Upload
ana-wahyu-hidayati
View
118
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 1/13
TUGAS AKUISISI DATA DAN PENGOLAHAN
SINYAL
PERANCANGAN APLIKASI SENSOR LAMDA
Disusun Oleh :
M.TOYIB WAHYUDI (11)
0931110069
Kelas : 2A
PROGRAM STUDI ELEKTRONIKA
TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI MALANG
2011
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 2/13
ARTIKEL
Sensor lamda atau disebut juga sebagai sensor oksigen, digunakan pada
kendaraan bermotor yang memiliki sistem pembakaran secara injeksi dan digunakan pada
cerobong-cerobong di pabrik. Tujuan digunakan sensor lamda adalah untuk
memonitoring gas hasil dari pembakaran pada kendaraan apakah campuran bensin sedikit
atau banyak.
Gambar 1. Sensor Lamda Gambar 2. bagian-bagian Sensor Lamda
Gambar 3. Contoh penggunaan dari sensor lamda
Sensor Lamda pada kendaraan injeksi kebanyakan dapasang pada ujung kepala
knalpot atau muffler setelah dari ruang pembakaran.
Gambar 4. kaki-kaki output sensor Lamda
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 3/13
DIAGRAM BLOK
DESAIN
Sensor Lamda Op-Amp Pengkondisisinyal ADC 0804
CATU
DAYA
PPI-8255
CPU
Outputmonitor
ADC DAN PPI-8255,Display
p.sinyal
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 4/13
Proses kerja rangkaian dan masing-masing blok
1. Sensor Lamda
Sensor Lamda adalah merupakan input dari rangkaian diatas, sensor akan
memonitoring hasil dari gas buang sisa hasil pembakaran, sensor lamda terbuat dari
keramik zikonia yang apabila diberikan panas yang tinggi akan menghasilkan sebuah
tegangan. Apabila pada gas tersebut terdapat banyak sekali gas O2 maka bensin yang
disemprotkan oleh mesin injeksi kurang banyak, dan sebalik bila komsumsi bensin
banyak hasil dari gas buang akan menghasilkan gas O2 yang sedikit. Dari kondisi itu
sensor akan menghasilkan sebuah tegangan yang besarnya dikisaran mV, bila gas
terdapat O2 yang banyak maka sensor akan mengeluarkan tegangan yang tinggi dan
sebaliknya jika O2 sedikit maka sensor akan mengeluarkan tegangan yang rendah.
Sensor Lamda
Gamabar .5 Aplikasi pemasangan sensor Lamda pada kendaraan
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 5/13
2. Op-Amp
Op-Amp adalah sebuah IC yang bekerja setelah sensor, Op-Amp ini berfungsi
menguatkan atau meningkatkan tegangan yang dihasilkan oleh sensor tujuannya agar
hasil monitoring yang dilakukan oleh sensor dapat dibaca oleh pengkondisi sinyal. Pada
penggunaan Op-Amp ini tidak semua Op-Amp bisa digunakan karena sistemnya tidak
sama dengan Op-Amp yang biasa digunakan. IC yang digunakan adalah IC LM 9040, IC
ini memiliki tegangan tunggal 0V dan 5V , memiliki tegangan defferesial dari 50 mV
sampai 950 mV.
operational amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen analog
yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp
popular yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter,
integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa
aplikasi op-amp yang paling dasar, dimana rangkaian feedback (umpan balik) negatif
memegang peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi
sedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.
Op-amp ideal
Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial)
yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp seperti yang telah dimaklumi adayang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp ideal memiliki open loop
gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti misalnya op-amp
LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki karakteristik
tipikal open loop gain sebesar 104 ~ 105. Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp
menjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Disinilah peran
rangkaian negative feedback (umpanbalik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat
dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite). Impedasi input
op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap
masukannya adalah 0. Sebagai perbandingan praktis, op-amp LM741 memiliki impedansi
input Zin = 106 Ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar sehingga arus input
op-amp LM741 mestinya sangat kecil.
