TUGAS AKHIR AKUISISI DATA UNTUK MODUL PRAKTIKUM KENDALI

(1)

i

TUGAS AKHIR

AKUISISI DATA UNTUK MODUL PRAKTIKUM KENDALI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Oleh

ANDI NUGROHO

NIM : 065114002

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA 2011

(2)

ii

FINAL PROJECT

DATA ACQUISITION FOR CONTROL MODUL

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Study Program of Electrical Engineering

ANDI NUGROHO

NIM : 065114002

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

(3)

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

TUGAS AKHIR

AKUISISI DATA UNTUK MODUL PRAKTIKUM KENDALI

(DATA ACQUISITION FOR CONTROL MODUL)

Oleh :

ANDI NUGROHO

NIM : 065114002

Telah disetujui oleh :

Pembimbing

(4)

iv

HALAMAN PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

AKUISISI DATA UNTUK MODUL PRAKTIKUM KENDALI

(DATA ACQUISITION FOR CONTROL MODUL)

oleh :

ANDI NUGROHO NIM : 065114002

Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji Pada tanggal: 23 Agustus 2011

Dan dinyatakan memenuhi syarat

Susunan Panitia Penguji

Nama Lengkap Tanda Tangan

Ketua : Ir. Prima Ari Setiayani, M.T ………..

Anggota :Martanto, S.T., M.T. ………..

Anggota : Petrus Setyo Prabowo S.T.,M.T ………..

Yogyakarta, Agustus 2011 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Dekan

(5)

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya atau bagian orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 22 Agustus 2011 Penulis

Andi Nugroho

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Andi Nugroho

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

(6)

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

Motto :

Sekali Layar Terkembang Pantang Balik Belakang

Skripsi Ini Kupersembahkan Untuk

Yesus Kristus Pembimbingku yang setia

Papa dan Mama tercinta

(7)

vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Andi Nugroho

Nomor Mahasiswa : 065114002

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

AKUISISI DATA UNTUK MODUL PRAKTIKUM KENDALI

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 22 Agustus 2011

Andi Nugroho

vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Nama : Andi Nugroho

Andi Nugroho

vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Nama : Andi Nugroho

(8)

viii

INTISARI

Dalam dunia pendidikan sekarang ini khususnya teknik elektro ada banyak praktikum salah satunya praktikum kendali. Praktikum kendali yang akan dibahas berupa praktikum pengendali posisi dengan PID (Proportional Integral Derivative controller). Dalam praktikum kendali sering terjadi kesalahan pencatatan data karena praktikan mencatat data menggunakan cara manual berupa mengamati perubahan nilai tegangan output, setpoint, dan feedback menggunakan multimeter.

Akuisisi data merupakan cara untuk merekam data tegangan dari modul praktikum kendali. Akuisisi data menggunakan pengondisi sinyal untuk menurunkan tegangan dari modul PID agar tegangan sesuai dengan masukan pada ADC (Analog to Digital Conversion) mikrokontroller. ADC berfungsi untuk merubah ke dalam format digital. Data digital tersebut kemudian dikirimkan ke komputer diikuti dengan pengkonversian menjadi tegangan seperti pada modul PID. Data yang telah direkam akan ditampilkan pada grafik dan disimpan dalam Microsoft Excel.

Akuisisi data untuk pembacaan tegangan pada modul PID berhasil dibuat. Data tegangan berhasil direkam dan ditampilkan dalam bentuk grafik, namun skala dan pewaktuannya masih kurang sempurna sehingga adanya overshoot belum terlihat. Tegangan pada multi-meter lebih tinggi dari pada tegangan akuisisi data dengan galat 0,125%.

(9)

ix

ABSTRACT

Education today, there are various practicum one of them is control practicum. Control practicum that will be discussed in this paper is practicum position controller with PID (Proportional Integral Derivative controller). Error data recording frequently occur on control practicum when manually recorded by observing changes in the value of output voltage, setpoint and feedback using multi-meters.

