PENUNJUK ARAH MATA ANGIN
Devi
Khoirun Nisa’1 Ridwan Adhi Pratama2
Pengampu
Dr. Samuel BETA, Ing. Tech.,M.T.3
Prodi
Elektronika Jurusan Elektro Politeknik Negeri Semarang
Jl.
Prof. H. Sudarto, S.H., Tembalang, Semarang, 50275.
Intisari
– Alat “Penunjuk Arah Mata Angin” ini merupakan alat yang digunakan untuk
menunjukkan arah mata angin yaitu arah mata angin “Utara”. Alat ini menggunakan
Mikrokontroler DT-ARM NUC120 sebagai pemroses keseluruhan kerja alat. Adapun
komponen pendukung yang digunakan adalah sensor kompas HMC5883L sebagai masukan
yang akan mendeteksi arah mata angin Utara berdasarkan medan magnet bumi, LED
sebagai indikator penunjuk arah mata angin “Utara” jika alat telah medeteksi
arah mata agin “Utara” dan LCD 16x2 sebagai luaran penampil sudut arah alat terhadap
arah mata angin “Utara”.
Kata
Kunci - Mikrokontroler DT-ARM NUC120, Kompas HMC5883L, LED, LCD
Abstract - Tool “Indicator Eye Wind
Directions” This is a device used to indicate the direction of the wind that is
the direction of the wind "North". This tool uses the DT-ARM
Microcontroller NUC120 as overall processing tools work. The components of
support used is the compass sensor HMC5883L as input will detect wind direction
North by Earth's magnetic field, the LED as an indicator of a direction of the
wind "North" if the tool has been detecting the direction of the agin
"North" and a 16x2 LCD as superficial viewer angle directions tool
against the direction of the wind "North".
Keyword - Mikrokontrole DT-ARM
NUC120, Kompas HMC5883L, LED, LCD
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kompas merupakan salah satu alat penting dalam navigasi yang berfungsi sebagai penunjuk arah berdasarkan posisi kutub bumi. Pada laporan ini akan membahas tantang perancangan kompas elektronik dengan DT ARM NUC120 sebagai sistem pengkondisian sinyal, HMC5883L sebagai sensor kompasnya, LED sebgai indikator bahwa sensor kompas HMC5883L mendeteksi arah mata angin Utara, dan LCD 16x2 sebagai displai yang akan menampilkan arah mata angin dan sudut posisi alat terhadap arah mata angin.
2. TINJAUAN PUSTAKA
Penjelasan dan uraian teori penunjang yang digunakan dalam membuat alat ini diperlukan untuk mempermudah pemahaman tentang cara kerja rangkaian dasar-dasar perencanaan pembuatan alat. Teori-teori yang akan dijelaskan dalam bab ini meliputi Sensor Kompas HMC5883L, ARM Cortex, LED, dan LCD 16x2.
2.1 ARM Cortex M0
ARM adalah prosesor dengan arsitektur set instruksi 32¬bit RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM merupakan singkatan dari Advanced RISC Machine.
Gambar 2.1. Keluarga Mikroprosesor ARM
Mikroprosesor ARM mempunyai beberapa keluarga untuk menjangkau berbagai aplikasi, salah satunya adalah ARM Cortex Prosesor Embedded (ARM Cortex Embedded Processors). Prosesor -prosesor di keluarga seri Cortex¬M telah dikembangkan khusus untuk domain mikrokontroler, dimana permintaan untuk kecepatan, determinasi waktu proses, dan manajemen interrupt bersama dengan jumlah gate silikon minimum (luas silikon yang minimum menentukan harga akhir prosesor) dan konsumsi daya yang minimum sangat diminati, seperti ARM Cortex¬M0 yang merupakan prosesor untuk menggantikan aplikasi mikrokontroler 8¬/16¬bit dengan tipe ARM NUC120
ARM NUC120 merupakan sebuah modul mikrokontroler 32-bit berbasis ARM CortexM0. ARM NUC 120 BOARD dilengkapi dengan program bootloader sehingga tidak membutuhkan divais programmer terpisah. NUC120 dapat beroperasi dengan kecepatan CPU sampai 48MHz. Telah dilengkapi dengan Full Speed USB 2.0 Device Controller yang sangat fleksibel dan dapat dikonfigurasi untuk berbagai aplikasi berbasis USB.
