SISTEM PENGATURAN SUHU AIR MENGGUNAKAN KENDALI PID

SISTEM PENGATURAN SUHU AIR MENGGUNAKAN KENDALI PID TUGAS AKHIR Oleh: OKKY JANRIZKY 3210701024 ANDY PANGGABEAN 3210701012 Disusun untuk memenuhi syarat kelulusan Program Diploma III pada Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Batam PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA POLITEKNIK BATAM BATAM 2010

LEMBARAN PENGESAHAN SISTEM PENGATURAN SUHU AIR MENGGUNAKAN KENDALI PID TUGAS AKHIR Oleh: OKKY JANRIZKY 3210701024 ANDY PANGGABEAN 3210701012 Diajukan dan disahkan sebagai laporan Tugas Akhir di Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Batam Batam, July 2010 Pembimbing, Ahmad Riyad Firdaus, M.T NIK : 100013

KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini dengan baik. Penulisan laporan tugas akhir ini di maksudkan untuk melengkapi persyaratan kelulusan tingkat Diploma III Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Batam. Untuk memenuhi persyaratan tersebut maka penulis mencoba untuk merancang dan membuat sistem pengaturan suhu air menggunakan kendali PID. Penulisan laporan tugas akhir ini dapat di susun dan di selesaikan dengan baik tidak lepas dari bantuan dan dukungan dari dan ikut dalam membimbing penulis untuk menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Pada kesempatan ini, penulis ucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua, yang memberikan didikan, dukungan dan bimbingan. 2. Bapak Dr. Priyono Eko Sanyoto, selaku Direktur Politeknik Batam. 3. Bapak Iman Fahruzi,S.T, selaku Ka.Prodi Teknik Elektro. 4. Bapak Ahmad Riyad Firdaus, M.T, selaku dosen pembimbing tugas akhir. 5. Bapak Hendawan Soebhakti, ST, selaku dosen pengampu tugas akhir. 6. Bapak Daniel Sutopo, M.T, selaku Wali kelas Teknik Elektro. 7. Seluruh Dosen atau Staf Pengajar Program studi Teknik Elektro. 8. Seluruh Teman-teman senasib seperjuangan yang selalu memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis dalam meyelesaikan tugas akhir ini 9. Teman-teman angkatan 2007, informatika dan akuntansi. i

10. Seluruh Mahasiswa dan Alumni Politeknik Batam. 11. Kepada semua pihak yang secara langsung dan tidak langsung membantu penulis dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini. Harapan penulis semoga amal dan kebaikan yang di berikan mempunyai nilai-nilai luhur di sisi Tuhan yang Maha Esa, penulis menyadari dalam pembuatan laporan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan kesalahannya yang mesti di perbaiki, maka penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk perbaikan dan pengembangan di masa-masa mendatang. Akhir kata, semoga isi dari Tugas Akhir ini bisa bermanfaat untuk kita semua. Batam, Juni 2010 Penulis ii

ABSTRAK Suatu pengaturan suhu air yang terpantau dibutuhkan manusia dalam macam-macam kebutuhan sehari-hari. Umumnya untuk pengaturan suhu digunakan prinsip on-off. Sistem Pengaturan dengan prinsip on-off hanya berdasarkan pada kondisi high dan low, tanpa menghiraukan kontribusi nilai errornya. Hal ini sering mengakibatkan ketidakstabilan dalam berfungsinya sistem pengaturan suhu. Oleh karena itu diperlukan pengaturan suhu yang dapat memperhitungkan kontribusi nilai errornya. Prinsip kendali yang digunakan adalah kendali PID (Propotional,Integral dan Derivatif). Sistem pengaturan suhu air ini menggunakan kendali PID dengan metode adalah trial and error dalam pemilihan konstanta pengendalinya (Kp, Ki, dan Kd ) tidak melakukan permodelan sistem, dan implementasinya secara digital. Sistem pengendali ini diterapkan pada mikrokontroller ATmega8535 dengan input dari sensor LM35. Output dari pengendali selanjutnya ditampilkan di LCD sebagai penampil dan sebagai input rangkaian pengatur tegangan. Sistem pemanas yang digunakan sebagai adalah elemen heater. Hasil pengujian sistem pengaturan ini memperlihatkan kinerja pengendali sebagai berikut : Rise time (s) : 0:18:58:17, Overhoot (%) : 4.88, Settling time (s) : 0:22:33:07, dan Steady State Error (%) : -0.23, Terlihat Rise time besar diakibatkan daya pemanas kurang besar untuk ukuran volume air yang dibuat. Kata kunci : Kendali PID, Mikrokontroler, Zero Crossing Detector, dan Solid State Relay. iii

DAFTAR ISI KATAPENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR... viii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan dan Manfaat... 2 1.3 Metodologi Penelitian... 2 1.4 Batasan Masalah... 3 1.5 Sistematika Penulisan... 4 BAB II IKHTISAR SISTEM... 6 2.1 Deskripsi Umum... 6 2.2 Karakteristik... 8 2.3 Lingkungan Operasi dan Pengembangan... 10 BAB III LANDASAN TEORI... 11 3.1 Sistem Pengaturan Suhu... 11 3.2 Kendali PID... 12 3.3 Mikrokontroler ATmega8535... 13 3.4 Sensor Suhu LM35... 18 3.5 IC LM324... 18 3.5.1 Penguat Tak Membalik ( Non-inverting Amplifier )... 19 iv

3.5.2 Penguat Pembalik ( Inverting Amplifier)... 20 3.6 Triac... 21 3.7 LCD (Liquid Crystal Display)... 23 3.8 Power Supply... 25 BAB IV PERANCANGAN SISTEM... 26 4.1 Perancangan Hardware... 26 4.1.4 Perancangan Pendeteksi Suhu... 26 4.1.4 Mikrokontroler Atmega8535... 29 4.1.4 Pengatur Tegangan AC... 31 4.1.4 Zero Crossing Detector... 32 4.1.4 LCD (Liquid Crystal Display)... 33 4.1.4 Driver Fan... 33 4.1.4 Perancangan Power Supply... 34 4.2 Perancangan Software... 36 4.3 Perancangan Mekanik... 37 BAB V PENGUKURAN, PENGUJIAN, DAN ANALISA SISTEM... 39 5.1 Pengukuran... 39 5.1.1 Pengukuran Keluaran Tegangan Power Supply... 39 5.1.2 Pengukuran Keluaran Sensor Suhu LM35... 41 5.1.3 Pengukuran Keluaran Rangkaian Zero Crossing Detector... 42 5.1.4 Pengukuran pengontrol tegangan AC ( Rangakaian SSR)... 44 5.1.5 Pengukuran Rangkaian Penguat LM324... 49 5.2 Pengujian... 50 5.2.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler... 51 v

5.2.2 Pengujian LCD (Lquid Crystal Dispaly)... 52 5.2.3 Pengujian Adc Internal Pada Mikrokontroler... 52 5.2.4 Pengujian Rangakaian Solid State Relay dan Zero Crossing Detector... 54 5.3 Pengukuran Dan Pengujian Alat Secara Keseluruhan... 56 5.4 Analisa Sistem... 59 5.4.1 Analisa Sistem Kendali... 59 5.4.2 Analisa Rangkaian Zero Crossing Detector... 60 5.4.3 Analisa Rangkaian Solid State Relay... 60 5.4.4 Analisa Rangkaian Power Supply... 60 5.4.5 Analisa Rangkaian LM35 dan LM324... 61 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... 62 6.1 Kesimpulan... 62 6.2 Saran... 62 DAFTAR PUSTAKA... 63 LAMPIRAN... 64 vi

DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Respon PID Controller Terhadap Perubahan Konstanta... 12 Tabel 3.2 Konfigurasi Pin LCD... 23 Tabel 3.3 CGROM (Character Generator ROM)... 24 Tabel 3.4 Daftar Komponen Rangkaian Op Amp... 29 Tabel 3.5 Daftar Komponen Rangkaian Solid State Relay... 32 Tabel 3.6 Daftar Komponen Rangkaian Zero Crossing Detector... 32 Tabel 3.7 Daftar Komponen Rangkaian LCD... 33 Tabel 3.8 Daftar Komponen Rangkaian Driver Fan... 34 Tabel 3.8 Daftar Komponen Rangkaian Power Supply... 35 Tabel 5.1 Hasil Pegukuran Power Supply... 40 Tabel 5.2 Pengukuran Sensor Suhu LM35 sebelum di silicon... 41 Tabel 5.3 Pegukuran Sensor Suhu LM35 setelah di silicon... 42 Tabel 5.4 Pengukuran Pengontrolan tegangan AC dari Tegangan DC... 46 Tabel 5.5 Bentuk Keluaran Sinyal di Osiloskop... 47 Tabel 5.6 Data Hasil Penguat LM324... 50 Tabel 5.7 Hasil Pengujian Output Mikrokontroler... 51 Tabel 5.8 Data Pengujian Adc Internal Mikrokontroler... 54 Tabel 5.9 Data Pengukuran Dan Pengujian Alat Secara Keseluruhan... 57 Tabel 5.10 Data Pengukuran nilai konstanta kendali... 58 vii

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Blok Diagram Rangkaian Sistem Pengaturan Suhu Air... 6 Gambar 2.2 Flow Chart Sistem... 7 Gambar 3.1 Sistem Alat... 11 Gambar 3.2 Blok diagram untuk Unity Feedback Systems... 12 Gambar 3.3 Konfigurasi Pin ATmega 8535... 14 Gambar 3.4 Bentuk dan simbol IC LM 35... 18 Gambar 3.5 Konstruksi IC LM324... 19 Gambar 3.6 Rangkaian Penguat Tak Membalik... 20 Gambar 3.7 Rangkaian Penguat Pembalik... 20 Gambar 3.8 Rangkaian pengontrol gelombang penuh satu fasa... 21 Gambar 3.9 Rangkaian ekivalen triac, (b) Simbol triac... 22 Gambar 4.1 Rangkaian Penguat Operasional... 26 Gambar 4.2 Contoh Bentuk IC LM35... 27 Gambar 4.3 Rangkaian Rangkaian OpAmp... 29 Gambar 4.4 Rangkaian Minimum Sistem... 30 Gambar 4.5 Rangkaian Solid State Relay... 31 Gambar 4.6 Rangkaian Zero Crossing Detector... 32 Gambar 4.7 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)... 33 Gambar 4.8 Rangkaian Driver Fan... 34 Gambar 4.9 Rangkaian Power supply... 35 Gambar 4.10 Flow chart Program... 36 viii

Gambar 4.11 Perancangan Mekanik (1) Tampak Atas,(2) Tampak Samping... 37 Gambar 4.12 Perancangan Penempatan Heater... 37 Gambar 5.1 Pengukuran Power supply... 40 Gambar 5.2 Pengukuran Input dan Output Rangkain Zero Crossing Detector... 43 Gambar 5.3 Bentuk gelombang masukan dan keluaran Zero Crossing Detector... 43 Gambar 5.4 Pengukuran Rangkaian Solid State Relay (SSR)... 45 Gambar 5.5 Pengujian Rangkaian Adc Internal... 53 ix

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sistem Instrumentasi yang berbentuk akuisisi data telah dipergunakan secara luas dalam kegiatan perindustrian, karena merupakan bagian dari proses kendali. Pengaturan suhu merupakan salah satu yang sering dipakai dalam suatu sistem kendali baik hanya untuk sistem monitoring saja atau untuk proses pengendalian lebih lanjut. Pada saat ini kebutuhan manusia dalam pengaturan suhu air sangat banyak, diantaranya: pengaturan suhu air akuarium, pengaturan suhu water sower, maupun pengaturan suhu air dibidang industri lainya. Untuk memenuhi kebutuhan diatas di perlukan sebuah sistem pengaturan suhu air. Dalam sistem pengatur suhu ini penulis mengambil salah satu contoh di sistem pengaturan suhu air pada water shower. Pada saat ini perangkat pengatur suhu banyak yang tidak dilengkapi perangkat monitoring suhu airnya. Sehingga para pengguna water shower sering mengira-ngira berapa suhu water shower saat ini. Akibatnya kondisi suhu air terlalu panas ataupun kurang panas. Pada tugas akhir ini, penulis mencoba membuat sistem pengaturan suhu air yang dilengkapi sitsem monitoring suhu airnya untuk mengetahui berapa suhu water sower saat ini. Sistem kontrol suhu air di set dan ditampilkan secara digital yang memanfaatkan kemampuan mikrokontroller Atmega8535 dalam akuisisi data dan mengambil keputusan. Keuntungan dari sistem ini adalah komponen rangkaian

2 yang banyak dipasaran yang harganya cukup terjangkau sehingga dalam membuat sistem pengaturan suhu ini biaya dapat dicapai, mudah dalam perawatan dan temperatur dapat di monitoring langsung pada layar LCD, penyetingan temperatur sesuai keinginan dengan memasukkan setpoint pada push button, kemudahan dalam pengoperasian. Sistem pengontrolan pada alat yang dirancang adalah menggunakan sistem kendali PID. Dengan sistem kendali PID ini di harapkan mengurangi ketidaksetabilan dalam perubahan suhu yang dinginkan. 1.2 Tujuan dan Manfaat Tujuan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut : Membuat sebuah alat pengaturan suhu air dengan menggunakan kendali PID yang terpantau.. Adapun manfaat dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut : Memberikan kenyamanan bagi pengguna, karena dapat menentukan suhu air yang pasti. 1.3 Metodologi Penelitian Untuk menyelesaikan tugas akhir ini, dilakukan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Studi Pusataka/literature. Studi ini dilakukan dengan cara mencari dan membaca literature serta karya-karya Pengendali Suhu Kontrol PID yang sudah di buat sebelumnya dan data-data yang berhubungan dengan alat yang akan dibuat.

3 2. Studi Lapangan. Studi ini dilakukan untuk memperoleh alat dan bahan yang diperlukan untuk merancang dan membuat sistem pengaturan suhu air pada sebuah wadah. 3. perancangan dan pengembangan sistem. Pada tahap ini dilakukan perancangan dan pengembangan hardware maupun software untuk sitem pengaturan suhu air. 4. Melakukan pengujian alat. Studi ini meliputi pengujian sistem yang dirancang dengan menggunakan beberapa parameter pengujian sehingga diperoleh data hasil pengujian yang selanjutnya dapat dianalisis. 5. Menyusun buku laporan tugas akhir. Hasil dari literature, Studi lapangan, perancangan dan pengembangan alat, Serta melakukan pengujian alat sistem pengaturan suhu air akan dituangkan dalam laporan tugas akhir. 1.4 Batasan Masalah Dalam tugas akhir ini permasalahan dibatasi pada hal-hal berikut: 1. Pengujian instrumen hanya dilakukan pada plant yang ditentukan. 2. Suhu yang diatur dari range 30ºC - 60ºC. 3. Sistem yang dibangun hanya melakukan pengaturan suhu. 4. Aplikasi alat yang dibuat hanya untuk proses pemanasan. 5. Sensitivitas Sensor berkurang karena pengemasan ulang sensor agar bisa diletakan di dalam air.

