dahlan sitompul Laporan sistem pengendalian dan pemantauan suhu boiler berbasis mikrokontroler atmega8.pdf

1

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM PENGENDALIAN DANPEMANTAUAN SUHU BOILER BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA8

ARIF SYAHWAN HARAHAP 131421070HELBERT SINAGA 131421097HERVERY DIKXON SIHOMBING 131421098DICKHY SIREGAR 131421100

PROGRAM STUDI S1 ILMU KOMPUTER EKSTENSIDEPARTEMEN ILMU KOMPUTER

FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGIINFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN2013

2

Sistem Minimum Arduino

Arduino adalah board berbasis mikrokontroler. Board ini memiliki 14

digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6

input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol reset. Pin-

pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, hanya

terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tegangan bisa didapat

dari adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya. Board Arduino Uno

memiliki fitur-fitur seperti pinout tambahan SDA dan SCL pin yang dekat ke pin

AREF dan dua pin baru lainnya ditempatkan dekat ke pin RESET, dengan IO

REF yang memungkinkan sebagai buffer untuk beradaptasi dengan tegangan yang

disediakan oleh board sistem. Oleh karena itu, sistem akan lebih kompatibel

dengan prosesor yang menggunakan AVR, yang beroperasi dengan 5V dan

dengan 3.3V. Kedua pin tersebut dapat digunakan sebagai output supply.

Gambar 2.1 Board Arduino Uno

3

Gambar 2.2 Kabel USB Board Arduino Uno

Deskripsi Arduio UNO:

Tabel 2.1 Deskripsi Arduino UnoMikrokontroller Atmega8

Operasi Voltage 5 Volt

Input Voltage 7-12 Volt (Rekomendasi)

Input Voltage 6-20 Volt (Limits)

I/O 14 pin (6 pin untuk PWM)

Arus 50 mA

Flash Memori 8 KB

Bootloader SRAM 2 KB

EEPROM 1 KB

Kristal 16 MHz

Mikrokontroler ATMega8

Mikrokontroler adalah suatu chip yang merupakan suatu rangkaian

terintegrasi/Integrated Circuit (IC), digunakan sebagai pengontrol utama system

elektronika. Keunggulan mikrokontroler dibandingkan dengan mikroprosesor

yaitu lebih murah dan didukung dengan software compiler yang sangat beragam.

Di dalam chip tersebut sudah terdapat CPU, ROM (Read Only Memori), RAM

(Random Access Memori), Input-Output, Clock dan fasilitas pendukung lainnya.

Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor) adalah

mikrokontroler RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8 bit berdasarkan

arsitektur Harvard, yang dibuat oleh Atmel pada tahun 1996. AVR memiliki

keunggulan dibandingkan dengan mikrokontroler lain, keunggulannya AVR yaitu

memiliki kecepatan eksekusi program yang lebih cepat, karena sebagian besar

4

dieksekusi dalam 1 siklus clock, lebih cepat dibandingkan MCS851 yang

membutukan 12 siklus clock untuk mengeksekusi 1 instruksi.

Gambar 2.3 Mikrokontroler ATMega8

Secara unum AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga

ATTiny, keluarga AT90xx, keluarga ATMega dan keluarga

AT89RFxx.Perbedaan dari masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan

fungsinya.

Arsitektur ATMega8

Blok diagram dari mikrokontroler ATMega8 diperlihatkan pada gambar di

bawah ini.

5

Gambar 2.4 Blok Diagram Mikrokontroler ATMega8

6

Peta Memori

ATmega8 memiliki dua ruang memori utama, yaitu memori data dan

memori program. Selain dua memori utama, ATmega8 juga memiliki fitur

EEPROM yang dapat digunakan sebagai penyimpan data.

Flash Memory

ATmega8 memiliki flash memory sebesar 8 Kbytes untuk memori

program. Karena semua instruksi AVR menggunakan 16 atau 32 bit, maka AVR

memiliki organisasi memori 4 Kbyte x 16 bit dengan alamat dari $000 hingga

$FFF. Untuk keamanan software, memori flash dibagi mejadi dua bagian, yaitu

Boot Program dan bagian Application program. AVR tersebut memiliki 12 bit

Program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi flash memori.

SRAM

ATmega8 memiliki 608 alamat memori data yang terbagi menjadi 3

bagian, yaitu 32 buah register file, 64 buah IO register dan 512 byte internal

SRAM.

EEPROM

ATmega8 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8 bit sebesar 512

byte.

Register (SREG)

Register SREG digunakan untuk menyimpan informasi dari hasil operasi

aritmatika yang terakhir. Informasi-informasi dari register SREG dapat digunakan

untuk mengubah alur program yang sedang dijalankan dengan menggunakan

instruksi percabangan. Data SREG akan selalu akan berubah setiap instruksi atau

operasi pada ALU dan datanya tidak otomatis tersimpan apabila terjadi instruksi

percabangan baik karena interupsi maupun lompatan.

7

Status Register

Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap

operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan

bagian dari inti CPU mikrokontroler.

Konfigurasi Pin ATMega8

Gambar 2.5 Konfigurasi Pin ATMega8

ATmega8 memiliki 28 pin, yang masing-masing pinnya memiliki fungsi

yang berbeda-beda baik sebagai port maupun fungsi yang lainnya. Berikut akan

dijelaskan fungsi dari masing-masing kaki ATmega8.

VCC

Merupakan supply tegangan digital.

GND

Merupakan ground untuk semua komponen yang membutuhkan grounding.

