BAB II Tinjauan Pustaka 2.1. Dasar Sistem Kontrol Kontrol
automatik telah memegang peranan yang sangat penting dalam
perkembangan ilmu dan teknologi. Disamping sangat diperlukan dalam
peralatan canggih seperti pada pesawat luar angkasa, peluru kendali
, system pengemudian pesawat terbang; kontrol automatik telah
digunakan dalam proses-proses diberbagai pabrik-pabrik dan industri
yang sudah maju misalnya dalam mengontrol tekanan, temperatur,
kelembaban, viskositas, dan aliran dalam industri proses. Dengan
adanya kontrol automatik akan memberikan kemudahan dalam
mendapatkan performansi dan system dinamik, mempertinggi kualitas
dan menurunkan biaya produksi, mempertinggi laju produksi,
mengurangi tenaga pekerja yang kurang efisien, dan menggantikan
tenaga-tenaga yang tidak bisa dilakukan oleh manusia.
2.2. Jenis-jenis Sistem Kontrol Adapun jenis-jenis dari sistem
kontrol adalah sebagai berikut : a. Plant : seperangkat peralatan
yang terdiri dari beberapa bagian mesin yang bekerja bersama-sama
yang digunakan untuk operasi tertentu. Singkatnya setiap obyek
fisik yang dikontrol disebut plant. b. Process: suatu operasi yang
sengaja dibuat, berlangsung secara kontinyu yang terdiri dari
beberapa aksi atau perubahan yang dikontrol untuk mencapai hasil
tertentu. c. System : kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja
bersama-sama dan melakukan suatu sasaran tertentu.
5
6
d.
Gangguan : suatu sinyal yang cenderung mempunyai pengaruh yang
merugikan pada harga keluaran system. Gangguan ada dua macam
internal ( di dalam system ) dan eksternal ( di luar system)
e.
Kontrol Umpan Balik ( feedback kontrol ) : suatu operasi yang
dengan adanya beberapa gangguan, cenderung memperkecil selisih
antara keluaran system dan masukan acuan dan bekerja berdasarkan
selisih tersebut.
f.
Sistem Kontrol Umpan Balik ( feedback kontrol system ) : system
kontrol yang cenderung menjaga hubungan yang telah ditentukan
antara keluaran dan masukan acuan dengan membandingkannya dan
menggunakan selisihnya sebagai alat pengontrolan
g. Servomekanisme : system kontrol berumpan balik dengan
keluaran berupa posisi, kecepatan, atau percepatan mekanik. h.
Sistem regulator automatik : system kontrol berumpan balik dengan
memasukkan acuan atau keluaran konstan atau berubah terhadap waktu
dimana tugas utamanya menjaga keluaran yang sebenarnya pada harga
yang diinginkan. i. Sistem Pengontrolan Proses : system regulator
automatik dengan keluaran berupa besaran seperti temperature,
tekanan, aliran, tinggi muka cairan atau pH. j. Sistem kontrol Loop
Tertutup : system kontrol yang sinyal keluarannyan mempunyai
pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Hal ini berarti memiliki
konsep yang sama dengan Sistem kontrol umpan balik yang bertujuan
untuk memperkecil kesalahan system. Contoh : servomekanisme, system
pengontrol proses, lemari es, pemanas air otomatik, kontrol
termostatik. k. Sistem Kontrol Loop Terbuka : system kontrol yang
keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan singkatnya
keluaran tidak diukur atau diumpan balikkan untuk dibandingkan
dengan masukan. Contoh : pengontrol lalu lintas berbasis waktu,
mesin cuci, oven listrik.
2.3. Sensor Suhu LM 35 DT
7
LM 35 merupakan sensor suhu yang mempunyai output yang ideal,
saat mulai bekerja sensor ini langsung mendeteksi kondisi suhu
ruangan. Sensor ini mempunyai keakurasian 1/4 C dalam ruangan dan
3/4 C jika di luar ruangan dan mempunyai range suhu -55 C sampai
+150 C.
Gambar 2.1. Bentuk dasar dari LM 35 DT
Berdasarkan gambar diatas dapat dilihat bahwa dengan memberi
input tegangan 4-20Vdc pada LM 35, kita dapat menggunakannya
sebagai thermometer dan cara membaca suhunya dengan menggunakan
multimeter. LM 35 akan menghsilkan output 10mVdc tiap 1 C nya.
