ISBN : Yogyakarta, 11 Desember 2010

Transkripsi

1 ISBN : Yogyakarta, 11 Desember 2010 TELEMETRI SUHU SECARA REALTIME BERBASIS ASK-FM DENGAN PEMPROGRAMAN VISUAL BASIC REALTIMELY TEMPERATUR TELEMETRY BASE ON ASK-FM USING A VISUAL BASIC PROGRAM Muhammad Andang Novianta Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Sains & Teknologi AKPRIND Jl. Kalisahak No.28, Kompleks Balapan Yogyakarta Telepon (0274) ekst m_andang@akprind.ac.id 1) Abstrak Setiap penelitian tidak terlepas dari proses pengukuran. Jika pengukuran dilakukan pada suatu medan yang sangat sulit dijangkau langsung oleh manusia maka diperlukan suatu sistem pengukuran jarak jauh yang handal dan dapat menyimpan data pengukuran secara kontinu. Penelitian ini ditujukan untuk merancang suatu prototipe alat ukur telemetri suhu dengan menggunakan sensor LM35 yang dilengkapi sistem pemancar jarak jauh (ASK-FM) dan media tampilan menggunakan pemrograman Visual Basic serta sistem database menggunakan Microsoft Access. Hasil pengujian menunjukkan bahwa perancangan alat berfungsi dengan baik, berdasarkan data sensitivitas sensor suhu yang didapat. Kata Kunci: Telemetri Suhu, ASK-FM, Visual Basic, Sensor LM35 1) 1) Pendahuluan Alat ukur dipergunakan dalam berbagai macam keperluan manusia, baik untuk keperluan penelitian atau untuk keperluan praktis. Terdapat berbagai macam alat ukur untuk mengukur besaran fisik atau besaran turunan. Pada keadaan normal penggunaan, yang disebutkan sebagai keadaan medan penggunaan yang tidak membahayakan keselamatan manusia, maka di dipergunakan alat ukur yang memberikan nilai hasil pengukuran langsung pada medan pengukuran. Namun apabila medan pengukuran berpotensi membahayakan keselamatan manusia, maka diperlukan alat ukur yang dapat mengukur objek pada medan pengukuran tetapi hasil pengukuran dapat diamati dari medan yang aman. Biasanya hasil pengukuran ditransmisikan melalui metode transmisi. Sistem pengukuran dengan alat ukur yang demikian disebut telemetri. Sudah lama diketahui bahwasannya dalam banyak proses fisika terutama pergerakan yang terjadi di alam tidak terlepas dari pelepasan unsur panas dan tekanan, pelepasan panas ini adakalanya menguntungkan tapi tidak sedikit yang merugikan. Karena pelepasan dan penyerapan panas merupakan proses untuk menyeimbangkan keadaan. Salah satu fenomena alam yaitu letusan gunung api, dan salah satu parameter fisika dari gunung api adalah suhu. Suhu berbanding lurus dengan tekanan. Magma dengan temperatur tinggi memiliki tekanan yang tinggi, sebaliknya magma yang berada dekat permukaan, suhu dan tekanannya rendah. Gunung api, intrusi, gempa, pembentukan gunung dan proses metamorf semua dikontrol oleh transfer panas yang terjadi di dalam bumi. Transport panas dari dalam bumi mengontrol evolusi geologi bumi, gerakan lempeng, aktivitas pembekuan, metamorf, evolusi inti dan juga medan magnet bumi [2]. Dari keterangan tersebut dapat diketahui bahwa informasi besaran suhu pada suatu medan banyak diperlukan untuk medan yang sulit dijangkau dan berbahaya, sedangkan informasi dibutuhkan terus menerus sebagai bagian dari bahan untuk menentukan aktifitas alam, maka diperlukan sistem telemetri suhu melalui saluran transmisi karena penggunaan kabel menjadi tidak efektif dan rentan terhadap gangguan alam. Perumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana merancang sensor suhu yang merubah besaran suhu menjadi besaran listrik. Selanjutnya diperlukan penguat agar besaran mencapai suatu nilai dan rentang yang cukup untuk dirubah kembali menjadi nilai objek terukur dan menempati rentang pengukuran yang diinginkan. Untuk dapat mengolah besaran listrik secara digital diperlukan perangkat peubah taraf tegangan analog menjadi nilai data digital. Pengolah diperlukan untuk mengatur proses konversi data yang dilakukan oleh pengolah. Selanjutnya untuk dapat dipancarkan melalui media transmisi berbasis ASK (Amplitude Shift Keying) maka data digital perlu dirubah menjadi sinyal analog, dimana diperlukan identifikasi sinyal analog yang merujuk pada suatu nilai data. Tujuan penelitian ini adalah meneliti seberapa besar kemampuan dan kinerja sistem sensor LM35 D-1

