load cell

RANCAN RANCANG G BANGUN BANGUN TIMBANGA TIMBANGAN N DIGITAL DIGITAL DENGAN DENGAN PEMILIHA PEMILIHAN N JENIS JENIS BUAH

ARTIKEL

Diajuk Diajukan an Kepada Kepada Universitas Negeri Malang Untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesai menyelesaikan kan program Diploma Diploma III

Oleh Willy Bayu Erlangga NIM 408532313189

UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA APRI APRIL L 2011 2011

RANCANG BANGUN TIMBANGAN DIGITAL DENGAN PEMILIHAN JENIS BUAH

1

2

Willy Bayu Erlangga . Dr. Muladi., S.T.,M.T . Ilham Ari E.Z.,S.T

2

Jurusan Teknik Elektro.Fakultas Teknik. Universitas Negeri Malang. Abstrak: Penggunaan timbangan mulai dari timbangan jenis konvensional, digital sampai pada  jenis timbangan dinamis. Timbangan digital merupakan salah satu jenis timbangan yang memiliki nilai keakuarasian lebih tinggi dari pada jenis timbangan konvensional (mekanik). Dalam rancang bangun timbangan digital dengan pemilihan jenis buah ini, diperlukan beberapa perangkat diantaranya ialah perangkat keras dan perangkat lunak. Perancangan dan pembuatan sistem perangkat keras meliputi 5 unit rangkaian elektronik, yaitu meliputi perancangan rangkaian sensor berat ( Load Cell) , dengan berat maksimal 5kg rangkaian minimum sistem mikrokontroler Atmega16, dan rangkaian LCD, dan keypad . Sedangkan perancangan untuk  perangkat lunak meliputi pemrograman bahasa C (codevivsion AVR). Dalam rancang bangun timbangan digital dengan pemilihan jenis buah, didapatkan hasil pengujian yang menunjukkan karakteristik sensor ketika diberi beban mulai dari 0,5kg – 5kg bersifat linier. Maksud dari sifat liner  adalah perubahan keluaran sensor yang konstan terhadap beban yang diberikan. Pada hasil pengujian didapatkan error  sebesar 1,2%, dan memilki ketelitian penimbangan 100/gram. Dari rancang bangun timbangan digital dengan pemilihan jenis buah didapatkan bahwa harga satuan buah dapat diubah mulai dari Rp.0000 – Rp.9999. Harga akumulasi merupakan perkalian dari berat buah terhadap harga satuan. Sedangkan untuk kerja dari sensor berat dapat bekerja sesuai dengan karakteristik kerja dari 0kg-5kg. Dari hasil pengujian dan analisis didapatkan bahwa timbangan digital dengan pemilihan jenis buah dapat bekerja dengan baik, ketika diberi masukkan tegangan 5VDC, dan Keluaran sinyal listrik dari sensor akan mengalami kenaikan apabila mendapatkan beban dan akan mengalami penurunan apabila beban dikurangi. Kata Kunci: Timbangan Digital, Sensor, Mikrokontroler, LCD.

Pendahuluan Penggunaan timbangan mulai dari timbangan jenis konvensional, digital sampai pada jenis timbangan dinamis dalam bidang perdagangan memiliki peran sangat penting sekali, Semua jenis timbangan tersebut memiliki karakteristik  tersendiri terutama dalam hal keakurasian nilai takaran atau kuantitas suatu produk. Timbangan digital merupakan salah satu jenis timbangan yang memiliki nilai keakuarasian lebih tinggi dari pada jenis timbangan konvensional (mekanik). Tingginya nilai keakuarasian timbangan digital menjadikan penggunaannya lebih disukai dalam perdagangan. Selama ini bentuk dan jenis – jenis timbangan yang seringkali dijumpai di supermarket  dan minimarket  adalah jenis timbangan yang hanya bisa menimbang berat saja (weighting scale). Pada tugas akhir yang lain pernah dibuat suatu model timbangan digital menggunakan load cell berbasis mikrokontroler AT89s51, yang hanya bisa menimbang berat saja (weighting scale) (Arifin,2009). Kekurangan dari dua contoh model yang ada diatas adalah tidak adanya sistem yang bisa untuk  melakukan kalkulasi harga secara langsung berdasarkan harga satuan dengan nilai berat.

Dalam tugas akhir ini dibuatlah sebuah Perancangan Timbangan Digital Dengan  pemilih Jenis Buah yang digunakan untuk  membantu mengukur berat buah dan mengkalkulasikan harga satuan buah, berdasarkan jenis buah secara otomatis sehingga akan didapatkan harga akumulasi yang sesuai. Pada perancangan timbangan digital ini dilengkapi juga daftar jenis buah yang dapat di pilih menggunakan krusor, sistem edit nilai harga buah berdasarkan harga yang ada dipasaran yang dapat dilakukan melalui keypad, sehingga pengguna bisa melakukan perubahan nilai harga satuan buah setiap saat, yang semuanya itu ditampilkan pada LCD ukuran 2x16. Sistem timbangan digital ini bekerja menggunakan rangkaian mikrokontroller  AVR ATMega16  sebagai kontrol dari alat, dan dilengkapi dengan