Gambar 2.2. Konfigurasi Kaki LM 35 DT
2.4. Mikrokontroler AT89S51 AT89S51 adalah mikrokontroler
keluaran Atmel dengan 4 K byte Flash PEROM (Programmable and
Erasable Read Only Memory), isi memori tersebut dapat diisi ulang
ataupun dihapus berkali-berkali. Memori ini biasa digunakan
8
untuk menyimpan instruksi (perintah) berstandar kode MCS-51
sehingga memungkinkan mikrokontroler ini bekerja dalam mode single
chip operation (mode operasi keping tunggal) yang tidak memerlukan
external memory (memori luar) untuk menyimpan source code tersebut.
Mikrokontroler AT89S51 mempunyai struktur memori yang terdiri atas
: RAM Internal, memori sebesar 128 byte yang biasanya digunakan
untuk
menyimpan variabel atau data yang bersifat sementara. Register
Fungsi Khusus (Special Function Register), memori yang berisi
register-register yang mempunyai fungsi-fungsi khusus yang
disediakan oleh mikrokontroler tersebut, seperti timer, serial dan
lain-lain. Flash PEROM, memori yang digunakan untuk menyimpan
instruksi-instruksi MCS51. AT89S51 mempunyai struktur memori yang
terpisah antara RAM Internal dan Flash PEROM-nya. Seperti yang
tampak pada gambar 7 berikut ini.
RAM ADDRESS REGISTER
SPECIAL FUNCTION REGISTER
FLASH PEROM
PROGRAM ADDRESS REGISTER
RAM INTERNAL
9
Gambar. 2.3. Struktur Memori AT89S51 RAM Internal dialamati oleh
RAM Address Register (Register Alamat RAM). Sedangkan Flash PEROM
yang menyimpan perintah-perintah MCS-51 dialamati oleh Program
Address Register (Register Alamat Program). Walaupun demikian RAM
Internal dan Flash PEROM mempunyai alamat awal yang sama, yakni 00,
namun secara fisiknya kedua memori tersebut tetap terpisah. Dalam
pembuatan program, kita dapat menggunakan program editor Progpal,
yakni perangkat lunak teks editor yang dapat ditulis oleh pembuat
program berupa program assembler dan biasanya disimpan dengan
extension ASM. Program assembler merupakan perangkat lunak yang
dibutuhkan untuk melakukan proses assembly yang mengubah program
sumber assembly menjadi program objek maupun assembly listing.
Program tersebut berupa mnemoic atau bisa juga disebut kode
operasi, yaitu kode-kode yang akan dikerjakan oleh program
assembler yang ada pada komputer ataupun mikrokontroler. Apabila
suatu alat dihubungkan dengan mikrokontroler maka harus ditetapkan
terlebih dahulu alamat (address) dari alat tersebut. Hal ini
bertujuan untuk menghindari terjadinya dua alat yang bekerja secara
bersamaan yang mungkin dapat menyebabkan kesalahan atau kerusakan.
Susunan kaki mikrokontroler 89S51 terlihat pada gambar dibawah
ini:
10
Gambar 2.4. Susunan Pin Mikro kontroler AT89S51
Berikut penjelasan mengenai fungsi dari masing-masing kaki yang
ada pada mikro kontroler AT89C51. Vcc (kaki 40) Tegangan suplai
untuk chip ini adalah sebesar 5 volt dc. GND (kaki 20) Port 0 Port
0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex
address/data ataupun menerima kode byte pada saat Flash
Programming. Pada perancangan alat yang dibuat, port 0 digunakan
sebagai output. Port 1 Port 1 berfungsi sebagai I/O biasa atau
menerima low order address bytes selama pada saat Flash
Programming. Pada perancangan alat yang dibuat, port ini digunakan
sebagai input sensor.
11
Port 2 Port 2 berfungsi sebgai I/O biasa atau high order
address. Pada perancangan alat yang dibuat, port 0 digunakan
sebagai output.
