BAB II DASAR TEORI. 2.1 Pengertian sistem pengukuran dan kontrol

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian sistem pengukuran dan kontrol Dalam fisika teknik, pengukuran dan kontrol sangat diperlukan. Pengukuran adalah proses atau kegiatan untuk menampilkan kualitas sesuatu secara numerik. Pada umumnya sistem pengukuran dapat dibagi menjadi tiga elemen utama yaitu transducer, signal conditioning dan display. Measured Value Transducer Signal Conditioning Display Gambar 2.1 Diagram sistem pengukuran Sedangkan sistem kontrol adalah proses pengaturan dan pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkaian harga (range) tertentu. Komponenkomponen yang terdapat dalam sistem kontrol dapat lebih mudah digambarkan dengan diagram blok. input yg diinginkan Kontroler Aktuator Plant Output Sensor Gambar 2.2 Diagram blok sistem kontrol Laporan Tugas Akhir 5

2 2.2 Sensor/transducer Pada sistem pengontrolan dan pengukuran diperlukan suatu alat/device yang dapat mengubah besaran fisik seperti gaya, tekanan, temperatur, kecepatan dan lainnya untuk diubah menjadi besaran yang lain. Sensor adalah alat yang berfungsi mendeteksi sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Dalam tugas akhir ini penulis menggunakan sensor thermocouple tipe K. 2.3 Termokopel tipe K Thermocouple pada intinya terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan dan dilebur bersama, dimana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding. Dalam penggunaan sensor termokopel tipe K ini tidak bisa langsung di rangkai ke Mikrokontroller Arduino Uno, tetapi harus melewati dulu rangkaian Cold junction. Rangkaian ini merupakan rangkaian dimana terdapat sebuah amplifier atau penguat AD595AQ. IC ini merupakan penguat khusus termokopek tipe K, sehingga penulis memilih AD595AQ sebagai amplifier khusus untuk termokopel. Berikut adalah skema rangkaian penguat/cold junction untuk termokopel tipe K. Laporan Tugas Akhir 6

3 Gambar 2.3. Rangkaian pada AD595AQ (Sumber: reprap.org) Gambar2.4 rangkaian PCB penguat Cold Junction (Sumber: AD595 breakout) Pada rangkaian diatas dapat dilihat bahwa pin1 dan 14 sebagai input output sensor, pin 8 dan 9 di jumper sebagai tegangan supply, pin 11 menuju +5V namun dihubungkan menuju resistor 330 ohm dan led menuju pin 12, terakhir pin 1, 13, 4 dan 7 masuk ke ground. Laporan Tugas Akhir 7

4 Tabel 2.1. berikut memperlihatkan karakteristik dari beberapa jenis sensor suhu yang ada. Tabel 2.1. Karakteristik sensor temperatur (Schuller, Mc.Name, 1986) Thermocouple RTD Thermistor IC Sensor V R R V, I T T T T - self powered - most stable - high output - most linear - simple - most accurate - fast - highest output - rugged - more linear than - two-wire ohms - inexpensive - inexpensive termocouple measurement Advantages - wide variety - wide temperature range - non linear - expensive - non linear - T < 200 o C - low voltage - power supply - limited - power supply - reference required temperature required required - small ΔR range - slow Disadvantages - least stable - least sensitive - low absolute resistance - self heating - fragile - power supply required - self heating - self heating - limited configuration Laporan Tugas Akhir 8

