APLIKASI MIKROKONTROLER AT89S52 SEBAGAI BASIS PADA
PERANCANGAN SISTEM PENGONTROLAN SUHU RUANGAN
DENGAN MENGGUNAKAN
SENSOR LM35
TUGAS AKHIR
LINIK ATUSANTI WARUWU
072408003
PROGRAM STUDI D-III FISIKA INSTRUMENTASI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
APLIKASI MIKROKONTROLER AT89S52 SEBAGAI BASIS PADA PERANCANGAN SISTEM PENGONTROLAN SUHU RUANGAN DENGAN
MENGGUNAKAN SENSOR LM35
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh gelar Ahli Madya
LINIK ATUSANTI WARUWU
072408003
PROGRAM STUDI FISIKA INSTRUMENTASI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PERNYATAAN
APLIKASI MIKROKONTROLER AT89S52 SEBAGAI BASIS PADA
PERANCANGAN SISTEM PENGONTROLAN SUHU PADA RUANGAN DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR LM35
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juni 2010
NIM. 072408003
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, dengan limpahan berkat-Nya, penyusunan tugas akhir ini dapat diselesaikan dalam waktu yang ditetapkan.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini yaitu kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto,M.Sc selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
2. Bapak Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Ketua Program Studi D-III Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
3. Ibu Dra.Justinon, M.Si selaku Sekretaris Program Studi Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
4. Bapak Dr.Marhaposan Situmorang, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan dan kepercayaan penuh pada penulis untuk menyempurnakan tugas akhir ini.
5. Staff dan pegawai di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
adikku tersayang (Marius, Cici, Wannos dan Dinda) yang sudah menjadi motivator dalam mengerjakan tugas akhir ini sampai selesai.
7. Keluarga Bapak dan Ibu di Tanjung Morawa atas dukungan dan doanya serta motivasi yang membangun pribadi penulis untuk tetap semangat dalam mengerjakan tugas akhir ini.
8. Bang Abdullah dan Bang Gilang yang telah banyak membantu dari mengerjakan proyek hingga selesainya tugas akhir ini serta memberi bimbingan dan pemikiran kepada penulis.
9. Kakak, adik, dan teman-teman kos Bahagia No. 40B atas dukungan semangat dan doanya.
ABSTRAK
Telah dibuat sistem pengontrolan suhu ruangan menggunakan sensor LM35 sebagai pengukur suhu dan mikrokontroler sebagai pengolah data/CPU (Central
Processing Unit). Alat ini bekerja secara otomatis sesuai dengan instruksi yang dilakukan
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR ... viii
BAB 1 ... : PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah... 3
1.3 Tujuan Penulisan ... 3
1.4 Batasan Masalah ... 4
1.5 Sistematika Penulisan ... 4
2.1.2. Liquid Crystal Display (LCD) ... 11
2.1.3. ADC (Analog to Digital Converter) 0804 ... 12
2.2 Komponen-komponen Pendukung ... 18
2.2.1 IC LM35 ... 18 RANCANGAN SISTEM DAN PROGRAM ... 29
3.1 Diagram Alir Program ... 29
3.2 Diagram Blok Rangkaian ... 30
3.3 Perancangan Power Supplay (PSA)... 33
3.4 Rangkaian Mikrokontroller AT89S52 ... 34
3.5 Rangkaian Sensor Temperatur dan ADC (Analog to Digital Converter) ... 37
3.6 Rangkaian Relay ... 39
3.6.1. Relay Pengendali Heater ... 39
3.6.2.Relay Pengendali Kipas ... 42
3.8 Perancangan Rangkaian keypad ... 46
BAB 4 ... : PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM ... 48
4.1 Pengujian Rangkaian Power Supplay (PSA) ... 48
4.2 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler AT89S52 ... 48
4.3 Interfacing LCD 2x16 ... 51
4.4 Pengujian Rangkaian Relay ... 55
4.5 Pengujian Rangkaian Keypad ... 57
4.6. Pengujian rangkaian LM35 dan ADC 0804 ... 59
BAB 5 ... : KESIMPULAN DAN SARAN ... 65
5.1 Kesimpulan ... 65
5.2 Saran ... 65
DAFTAR PUSTAKA ... 67
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Fungsi Masing-masing Pin pada Port 3 Mikrokontroler ... 9
Tabel 2.2 Formasi tegangan/logika pada Stepper Motor ... 44
Tabel 2.3 Formasi double active bit untuk mode putaran full step... 61
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Konfigurasi Pin AT89S52 ... 8
Gambar 2.2 LCD Karakter 2x16 ... 11
Gambar 2.3 Konfigurasi Pin IC ADC 0804 ... 14
Gambar 2.4 Diagram ADC Secara Umum ... 16
Gambar 2.5 Jenis-jenis IC LM35 ... 18
Gambar 2.6 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE) ... 27
Gambar 2.7 ISP-Flash Programmer 3.0. ... 28
Gambar 3.1 Diagram Alir Rangkaian ... 29
Gambar 3.2 Diagram Blok Rangkaian ... 31
Gambar 3.3 Rangkaian Power Supplay (PSA) ... 33
Gambar 3.4 Rangkaian Minimum Mikrokontroler AT89S52 ... 35
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Temperatur LM35 dan ADC ... 38
Gambar 3.6 Rangkaian Relay Pengendali Heater 220 volt AC ... 40
Gambar 3.7 Rangkaian Relay Pengendali Kipas ... 42
Gambar 3.8 Peta Memory LCD Karakter 2x16 ... 45
Gambar 3.9 Rangkaian Keypad ... 45
Gambar 4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler AT89S52 ... 49
Gambar 4.2 Interfacing LCD 2x16 dengan Mikrokontroler AT89S52... 52
Gambar 4.3 Rangkaian Keypad ... 57
Gambar 4.4 Rangkaian Pengujian ADC 0804 dengan Sensor LM35 ... 60
ABSTRAK
Telah dibuat sistem pengontrolan suhu ruangan menggunakan sensor LM35 sebagai pengukur suhu dan mikrokontroler sebagai pengolah data/CPU (Central
Processing Unit). Alat ini bekerja secara otomatis sesuai dengan instruksi yang dilakukan
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Kemajuan teknologi sekarang ini terus melaju dan berkembang dengan pesat. khususnya teknologi di bidang instrumentasi. Teknologi instrumentasi sangat memegang peranan penting pada kemajuan teknologi dalam berbagai bidang. Teknologi instrumentasi diciptakan atau dikembangkan untuk mempermudah pekerjaan manusia. Sistem otomatisasi dapat menggantikan manusia untuk mengerjakan sesuatu dalam lingkungan berbahaya bagi kesehatan dan keselamatan kita pada saat-saat tertentu. Kemajuan teknologi dalam bidang elektronika akan mampu mengatasi masalah-masalah yang rumit sekalipun, dengan tingkat ketelitian dan akurasi serta kecepatan yang tinggi.
