IMPLEMENTASI RANCANG BANGUN MODUL PRAKTIKUM SUHU DAN MOTOR DC DENGAN VISUAL BASIC

Transkripsi

1 Implementasi Rancang Bangun Modul Praktikum Suhu...Arief Mardiyanto dan M. Ikhsan IMPLEMENTASI RANCANG BANGUN MODUL PRAKTIKUM SUHU DAN MOTOR DC DENGAN VISUAL BASIC Arief Mardiyanto 1 dan M. Ihsan 2 1 Dosen Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe 2 Alumni Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe ABSTRAK Implementasi rancang bangun modul praktikum suhu dan pengaturan kecepatan motor dc dengan mikrokontroler AT Mega 16, program Visul Basic 6.0 yang ditampilkan pada PC. Aplikasi sensor suhu yang dipaki LM 35, PTC,NTC dan pengaturan kecepatan motor dc menggunakan PWM. Semua data hasil percobaan berupa tabel dan grafik divisualisasikan dengan PC dan dapat disimpan.modul ini dapat digunakan pada laboratorium microprosesor dan interface, laboratorium instrumentasi dan laboratorium kontrol.modul ini dilengkapi pemasangan LCD yang ditujukan untuk tampialn akseptabilitas pengujian suhu serta motor dc yang diintegrasikan dengan sensor rotary encoder. USB to serial sebagai komunikasi data serial ke PC. Kata Kunci : lm35, ntc, ptc, motor dc, mikrokontroler at mega16, rotary encoder, usb to serial,visual basic 6.0 I. PENDAHULUAN Keterbatasan modul praktikum yang dimiliki oleh suatu laboratorium dengan pokok bahasan suhu dan motor dc, dapat di lakukan tindak lanjut dengan membuat modul praktek. Hal ini merupakan bagian dari kreasi dan inovasi civitas akademik untuk membuat solusi dalam proses belajar mahasiswa dapat berjalan dengan baik. Modul laboratorium ini di rancang dan diimplementasikan dan dapat dipakai pada proses belajar mengajar di laboratorium baik pada laboratorium interface, sistem kontrol dan instrumentasi pada tingkatan pendidikan menengah atas kejuruan dan perguruan tinggi vokasi. Materi praktikum ini membahas tentang karakteristik temperature (suhu) dengan menggunakan sensor LM 35, PTC, NTC dan materi pengaturan kecepatan motor DC dengan menggunakan PWM (Pulse Width Modulation). Modul praktikum ini menggunakan mikrokontroler at mega16, program bahasa C dan visual basic 6.0 dimana modul ini terhubung dengan PC melalui USB serial. Para praktikan dapat melihat hasilnya dengan tampilan tabel dan tampilan grafik baik untuk materi temperature ( suhu) ataupun grafik pengaturan kecepatan motor DC dengan PWM. Hasil tabel dan grafik dapat disimpan dalam PC. II. TINJAUAN PUSTAKA Sensor Suhu LM35 dan NTC dan PTC Sensor suhu LM35 memiliki keluaran impedansi rendah 0,1 W untuk beban 1 ma dan ketidak linieritassannya sekitar ± ¼ ºC serta dapat dilakukan fungsi untuk pengubahan besaran suhu ke besaran tegangan listrik sampai 30 volt. Sensor suhu LM 35 ini membutuhkan arus rendah ± 60 µa dengan tegangan kerja 4 sampai 30 volt, pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam dan panas yang dihasilkan self-heating hingga dapat mencapai C. Jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.Rentang pengukuran tegangan keluaran sensor suhu ini 10 mv/1 0 C dan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC. Persamaan rumus teganagn keluaran sensor LM35 adalah [3]: V LM35 =Suhu * 10 mv (1) Tegangan keluaran dari sensor LM 35 ini bisa langsung diumpankan sebagai masukan ke rangkaian pengkondisi sinyal seperti rangkaian penguat operasional dan rangkaian filter, atau rangkaian rangkaian pembanding tegangan dan rangkaian ADC. Gambar 1 rangkaian sensor LM 35. Gambar 1 Rangkaian Sensor LM35 Sensor suhu NTC (negative temperature coefficient) merupakan resistor yang nilai resistansinya dapat berubah-ubah sesuai dengan perubahan temperature. Jika temperaturnya makin tinggi maka nilai resistansinya kecil dan sebaliknya bila temperaturnya makin rendah maka nilai resistansinya semakin besar.sensor Suhu PTC (Positive Temperature Coeffisient) merupakan resistor yang nilai resistansinya 139