Gambar 2.2. DT-ARM NUC120RDBN
Spesifikasi :
1. Berbasis NUC120RD2BN dengan Flash memory APROM sebesar 64 Kbyte, 8 Kbyte SRAM, 4
Kbyte Data Flash.
2. Memiliki kemampuan IAP (In Applicaton Programming) dan ISP (In System Programming)
melalui bootloader software pada LDROM.
3. Tersedia jalur SWD (Serial Wire Debug) yang dapat digunakan untuk debugging serta
programming.
4. Dapat diprogram langsung melalui jalur USB.
5. Mendukung Peripheral DMA mode.
6. Memiliki 8 channel ADC dengan resolusi 12 bit.
7. Memiliki 4 buah timer 32 bit.
8. Memiliki fungsi Watchdog dan RTC.
9. Dilengkapi dengan 4 buah hardware PWM dengan resolusi 16 bit.
10. Memiliki masing-masing 2 kanal jalur komunikasi UART, SPI, dan I2C.
11. Memiliki 1 channel I2C.
12. Tersedia antarmuka USB dan UART RS-485.
13. Terdapat sensor suhu built-in dengan range -40 - 125°C dengan resolusi 1°C. Sensor ini
memiliki gain -1.76mV/°C dan offset 720 mV pada suhu 0°C.
14. Memiliki hingga 45 jalur GPIO yang masing-masing dapat dikonfigurasi pull-up/ pull-down
resistor, repeater mode, input inverter, dan open-drain mode.
15. Terdapat 22 MHz internal osilator.
16. Frekuensi osilator eksternal sebesar 12 MHz dan fitur PLL sampai dengan 48 MHz.
17. Frekuensi osilator eksternal sebesar 32.768 KHz yang dapat digunakan untuk fungsi RTC dan
Low Power Mode.
18. Tersedia rangkaian reset manual.
19. Bekerja pada tegangan 3,3 – 5,5 V.
20. Dilengkapi dengan regulator 3,3 V dan 5 V dengan arus maksimum 800 mA
21. Tersedia pilihan catu daya input : catu daya eksternal 6,5 – 12 VDC (via regulator), catu daya
eksternal 3,3 – 5,5 VDC (tanpa melalui regulator), atau menggunakan sumber catu daya dari
jalur USB.
2.2 Sensor Kompas HMC5883L
HMC5883L adalah sensor magnet terkemas dalam surface mount 3.0x3.0x0.9 mm 16-pin leadless chip carrier (LCC). HMC5883L tersusun atas sensor resistif magnet beresolusi tinggi dengan demagnetisasi otomatis, penghilang offset dan ADC 12-bit untuk pengukuran medan magnet bumi dengan resolusi tinggi. Menggunakan teknologi anisotropic magneto-resistive (AMR) Honeywell, HMC5883L menyediakan kepresisian lebih pada sensitifitas dan linieritas sumbu dan dirancang untuk mengukur kedua arah dan medan magnet bumi.
Gambar 2.3. Sensor Kompas HMC5883L
Spesifikasi:
- ADC 12-bit ADC terkopling dengan sensor AMR low noise yang akan menghasilkan resolusi 2-
milli gauss pada medan ±8 gauss.
- Mengijinkan akurasi kompas 1 sampai 2 derajat .
- Tersedia self-test yaitu fitur tambahan yang dikemas dalam ASIC yang dapat digunakan untuk:
• Secara cepat menguji fungsi-fungsi sensor tanpa perlu membutuhkan peralatan
pengujian yang mahal.
• Pencocokan sensitivitas dari sumbu/sensor yang berbeda
• Menyetel pergeseran sensitivitas karena suhu
- Tegangan kerjanya rendah (2.16 ~ 3.6V) dan konsumsi daya rendah (100 µA).Cocok untuk
aplikasi yang dicatu menggunakan bettery.
- Tersedia rangkaian drive strap .