2 Prosiding Seminar Nasional Teknoin 2010 Bidang Teknik Elektro dalam mendeteksi perubahan suhu, dengan menggunakan pengendalian berbasis mikrokontroller, lalu mentransmisikan hasil dari mikrokontroller ke sistem penerima dan data ditampilkan dalam bentuk angka dan grafik dalam pemrograman Visual Basic. Penelitian ini menggunakan mikrokontroller AVR Atmega8535 yang sudah tersedia ADC Internal. Dan bahasa pemrograman yang digunakan untuk mikrokontroller adalah bahasa assembler. Sensor Suhu LM35 LM35 merupakan komponen elektronis berupa IC yang mampu menghasilkan tegangan sebanding dengan besaran suhu yang menyelimuti. Keluaran tegangan telah terkalibrasi dalam skala Kelvin. Linieritas keluaran tegangan pada skala Celsius adalah 10mV/ C dengan akurasi ±¼ C pada suhu ruang, dengan rentang suhu yang dapat direspon antara C. Gambar 1. Bentuk Fisik dan Simbol Sensor LM35 Penggunaaan LM35 tidak memerlukan perangkat tambahan, dengan impedansi dinamik yang rendah (kurang dari 1Ω) pada jalur keluaran tegangan akan memudahkan penggunaan perangkat penguat tegangan. Kemampuan kerja pada jangkah tegangan yang lebar (antara 4 sampai 30 Volt) memudahkan penyesuian perancangan dengan perangkat sesudahnya. Pusat Kendali Utama (ATmega8535) Mikrokontroller merupakan sebuah mikroprosessor (Central Procesing Unit, CPU) yang dikombinasikan dengan I/O dan memori (Read Only Memory, ROM) dan (Random Acces Memory, RAM. Berbeda dengan mikrokomputer yang memiliki bagian-bagian tersebut secara terpisah, mikrokontroller mengkombinasikan bagian-bagian tersebut dalam tingkat chip. AVR ATmega8535 merupakan seri mikrokontroler 8 bit yang berarsitektur RISC (Reduce instruction Set Computing). Inti AVR adalah kombinasi berbagai macam instruksi dengan 32 register serbaguna. Register-register tersebut terhubung langsung dengan Arithmetic Logic Unit (ALU) yang memungkinkan dua register independent untuk diakses dalam satu pelaksanaan instruksi dengan 1 siklus detak. Keuntungan dari arsitektur ini adalah kode program yang lebih efisien sementara keberhasilan keseluruhan sepuluh kali lebih cepat dibandingkan dengan CISC (Complex Instruction Set Computing) yang konvensional. Display Visual Basic Visual Basic 6.0 yang mempunyai kelebihan yang banyak dibandingkan dengan versi-versi sebelumnya. Kelebihan tersebut antara lain: 1. Compiler yang sangat cepat 2. Kontrol data objek untuk ActiveX yang baru. 3. Dapat mendukung database yang terintegrasi dengan variasi aplikasi yang sangat luas. 4. Perancangan data laporan yang lebih baru. 5. Adanya Package & Development Wizard yang bisa digunakan untuk membuat distribusi disk dari aplikasi yang kita buat. 6. Adanya tambahan dukungan terhadap Internet [1]. Metodologi Penelitian Langkah penelitian adalah membuat gambaran sistem secara garis besar dalam bentuk diagram blok yang merepresentasikan sistem keseluruhan, dimana setiap blok mempunyai fungsi masing-masing. Sensor merupakan pengindera untuk merubah besaran fisik suhu menjadi besaran listrik berupa tegangan. Tegangan keluaran sensor diumpankan ke penguat agar cukup besar memenuhi rentang perbandingan suhu dan tegangan. Konverter analog ke digital digunakan untuk merubah level tegangan analog menjadi tingkat data digital. Data digital dibagi menjadi data BCD yang diumpankan ke pengkode. Melalui pengkode data BCD dirubah ke dalam format serial untuk memodulasi sinyal pembawa pada pemancar. Sensor suhu Komputer Penguat tegangan Antarmuka serial ADC dan pengolah Pengolah Encoder Decoder Modul tranceiver Modul receiver Gambar 2. Diagram Blok Sistem Penerima menangkap sinyal dari pemancar untuk diambil informasinya, informasi dirubah menjadi bentuk BCD kembali olah pendekode. Data BCD langsung dikirimkan ke komputer. Komputer mengumpulkan kembali data menjadi data yang utuh untuk dikonversi menjadi nilai suhu dan dimasukkan dalam database. Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam melaksanakan penelitian ini antara lain: 1) Tahap awal adalah spesifikasi dan desain, secara umum alat untuk mengetahui perubahan suhu ini mempunyai spesifikasi sebagai berikut: a) Tampilan berupa suhu ( o C). b) Range batas ukur suhu. c) Dapat melakukan proses pengukuran jarak jauh (telemetri) dan menyimpan data (database). D-2