keypad , layar  LCD (liquid crystal display) untuk memudahkan dalam proses visualisasi saat monitoring harga jual. Sensor Berat (Strain Gauge Load Cell ) Strain Gauge Load cell adalah sensor yang digunakan untuk mengubah gaya tekan menjadi sinyal listrik, melalui perubahan resistansi yang terjadi pada Strain Gauge dengan sebuah tekanan dalam bentuk  deformasi (regangan).  Load  cell biasanya terdiri dari empat susun Strain Gauge dalam konfigurasi jembatan wheatstone. Keluaran sinyal listrik  Strain Gauge Load cell hanya beberapa millivolts sehingga membutuhkan amplifikasi denagn penguat instrumentasi diferential sebelum dapat digunakan. Output  dari Strain Gauge Load cell diproses ke dalam algoritma yang terintergrasi untuk  menghitung gaya yang diterapkan pada Strain Gauge Load cell . Strain Gauge Load Cell pada perancangan timbangan digital ini menggunakan tipe L6B. Tipe ini di pilih karena sesuai dengan perancangan timbangan digital yang dibuat. Spesifikasi Strain Gauge Load Cell L6B dapat di lihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Strain Guge Load Cell L6B (Sumber : www.docs.google.com)

Transduksi massa dapat bervariasi bergantung pada perubahan parameter fisis yang digunakan. Strain Gauge Load Cell  juga dapat menggunakan divais berbasis piezoresistif, kapasitif, mekanis dan lainlain. Piezoresistif yang popular adalah strain gage yang memanfaatkan perubahan resistansi strain gage setiap mendapat deformasi dari posisi setimbang sebagai akibat pembebanan massa tertentu. Strain adalah sejumlah deformasi pada material sebagai pengaruh dari aplikasi gaya.

Strain Gauge Load Cell L6B memiliki spesifikasi kerja sebgai berikut: a. kapasitas 5Kg b. Bekerja pada tegangan rendah 5 10VDC / 5 - 10VAC. c. ukuran sensor yang kecil dan praktis. d. Input / output resistance rendah 350±50 . e. Zero balance 0.024 mV/V f. Nonlineritas 0.05% 0 0 g. Range temperature kerja -10 C ~ +50 C Mikrokontroler ATmega 16 Mikrokontroler alf and vegard’s risc processor  (AVR) adalah generasi terakhir perkembangan mikrokontroler produksi atmel yang memiliki arsitektur RISC (reduced instruction set computing ) 8 bit berbasis arsitektur  RISC (Reduced   Instruction Set Computer ). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock . AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan serial UART, eksternal,  programmable Watchdog Timer , dan mode  power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In -System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk  diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. ATMega16.

Gambar 2.2. konfigurasi Pin AVR Atmega16 (Sumber:ATMEL16,2008)

Berdasarkan datasheet mikrokontroler AVR Atmega16 memiliki fitur-fitur sebagai berikut: 1. Mikrokontroler AVR 16 bit yang memiliki kemampuan tinggi, dengan daya rendah.

2. Arsitektur RISC dengan throughput  mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16 MHz 3. Memiliki kapasitas flash memori 16 KByte, EEPROM 512 Kbyte, dan SRAM 1 Kbyte. 4. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, port B, port C, dan port D. 5. CPU yang terdiri atas 23 buah register . 6. Unit interupsi internal dan eksternal. 7. Port USART untuk komunikasi serial. 8. Fitur Peripheral a. Tiga buah Timer/Counter  dengan kemampuan perbandingan 2 (dua) buah Timer/Counter  8 bit dengan Prescaler terpisah dan Mode Compare 1 (satu) buah Timer/Counter 16 bit dengan Prescaler  terpisah,  Mode Compare, dan  Mode Capture. b.  Real Time Counter  dengan Oscillator  tersendiri c. 4 channel PWM d. 8 channel, 10-bit ADC 8 singgle-ended Channel 7  Differential Channel hanya pada kemasan TQFP 2  Differential Channel dengan  programmable Gain 1x, 10x, atau 200x e. Byte-oriented two-wire Serial Interfice f. Programmable Serial USART g. Antarmuka SPI h. Watchdog Timer dengan oscillator  internal i. On-chip Analog Comparator  Atmega16 mempunyai 40 pin yang masing-masing punya memiliki fungsi yang berbeda-beda baik sebagai  port  ataupun sebagai fungsi yang lain. Berikut akan dijelaskan kegunaan masing-masing kaki dari Atmega16 berdasarkan datasheet: a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya. b. GND merupakan pin ground. c. Port A (PA.0…….PA.7) merupakan pin input / output dua arah dan pin masukan ADC. 



