RANCANGAN SISTEM
3.1 Diagram Blok Rangkaian
Secara umum alat ini terdiri dari sembilan blok rangkaian utama. Blok diagram dari rangkaian dapat dilihat dari gambar di bawah ini :
Gambar 3.1 Diagram blok rangkaian kipas ventilasi otomatis
LM 35 uC Atmega 8535 (a) Driver kipas Kipas (1) Kipas (2) LCD 16X2 uC Atmega 8535 (b) Optocoupler LCD 16X2
35
Berikut ini akan diperlihatkan mengenai diagram blok dari rangkaian sistem kipas sebagai ventilasi otomatis menggunakan sensor LM35. Untuk mendeteksi suhu udara digunakan sensor LM35. Output sensor berupa tegangan. Apabila suhu semakin tinggi maka tegangan output pada sensor akan semakin besar.Data output sensor berupa analog tapi berhubung pada mikrokontroler ATMEGA8535 (a) memiliki ADC tersendiri pada port A maka output sensor akan secara otomatis dapat langsung diproses. Output dari mikro akan langsung diteruskan ke driver kipas dimana fungsi dari driver kipas ini sebagai saklar otomatis, yang nantinya akan membuat kipas berputar dengan sendirinya. LCD berfungsi untuk menampilkan suhu yang ditangkap oleh LM35. Kecepatan putaran kipas akan diproses oleh optocoupler kemudian diproses ke ATmega8535 (b). Data yang diperoleh akan diteruskan ke LCD agar ditampilkan. Besar dari suhu mempengaruhi kecepatan dari putaran kipas. Semakin besar suhu maka semakin cepat putaran kipas.
3.2 Rangkaian Mikrokontroler ATmega 8535
Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh system yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontroler ATmega 8535. Pada IC inilah semua program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Rangkaian mikrokontroler ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Gambar 3.2 Rangkaian mikrokontroller ATmega 8535
Mikrokontroler ini memiliki 32 pin I/O, terdapat 4 port yaitu PA, PB, PC dan PD yang semuanya dapat diprogram sebagai input ataupun output. Pin I/O pada mikrokontroler AVR dapat dikonfigurasi sebagai input atau output, dengan cara mengubah isi I/O register Data Direction Register. Dan Pin 10 (VCC) dan 30 (AVCC) dihubungkan ke sumber tegangan 5 volt. Dan pin 11 dan 31 dihubungkan ke ground. Rangkaian mikrokontroler ini menggunakan komponen kristal 4 MHz atau 8 MHz
37 Vreg LM7805CT IN OUT TIP32C 100ohm 100uF 330ohm 220V 50Hz 0Deg TS_PQ4_12 2200uF 1uF 1N5392GP 1N5392GP 12 Volt 5 Volt
sebagai sumber clocknya. Nilai kristal ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu.Rangkaian sistem minimum ini sudah siap untuk menerima sinyal analog (fasilitas ADC) di port A. Yaitu yang berasal dari pin 33 sampai 40.
3.3 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 kipas. Rangkaian power supplay ditunjukkan pada gambar 3.3 berikut ini :
Gambar 3.3 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 2200 F. Regulator tegangan 5 volt (LM7805CT) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan
masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila PSA dinyalakan. Transistor PNP TIP 32 disini berfungsi untuk mensupplay arus apabila terjadi kekurangan arus pada rangkaian, sehingga regulator tegangan (LM7805CT) tidak akan panas ketika rangkaian butuh arus yang cukup besar. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 dioda penyearah.