Data acquisition is a way to record data voltage from control module practicum. data acquisition using signal conditioner to get a lower voltage from PID module adjust to ADC (Analog to Digital Conversion) microcontroller acceptable voltage. The input from PID module will be converted into digital format by ADC. Digital data is transmitted into computer followed by voltage conversion as PID module’s voltage. The recorded data will be shown on the graphic and stored in Microsoft Excel.

Data acquisition on data recording in PID module has been succeed. Voltage data captured and displayed in graphic, but the scale and its timing is still is not perfect so that the overshoot has not been seen. Voltage on multi-meters higher than the voltage data acquisition with error 0.125%.

(10)

x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul “Akuisisi Data Untuk Modul Praktikum Kendali”.

Penulis menyadari mulai dari proses perancangan, pengujian alat dan proses penyusunan skripsi ini tidak dapat lepas dari bantuan, dorongan, dan bimbingan berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua tercinta. Terimakasih atas doa, perhatian, dukungan dan kesabaran dalam mendidik penulis.

2. Bapak Martanto, S.T., M.T., Selaku dosen pembimbing yang menyumbangkan pemikiran, ide, tenaga dan memberikan saran serta kritik yang membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini dari awal hingga selesai.

3. Seluruh dosen Progran Studi Teknik Elektro dan laboran Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ilmu dan membantu selama perkuliahan.

4. Valencia Nancy Febrila Eko. Terimakasih atas dukungan dan motivasinya.

5. Teman-teman Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma angkatan 2006. Terimakasih atas bantuannya.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, kelemahan dan jauh dari sempurna. Oleh karena itu dengan segenap kerendahan hati, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan tugas akhir ini. Terimakasih.

Andi Nugroho

x

KATA PENGANTAR

Andi Nugroho

x

KATA PENGANTAR

(11)

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTO HIDUP ... vi

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii

INTISARI ... viii

ABSTRACT ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR TABEL ... xvii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan dan Manfaat ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

(12)

xii

BAB II. DASAR TEORI ... 4

2.1 Pembagi Tegangan ... 4

2.2 Penguat Operasional ... 5

2.2.1. Penguat Operasional sebagai Penguat pembalik (Inverting)... 5

2.2.2. Penguat Operasional sebagai rangkaian penjumlah (summing)... 5

2.3 Mikrokontroler ATMega8535 ... 6

2.3.1. Analog to Digital Converter (ADC)……….. 7

2.3.2. Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter (USART)………..……… 10

2.4 Komunikasi Serial ... 12

2.5 Visual Basic...14

BAB III. RANCANGAN ... 17

3.1 Proses Kerja Sistem Akuisisi Data ... 17

3.2 Perancangan Perangkat Keras (hardware) ... 17

3.2.1. Perancangan Pengondisi Sinyal... 18

3.2.1.1. Pengondisi Sinyal Untuk Setpoint ... 18

3.2.1.2. Pengondisi Sinyal Untuk Feedback... 19

3.2.1.3. Pengondisi Sinyal Untuk Output ... 19

3.2.2. Perancangan Switch……….………...….. 22

3.2.3. Perancangan RS-232………...………...22

3.2.4. Perancangan Minimum Sistem ………23

3.3 Perancangan Perangkat Lunak ... 25

3.3.1. Diagram Alir Program Mikrokontroler ATMega8535...25

3.3.2. Diagram Alir Program Microsoft Visual Basic ………... 26

BAB IV.HASIL DAN PEMBAHASAN ... 29

4.1 Bentuk FisikAkuisisi Data... 29

4.2 Pengujian Rangkaian Pengondisi Sinyal ... 30

4.2.1.Rangkaian Pengondisi Sinyal Untuk Output... 30

(13)

xiii

4.2.2.Rangkaian Pengondisi Sinyal untuk Setpoin... 35

4.3 Pengujian Rangkaian MAX232... 37

4.4 Pembahasan Mikrokontroler... 38

4.5 Pembahasan Visual Basic ... 38

4.6 Pembahasan Data Hasil Pengujian Sistem ... 39

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 42

5.1 Kesimpulan ... 42

5.2 Saran ... 42

DAFTAR PUSTAKA ...43

(14)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Blok model perancangan ... 2

