PERANCANGAN ALAT - Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahay

3.1 Diagram Blok Rangkaian

Diagram blok merupakan gambaran dasar dari rangkaian sistem yang akan dirancang. Setiap diagram blok mempunyai fungsi masing-masing. Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.1. berikut ini:

Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

1. Sensor suhu (LM35) berfungsi untuk mengukur suhu ruangan kemudian output sensor ini akan diinputkan ke ADC0804.

2. ADC0804 berfungsi untuk merubah tegangan analog dari sensor suhu menjadi data digital 8 bit, sehingga data tersebut dapat diolah oleh mikrokontroler AT89S51.

3. Sensor cahaya (LDR) berfungsi untuk mendeteksi ada tidaknya cahaya sinar matahari yang kemudian output sensor ini di inputkan ke penguat sinyal.

4. Penguat sinyal berfungsi untuk memperkuat sinyal dari sensor cahaya menjadi logika 1 dan logika 0, sehingga data tersebut dapat diolah oleh microkontroler AT89S51.

5. Mikrokontroler AT89S51 berfungsi untuk mengolah data digital yang dikirimkan oleh ADC0804, selanjutnya mikrokontroller akan menampilkan nilai suhu yang terukur pada seven segment kemudian membandingkannya dengan data tertentu untuk kemudian mengambil tindakan (menghidupkan/mematikan blower).

6. Relay berfungsi sebagai perantara antara mikrokontroler yang memiliki tegangan 5 volt DC dengan blower yang memiliki tegangan 220 volt AC, sehingga blower dapat dikendalikan oleh mikrokontroler AT89S51.

7. Blower berfungsi untuk memanaskan ruangan yang akan dikendalikan oleh mikrokontroler setelah mendapatkan data dari sensor suhu (LM35).

8. Display berfungsi untuk menampilkan hasil pembacaan suhu pada sensor suhu (LM35) yang berada dalam ruangan.

9. Keypad 4 x 4 berfungsi untuk memasukkan nilai temperatur yang akan dipertahankan di dalam ruangan.

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

10. Driver stepper berfungsi untuk menggerakan motor stepper yang telah diolah data dari mikrokontroler.

11. Motor stepper berfungsi untuk menggerakan atap,

3.2 Perancangan Power Supplay (PSA)

Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian, sedangkan keluaran 12 volt digunakan untuk mensuplay tegangan ke relay. Rangkaian power supplay ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini :

Gambar 3.2 Rangkaian Power Supplay (PSA)

Trafo CT merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan

diratakan oleh kapasitor 3300 F. Dua buah dioda berikutnya berfungsi untuk menahan arus yang ada pada regulator agar tidak balik jika terjadi penarikan arus sesaat dari tegangan 12 volt. Regulator tegangan 5 volt (7805) digunakan agar

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila PSA dinyalakan. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 buah dioda penyearah.

3.3 Perancangan Rangkaian Sensor Cahaya

Untuk dapat menggerakkan drive motor stepper,maka alat dilengkapi dengan sebuah sensor.Sensor yang digunakan adalah sensor cahaya LDR.

LDR atau Light Dependent Resistor adalah salah satu jenis resistor yang nilai hambatannya dipengaruhi oleh cahaya yang diterimanya.LDR dibuat dari Cadmium Sulfida yang peka terhadap cahaya.Seperti yang telah diketahui bahwa cahaya memiliki dua sifat yang berbeda yaitu sebagai gelombang elektromagnetik dan foton/partikel energi (dualisme cahaya).Saat cahaya menerangi LDR,foton akan menabrak ikatan cadmium sulfida dan melepaskan elektron.Semakin besar intensitas cahaya yang datang,semakin banyak elektron yang terlepas dari ikatan.Sehingga hambatan LDR akan turun saat cahaya meneranginya.LDR akan mempunyai hambatan yang sangat besar saat tak ada cahaya yang mengenainya (gelap).Dalam kondisi ini hambat n LDR mampu mencapai 1 M ohm.Akan tetapi saat terkena cahay ,hambatan LDR akan turun secara drastis,hingga kira-kira 250 ohm.