Port 3 Sebagai I/O biasa port 3 mempunyai sifat yang sama dengan
port 1 maupun port 2. sedangkan sebagai fungsi spesial port-port
ini mempunyai keterangan sebagai berikut: P3.0 sebagai port serial
input (RXD) P3.1 sebagai port serial output (TXD) P3.2 sebagai port
external interrupt 0 (INT0) P3.3 sebagai port external interrupt 1
(INT1) P3.4 sebagai port external timer 0 input (T0) P3.5 sebagai
port external timer 1 input (T1) P3.6 sebagai port data memory
write strobe (WR) P3.7 sebagai port data memory read strobe
(RD)
Reset (kaki 9) Reset akan aktif dengan memberikan input high
selama 2 cycle.
ALE (kaki 30) Pin ini dapat berfungsi sebagai Address Latch
Enable (ALE).
PSEN (kaki 29) Pin ini berfungsi pada saat mengeksekusi program
yang terletak pada memori eksternal.
XTAL1 (kaki 19)
12
Input Oscilator XTAL2 (kaki 18) Output Oscilator EA (kaki 31)
Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu
mikrokontroler akan menjalankan program yang ada pada memori
eksternal setelah sistem direset. Jika berkondisi high, pin ini
akan berfungsi untuk menjalankan program yang ada pada memori
internal. Pada saat Flash Programming pin ini akan mendapat
tegangan 12 volt (VP). 2.5. Transistor Sebagai Saklar Dalam kondisi
normal, masukan kaki basis transitor tidak dibias sehingga titik
kerjanya berada pada daerah Cut off, tidak ada arus yang mengalir
melalui tahanan colector. Apabila masukan kaki basis transitor
mendapat bias yang cukup untuk mengaktifkan transitor, maka titik
kerjanya berubah dari cut off ke saturasi. Besarnya arus yang
mengalir melalui tahanan basis adalah :
Gambar 2.5.Rangkaian Switching Transistor
13
2.6. ADC 0809 CCN ( Analog Digital Converter) ADC merupakan
komponen elektronika yang berfungsi mengubah sinyal analog menjadi
sinyal digital. Jadi sinyal analog yang masuk pada ADC akan diolah
sehingga output yang dihasilkan 8 bit sinyal digital. ADC 0809 CCN
mempunyai 8 pilihan input analog yang terdapat pada pin-pin ADC,
IN0 sampai dengan IN7 dengan ketentuan seperti tertera pada tabel
3.1 dibawah. Sedangkan output yang dihasilkan juga memiliki 8 pin
yaitu LSB MSB antara lain 2 -0 sampai 2 - 7. ADC mempunyai input
tegangan 5 Volt DC pada pin 11 dan GND pada pin 13, selain itu juga
membutuhkan suplay tegangan yang stabil untuk tegangan referensi
sebesar 5 Volt DC pada V Ref (+) dan 0 Volt DC untuk V ref (-).
Untuk pin Clock membutuhkan sinyal frekuensi ideal yaitu 500 KHz.
Di bawah ini merupakan konfigurasi pin-pin ADC 0809 CCN.
Gambar 2.6. Susunan Bentuk pin ADC 0809 CCN
14
Tabel 2.1. Pilihan input sinyal analog untuk ADC
Sinyal output dari ADC berupa sinyal digital dalam bentuk biner
8 bit, jika output yang dihasilkan dari ADC maksimal , maka
nilainya adalah 255 dalam decimal. Jadi sistem ini mampu
menampilakan sampai 255 C. Apabila kita menggunakan Vref 5 Vdc maka
perhitungan hasil yang ideal dari output yang dihasilkan dapat
digunakan rumus perhitungan seperti berikut :
Vana log = Vref
N untuk mencari Teg analog dari Teg Digital ....................
3.2 2n
Vdigital =
2n.Vana log untuk mencari nilai Output dari
ADC...............................3.3 Vref
2.7. Regulator Tegangan 78XX Seri 78xx regulator tegangan dengan
tiga terminal, dapat menghasilkan berbagai tegangan tetap. Dengan
demikian dapat digunakan dalam jelajahan penerapan yang lebar.
Salah satu penerapannya adalah peregulasian lokal tanpa terlibat
dalam yang diperloleh memungkinkan regulator untuk dipakai dalan
sistemsistem logika, instrumentasi dan peralatan elektronik.
Meskipun awalnya dirancang
15
sebagai regulator tegangan tetap, namun akan dapat juga
diperoleh tegangantegangan dan arus-arus variabel dengan tambahan
komponen ekstern.