 



d. Port B (PB.0……..PB.7) merupakan pin input / output dua arah dan pinfungsi khusus. e. Port C (PC.0……..PC.7) merupakan pin input / output dua arah dan pinfungsi khusus. f. Port D (PD.0……..PD.7) merupakan pin input / output dua arah dan pinfungsi khusus. g. Reset merupakan Pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroller. Jika level tegangan yang masuk ke pin ini rendah dan pulsa yang ada lebih pendek dari pulsa minimum, maka akan menghasilkan suatu kondisi reset meskipun colcknya tidak bekerja. h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal dari sebuah komponen Crystal i. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.  j. AREFmerupakan pin masukan tegangan referensi ADC. register  Pada AVR status mengandung beberapa informasi mengenai hasil dari kebanyakan hasil eksekusi instruksi aritmatik. Informasi ini dapat digunakan untuk  altering arus program sebagai kegunaan untuk meningkatkan performa pengoperasian. Perlu diketahui bahwa register ini di-update setelah semua operasi ALU ( Arithmetic Logic Unit ). Hal tersebut seperti yang telah tertulis dalam datasheet khusunya pada bagian  Instruction Set Referensi. Dalam hal ini untuk beberapa kasus dapat membuang kebutuhan penggunaan instruksi perbandingan, serta dapat menghasilkan peningkatan dalam hal kecepatan, kode yang lebih sederhana dan singkat. Register ini tidak secara otomatis tersimpan ketika memasuki sebuah interupsi dan juga ketika menjalankan sebuah perintah setelah kembali dari interupsi. Namun hal tersebut harus dilakukan melalui software.

Pemrograman Bahasa Codevision AVR

CodeVision AVR merupakan software C-cross Compiler , di mana program dapat di tulis dalam bahasa C, CodeVision memilki IDE ( Integrated   Development Environment ) yang lengkap, di mana penulisan program, compile, link , pembuatan kode mesin (assembler) dan download  program ke IC mikrokontroller yang sudah diprogram. Proses download  program ke IC mikrokontroller AVR dapat menggunakan system download  secara ISP (in- system programming).  In - system  programmable Flash on Chip mengizinkan memori untuk di program ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. Pada bahasa pemrograman Code Vision AVR beberapa variabel yang digunakan yaitu: a. Operator b. Fungsi c. Array d. Percabangan looping (pengulangan) Pada perancangan timbangan digital dengan pemilih jenis buah ini hanya menggunakan variabel operator, fungsi, dan array.  Keypad  Keypad  merupakan suatu papan yang tersusun dari beberapa tombol dan dihubungkan dalam susunan kolom dan baris. Terdapat bermacam-macam keypad  antara lain : a. keypad  3 x 4 b. keypad  4 x 4 dan c. keypad  4 x 5 Keypad  4 x 4 tersusun dari 16 tombol yang terbagi dalam 4 kolom dan 4 baris. Tiap-tiap tombol yang ada di dalam keypad menghubungkan 1 buah kolom dengan 1 buah baris. Sebuah Keypad  4x4 ditunjukkan dalam Gambar 2.6.

logika high “1” pada setiap pin yang terhubung ke baris. 6. Tetapi jika ada penekanan pada salah satu tombol, maka akan pada salah satu baris akan berlogika low “0”. Gambar 2.3 Gambar Keypad 4x4 ( Sumber:Andrianto, 2008)

Contoh : tombol 6 _ menghubungkan kolom 3 dengan baris 2 tombol 8 _ menghubungkan kolom 2 dengan baris 3 tombol * _ menghubungkan kolom 1 dengan baris 4 Keypad  sering digunakan sebagai suatu input  pada beberapa peralatan yang berbasis mikroprosessor atau mikrokontroller. Keypad  sesungguhnya terdiri dari sejumlah saklar, yang terhubung secara baris dan kolom dengan susuan seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.6.

LCD (Liquid Crystal Display) LCD merupakan suatu kristal cair yang akan aktif bila dihubungkan dengan tegangan.  Input  untuk mengendalikan modul ini berupa bus data dari sebuah mikrokontroler. LCD adalah kompo nen yang biasa digunakan untuk menampilkan suatu simbol, angka maupun huruf. LCD terdiri dari beberapa pin yang brfungsi untuk pengontrolan pemakaiannya. LCD yang digunakan pada alat ini adalah M1632 atau 16 x 2 (enam belas karakter dengan dua baris).

Gambar 2.13 LCD M1632 (sumber:// www.seiko instruments 2007 )

Gambar 2.4. Rangkaian Keypad 4x4 ( Sumber:Andrianto, 2008)

Berdasarkan modul mikrokontroler, agar mikrokontroler dapat melakukan scan keypad , dilakukan cara berikut: 1. Pemasangan keypad  diletakkan pada satu port . 2. Port  tersebut dibagi menjadi dua bagian, 4 bit output  (untuk baris) dan 4 bit input (untuk kolom). 3. Mikrokontroler mengeluarkan logika low “0” ke salah satu bit  dari 4 bit  yang terhubung pada kolom. 4. Mikrokontroler membaca 4 bit  pada baris untuk menguji jika ada tombol yang ditekan pada kolom tersebut. 5. Sebagai konsekuensi, selama tidak ada tombol yang ditekan, maka mikrokontroller akan melihat sebagai

A.Karakteristik LCD M1632 a. Terdiri dari 32 karakter dengan masing-masing baris terdiri dati 16 karakter dengan display dot matrik 5 X 7. a. Karakter generator  ROM dengan 192 tipe karakter. 23 b. Karakter genertor  RAM dengan 8 tipe karakter. c. Dilengkapi fungsi tambahan: display clear, cursor home, display on/off, cursor on/off, display chatacter blink, cursor shift dan display shift . d. Catu daya 5 Volt. e. Power-on reset  otomatis.suhu operasi 0 0 dari 0 C sampai 50 C B.Operasi Utama LCD LCD M1632 memiliki beberapa bagian yang berperan dalam pengoperasiannya, antara lain: a.  Register  LCD M1632 mempunyai dua macam register 8 bit , yaitu

b.

c.

d.

e.

