Wijayanto, VaniRachmad (2014) Pemanfaatan CPLD sebagai Pencacah Frekuensi Multikanal dengan Resolusi 0,5 Hz untuk Sensor QCM. Magister thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Sensor QCM adalah sensor yang terbuat dari bahan dasar kristal kuarsa yang memiliki frekuensi resonansi dengan nilai spesifik. Sensor QCM bekerja dengan prinsip memanfaatkan frekuensi resonansi dari kristal kuarsa yang mana akan terjadi pergeseran frekuensi resonansi saat terdapat massa yang terdeposisi pada permukaannya. Pada tahun 1959, Sauerbrey menunjukan besarnya perubahan atau pergeseran frekuensi yang dihasilkan sensor QCM sebanding dengan besarnya massa yang terdeposisi pada permukaannya (Sauerbrey, 1959). Frekuensi output dari sensor QCM dapat diukur dengan alat pengukur frekuensi atau disebut pencacah frekuensi. Pencacah frekuensi pada sistem pengukuran sensor QCM pada umumnya memiliki resolusi 1 Hz dan presisi ±1 Hz. Resolusi 1 Hz tersebut dikarenakan metode pencacahan yang digunakan adalah metode konvensional yaitu hanya mendeteksi transisi rising edge sinyal input selama selang waktu 1 s yang dikontrol dari sinyal detak 1 s. Sedangkan presisi ±1 Hz dikarenakan transisi dari sinyal detak 1 s dan transisi dari sinyal input tidak dapat disinkronisasikan. Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan menggunakan metode deteksi dual edge sebagai dasar membangun pencacah frekuensi (Sakti, 2014). Metode deteksi dual edge artinya mendeteksi atau mencacah adanya transisi rising edge dan falling edge dari sinyal input. Dengan menjumlahkan hasil pencacahan rising edge dan falling edge kemudian membaginya dengan dua maka akan didapatkan resolusi pencacahan adalah 0,5 Hz atau setiap setengah gelombang input. Secara tidak langsung, pencacah frekuensi dengan resolusi 0,5 Hz akan mampu menghasilkan presisi yang lebih tinggi apabila selang waktu pencacahan selama 1 s juga dapat dijaga konstan. Permasalahan lain pada pengukuran sensor QCM adalah membutuhkan waktu relatif lama yaitu beberapa menit hingga beberapa jam untuk satu kali proses pengukuran. Hal itu dapat diatasi dengan membangun pencacah frekuensi multikanal sehingga dapat melakukan proses pengukuran sensor QCM dalam jumlah banyak secara paralel dan simultan. Dalam penelitian ini telah berhasil dibangun pencacah frekuensi multikanal (4 kanal) 27 bit dengan metode dual edge untuk sistem pengukuran sensor QCM. Pencacah frekuensi tersebut dibangun menggunakan IC CPLD jenis CoolRunner-II XC2C512 yang merupakan CPLD dengan macrocell terbesar yang digabungkan dengan mikrokontroler PIC18F4550. CPLD sebagai IC utama digunakan untuk membangun desain pencacah digital rising edge dan falling edge. Selain itu juga dibangun pembagi frekuensi untuk membentuk sinyal detak 1 s. Proses penjumlahan hasil pencacahan rising edge dan falling edge dilakukan di dalam CPLD. Mikrokontroler berfungsi untuk melakukan proses pembagian hasil pencacahan dengan dua sehingga didapatkan resolusi 0,5 Hz. Mikrokontroler juga bertugas mengirimkaan data hasil cacahan tersebut ke PC melalui komunikasi USB. Pencacah frekuensi dual edge tersebut mampu mencacah hingga 27 bit atau ekuivalen dengan 134.217.728 Hz. Dengan frekuensi dasar sensor QCM yang digunakan adalah 10 MHz, kemampuan pencacah frekuensi tersebut sangat mencukupi untuk mencacah output dari sensor QCM. Hasil pengujian yang didapatkan menunjukan pencacah frekuensi dual edge memiliki resolusi 0,5 Hz dan mampu menghasilkan presisi hingga ±0,5 Hz. Selain itu, dengan input sinyal dari LCR-900 yang merupakan signal generator standart dari kristal rubidium dengan frekuensi output 10 MHz, pencacah frekuensi mampu mencacah nilai output LCR-900 tersebut dengan sangat akurat dengan nilai pencacahan yang berfluktuasi pada rentang nilai 10.000.000,0 Hz dan 10.000.000,5 Hz.
English Abstract
QCM sensor is a sensor made of quartz crystal which has a specific resonance frequency. QCM sensors work by utilizing principle of resonance frequency of quartz crystal which. resonance frequency of QCM sensor will shift when re is a mass deposited on its surface. In 1959, Sauerbrey showed change or shift of resonance frequency of QCM sensor is proportional to amount of mass deposited on its surface (Sauerbrey, 1959). output frequency of QCM sensor can be measured by frequency counter. Frequency counter for measuring output of QCM sensor generally has a resolution of 1 Hz and a precision of ± 1 Hz. A resolution of 1 Hz is produced by conventional method of frequency counter. conventional method only counts rising edge transition of input signal during 1 second interval. 1 s interval is produced by 1 second time based. A precision of ± 1 Hz due to transition of 1 s time gate and transition of input signal cannot be synchronized. This problem can be solved by using a dual edge detection method as a basis to build a frequency counter (Sakti, 2014). Dual edge method means detection of rising edge and falling edge transition of input signal. By summing results of rising edge and falling edge counted n dividing by two, it will gets a 0.5 Hz resolution of frequency counter or a half-wave input. Indirectly, frequency counter with resolution of 0.5 Hz will be able to produce higher precision when 1 s interval can be kept constant. Ano r issue of QCM sensor is measurements processes takes a long time is a few minutes up to several hours for each process measurements. It can be solved by building a multichannel frequency counter, so QCM sensor measurements in large quantities can be done by parallel and simultaneously measurements. In this work has successfully built dual edge 27 bits multichannel (4 channels) frequency counter for QCM sensor measurement system. frequency counter was implemented by CPLD XC2C512 CoolRunner-II which is largest macrocell on CPLD and combined with a microcontroller PIC18F4550. CPLD is used as main IC designed for building a digital counter rising edge and falling edge. It is also used to build a frequency divider that generates 1 second time based. A summing process rising edge and falling edge counted is done in CPLD. result of summing data is transferred from CPLD to microcontroller by parallel communication. Microcontroller serves to divide summing data by two to get a resolution of 0.5 Hz. last job of microcontroller is to transfer final data process to PC by USB communication. dual edge frequency counter is capable to count up to 27 bits or equivalent 134,217,728 Hz. fundamental frequency QCM sensor used in this work is 10 MHz, so frequency counter capability was sufficient to count output frequency of QCM sensor. Test results obtained showed dual edge frequency counter has a resolution of 0.5 Hz and a precision of ± 0.5 Hz. A signal input that generates from a crystal rubidium standard signal generator LCR-900 which is 10 MHz output frequency, a dual edge frequency counter is capable to count output frequency of LCR-900 was very accurate with result of counting is fluctuates in range of 10,000,000.0 Hz and 10,000,000.5 Hz.
| Item Type: | Thesis (Magister) |
|---|---|
| Identification Number: | TES/629.895/WIJ/p/041405973 |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 629 Other branches of engineering > 629.8 Automatic control engineering |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Matematika, Fakultas MIPA |
| Depositing User: | Endro Setyobudi |
| Date Deposited: | 30 Sep 2014 14:45 |
| Last Modified: | 30 Sep 2014 14:45 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/158895 |
Actions (login required)
 |
View Item |