Gambar 2.7. Konfigurasi Regulator tegangan 78XX
Gambar 2.8. Susunan Pin Regulator tegangan 78XX
2.8. IC 74LS47 Biner Converter To Decimal (BCD) BCD merupakan
komponen elektronika yang berfungsi mengubah data biner menjadi
data decimal yang ditampilkan pada seven segmen. BCD 74LS47
mempunyai 4 pin untuk input data yaitu A0 sampai A3 dan mempunyai 8
pin output data yang dihubungkan dengan seven segmen yang akan
mengaktifkan
16
tampilan angka yang sesuai dengan data yang ditentukan . BCD
membutuhkan input tegangan 5 Volt Dc yang dihubungkan pada pin 16
dan GND pada pin 8.
Gambar 2.9. Susunan Pin BCD 74 LS 47
2.9. LDR (Light Dependent Resistor) LDR merupakan komponen yang
sangat peka terhadap cahaya, komponen ini merupakan sejenis
tahanan. Ini biasanya digunakan untuk mengontrol cahaya. Cara kerja
sensor ini adalah apabila dikenai cahaya maka resistansi yang
terukur dari komponen ini akan mengecil sampai bernilai satuan ohm,
tapi sebaliknya apabila tidak terkena cahaya atau diletakkan pada
ruang gelap maka nilai resistansinya bisa mencapai ratusan kilo
ohm. Apabila diaplikasikan kedalam rangkaian switching transistor
maka akan dapat dimanfaatkan kedalam berbagai bentuk pengontrolan,
maka penulis disini menggunakan alat ini sebagai sensor yang
mengontrol cahaya dari luar.
17
Gambar 2.10. Konfigurasi LDR
2.10. Deskipsi Umum Sistem Pengontrolan Ruangan Tanaman
Hidrophonik ini kerjanya adalah mengontrol suhu ruangan sesuai
dengan kebutuhan tumbuhan yang di tanam, pembacaan suhu ruangan ini
dilakukan oleh sensor suhu (LM 35), output dari sensor ini akan
diteruskan ke ADC Circuit yang akan mengkonversi ke dalam bentuk
sinyal digital. ADC circuit ini menghasilkan output 8 bit sinyal
digital yang akan dibaca oleh IC Mikrokontroler, kemudian akan
mengolah data tersebut dan ditampilkan dalam bentuk desimal melalui
BCD Circuit yaitu rangkaian yang akan menkorversi data digital
menjadi decimal melalui seven segmen. Selain pengontrolan suhu,
alat ini juga dapat mengontrol cahaya dan sirkulasi udara yang
masuk ke ruangan, sensor yang akan mendeteksi kondisi awal adalah
LDR, sensor ini sangat peka terhadap cahaya, apabila sensor
mengenai cahaya maka resistansinya akan kecil dan sebaliknya.
Dengan demikian saat siang hari sensor akan mendeteksi keadaan dan
mengontrol motor DC untuk membuka jendela ruangan dan lampu pada
ruangan akan padam karena siang hari tanaman lebih banyak
membutuhkan udara, dan pada saat malam secara otomatis sensor
akan
18
membaca keadaan dan akan mengontrol motor untuk menutup jendela
dan menghidupkan lampu ruangan. Untuk pengontrolan irigasi, sistem
ini memanfaatkan sensor level air yang akan dihubungkan dengan
transistor switching circuit, transistor tersebut akan menjadi
saklar untuk mengaktifkan relay, kemudian kontak NO dari relay yang
digunakan untuk menghidupkan pompa air. Untuk lebih mengetahui
sistem ini, di bawah ini merupakan diagram blok pengontrol
pengontrol dari sistem ini:
BCD Sensor Suhu LM 35 ADC 0809 CCN IC Microkontroler AT89S51 Fan
OFF 74 LS47 Fan ON
Display 7 Segmen
Gambar 2.1. Diagram blok dari sistem pengontrol SuhuMotor
berputar kekanan dan Lampu Padam Sensor Cahaya LDR Rangkaian Saklar
Transistor
Relay Motor berputar kekiri dan Lampu menyala
19
Gambar 2.2. Diagram blok sistem pengontrol cahaya
Pompa Air ON
Sensor Level Air
Rangkaian Saklar Transistor
Relay Pompa Air OFF
Gambar 2.3. Diagram blok sistem pengontrol irigasi
2.11. Flow Chart Untuk mengetahui lebih jelas sistem kerja dari
pengontrolan ruangan tanaman hidrophonik ini dapat dilihat melalui
flow chart dibawah ini :
MULAI
Air = Level Air Suhu ( C) Cahaya = LDR
Sensor Cahaya ON
Sensor Suhu ON
Sensor Level Air ON
Jendela Tutup & Lampu Menyala
Cahay a Masuk
Suhu > 28 C
Air = Level
Pompa Air ON
Jendela Buka & Lampu Padam
Fan ON
Pompa Air OFF
20
Tidak
Tidak
Tidak
Ya
Ya
Ya
Gambar 2.4. Flow Chart Sistem kerja Rangkaian 2.12.