Tegangan tersebut belum dapat mengaktifkan transistor C945.Dengan demikian tegangan kolektor-emitor berkisar antara 4,5V- 5V.Tegangan inilah yang merupakan sinyal high(1) yang diumpankan pada mikrokontroler AT89S51.

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

3.4 Perancangan rangkaian keypad

Rangkaian Keypad berfungsi sebagai tombol untuk memasukan pin. Kemudian data yang diketikkan pada keypad akan diterima oleh mikrokontroler AT89S51 untuk kemudian diolah dan ditampilkan pada display seven segment. Rangkaian keypad ditunjukkan pada gambar berikut ini :

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

Rangkaian keypad yang digunakan adalah rangkaian keypad yang telah ada dipasaran. Keypad ini terdiri dari 16 tombol yang hubungan antara tombol-tombolnya seperti tampak pada gambar 3.3 di atas. Rangkaian ini dihubungkan ke port 2 mikrokontroler AT89S51.

3.5 Perancangan Rangkaian Sensor Temperatur dan ADC (Analog to Digital Converter)

Untuk mengetahui temperatur dalam ruangan, digunakan LM35 yang merupakan sensor temperatur. Output dari LM35 ini dimasukkan sebagai input ADC. Rangkaiannya seperti gambar 3.4 dibawah ini:

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

Agar output yang dihasilkan oleh ADC bagus, maka tegangan refrensi ADC harus benar-benar stabil, karena perubahan tegangan refrensi pada ADC akan merubah output ADC tersebut. Oleh sebab itu pada rangkaian ADC di atas tegangan masukan 12 volt dimasukkan ke dalam IC regulator tegangan 9 volt ( 7809) agar keluarannya menjadi 9 volt, kemudian keluaran 9 volt ini dimasukkan kedalam regulator tegangan 5 volt (7805), sehingga keluarannya menjadi 5 volt. Tegangan 5 volt inilah yang menjadi tegangan refrensi ADC. Dengan demikian walaupun tegangan masukan turun setengahnya, yaitu dari 12 volt menjadi 6 volt, tegangan refrensi ADC tetap 5 volt.

Output dari LM35 diinputkan ke pin 6 ADC yang merupakan pin input, ini berarti setiap perubahan tegangan yang terjadi pada input ini maka akan terjadi perubahan pada output ADC.

Keluaran dari rangkaian sensor suhu dihubungkan ke rangkaian ADC untuk diubah datanya menjadi data biner agar dapat dikenali oleh mikrokontroler AT89S51.

Untuk mendapatkan Vref/2 digunakan dioda zener 5,1 volt, kemudian outputnya dihubungkan ke rangkaian pembagi tegangan.

Output dari ADC dihubungkan ke mikrokontroler, sehingga setiap perubahan output ADC yang disebabkan oleh perubahan inputnya (sensor temperatur LM 35) akan diketahui oleh mikrokontoler.

3.6 Perancangan Rangkaian Mikrokontroler AT89S51

Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontroler AT89S51. Pada IC

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

inilah semua program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Rangkaian mikrokontroler ditunjukkan pada gambar 3.5 berikut ini:

Gambar 3.5 Rangkaian Mikrokontroller AT89S51

Mikrokontroler ini memiliki 32 port I/O, yaitu port 0, port 1, port 2 dan port 3. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit. Pin 1 sampai 8 adalah port 1. Pin 21 sampai 28 adalah port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah port 3 Pin 40

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

Blower

dihubungkan ke sumber tegangan 5 volt. Dan pin 20 dihubungkan ke ground. Rangkaian mikrokontroler ini menggunakan komponen kristal 12 MHz sebagai sumber clocknya. Nilai kristal ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu.

Pada pin 9 dihubungkan dengan sebuah kapasitor 10 uF yang dihubungkan ke positip dan sebuah resistor 10 Kohm yang dihubungkan ke ground. Kedua komponen ini berfungsi agar program pada mikrokontroler dijalankan beberapa saat setelah power aktif. Lamanya waktu antara aktifnya power pada IC mikrokontroler dan aktifnya program adalah sebesar perkalian antara kapasitor dan resistor tersebut. Jika dihitung maka lama waktunya adalah :

10 10 1 det

t= =ΩR x C K =x

µ

F m ik

Jadi 1 mili detik setelah power aktif pada IC kemudian program aktif.