4 6. Tidak memperhitungkan efek perpindahan panas (pemerataan suhu air) yang terjadi dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya. 7. Tidak dilakukan pemodelan sistem sehingga persamaan matematis sistem tidak diketahui. 8. Metode pengaturan yang digunakan adalah PID (Proporsional Integral Derivatif) yang diimplementasikan secara digital. 9. Metode penalaan kontrol PID yang digunakan adalah metode manual (trial and error). 1.5 Sistematika Penulisan Dalam penulisan laporan tugas akhir ini, penulis membuat sistematika penulisan yang bertujuan untuk mempermudah pembaca dalam memahami dan mempelajari isi dari laporan tugas akhir ini. Adapun sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut. BAB 1 : PENDAHULUAN. Bab ini berisi latar belakang, tujuan dan manfaat, metodologi penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan. BAB 2 : IKHTISAR SISTEM. Bab ini menjelaskan gambaran umum cara kerja sistem yang dibuat, dilengkapi dengan keterangan-keterangan (gambar, blok diagram keselurauhannya dan lain-lain) sehingga pembaca dapat memahami bagaimana cara kerja dari alat yang dibuat, karakteristik system yang di buat, baik hardware maupun software, serta lingkungan operasi dan pengembangan alat.

5 BAB 3 : LANDASAN TEORI. Pada Bab membahas landasan teori mengenai Sistem Pengaturan Suhu, teori Kendali PID, Mikrokontroler, ADC, sensor LM35, Penguat Operasional LM324, TRIAC, LCD, dan Power supply. BAB 4 : PERANCANGAN SISTEM. Bab ini membahas sisyem yang meliputi: 1. Perancangan Hardware : Perancangan pendeteksi suhu, Sensor LM35 & Penguatan LM324, Mikrokontroler, Solid State Relay (SSR), Zero Crossing Detector, LCD, Driver Fun dan Power Supply. 2. Perancangan Software. 3. Perancangan Mekanik. BAB 5 : PENGUKURAN, PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM. Bab ini berisi hasil dari pengukuran dan pengujian seperti pengukuran keluaran tegangan Power Supply, pengukuran keluaran sensor suhu LM35, pengukuran keluaran rangkaian Zero Crossing Detector, pengukuran rangakaian Solid State Relay (SSR), Pengukuran rangkaian penguat LM324, pengujian rangkaian Mikrokontroler, pengujian LCD, pengujian ADC Internal Pada Mikrokontroler, pengujian rangakain Solid State Relay dan Zero Crossing Detector, pengukuran dan pengujian alat secara keseluruhan dan analisa Sistem. BAB 6 : KESIMPULAN DAN SARAN. Bab ini berisi tentang kesimpulan yang diperoleh dari hasil analisa dan saran-saran yang memungkinkan dalam pengembangan tugas akhir in

6 BAB II IKHTISAR SISTEM 2.1 Deskripsi Umum Perancangan dan pembutan sistem pengaturan suhu air ini terdiri atas beberapa komponen penting yaitu Power Supply, Sensor Suhu, Tombol Set Point, Tampilan (LCD), Kendali PID yang menggunakan Mikrokontroler ATMega8535, Sinyal Zero Crossing Detector, Pengontrol Tegangan AC (SSR) dan Pemanas (Heater). Blok diagram dari rangkaian sistem alat ini adalah sebagai berikut : Gambar 2.1 Blok Diagram Rangkaian Sistem Pengaturan Suhu Air Dari blok diagram tersebut bisa kita lihat, bahwa kendali PID adalah suatu pengolahan data yang utama dalam pembuatan sistem. Dalam pembacaan sensor suhu dari sistem ini adalah LM35 yaitu sensor pendeteksi suhu yang dapat mengubah besaran suhu menjadi besaran elektrik berupa tegangan. Namun tegangan keluaran dari sensor masih berupa analog dan dalam sistem ini

7 menggunakan ADC internal pada mikrokontroler untuk mengubah data analog tersebut menjadi data digital. Kemudian keluaran data digital tersebut diolah mikrokontroler agar bisa diaplikasikan ke LCD. LCD akan menampilkan suhu terukur yang nantinya akan menjadi pembanding pada sistem pengendalian suhu pada alat tersebut. Gambar 2.2 Flow Chart Sistem

8 2.2 Karakteristik Perancangan pada sistem Sistem Penganturan Suhu Air ini memiliki beberapa karateristik perancangan mekanik dan elektornik dari sistem pengaturan sistem pengaturan suhu air ini terdiri dari: 1. Box elektronik yang berukuran panjang 35 Cm, Lebar 29 Cm, dan Tinggi 14 Cm. Sedangkan ukuran Wadah air panjang 21 Cm, Lebar 22 Cm, dan Tinggi 35 Cm dan mekanik keseluruhan sistem pengaturan suhu air ini mempunyai berat sebesar 26 Kg. 2. Heater : sebagai sumber energi panas, yang nantinya dapat diatur besar kecil panas yang dihasilkan dengan cara diberikan tegangan masukan sesuai sinyal kendali. Spesifikasi heater yaitu Daya : 500 Watt, Tegangan : 220 VAC, dan Frekuensi : 50 Hz. 3. Motor DC yang digunakan untuk Kipas pengaduk untuk Proses pemerataan sirklus suhu air. Motor Dc yang digunakan yaitu 180 Rpm. 4. Power Supply : sebagai sumber daya bagi semua komponen yang digunakan. Power Supply mempunyai input 220 Vac dan diturunkan menjadi 15 Vac menggunakan trafo step down. Dari tegangan 15 Vac di rubah menjadi catu daya sebesar 12 Vdc dan 5 Vdc menggunakan IC regulator LM7812 dam LM7805, dan power supply ini mempunyai keluaran arus mencapai 1 A. 5. Sensor LM35 adalah sensor pendeteksi suhu air datanya dikirim ke mikrokontroler yang akan digunakan sebagai umpan balik dari sistem kendali PID, kemudian ditampilkan ke LCD. Sensor LM35 ini memiliki

9 kemampuan pembacaan suhu dari -55ºC-150ºC, Input tegangan 4-20 Vdc dan output pembacaan suhu 10 mv/ºc. 6. Mikrokontroler Atmega8535 : digunakan sebagai unit kendali untuk mengaplikasikan kendali close loop, algoritma kendali PID. 7. Zero Crossing Detector adalah rangkaian yang digunakan untuk mendeteksi gelombang sinus tegangan jala-jala AC 220 V ketika melalui persimpangan titik nol. Rangkaian Zero Crossing Detector ini memiliki input 6 Vac dari keluaran trafo step down 220 Vac. 8. Rangkaian pengendali tegangan AC adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengendalikan tegangan beban dengan memberi waktu tunda pemicuan TRIAC. Komponen utama pengatur tegangan AC berupa TRIAC BT 138. TRIAC BT 138 mempunyai input Max 800 Vac dan Arus sebesar 12 A. 9. LCD (liquid crystal display) berfungsi sebagai media tampilan selama proses pengendalian berlangsung.lcd yang digunakan adalah LCD 16x2 Karakter. 10. Push Button digunakan untuk memberi set point suhu yang diinginkan dan pengendali sistem kerja alat ini.push Button digunakan sebanyak 3 buah, Tombol up, Down dan Enter. 11. Lampu AC digunakan Untuk mengetahui sistem kendali berkerja. Lampu yang didigunakan adalah lampu 10 watt.

