkat alat yang di gunakan utuk memberi tanda akan suatu hal dengan tanda berupa bunyi. B. PENJELASANAplikasi ini merupakan aplikasi bel sekolah otomatis atau alarm yang dapat diatur keaktifanya sesuai dengan waktu tundaan yang diinginkan. Aplikasi ini bisa juga diterapkan keberbagai kebutuhan alat bantu pewaktu yang terprogram sehingga penerapanya pada pembahasan ini bisa sebagai ide dasar dari sistem pewaktu.

Pada aplikasi ini diambil sebuah contoh sebagai alat pewaktu pada sekolahan atau sering dikenal bel otomatis sekolahan. Sebagai mana diketahui dalam pergantian jam mata pelajaran pada sekolah menengah pertama (SMP) dan sekolah menengah tingkat atas (SMU), sangat bervariasi, karena dalam kegiatan belajar mengajar tidak hanya satu jeda waktu atau satu kegiatan saja, dalam arti dari awal mulai memasuki sekolah sampai kagiatan sekolah berakhir terdapat kegiatan-kegiatan yang waktunya berbeda-beda, dan ini ditandai dengan bunyinya bel. seperti halnya pada mulai masuk dan mulai kegiatan belajar mengajar sampai akhir terdapat jam untuk Upacara bendera dan jam istirahat dan lain-lain. Dan waktu yang dibutuhkan berbeda.

Pada jam mata pelajaran misalnya membutuhkan waktu sekitar 45 menit, waktu untuk upacara bendera 30 menit, waktu untuk istirahat 15 menit dan waktu untuk bulan ramadhan setiap jam pelajaran sekitar 30 menit dan waktu untuk ujian sangat bervariasi.

Kegunaan dari alat bel sekolah otomatis adalah untuk menangani semua yang dipaparkan diatas. Namun dalam aplikasi ini diambil contoh penanganan bel yang masih menggunakan bel listrik 220V. Sehingga alat ini dipasang untuk menggantikan saklar manual saja.

Schema Rangkaian

Salah satu contoh sebuah jadual sekolahan dilihat pada TABEL, sehingga aplikasi ini akan mengacu pada jadual tersebut.

Mikrokontroler

Mikrokontroler AT89C51 digunakan sebagai terminal dari semua komponen yang ada, juga sebagai otak dari semua kegiatan yang disesuaikan dengan jalannya program.

Pewaktu CPU

Mikrokontroler AT89C51 dari ATMEL memiliki osilator on-chip, yang dapat digunakan sebagai sumber detak (clock) ke CPU, untuk menggunakannya, menghubungkan sebuah resonator kristal atau keramik diantara kaki-kaki XTAL1 dan XTL2 pada mikrokontroler dan dihubungkan kapasitor ke ground. Seperti pada gambar berikut :

Gambar Pemberian ClockPemangkit clock menentukan rentetan kondisi-kondisi (state) yang membentuk sebuah siklus mesin Mikrokontroler. Satu siklus mesin paling lama dikerjakan dalam 12 periode osilator atau 1md, jika frekuensi kristal adalah 12 Mhz.

Reset

Reset dapat dilakukan secara manual maupun otomatis saat power diaktifkan. Saat terjadi reset isi dari register akan berubah. Reset terjadi dengan adanya logika 1 selama minimal 2 cycle pada kaki RST. Setelah kondisi pin RST kembali Low, Mikrokontroler akan mulai menjalankan program dari alamat 0000h. kondisi pada RAM internal tidak terjadi perubahan selama reset.Gambar Rangkaian Reset

Gambar diatas merupakan gambar rangkaian reset yang bekerja secara otomatis saat saat sumber daya diaktifkan. Pada saat sumber daya diaktifkan, maka kapasitor sesuai dengan sifat kapasitor akan terhubung singkat pada saat itu, arus mengalir dari VCC langsung kekaki RST sehingga kaki tersebut berlogika 1. kemudian kapasitor terisi hingga tegangan pada kapasitor (Vc) yaitu tegangan antara VCC dan titik antara kapasitor dan resistor mencapai VCC, otomatis tegangan pada resistor berlogika 0. dan setelah itu proses reset sudah selesai.

Relay

Relay adalah peralatan elektronik yang sering digunakan untuk men-switch suatu rangkaian yang ada diluar dari rangkaian penggerak relay. Hal ini karena relay dapat melakukan pensaklaran dengan arus/tegangan yang besar. Karena rangkaianbel sekolah otomatis ditujukan untuk mensaklar rangkaian yang sudah ada, dalam arti bel sekolah otomatis bertugas untuk mensaklarkan, maka salah satu jalan yang mudah adalah dengan digunakanya relay dan bel sekolah yang sudah ada tidak mempengaruhi kinerja dari Switch Automatis Bel Sekolah ini.