8

Port B (PB7...PB0)

Didalam Port B terdapat XTAL1, XTAL2, TOSC1, TOSC2. Jumlah Port B

adalah 8 buah pin, mulai dari pin B.0 sampai dengan B.7. Tiap pin dapat

digunakan sebagai input maupun output. Port B merupakan sebuah 8-bit bi-

directional I/O dengan internal pull-up resistor. Sebagai input, pin-pin yang

terdapat pada port B yang secara eksternal diturunkan, maka akan

mengeluarkan arus jika pull-up resistor diaktifkan. Khusus PB6 dapat

digunakan sebagai input Kristal (inverting oscillator amplifier) dan input ke

rangkaian clock internal, bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan

untuk memilih sumber clock. Sedangkan untuk PB7 dapat digunakan sebagai

output Kristal (output oscillator amplifier) bergantung pada pengaturan Fuse

bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Jika sumber clock yang

dipilih dari oscillator internal, PB7 dan PB6 dapat digunakan sebagai I/O atau

jika menggunakan Asyncronous Timer/Counter2 maka PB6 dan PB7 (TOSC2

dan TOSC1) digunakan untuk saluran input timer.

Port C (PC5…PC0)

Port C merupakan sebuah 7-bit bi-directional I/O port yang di dalam masing-

masing pin terdapat pull-up resistor. Jumlah pin nya hanya 7 buah mulai dari

pin C.0 sampai dengan pin C.6. Sebagai keluaran/output port C memiliki

karakteristik yang sama dalam hal menyerap arus (sink) ataupun

mengeluarkan arus (source).

RESET/PC6

Jika RSTDISBL Fuse diprogram, maka PC6 akan berfungsi sebagai pin I/O.

Pin ini memiliki karakteristik yang berbeda dengan pin-pin yang terdapat pada

port C lainnya. Namun jika RSTDISBL Fuse tidak diprogram, maka pin ini

akan berfungsi sebagai input reset. Dan jika level tegangan yang masuk ke pin

ini rendah dan pulsa yang ada lebih pendek dari pulsaminimum, maka akan

menghasilkan suatu kondisi reset meskipun clock-nya tidak bekerja.

Port D (PD7…PD0)

Port D merupakan 8-bit bi-directional I/O dengan internal pull-up resistor.

Fungsi dari port ini sama dengan port-port yang lain. Hanya saja pada port ini

9

tidak terdapat kegunaan-kegunaan yang lain. Pada port ini hanya berfungsi

sebagai masukan dan keluaran saja atau biasa disebut dengan I/O.

AVcc

Pin ini berfungsi sebagai supply tegangan untuk ADC. Pin ini harus

dihubungkan secara terpisah dengan VCC karena digunakan untuk analog

saja. Bahkan jika ADC pada AVR tidak digunakan tetap saja disarankan untuk

menghubungkannya secara terpisah dengan VCC. Jika ADC digunakan, maka

AVcc harus dihubungkan ke VCC melalui low pass filter.

AREF

Merupakan pin referensi jika menggunakan ADC.

Kristal

Kristal umumnya digunakan untuk rangkaian osilator yang menuntut

stabilitas frekuensi yang tinggi dalam jangka waktu yang panjang. Alasan

utamanya adalah karena perubahan nilai frekuensi kristal seiring dengan waktu,

atau disebut juga dengan istilah faktor frequency aging, jauh lebih kecil dari pada

osilator – osilator lain. Faktor frequency aging untuk kristal berkisar pada angka ±

5 ppm / tahun, jauh lebih baik dari pada faktor frequency aging osilator RC atau

pun osilator LC yang biasanya berada diatas ± 1 % / tahun.

Kristal juga mempunyai stabilitas suhu yang sangat bagus. Pada

umumnya, nilai koefisien suhu kristal berada dikisaran ± 50 ppm direntangan

suhu operasi normal dari -20°C sampai dengan +70°C. Untuk aplikasi yang

menuntut stabilitas suhu yang lebih tinggi, kristal dapat dioperasikan di dalam

sebuah oven kecil yang dijaga agar suhunya selalu konstan.

Fungsi Kristal pada Sistem Minimum (Sismin) adalah sebagai pembangkit

/ pemompa data yaitu bersifat timer (semacam clock)/pulsa digital. Oleh karena

itu, kristal memiliki sebuah frekuensi.

Kristal terbuat dari bahan alam yang menunjukkan efek piezoelektrik,

sehingga sering disebut Kristal Piezoelektrik. Bahan utama kristal yang dapat

menimbulkan efek piezoelektrik adalah garam rachelle,tourmaline dan quarte.

10

Frekuensi, resonansi dan nilai Q – nya (Qualityfactor) tergantung pada

dimensi kristal, orientasi permukaan pada sumbu-sumbu kristal dan bagaimana

komponen tersebut dipasang ( Mounted) jangkauan frekuensinya dari beberapa

KHz sampai beberapa MHz. Pada hakikatnya, frekuensi dari suatu osilator kristal

hanya ditentukan oleh kristal itu sendiri dan tidak oleh komponen lainnya.

Lambang kristal dapat dilihat pada gambar 2.6.

(a) (b)

Gambar 2.6 (a) Simbol Kristal dan (b) Bentuk Fisik Kristal

Sesuai dengan simbolnya kristal dipasang diantara 2 buah elektroda logam

dimana elektroda tersebut merupakan kapasitas dan kristalnya sebagai dielektrik.

Konstruksi kristal digenggam dengan kuat oleh kedua elektroda tersebut, namun

tidak menghalangi kristal dalam getarannya.

Dalam beresonansi kristal mempunyai cara kerja yang sama dengan

rangkaian LC, karena mempunyai frekuensi resonansi (fs).

Gambar 2.7 Rangkaian Ekuivalen Kristal

11

L,R,C adalah ekuivalen listrik kristal, apabila sedang bergetar. Adapun

bentuk lengkung resonansi kristal dapat dilihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Lengkung Resonansi Kristal

Frekuensi resonansi deret (fs) dan frekuensi resonansi jajar (fp) sangat

berdekatan, jaraknya kira-kira 100Hz. Dari lengkungan fs dan fp bahwa rangkaian

LC mempunyai faktor Q yang sangat tinggi hingga mencapai 1.000.000.

Karenanilai Q yang sangat tinggi tersebut maka kristal dapat dipakai sebagai

rangkaianLC konvensional.