sering berubah-ubah. Berangkat dari masalah di atas penulis membuat tugas akhir dengan judul “Aplikasi Mikrokontroler AT89S52 sebagai Basis pada Perancangan Sistem
Pengontrolan Suhu Ruangan dengan Sensor LM35”.
Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk merancang suatu sistem pengontrolan suhu pada ruangan yang bisa diset dan ditampilkan. Sistem ini dibuat dengan memanfaatkan kemampuan mikrokontroler AT89S52 dalam akuisisi data. Tegangan analog yang diterima dari sensor LM35 dikirim ke ADC kemudian dikonversi menjadi data digital dan memasukkan setpoint melalui keypad kemudian dikirim ke mikrokontroller. Bila suhu aktual lebih besar dari suhu referensi maka kipas dalam keadaan ON dan heater dalam keadaan OFF, bila suhu aktual lebih kecil dari suhu referensi maka kipas akan mati dan heater hidup secara otomatis karena adanya relay sebagai switch ON/OFF. Semua hal itu dikendalikan oleh mikrokontroler.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas, dapat dirumuskan beberapa masalah yang dibahas dalam tugas akhir ini , yaitu:
1. Mikrokontroler berfungsi untuk mengolah data dari sensor suhu LM35 dan membandingkannya dengan masukan setpoint dari keypad
2. Suhu ruangan yang ingin dipertahankan dapat diset pada keypad.
3. Kipas akan bekerja apabila suhu ruangan yang dideteksi LM35 (actual) lebih tinggi daripada suhu yang ingin dipertahankan (referensi).
4. Heater akan bekerja apabila suhu ruangan yang dideteksi LM35 lebih rendah daripada suhu yang ingin dipertahankan.
5. Suhu yang dideteksi oleh sensor LM35 dan suhu yang diset pada keypad akan ditampilkan pada LCD.
1.3. Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah:
1. Membuat suatu alat yang dapat mengukur dan mengontrol suhu ruangan berbasis mikrokontroler AT89S52.
2. Untuk memanfaatkan mikrokontroler sebagai pusat pemproses data dalam mengukur dan mengontrol suhu ruangan.
3. Menggunakan pemrograman bahasa assembly untuk diisikan pada mikronkontroler.
1.4. Batasan Masalah
Berdasarkan uraian di atas, dapat ditentukan beberapa batasan masalah dalam tugas akhir ini , yaitu:
1. Mikrokontroler yang digunakan adalah jenis AT89S52.
2. Bahasa assembly sebagai program yang digunakan pada mikrokontroler. 3. Sensor suhu yang digunakan sensor LM 35.
4. Untuk menampilkan suhu referensi dan suhu aktual digunakan LCD 2x16. 5. Sebagai pendingin/penurun suhu ruangan digunakan kipas 12 Volt
6. Sebagai pemanas/penaik suhu ruangan digunakan heater. 7. Sebagai input suhu referensi digunakan keypad 3 x 4
1.5. Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pemahaman serta pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja sistem alat pengontrolan suhu ruangan dengan menggunakan mikrokontroler, maka sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB 1 PENDAHULUAN
BAB 2 LANDASAN TEORI
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja rangkaian. Teori pendukung yang di bahas antara lain: Mikrokontroller AT89S52 (Hardware dan Software), bahasa pemograman yang digunakan, serta karakteristik dari komponen-komponen pendukung.
BAB 3 PERANCANGAN ALAT DAN PROGRAM
Pada bagian ini akan di bahas sistem perancangan alat yaitu: diagram blok rangkaian, flowchart (diagram alir) dari rangkaian, skematik dari masing-masing sub rangkaian, serta program yang akan diisikan ke mikrokontroller AT89S52.
BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA
Dalam bab ini akan dibahas tentang hasil pengujian dan analisa dari alat dan program untuk membuktikan kebenaran dari alat yang dibuat.
