13 BAB III DESAIN DAN PERANCANGAN 3.1 Perancangan Sistem Aplikasi ini membahas tentang penggunaan IC AT89S51 untuk kontrol suhu pada peralatan bantal terapi listrik. Untuk mendeteksi suhu bantal terapi digunakan sensor suhu LM35. Keluaran sensor suhu LM35 yang masih berupa data analog kemudian diubah menjadi data digital oleh ADC0804. Mikrokontroler mengolah data digital tersebut kemudian hasilnya ditampilkan ke LCD. Saklar push button digunakan untuk menghidupkan dan mematikan LCD serta mengatur suhu pada kondisi tertentu sesuai keinginan pemakai bantal terapi. Suhu default diatur pada 32ºC untuk suhu rendah dan 35ºC untuk suhu tingginya. Ketika suhu berada di bawah 32ºC relay akan menyala dan ketika suhu di atas 35ºC relay mati. Batas rendah dan tinggi suhu dapat diatur dengan saklar mode, up dan down. Relay Bantal Tareapi Saklar LM35 ADC 0804 Mikrokontroller AT89S51 LCD Catu daya Push Button Gambar 3.1 Blok Sistem Kontrol Suhu Bantal Terapi Keterangan blok Sistem Kontrol Suhu Bantal Terapi: 1. LM35 LM35 merupakan sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi suhu bantal terapi. 13
14 2. ADC0804 Untuk mengubah tegangan analog yang dihasilkan sensor LM35 menjadi tegangan digital, digunakan ADC 0804. 3. Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroller sebagai pusat pengontrol alat-alat yang digunakan. Semua komponen seperti ADC, LCD, push button terhubung ke mikrokontroller. 4. LCD (Liquid Crystal Display) Digunakan untuk menampilkan hasil konversi suhu dari LM35. 5. Saklar dan Push Button Saklar ON-OFF digunakan untuk menghidupkan atau mematikan alat pemanas. Push button digunakan untuk mengatur suhu dari bantal terapi. 6. Relay Relay merupakan komponen yang berfungsi sebagai saklar elektrik untuk mengontrol suhu pada bantal terapi. Relay yang digunakan sebesar 12 Volt. 7. Bantal Terapi Merupakan alat terapi yang berbentuk bantal terbuat dari pasir kuarsa dan ramuan khas negri Tiongkok. 8. Catu Daya Alat ini menggunakan trafo sebagai catu daya untuk menurunkan tegangan 220 Volt menjadi 12 Volt sesuai yang dibutuhkan. Trafo juga berfungsi mengubah tegangan AC (bolak-balik) menjadi tegangan DC (searah). 3.2 Analisis Kebutuhan Dalam pembuatan alat kontrol suhu ini membutuhkan beberapa perangkat hardware, software, dan alat-alat pendukung, antara lain:
15 3.2.1 Hardware a. Blok Sensor Sensor yang digunakan adalah sensor suhu LM35. LM35 memiliki impedansi output yang rendah sekitar 0,1 ohm untuk beban 1mA, output yang linier 10mV/C, serta hanya membutuhkan supply arus sebesar 60 µa, yang berarti panas yang diakibatkan oleh LM35 itu sendiri sangat rendah serta tegangan operasi dari 4-30 volt. b. Blok ADC Merupakan rangkaian konversi besaran analog ke digital (Analog Digital Converter atau ADC). Sesuai namanya, rangkaian ini berfungsi untuk mengubah besaran analog yang dihasilkan sensor suhu LM35 menjadi besaran digital untuk diproses mikrokontroller. c. Blok Mikrokontroller Rangkaian ini menggunakan IC AT89S51 merupakan mikrokontroller keluaran ATMEL. Pada alat ini mikrokontroller berfungsi untuk mengontrol semua peralatan yang terhubung ke IC AT89S51 tersebut. Salah satunya yaitu mengubah data biner yang dihasilkan ADC0804 menjadi desimal. LCD akan menampilkan hasil pengolahan data tersebut. d. Blok Relay Relay merupakan komponen yang bekerja secara elektromagnetik-mekanik untuk keperluan switching. Pada saat coil relay tidak diberi tegangan, maka yang terhubung singkat adalah contact Normally Close (NC). Sedangkan contact Normally Open (NO) mengalami hubung terbuka. e. Blok Display Display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) untuk menampilkan hasil akhir dari pengolahan data oleh mikrokontroller yang berupa suhu dari bantal terapi.