3.7 Perancangan Rangkaian Relay

Relay ini berfungsi sebagai saklar elektronik yang dapat menghidupkan / mematikan peralatan elektronik (dalam hal ini blower). Rangkaian relay pengendali blower tampak seperti gambar di bawah ini :

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

Gambar 3.6 Rangkaian Relay Pengendali Blower 220 volt AC

Pada rangkaian di atas, untuk menghubungkan rangkaian dengan 220 V AC digunakan relay. Relay merupakan salah satu komponen elektronik yang terdiri dari lempengan logam sebagai saklar dan kumparan yang berfungsi untuk menghasilkan medan magnet. Pada rangkaian ini digunakan relay 12 volt, ini berarti jika positif relay (kaki 1) dihubungkan ke sumber tegangan 12 volt dan negatif relay (kaki 2) dihubungkan ke ground, maka kumparan akan menghasilkan medan magnet, dimana medan magnet ini akan menarik logam yang mengakibatkan saklar (kaki 3) terhubung ke kaki 4. Dengan demikian, jika kita gunakan kaki 3 dan kaki 4 pada relay sebagai saklar untuk menghidupkan/mematikan lampu maka kita dapat menghidupkan/ mematikan blower dengan cara mengaktifkan atau menon-aktifkan relay.

Pada rangkaian ini untuk mengaktifkan atau menon-aktifkan relay digunakan transistor tipe NPN. Cara kerjanya sama dengan proses menghidupkan alarm yang telah dijelaskan sebelumnya. Dari gambar dapat dilihat bahwa negatif relay dihubungkan ke kolektor dari transistor NPN (2SC945), ini berarti jika transistor dalam keadaan aktif maka kolektor akan terhubung ke emitor dimana emitor langsung terhubung ke ground yang menyebabkan tegangan di kolektor menjadi 0 volt, keadaan ini akan mengakibatkan relay aktif. Sebaliknya jika transistor tidak aktif, maka

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor menjadi 12 volt, keadaan ini menyebabkan tidak aktif.

Kumparan pada relay akan menghasilkan tegangan singkat yang besar ketika relay dinon-aktifkan dan ini dapat merusak transistor yang ada pada rangkaian ini. Untuk mencegah kerusakan pada transistor tersebut sebuah dioda harus dihubungkan ke relay tersebut. Dioda dihubungkan secara terbalik sehingga secara normal dioda ini tidak menghantarkan. Penghantaran hanya terjadi ketika relay dinon-aktifkan, pada saat ini arus akan terus mengalir melalui kumparan dan arus ini akan dialirkan ke dioda. Tanpa adanya dioda arus sesaat yang besar itu akan mengalir ke transistor, yang mengakibatkan kerusakan pada transistor.

Rangkaian ini juga dilengkapi dengan LED indicator, dimana LED indikator ini akan menyala, jika relay aktif dan sebaliknya, LED indikator ini akan mati jika relay tidak aktif. LED indikator ini dikendalikan oleh sebuah transistor jenis PNP, dimana basis transistor ini mendapatkan input dari kolektor transistor C945. Transistor tipe PNP akan aktif jika mendapat tegangan 0 volt pada basisnya.

3.8 Perancangan Rangkaian Driver Motor Stepper

Rangkaian driver motor stepper ini berfungsi untuk memutar motor stepper searah / berlawanan arah dengan arah jarum jam. Mikrokontroler tidak dapat langsung mengendalikan putaran dari motor stepper, karena itu dibutuhkan driver sebagai perantara antara mikrokontroler dan motor stepper, sehingga perputaran dari motor stepper dapat dikendalikan oleh mikrokontroler. Rangkaian driver motor stepper ditunjukkan pada gambar 3.7 berikut ini :