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 6/13
Ada dua aturan penting dalam melakukan analisa rangkaian op-amp berdasarkan
karakteristik op-amp ideal. Aturan ini dalam beberapa literatur dinamakan golden rule,
yaitu :
Aturan 1 : Perbedaan tegangan antara input v+ dan v- adalah nol (v+ - v- = 0 atau
v+ = v- )
Aturan 2 : Arus pada input Op-amp adalah nol (i+ = i- = 0)
Inilah dua aturan penting op-amp ideal yang digunakan untuk menganalisa
rangkaian op-amp.
Inverting amplifier
Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar
1, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Seperti tersirat pada
namanya, pembaca tentu sudah menduga bahwa fase keluaran dari penguat inverting ini
akan selalu berbalikan dengan inputnya. Pada rangkaian ini, umpanbalik negatif di
bangun melalui resistor R2
gambar 1 : penguat inverter
Input non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground, atau v+ = 0.
Dengan mengingat dan menimbang aturan 1 (lihat aturan 1), maka akan dipenuhi v- = v+
= 0. Karena nilainya = 0 namun tidak terhubung langsung ke ground, input op-amp v-
pada rangkaian ini dinamakan virtual ground. Dengan fakta ini, dapat dihitung tegangan
jepit pada R1 adalah vin – v- = vin dan tegangan jepit pada reistor R2 adalah vout – v- =
vout. Kemudian dengan menggunakan aturan 2, di ketahui bahwa :
iin + iout = i- = 0, karena menurut aturan 2, arus masukan op-amp adalah 0.
iin + iout = vin/R1 + vout/R2 = 0
Selanjutnya
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 7/13
vout/R2 = - vin/R1 .... atau
vout/vin = - R2/R1
Jika penguatan G didefenisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran terhadap
tegangan masukan, maka dapat ditulis
Impedansi rangkaian inverting didefenisikan sebagai impedansi input dari sinyal
masukan terhadap ground. Karena input inverting (-) pada rangkaian ini diketahui adalah
0 (virtual ground) maka impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Zin = R1.
Non-Inverting amplifier
Prinsip utama rangkaian penguat non-inverting adalah seperti yang diperlihatkan
pada gambar 2 berikut ini. Seperti namanya, penguat ini memiliki masukan yang dibuat
melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu
fasa dengan tegangan inputnya. Untuk menganalisa rangkaian penguat op-amp non
inverting, caranya sama seperti menganalisa rangkaian inverting.
gambar 2 : penguat non-inverter
3. Pengkondi Sinyal
Pengkondisi Sinyal adalah sebuah IC yang berfungsi sebagai pengubah sinyal
dengan tujuan agar sinyal yang dihasilkan dapat dibaca oleh ADC, sebagai contoh
apabila ada tegangan yang masuk itu 0V-1,25V maka oleh IC dengan logika ”0” dan bilategangan yang masuk adalah lebih dari 1,25V maka oleh IC di asumsikan sebagai logika
”1”, dan penkondisi-pengkondisi sinyal yang lain.
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 8/13
4. ADC
ADC (Analog to Digital Conventer) adalah sebuah IC yang bekerja sebagai
pengkonversi dari sebuah sinyal masukan berupa tegangan yang kemudian diubah
menjadi sebuah keluaran berupa logika-logika (digital). ADC sangat berperan sekali
dalam rangkaian ini karena ,hasil dari monitoring yang dilakukan oleh sensor akan
diubah sinyal keluarannya menjadi sebuah sinyal digital yang tujuannya agar komputer
dapat membacanya. ADC 0804 memiliki sebuah tegangan tunggal 0V dan 5V, memiliki
tegangan referensi yang bisa diatur untuk menkondisikan tegangan input yang diterima,
serta sensitivitas dalam pengkonversian. Besarnya Vreff = 0,5 . Vcc dan memiliki 8 bit
keluaran.