Untuk dapat mengaktifkan relay dengan Mikrokontroler yang lebih baik adalah dengan cara menggunakan penggerak (driver) yang berupa transistor.

Gambar Penggerak driver relayDengan menggunakan penggerak (driver) maka daya ke relay diambil langsung dari catu daya dan dikontrol oleh penggerak (transistor). Dalam hal ini menggunakan tipe transistor NPN. Jika logika pada port Mikrokontroler rendah (0), maka transistor akan menghantar (on) dan menyebabkan relay bergerak. Jika logika pada port Mikrokontroler tinggi (1) maka transistor akan tersumbat (off) dan relay diam.

Analisis perhitungan dari rangkaian penggerak relay ini adalah:

Diketahui untuk menggerakkan relay dibutuhkan tegangan sebesar 9 Volt, resistansi pada relay adalah sebesar : 278 ohm. Karena relay walaupun sebagai saklar tetap mengandung hambatan walaupun kecil yang nantinya akan dialiri arus listrik yang digunakan untuk menggerakkan saklar tersebut. Resistan antara mikrokontroler dengan transistor NPN diberikan sebesar 10 Kohm.

Jadi untuk mengetahui nilai Vc pada saat mikrokontroler memberikan logika 0, adalah :

V

Maka:

Jika mikrokontroler memberikan logika 1 pada transistor, maka :

Volt Basis dari transistor dihubungkan dengan port 1 dari Mikrokontroler. Hal ini mengacu kepada sifat dari port 1. Port 1 merupakan port I/O dwi arah yang dilengkapi dengan pull up internal. Penyangga keluaran Port1 mempu memberikan/menyerap arus empat masukan TTL (sekitar 1,6 mA).

7 - SegmentPenggunaan penampil 7-segment pada bel sekolah otomatis adalah untuk mengetahui jam ke berapa pada saat ini juga termasuk sudah memasuki jam istirahat atau sudah memasuki jam keluar dan sebagai penghitung mundur.

Gambar 7-Segmen Cara menghidupkan 7-segment ini hampir sama dengan menggerakkan relay atau led, hanya saja menghidupkan 7-segment tidak memerlukan penggerak (driver), dan 7-segment ini dihubungkan ke Port 0 dengan configurasi Commond Anode. Dilihat dari struktur port 0, serta sifat-sifat dari port 0, akan lebih mudah mengkonfigurasikan 7-Commond Anoda. Dengan demikian untuk menghidupkan atau menyalakan 7-segment diperlukan logika 0 pada Port 0. Konfigurasi dari 7-segment adalah sebagai berikut :

Gambar Diagram 7-Segmen

Agar tampilan 7-segmen menampilkan angka 0 maka led pada 7-segmen a,b,c,d,e dan f harus dinyalakan pada bit Port 0 yang terkait P0.0, P0.1, P0.2, P0.3, P0.4 dan P0.5, sehingga data yang terkirim adalah 11000000 = Coh. Untuk lengkapnya di paparkan pada tabel berikut :Tabel Daftar Heksa Dari Tampilan Angka Pada 7-Segmen

Tampilan AngkaP0.7

DpP0.6 gP0.5 eP0.4 eP0.3 dP0.2. cP0.1 bP0.1 aHeksa

011000000C0

111111001F9

210100100A4

310110000B0

41001100199

51001001092

61000001082

711111000F8

81000000080

91001000090

Push Button

Push button pada rangkaian bel sekolah otomatis digunakan untuk memilih urutan jam yang tepat dengan kata lain memilih hari yang sesuai, seperti halnya pada hari jumat akan lain urutan jamnya dengan senin, selasa, rabu, kamis dan sabtu.Push button pada rangkaian dihubungkan ke Port 3 dari Mikrokontroler, karena Port ini dapat bersifat bidirectional, karena itu dapat digunakan sebagai port masukan atau sebagai port keluaran. Menghubungkan port paralel dengan masukan adalah sama saja dengan menghubungkan port paralel dengan piranti keluaran, hanya saja nantinya programnya yang akan berbeda.