 Instruksi Register  (IR) dan Data  Register  (DR), dalam pengoperasiannya dipilih dengan sinyal dari  Register Select  (RS). Instruksi dari IR adalah  Display Clear, cursor shift, memberikan informasi alamat yang terdapat pada  Display Data RAM (DD RAM) dan Character  Generator (CG RAM).  Busy Flag (BF)  Busy Flag berfungsi untuk  menunjukkan bahwa modul LCD telah siap menerima instruksi selanjutnya.  Address Counter   Address Counter  fungsinya untuk  mentukan sebuah alamat pada saat data disimpan ke dalam DD RAM atau CG RAM dan pada saat pembacaan data.  Display Data (DD RAM) DD RAM mempunyai kapasitas display data sampai 80 x 8 bit data. Area memori dari DD RAM yang tidak  digunakan untuk tampilan, bisa digunakan untuk general data RAM. Character Generator  RAM (CG RAM) CG RAM berfungsi untuk membuat pola karakter sesuai dengan keinginan  programmer. Pola karakter dapat dibuat dengan data 8 bit. Pemuatan karakter dapat disesuaikan dengan tabel yang terdapat pada datasheet .

Pengondisi Sinyal Pengkondisi sinyal, digunakan untuk mengkondisikan sinyal keluaran dari sensor agar bisa diolah dengan baik dan benar oleh mikrokontroler atau komputer . perangkat yang sangat efisien dan serba guna dapat digunakan untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan terhadap tegangan listrik sehingga dikembangkan kepada penggunaan aplikastif seperti aplikasi dibawah ini: a. Komparator (Pembanding) b.  Inferting c.  Non Inferting d.  Buffer  e.  Diferential

f.

Summing Pengondisi sinyal dalam bentuk  rangkaian terpadau memiliki karakteristik  yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat didalamnya. Karakteristik penguat operasional ideal adalah: a. input tegangan cukup tinggi b. Impedansi masukan tidak terbatas c. Lebar frekuensi yang tinggi d. Tegangan offset nol (keluaran akan nol jika masukan nol). Pada perancangan timbangan digital dengan pemilih jenis buah, menggunakan rangakaian IC OP-AMP LM324 sebagai pengondisi sinyal, ic ini di- pilih karena memiliki 4 buah OP-AMP dalam satu  pakage sehingga tidak perlu memakai banyak IC OP-AMP untuk  membuat pengondisi sinyal. Pengondisi sinyal yang dipakai adalah jenis penguat instrumentasi. Jenis pengondisi sinyal ini dipilih karena lebih sesuai dengan karakteristik untuk mengondisikan sinyal keluaran strain gauge load cell .

Gambar.2.6. Konfigurasi PIN LM324 (Sumber: STMicroelectronics,2001)

Berdasarkan data sheet op amp LM324 memiliki spesifikasi sebagai berikut: 0 a. Memilki range temperature kerja 0 C – 0 70 C b. Memilki 4 (empat) buah op-amp dalam satu pakage c. Bekrja pada tegangan rendah +3 +30VDC. d. Arus input bias 20nA e. Besar penguatan tegangan 100dB f. Besar lebar frekuensi sampai 1.3Mhz LM324 memiliki 4 buah op amp yang terintegrasi menjadi satu  pakage.

Dalam satu  pakage ini terdapat 4 buah output  yang terdapat pada pin 1, 7, 8, dan 14, memiliki 4 buah input inverting (-) yang terdapat pada pin 2, 6, 9, dan 13, serta memiliki 4 buah input non inverting (+) yang terdapat pada pin 3, 5, 10, dan 12. Untuk Vcc terdapat pada pin 4 dan ground terdapat pada pin 11.

Gambar. 2.7. Penguat Instrumentasi (Sumber:Wibawanto,2007)

Penguat instrumentasi adalah penguat yang disusun dari tiga buah op amp yang terdiri dari dua buah buffer  (A1,A2) dan satu buah penguat diferential (A3), yang dirangakai menjadi satu. Dari definisi tersebut dapat dituliskan rumus sebagai berikut (Slamet Wibawanto,2007): Vo =

) (Vin2 – Vin1)

Metodologi Perancangan Dalam rancang bangun timbangan digital dengan pemilihan jenis buah ini, diperlukan beberapa perangkat diantaranya ialah perangkat keras dan perangkat lunak. Perancangan dan pembuatan sistem perangkat keras meliputi 5 unit rangkaian elektronik, yaitu meliputi perancangan rangkaian sensor berat ( Load Cell) , dengan berat maksimal 5kg rangkaian minimum sistem mikrokontroler Atmega16, dan rangkaian LCD, dan dilengkapi dengan keypad . Sedangkan perancangan untuk  perangkat lunak meliputi pemrograman bahasa C. Perancangan Perangkat keras Berikut ini dijelaskan mengenai blok diagram perancangan alat secara keseluruhan.Untuk merealisasikan alat timbangan digital ini, maka langkah yang pertama kali dilakukan adalah dengan membuat blok diagram.