Gambar rangkaian ADC (Analog Digital Converter)
Gambar rangkaian ADC
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 9/13
Rangkaian ADC adalah rangkaian elektronika yang berfungsi
untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital, dalam artian
sinyal yang awalnya tidak bisa ditentukan nilai numericnya menjadi
sinyal yang mempunyai sifat numeric. Sebenarnya saat ini sudah
banyak sekali IC yang dibuat khusus untuk kegunaan fungsi ADC,
bahkan ada yang sudah terintegrated dengan IC Mikrokontroller yang
pastinya lebih mendukung aplikasi rangkaian yang lebih komplek.
Tetapi dengan contoh rangkaian adc diatas setidaknya anda akan
dapat memahami prinsip kerja dari rangkaian adc yang sesungguhnya.
Sebenarnya prinsip dasar adc muncul dari pemikiran bahwa sinyal
analog yang mempunyai jangkah amplitude dari 0 volt sampai dengan
tegangan puncak bisa dibagi rata menjadi beberapa potongan atau
bagian yang nantinya setiap bagian potongan tersebut mewakili satu
angka numeric atau digital. Sebagai contoh anda membuat rangkaian
adc dengan menerapkan aturan jangkah tegangan per 1 mV akan
menghasilkan output 1 angka numeric, jika input sinyal analog
rangkaian anda adalah sinyal dengan tegangan 20 mV, maka anda
akan membagi jangkah amplitudo 20 mV tersebut menjadi 20 bagian
dan hasilnya anda akan mendapatkan output dengan jumlah numeric
20. Dengan kata lain rangkaian adc anda berfungsi membagi tegangan
analog dengan jangkah pembagian per 1 mV. Lain cerita jika anda
menerapkan aturan pada rangkaian adc anda dengan jangkah
pembagian per 1 V untuk mewakili satu keluaran numeric, maka dapat
dipastikan bahwa sinyal input analog 20 mV tersebut hanya akan
menghasilkan keluaran digital numeric 1. Begitupun dengan sinyal
analog 30 mV, 45 mV, 60 mV, 500 mV atau berapapun selama tidakmelebih 1 volt maka rangkaian adc anda tetap akan menghasilkan
angka 1 (satu).
Jadi dengan demikian dapat kita simpulkan bahwa semakin rapat
range pembagian yang digunakan pada rangkaian adc maka keluaran
yang didapat akan semakin bagus dan mendekati sempurna. Sehingga
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 10/13
dengan begitu kemungkinan pembalikan kembali sinyal keluaran
menjadi sinyal analog akan lebih bisa dilakukan. Tetapi semuanya
tergantung dari aplikasi dan kegunaan rangkaian adc anda tersebut,
bisa saja penggunaan range yang lebih rapat malah akan menjadi sia-
sia manakala aplikasi dari rangkaian tersebut hanya menuntut
kegunaan yang lebih sederhana.
5. PPI – 8255
adalah sebuah IC interfacing yang terdapat pada komputer, IC ini bekerja sebagai
jembatan antara device dari luar dengan CPU pada komputer. Ppi menerima sinyal yang
diterima dari ADC kemudian diproses yang kemudian di distribusikan ke CPU sehingga
hasil dari keluaran sensor dapat ditampilkan ke monitor. Ppi memiliki beberapa port yaitu
port A, port B, port C, untuk menggunakan port-port tersebut tergantung dari program
yang dibuat.
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 11/13
Port paralel ialah port data di komputer untuk mentransmisi 8 bit data
dalam sekali detak. Standar port paralel yang baru ialah IEEE 1284dimana dikeluarkan tahun 1994. Standar ini mendefinisikan 5 modeoperasi sebagai berikut :
1. Mode kompatibilitas
2. mode nibble
3. mode byte
4. mode EPP (enhanced parallel port)
5. mode ECP (Extended capability port)
Tujuan dari standar yang baru tersebut ialah untuk mendesain driver dan
peralatan yang baru yang kompatibel dengan peralatan lainnya serta
standar paralel port sebelumnya (SPP) yangn diluncurkan tahun 1981.Mode Compatibilitas, nibble dan byte digunakan sebagai standar
perangkat keras yang tersedia di port paralel orisinal dimana EPP dan
ECP membutuhkan tambahan hardware dimana dapat berjalan dengankecepatan yang lebih tinggi. Mode kompatibilitas atau (“Mode
Centronics” ) hanya dapat mengirimkan data pada arah maju pada
kecepatan 50 kbytes per detik hingga 150 kbytes per detik. Untuk
menerima data, anda harus mengubah mode menjadi mode nibble atau byte. Mode nibble dapat menerima 4 bit (nibble) pada arah yang mundur,
misalnya dari alat ke computer. Mode byte menggunakan fitur bi-
directional parallel untuk menerima 1 byte (8 bit) data pada arah mundur.IRQ (Interrupt Request ) pada port paralel biasanya pada IRQ5 atau
IRQ7.