3.4 Rangkaian pengendali kipas
Gambar 3.4 Rangkaian Pengendali Kipas
Output dari relay yang satu dihubungkan ke sumber tegangan 12 volt dan yang lainnya dihubungkan ke kipas. Hubungan yang digunakan adalah normally close. Prinsip kerja rangkaian ini pada dasarnya memanfaatkan fungsi transistor sebagai saklar elektronik. Tegangan atau sinyal pemicu dari transistor berasal dari mikrokontroler. Pada saat logika input adalah tinggi (high), maka transistor mendapat
39
tegangan bias dari kaki basis. Dengan adanya tegangan bias ini maka transistor akan aktif (saturation), sehingga adanya arus yang mengalir ke kumparan relay. Hal ini akan menyebabkan kolektor akan memberikan tegangan 12 V dan langsung mengalir ke emiter, sehingga hubungan sumber tegangan 12 volt akan terhubung dan kipas akan hidup (on). Begitu juga sebaliknya pada saat input berlogika rendah (low) maka transistor tidak dialiri arus. Sehingga sumber tegangan 12 volt dengan kipas akan terputus dan kipas akan mati (off).
3.5Sensor Suhu LM35
Sensor suhu berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang berupa suhu menjadi besaran elektris tegangan.Sensor LM35 memiliki tegangan kerja 5 Volt namun outputnya hanya antara 0,01V sampai 1,00V mengingat LM35 yang digunakan adalah tipe DZ sehingga range pengukuran hanya berkisar antara 0-100°C dengan perubahan sebesar 10mV per 1˚C. Dengan ketelitian yang dimiliki maka sensor tersebut dapat diterapkan langsung dengan mikrokontroler ATMega8535 yang memiliki ADC internal 10 bit.
3.6Rangkaian Optocoupler
Optocoupler adalah alat yang dipakai untuk mengkopel cahaya dari sumber ke detektor tanpa hubungan kelistrikan. Optocoupler dibentuk oleh sumber cahaya yaitu LED dan detektor foto yang berupa transistor foto. Sinyal listrik (arus) pada input menjadi sinyal optik dengan menggunakan sumber cahaya yaitu LED dan sinyal optik tersebut dapat diterima detektor untuk diubah menjadi sinyal listrik kembali.
Gambar 3.6 Rangkaian Optocoupler
Optocoupler ini akan bekerja setiap kali kipas menghalangi pancaran sinar infra merah menuju photo dioda. Kecepatan kipas akan memberikan data berupa 0 dan 1 yang selanjutnya akan diteruskan ke mikro untuk diolah.
41
3.7Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)
Rangkaian skematik konektor yang dihubungkan dari LCD (liquid crystal display) ke mikrokontroler. Rangkaian ini berfungsi menampilkan suhu yang dibaca LM35, dan kecepatan putaran kipas. Rangkaian dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.7 Rangkaian Skematik Konektor yang dihubungkan dari LCD ke mikrokontroler
BAB 4
PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN SISTEM
4.1 Diagram alir ( Flowchart )
Adapun diagram (flowchart) dari pemprograman adalah sebagai berikut :
Start Deteksi suhu Apakah suhu > 35 C ? Kipas 1 dan 2 hidup no yes Tampilkan ke LCD Deteksi kecepatan kipas dan atur kecepatannya Tampilkan ke LCD
43
Dan apabila digambarkan akan menjadi seperti gambar di bawah.
1
2
Gambar 4.2 posisi pemasangan kipas otomatis pada ruangan.
Program diawali dengan start yang berarti rangkaian dinyalakan, sensor LM35 akan mendeteksi suhu pada ruangan tersebut, apabila sensor mendeteksi suhu yang rendah maka program akan terus mendeteksi suhu yang ada di dalam ruangan. Jika suhu terdeteksi melebihi dari 35° C maka sensor akan mengirimkan sinyal ke mikrokontroler untuk mengaktifkan kipas. Pada rangkaian, LM35 dapat langsung dikoneksikan kedalam ADC internal dari Atmega8535.
4.2Pengujian Program Pembacaan Suhu LM35
Sensor suhu LM35 diuji dengan cara memberikan catu 5V dan memberikan pemanasan secara tidak langsung, sedangkan tegangan keluaran langsung diamati dengan voltmeter. Dari pengujian didapatkan data sebagai berikut.
