RANCANGAN PENELITIAN
3.1. Proses Kerja Sistem
Bab ini menjelaskan tentang perancangan alat secara umum dari hardware dan
software.
Perancangan alat ini terdiri dari beberapa bagian utama, yaitu IC Atmega16, IC MAX 232, LCD 2x16. Kegunaan IC MAX232 atau lebih dikenal dengan RS232 adalah sebagai driver, yang akan mengkonversi tegangan atau kondisi logika TTL dari hardware
agar sesuai dengan tegangan pada mikrokontroler sehingga data dapat dibaca.
Mikrokontroler Atmega16 berfungsi untuk mengatur dan memproser input data yang diterima dari sistem boiler. LCD yang digunakan adalah tipe LCD 2x16. LCD berfungsi untuk menampilkan data-data yang telah diatur dan diterima. Sistem ini merupakan
fullduplex atau komunikasi dua arah yakni pengirimin (Tx) dan penerima (Rx). Bagian utama dari sistem tersebut memggunakan dua buah mikro dimana fungsinya sebagai master dan slave. Arsitektur umum sistem ditunjukan seperti diagram blok pada gambar 3.1.
Gambar 3.1. Diagram Blok Keseluruhan Sistem
3.2. Kebutuhan Perangkat Keras
Ada beberapa komponen dalam perancangan sub sistem keras komunikasi serial diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Minimun sistem ATmega16 2. LCD 2x16
3. Minimum sistem IC MAX 232 4. Kabel RS-232
3.3. Perancangan Perangkat Keras Mekanik
Perancangan ini merupakan desain modul komunikasi serial akan dibuat dengan bentuk gambar 3 dimensi, yang nantinya akan menjadi panduan untuk membuat alat yang sebenarnya. Pada perancangan boks untuk tempat model komunikasi serial, bahan yang digunakan adalah bahan jenis mika (plastik keras). Pada gambar 3.2 ditunjukkan desain untuk komunikasi serial dengan ukuran panjang x lebar x tinggi adalah 25cm x 15cm x 5cm.
Didalam boks tersebut akan terpasang minimum sistem ATmega16 dan rangkaian RS232. Sementara untuk meletakkan koneksi port serial USART dan SPI disamping kotak boks. Untuk LCD 2x16 posisinya dapat diletakkan di atap boks. Desain boks di tunjukkan pada gambar 3.2 a dan b.
a. Gambar Tampak Atas b. Gambar Tampak Samping
3.4. Perancangan Perangkat Keras Elektronika
3.4.1. Perancangan Minimum Sistem dan Display LCD 2x16
Minimum sistem merupakan pusat kontrol dan pengolahan data dari simulator boiler. Display LCD merupakan perangkat interface untuk menampilkan hasil data yang diterima dari simulator boiler.
Dalam perancangan ini terdapat dua buah IC ATmega16 yaitu mikrokontroler A dan mikrokontroler B yang memiliki fungsi masing-masing. Mikrokontroler A fungsinya digunakan untuk menerima data dari model simulator boiler. Data yang diterima berupa data parameter boiler. Mikrokontroler B fungsinya digunakan untuk menerima data dari mikrokontroler A dan data tersebut akan ditampilkan pada LCD 2x16.
Gambar 3.2 merupakan minimum sistem dengan IC mikrokontroler ATmega16 sebagai komponen utama. Pada minimum sistem ditambahkan rangkaian clock ekstrnal. Nilai kapasitor C1=C2=C4=C5= 22pF dan C3=C6= 100nF sesuai dengan datasheet
ATmega16, yang berfungsi mengoptimalkan clock yang dihasilkan dari Crystal 11.0592 MHz. Nilai kapasitor dan resistor R1=R2=10K dimana fungsinya sebagai pembatas arus yang mengalir ke rangkaian, serta push button merupakan bagian dari rangkaian reset.. Gambar minimum sistem dan display LCD 2x16 seperti ditunjukan pada gamabar 3.2.
Gambar 3.3. Minimum Sistem dan Display LCD 2x16
3.4.2. Perancangan Rangkaian RS-232
RS232 adalah standard komunikasi serial yang digunakan untuk koneksi periperal ke periperal. Biasa juga disebut dengan jalur I/O ( input / output ).