3 ISBN : Yogyakarta, 11 Desember 2010 Dengan spesifikasi diatas maka komponenkomponen yang dibutuhkan suatu desain untuk menguji sistem yaitu terdiri dari: a) Komponen pengindera yaitu LM35 sebagai sensor untuk pendeteksi perubahan suhu. b) Komponen penghitung aritmatik yaitu microcontroller. c) Komponen antarmuka pengguna (user interface) meliputi program Visual Basic sebagai penampil hasil dan program Microsoft Access sebagai Database. 2) Tahap kedua adalah verifikasi, tahapan ini untuk mengetahui unjuk kerja dari rancangan alat yang telah didesain apakah sudah sesuai dengan yang dikehendaki atau belum. 3) Tahap ketiga adalah prototyping, setelah spesifikasi dan rancangan telah ditetapkan, maka pada tahap ini dilakukan pembangunan sistem. Pembangunan sistem meliputi perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Sistem dibangun per-bagian fungsi. Berbagai kesalahan dapat ditemui dalam tahapan ini, sehingga perlu dilakukan evaluasi terhadap perangkat yang sedang dibangun dan secepatnya melakukan koreksi. 4) Tahap keempat yaitu pengujian sistem (verifikasi sistem), pada akhir pembangunan setiap bagian fungsi dilakukan pengujian (verifikasi) bagian tersebut. Jika semua bagian telah diuji, maka dilakukan integrasi bagian-bagian fungsi tersebut menjadi sebuah sistem instrumen yang utuh. 5) Tahap kelima yaitu validasi, pada tahap ini dilakukan pengujian secara menyeluruh terhadap sistem. Validasi meliputi pengujian fungsional dan pengujian ketahanan sistem. Apabila ditemukan kesalahan dalam validasi ini dapat dilakukan koreksi sepanjang tidak mengubah kerangka dasar sistem. Secara keseluruhan jalannya penelitian ini dapat dilihat melalui blok diagram pada Gambar 3, sebagai berikut: Gambar 3. Blok Diagram Jalannya Penelitian Hasil dan Perancangan Pengujian dibagi kedalam bagian-bagian rangkaian yaitu rangkaian sensor, ADC dan pengolah serta pemancar dan penerima. Sensor dan Penguat Penguat dan sensor diuji bersama untuk mendapatkan kesesuaian proses perangkat keras sekaligus sebagai bagian dari langkah kalibrasi yang menetapkan penguatan. Pengujian dilakukan dengan memberikan pengaruh suhu yang bervariasi, dengan penunjukan termometer batang suhu aktual dimasukkan dalam pendataan. Pendataan juga dilakukan pada tegangan keluaran sensor yang menjadi masukan bagi penguat serta tegangan keluaran sensor sehingga didapat nilai penguatan tegangan yang terjadi. Hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil Pengujian Sensor dan Penguat Hasil penguatan menunjukkan kemampuan sensor untuk mendeteksi suhu sampai batas terendah 0 C. Dengan tegangan keluaran pada suhu ini adalah 10mV dan tegangan keluaran sebesar 50mV, maka penguatan yang terjadi adalah sebesar 5 kali. Penguatan rata-rata stabil pada nilai ±5 pada hampir semua nilai suhu. Dengan demikian dapat dikatakan rangkaian sensor dan penguat bekerja baik sesuai perancangan. ADC dan Pengolah Pengujian ADC dilakukan dengan membuat program untuk mengakses penggunaan ADC. Sebagai masukan tegangan diberikan dari variasi tegangan potensiometer. Pada port 1 dipasangkan 8 buah LED sebagai penampil data pengukuran. Sebagai pembanding hasil pengukuran oleh ADC dipergunakan multimeter untuk melihat tingkat tegangan analog masukan. Potensiometer diputar untuk mendapatkan variasi tegangan masukan ADC. Hasil pengujian rangkaian ADC ditunjukkan Tabel 2. Hasil pengujian menunjukkan kenaikan tingkat data konversi terjadi rata-rata setelah terjadi kenaikan D-3