Tabel 4.1 Hasil pengujian sensor LM35
Dari hasil pengujian diketahui tegangan keluaran sensor naik sebesar 50mV untuk setiap 5°C atau 10mV/°C, maka sensor telah bekerja dengan baik.
Pembacaan suhu LM35 adalah dengan membaca hasil konversi dari ADC mikrokontroler ATMega8535, konversi tersebut ialah hasil konversi tegangan output dari sensor LM35 menjadi data digital. Berikut adalah program untuk pembacaan ADC : A = Getadc(0) B = Getadc(0) C = Getadc(0) I = A + B I = I + C Volt = I / 3 Volt = Volt * 4 Volt_d = Volt Mod 10
Pada penggalan program diatas variabel A,B dan C akan menyimpan hasil konversi dari ADC channel 0. Pengambilan dilakukan secara berurut dimulai dari A kemuadian B dan C. Setelah nilai didapat maka variabel I akan menambahkan variabel A dan B kemudian pada baris berikutnya varibel I akan menambahkan nilai I terakhir dengan C sehingga terciptalah I = A+B+C. Pada baris berikutnya Volt merupakan tegangan rata-rata yang dibaca oleh sensor LM 35. Proses selanjutnya merupakan
45
proses penanganan kesalahan (error correction yang dibaca oleh ADC). Volt_d merupakan perintah untuk mendapatkan bilangan desimal di belakang koma.
Output ke port A.0
Gambar 4.3 Sensor LM35 Dihubungkan ke Port A . 0
Metode Pulse Width (PWM) Modulation digunakan untuk mengubah kecepatan putaran kipas. PWM adalah metode yang cukup efektif untuk mengendalikan kecepatan motor kipas. PWM ini bekerja dengan cara membuat gelombang persegi yang memiliki perbandingan pulsa high terhadap pulsa low yang telah tertentu, biasanya diskalakan dari 0 hingga 100%. Gelombang persegi ini memiliki frekuensi tetap (max 10 KHz) namun lebar pulsa high dan low dalam 1 periode yang akan diatur. Perbandingan pulsa high terhadap low ini akan menentukan jumlah daya yang diberikan ke motor kipas DC.
4.3Pengujian Optocoupler
Pembacaan sensor optocoupler adalah dengan membaca hasil konversi dari ADC mikrokontroler ATMega8535, konversi tersebut ialah hasil konversi tegangan output dari photo dioda menjadi data digital. Berikut adalah program untuk pembacaan ADC: I = I + 1
If Pinb.0 = 1 Then Count = Count + 1 Goto H
Elseif Pinb.0 = 0 Then H:
Waitms 1 End If
Loop Until I = 1000 Countd = Count Mod 7 Count = Count / 7 Countm = Count * 60
Penggalan program di atas I dimaksudkan bernilai awal nol dan juga Count. Nilai I akan ditambah 1 bila input pin b.0 sama dengan 1 begitu juga dengan Count. Begitu Count mendapat logika 1 maka sensor akan terus mengambil data secara berulang sampai 1000 kali dalam tempo 1 mili second. Proses selanjutnya jumlah dari Count dibagi dengan jumlah lubang pada kipas yang berjumlah 7. untuk menampilakannya pada LCD dalam rps (Round per Second) hasil dari Count dimodulus 7 dan terakhir dibagi 7. Dan untuk rpm (Round per Minute) hasil dari Count langsung dikali 60. Count Mod 7 merupakan perintah untuk mendapatkan bilangan desimal di belakang koma.