Port paralel Extend dan Enhanced menggunakan hardware tambahan
untuk membangkitkan dan mengatur handshaking . Untuk mengeluarkan 1 byte ke printer menggunakan mode kompatibilitas, software harus :
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 12/13
1. menulis byte ke data port
2. cek untuk melihat apakah printer sibuk, jika sibuk, ia tidak akan menerima data, sehingga data yang telah ditulis akan
hilang.
3. buat strobe (pin 1) rendah. Ini memberitahukan printer bahwadata yang benar telah berada di line data
4. buat strobe tinggi lagi setelah menunggu sekitar 5 mikrodetik
setelah membuat strobe low.
Hal ini membatasi kecepatan data. Sedangkan EPP dan ECP mengizinkanhardware mengecek jika printer sibuk dan mengeluarkan sinyal strobe
atau handshaking lainnya. Ini berate hanya 1 instruksi I/O yang harus
dilakukan yang akan meningkatkan kecepatan Port ECP juga mempunyaikelebihan menggunakan saluran DMA dan buffer FIFO, jadi data dapat
digeser tanpa menggunakan instruksi I/O.
Protokol EPP mempunyai 4 macam siklus transfer dta yang
berbeda yaitu :
1. Siklus baca data (Data read)
2. Siklus baca alamat (Address Read)
3. Siklus tulis data (data write)
4. siklus tulis alamat (address write)
Siklus data digunakan untuk mentrasfer data antara host dan
peripheral. Siklus alamat digunakan untuk mengirimkan alamat, saluran
(channel) atau informasi perintah dan control.
Berikut ialah tabel nama pin dari konekter DB25 dan Centronics dengan jumlah konektor 34. DB25 ialah konektor yang umum digunakan di
computer sebagai port paralel , sedangkan konektor Centronics umum
ditemukan di printer. IEEE 1284 ialah standar yang menentukan 3konektor berbeda yang dapat digunakan dengan port paralel, yaitu1284
tipe A ialah konektor DB25 yang dapat ditemukan di hampir semua
komputer, 1284 tipe B ialah konektor Centronics 36 pin yang umumditemukan di printer, IEEE 1284 type C ialah konektor 36 pin seperti
Centronics, tetapi ukurannya lebih kecil dan lebih memuaskan.
6. POWER SUPPLY (catu daya)
Catu daya adalah sebuah rangkaian yang berfungsi sebagai penyuplai tegangan
yang dibutuhkan oleh setiap blok rangkaian-rangkaian diatas,
5/6/2018 Tugas Akuisisi Data Dan Pengolahan Sinyal - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/tugas-akuisisi-data-dan-pengolahan-sinyal 13/13
Catatan : Dalam penggunaan yang sebenarnya penggunaan sensor lamda ini
pasangannya adalah sebuah perangkat mikroprosesor atau disebut dengan ECU
( Electronic control Unit) ECU ini sangat berperan dalam proses penyuplaian bahan bakar
dalam proses pembakaran sistem injeksi pada kendaraan, apabila proses pembakaran
mengalami kekurangan bensin sensor lamda akan memonitoring dan mengirim sinyal ke
ECU sehingga ECU memberikan isyarat ke mesin injek, sehingga mesin injek bisa
menambahkan konsumsi bensin ke ruang pembakaran. Dan sebaliknya, proses tersebut
akan terus berlangsung apabila mesin dihidupkan.