Gambar Push Button

Pada gambar diatas diperlihatkan bahwa port paralel (P3.0 dan P3.1) dihubungkan dengan suatu saklar (push-on swith). Karena sifat dari Mikrokontroler ini setelah mengalami reset atau mendapatkan catu daya, setiap Port dari Mikrokontroler akan berlogika 1, maka jika saklar tidak ditekan maka logika pada port tersebut akan tetap berlogika 1. seandainya saklar tersebut ditekan, maka port tersebut akan dihubungkan dengan ground, sebagai hasilnya maka logika pada pena tersebut akan menjadi rendah (0). Logika rendah tersebut yang nantinya harus dideteksi oleh program untuk mengetahui suatu saklar telah ditekan atau tidak.Yang perlu diperhatikan dalam perencanaan program bel sekolah otomatis adalah konfigurasi rangkaian RELAY, LED dan 7-SEGMEN itu sendiri, yaitu Commond Anoda (CA), artinya untuk menghidupkan RELAY, LED dan 7-SEGMEN pada Port yang bersangkutan harus dikirim atau dituliskan logika 0. Jika 0 ditulis ke port yang bersangkutan maka keluaran dari lacth (yang) akan menghidupkan FET sehingga baik kaki port maupun resistor pullup internal akan di pulled-low (secara internal juga), sehingga RELAY, LED dan 7-SEGMEN yang terhubungkan secara Commond Anode bisa berjalan (menyala.) sedangkan jika menggunakan rangkaian Commond Chatode (CC), maka untuk menyalakan RELAY, LED dan 7-SEGMEN butuh penulisan 1, namun penulisan 1 ini menyebabkan Port menjadi masukan bukan keluaran arus dari pullup internal tidak kuat untuk menyalakan RELAY, LED dan 7-SEGMEN karena ordernya mA, sedangkan keluarannya bisa mencapai sekitar 3,8 mA.

Agar Timer bisa berjalan sesuai rencana, yaitu selama 1 detik, 15 menit, 45 menit. Yang perlu diperhatikan adalah suatu tundaan yang bisa melakukan hal tersebut. Dalam hal ini timer-lah yang paling akurat untuk melakukan tundaan tersebut, Karena ada 4 macam mode kerja timer maka tundaan maksimal yang bisa dilakukan sebagaimana ditunjukkan pada tabel berikut:Tabel Tundaan Maksimum Tiap Mode Kerja Timer

ModeNamaTundaan Maks

0Timer 13-bit8.192 md

1Timer 16-bit65.536 md

2Isi ulang 8-bit256 md

3Timer splitTL0 : 256 md

TH0 : 256 md

Karena 1 detik = 1.000 milidetik = 1.000.000 mikrodetik, maka dari tabel diatas tidak ada satupun yang memenuhi hal untuk digunakan sebagai timer bel sekolah otomatis, sehingga yang dilakukan pertama kali adalah pengaturan timer agar bisa mendapatkan tundaan sebesar 1 detik, setelah 1 detik tercapai dan untuk mendapatkan tundaan yang lebih besar lagi adalah dengan cara pengulangan berkali-kali (60 kali) sampai hasil total yang di inginkan (1 menit). Untuk mendapatkan pengulangan kerja timer agar mendapatkan total 1 detik atau 1.000.000 mikrodetik, maka mencoba untuk melakukan perhitungan untuk mode 0, 1 dan 2 :

Mode 0 : 5.000 mikrodetik x 200 pengulangan = 1 x 106 mikrodetik

Mode 1 : 50.000 mikrodetik x 20 pengulangan = 1 x 106 mikrodetik

Mode 2 : 250 mikrodetik x 4000 pengulangan = 1 x 106 mikrodetik

Dalam hal ini dipilih Mode 1 dengan pertimbangan pengulangan lebih sedikit, yang perlu diperhatikan adalah pengulangan kerja tidak sekedar menghidupkan dan mematikan flag limpahan (over flow flag). Timer yang bersangkutan. Limpahan terjadi saat transisi dari FFFFh ke 0000h (untuk mode 16-bit), dengan demikian agar limpahan terjadi setiap 50.000 mikrodetik (= 50.000 siklus) maka timer (dalam hal ini digunakan Timer 0) diisi dengan konstanta 50.000, sehingga diawal program (baris 7) dilakukan inisialisasi. CACAH yang kemudian diisikan ke dalam RAM yaitu untuk menyimpan jumlah pengulangan.