Gambar 2.1 Rangkaian Pembagi Tegangan ... 4

Gambar 2.2 Penguat inverting... 5

Gambar 2.3 Rangkaian penjumlah ... 6

Gambar 2.4 Konfigurasi pin IC ATMega 8535... 6

Gambar 2.5 Register ADMUX... 7

Gambar 2.6 Format data ADC dengan ADLAR=0... 8

Gambar 2.7 Format data ADC dengan ADLAR=1... 8

Gambar 2.8 Register ADCSRA... 8

Gambar 2.9 Konfigurasi UBRR... 11

Gambar 2.10 Konfigurasi UCSRB... 11

Gambar 2.11 Konfigurasi UCSRC... 12

Gambar 2.12 Konfigurasi konektor DB9... 13

Gambar 2.13 Konfigurasi MAX 232... 14

Gambar 2.14 Interface program Visual... 14

Gambar 2.15 Komponen dalam toolbox... 16

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Akuisisi Data... 17

Gambar 3.2 Skema pengondisi sinyal 1 ... 18

Gambar 3.3 Rangkaian pengondisi sinyal setpoint ... 18

(15)

xv

Gambar 3.5 Skema pengondisi sinyal 3 ... 19

Gambar 3.6 Grafik karakteristik pengondisi sinyal... 20

Gambar 3.7 Rangkaian pengondisi sinyal output... 21

Gambar 3.8 Rancangan switch pullup... 22

Gambar 3.9 Perancangan RS232...26

Gambar 3.10 Perancangan minimum sistem...25

Gambar 3.11 Rangkaian reset ...25

Gambar 3.12 Rangkaian osilator ...25

Gambar 3.13 Diagram Alur Program mikrokontroler ATMega8535 ...26

Gambar 3.14 Tampilan Program Visual...27

Gambar 3.15 Diagram Alir Program Microsoft Visual Basic...28

Gambar 4.1 Tampilan Luar Perangkat Keras Akuisisi Data ...29

Gambar 4.2 Tampilan Dalam Perangkat Keras Akuisisi Data...30

Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Data Tegangan Input Dan Tegangan Perhitungan Pengondisi Sinyal Untuk Output...32

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Data Tegangan Input Dan Tegangan Pengukuran Pengondisi Sinyal Untuk Output ...32

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Tegangan Input Dan Tegangan Pengukuran Pengondisi Sinyal Untuk Feedback ...34

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Tegangan Input Dan Tegangan Perhitungan Pengondisi Sinyal Untuk Feedback ...34

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Tegangan Input Dan Tegangan Pengukuran Pengondisi Sinyal Untuk Setpoin...36

(16)

xvi

Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Tegangan Input Dan Tegangan Perhitungan

Pengondisi Sinyal Untuk Setpoin...36

Gambar 4.9 Terminal v1.9...37

Gambar 4.10 Tampilan Program Visual Basic...38

Gambar 4.11 Tampilan Kesalahan Port ...39

Gambar 4.12 Grafik Data pada Visual Basic...39

Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Data Dari Alat Dan Pengukuran Pada Modul Kendali PID... 41

(17)

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Beberapa setting kondisi untuk memilih tegangan referensi ... 8

