Tugas Akhir PERANCANGAN DAN PEMBUATAN THERMOMETER DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 OLEH : PUTU SEPTIANI UTAMI DEWI

Transkripsi

1 Tugas Akhir PERANCANGAN DAN PEMBUATAN THERMOMETER DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNDIKSHA OLEH : PUTU SEPTIANI UTAMI DEWI JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA FAKULTAS TEKNIK DAN KEJURUAN UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA 2010

2 BAB III METODELOGI PENELITIAN 3.1 Rancangan Penelitian Rancangan penelitian berkaitan dengan hal-hal yang mengarah pada proses pembuatan alat-alat yang akan dirancang. START Perancangan Rangkaian dan penentuan komponen sensor suhu dan op-apm A Pembuatan Rangkaian sensor dan Op-amp pd PCB Perancangan dan Pembuatan Program Pengecekan rangkaian Perbaikan Rangkaian Pengujian Program Perbaikan Program Tegangan output op-amp berbanding lurus dengan suhu plant? N Tampilan Seven Segmen tidak ada yang cacat dan mendekati nilai thermometer yang sudah ada? N Y Y Pembuatan Jalur rangkaian keseluruhan pd PCB Perancangan Rangkaian ADC 0804 Perakitan pd papan PCB Pembuatan Rangkaian ADC pd PCB Perbaikan Rangkaian Pengujian Rangkaian keseluruhan Analisa Jalur PCB Pengecekan rangkaian Rangkaian ADC sudah berhasil mengubah data desimal menjadi data biner? N Seluruh blok rangkaian bekerja dengan baik? Y N Y Pengambilan data alat Pengambilan data biner (output sensor) Analisa Data A Pembuatan Laporan Selesai Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Tugas Akhir

3 Adapun rancangan penelitian dalam Tugas Akhir ini terdiri dari 3 hal utama yaitu perancangan sistem, perancangan hadware, dan perancangan software Perancangan Sistem Adapun perancangan sistem Tugas Akhir ini sesuai dengan gambar diagram blok dibawah ini. Gambar 3.2 Diagram Blok Perancangan Sistem Plant yang ingin diketahui suhunya didekatkan ke sensor, dioda IN4148 yang digunakan sebagai sensor suhu kemudian sensor akan mendeteksi suhu plant tersebut, output sensor berupa tegangan. Output sensor akan berbanding terbalik dengan suhu plant, bilamana suhu plant naik maka nilai output sensor akan turun, begitu pula sebaliknya, bila suhu plant turun, maka nilai output sensor akan naik. Nilai output sensor yang sangat kecil harus dikuatkan oleh pengkondisi sinyal. Output dari pengkondisi sinyal yang masih berupa data analog selanjutnya akan diterjemahkan

4 menjadi data digital oleh ADC, kemudian output ADC yang sudah berupa data digital akan diproses oleh mikrokontroler yang selanjutnya akan ditampilkan pada seven segment Perancangan Hardware berikut: Perancangan Hardware Tugas Akhir ini meliputi blok-blok sebagai 1. Sensor Suhu dan Op-amp Gambar 3.3 menunjukkan gambar rangkaian sensor suhu dan pengkondisi sinyal. Dioda IN4148 digunakan sebagai sensor suhu, IC yang digunakan untuk pengkondisi sinyal adalah LM324, dengan 4 gerbang penguatan, yakni A1, A2, A3, dan A4 seperti gambar 3.3. Gambar 3.3 Sensor Suhu dan Op-amp

5 Pada rangkaian ini diinginkan tegangan yang masuk ke pin + A3 adalah 2,5 volt, input IC LM324 adalah 5 volt, sehingga dibutuhkan pembagi tegangan. Berlaku rumus : V æ = ç R1 Vs è R1 + R 2 ö ø Didapat nilai R 1 dan R 2 adalah 10KΩ, agar kondisi tegangan 2,5volt tersebut mendekati kondisi ideal maka tegangan tersebut akan melewati op-amp 1 terlebih dahulu, seperti gambar 3.4. Fungsi op-amp 1 adalah sebagai buffer, dimana V o V in, namun arus input lebih kecil dari pada arus output. Hal ini membuat tegangan output akan mendekati ideal. Gambar 3.4 Pembagi Tegangan dan Buffer Output A1 selanjutnya akan menjadi input (+) pada A2.Op-amp2 merupakan modifikasi dari rangkaian sumber arus konstan,

6 gambar 3.5 dibawah ini menunjukkan gambar sumber arus konstan. Gambar 3.5 Rangkaian Sumber Arus Konstan I Rin = V R in in Dimana I f =I rin, selama tegangan input tetap konstan maka arus input atau arus referensi juga akan tetap konstan. Jika tahanan R f diganti dengan dioda (gambar 3.6), maka arus yang mengalir pada dioda adalah: I D = V R in in V = V out D + V in Gambar 3.6 Modifikasi Rangkaian Sumber Arus Konstan Tegangan diode saat berada pada suhu ruangan sebesar 0,57 V maka keluaran op-amp ini adalah:

7 V out = V in + V diode V out = 2,5 V + 0,57 V V out = 3,07 V Selanjutnya output op-amp2 akan menjadi input (-) pada opamp3 merupakan rangkaian penguat selisih, adapun rumus yang berlaku di penguat selisih yakni: Dimana R 1 = R 2 dan R 3 = R 4, diinginkan bahwa pada saat suhu ruangan, tegangan output Op-amp 3 berkisar antara 0,3 volt. Sedangkan saat suhu ruangan Vout A2 sebesar 3,07 volt. Sehingga didapat nilai-nilai sebagai berikut: V out = ( ) R R V 1 - V 56kW 0,3 = ( 3,07 -V 2) 10 kw V 2 = 3, 01volt Hal tersebut diatas dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

8 Gambar 3.7 Rangkaian Penguat Selisih Op-amp4 berfungsi sebagai penguat tak pembalik sederhana (buffer) maka outputnya akan sama dengan nilai input dari opamp3 yaitu 0.32 volt saat sensor berada pada suhu ruangan. Nilai output akhir dari op-amp masih berupa besaran analog, sedangkan mikrokontroler hanya dapat memproses data digital, sehingga diperlukan ADC (Analog to Digital Converter). 2. ADC (Analog to Digital Converter) ADC0804 dioperasikan pada mode hand shaking. Thermometer digital yang dibuat memiliki rentang suhu 0ºC sampai dengan 100ºC. Saat suhu ruangan, output sensor berkisar antara 0,30volt- 0,33volt, sedangkan saat suhu mencapai 100ºC, output sensor akan bernilai 1volt. Agar pembacaan ADC lebih teliti, maka nilai V ref haruslah setengah dari nilai inputan tertinggi. V ref 1 = V 2 in 1 V ref = x1volt 2 V ref = 0, 5volt

9 Gambar 3.8 Rangkaian ADC 0804 Mode Hand Shaking Output dari ADC selanjutnya akan diproses oleh mikrokontroler AT89S51 dan nilai suhu yang terukur akan tampil pada seven segment. 3. Perancangan Rangkaian Penampil Suhu (Seven segment) IC BCD to seven segment digunakan untuk menentukan angka yang tampil pada seven segment. IC ini berfungsi mengubah data biner menjadi tampilan pada seven segment. Gambar 3.9 menunjukkan rangkaian seven segment dengan IC 7447.

10 Gambar 3.9 Rangkaian Seven segment dengan IC 7447 Dari gambar 3.9 diatas dapat dilihat bahwa P1.1 sampai dengan P1.3 digunakan untuk memberikan cacahan pada IC Sedangkan P1.4 sampai dengan P1.6 digunakan untuk menscanning transistor, dimana transistor ini difungsikan sebagai saklar untuk memberika Vcc pada masing-masing segmen. Adapun fungsi dari IC 7447 adalah sebagai decorder input, dimana input yang berupa 4bit BCD di decorder menjadi seven segment BCD.

11 Tabel 3.1 Tabel kebenaran IC 7447 Heksa Input 7447 Output 7447 A B C D a b c d e f g A B C D E F

12 4. Perancangan Modul Penanam Mikrokontroler AT89S51 Gambar 3.10 Rangkaian Modul Penanaman Mikrokontroler Downloader ini berfungsi untuk menanamkan program pada mikrokontroler AT89S51, konektor yang digunakan untuk menanam program adalah konektor DB25 Female (on board). Sedangkan untuk software yang digunakan untuk mengcompailer program adalah ASM51 dan untuk menanam programnya menggunakan software downloader 89Sxx programmer.exe Perancangan Software 1. Program ADC Hand Shaking Adapun alur pemrograman ADC hand shaking dapat dilihat pada gambar di bawah.

13 Gambar 3.11 Alur Pemrograman ADC hand shaking Sedangkan flowchart program ADC hand shaking dapat dilihat pada gambar 3.12 d bawah ini. Start Inisialisasi ADC CS bit P0.7 ADC RD bit P0.6 ADC WR bit P0.5 ADC INT bit P0.4 ADC CS = 0 A B

14 Gambar 3.12 Flowchart ADC Hand Shaking Agar ADC dapat bekerja, CS harus berlogika 0. Ketika WR berlogika 0, register SAR akan direset, sedangkan ketika sinyal

15 WR kembali 1, maka proses konversi segera dimulai. Selama konversi sedang berlangsung, sinyal INTR akan tidak aktif (berlogika 1 ), saat konversi selesai ditandai dengan aktifnya sinyal INTR (logika 0 ). Ketika sinyal RD dikirimkan data berlogika 0 maka data hasil konversi akan dikeluarkan. Setelah proses konversi selesai data hasil konversi disimpan pada accumulator, begitu seterusnya. Perancangan untuk Tugas Akhir ini menggunakan mode hand-shaking. Mode ini dipilih karena akan ada tampilan suhu yang harus dapat dilihat oleh pemakai alat, sehingga waktu konversi ADC dapat diatur. 2. Program Tampilan Data hasil konversi yang tersimpan di accumulator akan dipanggil kembali untuk selanjutnya diproses agar bisa ditampilkan pada seven segment. Adapun alur pemrograman agar seven segment dapat menampilkan nilai suhu yang terukur seperti gambar dibawah ini.