Fungsi dari serial port RS232 adalah untuk menghubungkan / koneksi dari perangkat yang satu dengan perangkat yang lain, atau peralatan standard yang menyangkut komunikasi data antara mikrokontroler. Pada IC MAX232 terdapat pin untuk komunikasi
PB0/T0/XCK 1 PB1/T1 2 PB2/AIN0/INT2 3 PB3/AIN1/OC0 4 PB4/SS 5 PB5/MOSI 6 PB6/MISO 7 PB7/SCK 8 RESET 9 XTAL2 12 XTAL1 13 PD0/RXD 14 PD1/TXD 15 PD2/INT0 16 PD3/INT1 17 PD4/OC1B 18 PD5/OC1A 19 PD6/ICP1 20 PD7/OC2 21 PC0/SCL 22 PC1/SDA 23 PC2/TCK 24 PC3/TMS 25 PC4/TDO 26 PC5/TDI 27 PC6/TOSC1 28 PC7/TOSC2 29 PA7/ADC7 33 PA6/ADC6 34 PA5/ADC5 35 PA4/ADC4 36 PA3/ADC3 37 PA2/ADC2 38 PA1/ADC1 39 PA0/ADC0 40 AREF 32 AVCC 30 U1 ATMEGA16 D 7 1 4 D 6 1 3 D 5 1 2 D 4 1 1 D 3 1 0 D 2 9 D 1 8 D 0 7 E 6 R W 5 R S 4 V S S 1 V D D 2 V E E 3 LCD1 16_X_2_LCD PB0/T0/XCK 1 PB1/T1 2 PB2/AIN0/INT2 3 PB3/AIN1/OC0 4 PB4/SS 5 PB5/MOSI 6 PB6/MISO 7 PB7/SCK 8 RESET 9 XTAL2 12 XTAL1 13 PD0/RXD 14 PD1/TXD 15 PD2/INT0 16 PD3/INT1 17 PD4/OC1B 18 PD5/OC1A 19 PD6/ICP1 20 PD7/OC2 21 PC0/SCL 22 PC1/SDA 23 PC2/TCK 24 PC3/TMS 25 PC4/TDO 26 PC5/TDI 27 PC6/TOSC1 28 PC7/TOSC2 29 PA7/ADC7 33 PA6/ADC6 34 PA5/ADC5 35 PA4/ADC4 36 PA3/ADC3 37 PA2/ADC2 38 PA1/ADC1 39 PA0/ADC0 40 AREF 32 AVCC 30 U2 ATMEGA16 X1 CRYSTAL C1 22pF C2 22pF C3 100nF R1 10k X2 CRYSTAL C4 22pF C5 22pF C6 100nF R2 10k 1 2 3 4 J1 Connector SPI ERROR TXD 3 RXD 2 CTS 8 RTS 7 DSR 6 DTR 4 DCD 1 RI 9 P1 COMPIM_PCB T1IN 11 R1OUT 12 T2IN 10 R2OUT 9 T1OUT 14 R1IN 13 T2OUT 7 R2IN 8 C2+ 4 C2- 5 C1+ 1 C1- 3 VS+ 2 VS- 6 U3 MAX232 C7 10uF C8 10uF C9 10uF C10 10uF Micro A Micro B
serial yaitu Rx dan Tx. Rx digunakan untuk mengirimkan data secara serial sedangkan Tx digunakan untuk menerima data secara serial.
Pada mikrokontroler ATmega16, pin D0 dan D1 digunakan untuk komunikasi serial usart (Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver And Transmiter) yang mendukung komunikasi full duplex (komunikasi dua arah). Dengan fasilitas Rx dan Tx ini mikrokontroler bisa berkomunikasi secara serial usart baik antara devais. Sistem komunikasi ini, jumlah data yang diterima merupakan data 8 bit dan data yang akan diterima dari model simultor boiler ada lima buah parameter sebagai berikut :
1. Temperatur 2. Tekanan 3. Level air 4. Level oli 5. Blower
Nilai komponen C7=C8=C9=C10=10uF pada rangkaian RS232 mengacu pada datasheet
IC MAX232. Gambar rangkaian RS232 seperti ditunjukkan pada gambar 3.3.