Jenis perintah-perintah dan subroutin yang digunakan untuk membuat program Switch Automatik Bel Sekolah diawali dengan perintah EQU(baris 7) yang berfungsi sebagai pengarah assembly mnemonic yang akan diproses oleh program assembler, EQU digunakan untuk mendefinisikan sebuah simbol atau lambang assembler secara bebas, pada baris 7 dituliskan perintah Cacah EQU - 5000 yaitu lambang cacah memesan lokasi memori yang diisikan dengan nilai -5000 yang nantinya digunakan sebagai flag limpahan timer yaang digunakan pada subroutin delay. Pada baris ke 8 digunakan agar instruksi dituliskan mulai pada alamat 0h. setelah mikrokontroler mengalami reset, maka program untuk pertama kalinya setelah menginisialisasi baris 7 dan 8 maka program memerintahkan untuk menjalankan scan port 3 (baris 9), scan port 3 ini difungsikan sebagai pilihan saklar mana yang di tekan atau pilihan timer mana yang akan dipakai (hari biasa (senin selasa, rabu, kamis, sabtu), atau jumat ), scan port ini dilambangkan dengan BANDING (BANDING, BANDING_1), untuk BANDISNG_2 tidak digunakan untuk scan port, tetapi hanya untuk digunakan agar program bisa melompat ke label BANDING (baris 9), karena peletakan perintah banding ini tidak saling berurutan. Setelah salah satu port 3 ditekan atau menjadi nol, maka program akan menjalankan perintah-perintah yang sesuai dengan isi/program dibawah dari tiap-tiap BANDING, misalnya port 3.0 bernilai 0 akan sama saja di program dengan BANDING, maka program akan menjalankan Timer dengan pilihan Hari Biasa. Seperti digambarkan pada diagram dibawah ini:

Gambar Blok Diagram Alir Kerja BANDING (P3.0 dan P3.1)

Setelah salah satu switch ditekan (banding bernilai 0), misalnya pada pilihan banding (port 3.0) di tekan (berlogika 0) maka program akan meneruskan ke baris selanjutnya yaitu pada baris ke 11. pada baris ke 11 ini berfungsi untuk mengaktifkan timer, konfigurasi dari timer seperti dijelaskan diatas. Untuk selanjutnya program akan memanggil subroutin untuk menghidupkan 7-segmen (baris 12) dengan ditulisnya perintah ACALL DISPLAY maka program akan melompat menuju ke label DISPLAY (baris 196), subroutin ini akan berjalan sampai dengan menemui perintah RETI (baris 206) dari DISPLAY ini akan menghidupkan 7-segmen, dan akan melaksanakan tampilan perhitungan mundur kepada 7-segmen.

Setelah program melakukan penampilan 7-segmen, langkah selanjutnya adalah program akan mulai memasuki label jam ke_1 yang diteruskan dengan memanggil subroutin dari label BEL_3x (baris 13), pemanggilan perintah ini program akan melompat ke baris 86. fungsi dari label BEL_3X (baris 86) adalah untuk memberikan logika 0 pada port P1.0, dengan diberikannya logika 0 pada P1.0 maka akan mengakibatkan transistor akan menghantar (on) dan menyebabkan relay bergerak. Jika logika pada port Mikrokontroler rendah (1) maka transistor akan tersumbat (off) dan relay diam. Lamannya P1.0 berlogika 0 ini ditahan dengan timer dengan memanggil tundaan (baris 87), subroutin dari tundaan yang lamanya 4 detik terdapat pada baris 113 sampai dengan baris ke 127. selanjutnya program akan mematikan kembali relay dengan memberikan P1.0 dengan logika 1 (baris 88) dan matinya ditunda lagi dengan memanggil delay (baris 89). Perintah menghidupkan dan mematikan relay ini akan berulang kembali sampai dengan 3 kali (baris 97). Dan selanjutnya program akan kembali lagi pada baris ke 14.

Pada baris 14 MOV P0,#0F9h akan mengakibatkan P0 mempunyai kondisi F9h dengan kata lain 7-segmen akan menampilkan angka 1. penampilan 7-segmen dengan angka 1 menandakan sekarang sudah sedang atau memasuki jam pelajaran yang pertama. Pada baris 15 memanggil tundaan kembali, pemanggilan tundaan ini cukup panjang.