- Menyediakan demagnetisasi sensor untuk setiap pengukuran, dan juga kompensasi offset
untuk mendapatkan pengukuran yang konsisten dengan akurasi hingga 1 sampai 2 derajat
dan mereduksi perlunya kalibrasi ulang.
- Antarmuka digital I2C.
- Range medan magnet yang dapat diukur cukup lebar (+/-8 Oe).
- Sensor bisa digunakan pada lingkungan dengan medan magnet yang kuat dengan akurasi
kompas 1 sampai 2 derajat.
2.3 LED
Light Emitting Diode (LED) adalah komponen elektronika yang bisa memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan suatu tegangan maju. LED masih termasuk dalam keluarga Dioda. LED terdiri dari sebuah chip dari bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur. Warna Cahaya yang dipancarkan LED tergantung dari jenis bahan semikonduktor yang digunakannya.
LED juga mampu memancarkan sebuah sinar inframerah yang tidak dapat dilihat oleh mata. Remote Control TV, Remote Control CD/DVD dan lain-lainnya adalah salah satu elektronik yang menggunakan LED dengan sinar inframerah.
Bentuk LED hampir sama dengan sebuah lampu bohlam yang kecil dan dapat dengan mudah dipasang ke dalam sebuah perangkat elektronika. LED dengan dengan Lampu Pijar Sangat berbeda, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas saat memancarkan cahaya. Oleh sebab itu, LED (Light Emitting Diode) yang berbentuk kecil ini telah digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.
Gambar 2.4. LED dan Simbol LED
Cara untuk mengetahui Polaritas Led atau kutub (-) dan (+)
Untuk mengetahui polaritas terminal Anoda (+) dan Katoda (-) pada LED. kita dapat mengetahuinya dengan melihat secara fisik. Ciri-ciri Terminal Anoda (+) pada LED adalah kaki terminal yang lebih panjang dan juga Lead Frame yang lebih kecil dibandingkan dengan yang sebelahnya. Sedangkan ciri-ciri Terminal Katoda (-) adalah Kaki terminal yang lebih pendek di bandingkan dengan kaki Anoda (+) Lead Frame yang lebih besar serta terletak di sisi yang Flat.
Cara Kerja LED (Light Emitting Diode)
Seperti yang tadi dikatakan sebelumnya, LED masih termasuk keluarga dari Dioda yang terbuat dari bahan Semikonduktor.Cara kerja Led pun hampir sama dengan Dioda dan memiliki dua kutub yang sama yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). namun LED hanya akan menghasilkan cahaya apabila dialiri sebuah tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.
LED terdiri dari sebuah chip dari bahan semikonduktor yang di doping hingga membentuk junction P dan N.
Yang dimaksud proses doping semikonduktor adalah proses untuk menambah ketidakmurnian (impurity) pada sebuah semikonduktor yang murni sehingga dapat menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan.
Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward dari Anoda (P) menuju Katoda (K), Kelebihan Elektron pada Type-N maka material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).
2.4 LCD 16x2
Tampilan elektronik LCD 16x2 adalah salah satu komponen elektronik yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf, ataupun grafik. LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis tampilanelektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logik yang bekerja dengan tidak mengshasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekeliling terhadap front-lit atau menstramisikan cahaya dari back-lit. LCD berfungsi sebagai pnampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka, ataupun grafik.
Gambar 2.5. LCD 2x16
Material LCD
LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen.
Pengendali / Konektor LCD
Dalam modul LCD terdapat mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD. Mikroontroler pada suatu LCD dilengkapi dengan memori dan register. Memori yang digunakan mikrokontroler internal LCD adalah :
DDRAM : (Display Data Random Access Memory) merupakan memori tempat karakter yang
akan ditampilkan berada.
CGRAM : (Character Generator Random Access Memory) merupakan memori untuk
menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai
dengan keinginan.
CGROM : (Character Generator Read Only Memory) merupakan memori untuk
menggambarkan pola sebuah karakter dimana pola tersebut merupakan karatkter dasar yang
sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat LCD tersebut sehingga pengguna
tinggal mengambilnya sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang
ada dalam CGROM.
Register kontrol yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah :
Register Perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD
pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD dapat dibaca pada saat
pembacaan data.
Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau keDDRAM.
Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut keDDRAM sesuai dengan alamat
yang teah diatur sebelumnya.
Pin, kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu LCD diantaranya adalah :
• Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan
LCD dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan
lebar data 8 bit.
• Pin RS (register select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang
masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukkan yang masuk adalah perintah,
sedangkan logika HIGH menunjukkan data.
• Pin R/W berfungsi sebagai intruksi pada modul jika LOW tulis data, sedangkan HIGH
baca data.
• Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.
• Pin VLCD berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan
dengan trimpot 5 K Ohm, jika tidak digunakan ke ground, sedangkan tegangan catu daya ke
LCD sebesar 5 Volt.
3. METODE PEMBUATAN ALAT
Dalam pembuatan alat ini yaitu “Penunjuk
Arah Mata Angin”, terdiri atas perancangan mekanik (hardware) yang meliputi perancangan elektrik,
dan perancangan perangkat lunak (software). Perancangan ini mempunyai gambaran
perancangan hardware, yang didalamnya ada beberapa rangkaian elektrik yang
medukung alat ini.
3.1 Perancangan hardware
Perancangan hardware disini berupa perancangan diagram blok, perancangan mneggunakan diagram block ini sangat penting karena dapat diketahui prinseip kerja keseluruhan rangkain. Pembuatan elektrik ini meliputi masukan sensor kompas HMC5883L, indikator LED, dan keluaran berupa tampilan pada LCD 6x2. Membuat PCB rangkaian untuk LCD yang dibutuhkan.
Gambar 3.1. Diagram Blok
Keterangan :
1. Sensor Kompas HMC5883L, digunakan sebagai sensor pendeteksi arah mata angin Utara.
2. DT ARM NUC120, digunakan sebagai penyesuai atau pengkondisi sinyal, yang akan
mengubah sinyal input menjadi keluaran atau output.
3. LED, digunakan sebagai indikator bahwa sensor kompas telah mendeteksi arah mata angin
Utara.
4. LCD 16x2, digunakan sebagai penampil output sudut derajat letak alat terhadap arah mata angin
Utara.
3.2 Perancangan software
Untuk diagram alir, program aplikasi ARM menggunakan masukan sensor Kompas HMC5883L, LED sebagai indikator dan sebagai luarannya adalah LCD 16x2.
Gambar 3.2. Diagram Alir
3.3 Pembuatan alat
Dalam pembuatan alat ini dapat dilakukan dengan beberapa tahap, yaitu:
1. Membuat perencanaan bagan alat
2. Membuat skematik ISIS proteus
3. Menyusun rangkaian sesuai skematik ISIS proteus
4. Membuat program untuk ARM menggunakan software Coocox CoID
5. Pembuatan kerangka alat
6. Pemasangan rangkaian pada kerangka alat
7. Pengujian Alat
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Gambar Rangkaian
Gambar 4.1. Gambar Rangkaian
4.2 Diagram Perkawatan
1. Perkawatan Dalam
Gambar 4.2. Diagram Perkawatan Dalam
2. Perkawatan Luar
Gambar 4.3. Diagram Perkawatan Luar
4.3 Pembahasan
Pada perancangan alat “Penunjuk Arah Mata Angin” ini menggunakan sensor kompas elektronik HMC5883L sebagai masukan, LED sebagai indikator, dan LCD sebagai luaran.
Cara kerjanya yaitu, ketika alat hidup sensor kompas HMC5883L akan mencari dan mendeteksi arah mata angin “Utara”. Ketika sensor kompas telah mendeteksi arah mata angin “Utara”, maka LED indikator akan menyala sesuai letak LED yang menunjuk dan paling dekat ke arah mata angin “Utara”. Lalu LCD akan menampilkan sudut arah depan alat terhadap arah mata angin “Utara”. Kemanapun arah depan alat berputar, hanya LED yang letaknya paling dekat dengan arah mata angin saja yang menyala. Konfigurasi nyala LED bisa dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 4.4. Konfigurasi Nyala LED
Didalam mikrokontoller DT ARM NUC120 terdapat listing program diatas yang bekerja sesuai diagram alir.