5 2.4 Signal Conditioning Signal Conditioning adalah alat untuk mengubah sinyal dari transducer agar dapat terbaca oleh display. Tugas pengkondisi sinyal yang sering dilakukan adalah penguatan (amplification). Misalnya sinyal-sinyal lemah yang berasal dari termokopel, sebaiknya dikuatkan untuk meningkatkan resolusi pengukuran. Pengkondisi signal yang digunakan dalam tugas akhir ini ialah ADC (Analog to Digital Converter) internal yang ada pada mikrokontroler. 2.5 Display Gambar 2.5. LCD Shield Shield adalah istilah untuk modul tambahan pada Arduino. Karena cara menggunakan modul tambahan pada Arduino adalah dengan cara menumpuk di bagian atas Arduino, maka diberi istilah shield (tameng/perisai). LCD Shield merupakan perangkat display 2x16 berbasis HD44780 dengan warna display biru. LCD shield yang penulis gunakan ini adalah LCD shield yang sudah menjadi modul dan dikhususkan untuk Arduino, sehingga dalam penerapannya pun tidak diperlukan penyolderan. Alat ini lebih modern baik dipandang dari waktu keberadaan, fungsi maupun kemampuan. Alat peraga LCD (Liquid Crystal Display) memerlukan konsumsi listrik yang rendah tetapi menghasilkan performansi tampilan yang sempurna mengingat cahaya yang dihasilkan sudah memiliki warna yang sempurna. Laporan Tugas Akhir 9

6 2.6 Mikrokontroler Arduino Uno Mikrokontroler merupakan keseluruhan sistem komputer yang dikemas menjadi sebuah chip yang di dalamnya sudah terdapat mikroprosesor, I/O, memori bahkan ADC. Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328. Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang-ke adaptor-dc atau baterai untuk menjalankannya. Gambar 2.6 Arduino Uno R3 Sumber : famosastudio.com Berikut adalah bagian-bagian papan arduino uno: Laporan Tugas Akhir 10

7 Gambar 2.7 Bagian-bagian pada papan arduino uno Sumber : famosastudio.com 14 pin Input/ Output digital (0-13) Berfungsi sebagai input atau output dapat diatur oleh program. USB Berfungsi untuk memuat program dari komputer kedalam papan serta dapat pula digunakan untuk komunikasi serial antara papan dan komputer. Q1 - Kristal (Quartz Crystal Oscillator) Jika sebuah mikrokontroler dianggap sebagai sebuah otak, maka Kristal adalah jantungnya karena komponen ini menghasilkan detak-detak yang dikirim kepada mikrokontroler agar melakukan sebuah operasi untuk setiap detaknya. Tombol Reset S1 Untuk me-reset papan sehingga program akan mulai lagi dari awal, namun tombol reset ini tidak dapat digunakan untuk fungsi menghapus program atau mengosongkan mikrokontroler. Laporan Tugas Akhir 11

8 IC 1 Mikrokontroler Atmega 328 Komponen utama dari papan Arduino Uno yang didalamnya terdapat CPU, ROM dan RAM. X1 Sumber Daya Eksternal Berfungsi untuk memberikan daya eksternal dengan sumber tegangan 9 12V DC. 6 Pin Input Analog Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor analog, seperti sensor suhu. Program dapat membaca nilai sebuah pin input antara , dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 5V Fitur Mikrokontroler ATMega 328 ATMega 328 adalah mikrokontroler keluaran dari Atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Intruction Set Computer) yang dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat daripada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer). Mikrokontroler ini memiliki beberapa fitur antara lain: 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna. Clock 16 MHz. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB. Laporan Tugas Akhir 12

9 Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output. Master / Slave SPI Serial interface Software Arduino Papan Arduino akan bekerja sesuai intruksi pemrograman yang dimasukkan oleh programmer. Software arduino yang digunakan adalah driver dan IDE. IDE Arduino adalah software yang sangat canggih dan ditulis dengan menggunakan bahasa java dan bahasa C. IDE arduino terdiri dari: Editor Program Sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam bahasa processing. Compiler Sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa processing) menjadi kode biner. Uploader Sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer kedalam memori didalam papan arduino. Laporan Tugas Akhir 13

10 Gambar 2.8 Tampilan Sofware Arduino IDE 2.7 Bahasa Program Arduino Bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa Processing yang mirip dengan bahasa C dan java. Tetapi bahasa ini sudah dipermudah menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga pemula pun bisa mempelajarinya dengan cukup mudah. Untuk membuat program Arduino dan meng-upload ke dalam board Arduino, anda membutuhkan software Arduino IDE (Integrated DevelopmentEnviroment).(sumber: a-itu-arduino.html). Laporan Tugas Akhir 14

