High Level Design

BLOCK DIAGRAM RANGKAIAN

blok_dia_tdsjpg.png

Gambar 3 : Block Diagram TDS Meter

 

 

Solution to be measured, adalah larutan yang akan diukur kadar TDS-nya

Sensor yang digunakan pada rangkaian ini adalah 2 probe biasa dengan jarak 1 cm yang fungsinya untuk mendapatkan nilai konduktansi suatu larutan.

Signal Processing, adalah rangkaian yang berfungsi untuk : pertama, memberikan sumber tegangan AC konstan pada probe agar pada larutan dapat terjadi aliran arus (sehingga dapat terukur konduktansi atau resistansinya). Fungsi kedua adalah untuk mengkonversi nilai konduktansi menjadi tegangan.

MicroController, digunakan untuk mengubah nilai tegangan (Analog) yang dihasilkan Signal Processing menjadi nilai bit-bit (Digital) dan mengkonversinya menjadi satuan TDS atau PPM.

LCD (Liquid Crystal Display), digunakan untuk menampilkan output dari MicroController sehingga dapat dibaca oleh user.

 

(Sumber tegangan yang digunakan pada rangkaian ini adalah +12V dan -12V)

 

 

Wien Bridge Oscilator

 

 

wien_bridge_oscilator.jpg

Gambar 4 : Wien Bridge Oscilator

 

Osilator Jembatan Wien (Wien Bridge Oscilator) biasa digunakan untuk membangkitkan frekuensi tanpa memerlukan sinyal input, dengan jangkauan frekuensi dari 5 Hz sampai kira-kira 1 MHz. Osilator ini menggunakan umpan balik negative dan umpan balik positif. Umpan balik positif di feed back melalui jaringan lead lag ke input non inverting, sedangkan umpan balik negative melalui pembagi tegangan ke input inverting.

 

Syarat yang harus dipenuhi untuk membangun rangkaian osilator jembatan wien ini adalah penentuan besarnya Resistor dan Kapasitor penentu frekuensi output. Harga dari R2 harus sama dengan R3, dan C1 harus sama dengan C2. Untuk selanjutnya kita sebut komponen penentu frekuensi ini masing-masing dengan R dan C.

 

Untuk rangkaian ini besarnya R dan C diatur sedemikian rupa sehingga frekuensi outputnya minimal sebesar 1 KHz. Sebab bila kurang dari 1 KHz maka akan menyebabkan rangkaian menjadi tidak stabil, akibatnya pembacaan menjadi tidak akurat dan terpengaruh waktu.

 

Untuk membentuk gelombang sinus yang benar-benar mulus, maka setiap kali pengukuran maka harus dipastikan variable resistor R4 dalam keadaan nol, kemudian sedikit semi sedikit diputar sehingga penguatannya = 1 dan amplitudo menjadi constant.

Zener yang digunakan adalah Zener 5,1 Volt. Vout yang keluar dari pin 1 IC Op-amp ini akan menghasilkan tegangan kurang lebih 20 Vpp.

 

Adapun frekuensi output dari rangkaian Osilator Jembatan Wien ini ditentukan dengan rumus sbb :

 

f. out = 1 / (2 phi R C)

= 1 / [2 (3,14) (1 x 103) (0,03 x 10-6)]

= 1 / [0,1884 x 10-3]

= 5,3 KHz

 

 

gambar-sinyal.jpg

Gambar 5 : Simulasi frek. output yang digenerate Wien Bridge Osc

Pada software MultiSim 2001

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Non Inverting Amp

 

 

loop-gain.jpg

Gambar 6 : Penguat Tak Membalik

 

Output yang berasal dari Osilator Jembatan Wien (yang telah dijelaskan sebelumnya) akan menjadi input untuk rangkaian Penguat Tak Membalik setelah sebelumnya masuk ke pembagi tegangan R6 dan R7. Tegangan input non inverting ini didapat dari tegangan R7. Yang besarnya dapat ditentukan dengan rumus pembagi tegangan :

 

VR7 = [R7 / (R6 + R7)] * Vin

= [1 x 103 / (1 x 103 + 1 x 105)] * 20

= [1 x 103 / (1,01 x 105)] * 20

= 0,009009.. * 20

= 0,198 V ≈ 0,2 V

 

Penguatan rangkaian Penguat Tak Membalik ini ditentukan oleh 2 resistor, yaitu resistor pada input inverting (Rin) dan resistor feedback (Rf). Pada rangkaian diatas, Rin didapat dari larutan yang diukur. Sederhananya (seperti yang sudah dijelaskan pada bagian sebelumnya), bahwa pada setiap larutan akan terdapat konduktansi. Dan jika ada konduktansi tentu akan ada Resistansi, karena resistansi adalah invers dari konduktansi.