10 2.3 Lingkungan Operasi dan Pengembangan Sistem Penganturan Suhu Air ini adalah bentuk aplikasi pemanas air yang dikembangkan dengan sistem digital. Dimana proses pengaturan suhu yang diinginkan di proses dengan cara yang sederhana. Untuk kebutuhuan manuasia Sistem pengaturan suhu air ini dapat diopersikan ke aplikasi-aplikasi yang sudah ada di kehidupan sehari-hari seperti pengaturan suhu air akuarium, pengaturan suhu water sower, maupun pengaturan suhu air dibidang industri lainya. Sistem pada alat ini juga bisa dikembangkan dengan menggunakan sistem otomasi yang lebih baik dan fungsinya bukan hanya digunakan sebagai pengaturan suhu air saja, tapi mungkin bisa digunakan sebagai pengaturan suhu ruangan maupun pengaturan suhu lainnya.

11 BAB III LANDASAN TEORI 3.1 Sistem Pengaturan Suhu Air yang berada di dalam wadah dipanaskan menggunakan sebuah pemanas (heater) listrik. air diaduk sedemikian rupa sehingga seluruh cairan yang berada dalam wadah dapat dianggap memiliki temperatur yang sama. Gambar 3.1 Sistem Alat Dalam kasus sistem pengaturan, suhu adalah variabel yang akan atur, dan nilai suhu inilah yang diinginkan sebagai output. Kemudian input kendali adalah output dari pemanas listrik (electric heater). Besarnya kalor sebagai input kendali selalu diatur dengan mengatur tegangan yang diberikan ke pemanas. Namun telah ditunjukkan bahwa besarnya temperatur dapat diatur dengan mengatur besarnya tegangan yang diberikan ke pemanas.

12 3.2 Kendali PID Kendali PID merupakan salah satu jenis pengatur yang banyak digunakan. Selain itu sistem ini mudah digabungkan dengan metoda pengaturan yang lain seperti Fuzzy dan Robust. Sehingga akan menjadi suatu sistem pengatur yang semakin baik Tulisan ini dibatasi pada sistem dengan Unity Feedback System, yang gambarnya sebagai berikut : Gambar 3.2 Blok diagram untuk Unity Feedback Systems Kendali PID Sebenarnya terdiri dari 3 jenis cara pengaturan yang saling dikombinasikan, yaitu P (Proportional) Controller, D (Derivative) Controller, dan I (Integral) Controller. Masing-masing memiliki parameter tertentu yang harus diset untuk dapat beroperasi dengan baik, yang disebut sebagai konstanta. Setiap jenis, memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing, hal ini dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel 3.1 Respon PID Controller Terhadap Perubahan Konstanta Closed-Loop Response Rise Time Overshoot Settling Time Steady State Error Kp Decrease Increase Small change Decrease Ki Decrease Increase Increase Eliminate Kd Small change Decrease Decrease Small change

13 Paraameter-parameter tersebut, tidak bersifat berdiri sendiri, sehingga pada saat salah satu nilai konstantanya diubah, maka mungkin sistem tidak akan bereaksi seperti yang diinginkan. Tabel di atas hanya dipergunakan sebagai pedoman jika akan melakukan perubahan konstanta. Untuk merancang suatu kendali PID, biasanya dipergunakan metoda trial & error. Sehingga perancang harus mencoba kombinasi pengatur beserta konstantanya untuk mendapatkan hasil terbaik yang paling sederhana. 3.3 Mikrokontroler ATmega8535 Mikrokontroler adalah sebuah sistem yang dapat mengontrol peralatan elektronik. Sebuah mikrokontroler umumnya berisi seluruh memori dan antarmuka I/O yang dikemas dalam sebuah chip. Atmel sebagai salah satu vendor yang mengembangkan produk mikro elektronika, kini telah mengembangkan generasi AVR ( Alf and Vegard s Risc Processor ) yang merupakan suatu teknologi yang memiliki kapabilitas yang amat maju dengan biaya yang ekonomis. Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC ( Reduced Instruction Set Computing ) 8 bit yang instruksinya dikemas dalam kode 16 bit dan dieksekusi dalam satu siklus clock. Hal ini berbeda dengan seri MCS51 yang berteknologi CISC ( Complex Instruction Set Computing ) yang membutuhkan 12 siklus clock. Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas yaitu, keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan At86RFxx. Sebagai pembeda dari masing-masing kelas adalah memori, peripherial, dan fungsinya. Selain itu

14 dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Fitur yang tersedia pada ATMega 8535 adalah : a. Frekuensi clock maksimum 16 MHz. b. Jalur I/O 32 buah, yang terbagi dalam PortA, PortB, PortC dan PortD. c. Analog to Digital Converter 10 bit sebanyak 8 input. d. Timer/Counter sebanyak 3 buah. e. CPU 8 bit yang terdiri dari 32 register. f. Watchdog Timer dengan osilator internal. g. SRAM sebesar 512 byte. h. Memori Flash sebesar 8 Kbyte dengan kemampuan read while write. i. Interrupt internal maupun eksternal. j. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. k. Analog Comparator. l. Komunikasi serial USART dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. Konfigurasi pin pada AVR ATmega 8535 adalah sebagai berikut : Gambar 3.3 Konfigurasi Pin ATmega 8535

15 Secara fungsional konfigurasi pin ATMega8535 adalah sebagai berikut : 1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan positif dari catu daya yang biasanya bernilai 5 volt DC. 2. GND merupakan pin masukan ground dari catu daya. 3. Port A ( PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC. 4. Port B ( PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu Timer/Counter, Comparator analog, dan SPI. 5. Port C ( PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan Timer Oscilator. 6. Port D ( PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu comparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial. 7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. 8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal. 9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. 10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC. ATmega8535 menyediakan fasilitas ADC dengan kemampuan sebagai berikut: a. Resolusi 8 bit dan 10 bit. b. Waktu konversi 65 260 µs. c. 8 jalur input single-ended. d. 7 jalur input differensial.

16 e. 2 jalur input differensial dengan pilihan penguatan 10x dan 200x. f. Rentang tegangan input adalah 0 sampai VCC ADC. g. Tegangan referensi dapat dipilih secara internal atau eksternal. h. Mode operasi dapat dipilih mode free running atau single conversion. i. Start konversi dengan auto trigger dari sumber-sumber interrupt. j. Dapat menghasilkan interrupt ketika konversi selesai. ATmega8535 menyediakan ADC dengan resolusi 8 bit dan 10 bit. ADC ini dihubungkan dengan 8 channel Analog Multiplexer yang memungkinkan terbentuk 8 input tegangan single-ended yaitu ADC0 s/d ADC7. Dapat juga dikonfigurasi menjadi 7 jalur input differensial dengan ADC1 sebagai terminal common negative dan yang lainnya sebagai input tegangan positif. Atau menjadi 2 jalur input differensial dengan pilihan penguatan (gain) 10x atau 200x, yaitu ADC0, ADC1, ADC2 dan ADC3. ADC memiliki pin supply tegangan analog yang terpisah yaitu AVCC. Besarnya tegangan AVCC adalah ±0.3V dari VCC. Adapun cara kerja ialah ADC mengkonversi tegangan input analog menjadi data digital 8 bit atau 10 bit. Data digital tersebut akan disimpan di dalam ADC Data Register yaitu ADCH dan ADCL. Sekali ADCL dibaca, maka akses ke data register tidak bisa dilakukan. Namun ketika ADCH dibaca, maka akses ke data register dilakukan kembali. Pada mode single conversion, proses konversi dapat dimulai dengan memberikan logika 1 pada bit ADC Start Conversion(ADSC). Bit ini akan tetap high selama proses konversi dan akan clear ketika proses konversi selesai. Pada mode auto trigger, proses konversi dapat dimulai dengan beberapa sumber trigger. Ini dilakukan dengan men-setting ADC Auto Trigger Enable bit,