11 2.8 Perekam data Perekam data atau disebut juga data logger merupakan alat berukuran kecil yang dapat dihubungkan dengan sejumlah sensor, yang dapat menyuplik sinyal sensor, mengubah sinyal tersebut dari bentuk analog ke dalam bentuk digital, melakukan olah sinyal digital berdasarkan kemauan pengguna, menyimpan data pada waktu yang telah ditentukan atau tergantung perintah eksternal serta mengirim data ke perangkat lain. Secara umum, perekam data sederhana terdiri dari mikrokontroler, sensor, dan media penyimpanan. Mikrokontroler merupakan bagian dari perekam data yang mengatur komunikasi antar perangkat. Sensor berfungsi untuk mengubah besaran fisik manjadi besaran elektronik dan media penyimpanan berfungsi untuk menyimpan data. 2.9 Media penyimpanan Media penyimpanan dalam perekam data berbasis mikrokontroler berupa media penyimpanan digital. Secure Digital Card (SD card) merupakan salah satu media penyimpanan yang banyak digunakan. SD card dikembangkan oleh Sandisk, Matsushita, dan Toshiba sebagai media penyimpanan perangkat portabel. Saat ini media penyimpanan ini digunakan berbagai macam perangkat, seperti kamera digital, telepon genggam, Personal Digital Assistance (PDA), dsb. Kapasitas yang dimiliki mulai dari 8MB hingga 2GB untuk generasi awal dan 4GB hingga 32GB pada generasi akhir yang disebut SDHC card. Pengembangan lebih lanjut dari media penyimpanan ini menghasilkan dimensi yang lebih kecil dan kompak seiring dengan perkembangan jaman yang berupa MiniSD dan MicroSD. Gambar 2.9 SD Card dengan Adapter Laporan Tugas Akhir 15

12 2.10 Bahasa Pemograman Tipe data dasar Tipe data merupakan bagian program yang paling penting karena tipe data akan mempengaruhi setiap instruksi yang akan dilaksanakan oleh komputer.pemilihan tipe data yang tepat akan membuat proses operasi data menjadi lebih efisien dan efektif. Tipe data dalam bahasa C berdasarkan jenisnya dapat dibagi menjadi lima kelompok, yang dinamakan tipe data dasar. Tabel 2.2 Tipe data dasar No Tipe data Ukuran Range Format Keterangan 1 char 1 Byte -128 s/d 127 %c Karakter/string 2 int 2 Byte s/d %i,%d Intenger/bilangan bulat 3 float 4 Byte -3.4E-308 s/d double 8 Byte -3.4E-308 s/d %f Float/bilangan pecahan %lf Pecahan presisi ganda 6 void 0 Byte - - Tidak bertipe Sumber : famosastudio.com Operator Operator merupakan simbol atau kata yang dapat digunakan dalam program untuk melakukan suatu operasi atau manipulasi.jenis- jenis operator pada bahasa C sesuai dengan fungsi penggunaannya: a) Operator penugasan Operator penugasan adalah suatu operator yang digunakan untuk memasukan nilai pada suatu variable dan dilambangkan dangan =. Laporan Tugas Akhir 16

13 b) Operator aritmatika Operator aritmatika adalah suatu operator yang berfungsi untuk melakukan operasi-operasi matematika. Dalam bahasa C operasi aritmatika terbagi menjadi lima bagian diantaranya : Tabel 2.3 Operator aritmatika Operator Jenis Operasi Contoh penggunaan + Penjumlahan = 35 - Pengurangan 10 9 = 1 * Perkalian 3*7 = 21 / Pembagian 21/3 = 7 % Sisi bagi(modulus) 10%4 = 2 c) Operasi hubungan Operasi hubungan adalah operator yang digunakan untuk membandingkan dua buah operandi. Yang termasuk kedalam operator hubungan diantaranya : Tabel 2.4 Operasi hubungan Operator Jenis operasi Contoh penggunaan = = Sama dengan (8= =8 =1) > Lebih besar (8>9 =0) < Lebih kecil (8<9 =1) >= Lebih besar sama dengan (8>=7 =0) <= Lebih kecil sama dengan (7<=8 =1)!= Tidak sama dengan (8!= 9 = 1) Laporan Tugas Akhir 17