BAB 5 PENUTUP
Bab ini menjelaskan kesimpulan dan saran dari alat ataupun data yang dihasilkan dari alat. Bab ini juga merupakan akhir dari penulisan tugas akhir ini.
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1. Perangkat Keras
2.1.1. Pengenalan Mikrokontroler AT89S52
Mikrokontroler adalah mikroprosessor yang dirancang khusus untuk aplikasi kontrol, dan dilengkapi dengan ROM, RAM dan fasilitas I/O pada satu chip. AT89S52 adalah salah satu anggota dari keluarga MCS-51/52 yang dilengkapi dengan internal 8 Kbyte Flash PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory), yang memungkinkan memori program untuk dapat diprogram kembali. AT89S52 dirancang oleh Atmel sesuai dengan instruksi standar dan susunan pin 80C51.
Adapun kelebihan dari mikrontroller adalah sebagai berikut:
pemrograman seperti huruf besar dan huruf kecil untuk bahasa assembly tetap diwajarkan.
2. Mikrokontroler tersusun dalam satu chip dimana prosesor, memori, dan I/O terintegrasi menjadi satu kesatuan kontrol system sehingga mikrokontroler dapat dikatakan sebagai computer mini yang dapat bekerja secara inovatif sesuai dengan kebutuhan sistem.
3. Sistem running bersifat berdiri sendiri tanpa tergantung dengan komputer sedangkan parameter komputer hanya digunakan untuk download perintah instruksi atau program. Langkah-langkah untuk download komputer dengan mikrokontroller sangat mudah digunakan karena tidak menggunakan banyak perintah.
4. Pada mikrokontroler tersedia fasilitas tambahan untuk pengembangan memori dan I/O yang disesuaikan dengan kebutuhan sistem.
5. Harga untuk memperoleh alat ini lebih murah dan mudah didapat.
2.1.1.1. Spesifikasi penting AT89S52
Adapun spesifikasi dari mikrokontroler adalah sebagai berikut:
a. Kompatibel dengan keluarga mikrokontroler MCS51 sebelumnya
b. 8 KBytes In sistem Programmable (ISP) flash memori dengan kemampuan 1000 kali baca/tulis
d. Bekerja dengan rentang 0 – 33MHz e. 256x8 bit RAM internal
f. 32 jalur I/0 dapat diprogram g. 3 buah 16 bit Timer/Counter h. 8 sumber interrupt
i. Saluran full dup leks serial UART j. Watchdog timer
k. Dua data pointer
l. Mode pemrograman ISP yang fleksibel (Byte dan Page Model).
2.1.1.2. Konfigurasi AT89S52
Gambar 2.1. Konfigurasi Pin AT89S52
Fungsi dari masing-masing pin AT89S52 adalah :
1. Pin 1 sampai 8 (Port 1) merupakan port pararel 8 bit dua arah (bidirectional) yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan (general purpose).
2. Pin 9 merupakan pin reset, reset aktif jika mendapat catuan tinggi.
Tabel 2.1. Fungsi masing-masing pin pada port 3
4. Pin 18 sebagai XTAL 2, keluaran osilator yang terhubung pada kristal.
5. Pin 19 sebagai XTAL 1, masukan ke osilator berpenguatan tinggi, terhubung pada kristal.
6. Pin 20 sebagai Vss, terhubung ke 0 atau ground pada rangkaian.
7. Pin 21 sampai 28 (Port 2) adalah port pararel 8 bit dua arah. Port ini mengirim byte alamat bila pengaksesan dilakukan pada memori eksternal.
9. Pin 30 sebagai ALE (Address Latch Enable) untuk menahan alamat bawah selama mengakses memori eksternal. Pin ini juga berfungsi sebagai PROG (aktif low) yang diaktifkan saat memprogram internal flash memori pada mikrokontroler (on chip).
10.Pin 31 sebagai EA (External Accesss) untuk memilih memori yang akan digunakan, memori program internal (EA = Vcc) atau memori program eksternal (EA = Vss), juga berfungsi sebagai Vpp (programming supply voltage) pada saat memprogram internal flash memori pada mikrokontroler.
11. Pin 32 sampai 39 (Port 0) merupakan port pararel 8 bit dua arah. Berfungsi sebagai alamat bawah yang dimultipleks dengan data untuk mengakses program dan data memori eksternal.
12. Pin 40 sebagai Vcc, terhubung ke +5 V sebagai catuan untuk mikrokontroler.
2.1.2. Liquid Crystal Display (LCD)
Gambar 2.2. LCD character 2x16
Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempel dibalik pada panel LCD, berfungsi mengatur tampilan LCD. Dengan demikian pemakaian LCD M1632 menjadi sederhana, sistem lain cukup mengirimkan kode – kode ASCII dari informasi yang ditampilkan.
Spesifikasi LCD M1632
1. Tampilan 16 karakter 2 baris dengan matrik 5 x 7 + kursor. 2. ROM pembangkit karakter 192 jenis.
3. RAM pembangkit karakter 8 jenis ( diprogram pemakai ). 4. RAM data tampilan 80 x 8 bit ( 8 karakter ).
5. Duty ratio 1/16.
6. RAM data tampilan dan RAM pembangkit karakter dapat dibaca dari unit mikroprosesor.
7. Beberapa fungsi perintah antara lain adalah penghapusan tampilan ( display clear ), posisi kursor awal ( crusor home ), tampilan karakter kedip ( display character blink ), penggeseran kursor ( crusor shift ) dan penggeseran tampilan
( display shift ).