Pengujian Alat
Gambar di bawah ini merupakan tampilan awal ketika program telah dijalankan
Gambar 4.5. Tampilan Awal
Gambar di bawah ini adalah hasil pengujian alat, dengan kondisi ketika arah depan alat berada tepat pada arah mata angin “Utara”. Sehingga LED indikator yang terletak paling dekat dengan arah mata angin “Utara” akan menyala dan pada LCD menampilkan “sudut 0°” terhadap arah mata angin.
Gambar 4.5. Posisi Alat 0° Terhadap Arah Mata Angin Utara
Gambar di bawah ini menunjukkan keadaan ketika sensor kompas HMC5883L mendetekti arah mata angin dengan arah alat menghadap 90° terhadap arah mata angin “Utara”. Sehingga LED indikator yang terletak paling dekat dengan arah mata angin “Utara” akan menyala dan pada LCD menampilkan “letak 90°” terhadap arah mata angin “Utara”.
Gambar 4.6. Posisi Alat 90° Terhadap Arah Mata Angin Utara
Gambar di bawah ini menunjukkan keadaan ketika sensor kompas HMC5883L mendetekti arah mata angin “Utara” dengan arah alat menghadap 180° terhadap arah mata angin “Utara”. Sehingga LED indikator yang terletak paling dekat dengan arah mata angin “Utara” akan menyala dan pada LCD menampilkan “letak 225°” terhadap arah mata angin “Utara”.
Gambar 4.7. Posisi Alat 135° Terhadap Arah Mata Angin Utara
Gambar di bawah ini menunjukkan keadaan ketika sensor kompas HMC5883L mendetekti arah mata angin “Utara” dengan arah alat menghadap 270° terhadap arah mata angin “Utara”. Sehingga LED indikator yang terletak paling dekat dengan arah mata angin “Utara” akan menyala dan pada LCD menampilkan “letak 270°” terhadap arah mata angin “Utara”.
Gambar 4.8. Posisi Alat 270° Terhadap Arah Mata Angin Utara
5. KESIMPULAN
Setelah dilakukan perancangan, pembuatan, serta pengujian dan analisis pada Proyek Arm NUC 120 ini,dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Proyek Arm ini dibuat untuk menyalakan LED yang paling dekat dengan arah mata angin
“Utara” dengan masukan berupa sensor kompas HMC5883L dan setelah mendeteksi arah mata
angin “Utara” maka LCD akan menampilkan titik koordinat letak depan posisi alat terhadap
arah mata angin “Utara”.
2. Sensor Kompas HMC5883L adalah sensor yang mendeteksi arah mata angin dengan cara
membaca medan magnet bumi.
3. Pada alat ini LCD 2x16 adalah sebagai tampilan karakter ouput berupa sudut letak arah mata
angin “Utara” terhadap arah depan alat.
6. REFERENSI
http://belajararm.blogspot.co.id/2015/01/pompa-air-otomatis-berbasis-arm.html
http://elektronika-dasar.web.id/lcd-liquid-cristal-display/
http://elq14.blogspot.co.id/2015/01/tentangled.html
 |
telah menempuh pendidikan formal di TK Tribakti, SDN Jatingaleh Dalam 01-02, MTs Futuhiyyah 2,
dan MAN 1 Semarang. Tahun 2014 penulis telah menyelesaikan pendidikan MAN. Pada tahun 2014
penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru dipoma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma
(D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (POLINES) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika,
Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.14.2.04. apabila ada kritik, saran dan
pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi penulis melalui email devi.annisa19@gmail.com.
Nama penulis Ridwan Adhi Pratama. Penulis dilahirkan di kota Boyolali, 4 Juli 1996. Penulis telah
menempuh pendidikan formal di TK LKMD Kopen, SD N Kopen 1, SMP N 1 Teras, dan SMKN 2
Surakarta. Tahun 2014 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2014 penulis
mengikuti seleksi mahasiswa baru dipoma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3)
di kampus Politeknik Negeri Semarang (POLINES) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika,
Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.14.2.16. apabila ada kritik, saran dan
pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi penulis melalui email ridprata@gmail.com.
boleh minta library HMC5883L nya?
BalasHapus