17 ADATE pada ADCSRA. Sumber trigger dipilih dengan melakukan setting pada ADC Trigger Select bits, ADTS pada SFIOR. Tegangan referensi ADC (VREF) menentukan rentang konversi ADC. Pada mode 10 bit single ended, jika tegangan input lebih dari atau sama dengan VREF, akan menghasilkan nilai 0x3FF. Tegangan referensi ADC dapat dipilih menggunakan tegangan referensi internal maupun eksternal. Jika menggunakan tegangan referensi internal, bisa dipilih on-chip internal reference voltage yaitu sebesar 2.56V atau sebesar AVCC. Jika menggunakan tegangan referensi eksternal, dapat dihubungkan melalui pin AREF. Jika resolusi dipilih sebesar 8 bit, maka data digital akan dihasilkan pada ADCH dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : ADC = VIN x 256 VREF Dimana : ADC : Data ADC, 0 s/d 255 VIN : Tegangan Input, 0 s/d AVCC VREF : Tegangan Referensi Jika resolusi dipilih sebesar 10 bit, maka data digital akan dihasilkan pada ADC dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : ADC = VIN x 1024 VREF Dimana : ADC : Data ADC, 0 s/d 1024 VIN : Tegangan Input, 0 s/d AVCC VREF : Tegangan Referensi

18 3.4 Sensor Suhu LM35 Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu IC LM35, IC LM35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear tergantung dengan perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mv / 0 C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1ºC maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mv. IC LM35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperatur. Jangka sensor mulai dari -55 0 C sampai dengan 150 0 C, IC LM35 penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indicator tampilan catu daya terbelah. IC LM35 dapat dialiri arus 60mA. Gambar 3.4 Bentuk dan simbol IC LM35 3.5 IC LM324 IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier, IC ini mempunyai 4 buah op-amp yang berfungsi sebagai komparator. IC ini mempunyai tegangan kerja antara +5 V sampai +15V untuk +Vcc dan -5V sampai -15V untuk -Vcc. Adapun definisi dari masing-masing pin IC LM324 adalah sebagai berikut :

19 Gambar 3.5 Konstruksi IC LM324 1. Pin 1,7,8,14 (Output) Merupakan sinyal output. 2. Pin 2,6,9,13 (Inverting Input) Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang berkebalikan dari input. 3. Pin 3,5,10,12 (Non-inverting input) Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang sama dengan input (tidak berkebalikan). 4. Pin 4 (+Vcc) Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara +5 Volt sampai +15 Volt. 5. Pin 11 (-Vcc) Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara -5 Volt sampai -15 Volt. 3.5.1 Penguat Tak Membalik ( Non-inverting Amplifier ) Penguat tak membalik merupakan suatu penguat dimana tegangan input dimasukan pada terminal tak membalik (+)an mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukan.

20 Gambar 3.6 Rangkaian Penguat Tak Membalik Besarnya penguatan dari penguat tak membalik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini : AV= 1+ Rf / Ri Dimana : AV = Vo / Vi Vo / Vi = 1+ Rf / Ri 3.5.2 Penguat Pembalik ( Inverting Amplifier) Penguat pembalik merupakan suatu penguat dimana tegangan input dimasukan pada terminal membalik (-) pada OpAmp. Gambar 3.7 Rangkaian Penguat Pembalik

21 Besarnya penguatan dari penguat tak membalik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini : Av = - Rf / Rin Dimana : AV = Vo / Vi Vo / Vi = - Rf / Ri 3.6 TRIAC Pengaturan terhadap tegangan AC dapat dilakukan dengan pemotongan gelombang sinusoida. Pemotongan terhadap gelombang sinus menyebabkan nilai efektif arus berkurang sehingga tegangan AC menjadi kecil. Pemotongan gelombang sinus dapat dilakukan menggunakan thyristor. Pemotongan tegangan AC menggunakan thyristor untuk mengontrol gelombang penuh satu fasa yang menentukan kuantitas pemotongan gelombang sinusoida. Prinsip dari kontrol sudut fasa untuk gelombang penuh satu fasa dapat dilihat dari rangkaian berikut : Gambar 3.8 Rangkaian pengontrol gelombang penuh satu fasa Energi mengalir ke beban dikontrol dengan menunda sudut pemicuan thyristor T1 dan sudut pemicuan thyristor T2. Selama tegangan masukan setengah

22 siklus positif, daya yang mengalir dikontrol oleh beberapa sudut tunda dari thyristor T1, dan thyristor T2 mengontrol daya selama tegangan masukan setengah siklus negatif. Pulsa-pulsa yang dihasilkan pada T1 dan T2 terpisah 180º. TRIAC dapat bersifat konduktif dalam dua arah. Dalam hal ini dapat dianggap sebagai dua buah thyristor yang terhubung invers-paralel dengan koneksi gerbang seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8. TRIAC mempunyai tiga terminal; terminal utama 2 (MT2), terminal utama 1 atau (MT1), dan gerbang (G). Gambar 3.9 menunjukan symbol TRIAC. Gambar 3.9 Rangkaian ekivalen TRIAC, (b) Simbol TRIAC Jika terminal MT2 positif terhadap MT1, TRIAC dapat di-on-kan dengan memberikan sinyal gerbang positif antara G dan MT1. Jika terminal MT2 negatif terhadap MT1 maka TRIAC dapat di-on-kan dengan memberikan sinyal pulsa negatif antara G dan MT1. Tidak perlu memiliki kedua sinyal gerbang positif dan negative dan TRIAC dapat dihidupkan baik oleh sinyal gerbang positif maupun negative.

23 3.7 LCD (Liquid Crystal Display) LCD merupakan salah satu perangkat display yang bisa menampilkan gambar atau karakter yang diinginkan. Dalam hubungannya dengan mikrokontroler, LCD dapat menampilkan kejadian dalam suatu program yang telah dimasukan ke dalam chip ketika chip tersebut dijalankan. LCD yang digunakan mempunyai lebar display 2 baris 16 kolom atau biasa disebut sebagai LCD karakter 2x16, dengan 16 pin konektor, yang didifinisikan sebagai berikut: Tabel 3.2 Konfigurasi Pin LCD Pin No. Simbol Level Keterangan 1 VSS 0V Ground 2 VDD 5V Supply tegangan untuk logika 3 VO (Variable) Tegangan operasi LCD 4 RS H/L H : Data, L : Kode instruksi 5 R/W H/L H : Baca, L : Tulis 6 E H, H --> L Chip Enable signal 7 DB0 H/L Data bit 0 8 DB1 H/L Data bit 1 9 DB2 H/L Data bit 2 10 DB3 H/L Data bit 3 11 DB4 H/L Data bit 4 12 DB5 H/L Data bit 5 13 DB6 H/L Data bit 6 14 DB7 H/L Data bit 7

24 15 A 4,2 4,6 V LED + 16 K 0V LED - CGROM akan menghasilkan karakter dengan format 5x8 dot atau 5x10 dot. Lihat tabel format karakter CGROM berikut ini : Tabel 3.3 CGROM (Character Generator ROM)

25 3.8 Power Supply Power supply atau catu daya memberikan supply tegangan pada rangkaian elektronik dan sistem kontrol. Catu daya mendapatkan sumber tegangan dari PLN sebesar 220 Vac. Tegangan 220 Vac ini kemudian diturunkan menjadi 12 Vac dan 5 Vac melalui trafo step down tegangan yang sudah disediakan. Tegangan AC 15 Volt disearahkan oleh dioda bridge menjadi tegangan DC. Keluaran dari dioda bridge ini kemudian masuk ke IC regulator yang fungsinya adalah untuk menstabilkan tegangan. IC regulator yang digunakan terdiri dari beberapa IC (sesuai kebutuhan) yang terdiri dari tipe LM7805 dan LM7812. Oleh karena tegangan yang diperlukan pada tiap rangkaian ada yang tidak sama, maka rangkaian catu daya ini dirancang memiliki beberapa keluaran tegangan DC yang keluarannya terdiri dari ukuran tegangan +5 Volt dan +12 Volt Ukuran tegangan tersebutlah yang akan berfungsi untuk memberikan supply tegangan. Kapasitor pada catu daya berfungsi sebagai filter atau untuk membuang noise pada tegangan DC. Pada rangkaian untuk menyearahkan tegangan digunakan dioda bridge, karena dioda bridge mempunyai tegangan ripple yang lebih baik dibandingkan dioda jenis lainnya.