8. Rangkaian pembangkit detak.
2.1.3. ADC (Analog to Digital Converter) 0804
ADC adalah proses pengubahan sinyal analog menjadi digital. Proses pengubahan terjadi pada konverter atau pengubah yang dikenal dengan analog to digital converter. Proses pengubahan ini dikenal juga dengan nama sistem akusisi data. Terdapat 4 macam ADC yang memenuhi standar industri, yaitu integrating, tracking converter, successive
approximation dan flash/paralel. Keempat jenis ADC tersebut mawakili beberapa
pertimbangan diantaranya resolusi, kecepatan konversi dan biaya.
Menurut cara pengkonversiannya, ADC dapat dikelompokkan dalam beberapa jenis yaitu:
1. Tipe integrating
Tipe integrating menawarkan resolusi tertinggi dengan biaya terendah. ADC tipe ini tidak dibutuhkan rangkaian sample hold. Tipe ini memiliki kelemahan yaitu waktu konversi yang agak lama, biasanya beberapa milidetik.
2. Tipe tracking
Tipe tracking menggunakan prinsip up down counter (pencacah naik dan pencacah turun). Binary counter (pencacah biner) akan mendapat masukan clock secara kontinyu dan hitungan kan bertambah atau berkurang tergantung pada kontrol dari pencacah apakah sedang naik (up counter) atau sedang turun (down
memerlukan rangkaian sample hold. ADC tipe ini sangat tergantung pada kecepatan clock pencacah, semakin tinggi nilai clock yang digunakan, maka proses konversi akan semakin singkat.
3. Tipe flash/ paralel
Tipe ini dapat menunjukkan konversi secara lengkap pada kecepatan 100 MHz dengan rangkaian kerja sederhana. Sederetan tahanan mengatur masukan inverting dari tiap-tiap konverter menuju tegangan yang lebih tinggi dari konverter sebelumnya jadi untuk tegangan masukan Vin denagn full scale range, komparator dengan bias di bawah Vin akan mempunyai keluaran rendah.
Keluaran komparator ini tidak dalam bentuk biner murni. Suatu dekoder dibutuhkan untuk membentuk suatu keluaran yang biner. Beberapa komparator berkecepatan tinggi, dengan waktu tunda (delay) kurang dari 6 ns banyak digunakan karena itu dihasilkan kecepatan konversi yang sangat tinggi. Jumlah komparator yang dibutuhkan untuk suatu konversi n bit adalah 2n
4. Tipe successive approximation
-1.
dikonversikan. Apabila resolusi ADC ini adalah 2n
Jenis 0804 ini merupakan ADC yang simpel dan mudah digunakan. IC ADC 0804 ini mempunyai 20 pin dengan konfigurasi seperti gambar berikut :
maka diperlukan maksimal n kali tebakan.
Gambar 2.3. konfigurasi pin IC ADC 0804
Pada ADC 0804, pin 11-18 merupakan pin keluaran digital yang dapat dihubungkan langsung dengan bus data-alamat. Apabila pin /CS atau /RD dalam keadaan tinggi, pin 11 sampai pin 18 akan mengambang. Apabila /CS dan /RD rendah keduanya, keluaran digital akan muncul pada saluran keluaran. Untuk memulai suatu konversi, /CS harus rendah. Bilamana /WR menjadi rendah, converter akan mengalami reset dan ketika /WR kembali pada keadaan tinggi, konversi segera dimulai.
selesai. Pin 6 dan 7 adalah masukan diferensial yang membandingkan dua masukan sinyal analog. Jenis masukan ini memungkinkan pemilihan bentuk masukan , yaitu mentanahkan pin 7 untuk masukan positif bersisi-tunggal (single- ended positif input), atau mentanahkan pin 6 untuk masukan negatif bersisi-tunggal (single-ended negatif input), atau mengaktifkan kedua pin untuk masukan diferensial. Piranti ini mempunyai 2 ground, A GND dan D GND yang terletak pada pin 8 dan 10. Keduanya harus digroundkan. Pin 20 disambungkan dengan catu tegangan yang sebesar +5V. Dalam ADC 0804, Vref merupakan tegangan masukan analog maksimum, yaitu tegangan yang menghasilkan suatu keluaran digital maksimum FFH. Bila pin 9 tidak dihubungkan (tidak dipakai), VREF berharga sama dengan tegangan catu VCC. Ini berarti bahwa catu tegangan +5V memberikan jangkauan masukan analog dari 0 sampai +5V bagi masukan positif yang bersisi-tunggal.
Pada ADC 0804 ini, terdapat dua jenis prinsip didalam melakukan konversi, yaitu
free running dan mode control. Pada mode free running, ADC akan mengeluarkan data
hasil pembacaan input secara otomatis dan berkelanjutan (continue). Prinsip yang kedua yaitu mode control, pada mode ini ADC baru akan memulai konversi setelah diberi instruksi dari mikrokontroler. Instruksi ini dilakukan dengan memberikan pulsa rendah kepada masukan WR sesaat, kemudian membaca keluaran data ADC setelah keluaran INTR berlogika rendah. Pada penelitian ini ,prinsip konversi yang digunakan adalah
mode control.
1. Bagian Sampling dan Hold, yang berfungsi menangkap atau menahan tagangan analog input sesaat untuk seterusnya diumpankan ke rangkaian pengonversi.