4.4Program
4.4.1 Program pada Sensor Suhu
47
$crystal = 8000000 $hwstack = 32 $swstack = 8 $framesize = 50 Config Porta = Input Config Portd = Input Config Portc = Output Config Portb = Output Config Lcdpin = Pin Db4 = Portb.2 Db5 = Portb.3 Db6 = Portb.4 Db7 = Portb.5 E = Portb.1 Rs = Portb.0 Config Lcd = 16 * 2 Dim I As Integer A As Integer B As Integer C As Integer
Dim Volt As Integer Volt_d As Integer K As Integer L As Integer Deflcdchar 0 , 4 , 10 , 10 , 4 , 32 , 32 , 32 , 32 Start Adc Do Cls A = Getadc(0) B = Getadc(0) C = Getadc(0) I = A + B I = I + C Volt = I / 3 Volt = Volt * 4 Volt_d = Volt Mod 10 Volt = Volt + 8 Volt = Volt / 10 Stop Adc
Lcd "Suhu : " ; Volt ; "," ; Volt_d ; " C" If Volt < 35 Then
Gosub Mati
Elseif Volt = 35 Then Gosub Lambat Elseif Volt <= 39 Then Gosub Sedang
Elseif Volt <= 42 Then Gosub Sedang1
Elseif Volt <= 45 Then Gosub Sedang2 Elseif Volt > 45 Then Gosub Cepat End If Waitms 300 Loop Mati: Portd.3 = 0 Waitms 300 Gosub Awal Lambat: Portd.3 = 1 Waitms 500 Portd.3 = 0 Waitms 50 Gosub Awal Sedang: Portd.3 = 1 Waitms 500 Portd.3 = 0 Waitms 40 Gosub Awal Sedang1: Portd.3 = 1 Waitms 500 Portd.3 = 0 Waitms 30 Gosub Awal Sedang2: Portd.3 = 1 Waitms 500 Portd.3 = 0 Waitms 20 Gosub Awal Cepat: Portd.3 = 1 Gosub Awal End
4.4.2 Program pada Optocoupler
$regfile = "m8535.dat" $crystal = 8000000
Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc Dim I As Integer
49
Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portd.2 , Db5 = Portd.3 , Db6 = Portd.4 , Db7 = Portd.5 , E = Portd.1 , Rs = Portd.0 Config Lcd = 16 * 2 Ddrb = &B00000000 Pinb.0 = 0 Awal: Cls Count = 0 I = 0 Do I = I + 1 If Pinb.0 = 1 Then Count = Count + 1 Goto H
Elseif Pinb.0 = 0 Then H:
Waitms 1 End If
Loop Until I = 1000 Countd = Count Mod 7 Count = Count / 7 Countm = Count * 60 Cls Lcd "Speed: " ; Countm ; "rpm" Lowerline Lcd "Speed: " ; Count ; "rps" Waitms 500 Goto Awal End 4.5Penjelasan Program 4.5.1 Pada Sensor Suhu
$regfile = "m8535.dat" ‘ Mikrokontroler ATMega 8535
$crystal = 8000000 ‘ Menggunakan crystal 8 Mhz
$hwstack = 32 $swstack = 8 $framesize = 50
Config Porta = Input ‘ Konfigurasi Porta sebagai input
Config Portd = Input ‘ Konfigurasi Portd sebagai input
Config Portc = Output ‘ Konfigurasi Portc sebagai output
Config Portb = Output ‘ Konfigurasi Portb sebagai output
Config Lcdpin = Pin Db4 = Portb.2
Db6 = Portb.4 Db7 = Portb.5 E = Portb.1 Rs = Portb.0
Config Lcd = 16 * 2
Baris program di atas adalah inisialisasi program untuk identifikasi mikrokontroler ATMega8535 dan konfigurasi port dan pinnya.
Dim I As Integer A As Integer B As Integer C As Integer
Dim Volt As Integer Volt_d As Integer
Deflcdchar 0 , 4 , 10 , 10 , 4 , 32 , 32 , 32 , 32
Baris program di atas merupakan defenisi awal untuk setiap variabel yang akan digunakan dalam program.
