. RANCANG BANGUN DISPENSER DENGAN EFISIENSI ENERGI LISTRIK BERBASIS KONTROL LOGIKA FUZZY Sub judul: pengontrolan suhu Erlita widyaningtyas, Arman jaya ST,MT, Ir,abdul nasir Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111 Telp (+62) 031-59447280.Fax (+62) 031-5946114 e-mail: erlita@yahoo.com ABSTRAK Aplikasi pengendalian suhu air sudah banyak ditemui diberbagai bidang, khususnya dalam kehidupan masyarakat. Pengendalian suhu tersebut dipakai untuk memanaskan air agar dapat di minum dan memiliki nilai kesehatan yang baik.. Berdasarkan masalah tersebut, maka pada tugas akhir ini kami membuat mesin pemanas air atau dispenser berbasis mikrokontroler dengan metode fuzzy. Penggunaan mikrokontroler dengan fuzzy ini diharapkan mampu mengendalikan suhu yang diperlukan air agar dapat memanaskan air hingga mencapai suhu 90 0 C, sehingga bisa didapatkan pemanasan air yang baik dan waktu pemanasan yang lebih cepat. Pada tugas akhir ini, pemanasan air dapat mencapai suhu berkisar antara 87 0 C hingga 90 0 C. Hasil yang diperoleh setelah proses pemanasan air adalah 89 0 C Hal ini disebabkan karena factor pemanasan air yang tidak merata. Sehingga persentase keberhasilan alat ini adalah 87 %. Kata kunci: mikrokontroler, fuzzy logic controller, heater ABSTRACT Applications control the water temperature has been found in different areas, especially in the life of the community. Temperature control is used to heat water so that drinking apat in value and have good health. Based on the problem, then at the end of this task we create a machine or water heater Dispenser based mikrokontroler with fuzzy method. Use of this mikrokontroler with fuzzy expected to control the temperature of the water needed to heat the water until the temperature reaches 90 0 C, so that water heating can be a good time and a more rapid heating. At the end of this task, heating water can reach temperatures ranging between 870 C and 900 C. Results obtained after the process of heating water is 890 C This is because factors that are not heating the water evenly. So that the percentage of success of this toois 87%. Keywords: mikrokontroler, fuzzy logic controller, heater PENDAHULUAN ilmu pengetahuan dan teknologi pada era ini menjadi faktor penting dan tidak dapat terpisahkan dalam usaha untuk peningkatan teknologi serta kesejahteraan setiap masyarakat. Seperti halnya pada tingkat kebutuhan masyarakat terhadap alat-alat yang dapat bekerja secara otomatis, efisien dan hemat energi saat ini semakin meningkat. Tidak hanya pada industri besar, industri menengah, industri kecil, tetapi juga pada rumah tangga yang menginginkan kemudahan dan hemat biaya dalam memenuhi kebutuhan maupun menyelesaikan pekerjaan, contohnya pada penggunaan dispenser. Dispenser merupakan barang elektronik rumah tangga yang banyak disukai karena praktis dalam penggunaannya. Dispenser mempunyai 2 fungsi yaitu menghasilkan air dingin dan air panas,sehingga unuk mendapatkan air panas tidak perlu merebus air dengan waktu yang relatif lama. Namun permasalahan yang saat ini timbul adalah kebutuhan listrik untuk air panas lebih besar dibandingkan untuk air dingin. Hal ini di 1
sebabkan karena kebutuhan suhu yang tidak terkontrol dengan baik saat pemanasan air berlangsung. Maka dalam proyek akhir ini dibuat suatu dispenser dengan menggunakan pengontrol suhu air dan efisien dalam pemakaian energi listrik. Dispenser pada proyek akhir ini berbeda dengan dispenser yang sudah ada, dalam hal kontrol suhu, pemakaian energi listrik, serta waktu untuk memanaskan air. Dispenser tanpa dilengkapi kontrol suhu, air yang dipanaskan selalu berubah setelah air panas dalam dispenser diambil dan membutuhkan waktu yang berbeda untuk memanaskan air. 1. KONFIGURASI SISTEM 2. Secara umum cara kerja dari mesin pamanas air (dispenser) ini adalah menjaga suhu dalam air sehingga mencapai suhu yaitu 90 C. untuk menjaga agar suhu stabil pada daerah tersebut maka digunakan kontroler fuzzy. 