2. Rangkaian Konversi A/D (plus rangkaian kontrolnya).
Gambar dibawah ini menggambarkan bagaimana aliran sinyal analog diubah ke sinyal digital.
Gambar 2.4. Diagram ADC secara umum
Rangkaian di atas dioperasikan sebagai berikut. Pertama, kontroler, dalam hal ini mikroprosesor / mikrokontroller menghubungi ADC dengan mengirim sinyal CE. Artinya, ADC diaktifkan. Kemudian SOC (start of conversion) dikirimkan sehingga ADC mulai melakukan sampling sinyal dan diikuti dengan konversi ke digital.
Bila konversi selesai maka ADC akan mengirimkan tanda selesai EOC (end of
conversion) yang artinya hasil konversi telah siap dibaca di (PB7-PB0). ). Program yang
keadaan ambang (ketika ADC tengah melakukan konversi) dengan keadaan data siap (valid). Agar lebih efektif, fungsi interrupt harus diaktifkan untuk menghindari terjebaknya CPU dalam loop saat menunggu ADC siap. Dengan demikian CPU hanya akan membaca data bila mendapatkan interrupt.
Secara singkat, ADC memerlukan bantuan sekuensi kontrol untuk menangkap dan mengkonversi sinyal. Seberapa lama ADC dapat sukses mengkonversi suatu nilai sangat tergantung dari kemampuan sampling dan konversi dalam domain waktu. Makin cepat prosesnya, makin berkualitas pula ADC tersebut. Karena inilah maka karakteristik ADC yang paling penting adalah waktu konversi (conversion time). Namun demikian, kemampuan riil ADC dalam kontrol loop tertutup dalam sebuah sistem lengkap justru sangat dipengaruhi oleh kemampuan kontroler atau prosesor dalam mengolah data input-output secara cepat, dan bukan hanya karena kualitas ADC-nya.
2.2. Komponen-komponen Pendukung
2.2.1. IC LM35
besar apabila suhu lingkungannya semakin rendah dan nilai tahanannya akan menjadi kecil apabila suhu lingkungannya semakin tinggi.
Beberapa fasilitas yang dimiliki LM35 adalah sebagai berikut : 1. Dikalibrasi secara langsung dalam º Celcius.
2. Ketelitian pengukuran LM35 sangat tinggi mencapai ± ½ ºC pada suhu kamar. 3. Jangkauan temperatur dari -55ºC sampai +150ºC.
4. Setiap perubahan 1ºC akan mempengaruhi perubahan tegangan keluaran sensor sebesar 10mV.
5. Arus yang mengalir kurang dari 60mA.
Berikut ini diperlihatkan beberapa jenis IC LM dalam gambar 2-6 :
Gambar 2.5. Jenis-jenis IC LM35
Relay adalah suatu rangkaian switch magnetik yang bekerja bila mendapat catu dan suatu rangkaian trigger. Relay memiliki tegangan dan arus nominal yang harus dipenuhi output rangkaian pendriver dan pengemudinya. Arus yang digunakan pada rangkaian adalah arus DC.
Konstruksi dalam suatu relay terdiri dari lilitan kawat (coil) yang dililitkan pada inti besi lunak. Jika lilitan kawat mendapatkan aliran arus, inti besi lunak kontak menghasilkan medan magnet dan menarik switch kontak. Switch kontak mengalami gaya listrik magnet sehingga berpindah posisi ke kutub lain atau terlepas dari kutub asalnya. Keadaan ini akan bertahan selama arus mengalir pada kumparan relay. Dan relay akan kembali ke posisi semula yaitu normally ON dan normally OFF, bila tidak ada lagi arus yang mengalir padanya, posisi normal relay tergantung pada jenis relay yang digunakan. Dan pemakaian jenis relay tergantung pada keadaan yang diinginkan dalam suatu rangkaian.
Menurut cara kerja relay dapat dibedakan menjadi:
1. Normally Open (NO), bila diberi tegangan yang mencukupi pada kumparannya maka
kontak penghubung menjadi tertutup atau terhubung.
2. Normally Close (NC), bila diberi tegangan yang mencukupi pada kumparannya maka
3. Change Over (CO), relay ini mempunyai saklar tunggal yang normalnya tertutup
yang lama, bila kumparan 1 dialiri arus maka saklar akan terhubung ke terminal A, sebaliknya bila kumparan 2 dialiri arus maka saklar akan terhubung ke terminal B.
Analogi rangkaian relay yang digunakan pada tugas akhir ini adalah pada saat basis transistor dalam keadaan tertutup yang dapat menghubungkan arus dari kolektor ke emitter yang mengakibatkan relay terhubung. Sedangakan fungsi dioda disini adalah untuk melindungi transistor dari tegangan induksi berlebih, dimana tegangan ini dapat merusak transistor.
Jika transistor pada basis tidak ada arus maju, transistor terbuka sehingga arus tidak mengalir dari kolektor ke emitter, relay tidak bekerja karena tidak ada arus yang mengalir pada gulungan kawat.
2.3.Perangkat Lunak
instruksi bahasa pemograman assembler atau sama dengan intruksi pemograman pada IC mikrokontrller 8051 dan MCS51.
2.3.1. Instruksi Transfer Data
Instruksi transfer data terbagi menjadi dua kelas operasi sebagai berikut :
1. Transfer data umum ( General Purpose Transfer ), yaitu : MOV, PUSH dan POP. 2. Transfer spesifik akumulator ( Accumulator Specific Transfer ), yaitu : XCH,
XCHD, dan MOVC.