26 BAB IV PERANCANGAN SISTEM 4.1 Perancangan Hardware Perancangan dan pembuatan system pengaturan suhu air ini mempunyai beberapa unsur penting yang mempunyai fungsi masing-masing dan saling berhubungan, sehingga dapat membuat alat ini berfungsi lebih baik. Beberapa unsur tersebut adalah Perancangan Pendeteksi Suhu, Penguat LM324, Mikrokontroler, Solid State Relay, Zero Crossing Detector, LCD, Driver Fun dan power supply. 4.1.1 Perancangan Pendeteksi Suhu Sensor suhu yang digunakan pada proyek akhir ini adalah LM35. Sensor ini merupakan komponen yang sangat peka atau sangat mudah mengalami perubahan tegangan apabila dikenai perubahan suhu. Seperti yang dijelaskan pada Bab sebelumnya tentang sensor ini, output dari sensor ini berupa tegangan analog. Namun dikarenakan output tegangan dari sensor ini kecil, maka tegangan output tersebut dikuatkan kembali menggunakan rangkaian penguat operasional lihat Gambar 4.1 agar bisa dibaca dan diolah oleh rangkaian berikutnya. Gambar 4.1 Rangkaian Penguat Operasional

27 Pada perancangan sistem sensor suhu, rangkaian sensor LM35 dan penguat sinyal LM324 digabung jadi satu rangkaian, karena output dari sensor LM35 langsung dilakukan penguatan oleh LM324 untuk diteruskan kerangkaian berikutnya. Sensor LM35 ini sangat peka terhadap perubahan suhu yang mengakibatkan naiknya tegangan pada output dari LM35. Ada beberapa jenis sensor IC LM35 seperti yang terlihat, lihat Gambar 4.2 di bawah ini: Gambar 4.2 Contoh Bentuk IC LM35 Adapun prinsip kerja dari sensor IC LM35 adalah : Suhu lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap suhu Suhu lingkungan ini diubah menjadi tegangan listrik oleh rangkaian di dalam IC, dimana perubahan suhu berbanding lurus dengan perubahan tegangan output. Pada seri LM35 V out =10 mv / o C

28 Tiap perubahan 1 o C akan menghasilkan perubahan tegangan output sebesar 10mV Ada beberapa kelebihan dan kekurangan dari sensor IC LM35 ini adalah : Kelebihan: 1. Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150 o C 2. Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 V 3. Rangkaian tidak rumit 4. Tidak memerlukan pengkondisian sinyal Kekurangan: Membutuhkan sumber tegangan untuk beroperasi Output dari sensor suhu ini langsung dihubungkan dengan pengutan, penguatan yang digunakan adalah non-inverting dengan jenis IC LM324. Penguatannya sebesar 6.46 kali. Maka dapat dihitung nilai tahanan untuk penguatan non-inverting sebagai berikut : Jika nilai Ri kita tetapkan 1k5 maka nilai Rf adalah: AV= 1+ Rf / Ri Dimana : AV = Vo / Vi Vo / Vi = 1+ Rf / Ri 2.1 / 0.325 = 1 + Rf / 1k5 6.46 = 1 + Rf / 1k5 6.46 1 = Rf / 1k5 5.46 = Rf / 1k5

29 Rf = 1k5 * 5.46 Rf = 8k19 Nilai yang mendekati nilai tahanan yang ada di pasaran adalah 8k2. Jadi nilai Ri = 1k5 dan nilai Rf = 8k2. Berikut ini rangkaian skematik penguat operasional LM 324 lihat Gambar 4.3: Gambar 4.3 Rangkaian Rangkaian Op Amp Tabel 3.4 Daftar Komponen Rangkaian Op Amp No Nama Komponen Tipe Jumlah 1 IC LM35 1 2 IC LM324 1 3 RESISTOR 8K2 1 4 RESISTOR 1K5 1 4.1.2 Mikrokontroler Atmega8535 Pada perancangan sistem ini piranti yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega8535. Rangkaian mikrokontroler ini berfungsi mengolah

30 data yang diterima dari sensor LM35, kemudian data yang diolah diaplikasikan pada LCD dan data tersebut digunakan untuk mengontrol sistem pemanas. Pada rangkaian mikrokontroler ini terdapat empat port IC yang berfungsi sebagai input / output. Pada aplikasi ini, penempatan fungsi port adalah sebagai berikut : 1. Pada PORT A, hanya digunakan PORT A.0 yang berfungsi sebagai input dari sensor LM35. Seperti pada Gambar 4.3. 2. Pada PORT B, hanya digunakan PORT B.0 yang berfungsi sebagai output dari mikrokontroler ke Solid State Relay. Seperti pada Gambar 4.5. 3. PORT C berfungsi sebagai output tampilan ke LCD. Adapun rangkaian koneksi antara mikrokontroler dan LCD dapat dilihat pada Gambar 4.7. 4. Pada PORT D, hanya digunakan PORT D.2 berfungsi sebagai input dari Zero Crossing Detector, PORT D.3 PORTD5 berfungsi sebagai input dari Push Button, PORT D.7 berfungsi sebagai output motor DC. Gambar 4.4 Rangkaian Minimum Sistem

31 4.1.3 Pengatur Tegangan AC Sebagai pengatur tegangan, digunakan rangkaian Solid State Relay (SSR) yang pada prinsipnya adalah penggabungan antara rangkaian optocoupler yang menggunakan Zero Crossing Circuit di dalam MOC 3041 dan TRIAC. Gambar 4.5 menunjukkan gambar rangkaian SSR, sedangkan cara kerja rangkaian ini adalah sebagai berikut: Jika ada arus melewati MOC kaki 1 dan 2, Hal ini akan mengakibatkan dioda yang berada didalam MOC 3041 aktif dan transistor yang berada di dalam MOC 3041 juga aktif. Keadaan ini akan mengakibatkan arus dari jala-jala 220VAC mengalir ke kaki Gate TRIAC dan akan memicu TRIAC tersebut. Pemicuan ini mengakibatkan kaki MT1 dan MT2 akan terhubung dan jala-jala 220VAC akan mengalir melalui beban. Hal ini berakibat beban ON. C 10nF/500V pada rangkaian ini berfungsi untuk mengurangi arus yang sangat besar saat beban mulai ON. Jika tidak ada arus melewati MOC kaki 1 dan 2, Hal ini mengakibatkan dioda dan transistor yang berada di dalam MOC 3041 tidak aktif dan tidak akan ada pemicuan pada TRIAC sehingga beban tidak terhubung ke jala-jala 220VAC atau dengan kata lain beban OFF. Pemberian logika 0 ataupun logika 1 tersebut dikendalikan oleh mikrokontroler. Gambar 4.5 Rangkaian Solid State Relay