2 Jurnal Litek (ISSN: ) Volume 10 Nomor 2, September 2013: hal dapat berubah-ubah sesuai temperature. Temperaturnya makin tinggi maka nilai resistansinya semakin besar dan sebaliknya. Koefisien temperatur thermistor PTC bernilai positif hanya pada interval suhu tertentu, sehingga diluar interval tersebut akan bernilai nol atau negative[3]. Motor DC dan Driver Motor DC menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya. Pemberian beda tegangan pada kedua terminal berakibat motor akan berputar pada satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik maka arah putaran motor akan terbalik, sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua terminal menentukan kecepatan motor. Pemakaian IC L298 (berupa transistor daya) sebagai driver motor DC karena mampu menguatkan arus dan menggerakkan beban. IC L298 menggunakan prinsip kerja H-bridge karena setiap H-bridge dikontrol menggunakan level tegangan TTL dari output mikrokontroler.gambar 2 rangkaian driver [3]. Komparator (LM339) Komparator berfungsi untuk membandingkan sebuah sinyal masukan dengan tegangan referensi (VRef). V ref di hubungkan ke +V supply, kemudian R 1 dan R 2 digunakan sebagai pembagi tegangan, nilai tegangan yang di referensikan pada masukan + op-amp adalah sebesar : V = [R 1 /(R 1 +R 2 ) ]..(2) V supply Op-amp akan membandingkan nilai tegangan pada kedua masukannya, apabila masukan (-) lebih besar dari masukan (+) maka, keluaran op-amp sama dengan V supply, apabila tegangan masukan (-) lebih kecil dari masukan (+) maka keluaran op-amp sama dengan + V supply. Pengatur PWM (Pulse Width Modulation) Metode PWM digunakan untuk mengatur kecepatan perputaran motor dengan cara mengatur presentase lebar pulsa high terhadap perioda dari suatu sinyal persegi, dalam bentuk tegangan periodic, yang diberikan ke jangkar motor DC sebagai sumber daya.semakin besar perbandingan lama sinyal high dengan perioda sinyal maka motor berputar semakin cepat. Pemakaian sinyal digital pada PWM maksudnya bahwa setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi dari PWM itu sendiri. Misalkan PWM digital 8 bit berarti PWM tersebut memiliki resolusi 2 pangkat 8 = 256,artinya keluaran PWM ini memiliki variasi yang mewakili duty cycle 0 100% dari keluaran PWM tersebut.compare merupakan nilai pembanding dari nilai referensi duty cycle dari PWM [1],[2]. Rotary Encoder Gambar 2 Rangkaian Driver[3] Rotary encoder merupakan divais elektromekanik berupa sensor optic, menghasilkan serial pulsa yang dapat memonitor gerakan dan posisi berputar dan diolah menjadi informasi ke dalam kode digital. photo-transistor diletakkan di dekat piringan dengan maksud dapat mendeteksi cahaya LED. Apabila cahaya dapat menembus lubang piringan dan mencapai photo-transistor, maka photo-transistor akan mengalami saturasi dan menghasilkan suatu pulsa gelombang persegi. Rangkaian penghasil pulsa yang digunakan memiliki output yang berubah dari +5V ketika cahaya di blok oleh piringan dan menjadi 0.5V ketika cahaya diteruskan ke photo-transistor.divais ini bekerja dekat dengan motor DC maka banyak noise sehingga output nya akan dimasukkan ke low-pass filter. Saat low-pass filter digunakan,maka frekuensi cut-off yang dipakai ditentukan oleh jumlah slot yang ada pada piringan dan seberapa cepat piringan tersebut berputar. 140 Gambar 3 Pembagi sinyal PWM pada Mikrokontroler Pada gambar 3 nilai compare ditandai dengan garis warna merah, dimana posisinya diantara dasar segitiga dan ujung segitiga. Clear digunakan untuk penentuan jenis komparator apakah komparator inverting atau non-inverting, selanjutnya mikrokontroler akan membandingkan posisi keduanya. Kondisi clear down, bila garis segitiga berada dibawah garis merah (compare) maka keluaran PWM berlogika 0,begitu pula sebaliknya apabila garis segitiga berada diatas garis merah (compare) maka keluaran PWM berlogika 1. Clear Up adalah kebalikan (invers) dari Clear Down pada keluaran logikanya.

3 Implementasi Rancang Bangun Modul Praktikum Suhu...Arief Mardiyanto dan M. Ikhsan Mikrokontroler AVR ATMega 16 Mikrokontroler memiliki arsitektur 8 bit. AVR ini berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing). Hampir semua instruksi pada program dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interupsi internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, power saving mode, ADC dan PWM. AVR mempunyai In- System Programmable (ISP) Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang (read/write) dengan koneksi secara serial yang disebut Serial Peripheral Inteface (SPI). Dalam proses pemograman pada Mikrokontroler AVR ATmega16 bahasa program yang digunakan adalah bahasa C pada software Code Vision AVR. Mikrokontroller ATmega16 memiliki 40 pin,seperti terlihat pada gambar4. Untuk mengkomunikasikan antara hardware dan software pada PC dipakai USB (Universal Seril Bus) yang mampu transfer data sebesar 12 Mbps (juta bit per detik)[1],[4]. III. METODE PENELITIAN Untuk mengimplementasikan module ini dilakukan dengan beberapa langkah tahapan sebagai berikut: Set Up Module Sistem Blok sistem pada gambar 4 dibawah ini sebagai gambaran terintegrasi. SENSOR LM35 SENSOR NTC SENSOR PTC KOMPARATOR (LM 339) A T M E G A 16 LCD USB TO SERIAL DRIVER MOTOR DC (L298) Gambar 4 Set Up Modul Sistem Rancangan Perangkat lunak PC MOTOR DC ROTARY ENCODER Membuat rancangan dialog blok: menu utama,input data mahasiswa, hasil praktikum dengan bahasa C dan VB. Rancangan Rangkaian Module IV. Gambar 5. Sensor LM 35 Gambar 6 Sensor NTC Gambar 7 Sensor PTC Gambar 8 Rangkaian Motor DC HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Progam Tampilan Hasil pengujian tampilan menu utama dan input data mahasiswa dengan bahasa program C dan Visual Basic dapat berhasil dengan baik dengan memuat informasi sebagai mana terlihat pada gambar 9 dan