Instruksi transfer data adalah intruksi pemindahan /pertukaran data antara
operand sumber dengan operand tujuan. Operand-nya dapat berupa register, memori atau
lokasi suatu memori. Penjelasan instruksi transfer data tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:
MOV : Transfer data dari Register satu ke Register yang lainnya, antara Register dengan Memory. Pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung.
Contoh pengisian nilai secara langsung
MOV R0,#20h
Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai.
Contoh pengisian nilai secara tidak langsung
MOV 20h,#80h
---
---
MOV R0,20h
Perintah di atas berarti isikan nilai yang terdapat pada alamat 20h ke register 0 (R0).
Tanpa tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah alamat.
PUSH : Transfer byte atau dari operand sumber ke suatu lokasi dalam stack yang alamatnya ditunjuk oleh register penunjuk.
POP : Transfer byte atau dari dalam stack ke operand tujuan.
XCH : Pertukaran data antara operand akumulator dengan operand sumber.
2.3.2. Instruksi Aritmatik
Operasi dasar aritmatik seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian dimiliki oleh AT89S52 dengan mnemonic : INC, ADD, SUBB, DEC, MUL dan DIV. Penjelasan dari operasi mnemonic tersebut dijelaskan sebagai berikut :
INC : Menambah satu isi sumber operand dan menyimpan hasilnya ke operand tersebut.
Contoh : MOV R0,#20h R0 = 20h
---
INC R0 R0 = R0 – 1
---
ADD : Penjumlahan antara akumulator dengan sumber operand dan hasilnya disimpan di akumulator
SUBB : Pengurangan akumulator dengan sumber operand, hasilnya disimpan dalam
operand tersebut.
DEC : Mengurangi sumber operand dengan 1. dan hasilnya disimpan pada
operand tersebut.
---
DEC R0 R0 = R0 – 1
---
MUL : Perkalian antara akumulator dengan Register B.
DIV : Pembagian antara akumulator dengan Register B dan hasilnya disimpan dalam akumulator, sisanya di Register B.
2.3.3. Instruksi Logika
Mikrokontroller AT89S52 dapat melakukan operasi logika bit maupun operasi logika
byte. Operasi logika tersebut dibagi atas dua bagian yaitu :
1. Operasi logika operand tunggal, yang terdiri dari CLR, SETB, CPL, RL, RR, dan SWAP.
2. Operasi logika dua operand seperti : ANL, ORL, dan XRL.
Operasi yang dilakukan oleh AT89S52 dengan pembacaan instruksi logika tersebut dijelaskan dibawah ini :
CLR : Menghapus byte atau bit menjadi nol.
CPL : Mengkomplemenkan akumulator.
RL : Rotasi akumulator 1 bit ke kiri.
RR : Rotasi akumulator ke kanan.
SWAP : Pertukaran nibble orde tinggi.
2.3.4 Instruksi Transfer Kendali
Instruksi transfer kendali (control transfer) terdiri dari (3) tiga kelas operasi yaitu :
1. Lompatan tidak bersyarat ( Unconditional Jump ) seperti : ACALL, AJMP, LJMP,SJMP
2. Lompatan bersyarat ( Conditional Jump ) seperti : JZ, JNZ, JB, CJNE, DJNZ. 3. Interupsi seperti : RET merupakan perintah untuk kembali ke rutin pemanggil
setelah instruksi ACALL dilaksanakan.
Penjelasan dari instruksi diatas sebagai berikut :
ACALL : Instruksi pemanggilan subroutine bila alamat subroutine tidak lebih dari 2 Kbyte.
LCALL : Pemanggilan subroutine yang mempunyai alamat antara 2 Kbyte – 64 Kbyte.
AJMP : Lompatan untuk percabangan maksimum 2 Kbyte.
JNB : Percabangan bila bit tidak diset.
JZ : Percabangan akan dilakukan jika akumulator adalah nol.
JNZ : Percabangan akan dilakukan jika akumulator adalah tidak nol.
JC : Percabangan terjadi jika CY diset “1”.
CJNE : Operasi perbandingan operand pertama dengan operand kedua, jika tidak sama akan dilakukan percabangan.
DJNZ : Mengurangi nilai operand sumber dan percabangan akan dilakukan apabila isi operand tersebut tidak nol.
RET : Kembali ke subroutine.
2.3.5 Software 8051 Editor, Assembler, dan Simulator (IDE)
Gambar 2.6. 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE)
Setelah program selesai diketik pada layar yang telah dibuka, kemudian program disimpan pada menu file-save dan kemudian dikompile melalui toolbar assemble. Pada saat dikompile akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika masih ada kesalahan dan peringatan, itu berarti ada kesalahan dalam penulisan perintah atau ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu sampai tidak ada pesan kesalahan lagi.
