Aplikasi Pengukur Ketinggian Air Mengunakan Modul Sensor InfraRed Object Detector

Aplikasi Pengukur Ketinggian Air Mengunakan Modul Sensor InfraRed Object Detector

Pada tempat-tempat penampungan air seringkali diperlukan suatu mekanisme untuk mengetahui ketinggian permukaan air. Seringkali mekanisme tersebut masih berupa cara-cara manual, semisal dengan melihat dan melakukan pengukuran langsung pada tempat penampungan air tersebut. Mungkin cara tersebut merupakan cara yang paling sederhana dan gampang, tetapi akan sedikit sulit jika misalnya letak penampungan air tersebut sulit dijangkau manusia, misalnya diatas atap bangunan atau jika malam hari dan penerangan sekitar penampungan tersebut kurang. Sehingga kadang-kadang diperlukan suatu mekanisme pengukur ketinggian permukaan air secara otomatis, salah satunya dengan membuat semacam sensor pengukur ketinggian air. Sensor ini kemudian dipasangkan pada penampung air teresebut. Tampilan untuk melihat hasil pengukuran sensor tersebut tidak perlu dekat dengan sensor, dapat ditempatkan di tempat lain sesuai kebutuhan, sehingga hasil pengukuran dapat dilihat setiap saat dengan mudah.
Banyak macam cara yang dapat digunakan untuk mengukur ketinggian permukaan air, pada aplikasi yang akan dicontohkan kali ini cara yang digunakan untuk membuat semacam sensor pengukur ketinggian air yaitu dengan menggunakan pelampung dan sensor pengukur jarak. Cara ini dapat digunakan jika ukuran tinggi maksimal permukaan air adalah tetap dan telah diketahui nilainya dengan pasti, misalnya pada tandon air.
Pada prinsipnya dengan mengukur selisih ketinggian antara batas tinggi maksimal permukaan air dengan posisi ketinggian pelampung maka tinggi permukaan air dapat diketahui. Untuk mengukur selisih ketinggian antara tinggi maksimal permukaan air dengan posisi ketinggian pelampung digunakan sensor pengukur jarak, karena selisih ketinggian antara tinggi maksimal permukaan air dengan posisi ketinggian pelampung adalah sama dengan jarak antara batas maksimal permukaan air dengan posisi pelampung yang akan diukur.
Sehingga dengan menempatkan sensor pengukur jarak pada posisi batas maksimal ketinggian air, maka jarak yang terukur antara sensor dengan pelampung adalah sama dengan selisih ketinggian air maksimum dengan ketinggian pelampung. Jika ketinggian air maksimum adalah tetap dan pasti nilainya, maka dengan mengurangkan nilai tersebut dengan nilai selisih ketinggian pelampung, maka ketinggian air dapat diketahui. Untuk memperjelas sebagai contoh adalah seperti pada gambar 1:
Seperti contoh pada gambar 1, misalkan tinggi maksimum permukaan air adalah (T) = 100cm, dan jarak antara posisi tinggi maksimum dengan posisi pelampung adalah (t) = 30cm, maka tinggi permukaan air adalah (tair) =T – t =100–30=70cm. Karena sensor pengukur jarak yang akan dipergunakan menggunakan metode pantulan cahaya infra merah, maka pada pelampung diberi lapisan sebagai pemantul cahaya infra merah sensor. Untuk mengurangi gangguan maka pelampung dan sensor ditempatkan pada sebuah tabung silinder yang tertutup, dengan sebuah lubang pada dasarnya sebagai tempat air masuk. Tabung ini juga berfungsi sebagai semacam tempat pelampung agar dapat bergerak naik turun mengikuti perubahan ketinggian permukaan air. Dari penjelasan diatas maka dengan hanya menggunakan sebuah sensor pengukur jarak maka ketinggian air dapat diukur.