 

R = 1 / G begitu pula sebaliknya G = 1 / R

 

Rumus penguatannya adalah : Av = (Rf / Rin) + 1

Vout = Av * Vin (pada input non inverting, dalam hal ini sama dengan VR7)

 

AC (Alternate Current) Signal to DC (Direct Current) Signal Converter

 

 

ac-to-dc-converter.jpg

Gambar 7 : AC to DC converter

 

Output yang dihasilkan oleh rangkaian sebelumnya (Penguat Tak Membalik) adalah sinyal sinusoida (AC). Seperti kita maklumi bersama, bahwa pengolahan sinyal menggunakan sinyal sinusioda adalah sulit dilakukan. Lebih mudah bagi kita untuk memproses sinyal digital. Sehingga mudah usntuk melakukan modifikasi ataupun yang lainnya. Maka untuk memenuhi hal tersebut, terlebih dahulu kita harus mengubah sinyal sinusoida (AC) yang merupakan output dari rangkaian penguat tak membalik menjadi sinyal DC murni agar bisa diproses oleh microcontroller.

 

Op-Amp U1C digunakan sebagai buffer agar rangkaian tidak mempengaruhi sinyal input. Sebab dengan rangkaian ini akan didapatkan impedansi input yang tinggi, dan sebaliknya impedansi output yang sangat rendah.

 

Dioda bridge digunakan untuk memisahkan sinyal positif (AC) dan sinyal negatifnya. Kedua sinyal ini masing-masing akan masuk ke input non inverting dan input inverting setelah sebelumnya di-regulasi oleh rangkaian regulator sederhana R11 dan C3.

 

Output akan keluar pada pin 14 dengan bentuk sinyal DC murni yang besar range dan offset-nya masing-masing diatur oleh variable resistor R9 dan R13.

ADC (Analog to Digital Converter)

 

Analog to Digital Converter yang digunakan sudah built in pada IC Microkontroller ATMega8535. ADC (Analog to Digital Converter) adalah sebuah interface yang dapat mengubah tegangan analog menjadi pulsa digital. Pada ADC 8 bit, rentang output yang dihasilkan adalah 2 pangkat 8 = 256. Tentunya untuk ADC 10 bit seperti yang built in pada microcontroller AVR ATMega8535 ini lebih besar lagi yaitu 2 pangkat 10 = 1024. Adapun rumus untuk menentukan hasil konversi ADC adalah sebagai berikut

 

Konversi_ADC = (vin/vref) * 1024

 

Pada rangkaian ini akan dibuat range pengukuran TDS mulai dari 0 ppm sampai dengan 2000 ppm. Tegangan referensi yang akan digunakan sebesar 4V. Jadi jika input ADC bernilai 4V maka maka akan setara dengan nilai 2000 ppm. Sehingga kenaikan TDS/PPM per 1 bitnya adalah sebesar :

 

Step_TDS = range / total bit = 2000 / 1024 = 1,953125

 

Misal, ketika tegangan Vin = 2V, maka untuk mengkonversinya ke PPM :

PPM = Step_TDS * Konversi_ADC

= 1,953125 * [(Vin/Vref) * 1024]

= 1,953125 * [(2/4) * 1024]

= 1,953125 * 512

= 1000

 

Walaupun pada microcontroller ATMega8535 ini sudah terdapat 8 channel ADC, namun pada rangkaian ini hanya akan digunakan 1 channel saja, yaitu PA0 (pin 40).