2.3.6 Software downloader
Untuk mengirimkan bilangan-bilangan heksadesimal ini ke mikrokontroler digunakan
software ISP- Flash Programmer 3.0a yang dapat didownload dari internet. Tampilannya
seperti gambar dibawah ini:
Gambar 2.7. ISP-Flash Programmer 3.0.a
BAB 3
RANCANGAN SISTEM DAN PROGRAM
3.1. Diagram Alir Rangkaian
Program dimulai dengan inisialisasi program untuk memetakan alamat memori dan port yang dipakai dalam program. Setelah itu program akan mengecek penekanan tombol * dari keypad. Tombol * adalah kunci untuk mengaktifkan keypad, apabila tombol * ditekan program akan membaca angka-angka yang ditekan dari keypad dan memuatnya dalam suhu refferensi hingga tombol # ditekan, tombol pagar (#) adalah sebagai tanda bahwa data dari keypad telah selesai dimasukkan. Apabila tidak ada penekanan keypad maka program akan terus berjalan dengan suhu refferensi merupakan suhu refferensi sebelumnya.
Setelah itu program akan membaca suhu aktual dari ADC serta membandingkannya dengan suhu refferensi. Jika suhu aktual lebih besar maka kipas dihidupkan sedangkan heater dimatikan, jika suhu aktual lebih kecil maka kipas dimatikan dan heater dihidupkan. Jika tidak ada kedua kemungkinan diatas maka suhu aktual dan refferensi dianggap sama, semua kipas dan heater dimatikan. Selanjutnya Display diperbaharui dengan suhu aktual dan suhu refferensi dan program kembali melakukan looping terus menerus.
3.2. Diagram Blok Rangkaian
Gambar 3.2. Diagram Blok Rangkaian
Disain sistem rangkaian terdiri dari:
1. Sensor suhu (LM35) berfungsi untuk mengukur dan mengontrol suhu ruangan berupa tegangan analog kemudian output sensor ini akan diinputkan ke ADC0804.
2. ADC0804 berfungsi untuk merubah tegangan analog dari sensor suhu menjadi data digital 8 bit, kemudian data tersebut menjadi input ke mikrokontroler AT89S52 dan data tersebut yang akan menjadi nilai suhu ruangan.
3. Mikrokontroler AT89S52 berfungsi untuk mengolah data digital yang dikirimkan oleh ADC0804, selanjutnya mikrokontroller akan membaca nilai suhu yang terukur dan
menampilkannya pada LCD 2x16 kemudian membandingkannya dengan data tertentu untuk kemudian mengambil tindakan (menghidupkan/mematikan heater dan kipas). 4. Relay heater berfungsi sebagai perantara antara mikrokontroler yang memiliki
tegangan 5 volt DC dengan heater yang memiliki tegangan 220 volt AC, sehingga heater dapat dikendalikan oleh mikrokontroler AT89S52, maksudnya jika suhu ruangan yang diinginkan turun maka mikrokontroler akan memerintahkan relay untuk menghidupkan heater melalui instruksi program.
5. Relay kipas berfungsi sebagai perantara mikrokontroler dengan kipas atau sebagai switch on/off untuk menghidupkan/mematikan kipas, maksudnya jika suhu yang kita inginkan naik maka mikrokontroler akan memerintahkan relay untuk menghidupkan kipas.
6. Heater berfungsi untuk memanaskan/menaikkan suhu ruangan yang akan dikendalikan oleh mikrokontroler setelah mendapatkan data dari sensor suhu (LM35).
7. Kipas berfungsi untuk mendinginkan suhu ruangan yang akan dikendalikan oleh mikrokontroler setelah mendapatkan data dari sensor suhu(LM35).
8. Display LCD 2x16 berfungsi untuk menampilkan hasil pembacaan suhu pada sensor suhu (LM35) yang berada dalam ruangan (suhu aktual) maupun suhu referensi (inputan keypad).
Vreg
3.3. Perancangan Power Supplay (PSA)
Rangkaian ini berfungsi untuk memberi 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 menyuplai 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 3.3. 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
μF. Regulator tegangan 5 volt (7805) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5
menyuplai 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 buah dioda penyearah.
3.4. Rangkaian Mikrokontroller AT89S52
Gambar 3.4. Rangkaian minimum mikrokontroller AT89S52
kecepatan mikrokontroller AT89S52 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif tinggi). Pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan me-reset mikrokontroller ini. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit open collector dapat juga digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan bus data selama adanya akses ke memori program eksternal. Pada Port 0 ini masing masing pin dihubungkan dengan resistor 4k7 ohm. Resistor 4k7 ohm yan dihubungkan ke port 0 berfungsi sebagai pull up( penaik tegangan ) agar output dari mikrokontroller dapat mentrigger transistor. Pin 1 sampai 8 adalah Port 1. Pin 21 sampai 28 adalah Port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah Port 3. Pin 20 merupakan ground dihubungkan dengan ground pada power supplay. Pin 40 merupakan sumber tegangan positif dihubungkan dengan + 5 volt dari power supplay.
Mikrokontroler AT89S52 sebagai central processing (pusat pengolah) data yang diberikan oleh inputan sensor (sensor LM35).
Pada Port 0
Pada port 1
Pada port ini digunakan 4 bit data. 2 bit digunakan sebagai pengaktifan relay kipas 1 dan kipas 2 (P1.1 dan p1.2), 1 bit digunakan untuk pengaktifan relay heater (p1.3) serta 1 bit lagi digunakan untuk WR (write) pada ADC, dimana WR ini lah yang digunakan untuk melakukan proses pengambilan dan pembacaan data pada ADC 0804.
Pada Port 2
Pada port ini 8 bit data digunakan untuk koneksi ADC 0804 sebagai penerjemah data analog yang diberikan oleh sensor menjadi data digital sesuai dengan LSB (least significant bit) dan MSB (most significant bit) pada port 2 ini. Penerjemahan data tersebut dilakukan secara program dan hasil terjemahan data dari sensor ditampilkan ke LCD sudah dalam bentuk bilangan desimal. Semua itu dilakukan secara program.