Sensor pengukur jarak yang digunakan adalah modul sensor InfraRed Object Detector, yaitu modul sensor pendeteksi benda dengan menggunakan infra merah. Modul ini menggunakan rangkaian sensor yang telah berbentuk modul jadi siap pakai, dengan cara penggunaan yang relatif mudah dan mempunyai ukuran yang cukup kecil, sehingga dapat menghemat tempat dan praktis untuk untuk digunakan. Salah satu bentuk aplikasi dari modul sensor ini adalah sebagai modul sensor pengukur jarak.
Modul-modul yang digunakan pada aplikasi pengukur ketinggian air ini adalah modul sensor InfrRed Object Detector, modul OP-01, modul ADC0809, modul DST-52 dan modul LCD. Seperti yang telah dijelsakan diatas, jarak yang akan diukur adalah jarak antara obyek (pelampung) dengan sensor. Prinsip kerja dari aplikasi ini adalah mendeteksi keberadaan obyek didepan sensor yaitu pelampung, mengukur berapa jauh jarak obyek tersebut, kemudian dari hasil pengukuran dilakukan penghitungan untuk mendapatkan posisi ketinggian air.
Jarak obyek (pelampung) dengan sensor dapat dihitung dengan mengukur besarnya tegangan output pada sensor InfraRed Object Detector. Output dari sensor adalah berupa tegangan DC. Semakin dekat jarak obyek dengan sensor maka semakin tinggi pula tegangan yang dikeluarkan oleh output sensor. Besarnya tegangan pada output sensor akan diperbarui secara terus-menerus kira-kira setiap 32ms sekali.
Nilai perubahan tegangan output sensor terhadap perubahan jarak obyek adalah seperti yang terdapat pada gambar 2 grafik respon sensor, yaitu grafik yang menunjukkan besarnya tegangan output sensor sesuai dengan jarak obyek yang terukur. Tegangan output sensor tersebut diumpankan ke modul ADC0809. Sebelum diumpankan ke input modul ADC, tegangan output sensor tersebut terlebih dahulu diatur tegangan offset nol nya dan diperkuat sebagai proses kalibrasi.
Untuk pengaturan tegangan offset dan penguatan menggunakan modul OP-01. Sebagai pengatur tegangan offset menggunakan rangkaian Op Amp sebagai substractor, dimana tegangan output dari sensor dikurangkan dengan tegangan referensi sampai tegangan pada output substractor mencapai level 0. Pengurangan tegangan ini dimaksudkan untuk mengkalibrasi titik 0 output sensor. Kemudian tegangan dari output rangkaian substracktor ini diperkuat menggunakan rangkaian Op Amp sebagai penguat non-inverting. Tingkat penguatan pada rangkaian ini dapat diatur sesuai dengan kebutuhan, pada aplikasi kali ini tingkat penguatan yang dipakai adalah 1x. Contoh gambar rangkaian cara menghubungkan sensor dengan rangkaian pengatur tegangan offset dan penguat dengan menggunakan modul OP-01 adalah seperti pada gambar 3 dan 4.
Setelah output sensor diperkuat, kemudian diumpankan ke modul ADC0809 yang berguna untuk mengkonversi analog ke digital. Dari output biner hasil konversi modul ADC0809 inilah, jarak obyek (pelampung) terhadap sensor dapat diketahui. Karena tegangan referensi ADC yang digunakan adalah 5VDC maka resolusi ADC adalah sebesar 0,0196V. Jadi setiap terjadi perubahan pada input ADC sebesar 0.0196V maka pada output terjadi perubahan data sebesar 1 bit.
Dari data digital output ADC, kemudian disesuaikan dengan grafik pada gambar 2, maka jarak obyek (pelampung) dengan sensor dapat diketahui. Misalnya output dari ADC adalah bernilai 0x49H, maka tegangan output sensor adalah:

Hasil Konversi ADC: 0x49H = 73 desimal
Tegangan Output Sensor : 73 x 0,019V = 1,387V

Jika tegangan output sensor telah diketahui sebesar1,387V, maka sesuai dengan grafik pada gambar 1, jarak obyek (pelampung) terhadap sensor adalah sekitar 20cm. Hasil konversi dari modul ADC0809 ini kemudian diumpankan ke modul DST-52, untuk proses menghitung tinggi permukaan air.
Sesuai dengan penjelasan diatas, jika jarak antara tinggi permukaan air maksimum dengan permukaan air telah diketahui, maka ketinggian permukaan air dapat dihitung. Seperti pada contoh diatas, sesuai dengan gambar 1, jika dengan pengukuran diketahui jarak antara batas tinggi maksimum (sensor) dengan pelampung (t) adalah sebesar 20cm, dan ketinggian maksimal permukaan air dari dasar (T) adalah 100cm, maka ketinggian permukaan air dari dasar (tair) adalah tair=T-t=100-20=80cm. Hasil perhitungan ketinggian air ini kemudian ditampilkan pada modul LCD. Contoh program pengambilan data dari modul ADC0809 adalah seperti pada potongan program 1.
Pertama-tama modul ADC diperintahkan untuk mulai proses konversi, yaitu dengan memberi perintah menulis data ke memori eksternal dengan alamat data adalah alamat modul ADC, dalam hal ini adalah 0800H, seperti pada potongan program 1 baris 4. Kemudian menunggu proses konversi, lalu data diambil dengan memberi perintah membaca data dari memori eksternal dengan alamat data adalah alamat ADC. Data hasil konversi kemudian disimpan pada Accumulator, seperti pada potongan program 1 baris 8.
Setelah data diperoleh dilanjutkan dengan proses penghitungan tinggi air, seperti pada contoh potongan program 2. Data hasil konversi ADC ini kemudian dirubah menjadi data jarak sensor dengan pelampung. Untuk memudahkan, data jarak tersebut telah ditabelkan terlebih dahulu, baru kemudian isi tabel tersebut dibaca sesuai dengan nilai konversi ADC, seperti pada potongan program 2 baris 4. Hasil pembacaan tabel jarak tersebut kemudian disimpan pada variabel jarak, seperti pada potongan program 2 baris 5. Kemudian setelah jarak sensor dengan pelampung diketahui, maka selanjutnya adalah proses perhitungan tinggi air dengan rumus:

tair=T-t

Seperti pada potongan program 2 baris 7 dan 8, nilai T disimpan pada Accumulator, lalu nilai Accumulator tersebut dikurangi dengan nilai yang disimpan pada variabel JARAK, yaitu nilai t, hasil pengurangan ini adalah nilai ketinggian air yang diukur (tair), dan disimpan pada Accumulator. Nilai ketinggian air ini kemudian disimpan pada variabel TINGGIAIR dan kemudian ditampilkan pada modul LCD.
AsoB 050505, Delta Electronic.

Potongan Program 1
1. ADC:
2. 2. MOV DPTR,#0800H
3. 3. MOV A,#00H
4. 4. MOVX @DPTR,A
5. 5. JB INT0,*
6. 6. ACALL DELAY
7. 7. MOV A,#00H
8. 8. MOVX A,@DPTR
9. 9. RET

Potongan Program 2
1. 1. HITUNG_JARAK_TINGGI:
2. 2. AMBIL_TABEL_JARAK:
3. 3. MOV DPTR,#TABEL_JARAK
4. 4. MOVC A,@A+DPTR
5. 5. MOV JARAK,A
6. 6. CLR C
7. 7. MOV A,TINGGITEMPAT
8. 8. SUBB A,JARAK
9. 9. MOV TINGGIAIR,A
10. 10. RET



Gambar 1


Gambar 2


Gambar 3


Gambar 4


.DATA
Org 60H

JARAK DS 1
TINGGIAIR DS 1
TINGGITEMPAT DS 1



.CODE



ASCII_Out EQU 00CBH
;Mengirim data ke port serial dalam 2 byte ASCII
;- Akumulator diisi dengan data yang akan dikirim

Out_DPTR EQU 00D4H
;Mengirim nilai DPTR dalam bentuk 4 byte ASCII ke port serial

Enter_Code EQU 00DFH
;Mengirim kode ke port serial

Init_Serial EQU 00ECH
;Inisialisasi Port Serial 9600 bps

Serial_Out EQU 00FCH
;Kirim nilai akumulator ke port serial

Serial_In EQU 010EH
;Ambil data dari port serial dan simpan di akumulator

KirimPesan_Serial EQU 0116H
;Kirim data di alamat yang ditunjuk oleh DPTR hingga data 0F
;- DPTR diisi dengan alamat dari data yang akan dikirim
;- Memori yang diakses adalah memori CODE/PROGRAM

;=============
;HD44780
;=============
GeserDisplay_Kanan EQU 05BDH
;Menggeser tampilan LCD HD44780 ke kanan

GeserDisplay_Kiri EQU 05C4H
;Menggeser tampilan LCD HD44780 ke kiri

Posisi_Awal EQU 05CBH
;Mengatur posisi cursor LCD ke posisi awal

GeserCursor_Kiri EQU 05D2H
;Menggeser Cursor LCD ke kiri

GeserCursor_Kanan EQU 05D9H
;Menggeser Cursor LCD ke kanan

KirimPesan_LCD EQU 05E0H
;Mengirim data di alamat yang ditunjuk oleh DPTR ke LCD hingga data 0F
;- DPTR diisi dengan alamat awal data yang dikirim
;- Akhir data adalah 0FH