Power Supply DC (Direct Current)

Catu daya merupakan sesuatu yang sangat penting untuk semua

rangkaianelektronika.Catu daya yang baik adalah catu daya yang dapat menyuplai

keseluruhan sistem dengan tegangan yang stabil terhadap konsumsi arus yang

dibutuhkan sistem.

Rangkaian Regulator

Regulator ini dimaksudkan untuk memberi kemampuan catu yang stabil

pada keseluruhan sistem dengan menggunakan sebuah integrasi regulator

12

tegangan tetap yakni IC Regulator. Dimana memiliki internal current limiting,

thermal shutdown dan safe operation area protection.Gambar rangkaian catudaya

ini dapat dilihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Rangkaian Fixed Voltage Regulator Power Supply DC

Arus keluaran dari IC78XXdapatditambah (boosted)dengan adanya

eksternal transistor PNP pass. IC Regulatorakan menyuplai semua kebutuhanarus.

Pada saat tegangan jatuh tersebut berlangsung, maka transistor akan aktif.Dengan

aktifnya transistor maka akan menambah arus bagi beban.

Adapun blok rangkaian dalam IC Regulator 78XX dapat dilihat

padagambar 2.10.

13

Gambar 2.10 Blok Rangkaian Dalam IC Regulator 78XX

Pada blok diagram dapat dilihat bahwa IC Regulator 78XXtelah

mempunyai sebuah sistem regulasi tegangan yang lengkap dansistem pengamanan

terhadap beban berlebih. Serta pengamanan dari suhu yang melebihi jangkauan

temperatur pada saat pengoperasian. Namun idealnya sebuah regulator harus

dipasangheat sink untuk pencegahan panas pada kemasaan IC.

Berikut tabelspesifikasi IC Regulator LM78XX tertera pada tabel 2.2.

Tabel 2.2Spesifikasi IC Regulator LM78XX

Type78XX Vout(Volt)IOut (Ampere) Vin(Volt)

Min Max Min Max

05 5 0.5 1 7 20

06 6 0.5 1 8 21

08 8 0.5 1 10 23

10 10 0.5 1 12 25

12 12 0.5 1 14 27

15 15 0.5 1 17 27

18 18 0.5 1 20 33

24 24 0.5 1 26 36

14

LCD LMB162A

Liquid crystal display (LCD) adalah suatu jenis media tampilan yang

menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD bisa memunculkan

gambar atau tulisan dikarenakan terdapat banyak sekali titik cahaya (piksel) yang

terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya.

Gambar 2.11 Modul dari liquid crystal display (LCD).

Banyak sekali kegunaan LCD dalam perancangan suatu system yang

menggunakan mikrokontroler.LCD berfungsi menampilkan suatu nilai hasil

sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi

mikrokontroler.LCD yang digunakan adalah jenis LCD LMB162AFC.Jenis LCD

ini merupakan modul LCD dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya

rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus

untuk mengendalikan LCD.

Gambar 2.12 Konfigurasi Pin LCD 16 Karakter x 2 Baris

Untuk keperluan antar muka suatu komponen elektronika dengan

mikrokontroler,perlu diketahui fungsi dari setiap pin yang ada pada komponen

tersebut. Adapun konfigurasi pin LCD sebagai berikut:

Pin 1 (GND) : Pin ini dihubungkan dengan tegangan 0 volt (Ground).

15

Pin 2 (VCC) : Pin ini dihubungkan dengan tegangan+5Volt yang

merupakantegangan untuk sumber daya.

Pin 3 (VEE) : Tegangan pengatur kontras LCD. Kontras mencapai nilai

maksimum pada saat kondisi pin ini pada tegangan 0

volt.

Pin 4 (RS) : Register Select, pin pemilih register yang akan diakses.

Untuk akses ke Register Data, logika dari pin ini adalah

1 dan untuk akses ke Register Perintah, logika dari pin

ini adalah 0.

Pin 5 (R/W) : Logika 1 pada pin ini menunjukan bahwa LCD sedang

pada mode pembacaan dan logika 0 menunjukan bahwa

LCD sedang pada mode penulisan. Untuk aplikasi yang

tidak memerlukan pembacaan data pada LCD, pin ini

dapat dihubungkan langsung ke ground.

Pin 6 (E) : Enable Clock LCD, pin mengaktifkan clock LCD.

Logika 1 pada pin ini diberikan pada saat penulisan atau

pembacaan data.

Pin 7 – 14 (D0 – D7): Data bus, kedelapan pin LCD ini adalah bagian

dimanaaliran data sebanyak 4 bit ataupun 8 bit mengalir

saat proses penulisan maupunpembacaan data.

Pin 15 (Anoda) : Berfungsi untuk tegangan positif dari backlight LCD

sekitar 4,5volt (hanya terdapat untuk LCD yang memiliki

backlight).

Pin 16 (Katoda) :Tegangan negatif backlight LCD sebesar 0 volt (hanya

terdapat pada LCD yang memiliki backlight).

IC MAX 232

MAX232 merupakan salah satu jenis IC rangkaian antar muka dual RS-

232 transmitter / receiver yang memenuhi semua spesifikasi standar EIA-232-E.

IC MAX232 hanya membutuhkan power supply 5V ( single power supply )

16

sebagai catu. IC MAX232 di sini berfungsi untuk merubah level tegangan pada

COM1 menjadi level tegangan TTL / CMOS. IC MAX232 terdiri atas tiga bagian

yaitu dual charge-pump voltage converter, driver RS232, dan receiver RS232.

Gambar 2.13 Konfigurasi Pin IC MAX232

1. Dual Charge-Pump Voltage Converter.

IC MAX232 memiliki dua charge-pump internal yang berfungsi untuk

menkonversi tegangan +5V menjadi ±10V ( tanpa beban ) untuk operasi driver

RS232. Konverter pertama menggunakan kapasitor C1 untuk menggandakan

tegangan input +5V menjadi +10V saat C3 berada pada output V+. Konverter

kedua menggunakan kapasitor C2 untuk merubah +10V menjadi -10V saat C4

berada pada output V-.