 

Pin 32 (AREF) terhubung dengan sebuah variable resistor R22 untuk meng-adjust tegangan Vref. Tegangan pada R22 ini harus dipastikan mencapai angka 4 Volt tepat agar pembacaan lebih akurat.

 

17 thoughts on “High Level Design”

  1. bagaimana modifikasi lain dari wien bridge, trims?
    ____________________________________________________________
    InsanSains says : banyak kok, yang jelas harus tetap oscilator sinus murni atau harmonic oscilator. Kalau mau baca-baca tentang oscilator jenis ini, ini link-nya http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_oscillator atau yang ini http://en.wikipedia.org/wiki/Harmonic_oscillator#Simple_harmonic_oscillator

  2. salam kenal.
    bagaiamana rangkaian jembatan wien apabila dibutukan keluaran 1V 1Khz
    __________________________________________________________________
    InsanSains says : ^_^ Sebenarnya keluaran dari jembatan Wien itu sekitar 85% dari Vp-p. Kalau mau dapetin frekuensinya, jelas dengan perkalian R dan C, tinggal diatur aja! sedangkan kalau mau tegangannya cuman 1 V, kayaknya tinggal pake voltage devider saja bukan? hehe…

  3. zulkarnaen said:

    pada rangkaian Wien Bridge Oscilator disana ada dua dioda ziner,aku mau tanya fungsi dipasang diode zener untuk apa?

  4. sory saya masih amatiran, untuk sine wave dari wien bridge oscilator itu pake opam apa saja type nya, karena karakter dari op amp kan beda beda, trus berapa jam atau puluh jam atau ratus jam untuk kestabilan frequency, seberapa besar pengaruh penurunan tegangan dan berapa besar pengaruhnya
    terimakasih.

  5. saya mau tanya ni ?
    JIKA UNTUK PENKONDISIAN TIDAK MENGUNAKAN SINYAL AC TAPI DC BISA G?
    JIKA TIDAK MENGUNAKAN PROBE TAPI MENGUNAKAN RESITOR BAGAIMANA?

  6. Mw tanya..,.

    Itu kan hasilnya tidak selalu bulat. untuk menampilkan ke LCD dengan nilai yang koma itu bagaimana. semisal diambil dari ADC nya…

  7. Maaf ternyata ga ada nilai koma

  8. pak ustat said:

    sebenarnya sih bukan begitu/? masak vc sama ground di gabunk,,nih aku punya kualifikasi converter yang bagus

  9. ass,
    maav saya mw minta tolong. .
    ada yg punya rangkaian jam digital dengan menggunakan ATMEGA 8535?
    saya baru menggunakan ini. .
    jika ada tolong kirim ke e-mail saya. .
    terimakasih. .

  10. mas.., saya sdang mencoba buat alat dan menggunakan sumber tgangan +12 dan -12…, saya bingung itu termasuk tegangan ac atau dc…, tolong minta rangkaian untuk sumber tegangannya dan penjelasannya mas..,

    terimakasih banyak mas..,

  11. mas, infonya cara menghitung ketidakpasti kalibrasi TDS, kira2 sumber2 apa ada, apa ada metode std, sperti ISO.., ASTM , apa dg manual alat

  12. saya mau tanya? apa arti dibadan dioda ziner bertuliskan b2 dan dioda tersebut mempunyai tegangan berapa?

  13. saya menggunakan sensor PH…bisa tidak memakai penguat rngkaian di atas dengan inputan’y lngsng dari output PH…
    trs nnti untuk keluaran’y bagaimana agar hasil dr pengukuran sensor bisa tampil d LCD…

  14. Mau tanya, cara menggunakan dan program konversi untuk sensor ph PR-03
    LUTRON bagaimana ya??

    untuk tugas..

    mohon bantuannya.

    kirim ke email saya fungkyking01@gmail.com

  15. rempet_maju said:

    mau bertanya,, ade ke cara ingin menggabungkan

    1. arduino unor3
    2. lcd
    3. rfid reader
    4. visual basic.

    sila emel sy kembali di rempet_maju@yahoo.com
    terima kasih…

  16. mas mau tanya..itu pake software ap untuk programnya ? bisa dikirim lewat email gak programnya ? inceakram39@gmail.com
    terima kasih….

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s