Gambar 3.1 Blok Diagram Alat

Diagram blok alat yang dibuat ditunjukkan pada Gambar 3.1 diatas. Penjelasan dari masing-masing blok yaitu sebagai berikut: a. Beban merupakan besarnya energi tekan yang digunakan untuk menekan sensor berat ( Load cell) b. Sensor beban ( Load cell) berfungsi sebagai pendeteksi beban berat yang selanjutnya diubah kedalam energi elektrik. c. Pengondisi sinyal berfungsi sebagai input , pengondisi sinyal yang digunakan sebagai sinyal input pada mikrokontroler. d. Mikrokontroler AVR Atmega16 berfungsi untuk mengolah atau menghitung sinyal keluaran dari load  cell ketika mendeteksi beban, dengan melakukan berberapa operasi aritmatik, menampilkan tampilan ke display LCD, dan untuk menyimpan data harga satuan buah. e. Keypad berfungsi sebagai input bagi mikrokontroler, yang digunakan untuk  tombol edit, save, serta untuk  memasukkan data baru pada mikrokontroler. f. Display LCD berfungsi untuk  menampilkan jenis buah, harga satuan, berat beban buah, dan nilai akumulasi harga buah yang harus dibayarkan. Cara kerja Alat a. Pada saat setting beban awal sama dengan nol. b. Jika load Cell mendeteksi beban berat pada tumpuan beban terhadap load cell maka proses akan dilanjutkan ke pengondisi sinyal (pengsin) dan selanjutnya sinyal dikrimkan ke mikrokontroler Atmega16 , di sini sinyal akan diolah hingga keluaranya sesuai dengan program yang diinginkan.

c. LCD akan menampilkan hasil pemrograman dari mikrokontroler yaitu  jenis buah, harga satuan, beban berat buah dan jumlah akumulasi harga jual. d. Keypad  untuk melakukan edit  harga buah untuk kemudian disimpan pada memori flash. e. Contoh di pilih buah apel malang yang ditimbang sebesar 500gram, dan harga buah apel malang Rp.5000,- maka timbangan akan menunjukkan harga  jual akumulasi sebesar Rp.2500,- yang ditampilkan pada LCD. Rangkaian Sensor Berat (Strain Gauge  Load Cell ) Strain Gauge Load cell (Sensor Berat) adalah sebuah sensor gaya yang banyak digunakan dalam industri yang memerlukan peralatan untuk mengukur berat ( Web-Tech,2005). Secara umum, Strain Gauge load cell dan sensor gaya berisi pegas (spring) logam mekanik  dengan mengaplikasikan beberapa foil metal strain gauges (SG). Strain dari pegas mekanik muncul sebagai pengaruh dari pembebanan yang kemudian strain gauges. ditransmisikan pada Pengukuran sinyal yang dihasilkan dari load cell adalah dari perubahan resistansi strain gauge yang linier dengan gaya yang diaplikasikan (Web-Tech., 2009).

Gambar. 3.2. Bridge Stone Strain Gauge pada  Load Cell  (Sumber : National Instrument, 1998)

Parameter fundamental dari strain gauge adalah sensitifitas dari strain, diekspresikan secara kuantitatif sebagai gauge factor  (GF). Gauge factor  didefinisikan sebagai rasio dari pembagian perubahan dalam resistansi dengan

pembagian perubahan dari panjangnya (strain): Gauge factor  untuk  metallic strain gauge secara tipikal adalah di sekitar 2. Idealnya, resistansi dari strain gauge berubah hanya terhadap respon yang diaplikasikan pada strain gauge material , sebagaimana spesimen material di mana gauge diaplikasikan, juga akan merespon terhadap perubahan temperatur.  Divais yang menggunakan prinsip strain gauge secara internal yang sering digunakan untuk pengukuran massa adalah load cell.  Load cell merupakan divais yang menggunakan efek   piezoresistif  dengan bentuk fisik ditunjukkan pada Gambar 3.3 Pada perancangan ini akan digunakan strain gauge load cell dengan rentang massa maksimum adalah 5kg.

Gambar 3.3. pemasangan Strain Gauge  Load Cell Single Point L6B (Sumber : Arifin,2007) Tabel 3.1. Penggunaan Kabel pada Load Cell 

Warna Kabel

Fungsi

Merah

E+

Hitam

E-

Putih

S-

Biru / Hijau

S+

(Sumber : Web-Tech,2007)

Berdasarkan datasheet Strain Gauge load cell L6B memiliki fitur sebagai berikut: a. Sensor dalam kondisi modul.

b. c. d. e. f.

Nilai input resistensi yang rendah 350 Nilai output resistensi yang rendah 350 Nilai impedansi yang tinggi Tingkat perubahan terhadap suhu 0 yang rendah yakni 10 C Memiliki tegangan supply rendah (5 VDC/VAC)

Perancangan Minimum Sistem Mikrokontroler pada sistem berfungsi untuk mengolah data masukan dari sensor Load Cell L6B . Mikrokontroler yang digunakan pada sistem ini adalah mikrokontroller jenis Atmega16 yang merupakan IC buatan Atmel dengan memiliki kapasitas flash memori 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM 1 Kbyte, dan 32 I/O yang dapat dipakai semua. Pada mikrokontroler Atmega16 terdapat EEPROM (ROM  Internal) yang berfungsi untuk menyimpan data harga jenis buah yang dipakai sebagai data pengkali dengan berat buah yang ditampilkan ke LCD. Komponen yang dibutuhkan dalam rangkaian minimum sistem mikrokontroller ini adalah kapasitor 470 µf/16v 4 buah, 22 pf 2 buah, 470 µf/16v 1 buah, crystal 12Mhz 1 buah, resistor 10 KΩ 1 buah, LED 2 buah, dioda 1A 1 buah, regulator 7805. Adapun gambar PCB dari rangkaian mikrokontroller Atmega16 adalah sebagai berikut:

Gambar 3.4. Skematik Rangkaian Minimum Sistem (sumber :Andrianto,2008 )

Konfigurasi pin-pin mikrokontroler Atmega16 adalah sebagai berikut

a. VCC dihubungkan ke supply tegangan 5 volt. b. GND dihungkan ke netral sumber. c. Port C ( PC0 – PC5 ) dihubungkan ke keypad. d. Pin 12 dan 13 dihubungkan ke Kristal. e. Port D (PD0-PD2 dan PD4-PD7) dihubungkan ke LCD. f. Port B (PB5-PB7) dan pin 1 (reset) dihubungkan kedownloder. g. Port A2 sebagai input dari Pengondisi sinyal ke ADC. h. AVCC sebagai masukan sumber tegangan untuk Vcc ADC. i. AREF sebagai analog referensi untuk  ADC. Perancangan Rangkaian LCD LCD berfungsi untuk menampilkan karakter, nilai. Dalam perancangan ini menggunakan sebuah layar LCD jenis M1632 yang merupakan LCD dua baris dengan setiap barisnya terdiri dari 16 karakter. Masukan yang diperlukan untuk  mengendalikan modul ini berupa jalur data yang masih termultiplek  dengan jalur alamat. Konfigurasi pin-pin LCD yang terhubung ke mikrokontroler adalah sebagai berikut: 1. GND terhubung langsung dengan ground. 2. VCC diberi tegangan sumber 5 Volt. 3. VEE digunakan untuk rangkaian potensiometer yang berfungsi mengatur kecerahan LCD. 4. RS dihubungkan ke pin PD5. Pin 4 LCD untuk memberitahu bahwa sinyal yang dikirim adalah data, jika Pin 4 ini disetting ke logika 1 (high, +5V) memberitahu bahwa sinyal yang dikirim adalah perintah. 5. R/W dihubungkan ke pin PD1.Pin ini digunakan untuk mengatur fungsi LCD. Jika di setting ke logika 1 (high, +5V) maka LCD berfungsi untuk menerima data (membaca data). Dan berfungsi untuk mengeluarkan data, jika pin ini di setting ke logika 0 (low, 0V). Namun pada aplikasi ini hanya

6.

7.

8. 9.

digunakan untuk menerima data, sehingga dihubungkan ke Gnd. E dihubungkan ke pin PD4 mikro. Merupakan terminal enable LCD, logika 1 setiap pengiriman atau pembacaan data DB4 – DB7 dihubungkan ke pin PD0 – PD3 mikro. Merupakan pin data, pada aplikasi ini hanya menggunakan 4 bit MSB, sehingga hanya digunakan 4 pin saja. Anoda dihubungkan ke input V+. Katoda dihubungkan ke ground.

Gambar 3.5. Konfigurasi pin LCD ( Sumber:Andrianto, 2008)

Perancangan Rangkaian Keypad Keypad  yang digunakan disini adalah keypad 4 x 4 tersusun dari 16 tombol yang terbagi dalam 4 kolom dan 4 baris. Tiap-tiap tombol yang ada di dalam keypad  menghubungkan 1 buah kolom dengan 1 buah baris. Sebuah rangkaian keypad  4x4 ditunjukkan dalam Gambar 3.6.

Gambar 3.6. Rangkaian Keypad 4x4 (sumber :Andrianto,2008 )

Agar mikrokontroler dapat melakukan scan keypad , dilakukan cara berikut: a. Pemasangan keypad  diletakkan pada satu port . b. Port  tersebut dibagi menjadi dua bagian, 4 bit output  (untuk baris) dan 4 bit input (untuk kolom).

c. Mikrokontroler mengeluarkan logika low “0” ke salah satu bit dari 4 bit yang terhubung pada kolom. d. Mikrokontroler membaca 4 bit pada baris untuk menguji jika ada tombol yang ditekan pada kolom tersebut. e. Sebagai konsekuensi, selama tidak ada tombol yang ditekan, maka mikrokontroller akan melihat sebagai logika high “1” pada setiap pin yang terhubung ke baris. f. Tetapi jika ada penekanan pada salah satu tombol, maka pada salah satu baris akan berlogika low “0”. Fungsi masing-masing tombol keypad  pada perancangan timbnagan digital dengan pemelih jenis buah adalah sebagai berikut: a. Tombol angka 0-9 digunakan untuk  memasukkan angka ketika seting perubahan harga ribuan. untuk masuk pada b. Tombol “A” pemilihan jenis buah kearah up. c. Tombol “B” untuk masuk pada pemilihan jenis buah kearah down. d. Tombol “C” untuk melakukan edit harga satuan buah e. Tombol “D” untuk melakukan save harga yang telah di edit. Perancangan Pengondisi Sinyal Perancangan pengondisi sinyal dilakukan untuk mengondisikan sinyal keluaran sensor load cell agar bisa diolah lagi didalam mikrokontroler maupun komputer. Pada perancangan ini pengondisi sinyal yang digunakan adalah pengondisi sinyal jenis instrumentasi, pengondisi sinyal instrumentasi dipilih karena lebih sesuai dengan kondisi sensor. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7 dibawah ini:

Gambar 3.7 Perancangan pengondisi sinyal (Sumber :Wibawanto, 2007)

Supaya sinyal keluaran pengondisi sinyal dapat diolah mikrokontroler maka – diperlukan komponen komponen elektronikan sebagai berikut: Resistor 10 K : 4 buah Resistor 1 K : 1 buah Resistor 100 K : 2 buah Kapasitor 100nF : 1 buah IC OP-AMP LM324 : 1 buah Pada perancangan pengondisi sinyal ini diharapkan terjadi penguatan sinyal keluaran sensor sebesar 21kali. Perancangan perangkat Lunak Perancagan perangkat lunak  dimulai dengan membuat diagram alir agar apa yang direncanakan sesuai dengan yang diinginkan, baik untuk membaca, menulis, maupun untuk membandingkan data yang dimasukkan ke dalam program. Alat ini menggunakan mikrokontroler Atmega16 sebagai pengendali utama dan pengatur jalanya sistem. Mikrokontroler tersebut diprogram dengan menggunakan bahasa pemrograman “C”, yang merupakan bahasa pemrograman untuk  mikrokontroler keluarga AVR. Diagram alir keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 3.7. Berdasarkan prinsip kerja alat, maka algoritma program sistem yang diinginkan adalah sebagai berikut: 1. Start  akan menginisialisasi hardware yang meliputi LCD, Keypad dan ADC. 2. Proses akan dilanjutkan dengan membaca flash memori, dan ADC. 3. Setelah proses pembacaan sensor, dilakukan pemilihan jenis buah yang ditimbang dan akan dilanjutkan proses perhitungan akumulasi harga.

4. Proses selanjutnya membaca keypad . Jika ada masukan dari keypad  berupa tombol krusor up/down untuk memilih  jenis buah. Selain itu terdapat tombol edit dan save. 5. Jika sensor mendeteksi beban berat, hasil perhitungan total biaya beban timbangan dalam rupiah akan ditampilkan pada LCD dan diakumulasikan dengan harga satuan. 6. Jumlah perhitungan total biaya akan langsung ditampilkan ke LCD.

Gambar 3.8 Diagram Alir

Dari Gambar 3.8 diatas dapat diuraikan langkah kerja alat sebagai berikut: a. Start merupakan langkah awal dari sebuah alat yang akan digunakan, langkah start adalah sebuah langkah untuk menghidupkan sebuah alat dar keadaan off menjadi keadaan on. b. Inisialisasi merupakan sebuah pengenalan alat bahwa awal dari proses perancangan timbangan digital yang dibuat adalah: jenis buah, harga satuan, massa dan harga akumulasi. c. Pemilih jenis buah merupakan sebuah indentifikasi proses pemilihan jenis buah yang akan dilakukan kalkulasi. Pada proses ini ada dua opsi yakni Y

d.

e.

f.

g.

dan T, dimana Y adalah opsi untuk  mengkalkulasikan harga satuan dengan massa, sedangkan opsi T adalah opsi untuk melakukan proses edit harga satuan dari jenis buah yang telah dipilih. Akumulasi harga merupakan proses lanjutan untuk mengkalkukasikan harga satuan dari jenis buah yang dipilih dengan massa buah yang ditimbang. Masukkan harga baru merupakan proses lanjutan dari proses penekanan tombol edit. Melalui edit masukkan harga baru maka perubahana hrga satuan buah dapat dilakukan. Save merupakan proses penyimpanan nilai harga baru yang telah dilkukan edit harga seblumnya, sehingga harga baru yang telah dirubah dapat disimpan  flash memori. End merupakan akhir dari sebuah proses langkah kerja sebuah program atau alat.

Tabel 3.7. hasil pembandingan nilai timbel dengan pengukuran mikrokontroler

Untuk menghasilkan nilai yang sesuai dengan nilai timbel maka harus dilkukan peritungan matematis sebagain berikut (H. Muhamad Prasetyo): e=

Hasil pengujian dan analisis Langkah – langkah pengujian timbangan digital dengan pemilihan jenis buah 1. Pengujian dilakukan dengan cara membandingkan besaran bandul dengan pembacaan sensor. 2. Pengujian dilakukan dengan cara memberikan beban bandul pada timbangan digital. Pada waktu yang sama nilai bandul dapat dilihat pada tampilan LCD. 3. Pengujian sederhana dilakukan dengan memberikan bandul mulai dari 0.5 kg – 5kg. 4. Untuk menguji perhitungan yang dilakukan adalah dengan memberikan beban bandul pada timbangan dan selanjutnya dengan memilih jenis buah yang didalamnya terdapat harga satuan. Harga satuan buah nantinya dikalikan dengan berat bandul yang telah diberikan sebelumnya. 5. Bandingkan nilai bandul hasil yang ditampilkan pada LCD.

e = konstanta, L = muatan Timbangan, dan Vo = output sensor  setelah dilakukan zerro setting e= e = 34.4827586  Error rata – rata =

= 0.012 Prosentase error = 0.012 * 100% = 1,2% Dari hasil pengujian dan analisis rangkaian keseluruhan menunjukkan perbedaan nilai yang tertera pada timbel dengan nilai tampilan matematis sistem. Hal ini disebabkan adanya nilai toleransi dari masing – masing timbel. Akan tetapi dari segi program alat ini sudah bekerja dengan baik. Dengan semakin bertambahnya beban maka nilai tampilan beban juga akan naik dan biaya akumulasi harga juga menyesuaikan antara berat dengan harga satuan.