Gambar 3.4. Rangkaian RS232
3.5. Perancangan Perangkat Lunak
Rancangan program ini dibuat kedalam bentuk flowchart, guna mempermudah proses pembuataan listing program. Program mikrokontroler yang akan dibuat menggunakan bahasa C, kemudian program tersebut disusun (compile) secara otomatis ke dalam bentuk file *.hex untuk dimasukan ke dalam IC ATmega16. Listing program yang akan dibuat meliputi:
1. Komunikasi Serial Usart 2. Komunikasi I2C
3. Komunikasi SPI
3.5.1. Diagram Alir Utama
Diagram alir utama ditunjukkan pada gambar 3.5. Program utama menunjukkan proses mikrokontroler keseluruhan.
START
INISIALISASI
TERIMA DATA DARI MODEL SISTEM
BOILER
KOMUNIKASI DENGAN SISTEM PENAMPIL
KIRIM PAKET DATA
APAKAH ADA DATA FEEDBACK ? KOMUNIKASI DENGAN SISTEM MODEL SIMULATOR BOILER END YA TIDAK
Gambar 3.5. Diagram Alir Utama
Setelah start, program melakukan inisialisasi terhadap port-port mikrokontroler yang digunakan untuk proses pengendalian alat. Proses pengiriman data dari sistem model boiler akan diterima oleh mikrokontroler A dan program tersebut selanjutnya diteruskan ke
sistem panampil dan sistem monitoring boiler. Data yang di terima oleh sistem monitoring
berupa sebuah paket data.
Pada saat data parameter yang diterima oleh sistem monitoring boiler melebihi atau kurang dari batas yang ditentukan (set point) , maka sistem monitoring dapat melakukan umpan balik (feedback) ke model sistem boiler. Timing (pewaktuan) yang dibutuhkan untuk proses pengiriman dan penerimaan harus sinkron supaya tidak terdapat ada kesalahan atau error.
3.5.2. Diagram Alir Komunikasi Serial Dengan Sistem Boiler
Diagram alir modul serial komunikasi dengan sistem boiler, data yang akan dikirim dengan menggunakan cara komunikasi serial USART. Setelah start, program melakukan inisialisasi terhadap port-port mikrokontroler A. Setelah data parameter dari sistem model boiler diterima kemudian data tersebut dapat diproses lebih lanjut oleh mikrokontroler A.
Ketika pemrosesan data parameter pada mikrokontroler A sudah selesai maka data tersebut akan dikirim ke mikrontroler B. Gambar diagram alir model serial komunikasi dengan sistem boiler dapat ditunjukkan pada gambar 3.6.
START INISIALISASI TERIMA DATA DATA DI KIRIM ? MIKRO B END TIDAK YA
3.5.3. Diagram Alir Komunikasi Serial Dengan Sistem Penampil
Berikut ini menjelaskan komunikasi serial antara mikrokontroler A dengan mikrokontroler B menggunakan cara komunikasi serial I2C. Untuk komunikasi ini sendiri merupakan komunikasi satu arah dimana mikrokontroler A sebagai pemancar (TX) dan mikrokontroler B sebagai penerima (RX).
Setelah start, program melakukan inisialisasi terhadap port-port mikrokontroler B. Saat proses penguraian data parameter pada mikrokontroler B sudah selesai dan data tersebut akan ditampilkan pada LCD 2x16. Gambar 3.7 merupakan diagram alir serial komunikasi sistem penampil.
START INISIALISASI PROSES PENGURAIA N DATA MENAMPILKAN DATA END
Gambar 3.7. Diagram Alir Komunikasi Serial dengan Sistem Penampil
Proses penguraian data dari sistem model simulator boiler akan dilakukan secara berurutan atau satu per satu. Parameter yang akan diterima langsung tampil di LCD. Data yang diterima pada sistem penampil ini akan sama dengan data yang akan dikirimkan dari sistem model simulator boiler. Setiap parameter akan diberi kode seperti terlihat pada tabel 3.1.