Tabel 2.2 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC ……….…... 9

Tabel 2.3 Rumus Perhitungan UBRR... 10

Tabel 2.4 Konfigurasi pin dan Nama Bagian Konektor serial DB9... 13

Tabel 3.1 Nama Komponen Program Visual... 27

Tabel 4.1 Data Tegangan Keluaran Pengondisi Sinyal Untuk Output... 31

Tabel 4.2 Data Tegangan Keluaran Pengondisi Sinyal Untuk Feedback ... 33

Tabel 4.3 Data Tegangan Keluaran Pengondisi Sinyal Untuk Setpoint... 35

Tabel 4.4 Data Pengukuran Menggunakan Alat... 40

(18)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Jurusan Teknik Elektro Sanata Dharma memiliki banyak praktikum salah satunya yaitu praktikum kendali yang merupakan cara untuk memahami konsep kendali. Praktikum kendali yang akan dibahas berupa praktikum pengendali posisi dengan PID (Proportional Integral Derivative controller). Dalam praktikum kendali sering terjadi kesalahan pencatatan data karena praktikan mencatat data menggunakan cara manual berupa mengamati perubahan nilai tegangan output, setpoint, dan feedback menggunakan multimeter dan stop watch untuk mengamati perubawan waktu. Jadi dalam praktikum dibutuhkan minimal 3 (tiga) orang, satu untuk mencatat data, satu lagi untuk mengamati perubahan nilai tegangan pada multimeter, dan yang terakhir untuk mengamati perubahan waktu menggunakan stop watch, karena setiap praktikan melakukan hal yang berbeda maka sering terjadi salah komunikasi antar praktikan yang mengakibatkan kesalahan perekaman data.

Berdasarkan hal di atas, penulis ingin membuat suatu sistem untuk merekam data dari modul kendali PID. Sistem ini menggunakan mikrokontroler dengan memanfaatkan fitur ADC untuk pengambilan data berupa nilai tegangan untuk dikirimkan ke PC (Personal Computer) dan data diproses menggunakan perangkat lunak Visual Basic untuk ditampilkan dalam grafik. Berbeda dengan akuisisi data sebelumnya yang menggunakan ADC0804 [1] dan sistem akuisisi data sebelumnya ada yang menggunakan mikrokontroler ATMEGA8535 tetapi menggunakan LabVIEW sebagai visualisasi pada PC [2]. Sistem akuisisi data ini lebih praktis karena ADC dan prosesor didalam satu IC (Integrated Circuit) dan lebih user friendly.

Sistem yang akan dibuat akan bekerja saat praktikan ingin merekam nilai tegangan output, setpoint, dan feedback dari modul praktikum kendali dengan cara mengaktifkan hardware dan software. Mikrokontroler akan membaca nilai tegangan dan mengirimkan ke PC dalam bentuk data dengan menggunakan RS 232 kemudian data akan diproses menjadi grafik menggunakan Visual Basic dan data akan disimpan pada Microsoft Excel.

(19)

1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan suatu sistem yang dapat merekam nilai tegangan dan menampilkan dalam grafik dari modul praktikum kendali PID, sehingga dalam melakukan percobaan mendapatkan data yang akurat. Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mengurangi kesalahan pengambilan data saat praktikum kendali PID.

1.3. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :

a. Pembacaan nilai tegangan setpoint yang memiliki rentang 0 sampai 12V, nilai tegangan output yang memiliki rentang -12 sampai 12V, dan nilai tegangan umpan balik (tegangan keluaran pada sensor) yang memiliki rentang 0 sampai 12V dari modul praktikum PID.

b. Menggunakan mikrokontroler AVR seri ATMega 8535

c. Menggunakan RS232 sebagai komunikasi serial antara komputer dengan mikrokontroler

d. Menggunakan Visual Basic untuk mengolah data dan menampilkan dalam grafik e. Menyimpanan data pada Microsoft Excel

1.4. Metodologi Penelitian

Penulisan skripsi menggunakan metode :

a. Pengumpulan bahan-bahan referensi berupa buku-buku dan jurnal-jurnal mengenai penguat operasional, AVR ATMega8535, RS232, dan Visual Basic.

b. Perancangan subsistem hardware dan software. Tahap ini bertujuan untuk mencari bentuk model yang optimal dari sistem yang akan dibuat dengan mempertimbangkan dari berbagai faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan. Untuk blok model yang akan dirancang dapat dilihat pada gambar 1.1.

Gambar 1.1 Blok model perancangan.