16 A B Aktifkan satu segmen Kirim data Semua segmen sudah aktif? Start Gambar 3.13 Alur Pemrograman ADC hand shaking Proses pengolahan data ini menggunakan system scaning, gambar 3.12 menunjukkan flowchart program penampil. START a P.3 b = 28 a = a/b X

17 X Y r1 b Orl a,#10h orl a, #40h Call tunda P.1 a STOP Call tunda a r1 a b = 3 a = a/b r1 b orl a,#20h P.1 a Call tunda a r1 a = a + 1 b = 3 a = a x b P.1 a Y Gambar 3.14 flowchart program penampil

18 3.2 Lokasi Perancangan Adapun beberapa tempat penelitian dilakukan yakni, di Lab 1 dan Workshop 1 Jurusan Teknik Elektro, Kampus Tengah. Di Jln. Sudirman No.43 Singaraja dan di Jln. Bisma Gg Nusa Indah. 3.3 Subyek Penelitian Subyek penelitian dalam pembuatan Tugas Akhir ini adalah berupa alat penampil suhu (thermometer) digital berbasis mikrokontroler AT89S51 yang digunakan untuk mengukur suhu suatu objek. 3.4 Pengumpulan Data Langkah-langkah Pengujian Adapun beberapa langkah yang dilakukan untung pengujian dan pengambilan data alat adalah sebagai berikut: 1. Pengujian rangkaian sensor a. Mendekatkan sensor ke beberapa obyek yang mengeluarkan panas. b. Mengukur tegangan yang dihasilkan op-amp dan mencatat keluaran sensor.

19 2. Pengujian rangkaian ADC a. Menghubungkan rangkaian ADC dengan mikrokontroler dan menampilkan pada led, sehingga output biner dari sensor dapat diketahui. b. Mengamati dan mencatat nilai biner. 3. Pembuatan box untuk pengambilan data Untuk memudahkan pengambilan data, dibuat box dengan ukuran 40cm x 30cm x 25cm. Dimana didalam box dipasang 3 buah lampu 60watt, kemudian tegangan lampu tersebut akan diatur dengan auto trafo agar didapat suatu panas tertentu. 4. Pengujian tampilan a. Meletakkan sensor, thermometer digital dan thermometer analog pada satu ruangan berisi lampu, kemudian mengubah-ubah tegangan ke lampu dengan menggunakan auto trafo. b. Mengamati seven segment, membandingkan tampilan seven segment dengan thermometer digital dan analog kemudian mencatat data hasil pengamatan Instrumen Penelitian ini antara lain: Adapun beberapa instrument yang digunakan dalam pengumpulan data

20 1. Voltmeter Digital Voltmeter digital digunakan untuk mengukur output op-amp agar memperoleh suatu nilai yang pasti. Voltmeter digital dapat dilihat pada gambar 3.15 dibawah ini. Gambar 3.15 Voltmeter Digital 2. Thermometer Digital Thermometer Digital digunakan untuk membandingkan data keluaran seven segment. Thermometer ini memiliki rentang suhu dari -10 C sampai dengan 70 C dan memiliki delay penampil selama 8detik

21 3. Thermometer Analog Gambar 3.16 Thermometer Digital Agar data yang didapatkan lebih akurat, digunakan juga thermometer analog sebagai pembanding. Thermometer ini memiliki rentang suhu dari -10 C sampai dengan 100 C 4. Watt meter Gambar 3.17 Thermometer Analog Watt meter digunakan untuk mengukur tegagan output auto trafo, dimana auto trafo digunakan untuk meberi masukan variable pada lampu yang digunakan untuk mengambil data.

22 Gambar 3.18 Wattmeter Data Hasil Pengamatan Adapun beberapa data hasil pengamatan, antara lain: 1. Data Tegangan Sensor dan Output Biner ADC Tabel 3.2 Data Biner Sensor No Tegangan Sensor (volt) Biner 1 0, , , , , , , , , , , , , , , ,

23 17 0, , , , Analisis Data Dalam analisa data dibutuhkan data-data yang akurat untuk mendukung kinerja alat yang dibuat dan membandingkannya dengan data istrumen sebelumnya, sehingga bisa diketahui kesalahan-kesalahan dan kekurangan yang ada pada alat.