32 Tabel 3.5 Daftar Komponen Rangkaian Solid State Relay No Nama Komponen Tipe Jumlah 1 IC MOC 3041 1 2 TRIAC BT 138 1 3 RESISTOR 470 Ohm 1 4 RESISTOR 330 Ohm 1 5 RESISTOR 5 Ohm 2 6 RESISTOR 39 Ohm 1 7 Kapasitor 10 nf 1 4.1.4 Zero Crossing Detector Zero Crossing Detector seperti yang bisa dilihat pada Gambar 5.6 adalah rangkaian yang digunakan untuk mendeteksi gelombang sinus AC 220 volt saat melewati titik tegangan nol. Seberangan titik nol yang dideteksi adalah peralihan dari positif menuju negatif dan peralihan dari negatif menuju positif. Gambar 4.6 Rangkaian Zero Crossing Detector Tabel 3.6 Daftar Komponen Rangkaian Zero Crossing Detector No Nama Komponen Tipe Jumlah 1 IC 4N35 1 2 RESISTOR 10 K 1 3 RESISTOR 220 1

33 4.1.5 LCD (Liquid Crystal Display) Pada perancangan LCD ini digunakan LCD type 2x16, yang mempunyai 16 pin input/output, yang dalam aplikasi rangkaian interface-nya diperlihatkan dengan Gambar 4.7. Pada rangkaian interface LCD ini digunakan potensiometer yang berfungsi sebagai pengatur kontras layar LCD sebesar 5 K Ohm dan pada input VCC pada pin 16 diberi dioda tipe 1N4002. Gambar 4.7 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) Tabel 3.7 Daftar Komponen Rangkaian LCD No Nama Komponen Tipe Jumlah 1 RESISTOR VARIABEL 5 K 1 2 DIODA 1N4002 1 4.1.6 Driver Fan Untuk mengendalikan fan, digunakan transistor TIP122 dan relay 5-12 Volt sebagai driver. Saat alat berkerja, Mikrokontroler mengirimkan logika high ke transistor TIP122 dan kemudian mengaktifkan relay sehingga fan akan aktif.

34 Dan sebaliknya saat mikrokontroler mengirimkan logika low ke transistor TIP122, Relay tidak akan aktif aktif. Gambar 4.8 Rangkaian Driver Fan Tabel 3.8 Daftar Komponen Rangkaian Driver Fan No Nama Komponen Tipe Jumlah 1 TRANSISTOR TIP122 1 2 RESISTOR 470 1 3 RELAY 12 V NAIS 1 4.1.7 Perancangan Power Supply Rangkaian power supply ini digunakan sebagai sumber tegangan dc dari semua rangkaian. Pada rangkaian power supply ini terdapat beberapa proses. Proses pertama ialah menurunkan tegangan dari 220VAC menjadi 12VAC dan 6VAC oleh transformator step down. Proses yang kedua ialah proses menyearahkan tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan searah (DC) dengan menggunakan penyearah gelombang penuh yaitu menggunakan dioda yang

35 dirangkaikan seperti jembatan. Proses yang ke tiga ialah proses penghalusan gelombang yang dikenal dengan istilah filter yaitu memperkecil ripple tegangan yang telah di searahkan oleh dioda sehingga mendapatkan tegangan dc yang sempurna. Setelah itu, proses yang keempat yaitu menstabilkan tegangan dc dengan menggunakan regulator 7812 untuk tegangan 12V DC dan regulator 7805 untuk tegangan 5V DC. Berikut ini adalah skematik rangakaian power supply : Gambar 4.9 Rangkaian Power supply Tabel 3.9 Daftar Komponen Rangkaian Power Supply No Nama Komponen Tipe Jumlah 1 REGULATOR LM7805 1 2 REGULATOR LM7812 1 3 DIODA BRIGE 1 4 RESISTOR 330 Ohm 1 5 KAPASITOR 3300 Uf 2 6 LED - 1

36 4.2 Perancangan Software Pada perancangan software alat ini memakai bahasa pemrogaman bahasa C yang digunakan untuk merancang program pada chip mikrokontroler ATMega8535. Sedangkan untuk mengkompilasi kode bahasa C ke bahasa hex, sistem ini menggunakan software Code Vision AVR.. Langkah kerja program pada alat ini intinya terletak pada sistem data input yang dipilih, tampilan pada LCD, pembacaan sensor LM35 dan pengendali PID. Berikut ini Gambar 4.10 adalah flow chart langkah kerja program yang digunakan alat ini : Gambar 4.10 Flow chart Program

37 4.3 Perancangan Mekanik Pada perancangan mekanik Sistem pengaturan suhu air ini menggunakan bahan yang terbuat dari Almunium dan kayu. Gambar 4.11 menggunakan satuan sentimeter. (1) (2) Gambar 4.11 Perancangan Mekanik (1) Tampak Atas, (2) Tampak Samping Gambar 4.12 Perancangan Penempatan Heater

38 Dari Gambar 4.12 dapat dilihat bentuk perancangan mekanik sistem pengaturan suhu air ini dan keterangannya sebagai berikut: 1. LM35. 2. Tempat letak Wadah. 3. Push Button. 4. LCD. 5. Heater (Pemanas). 6. Kipas Pengaduk. 7. Wadah. 8. Motor DC. 9. Terminal 10. Indikator

39 BAB V PENGUKURAN, PENGUJIAN, DAN ANALISA SISTEM 5.1 Pengukuran Pengukuran dilakukan untuk mengetahui apakah sistem yang dibuat sesuai dengan spesifikasi alat yang telah dibuat atau tidak. Pada pengukuran sistem, penulis menggunakan peralatan ukur Multimeter Digital, Osiloskop dan Stopwatch. Metoda pengukuran yang dilakukan adalah pengukuran secara terpisah, yakni dengan cara mengukur alat perblok. Pengukuran yang dilakukan terdiri dari beberapa bagian yakni : 5.1.1 Pengukuran Keluaran Tegangan Power Supply Pengukuran keluaran tegangan power supply dilakukan agar mengetahui seberapa stabil tegangan keluaran pada rangkaian power supply. Pada rangkaian ini dilakukan pada 2 jenis regulator pada power supply yaitu LM7812 dan LM7805. Pada Gambar 5.1 adalah setting pengukuran pada rangkaian power supply. Persentase error ( % error ) dihitung dengan persamaan sebagai berikut: % error = ( (Vteori Vpengukuran) / Vteori ) *100%

40 Gambar 5.1 Pengukuran Power supply Pada pengukuran diatas Penulis membanding dua hasil ukur yaitu tegangan sebelum IC Regulator LM7812 dan LM7805 yaitu di titik 1 sebelum IC Regulator LM7812 dan di titik 2 Tegangan setelah IC Regulator, Pada titik 3 dan 4 juga dilakukan pengukuran sama dengan titik 1 dan 2. Berdasarkan pengukuran yang telah dilakukan, maka di dapat hasil pengukuran seperti pada tabel berikut : Tabel 5.1 Hasil Pegukuran Power Supply No IC Regulator Input Sebelum IC Regulator Input Setelah IC Regulator 1 LM7805 5.3 Vdc 4.92 Vdc 2 LM7812 12.61 Vdc 11.89 Vdc Untuk mendapatkan nilai persen error dari keluaran power supply adalah sebagai berikut : % error LM7805 = ( (Vteori Vpengukuran) / Vteori ) *100% = ( (5 4.92) / 5 ) * 100% = ( 0.08 / 5 ) * 100% = 0.016 * 100% = 1.6%