Setpoint Feedback Output Mikrokontroler

_PC

Pengondisi sinyal

(20)

c. Pembuatan subsistem hardware dan software. Berdasarkan Gambar 1.1 rangkaian akan bekerja apabila tombol start pada hardware dan software di-on-kan. Rangkaian pengondisi sinyal akan mengkonversi tegangan dari modul agar dapat dibaca oleh ADC pada mikrokontroler. PC akan mengolah data yang dikirim dari mikrokontroler dan menyajikannya sebagai sebuah informasi

d. Proses pengambilan data. Teknik pengambilan data dilakukan dengan cara membaca nilai tegangan output, setpoint, dan feedback dari modul praktikum kendali menggunakan ADC dari mikrokontroler. Setelah itu mikrokontroler mengirimkan data tegangan ke PC dan disimpan di Microsoft Excel

e. Analisa dan penyimpulan hasil percobaan. Analisa data dilakukan dengan mengecek keakuratan data terhadap nilai tegangan dari modul praktikum. Dengan cara membandingkan antara data di komputer dengan tegangan pada modul praktikum dan perancangan. Penyimpulan hasil percobaan dapat dilakukan dengan menghitung persentase error yang terjadi.

(21)

4

BAB II

DASAR TEORI

Bab ini membahas tentang pembagi tegangan, operasi opamp, mikrokontroler ATMega8535, komunikasi serial, dan pemrograman visual. Bab ini juga membahas Analog to Digital Converter (ADC)

2.1 Pembagi Tegangan

Sebuah susunan dari dua atau lebih resistor yang terhubung seri dinamakan pembagi tegangan [3]. Rangkaian ini digunakan untuk menyatakan tegangan pada satu dari beberapa resistor yang diserikan [4]. Rangkaian pembagi tegangan dapat dilihat pada Gambar 2.1 dibawah ini;

Gambar 2.1.Rangkaian Pembagi Tegangan

Dalam gambar 2.1 dapat diketahui tegangan pada resistor 2 dengan menggunakan KVL(Kirchhoff Voltage Law) dan hukum Ohm pada persamaan (2.1) [4] dari persamaan dapat menentukan arus (

)

yang masuk pada rangkaian seperti dalam persaman (2.2).

=

1

+

2

=

1

+

2

= (

1

+

2

)

(2.1)

=

1 2 (2.2)

Jadi dari persamaan ini didapatkan persamaan(2.3).

(22)

2.2 Penguat Operasional

2.3.1 Penguat Operasional Sebagai Penguat Pembalik (Inverting)

Penguat adalah suatu rangkaian yang menerima sebuah tegangan di masukannya dan mengeluarkan tegangan yang tidak berubah polaritasnya tetapi lebih besar [5]. Jadi penguat pembalik adalah rangakaian penguat yang tegangan keluarannya di balik dari masukannya, Rangkaian penguat operasional sebagai penguat pembalik dapat di lihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. penguat inverting

Berikutnya, di asumsikan arus masukan nol, arus Iin mengalir ketitik persimpangan dititik masukan inverting. Namun, karena tidak ada arus yang masuk atau keluar dari op-amp, maka arus harus mengalir melalui Rf . sehingga menghasilkan tegangan pada Rf, seperti pada persamaan (2.4)

=

(2.4)

Karena masukan inverting op-amp adalah virtual ground , tegangan keluaran adalah –Rf, maka rumus keluaran op-amp di dapat seperti persamaan (2.5)

= −

(2.5)

2.3.2 Penguat Operasional sebagai rangkaian penjumlah pembalik

(inverting summing)

Penguat operasional penjumlah pembalik dalam gambar 2.2 adalah rangkaian elektronika yang mengalikan masukan dengan gain tegangan tetap dan hasil-hasilnya

(23)

dijumlahan [5]. Penjumlah pembalik juga dapat mengubah polaritas sinyal menjadi kebalikan dari input dengan persamaan (2.6) dan (2.7).