Program utama adalah sebagai berikut Start Adc
Cls
A = Getadc(0)
B = Getadc(0) Prosedur ambil data LM35 pada ADC
C = Getadc(0) sebanyak 3 kali
I = A + B Proses untuk mengambil nilai rata-rata
I = I + C yang diambil melalui LM35
Volt = I / 3 Proses mengolah data untuk merubah nilai
Volt = Volt * 4 yang didapat ADC agar ditampilkan dalam
Volt_d = Volt Mod 10 derajat celcius pada LCD Stop Adc
Lcd "Suhu : " ; Volt ; "," ; Volt_d ; Chr(0) ; " C" ‘ Proses penampilan
suhu pada LCD
If Volt < 35 Then ‘ Bila nilai Volt kurang dari 35 maka
Gosub Mati lanjut ke instruksi Mati
Elseif Volt = 35 Then ‘ Bila nilai Volt sama dengan 35 maka
Gosub Lambat lanjut ke instruksi Lambat
Elseif Volt <= 39 Then ‘ Bila nilai Volt lebih kecil dari 39 maka
Gosub Sedang lanjut ke instruksi Sedang
Elseif Volt <= 42 Then ‘ Bila nilai Volt lebih kecil dari 42 maka
Gosub Sedang1 lanjut ke instruksi Sedang1
Elseif Volt <= 45 Then ‘ Bila nilai Volt lebih kecil dari 45 maka
Gosub Sedang2 lanjut ke instruksi Sedang2
51
Gosub Cepat lanjut ke instruksi Cepat
End If
Waitms 300 ‘ Tunggu selama 300 mili second
Loop ‘ ulang
Mati:
Portd.3 = 0
Waitms 300 ‘ isi instruksi MAti
Gosub Awal
Lambat:
Portd.3 = 1 Waitms 500
Portd.3 = 0 ‘ isi instruksi Lambat
Waitms 50 Gosub Awal
Sedang:
Portd.3 = 1 Waitms 500
Portd.3 = 0 ‘ isi instruksi sedang
Waitms 40 Gosub Awal
Sedang1:
Portd.3 = 1 Waitms 500
Portd.3 = 0 ‘ isi instruksi sedang1
Waitms 30 Gosub Awal
Sedang2:
Portd.3 = 1 Waitms 500
Portd.3 = 0 ‘ isi instruksi sedang2
Waitms 20 Gosub Awal
Cepat:
Portd.3 = 1 ‘ isi instruksi cepat
Gosub Awal
End ‘ akhir program
4.5.2 Pada Optocoupler
$regfile = "m8535.dat" ‘menggunakan ATmega 8535
$crystal = 8000000 ‘Menggunakan kristal 8 Mhz
Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc Dim I As Integer
Baris program di atas merupakan defenisi awal untuk setiap variabel yang akan digunakan dalam program.
Awal: ‘ Dimisalkan nilai awal dari Count dan I
Cls adalah bernilai 0.
Count = 0 I = 0
Do
I = I + 1 ‘ Tambahkan nilai I dengan 1 bila Pinb.0
If Pinb.0 = 1 Then berlogika high lalu tambahkan juga nilai
Count = Count + 1 Count dengan 1. lalu perhi ke variabel
Goto H H.
Elseif Pinb.0 = 0 Then ‘ Bila pinb.0 berlogika low maka ke
Variable H.
H: ‘ Isi dari variable H. tunggu selama 1
Waitms 1 mili second. Selesai dari itu ulangi
End If terus sampai I bernilai 1000.
Loop Until I = 1000
Countd = Count Mod 7 ‘ Proses mengolah data untuk merubah nilai
Count = Count / 7 yang didapat ADC agar ditampilkan dalam
Countm = Count * 60 satuan rpm dan rps.