Kesimpulan Dari hasil perancangan, pembuatan, pengujian dan analisis Sistem timbangan digital dengan pemilihan jenis buah, maka dapat disimpulkan, antara lain: 1. Dalam rancang bangun timbangan digital dengan pemilihan jenis buah dengan menggunakan mikrokontroler AVR atmega16 telah berjalan dengan baik. 2. Pada perancangan ini sensor strain gauge load cell L6B menggunakan tegangan listrik 5 Volt DC . 3. Keluaran sinyal listrik akan mengalami kenaikan apabila mendapatkan beban dan akan mengalami penurunan apabila beban dikurangi. 4. Software dirancang dengan mengunakan bahasa C. Di dalam software digunakan rumus perhitungan matematis untuk  menhasilkan harga akumulasi dari perhitungan berat terhadap harga satuan. 5. Perhitungan harga akumulasi yaitu, perkalian berat dengan harga satuan yang ditetapkan oleh penjual. Penunjukkan harga akumulasi langsung pada saat buahditimbang dan  jenis buah telah ditetapkan melalui edit harga. Edit harga dilakukan dengan “edit” dan menekan tombol menggantinya dengan nilai harga satuan yang baru, dan menyimpanyan pada  flash memori mikrokontroler Atmega16, dengan menekan tombol “save” pada keypad. Saran Diharapkan alat ini dapat lebih dikembangkan lagi, baik dari segi fungsi maupun aplikasi serta implementasi yang lebih baik dan luas, seperti: 1. Fungsi dari alat diharapkan bisa diperluas lagi supaya tidak hanya bisa menimbang dalam berat 5kg saja, tetapi bisa mengukur beban lebih dari 5kg. 2. Meningkatkan sensifitas penimbangan yang lebih tinggi.

3. Alat ini dapat dikembangkan lagi dengan menambahkan data penyimpanan pada data base komputer, serta dapat dilakukan pencetakkan data menggunkan print, dan menambahkan tombol kalibrasi pada keypad. Daftar Rujukan .Akses  LCD 16x2. 2008. (Online), (http://www.elkaubisa.blogspot.com  /2008/10/seiko-instrument-m1632lcd-module.html), diakses 10 pebruari 2011. ______.Aksestimbangan.2011.(Online),(ht tp:// www.wikipedia.org/wiki/timba ngan) diakses 11 pebruari 2011. ______. Akses Load Cell. 2011. (Online), (https:// www.docs.google.com/vie wer?a=v&pid= explorer&chrome=true&srcid=0Bz kNNhuEnaFODkwOWUxZTYtMj QzZi00MTkyLWFiZjktNTlhZDQx NjUxOTRl&hl=en&pli=1) diakses 4 pebruari 2011. Andrianto, Heri.2008. Pemrograman  Mikrokontroler AVR ATMEGA 16 . Bandung: Penerbit Informatika. Arifin, Zaenal. 2011. Makalah Seminar Tugas Akhir Model Timbangan Digital Menggunakan Load Cell Berbasis Mikrokontroler AT89S51, (Online), (http// www.peprints.undip.ac.id), diakses 8 pebruari 2011.  Atmel Corporation. 2008.  Data Sheet  (Online)  Atmega16 . (http// www.datasheet catalog.orgdatasheetsrestul219541_ DS.pdf), diakses 10 pebruari 2011.  Instrument elektroics, 2005. Data Sheet  keypad  (Online) (http://www.innovative electronics.com/Keypad.pdf.), diakses 10 pebruari 2011  National Instruments.2006. Strain gauge Types. (Online), (http//www. zone.ni.co) diakses 10 pebruari 2011.

Prasetyo, H.Muhamad. 2004. Kalibrasi Timbangan. Cilegon:Balai Diklat Metrologi PT.Krakatau Stell.Tbk. STMicroelectronics. 2001. Data Sheet  LM324. (Online) (http// www.datasheet catalog.orgdatasheetstmicroelectro nics2156.pdf.) diakses 10 pebruari 2011 Sugriwan, Iwan, Melania Suweni Muntini, & Yono Hadi Pramono 2010. Desain Dan Karakterisasi  Load  Cell Tipe Czl601 Sebagai Sensor Massa Untuk Mengukur Derajat Layu PadaPengolahan Teh Hitam. (Online), (http// www.digilib.its.ac), diakses 8 maret 2011. Web-Tech. 2010. Pedoman Pengaplikasian Strain Gauge Load Cell . Australia: Web-Tech Australia Pty.Ltd.  Hand Out  Wibawanto,Slamet.2007. Elektronika Industri Tek321. Malang:Jurusan Tenik Elektro Universitas Negeri Malang.