Gambar 2.3. rangkaian penjumlah

= −

1 1

+

2 2

+ ⋯ +

(2.6) Saat R1= R2=….=Rn=Rf, maka: = −( ₁+ ₂+ ⋯ + ) (2.7)

2.3 Mikrokontroler ATMega8535

Mikrokontroler AVR menggunakan arsitektur Reduced Instruction Set Computing (RISC) yang mempunyai lebar bus data 8 bit [6]. Pada ATMega8535 memiliki konfigurasi pin seperti ditunjukkan Gambar 2.6. Fungsi pin-pin ATMega 8535 sebagai berikut :

Gambar 2.4. Konfigurasi pin IC ATMega 8535 [6] a. VCC merupakan pin input catu daya.

(24)

b. GND merupakan pin ground.

c. Port A (PA0-PA7) merupakan pin input/output (I/O) dua arah dan pin input ADC. d. Port B (PB0-PB7) merupakan pin input/output (I/O) dua arah dan pin fungsi khusus,

yaitu Timer/Counter, komparator analog, dan SPI.

e. Port C (PC0-PC7) merupakan pin input/output (I/O) dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan Timer Oscilator.

f. Port D (PD0-PD7) merupakan pin input/output (I/O) dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.

g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk melakukan reset pada mikrokontroler. h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin input untuk clock eksternal.

i. AVCC merupakan pin input tegangan untuk ADC.

j. AREF merupakan pin input tegangan referensi untuk ADC

2.3.1 Analog to Digital Converter (ADC)

ATmega8535 menyediakan fasilitas ADC dengan resolusi 10 bit. ADC ini dihubungkan dengan channel Analog Multiplexer yang memungkinkan terbentuk 8 input tegangan single-ended yang masuk melalui pin pada PortA.

ADC memiliki pin supply tegangan analog yang terpisah yaitu AVCC. Besarnya tegangan AVCC adalah ±0.3V dari VCC.

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.

Proses inisialisasi ADC meliputi proses penentuan clock, tegangan referensi, format output data, dan mode pembacaan. Register yang perlu diset nilainya adalah ADMUX (ADC Multiplexer Selection Register), ADCSRA (ADC Control and Status Register A), dan SFIOR (Special Function IO Register).

ADMUX merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan tegangan referensi ADC, format data Output, dan saluran ADC yang digunakan. Konfigurasinya seperti gambar 2.5.

(25)

Gambar 2.5. Register ADMUX

Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:

a. REFS[1..0] merupakan bit pengatur tegangan referensi ADC ATMega8535.untuk pemilihan mode dapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1. Beberapa setting kondisi untuk memilih tegangan referensi

REFS1 REFS0 Mode tegangan referensi

0 0 Berasal dari pin AREF

0 1 Berasal dari pin AVCC

1 0 Tidak digunakan

1 1 Berasal dari tegangan referensi internal sebesar 2,56V

b. ADLAR merupakan bit pemilih mode data keluaran ADC. Penjelasannya dapat dilihat pada gambar 2.6 dan gambar 2.7.

Gambar 2.6. Format data ADC dengan ADLAR=0

Gambar 2.7. Format data ADC dengan ADLAR=1

c. MUX[4..0] merupakan bit pemilih saluran pembacaan ADC. Dengan nilai awal 00000 , maka bila nilai MUX tidak diubah secara otomatis kanal ADC yang dipilih adalah ADC0, sedangkan untuk pemilihan kanal yang lain dilakukan dengan mengubah settingan MUX.

d. ADCSRA merupakan register 8 bit yang berfungsi melakukan manajemen sinyal kontrol dan status dari ADC. ADCSRA memiliki susunan seperti gambar 2.8.