16 f. Blok Aplikasi Alat Aplikasi dari alat pengontrol suhu ini berupa bantal terapi yang merupakan alat terapi panas tubuh. g. Blok Catu Daya Catu daya digunakan untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Catu daya yang digunakan adalah trafo. 3.2.2 Software a. Protel Software yang digunakan untuk menggambar layout PCB. b. Ms. Office Visio Software yang digunakan untuk menggambar flowchart dari alat yang dibuat. c. AEC_ISP Software yang digunakan untuk mengambil file program dengan ekstensi HEX untuk diproses dan dijalankan oleh mikrokontroller. d. ASM51 Digunakan untuk mengubah file program yang semula berkstensi ASM menjadi HEX agar dapat diproses oleh mikrokontroller. e. Notepad Software untuk penulisan program. 3.2.3 Alat-alat Pendukung a. Solder Digunakan untuk menyambung komponen dengan memanaskan timah patri. b. Bor Digunakan untuk membuat lubang pada PCB. c. Multimeter Alat untuk mengukur besarnya tegangan, arus dan resistensi.
17 d. Obeng Alat untuk merapatkan mur,terdiri dari obeng plus dan minus. e. Cutter Digunakan untuk memotong PCB dan chase. f. Tang Alat ini digunakan untuk memotong dan mengelupas kabel maupun memotong kaki komponen. 3.3 Perancangan Perangkat Keras dan Rangka Kontrol Suhu Bantal Terapi 3.3.1 Diagram Alir Dalam pembuatan alat kontrol suhu ini ada beberapa tahap yang harus dilakukan. Tahap yang dilakukan antara lain merancang rangkaian yang digunakan dan menggambar layout PCB. Dalam satu papan PCB dibuat rangkaian sistem minimum AT89S51 yang dihubungkan dengan rangkaian ADC0804 dan LCD. Tahap berikutnya setelah semua rangkaian selesai dibuat dan komponen dirangkai adalah melakukan pengujian keseluruhan rangkaian tersebut. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem sudah bekerja dengan baik atau tidak. Hasil pengujian dicatat sebagai data yang berupa hasil pengukuran suhu bantal terapi yang ditampilkan di LCD. Berikut diagram alir dari tahap pembuatan alat kontrol suhu:
18 Gambar 3.2 Diagram Alir 3.3.2 Perancangan Perangkat Keras Ada tujuh rangkaian untuk perancangan perangkat keras alat kontrol suhu bantal terapi ini. Rangkaian perangkat keras dibuat dengan software protel. a. Rangkaian ADC0804 Rangkaian ADC0804 dihubungkan dengan komponen-komponen elektronika seperti kapasitor, resistor, dan resistor pack. Input ADC (Vin+) akan dihubungkan dengan sensor suhu LM35 sedangkan outputnya (pin 11-18) dihubungkan dengan mikrokontroller.
19 Gambar 3.3 Rangkaian ADC0804 b. Rangkaian Catu Daya Catu daya yang digunakan adalah trafo step down yang berfungsi menurunkan tegangan 220 Volt dari PLN menjadi 12 Volt. Arus yang dihasilkan trafo masih berupa arus AC (bolak-balik) akan diubah menjadi arus DC (searah) oleh rangkaian penyearah yang terdiri dari empat buah dioda dan difilter oleh kapasitor. LM7805 digunakan untuk menstabilkan tegangan agar menjadi 5 Volt sesuai kebutuhan mikrokontroller.
