Eksperimen Mikrokontroler (kapasitansi Meter Digital Manual)

Eksperimen Mikrokontroler Kapasitansi meter digital (Versi manual) Zainal Abidin1) 1)

Divisi Sistem Mikrokontroler, PLATOGEOSAINS Meteorologi, FITB – ITB – Indonesia

Kamis, 19 November 2009

Kapasitansi meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kapasitansi (listrik) suatu bahan. Kapasitansi (listrik) suatu bahan menunjukkan kemampuan bahan tersebut dalam menyimpan muatan listrik. Semua bahan/material yang mempunyai kemampuan tersebut disebut kapasitor. Aplikasi dari alat ini adalah sebagai pengukur kapasitansi kapasitor dan pengukur kapasitansi sensor kapasitif. Kapasitansi meter digital yang akan dibuat pada eksperimen ini masih dalam versi manual. Ini berarti untuk mendapatkan nilai kapasitansi suatu bahan/kapasitor, kapasitansi meter ini harus dilakukan pengaturan terlebih dahulu secara manual (kendali manusia masih berperan pada proses pengukuran). Kapasitansi meter digital versi manual tersebut hanya dapat mengukur kapasitansi sebanyak satu kali. Jika menginginkan pengukuran kembali terhadap kapasitor (yang sama), kapasitor tersebut harus dihubung-singkat terlebih dahulu, yaitu kutub positif (+) kapasitor dihubungkan dengan ground. Terdapat beberapa metode pengukuran kapasitansi. Metode integrasi waktu merupakan salah satunya. Metode ini dipilih karena sederhana dan menguntungkan. Beberapa keuntungannya yaitu: data digital dapat diperoleh secara langsung karena metode ini berdasarkan pengukuran waktu menggunakan timer mikrokontroler, rangkaian analog yang akurat tidak diperlukan dan kalibrasi dapat dilakukan dengan mudah menggunakan mikrokontroler. Pengukuran kapasitansi menggunakan metode integrasi waktu berhubungan dengan peristiwa pengisian dan pengosongan muatan (listrik) kapasitor. Arus pada kapasitor mengecil terhadap waktu sehingga dinamakan arus transien, yaitu arus yang hanya timbul sebentar. Rangkaian utama kapasitansi meter ini adalah sebagai berikut: PLATOGEOSAINS | Eksperimen Mikrokontroler

1

Gambar 1 Rangkaian kapasitansi meter digital versi manual dengan metode integrasi waktu C (Farad) adalah kapasitor yang ingin diketahui nilainya, sedangkan R (Ω) ( merupakan resistor yang mengatur lamanya pengisian kapasitor. Rangkaian RC tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan Vcc (= 5.09 Volt). Arus akan mengisi muatan (listrik) ke kapasitor. Pada suatu saat t,, kapasitor yang mula-mula mula mula kosong terisi penuh dengan muatan mengikuti formula berikut:

PLATOGEOSAINS | Eksperimen Mikrokontroler

2

t

Vc tVcc 1-e-RC  Volt, dimana t waktu (detik). Vc tegangan kapasitor (Volt) dan e bilangan Napier (~2.72). t

Menurut formula diatas terlihat bahwa ketika t = (RC) detik, Vc RCVcc 1-e-RC  Volt. Vc RC ini dapat digunakan sebagai acuan (Vref), jadi Vref = Vc(RC) Volt. Sehingga jika Vc dihubungkan dengan input membalik, yaitu pin 2 dari LF353P dan tegangannya melebihi Vref, maka output komparator analog tersebut low (0). Output komparator analog mula-mula bernilai 1 (high) akibat Vref > Vc. Perubahan kondisi ini dapat digunakan sebagai pemicu timer pada mikrokontroler. Penulis ingin mengetahui berapa lama waktu yang diperlukan kapasitor untuk mencapai t

tegangan Vc Vcc 1-e-RC  Volt. Hal ini berarti mengukur waktu antara Vcc (0) hingga Vcc (RC). Untuk mempermudah eksperimen, penulis membuat program berikut: FLOWCHART Mulai