Tabel 3.1. Kode parameter boiler
No Parameter Kode Satuan
1 Temperatur T C (C)
2 Tekanan P bar (b)
3 Level Air A ton (t)
4 Level Oli O meter kubik(m3)
5 Blower B -
Setiap parameter yang diterima akan diberikan kode ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Contohnya untuk kondisi blower di LCD akan ditampilkan “B=1”, dimana B merupakan kode dari blower dan 1 menunjukan kondisi
blower sedang ON. Kode ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
dari B=1 dalam bentuk desimal dan biner ditunjukan pada tabel 3.2. Tabel 3.2. Karakter ASCII “B=1” dalam desimal dan biner
ASCII Desimal Biner
B 11 00001011
= 61 00111101
1 1 00000001
Data yang terima lebih dahulu adalah LSB (least significant bit). LSB merupakan bit yang paling kanan. Dengan demikian, gambaran paket data dari “B=1” yang akan diterima diperlihatkan seperti pada gambar 3.8.
Gambar 3.8. Paket data serial “B=1”
Karena data diterima dengan kecepatan 9600 bit/detik, maka setiap bitnya memerlukan waktu selama 1/9600 = 104 mikrodetik/bit. Satu paket data untuk satu karakter terdiri dari 10 bit (8-bit data, 1-bit start dan 1-bit stop). Dengan demikian, penerimaan satu karakter (yang terdiri dari 10-bit) akan membutuhkan waktu selama 10 x 104 mikrodetik = 1.040 mikrodetik atau menjadi 1,04 milidetik. Pengiriman kata B=1 akan
membutuhkan waktu sekitar 3 milidetik pada kecepatan 9600 bps. Jika ingin mengirim karakter yang lain, dapat mengacu pada tabel 3.8. untuk tiap-tiap karakter ASCII.
Untuk menerima dan menampilkan data parameter yang diatur menggunakan LCD 2x16. Data yang akan ditampilkan pada sistem penampil sama dengan data yang akan dikirim oleh model simulator boiler. Data yang akan diterima merupakan parameter yang sudah diatur oleh model simulator boiler. Setiap parameter akan diberi simbol atau kode sebagai berikut :
1. Temperatur : T dengan satuan C (C) 2. Tekanan : P dengan satuan bar (b) 3. Level Air : A dengan satuan ton (t) 4. Level Oli : O dengan satuan liter (L)
5. Blower : B dengan kondisi (OFF : 0 dan ON : 1)
Pada gambar 3.9. merupakan contoh dari tampilan data yang diharapkan pada LCD.
Gambar 3.9. Contoh Data yang Akan Ditampilkan Tabel 3.3. Karakter ASCII dalam format heksa dan desimal
Tujuan pemberian kode agar data yang sudah dikirim oleh model simulator boiler dapat dikenali atau dibaca oleh mikrokontroler dari modul komunikasi serial sebelum data tersebut ditampilkan pada LCD.
3.5.4. Diagram Alir Komunikasi Serial Dengan Sistem Monitoring
Diagram alir komunikasi serial dengan sistem monitoring menggunakan cara komunikasi serial SPI dan komunikasi ini merupakan komunikasi dua arah. Disebut sebagai komunikasi dua arah karena komunikasi sistem yang satu berfungsi sebagai pemancar (TX) dan yang satu sebagai penerima (RX) dan begitu sebaliknya. Setelah start, program melakukan inisialisasi terhadap port-port mikrokontroler A. Jadi parameter data
input dari sistem boiler akan diterima oleh mikrokontroler A, selanjutnya data pada mikrokontroler A tersebut akan dikirim dan ditampilkan di bagian sistem monitoring.
Pada saat data parameter nilainya melebihi atau kurang dari batas yang ditentukan
(set point), sehingga sistem monitoring akan melakukan umpan balik (feedback) ke model simulatorboiler untuk mematikan blower. Gambar diagram alir modul serial komunikasi dengan sistem monitoring dapat ditunjukkan pada gambar 3.10.
STAR INISIALISASI INPUT BOILER AMBIL DATA ? KIRIM DATA KE SISTEM MONITORING DATA DITAMPILKAN ADA DATA FEEDBACK ? END TIDAK YA TIDAK YA
34