2. Driver RS232

Output ayunan tegangan ( voltage swing ) driver typical adalah ±8V. Nilai

ini terjadi saat driver dibebani dengan beban nominal receiver RS232 sebesar 5kΩ

atau Vcc = 5V. Input pada driver yang tidak digunakan bisa dibiarkan tidak

terhubung kemana – mana. Hal ini dapat terjadi karena dalam kaki input driver IC

MAX232 terdapat resistor pull-up sebesar 400kΩ yang terhubung keVcc.

Resistor pull-up mengakibatkan output driver yang tidak terpakai menjadi low

karena semua output driver diinversikan.

17

3. Receiver RS232

EIA mendefinisikan level tegangan lebih dari 3V sebagai logic 0,

berdasarkan hal tersebut semua receiver diinversikan. Input receiver dapat

menahan tegangan input sampai dengan ±25V dan menyiapkan resistor terminasi

input dengan nilai nominal 5k. Nilai input receiver hysteresis typical adalah 0,5V

dengan nilai minimum 0,2V, dan nilai delay propogasi typicalnya adalah 600ns.

Gambar 2.14 Typical Operasi Rangkaian

Gambar di atas merupakan typical operasi rangkaian IC MAX232. Nilai

C1, C2, C3, C4, dan C5 yang dianjurkan sebesar 1µF.

Optocoupler MOC3023

Bagi rekan-rekan teknisi yang sudah berpengalaman mungkin sudah tidak

asing lagi dengan komponen yang dinamakan Optocoupler.Optocoupler adalah

merupakan komponen yang berfungsi untuk mengatur feedback yang masuk ke

STR/T ransistor/IC Power dibagian power supply.

18

Optocoupler ini juga beberapa dalam proses star up TV serta berfungsi

juga sebagai penyesuaian tegangan output power supply switching. Tapi banyak

teknisi yang tidak tahu bagaimana cara kerja optocoupler ini, terutama pada

teknisi yang baru mengenal yang namanya servis TV.

Gambar 2.15 Bentuk Fisik MOC3023

Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu

transmitter dan receiver, yaitu antara bagian cahaya degan bagian deteksi sumber

cahaya terpisah.Biasanya optocoupler digunakan sebagai saklar elektrik yang

bekerja secara otomatis.Optocoupler adalah suatu komponen penghubung yang

bekerja berdasarkan picu cahaya optic.

Optocoupler terdiri dari dua bagian yaitu:

1. Pada transmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika

dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah

memiliki ketahanan yang lebi baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang

dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat oleh mata telanjang.

2. Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen photodiode.

Photodiode merupakan suatu transistor yang pekah terhadap cahaya. Suatu

sumber cahaya menghasilkan energi panas,begitu pula dengan spektrum

infra merah,Karena spektrum infra menpunyai efek panas yang lebi besar

dari cahaya tampak,maka photodiode lebih peka untuk menangkap radiasi

dari sinar infra merah.

19

Ditinjau dari kegunaan fisik optocoupler dapat berbentuk bermacam-

macam. Bila hanya digunakan untuk mengisolasi level tegangan atau data pada

sisi transmitter dan sisi reseiver, maka optocoupler ini bisasanya dibuat dalam

bentuk solid (tidak ada ruang antara LED dan Photodiode). Sehingga sinyal listrik

yang ada pada input dan output akan terisolasi. Dengan kata lain optocoupler ini

di gunakan sebagai optosilator jenis IC.

Prinsip kerja dari optocoupler adalah:

Jika diantara photodioda dan LED terhalang, maka photodioda tersebut

akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high.

Sebaliknya jika antara photodiode dan LED tidak terhalang maka

photodiode tersebut akan on sehingga outputnya akan berlogika low.

Sensor Suhu IC LM35

Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM35 yang dapat

dikalibrasikan langsung dalam satuan derajat Celcius.LM35 ini difungsikan

sebagai basic temperature sensor seperti pada gambar di bawah.

Gambar 2.19LM35 basic temperature sensor

IC LM35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk

Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear berpadanan

dengan perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pengubah dari besaran fisis

suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV /°C yang berarti

bahwa kenaikan suhu 1° C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV.

IC LM35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena

20

ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperature

uang. Jangka sensor mulai dari – 55°C sampai dengan 150°C.IC LM35

penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indikator

tampilan catu daya terbelah. IC LM35 dapat dialiri arus 60 mA dari supply

sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0 ° C di dalam

suhu ruangan.

Gambar 2.20 Rangkaian Pengukur Suhu

LM35 ialah sensor temperatur paling banyak digunakan untuk praktikum,

karena selain harganya cukup murah, linearitasnya juga lumayan bagus. LM35

tidak membutuhkan kalibrasi eksternal serta menyediakan akurasi ± ¼ °C pada

temperatur ruangan dan ± ¾ °C pada kisaran -55 °C to +150 °C. LM35

dimaksudkan untuk beroperasi pada -55 °C hingga +150 °C, sedangkan LM35C

pada -40 °C hingga +110 °C, dan LM35D pada kisran 0-100°C. LM35D juga

tersedia pada paket 8 kaki dan paket TO-220. Sensor LM35 umumnya akan naik

sebesar 10mV setiap kenaikan 1°C (300mV pada 30 °C).

Gambar 2.21 Bentuk Fisik LM35

Sensor suhu LM35 berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang berupa

suhu menjadi besaran elektri tegangan. Sensor ini memiliki parameter bahwa

setiap kenaikan 1°C tegangan keluarannya naik sebesar 10mV dengan batas

21

maksimal keluaran sensor adalah 1,5V pada suhu 150°C. Pada perancangan kita

tentukan keluaran ADC mencapai full scale pada saat suhu 100°C, sehingga

tegangan keluaran tranduser (10mV/°C x 100°C) = 1V. Pengukuran secara

langsung saat suhu ruang, keluaran LM35 adalah 0,3V (300mV). Tengan ini

diolah dengan mengunakan rangkaian pengkondisi sinyal agar sesuai dangan

tahapan masukan ADC.