41 % error LM7812 = ( (Vteori Vpengukuran) / Vteori ) *100% = ( (12 11.89 ) / 12 ) * 100% = ( 0.11 / 12 ) * 100% = 0,0091 * 100% = 0.91% 5.1.2 Pengukuran Keluaran Sensor Suhu LM35 Sensor suhu LM35 diuji dengan cara memberikan catu daya 5V dan memberikan pemanasan secara tidak langsung, sedangkan tegangan keluaran langsung diamati dengan voltmeter. Dari hasil pengukuran output sensor suhu ini didapatkan data sebagai berikut : Tabel 5.2 Pengukuran Sensor Suhu LM35 sebelum di silicon Suhu ( ºC ) Tegangan ( mv ) Suhu ( ºC ) Tegangan ( mv ) 29 288 45 452 30 298 46 467 31 393 47 470 32 322 48 476 33 329 49 493 34 338 50 500 35 351 51 508 36 358 52 523 37 369 53 529 38 375 54 544 39 392 55 554 40 405 56 559 41 411 57 571 42 419 58 578 43 427 59 586 44 438 60 602

42 Tabel 5.3 Pegukuran Sensor Suhu LM35 setelah di silicon Suhu ( ºC ) Tegangan ( mv ) Suhu ( ºC ) Tegangan ( mv ) 29 259 45 420 30 275 46 431 31 286 47 440 32 295 48 453 33 303 49 461 34 311 50 469 35 320 51 480 36 332 52 488 37 343 53 491 38 349 54 502 39 361 55 514 40 369 56 529 41 380 57 531 42 398 58 540 43 401 59 553 44 411 60 561 Dari hasil pengukuran diatas diketahui tegangan sensor naik sekitar 10mV / 0 C, maka dari itu sensor bisa dikatakan bekerja dengan baik. 5.1.3 Pengukuran Keluaran Rangkaian Zero Crossing Detector Pengukuran rangkaian Zero Crossing Detector dilakukan dengan cara memberikan input berupa tegangan AC 6 volt dari keluaran trafo step down ke rangkaian zero crossing detector. Untuk ouput sinyal diberi input tegangan DC 5 volt dan tahanan sebaesar 10 Kohm yang digunakan sebagai pull up.

43 Gambar 5.2 Pengukuran Input dan Output Rangkain Zero Crossing Detector Kemudian dilakukan pengukuran pada bagian masukan dan keluaran dari rangkaian Zero Crossing Detector menggunakan osiloskop. Chanel 1 adalah input dan channel 2 adalah output. Dari gambar sinyal channel 1 adalah bagian atas dan chanel 2 bagian bawah. Melalui tampilan pada osiloskop diperoleh bentuk gelombang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.3. Gambar 5.3 Bentuk gelombang masukan dan keluaran Zero Crossing Detector

44 Dari pengukuran gmabar osiloskop dilakukan penyetingan dengan mengunakan Time/Div sebesar 10m/s, Untuk channel 1 meggunakan 5 Volt/Div sedangkan channel 2 menggunakan 1 volt/div. Adapun hasil pengukuran lain seperti sebagai berikut : 1. Pengukuran pada Channel 1 (input): - Vpp = 18.59 V - Vavg = 248.6 mv - Vrms = 6.689 V - Frekuensi = 50 Hz - Periode = 20 ms - Duty Cycle = 50.3 % 2. Pengukuran pada Channel 2 (output): - Vpp = 1.062 V - Vavg = 663.3 mv - Vrms = 825.6 V - Frekuensi = 50 Hz - Periode = 20 ms - Duty Cycle = 54.3 % 5.1.4 Pengukuran pengontrol tegangan AC ( Rangakaian SSR) Pada pengukuran rangkaian Solid State Relay ini di lakukan agar dapat mengetahui perubahan tegangan ac ke beban yang dipengaruhi oleh tegangan dc yang melewati kaki 1 dan 2 MOC 3041 untuk mengaktifkan gate TRIAC.

45 Proses pemberian tegangan maupun arus ke gate TRIAC dipengaruhi led yang berada di dalam IC MOC 3041 yang berfungsi sama seperti sensor proximity. Gambar 5.4 Pengukuran Rangkaian Solid State Relay (SSR) Untuk rangakaian solid state relay dilakukan pengukuran di beberapa titik, pada titik 1 dari gambar dilakukan pengukuran tegangan dc yang di keluarkan dari PORTB.0. Pada tegangan tersebut digunakan untuk pengontrolan tegangan ac. Selain itu di rangkaian solid state relay ini juga dilakukan pengukuran tegangan ac yang berada di titik 2. Pengukuran pada titik 2 ini dilakukan pengukuran pada saat tegangan ac di kontrol.

46 Tabel 5.4 Pengukuran Pengontrolan tegangan AC dari Tegangan DC Tegangan DC (mv) Tegangan AC (V) Tegangan DC (mv) Tegangan AC ( V ) 2090 220 995 124 2048 221 945 123 2002 220 888 122 1954 219 824 122 1908 218 789 121 1860 215 751 121 1811 211 703 118 1763 206 652 113 1713 201 604 106 1669 195 556 99 1620 188 504 90 1573 181 450 80 1524 174 412 71 1475 167 360 61 1430 160 310 50 1380 153 365 39 1332 150 215 29 1285 146 165 17 1235 143 115 12 1190 140 65 7 1140 132 16 1 1084 129 2 0.422 1042 127 0 0.221 Kemudian dilakukan pengukuran pada bagian keluaran dari rangkaian solid state relay menggunakan osiloskop. Dari rangkaian telah ditunjukan titik yang di ukur. Melalui tampilan pada osiloskop diperoleh bentuk gelombang seperti yang ditunjukkan pada Tabel 5.5.

47 Tabel 5.5 Bentuk Keluaran Sinyal di Osiloskop Nilai Keluaran ADC Bentuk sinyal 0 30 60 90

48 Nilai Keluaran ADC Bentuk sinyal 113 128 160 190

49 Nilai Keluaran ADC Bentuk sinyal 206 255 5.1.5 Pengukuran Rangkaian Penguat LM324 Pengujian rangkaian penguat LM324 dilakukan dengan cara memberikan input variabel pada rangkaian. Kemudian diukur menggunakan multimeter digital, dan hasil pengukuran dibandingkan dengan data sesuai dengan teori. Pengukuran rangkaian pengkondisi sinyal dilakukan dengan cara memberikan tegangan berubah-ubah pada bagian masukan penguat akhir ( penguat noninverting ) kemudian mengukur keluarannya kemudian dihitung tingkat penguatan tegangan.

50 Tabel 5.6 Data Hasil Penguat LM324 Vin(mV) Vout (mv) Penguatan (Av) Vout teori (mv) %error 259 1690 6.46 1673 1.0161387 286 1800 6.46 1847-2.544667 303 1902 6.46 1957-2.810424 332 2070 6.46 2144-3.451493 343 2139 6.46 2215-3.431151 401 2501 6.46 2590-3.436293 440 2750 6.46 2842-3.237157 461 2880 6.46 2978-3.290799 480 3010 6.46 3100-2.903226 491 3052 6.46 3171-3.752759 514 3198 6.46 3320-3.674699 540 3398 6.46 3488-2.580275 561 3508 6.46 3624-3.200883 berikut: Persentase error ( % error ) dihitung dengan persamaan sebagai % Error = (Vout Vteori) x 100 % Vteori 5.2 Pengujian Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah perangkat yang telah dirancang dapat bekerja atau berfungsi dengan baik sebagaimana yang diinginkan.