Init_LCD EQU 05ECH
;Inisialisasi LCD

Kirim_Perintah EQU 062BH
;Mengirim data ke register perintah LCD
;- Data diisi di akumulator

Kirim_Karakter EQU 064AH
;Mengirim data ke register data LCD
;- Data diisi di akumulator

Baris2 EQU 0654H
;Memindah posisi cursor ke baris 2

ROM EQU 2000H


ORG ROM ;Reset Vector
LJMP START ;
ORG ROM+3H ;External Interrupt 0 Vector
RETI ;
ORG ROM+0BH ;Timer 0 Interrupt Vector
RETI ;
ORG ROM+13H ;External Interrupt 1 Vector
RETI ;
ORG ROM+1BH ;Timer 1 Interrupt Vector
RETI ;
ORG ROM+23H ;Serial Interrupt Vector
RETI ;

ADC:
MOV DPTR,#0800H
MOV A,#00H
MOVX @DPTR,A
JB INT0,*
ACALL DELAY
MOV A,#00H
MOVX A,@DPTR
RET

HITUNG_JARAK_TINGGI:
AMBIL_TABEL_JARAK:
MOV DPTR,#TABEL_JARAK
MOVC A,@A+DPTR
MOV JARAK,A
CLR C
MOV A,TINGGITEMPAT
SUBB A,JARAK
MOV TINGGIAIR,A
RET

HEX2DEC:
MOV B,#10
DIV AB
SWAP A
ANL A,#0F0H
ORL A,B
RET


TAMPILKAN_HASIL:
LCALL POSISI_AWAL
MOV DPTR,#TAMPILAN_JARAK
LCALL KIRIMPESAN_LCD
MOV A,JARAK
ACALL HEX2DEC
PUSH A
LCALL ASCII_OUT
POP A
PUSH A
ANL A,#0F0H
SWAP A
ADD A,#30H
LCALL KIRIM_KARAKTER
POP A
ANL A,#0FH
ADD A,#30H
LCALL KIRIM_KARAKTER
MOV DPTR,#TAMPILAN_CM
LCALL KIRIMPESAN_LCD
LCALL BARIS2
MOV DPTR,#TAMPILAN_TINGGI
LCALL KIRIMPESAN_LCD
MOV A,TINGGIAIR
ACALL HEX2DEC
PUSH A
ANL A,#0F0H
SWAP A
ADD A,#30H
LCALL KIRIM_KARAKTER
POP A
ANL A,#0FH
ADD A,#30H
LCALL KIRIM_KARAKTER
MOV DPTR,#TAMPILAN_CM
LCALL KIRIMPESAN_LCD
RET

DELAY:
PUSH B
MOV B,#0FFH
DJNZ B,*
POP B
RET


START:
LCALL INIT_SERIAL
LCALL INIT_LCD
MOV TINGGITEMPAT,#100

LOOP:
ACALL ADC
ACALL HITUNG_JARAK_TINGGI
ACALL TAMPILKAN_HASIL
LCALL DELAY_1DETIK
MOV A,#' '
LCALL SERIAL_OUT
SJMP LOOP



TAMPILAN_JARAK:
DB 'Jarak:',0FH

TAMPILAN_TINGGI:
DB 'Tinggi Air:',0FH

TAMPILAN_CM:
DB 'cm',0FH


TABEL_JARAK:
DB 80,80,80,80,80,80,80,80,80,80,80 ;10
DB 80,80,80,80,80,80,80,80,80,80 ;20
DB 80,80,80,75,75,75,70,65,60,60 ;30
DB 55,55,50,50,50,50,45,45,40,40 ;40
DB 40,40,40,40,40,40,35,35,35,35 ;50
DB 35,35,30,30,30,30,30,30,30,25 ;60
DB 25,25,25,25,25,25,25,25,25,25 ;70
DB 25,25,20,20,20,20,20,20,20,20 ;80
DB 20,20,20,18,18,18,18,18,18,18 ;90
DB 18,16,16,16,16,16,16,16,16,14 ;100
DB 14,14,14,14,14,14,14,14,14,14 ;110
DB 14,14,12,12,12,12,12,12,12,12 ;120
DB 12,12,12,12,12,12,10,10,10,10 ;130
DB 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10 ;140
DB 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10 ;150
DB 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10 ;160
DB 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10 ;170
DB 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10 ;180
DB 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10 ;190
DB 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10 ;200
DB 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10 ;210
DB 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10 ;220
DB 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10 ;230
DB 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10 ;240
DB 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10 ;250
DB 10,10,10,10,10