LM35 memiliki karakteristik sebagai berikut:

1. Di kalibrasi langsung dalam Celsius.

2. Memiliki faktor skala linear + 10.0 mV/°C.

3. Memiliki ketetapan 0,5°C pada suhu 25°C.

4. Jangkauan maksimal suhu antara -55°C sampai 150°C.

5. Cocok untuk applikasi jarak jauh.

6. Harganya cukup murah.

7. Bekerja pada tegangan catu daya 4 sampai 30Volt.

8. Memiliki arus drain kurang dari 60 uA.

9. Pemanasan sendiri yang lambat ( low self-heating)0,08˚C diudara diam.

10. Ketidak linearanya hanya sekitar ±¼°C.

11. Memiliki Impedansi keluaran yang kecil yaitu 0,1 watt untuk beban 1 mA.

Sensor suhu tipe LM35 merupakan IC sensor temperatur yang akurat yang

tegangan keluarannya linear dalam satuan celcius. Jadi LM35 memilik kelebihan

dibandingkan sensor temperatur linear dalam satuan kelvin, karena tidak

memerlukan pembagian dengan konstanta tegangan yang besar dan keluarannya

untuk mendapatkan nilai dalam satuan celcius yang tepat. LM35 memiliki

impedansi keluaran yang rendah, keluaran yang linear, dan sifat ketepatan dalam

pengujian membuat proses interface untuk membaca atau mengotrol sirkuit lebuh

mudah. Pin V+ dari LM35 dihubungkan kecatu daya, pin GND dihubungkan ke

Ground dan pin Vout- yang menghasilkan tegangan analog hasil pengindera suhu

dihubungkan ke vin (+) dan ADC 0840.

22

Spesifikasi Sistem

Spesifikasi dari sistem yang telah kami buat adalah sebagai berikut :

Sumber Tegangan : 220 AC

Catu Daya : +5V DC & +12 VDC

Mikrokontroler : ATMega 8 (ArduinoUno)

Software : Arduino IDE

Input : LM35

Output :1.LCD 16 x 2

2.Motor DC

3.Heater

Perancangan Sistem

Sistem ini dirancang untuk mengendalikan masukan (Input) dan memantau

keluaran (output) dari sensor suhu yang diletakkan di dalam sebuah boiler. Sistem

ini akan menjaga suhu keluaran dari boiler, yakni uap air (steam) sesuai dengan

yang diinginkan oleh para pengguna (user) dengan cara mengatur kondisi hidup

atau mati (on/off) pada pemanas dan pendingin.

User membuat sebuah program dimana program tersebut sudah

dimasukkan set point suhu panas dan dingin dari boiler kemudian di upload ke

sistem mikrokontroller ATMega8. Mikrokontroller akan mengendalikan pemanas

(heather) dan pendingin (fan) pada boiler agar kondisi suhu didalamnya sesuai

dengan keinginan user dan tetap terjaga suhunya hingga user mengubah setting

point pada program. Selain itu, mikrokontroler mengirim informasi ke LCD

tentang kondisi besarnya suhu yang ada didalam boiler.

23

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem

Fungsi Masing-Masing Blok

- Power Supply

Berfungsi untuk mencatu tegangan keseluruhan blok sistem.

Rangkaian initerdiri dari regulator tegangan 5 Volt DC dan 12 Volt

DC.

- Mikrokontroler ATMega8 (Arduino Uno)

Merupakan pusat proses untuk mengendalikan semua perangkat pada

sistem. Pada blok ini mikrokontroler telah diprogram untuk dapat

membaca data dari sensor dan mengolah semua data tersebut,

selanjutnya mengambil keputusan perangkat mana saja yang akan

dikendalikan dari sistem tersebut.

- Sensor LM35

Merupakan input yang berfungsi sebagai pengukur suhu yang terdapat

pada boiler.

- Driver

Berfungsi sebagai output yang mengendalikan pengaktifan dan

penonaktifan dari heater dan fan.

- Fan

24

Merupakan output yang digunakan sebagai penghantar steam dari

boiler dan penurun suhu boiler.

- LCD

Merupakan output yang berfungsi untuk menampilkan suhu dari boiler

yang telah diukur oleh sensor LM35.

- Heater

Berfungsi sebagai pemanas air agar air dapat menguap dan berubah

menjadi uap air (steam).

Perancangan Perangkat Keras

Perangkat keras akan dirancang untuk Tugas Akhir ini terdiri dari lima

subsistem, yaitu power supply (catu daya), sistem utama mikrokontroller

ATMega8, RS232 to TTL converter ( pengubah sinyal RS232 dari/ke TTL), LCD

display ( peraga LCD ), dan driver untuk fungsi nyala dan mati pada heater dan

kipas melalui driver. Gambar 3.2 menunjukkan hubungan antara subsistem yang

menciptakan sebuah sistem yang utuh.

Gambar 3.2 Diagram Sistem Keseluruhan

25

Perangkat keras dikendalikan oleh mikrokontroler ATMega8. Pengguna

(Client) memberikan nilai setting point melalui komputer yang akan dikirimkan

ke mikrokontroler melalui RS232 to TTL converter. Mikrokontroler mengilah

nilai setting point dan membandingkan dengan data suhu yang diperoleh dari

LM35 .Dari hasil perbandingan tersebut, mikrokontroler mengendalikan relay

driver untuk menyalakan dan mematikan pemanas maupun pendingin agar

diperoleh suhu yang diinginkan oleh client. Besarnya suhu yang terukur oleh

LM35 juga akan ditampilkan pada LCD display dan akan dikirimkan ke komputer

melalui RS232 to TTL converter agar dapat pula diketahui client.