3. Output dari sensor suhu RTD masuk ke ADC chanel 4, kemudian diolah oleh kontroler fuzzy. Penggunaan kontroler fuzzy diharapkan mempunyai respon yang baik untuk mengontrol temperatur suhu dalam air. Fuzzy disini untuk mengontrol sinyal output sebagai trigger ke gelombang sinus. Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Keseluruhan Mikrokontroller Mikronkontroller yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah jenis AVR AT Mega 128. alasan penggunaan AT Mega 128 adalah tersedianya PORT yang cukup banyak dan memori internal yang besar, sebesar 128 kb. Karena pada tugas akhir ini membutuhkna PORT yang sangat banyak sebagai input output dan membutuhkan memori yang cukup besar. Gambar 3.2 Minimum system AT Mega 128 Pada rangakaian minsys 128 pada gambar 3.2 di atas menggunakan cristal sebagai osilator sebesar 16 MHz dan C sebesar 22 pf. 3.2.2 Perencanaan input output Pada mikrokontroller AT Mega 128 terdapat 7 buah port I/O 8 bit, yaitu port A, port B, port C,port D, port E,port F, dan port G. Kecuali port G hanya 2 bit. Tabel perencanaan input output dapat dilihat pada tabel 3.1 PORT DEVICE KETERANGAN SENSOR ADC input SUHU (RTD) PORTF.7 LCD PORTA output DAC PORTC output VALVE PORT E.6 Output keypad PORT D input Tabel 3.3 Perencanaan input-output 3.2.3 Struktur pengendali logika Fuzzy Kontrol logika fuzzy dan fuzzy set diperkenalkan oleh prof. Lutfy Zadeh dari Universitas of California Barkeley, seorang pakar kontrol dari timur tengah. Dengan reability anggota yang dimiliki unit logika fuzzy mampu menyelesaikan permasalahan prilaku sistem yang kompleks dan ketidakpastian, ini disebabkan oleh kemampuan mengelola informasi numerik dari variabel yang diukur dan faktor linguistik. Kontrol fuzzy berbeda dengan kontrol konvensional, 2
karena nilai kontrol yang ada antara 0 dan 1 atau on dan off dapar didefinisikan sehingga kontroller dapat bekerja seperti syaraf manusia yang bisa merasakan lingkungan seperti : kurang, sedang, biasa, lebih, sangat. Gambar 3.6 input fuzzy (error) Gambar 3.5 flowchart program fuzzy. Perancangan perangkat lunak fuzzy dengan bantuan software Fudge ada beberapa langkah sebagai berikut : a. Desain input dan output fuzzy b. Desain input dan output membership function. c. Desain rule. 3.3.1 Desain input dan dengan software Fudge. Pada proyek akhir ini menggunakan dua input yaitu Error dan DeltaError dengan satu output. Error = SP- PV Derror = Error n Error n-1 Gambar 3.7 input fuzzy (delta error) -Nilai Minimum adalah batas bawah dari universe of discourse. -Nila Maximum adalah batas atas dari universe of discourse. Jumlah membership function error dan delta error sebanyak 5 yaitu NB,NS, Z, PS, PB. SP = set point PV = nilai sekarang Error n = error sekarang Error n-1 = error sebelumnya Gambar 3.8 out fuzzy 3
Untuk outputnya bernilai minimum 0 sampai maksimumnya 5. Outpunya ini nanti digunakan untuk mengontrol tegangan DAC 0 5 Volt yang digunakan untuk mengontrol sinyal output dari SPWM. Jumlah membership functionnya sebanyak 5 yang mempunyai label rendah(r), agak rendah (AR), sedang (S), agak tinggi (AT), tinggi (T). 3.3.1 Input dan output membership function gambar 3.9 di atas. Untuk membuatnya terdapat Point-point Gambar 3.11 membership function output Gambar 3.9 membership function error Gambar 3.12 membership function input Gambar 3.10 membership function derror Membership function suatu himpunan fuzzy dapat ditentukan dengan fungsi segitiga (Triangle),trapesium (Trapezoidal) atau Fungsi Gauss (Gaussian). Bentuk trapezoid dan segitiga adalah yang paling sering digunakan. Meskipun bentuk yang lain mungkin saja lebih mewakili fenomena alam yang terjadi, mereka membutuhkan persamaan yang lebih rumit atau tabel yang lebih besar terhadap keakuratan yang diwakilinya. Pada proyek akhir ini membership function input menggunakan bentuk Segitiga, seperti pada Gambar 3.8 dan Gambar 3.13 membership function output 4