Setelah program melompat (baris 15) CALL PELAJARAN , maka program akan meloncat kembali dengan perintah (baris131) CALL DELAY_1_MENIT. Pada subroutin ini pertama kali program akan menginisialisasi R0 dengan logika 20 (baris 180) selanjutnya mengisi R6 dengan logika 60 (baris 182) untuk menyimpan jumlah pengulangan. Dan TH0 dan TL0 masing-masing juga akan diberikan logika untuk menyimpan.penyimpanan pada TH0 dan TL0 (baris 182 dan 183) dilakukan dengan cara pemesanan logika yang tadi pada awal program sudah diperintahkan dengan CACAH, yaitu LOW-nya 50000 dan HIGH-nya 50000. setelah itu baru menunggu hingga di nolkan secara manual begitu juga timer 0 dimatikan secara manual (baris 187 dan 188) proses diulangi hingga 20 kali (baris 189), sampai disini penundaan sudah mencapai satu detik. Untuk bisa mencapai tundaan selama satu menit akan dilakukan pengulangan kembali sampai dengan 60 kali (baris 192) dengan cara mengisikan logika pada RAM sebagai syarat pengulangan. Sampai disini penundaan sudah mencapai satu menit.

Karena penundaan pada subroutin PELAJARAN diperlukan sampai mencapai 45 menit, maka yang dilakukan lagi adalah dengan cara pengulangan pada subroutin DELAY_1_MENIT sampai dengan 45 kali (baris 130 sampai 178), jadi akan mendapatkan tundaan mencapai 45 menit. Setelah selesai melaksanakan tundaan 45 menit, maka program akan kembali ke program utama lagi yaitu pada baris ke 16.

Pada bari 16 ini urutan dan jalanya program akan sama persis dengan proses pada subroutin JAM_1. Proses tersebut diatas akan ber-ulang-ulang dan jalanya sama persis, hanya saja banyaknya pengaktifan relay atau bel yang berbeda. dan tundaan pada subroutin ISTIRAHAT, karena tundaan pada subroutin ini bukanya 45 menit, tetapi hanya 30 menit, tetapi jalanya sama persis dengan tundaan 45 menit hanya pengurangan pada pengulangan subroutin DELAY_1_MENIT, dan pengulangannya hanya 30 kali. Untuk lebih jelaskan dijelaskan pada blok diagram alir berikut :

Gambar Block Diagram Jalur Jalanya Program Utama

Dari diagram alir diatas jelas bahwa program bel sekolah otomatis ini banyak sekali lompatan-lompatan, dan lompatan ini ditugaskan untuk memanggil subroutin dari timer atau tundaan. Dari subroutin-subroutin seperti waktu jam mata pelajaran semuanya sama, yaitu dari JAM_1 sampai JAM_8 kecuali subroutin pada ISTIRAHAT.

Akhir dari program Switch Automatis Bel Sekolah ini terletak mulai didalam subroutin JAM_8, pada baris 79 setelah program menghidupkan relay selama 3 kali (baris 78), program memanggila subroutin dari penggerak 7-segmen, dan subroutin 7-segmen ini akan mulai menampilkan hitungan mundur lagi seperti pada awal dari panggilan subroutin 7-segmen yang pertama.

Setelah 7-segmen menghitung mundur, maka selanjutnya program akan melompat menuju awal program. Yaitu melakukan scan BANDING (baris 82) lagi seperti pada awal program. Jadi program sampai disini sudah selesai, dan program menunggu kembali P3.0 dan P3.1 ditekan kembali dan melaksanakan alur-alur program seperti diatas.

Konfigurasi dari pemilihan hari yang berbeda yaitu hari Jumat dengan hari biasa (Senin, Selasa, Rabu, Kamis dan sabtu) lain. Pemilihan ini ditentukan dengan scan program BANDING yang ditekan, yaitu :Bila yang di switch adalah BANDING maka program akan masuk ke dalam subroutin hari biasa (Senin, Selasa, Rabu, Kamis dan sabtu). Dan bila BANDING_1 yang di swith maka program masuk dalam subroutin hari Jumat. Untuk hari Jumat (BANDING_1) akhir program hanya sampai pada subroutin Jam_5 (jam yang ke lima).http://images.google.com/imgres?imgurl=http://lh3.ggpht.com/_crvzBvKSYKQ/Su8ouXeC2-I/AAAAAAAABAI/e2FWp_AdemI/01%2520Bel%2520Otomatis%2520Sekolah%2520Part%25201.gif&imgrefurl=http://shatomedia.com/2008/12/bel-sekolah-otomatis-part-1/&usg=___9zmpgP86yd-W3krmnQyYA-6J3s=&h=268&w=417&sz=4&hl=id&start=3&um=1&itbs=1&tbnid=uWy_loKxFyeSbM:&tbnh=80&tbnw=125&prev=/images%3Fq%3Dbel%2Blistrik%26um%3D1%26hl%3Did%26lr%3D%26sa%3DX%26tbs%3Disch:1