Catu Daya

Catu daya yang dirancang dalam tugas kampus ini mampu menghasilkan

tegangan keluaran 12 Volt DC dan 5 Volt DC.IC Regulator LM7812 digunakan

untuk menghasilkan tegangan 12 Volt dan IC Regulator LM7805 digunakan

untuk menghasilkan tegangan 5 Volt DC. Rangkaian lengkapnya seperti terlihat

pada gambar di bawah ini.

(a)

26

(b)

Gambar 3.3 (a) Rangkaian Power Supply +5V (b) Rangkaian Power

Supply +12V

IC LM 7812 dan LM 7805 (dalam keadaan diberi heat sink) hanya mampu

menghasilkan arus maksimal sebesar 1 Ampere.Pada gambar terlihat bahwa

tegangan 5 volt digunakan oleh tiga subsistem, yaitu subsistem mikrokontroler,

pengubah sinyal RS232 dan peraga LCD. Ketiga subsistem ini membutuhkan

daya listrik yang relatif kecil dan total arus yang dibutuhkan tidak melebihi 1

Ampere, sehingga penggunaan heat sink untuk IC LM7805 sudah mencukupi

(arus yang dihasilkan 1 Ampere). Lain halnya dengan tegangan 12 Volt, yang

digunakan oleh subsistem pengendalian relay, IC LM35 dan 2 buah kipas

(fan).Kebutuhan arus jauh lebih besar dari catu daya 5 Volt. Oleh karena

itu,ditambahkan penguat arus dengan menggunakan transistor 2N3055 yang

mampu dialiri arus sampai 15 Ampere (jika diberi heat sink).

Rangkaian Mikrokontroler ATMega8

Mikrokontroler ini merupakan sistem utama yang mengendalikan semua

perangkat yang terdapat pada seluruh sistem.Diprogram sesuai dengan alur

program menggunakan bahasa C dengan compiler Codevision AVR. Alur

program dan pemrograman akan dibahas lebih detail pada bagian perangkat lunak.

Rangkaian sistem utama mikrokontroler ATMega8 ditunjukkkan pada gambar di

bawah ini.

27

Gambar 3.4 Sistem Minimum ATMega8 (Arduino Uno)

ATMega8 pada rangkaian ini menggunakan external oscillator dari sebuah

kristal dengan denyut (clock) sebesar 16.000 MHz dan dua buah kapasitor 33 pF

sesuai datasheet. Pin RESET dihubungkan ke tombol tekan untuk memudahkan

jika terjadi kekacauan jalannya program pada mikrokontroler sehingga dengan

menekan tombol tersebut maka fungsi RESET pada mikrokontroler akan aktif dan

menyebabkan program berjalan berjalan dari awal.

ADC (analog to digital coverter) yang sudah terdapat pada rangkaian

internal IC, digunakan untuk membaca nilai keluaran dari IC LM35 (sensor suhu)

sehingga tidak diperlukan lagi rangkaian penguat maupun pengkondisi sinyal

untuk IC LM35.Pengaturan untuk IC LM35 dilakukan sepenuhnya oleh program

yang telah ditanam pada mikrokontroler.

Untuk melakukan hubungan dengan komputer atau mikrokontroler lain,

digunakan fungsi Rx (receive /penerima) dan Tx (transmitter/pengirim) pada pin

dan . Saat hendak dihubungkan ke komputer, sinyal TTL (5 volt untuk logika “1”

dan 0 volt untuk logika “0”) tidak dapat langsung dihubungkan ke port serial pada

komputer.Karena alasan itulah, digunakan pengubah sinyal RS232 ke/ dari TTl.

28

Pin-pin berikutnya dihubungkan ke subsistem lainnya dan pemrograman

disesuaikan dengan di atas.

3.3.3 Pengubah sinyal RS232 ke TTL (RS232 to TTL Converter)

Fungsi dari rangkaian ini adalah mengubah sinyal dari mikrokontroler agar

sesuai dengan sinyal pada serial port komputer. Perbedaan sinyal antara kedua

sinyal tersebut adalah sebagai berikut:

Tegangan logika “0” pada mikrokontroler (LOW) adalah 0 hingga +0,8 volt

sedangkan pada serial port (SPACE) adalah +3 hingga +25 volt.

Tegangan logika “1” pada mikrokontroler (HIGH) adalah +3,7 hingga +5 volt

sedangkan pada serial port (MARK) adalah -3 hingga -25 volt.

Karena perbedaan nilai tegangan itulah, maka diperlukan R232 to TTL

converter.Rangkaian lengkapnya seperti terlihat pada gambar.Rangkain yang

dibuat sesuai dengan datasheet yang dikeluarkan oleh pabrik pembuat IC

MAX232.

Gambar 3.5 Rangkaian RS232

29

Peraga LCD (LCD Display)

Peraga LCD digunakan sebagai informasi bagi user yang sedang berada di

plant agar dapat mengetahui kondisi yang sedang terjadi di dalam plant. Dalam

kasus ini, data yang akan ditampilkan adalah nilai setting point (suhu yang

diinginkan) dan nilai present value (suhu yang terjadi di dalam tangki). Rangkaian

lengkap dari peraga LCD dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 3.6 Rangkaian Display LCD

LCD yang digunakan memiliki spesifikasi 2 x 16 yang terdiri dari dua

baris dan masing-masing barisnya dapat menampilkan 16 karakter, sehingga total

karakter yang dapat ditampilkan sebanyak 32 karakter. Agar LCD ini dapat

bekerja, diberi tegangan +5 Volt untuk pin 2 dan 0 volt untuk pin 1 serta pin 16.