Pada port 3
3.5.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 di gambar 3.5 berikut:
Gambar 3.5. Rangkaian Sensor Temperatur LM35 dan ADC
output ADC tersebut. Oleh sebab itu pada rangkaian ADC harus benar-benar dijaga agar tegangan referensi nya benar-benar stabil yaitu (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 yang dilakukan oleh program, agar dapat dikenali oleh mikrokontroler AT89S52.
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 mikrokontroler.
3.6.Rangkaian Relay
3.6.1. Relay pengendali heater
Rangkaian relay pengendali blower tampak seperti gambar 3.6 berikut :
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 positip 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. Dari gambar dapat dilihat bahwa negatip 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 kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor menjadi 12 volt, keadaan ini menyebabkan relay tidak aktif.
3.6.2. Relay pengendali kipas
Ke mikrokontroler
Gambar 3.7. Rangkaian Relay Pengendali Kipas
Normally Close sudah mendapatkan tegangan 12 volt. Sementara kaki-kaki relay yang
berfungsi sebagai Normally open masih belum mendapatkan tegangan 12 volt sebelum ada inputan (inputan berupa logika high atau 5 volt). Sebaliknya jika transistor tidak aktif, maka kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor menjadi 12 volt, keadaan ini menyebabkan relay tidak aktif. Resistor didalam rangkaian berfungsi sebagai pull up untuk menaikkan tegangan agar inputan mikrokontroler sanggup mengaktifkan relay.
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 dinonaktifkan, 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.
3.7.Display LCD Character 2x16
Display LCD 2x16 berfungsi sebagai penampil nilai suhu aktual (dari LM35) dan suhu referensi (setpoint keypad) yang terukur. LCD yang digunakan pada alat ini mempunyai lebar display 2 baris 16 kolom atau biasa disebut sebagai LCD Character 2x16, dengan 16 pin konektor, yang didefenisikan sebagai berikut:
Tabel 3.1. Fungsi pin LCD karakter 2x16
PIN Nama Fungsi
0 = Instruction Register
1 = Data Register
5
R/W
Read/ Write, to choose write or
read mode
0 = write mode
1 = read mode
6
E Enable
1= disable
7 DB0 LSB
8 DB1 -
9 DB2 -
10 DB3 -
11 DB4 -
12 DB5 -
13 DB6 -
14 DB7 MSB
15 BPL Back Plane Light
16 GND Ground voltage
Gambar 3.8. Peta memory LCD karakter 2x16
Pada peta memori diatas, daerah yang berwarna biru ( 00 s/d 0F dan 40 s/d 4F) adalah display yang tampak. jumlahnya sebanyak 16 karakter per baris dengan dua baris. Angka pada setiap kotak adalah alamat memori yang bersesuaian dengan posisi dari layar. Dengan demikian dapat dilihat karakter pertama yang berada pada posisi baris pertama menempati alamat 00h. dan karakter kedua yang berada pada posisi baris kedua menempati alamat 40h.
Agar dapat menampilkan karakter pada display maka posisi kursor harus terlebih dahulu diset. Instruksi Set Posisi Kursor adalah 80h. dengan demikian untuk menampilkan karakter, nilai yang terdapat pada memory harus ditambahkan dengan 80h.
3.8.Perancangan Rangkaian Keypad
Rangkaian Keypad berfungsi sebagai tombol untuk memasukkan pin. Kemudian data yang diketikkan pada keypad akan diterima oleh mikrokontroler AT89S52 untuk kemudian diolah dan ditampilkan pada display LCD. Rangkaian keypad ditunjukkan pada gambar berikut 3.9 ini :
Gambar 3.9. Rangkaian keypad
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
1. Alat yang dirancang telah bekerja dengan baik dan dapat mengukur serta mengontrol suhu ruangan.
2. Sensor LM 35 merupakan sensor yang efektif dalam mengukur suhu ruangan karena pengukurannya langsung dalam derajat celcius. Sensor suhu LM35 mengalami perubahan pada outputnya 10 miliVolt setiap derajat celcius (10mV/C).
3. Mikrokontroler telah dapat membaca hasil pengukuran suhu melalui pengkonversian ADC, kemudian menampilkannya ke LCD.
3.2. Saran
2. Sebaiknya mikrokontroler yang digunakan adalah tipe ATMega 8535 agar tidak memerlukan rangkaian ADC lagi.
DAFTAR PUSTAKA
Agfianto Eko Putra, 2002, ”Belajar Mikrokontroler AT89S51/52/653 Teori dan Aplikasi”, Edisi 2, Yogyakarta : Penerbit Gava Media.
Bhisop, Owen, 2004, Dasar-dasar Elektronika, Jakarta : Erlangga
Endra Pirowarno, 1998, ” Mikroprocessor dan Interfacing”, Edisi 1, Yogyakarta : Penerbit Andi.
Usman, 2008, ”Teknik Antarmuka + Pemograman Mikrokontroler AT89S52 ”, Edisi 1, Yogyakarta : Penerbit Andi.
Widodo Budiharto, 2007, ”Sistem Akuisisi Data”, Jakarta : Penerbit PT Elex Media Komputindo.
Diakses tanggal 15 Desember 2009