20 Gambar 3.4 Rangkaian Catu Daya c. Rangkaian LM35 Sensor suhu LM35 ada tiga pin, yaitu pin Vs yang dihubungkan dengan VCC, pin Vout yang dihubungkan dengan Vin ADC (sebagai masukan pada ADC) dan pin ground yang dihubungkan dengan ground. Gambar 3.5 Rangkaian LM35
21 d. Rangkaian Mikrokontroller AT89S51 Pin mikrokontroller dihubungkan dengan dengan beberapa komponen elektronika sesuai fungsi masing-masing pin. Pin X1 dan X2 dihubungkan dengan kristral osilator dan dua buah kapasitor (keramik) bernilai 33pF. Pin RESET dihubungkan dengan resistor 22K dan kapasitor 1uF. Masing-masing komponen tersebut terhubung ke VCC dan ground. Port 0 pada mikrokontroller dihubungkan dengan resistor pack. Gambar 3.6 Rangkaian Mikrokontroller AT89S51 e. Rangkaian LCD Data yang akan ditampilkan ke LCD terhubung ke Port 2 mikrokontroller. Pin 3 pada LCD (VLCD) dihubungkan ke Variable Resistor (VR) untuk mengatur kecerahan LCD.
22 Gambar 3.7 Rangkaian LCD f. Rangkaian Push Button Rangkaian push button ini terdiri dari tiga buah saklar mode, up dan down. Saklar up dan down digunakan untuk mengatur batas bawah dan batas atas suhu,saklar mode digunakan untuk mengaktifkan cursor saat akan mengatur suhu. Gambar 3.8 Rangkaian Saklar Mode, Up, Down
23 g. Rangkaian relay Dalam alat ini relay berfungsi sebagai saklar otomatis. Relay terdiri dari suatu lilitan dan switch mekanik. Switch mekanik akan bergerak jika ada arus listrik yang mengalir melalui lilitan. Bila dialiri arus listrik relay terhubung berarti relay dalam keadaan Normally Open (NO) sedangkan jika tidak dialiri arus listrik relay terhubung baerarti dalam keadaan Normally Close (NC). Dalam pembuatan alat ini digunakan relay 12 Volt. Gambar 3.9 Rangkaian Relay 3.3.3 Mencetak PCB Pola dan gambar jalur rangkaian PCB yang telah dibuat dengan protel kemudian dicetak melalui tahapan-tahapan berikut: Mencetak gambar layout PCB yang telah jadi pada kertas. a. Penyablonan secara langsung di atas papan PCB. b. PCB yang sudah disablon dilarutkan ke dalam campuran H 2 O 2, HCl, air dengan perbandingan 1:1:4. campuran larutan tersebut harus diletakkan di wadah selain logam. c. Rendam PCB dan goyang-goyangkan wadah larutan yang berisi PCB agar lapisan tembaga yang tidak tertutup pola jalur PCB dapat terkikis habis lebih cepat.
24 d. Setelah pola jalur terlihat jelas, bersihkan PCB dengan air untuk menghilangkan sisa larutan. e. Proses pelubangan PCB menggunakan bor PCB. f. Untuk menghilangkan bekas pola jalur PCB digunakan tiner/bensin. g. PCB dilapisi dengan cairan minyak dammar (gondorukem) untuk mempermudah penyolderan. 3.3.4 Perancangan Alat Perancangan alat yaitu dengan pemilihan wadah untuk keseluruhan rangkaian yang telah dibuat. Alat yang sudah jadi tempatkan di tupperware yang sesuai ukuran. ADC0804 Relay IC AT89S51 Sensor S.mode S.up LCD S.down ON/OFF Gambar 3.10 Rangka Alat 3.4 Perancangan Perangkat Lunak Dalam perancangan perangkat lunak dibuat flowchart dari sistem kerja alat. Berikut flowchartnya:
25
26 Gambar 3.11 Flowchart Sistem Kerja Alat 3.5 Tahap Penyelesaian Setelah rangkaian alat selesai dibuat, kemudian dilakukan langkahlangkah untuk penyelesaiannya yaitu: a. Menggabungkan keseluruhan rangkaian dan meletakkannya dalam sebuah wadah yang sesuai ukuran rangkaian. b. Penulisan program di notepad kemudian memasukkan program ke dalam IC AT89S51. Langkah ini dilakukan setelah semua alat dipasang dengan benar. c. Melakukan uji coba alat yang telah berisi program untuk memastikan bahwa alat tersebut dapat bekerja dan berjalan dengan baik sesuai yang diinginkan.