Karakteristik Perancangan sistem pengontrolan ruangan tanaman
hidrophonik ini mempunyai karakteristik sebagai berikut : 1.
Kondisi Fisik Miniatur rumah kaca ini terbuat dari bahan kaca
setebal 3 mm yang digunakan untuk konstruksi dindingnya dan akrilik
setebal 3 mm yang digunakan untuk konstruksi atap. Ukuran Miniatur
Rumah Kaca adalah : - Panjang - Lebar = = 35 cm 30 cm 30 cm 15
cm
- Tinggi dinding= - Tinggi Atap =
Pada konstruksi atapnya terdapat mekanik sirkulasi udara
(jendela atap) yang berbentuk atap kecil dapat terbuka dan tertutup
sesuai dengan kondisi yang diperlukan oleh tanaman. Jendela atap
ini dapat terbuka sepanjang 3 cm ke atas (buka) dan ke bawah
(tutup) yang diatur dengan pergerakan Motor DC dengan tegangan
yang
21
dibutuhkan sebesar 6 Volt Dc. Ukuran dari jendela atap tersebut
adalah panjang 15 cm dan lebar 10 cm.
2. Kondisi pengoperasian Suhu yang dibutuhkan 26 - 28 C (Contoh
suhu yang dibutuhkan Tanaman), untuk menjaga kestabilan suhu maka
digunakan kipas dc. Sensor suhu yang digunakan adalah LM 35 DT yang
membutuhkan sumber 5 Vdc dan mempunyai output 10 mV tiap C sesuai
dengan kondisi suhu yang terukur. Display suhu menggunakan seven
segmen 2 digit. Pengontrolan irigasi menggunakan sensor level air,
yang diletakkan di dalam pot tanaman. Pompa air yang digunakan
untuk irigasi adalah Pompa King dengan tegangan input 220 Vac 18W
yang mempunyai kekuatan 1200 liter/jam. Sensor cahaya yang
digunakan adalah LDR. Sirkulasi udara terdapat pada dua jalur yaitu
jendela atap dan ventilasi yang ada di sisi dindingnya. 3.
Kelemahan alat Proses pembukaan dan penutupan jendela secara
otomatis masih kurang stabil, hal ini disebabkan kopling yang
digunakan untuk
22
menyambung poros ulir dan batang rotor kurang presisi karena
ukuranya terlalu kecil. Dengan miniatur ruangan yang terbuat dari
bahan utama kaca dan akrilic menyebabkan kondisi suhu yang
diharapkan sulit tercapai, karena dengan menggunakan kipas 6 Vdc
sebagai pendingin hanya akan tercapai suhu ruangan 28 29 C Sistem
irigasi yang masih sederhana menyebabkan proses pengairan tidak
merata.
2.13. Lingkungan Operasi dan Pengembangannya Sistem pengontrolan
ini dapat diaplikasikan pada sebuah rumah kaca hidrophonik. Namun
pada tugas akhir ini, penulis hanya menggambarkan dalam bentuk
simulasi. Sehingga masih terdapat ketidaksesuaian alat yang
digunakan dengan kondisi sebenarnya. Hasil simulasi ini dapat
diimpelentasikan dan menjadi prototipe bagi pengembangan sistem
hidrophonik yang telah ada. Sistem seperti ini bisa langsung
dipergunakan oleh pembudidaya hidrophonik untuk mengganti cara yang
dipakai selama ini dengan sistem yang otomatis, tentu saja dengan
bahan yang disesuaikan dengan kebutuhan dilapangan dan yang pasti
akan membutuhkan biaya ekstra. Sedangkan simulasi ini hanya
digunakan sebagai bahan tugas akhir di perguruan tinggi.