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009. USU Repository © 2009 VCC 5V 18฀ 330฀ 330฀ 2SC945 2SC945 1.0k฀ 1.0k฀ 18฀ Tip 127 VCC 5V Tip 122 VCC 5V VCC 5V 18฀ 330฀ 330฀ 2SC945 2SC945 1.0k฀ 1.0k฀ 18฀ Tip 127 Tip 122 Kumparan2 Kumparan1 Tip 127 18฀ Tip 122 1.0k฀ VCC 5V VCC 5V 2SC945 1.0k฀ 18฀ 2SC945 330฀ 330฀ Tip 127 18฀ Tip 122 1.0k฀ VCC 5V VCC 5V 2SC945 1.0k฀ 18฀ 2SC945 330฀ 330฀ Kumparan3 Kumparan4 Motor AT89C4051 AT89C4051 AT89C4051 AT89C4051 I III II IV

Gambar 3.7 Rangkaian Driver Motor Stepper

Untuk mempermudah penjelasan, maka rangkaian di atas dikelompokkan menjadi 4 rangkaian. Pada rangkaian di atas, jika salah input rangkaian I yang dihubungkan ke mikrokontroler diberi logika high dan input pada rangkaian lainnya diberi logika low, maka kedua transistor tipe NPN C945 pada rangkaian I akan aktif. Hal ini akan membuat kolektor dari kedua transistor C945 pada rangkaian I akan mendapat tegangan 0 volt dari ground. Kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kiri atas diumpankan ke basis dari transistor tipe PNP TIP 127 sehingga basis dari transistor TIP 127 mendapatkan tegangan 0 volt yang menyebabkan transistor ini aktif (transistor tipe PNP akan aktip jika tegangan pada basis lebih kecil dari 4,34 volt). Aktifnya transistor PNP TIP 127 ini akan mengakibatkan kolektornya terhubung ke emitor sehingga kolektor mendapatkan tegangan 15 volt dari Vcc.

Kolektor dari transistor TIP 127 dihubungkan ke kumparan, sehingga kumparan akan mendapatkan tegangan 15 volt. Hal ini akan mengakibatkan kumparan menimbulkan

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

medan magnet. Medan magnet inilah yang akan menarik motor untuk mengarah ke arah kumparan yang menimbulkan medan magnet tersebut.

Sedangkan rangkaian II, III dan IV karena pada inputnya diberi logika low, maka kumparannya tidak menimbulkan medan magnet, sehingga motor tidak tertarik oleh kumparan-kumparan tersebut.

Demikian seterusnya untuk menggerakkan motor agar berputar maka harus diberikan logika high secara bergantian ke masing-masing input dari masing-masing rangkaian.

3.9 Perancangan Rangkaian Display Seven Segment

Rangkaian display seven segment ini berfungsi untuk menampilkan nilai dari hasil pengukuran temperatur. Rangkaian display seven segment ditunjukkan pada gambar 3.8 berikut ini :

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

Gambar 3.8 Rangkaian Display Seven Segment

Display ini menggunakan 3 buah seven segment common anoda yang dihubungkan ke IC 4094 yang merupakan IC serial to paralel. IC ini akan merubah 8 bit data serial yang masuk menjadi keluaran 8 bit data paralel. Rangkaian ini dihubungkan dengan P3.0 dan P3.1 AT89S51. P3.0 merupakan fasilitas khusus pengiriman data serial yang disediakan oleh mikrokontroler AT89S51. Sedangkan P3.1 merupakan sinyal clock untuk pengiriman data serial.

Dengan menghubungkan P3.0 dengan IC serial to paralel (IC 4094), maka data serial yang dikirim akan diubah menjadi data paralel. Kemudian IC 4094 ini dihubungkan dengan seven segment agar data tersebut dapat ditampilkan dalam bentuk angka. Seven segment yang digunakan adalah tipe common anoda (aktif low), ini berarti segmen akan menyala jika diberi data low (0) dan segment akan mati jika diberi data high (1).

Neronzie Julardi : Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35, 2009.

BAB 4

Dalam dokumen Sistem Pengatur Buka/Tutup Atap Dan Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Cahaya Ldr Dan Sensor Suhu Lm 35 (Halaman 43-57)