Cls
Lcd "Speed: " ; Countm ; "rpm" Lowerline
Lcd "Speed: " ; Count ; "rps" Perintah untuk menampilkan ke LCD Waitms 500
Goto Awal
End ‘ Akhir dari program
4.6 Pengujian Download Program ke Sistem Minimum
Karena pemprograman ini menggunakan mode ISP (In System Programming) mikrokontroler harus dapat diprogram langsung pada papan rangkaian dan rangkaian mikrokontroler harus dapat dikenali oleh program downloader. Pada pengujian ini board mikrokontroler dihubungkan dengan menggunakan interface yang di hubungkan ke port paralel mikrokontroler, proses ini berhasil dilakukan dengan dikenalinya jenis mikrokontroler oleh program downloader yaitu ATMega8535.
53
4.7 Pengujian Rangkaian Power Supplay (PSA)
Pengujian pada bagian rangkaian catu daya ini dapat dilakukan dengan mengukur tegangan keluaran dari rangkaian ini dengan menggunakan volt meter digital. Dari hasil pengujian diperoleh tegangan keluaran pertama yang untuk 5 V sebesar + 4,8 volt. Sedangkan tegangan keluaran kedua untuk 12 V adalah sebesar +12,8 volt.
4.8Pengujian Rangkaian Driver Kipas
Pengujian pada rangkaian driver kipas ini dapat dilakukan dengan memberikan tegangan 5 volt dan 0 volt pada basis transistor TIP 122. Transistor TIP 122 merupakan transistor jenis NPN, transistor jenis ini akan aktif jika pada basis diberi tegangan > 0,7 volt dan tidak aktif jika pada basis diberi tegangan < 0,7 volt. Aktifnya transistor akan mengaktifkan kipas
Selanjutnya rangkaian driver kipas dihubungkan dengan mikrokontroler dan mikrokontroler diberi program sederhana untuk mengaktifkan kipas. Dengan memberikan logika high (1) atau tegangan 5 volt. pada PA.0, sehingga dengan demikian kipas akan berputar. Berikutnya memberikan program sederhana untuk menonaktifkan driver kipas. Dengan memberikan logika low pada PA.0 sehingga PA.0 akan mendapatkan tegangan 0 volt. Tegangan 0 volt ini akan menonaktifkan
transistor TIP 122, sehingga driver kipas juga menjadi tidak aktif dan kipas tidak berputar.
55
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari evaluasi hasil kerja alat dapat diambil beberapa kesimpulan dalam penelitian ini. Kesimpulan yang diambil oleh penulis adalah :
1. Sensor LM35 dalam proyek ini digunakan sebagai pengukur suhu pada ruangan, hal ini dikarenakan sensor ini memiliki tingkat akurasi yang lumayan akurat.
2. Besar kenaikan suhu akan berbanding lurus dengan kecepatan putaran kipas.
3. Perpaduan mikrokontroler ATMega8535 dengan sensor suhu LM35 dan Optocoupler dalam pembuatan miniatur pengendali suhu ruangan ini membuat rangkaian lebih sederhana.
5.2 Saran
1. Dengan beberapa pengembangan dan penyempurnaan sistem dari alat ini akan dapat lebih baik lagi hasilnya.
2. Dengan menambah jenis sensor dan membuat pengendali suhu ruangan yang lebih baik kita dapat membuat miniatur pengendali suhu ruangan yang lebih kompleks dan medekati sebenarnya.
3. Diharapakan pembaca dapat memberi saran dan kritik terhadap penulis dalam perancangan alat ini, dan penulis berharap alat ini dapat dikembangkan baik aplikasi maupun rancangannya agar lebih baik lagi.
57
DAFTAR PUSTAKA
Diakses tanggal 19 Mei 2007.
Diakses tanggal 15 Oktober 2008.
tanggal 30 Maret 2005.
Diakses tanggal 29 Agustus 2006.
sorkontroller&id=46%3Amikrokontroler-avr-atmega-8535&option=co _content&Itemid=15. Diakses tanggal 20 April 2008
2006.
19 Desember 2007