Tegangan dari resistor variabel diberikan ke pin 3 agar tingkat kecerahan tulisan

pada LCD dapat diatur dengan cara mengatur nilai hambatan pada resistor

variabel. Pin 4 (Register Select) digunakan untuk memberi perintah ataupun

membaca data pada LCD. Read and Write pada pin 5 digunakan agar LCD dapat

menentukan akan melakukan tindakan baca atau tulis data. Pin 6 pada LCD untuk

mengaktifkan (enable) atau menonaktifkan(disable) kegiatan baca dan tulis yang

dilakukan oleh mikrokontroler. Pin 11 hingga pin 14 digunakan untuk jalur data 4

bit interface. Dan pin 15 (dihubungkan ke tegangan +5 volt) berfungsi sebagai

backlight yang akan menyinari LCD agar tulisan dapat terlihat dengan jelas.

30

3.4 Driver MOC302X

MOC302X adalah driver Triac yang didalamnya menggunakan isolasi

optis (optocoupler). Driver ini menjembatani sinyal triger yang berasal dari

kontroler yang umumnya memiliki level tegangan dan arus kecil dengan bagian

beban yang memiliki tegangan dan arus yang relatif tinggi. Skema dalam

MOC302X ini terlihat pada gambar berikut.

Gambar 3.7Skema dalam MOC302X

Komponen ini memiliki 6 kaki dengan 2 kaki yang tidak digunakan.Kaki

anoda (1) dihubungkan ke Vcc, kaki katoda (2) dihubungkan dengan pulsa triger

yang active low.Fungsi triger dengan active low ini adalah untuk menghindari

kontroler melakukan sourcing (mengeluarkan arus) sehingga tidak membebani

kontroler yang umumnya hanya mampu mengeluarkan arus yang sangat

kecil.Kaki 4 dan 6 dihubungkan dengan beban sedangkan kaki 3 dan 5 tidak

digunakan.Rangkaiannya terlihat seperti gambar berikut.

31

Gambar 3.8 Rangkaian dasar MOC302X

Pada saat ada pulsa low di kaki 2 maka dioda dalam MOC302X akan

memancarkan cahaya sehingga arus dari beban dapat mengalir dari kaki 6 melalui

driver dan keluar melalui kaki 4 yang akan mentriger kaki gate Triac yang

bersangkutan. Pada saat itulah Triac dalam keadaan ON sehingga dapat

mengalirkan daya sesuai dengan waktu firing-nya.

Software Pendukung

Untuk merancang program dan menulis data hex pada memori flashmikrokontroler digunakan sebuah software bernama ArduinoISP.

ArduinoISP

Arduino ini membutuhkan sebuah boot loaderagar dapat mengakses

mikrokontroler, seperti merancang dan menulis program yang akan diupload ke

dalam mikrokontroler. Boot loader tersebut ditanamkan ke dalam mikrokontroler

yang digunakan pada sistem minimum (board arduino). Kelebihan software ini

yaitu, perancang dapat mengakses langsung sistem minimum melalui PC dan

dapat disimulasikan langsung ke sistem minimum yang digunakan. Software ini

menggunakan bahasa pemrograman tingkat tinggi, yaitu bahasa C.

32

Gambar 3.9 Software ArduinoISP

33

Flow Chart

Gambar 3.10 Flow Chart Program

34

Flowchart tersebut sesuai dengan program yang telahpenulis buat. Dimulai

dengan inisialisasi, setelah inisialisasi selesai dilakukan kemudian sensor mulai

membaca suhu yang ada pada boiler. Setelah sensor membaca suhu yang ada,

heater akan aktif, heater akan terus aktif hingga sensor membaca suhu kembali

apakah sudah sesuai dengan set point pada program (95⁰ C) atau belum. Jika

belum sesuai dengan set point, sensor akan terus membaca suhu, jika sudah

sesuai dengan set point, maka sistem akan melanjutkan dengan mematikan

heater dan kemudian menghidupkan kipas untuk menghantarkan uap air

(steam) dan mendinginkan boiler. Sensor akan kembali membaca suhu. Jika

suhu belum di bawah set point, heater akan tetap mati dan kipas akan tetap

hidup. Jika suhu sudah dibawah set point, maka heater akan kembali hidup dan

kipas akan mati kembali. Hal–hal tersebut akan terus terjadi secara kontiniu

hingga user menonaktifkan sistem atau air yang ada sudah habis.

35

Setelah perancangan selesai, maka kami melakukan uji rangkaian pada

protoboard sebelum rangkaian dicetak pada PCB. Jika rangkaian telah dinyatakan

berhasil maka untuk tahap selanjutnya proses pembuatan PCB dilakukan. Setelah

semua komponen pasif dan socket IC selesai dipasang, lalu dilakukan

pemeriksaan ulang terhadap jalur PCB dan hasil solderan untuk melihat apakah

ada jalur yang belum tersambung dengan baik.

Pengujian dan pengukuran dilakukan untuk membuktikan apakah

rangkaian yang telah dirancang telah bekerja sesuai dengan yang direncanakan.

Pada tahap pertama, pengujian dilakukan setiap blok kemudian dilanjutkan

dengan pengujian setiap blok yang saling berkaitan.

4.1 Pengujian Power Supply

Pengujian pada bagian rangkaian power supply ini dapat dilakukan dengan

mengukur tegangan dari setiap pin pada IC regulator 7805 dan IC regulator 7812

dengan menggunakan voltmeter. Titik pengukuran ditunjukkan pada gambar

berikut ini.

(a) (b)

Gambar 4.1 IC Regulator (a) IC 7805 (b) IC 7812

Dari hasil pengukuran diperoleh hasil sebagai berikut.

Tabel 4.1 Tabel Tegangan IC 7805

PIN V(Volt)

35















berikut ini.

(a) (b)




PIN V(Volt)

35















berikut ini.

(a) (b)




PIN V(Volt)

36

1 12

2 0

3 4,90


PIN V(Volt)

1 18

2 0

3 11.89

Dari tabelpengukuran di atas, keluaran dari IC Regulator tidak benar 5 volt

DC dan 12 volt DC dikarenakan ada tahanan dalam dari tiap-tiap IC Regulator

dan juga adanya toleransi dari tiap-tiap resistor yang digunakan.