4 Prosiding Seminar Nasional Teknoin 2010 Bidang Teknik Elektro tegangan masukan ±20 mv yang berarti kuantiasi ADC berjalan dengan normal. Tabel 2. Hasil Pengujian ADC Pengujian keseluruhan sistem ditunjukkan pada Gambar 4. Pemancar dan Penerima Pengujian dilakukan dengan membuat rangkaian pendukung bagi pemancar dan penerima agar dapat melaksanakan fungsi tanpa mempergunakan pengolah. Rangkaian tersebut dangan menambahkan saklar DIP switch pada masukan alamat (8 bit, A0-A7) pada jalur masukan alamat enkoder dan dekoder. Kemudian pada jalur data enkoder diberikan masukan data dari saklar DIP switch 4 bit, sedangkan pada penerima diberikan LED yaitu pada keluaran data dekoder. Variasi data diberikan dengan mengatur DIP switch alamat 8 bit pada enkoder dan dekoder dengan nilai alamat yang sama. Selanjutnya variasi data diberikan dengan mengatur DIP switch data 4 bit, kemudian diamati penerimaan data melalui tampilan LED. Hasil pengujian pemancar dan penerima ditunjukkan pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil Pengujian Pemancar dan Penerima Gambar 4. Pengujian Keseluruhan Alat Digunakan alat ukur acuan berupa termometer raksa, hasil pengukuran alat dan acuan dicatat sehingga mendapatkan data seperti ditunjukkan pada Tabel 4. Tabel 4. Pengujian Perbandingan Selisih Suhu Termometer dengan Alat Gambar 5. Bagian Pemancar Hasil pengujian menunjukkan kesamaan data pengiriman dan data penerimaan, dimana penekanan tombol TE akan menyebabkan diterimanya indikator pengiriman pada pin VT. Dengan hasil tersebut dapat dikatakan sistem pengiriman kontrol bekerja sesuai perencanaan. Pengujian Keseluruhan Alat Pengujian keseluruhan dimaksudkan apabila alat benar-benar bekerja sebagai sistem telemetri suhu dengan modulasi nada ASK-FM. Pengujian dilakukan dengan mengaktifkan seluruh sistem, kemudian diberlakukan perbedaan suhu pada tiga buah sensor. Gambar 6. Bagian Penerima D-4

5 ISBN : Yogyakarta, 11 Desember 2010 Kesimpulan Dari pembahasan yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1) Penggunaan enkoder dan dekoder pada perangkat modul transmisi TLP/RLP434 dapat mempertinggi tingkat keberhasilan transmisi data. Namun keberhasilan ini memerlukan waktu transmisi yang lebih lama dengan lebar data 4 bit. 2) Kinerja dari alat ini sangat dipengaruhi oleh jarak antara pemancar dan penerima serta panjang kabel sensor. 3) Penggunaan IC ATMega8535 sebagai pengolah data pengirim dan pengolah data penerima sangat efektif karena tidak membutuhkan ADC eksternal. 4) Alat membantu mengukur suhu serta merekam data pengukuran dalam komputer. Daftar Pustaka [1] Prasetia, Retna. Catur Edi Widodo, (2004). Interfacing port Paralel dan Port Serial Komputer Dengan Visual Basic 6.0, Andi,Yogyakarta. [2] Sumintadireja Prihadi, (2000), Volkanologi. Penerbit ITB: Bandung. [3] Tokheim, Roger L, (2001), Elektronika Digital. Erlangga, Jakarta. [4] Wardhana, Lingga, (2006), Belajar SendiriMikrokontroller AVR Seri ATMega8535. [5] Wasito S., (2001), Vademikum Elektronika Edisi Kedua, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. D-5

6 Prosiding Seminar Nasional Teknoin 2010 Bidang Teknik Elektro D-6