14 d) Operator logika Operator logika adalah operator yang digunakan dalam operasi yang hanya dapat menghasilkan nilai benar (true) atau nilai salah (false) atau operator yang membandingkan.berikut adalah beberapa operator logika: Tabel 2.5 Operator logika Operator Jenis operasi Contoh penggunaan && AND 1 && 0 = 0 OR 1 0 = 1! NOT! 1 = Kontrol program Untuk keperluan penyelesaian kasus, bahasa C menyediakan beberapa control program diantaranya : 1. Statement if Statement if digunakan untuk pemilihan yang berdasarkan pada satu kasus, dua kasus, atau lebih dari itu.pada statement yang lebih dari dua kasus biasanya menggunakan stetment if = else. 2. Statement switch Statement switch digunakan untuk melakukan pemilihan terhadap ekspresi atau kondisi yang memiliki nilai-nilai konstan. 3. Statement pengulangan Statement ini digunakan untuk melakukan pengulangan suatu aksi terhadap suatu program. Statement ini terdiri dari struktur for, struktur while, dan struktur do-while. Laporan Tugas Akhir 18

15 Menampilkan data ke layar Untuk keperluan menampilkan data/informasi, C menyediakan sejumlah fungsi diantaranya sebagai berikut : 1. Fungsi print.lcd() Fungsi frintf () merupakan fungsi paling umum digunakan untuk menampilkan data.beberapa jenis data dapat ditampilkan ke layar dengan memakai fungsi ini. 2. Fungsi putchar() Fungsi putchar() digunakan khusus menampilkan sebuah karakter ke layar. Penampilan karakter tidak diakhiri perpindahan baris. 3. Fungsi scanf() Fungsi scanf() merupakan fungsi yang digunakan untuk memasukan berbagai jenis data. 4. Fungsi getchar() Fungsi getchar() digunakan khusus menerima masukan dari sebuah karakter dari keyboard Sistem Refrigerasi Mini Blood Bank Cabinet. Sistem refrigerasi Mini Blood Bank Cabinet adalah salah satu sistem refrigerasi yang bertujuan untuk menyimpan darah. Pada sistem refrigerasi Mini Blood Bank Cabinet menggunakan sistem refrigerasi kompresi uap sederhana, yang terdiri dari beberapa komponen refrigerasi seperti kompresor, kondenser, alat ekspansi, dan evaporator. Laporan Tugas Akhir 19

16 Kondenser Evaporator kompresor Kabin Gambar 2.10 Skema Sistem Refrigerasi Pada pengontrolan dan sistem perekaman data titik yang diukur adalah kabin 2.12 Pengertian Blood Bank Cabinet Darah memerlukan tempat penyimpanan yang sering disebut Blood Bank Cabinet. Blood Bank Cabinet dapat berguna untuk keperluan penyimpanan darah diberbagai lokasi, baik dirumah sakit maupun diluar rumah sakit (tempat donor darah atau puskesmas). Alat ini umumnya menggunakan sistem refrigerasi kompresi uap, dan mempunyai temperatur kerja 4 0 C ±2 0 C untuk darah jenis Whole Blood atau Packed Red Cells (PRC), untuk darah trombosit disimpan pada temperatur 22 0 C ±2 0 C, dan untuk Plasma darah atau sel darah putih disimpan pada temperatur C ±2 0 C. Mini Blood Bank Cabinet ini didesain untuk penyimpanan darah jenis Whole Blood atau Packed Red Cells (PRC). Pendinginan pada kabin menggunakan evaporator fin(finned Evaporator) dengan fan sebagai pengsirkulasi udara guna membantu proses perpindahan panas. Laporan Tugas Akhir 20

17 Gambar 2.11 Blood Bank Cabinet (Sumber Gambar: Laporan Tugas Akhir 21