4.2 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATMega8

Rangkaian mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali pusat,

menerima semua masukan dari rangkaian-rangkaian yang akan dikendalikan. Pada

rangkaian mikrokontroler, terlebih dahulu kita harus men-download program-

program yang terkait agar mikrokontroler dapat menjalankan perintah-perintah

yang diberikan.Di bawah ini adalah gambar rangkaian mikrokontroler ATMega8.

37

Gambar 4.3 Rangkaian Mikrokontroler

Untuk mengetahui bekerja atau tidaknya rangkaian mikrokontroler

ATMega8 tersebut, maka diberikan perintah berbentuk program yang

menggunakan bahasa C yang tertera pada lampiran.Kemudian program

dimasukkan (compile) ke rangkaian menggunakan kabel USB to DB 9.Jika

program telah berjalan sesuai dengan yang dikehendaki, maka rangkaian

mikrokontroler telah berjalan dengan baik.

Selanjutnya dilakukan pengukuran pada masing-masing pin dari

mikrokontroler ATMega8. Dari hasil pengukuran didapatkan tegangan setiap pin

sebagai berikut.

38

Tabel 4.3 Tabel Tegangan Pin Mikrokontroler ATMega8

Dari pengujian yang kami lakukan, dapat kita lihat seperti tabel yang

tertera di atas, ketika pin-pin dari mikrokontroler memberikan logika high (1),

maka keluaran dari pin akan bernilai mendekati 5 volt, dan jika pin-pin dari

mikrokontroler memberikan logika low (0), maka keluaran dari pin akan bernilai

mendekati 0 volt. Keluaran akan berubah seiring waktu sesuai dengan program

yang sudah diupload ke dalam mikrokontroler.

PIN V(Volt)1 02 03 04 4.75 4.56 4.87 4.88 09 0.210 011 0.112 0.113 0.114 0.115 016 4.917 0.118 019 4.7520 4.721 4.822 023 0.224 2.625 026 027 5.228 0

39

4.3 Pengujian Rangkaian Display LCD

Pada tahap ini dilakukan pengujian untuk mengaktifkan LCD sistem.

Pengaktifan LCD ini dilakukan dengan cara menampilkan beberapa karakter pada

LCD. Untuk menampilkan karakter yang diinginkan digunakan listing program

seperti berikut.

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2);

void setup()

lcd.begin(16, 2);

lcd.print(“DICKI”);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(“PANJI_PATYAR”);

void loop()

Program diatas akan menampilkan karakter “DICKI” pada barisan pertama dan

karakter “PANJI_PATYAR” pada baris kedua.

Jika program dapat dijalankan maka di layar LCD akan tampil karakter

yang diinginkan. Hal ini menunjukkan bahwa sistem minimum dan LCD dapat

berjalan dengan baik. Selanjutnya dilakukan pengukuran pada masing-masing pin

pada LCD. Dari hasil pengukuran didapatkan hasil sebagai berikut ini.

40

Tabel 4.4 Tegangan Pin LCD

PIN V(Volt)1 02 4.813 0.514 0.985 0.786 1.17 0.758 0.759 0.810 0.8511 4,8412 4.713 4,7814 4.6615 4.7916 0

Sesuai dengan program yang tertera, tabel di atas menunjukkan keluaran

dari masing-masing pin LCD, program menginisialisasi pin-pin pada

mikrokontroler yaitu pin 7,6,5,4,3,2 dan pin yang terhubung ke LCD yaitu pin

4,6,11,12,13,14. Pin data pada LCD yang digunakan adalah pin 11, 12, 13, dan

14, pin-pin tersebut diberikan logika high dari mikrokontroler untuk memasukkan

data, oleh karena itu nilai keluaran dari pin-pin tersebut bernilai mendekati 5 volt.

4.4 Pengujian Suhu Menggunakan Sensor IC LM35

Pada tahap ini dilakukan pengujian untuk mengukur suhu pada boiler

menggunakan sensor suhu IC LM35.Pengujian dilakukan menurut waktu per 10

41

detik, perubahan suhu mempengaruhi aktif dan tidaknya dari modul kipas (fan)

dan pemanas (heater). Dari hasil pengukuran didapatkan hasil sebagai berikut:

Tabel 4.5 Pengukuran Suhu dan Kondisi Heater dan Fan

Waktu per 10 detik Suhu (⁰C) Heater Fan

1 30.27 Hidup Mati2 31.74 Hidup Mati3 35.16 Hidup Mati4 41.5 Hidup Mati5 49.32 Hidup Mati6 57.13 Hidup Mati7 64.45 Hidup Mati8 70.31 Hidup Mati9 74.71 Hidup Mati10 78.71 Hidup Mati11 81.54 Hidup Mati12 84.47 Hidup Mati13 86.91 Hidup Mati14 89.84 Hidup Mati15 91.8 Hidup Mati16 93.64 Hidup Mati17 95.7 Mati Hidup18 96.82 Mati Hidup19 97.15 Mati Hidup20 96.24 Mati Hidup21 95.13 Mati Hidup22 94.45 Hidup Mati23 96.67 Mati Hidup

42

Gambar 4.4 Kurva Pengukuran Suhu Boiler

Sesuai dengan program, set point yang penulis gunakan adalah 95 derajat

celcius. Sesuai dengan tabel di atas, jika suhu yang terbaca oleh sensor sudah

melewati set point yang ada pada program, maka mikrokontroler memberikan

instruksi untuk mematikan heater dan menghidupkan kipas.Jika suhu yang terbaca

oleh sensor berada di bawah set point, maka mikrokontroler memberikan instruksi

untuk menghidupkan heater dan mematikan kipas.

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30

Dera

jat C

elci

us

Suhu Boiler

Waktu per 10 detik

Suhu (⁰C)

Waktu

dahlan sitompul Laporan sistem pengendalian dan pemantauan suhu boiler berbasis mikrokontroler atmega8.pdf

Documents