4 Jurnal Litek (ISSN: ) Volume 10 Nomor 2, September 2013: hal pada gambar 12 sedangkan tampilan grafik praktek motor DC terlihat pada gambar 13. Pengujian Program Tampilan Praktikum Gambar 9 Menu Utama Gambar 12 Tampilan sensor suhu Gambar 10 Input Data Mahasiswa Selanjutnya dilakukan pengujian program untuk menampilkan blok hasil praktikum dengan memuat informasi sebagaimana terlihat pada gambar 11 dan untuk informasi pada tampilan ini berbentuk tabel data pengujian suhu LM 35, PTC, NTC dan putaran motor Gambar 13 Tampilan praktikum motor Pengujian Hardware Sensor Suhu Gambar 11 Hasil praktikum Dari hasil tampilan praktikum tersebut dilakukan pengujian eksekusi hasil data yang berbentuk tabel ke dalam bentuk grafik. Adapun hasil pengujian program untuk tampilan grafik praktek suhu terlihat Gambar 14 Grafik hasil pengujian sensor LM35 Pengujian sensor LM 35 berhasil menampilkan struktur tabel memuat informasi tanggal percobaan, temperatur, tegangan, arus, tahanan dan kode biner ADC nya dan tampilan grafiknya 142

5 Implementasi Rancang Bangun Modul Praktikum Suhu...Arief Mardiyanto dan M. Ikhsan diperlihatkan pada gambar 14. Sedangkan table pengujian diperlihatkan pada tabel 1. Pengujian Hardware Kecepatan Putar Motor DC Pengujian kecepatan Putar Motor DC dengan menggunakan PWM telah dilakukan dengan baik, dan dapat menampilkan struktur tabel seperti yang memuat informasi tentang tanggal percobaan, tegangan, arus, tahanan,rpm,nilai PWM,arah putar dan kode biner ADC nya dan dari data tabel ini dapat dilakukan eksekusi dalam bentuk grafik. Grafik hasil pengujian kecepatan putar motor DC pada gambar 15, sedangkan tabel 2 memperlihatkan hasil pengujian pengaturan kecepatan motor. Tabel 1 Data hasil pengujian sensor LM 35 Gambar 15 Grafik hasil pengujian pengaturan kecepatan motor DC dengan PWM Modul Praktikum Tanggal Thermometer Suhu Tegangan Arus Tahanan (C) (mv) (ma) ( ) Biner Tabel 2 Data Hasil Pengujian Kecepatan Putar Motor Tgl Tega ngan Arus Tahanan RPM PWM Biner Arah Kanan Kanan Kanan Kanan Kanan Kanan Kanan Kanan Kanan Kanan Kanan Kanan Kanan Kanan Kanan 143

6 Jurnal Litek (ISSN: ) Volume 10 Nomor 2, September 2013: hal V. KESIMPULAN Telah dilakukan pengujian dalam karya ilmiah dengan judul Implementasi rancang bangun modul praktikum suhu dan motor dc dengan visual basic, berhasil baik dalam pengujian secara hardware dan software, seperti telah di tulikan hasilnya diatas. Namun demikian perlu dilakukan pengembangan aplikasi plant untuk pengujian suhu dalam bentuk pendekatan ruang plant sensor dan aplikasi plant untuk kecepatan motor DC dengan memberikan motor DC beban mekanik sehingga dapat lebih terlihat pada implementasi aplikasi sesungguhnya di lapangan. Komponen yang dibeli dipasaran perlu dilihat tingkat keakurasian komponen yang dipakai dan perlu dilakukan pengujian antar komponen secara parsial dan terpisah terlebih dahulu sehingga dapat diketahui nilai kepresisian dan keakurasian rangkaian sistem tersebut. DAFTAR PUSTAKA [1] Budiharto. Widodo, 2005, Perancangan Sistem dan Aplikasi Mikrokontoler, PT. Elek Media Komputindo, Jakarta. [2] Budiharto. Widodo, 2003, Teknik Interfacing Komputer dan Mikrokontroler, PT. Elek Media Komputindo, Jakarta. [3] Bishop, Owen, Dasar-dasar Elektronika, Erlangga, Jakarta. [4] 144