KODE #include (mega8535.h) #include (stdio.h) unsigned long int count = 0; interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) { count++; }

Deklarasi variabel Konfigurasi port

1

void main (void) { //PORTA PORTA=0×00; DDRA=0×00; ………………. //USART UCSRA=0x00; UCSRB=0x18; UCSRC=0x86; UBRRH=0x00; UBRRL=0x0C; ………………. #asm("sei") PLATOGEOSAINS | Eksperimen Mikrokontroler

3

while (1) {

1

while (PINA.0 = = 1);

PA0=1?

T Y Timer 0 dihidupkan

TCCR0 = 0×01;

PA0=0?

while (PINA.0 = = 0);

T Y

printf(“%d:%d\r\n”,count,TCNT0);

Menampilkan count dan TCNT0

Timer 0 dimatikan

TCCR0 = 0×00;

TCNT0 = 0×00;

Reset Timer 0

}; };

Pada eksperimen ini, penulis memilih menggunakan resistor yang berukuran kecil dengan daya lesap maksimum 0.25 Watt. Sehingga jika Vcc = 5.09 Volt, maka R

V2 P

52

 0.25 100 Ω. Hasil

eksperimen mikrokontroler sebelumnya (timer) menunjukkan bahwa tmaks timer 0 = 4.18 detik, jadi  

C 

. 

maksimum

yang

dapat

terukur

oleh

sistem

mikrokontroler

sebesar

Farad  41.800 µF.

Sedangkan ketelitian kapasitansi meter ini adalah

()* +,- .,/. 



.012 34 

Farad  25 pF.

PLATOGEOSAINS | Eksperimen Mikrokontroler

4

Selanjutnya kapasitansi meter diuji fungsinya menggunakan beberapa kapasitor. Sebelum dilakukan pengujian, kapasitor-kapasitor tersebut dipastikan dalam keadaan baik (tidak bocor). Kebocoran kapasitor dapat diketahui dari dua jenis pengujian, yaitu: 1. Pengujian resistansi (“self discharging”) a) Pengosongan kapasitor dengan mempertemukan kedua kaki kapasitor selama 5-10 detik. Khusus untuk kapasitor elektrolit yang bertegangan besar, gunakan resistor 100 Ω supaya tidak muncul loncatan bunga api. b) Hubungkan kapasitor dengan Ohmmeter. Kapasitor yang masih dalam keadaan baik, nilai resistansinya menuju tak terhingga dan tidak turun.. Untuk kapasitor non-polar lakukan secara bolak-balik dan sesuai kutubnya untuk kapasitor polar. 2. Pengujian muatan a) Hubungkan kapasitor dengan sumber tegangan. b) Ukur tegangan kapasitor dengan Voltmeter. Ketika Vkapasitor ≤ Vsumber

tegangan,

lepas

kapasitor dan Voltmeter. c) Ukur kembali tegangan kapasitornya, jika kapasitor masih dalam keadaan baik Vkapasitor ≤ Vsumber tegangan. Setelah

dilakukan

pemeriksaan

terhadap

9

kapasitor

uji,

sekarang

saatnya

membandingkan hasil perhitungan dengan pengukuran yang ditampilkan pada Tabel 1.

No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tabel 1 Hasil perhitungan dan pengukuran terhadap kapasitor uji Perhitungan Pengukuran Cbadan (F) R (Ω) t (dtk) No. count TCNT0 t (dtk) 4.7E-11 1.00E-10 1.00E-09 1.00E-07 1.00E-06 1.00E-08 1.00E-07 1.00E-06 2.20E-06

100 100 100 100 100 100 100 100 100

4.7E-09 1E-08 0.0000001 0.00001 0.0001 0.000001 0.00001 0.0001 0.00022

C (F)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

PLATOGEOSAINS | Eksperimen Mikrokontroler

5

Bersambung ……

PLATOGEOSAINS | Eksperimen Mikrokontroler

6