E/dE NB NS Z PS NB R R R R R PB NS R R R R AR Z R R R R R PS S S AT S AR PB S AT T AT S Tabel 3.14 tabel rule base error dan d_error Rangkaian Pengkondisi Signal Rangkaian pengkondisi signal merupakan rangkaian yang berfungsi untuk melakukan pengkondisian signal tegangan hasil dari sensor suhu atau Resistance Temperature Detector, dengan tujuan agar tegangan yang masuk dalam ADC internal mikrokontroler dapat dibatasi sehingga sistem rangkaian mikrokontroler tidak megalami kerusakan. Rangkaian pengkondisi signal yang digunakan merupakan rangkaian pembagi tegangan, berikut ini adalah gambar rangkaian skematik pengkondisian signal RTD. Rt Ro(1 T ) Rt 100(1 0,0038 90) Rt 134.2 Besar Nilai R1: RTD V RTD DC R1 RTD 134.2 4,5 5 R1 134.2 4,5( R1 134.2) 671 4,5R1 603.9 671 R1 14.91 Pengujian dan analisa data: Vin Nilai ADC 0 0 1.5 77 2.8 143 3 154 3.8 195 3.9 200 4.1 210 4.3 220 4.5 230 Tabel 3.16 pengujian nilai ADC Gambar 3.15 rangkaian skematik pengkondian sinyal Untuk mengatahui nilai dari tegangan RTD atau V RTD dapat dicari dengan rumus pembagi tegangan sebagai berikut: RTD V RTD DC R 1 RTD Untuk membatasi tegangan maksimum RTD atau V RTD yang masuk pada ADC mikrokontroler sebesar 4,5 Volt, maka besarnya R1 yang terpasang seri dengan RTD dapat ditentukan dengan rumus konversi suhu RTD. Suhu maksimal RTD yang akan disensing sebesar 90 o C, maka dengan konversi suhu dapat diketahui berapa besar resistansi RTD pada suhu 90 o C. 5
Suhu Teori Praktek Resistansi Vrtd resistansi Vrtd 30 111.4 4.175412294 111.9 4.17879 35 113.3 4.18699187 113.0 4.18548 40 115.2 4.198250729 114.0 4.19125 45 117.1 4.209202013 114.9 4.19654 50 119 4.219858156 115.4 4.19922 55 120.9 4.230230931 116.2 4.2041 60 122.8 4.240331492 117.1 4.20898 65 124.7 4.250170416 117.9 4.21387 70 126.6 4.259757739 118.8 4.21875 75 128.5 4.26910299 119.7 4.22363 80 130.4 4.278215223 121.5 4.2334 85 132.3 4.287103046 124.3 4.24805 90 134.2 4.295774648 127.2 4.2627 Table 3.17 perbandingan resistansi RTD Tanpa kontrol Dengan kontroller C waktu C wktu suhu suhu 42 1 42 1 53 2 65 58 3 75 2 62 4 80 66 5 80 3 69 6 85 71 7 85 73 8 87 4 75 9 88 80 10 90 5 6. DAFTAR PUSTAKA 1. Son Kuswandi, 2007 kendali Cerdas. Yogyakarta: Andi offset 2. Fuzzy logic TEAM, laboratorium mikrokontroller ITN Malang. Belajar Logika Fuzzy. ITN Malang 3. Kusumadewi, sri.2002. analisis dan desain system fuzzy. Graha ilmu, Yogyakarta. 4. Jahianta, risky.2008. pengaturan motor induksi 1 phasa.pens-its 5. Tech,azis,2007 karakteristik sensor suhu RTD, bandung 6. Datasheet of ATMega 128. Atmel corporation. www.atmel.com 7. Hannawati, Anies dkk. protoipe system pengendali temperature berbasis fuzzy logic pada sebuah inkubator. Control system laboratory. Petra Christian university Tabel 3.18 tabel perbandingan suhu terkontrol dan tidak terkontrol Kesimpulan: Setelah melalui proses perencanaan dan pembuatan alat yang kemudian dilanjutkan pada tahap pengujian alat secara keseluruhan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Tingkat keberhasilan alat ini yaitu dapat memanaskan air hingga suhu 89 C persentase keberhasilannya 87 %. 2. Penggunaan kontroler fuzzy dapat menyesuaikan suhu sesuai setpoint. 3. peletakkan sensor RTD adalah pada bagian tengah tabung heater dapat meningkatkan proses pemerataan suhu dalam tabung heater dispenser.. 6