(26)

Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:

a. ADEN merupakan bit pengatur aktivasi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1, maka ADC aktif.

b. ADSC merupakan bit penanda mulainya konversi ADC. Bernilai awal 0 selama konversi ADC akan bernilai 1, sedangkan jika konversi telah selesai, akan berniai 0.

c. ADATE merupakan bit pengatur aktivasi picu otomatis operasi ADC. Bernilai awal 0. Jika berjilai 1, operasi konversi ADC akan dimulai pada saat transisi positif dari sinyal picu yang dipilih. Pemilihan sinyal picu menggunakan bit ADTS pada register SFIOR.

d. ADIF merupakan bit penanda akhir suatu konversi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1, maka donversi ADC pada suatu saluran telah selesai dan data siap diakses.

e. ADIE merupakan bit pengatur aktivasi interupsi yang berhubungan dengan akhir konversi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1 dan jika sebuah konversi ADC telah selesai, sebuah interupsi akan dieksekusi.

f. ADPS[2..0] merupakan bit pengatur clock ADC. Bernilai awal 000 yang berarti frekuensi ADC menyelsaikan konversi adalah setengah dari frekuensi osilator yang digunakan. Sedangkan jika diinginkan frekuensi yang lebih rendah dapat dilakukan dengan mengubah nilai settingan ADPS yang dapat dilihat pada tabel 2.2.

Tabel 2.2. Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC

ADPS[2..0] Frekuensi ADC 000 Frekuesi osilator/2 001 Frekuesi osilator/2 010 Frekuesi osilator/4 011 Frekuesi osilator/8 100 Frekuesi osilator/16 101 Frekuesi osilator/32 110 Frekuesi osilator/64

(27)

111 Frekuesi osilator/128

2.3.2 Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and

Transmitter (USART)

USART dapat difungsikan sebagai transmisi data sinkron, dan asinkron. Sinkron berarti clock yang digunakan antara transmitter dan receiver satu sumber clock. Sedangakan asinkron berarti transmitter dan receiver mempunyai sumber clock sendiri-sendiri

USART terbagi dalam tiga blok yaitu clock generator, transmiter , dan receiver [7]

A. Clock Generator

Berhubungan dengan transfer data (bout rate), register yang bertugas menentukan bout rate adalah register pasangan UBRR. Untuk menghitung bout rate dapat dilihat pada table 2.3.

Tabel 2.3. Rumus Perhitungan UBRR

Mode Operasi Rumus nilai UBRR

Asinkron mode kecepatan normal (U2X=0)

= 16 − 1

Asinkron mode kecepatan ganda (U2X=1)

= 8 − 1

Sinkron

= 2 − 1

B. USART Transmitter

Berhubungan dengan pengiriman data pad pin TX. Perangakat yang sering digunakan seperti register UDR sebagai tempat penampung data yang akan ditransmisikan, flag TXC sebagai akibat dari data yang ditransmisikan telah sukses (complete), dan flag UDRE sebagai indikator jika UDR kosong dan siap untuk diisi data yang akan ditransmisikan lagi.

C. USART Receiver

Berhubungan dengan penerimaan data dari pin RX. Perangkat yang sering digunakan seperti register UDR sebagai tempat penampung data yang telah diterima, dan flag RXC sebagai indikator bahwa data telah sukses (complete) diterima.

(28)

Dalam proses inisialisai ada beberapa buah register yang perlu diperhatikan antara lain UBRR, UCSRB, dan UCSRC. UBRR merupakan register 16 bit yang berfungsi melakukan penentuan kecepatan transmisi data yang digunakan UBRR dibagi menjadi dua seperti pada Gambar 2.9. Bit penyusun UBRR dapat dijelaskan sebagai berikut :

a. URSEL merupakan bit pemilih antara akses UBRR dan UCSRC.

b. UBRR[11..0] merupakan bit penyimpan konstanta kecepatan komunikasi serial.

URSEL - - - UBRR[11..8] UBRRH

UBRRL UBRR[7..0]

Gambar 2.9. Konfigurasi UBRR

UBRRH menyimpan 4 bit data seting boud rate dan UBRRL menyimpan data bit sisa. Data yang dimasukkan ke UBRRH dan UBRRL dihitung sesuai Tabel 2.3. U2X merupakan merupakan bit pada register UCSRA.

UCSRB merupkan register 8 bit yang mengatur aktivasi penerimaan dan pengiriman USART. Komposisi UCSRB seperti Gambar 2.10. Bit penyusun UCSRB dapat dijelaskan sebagai berikut :

a. RXCIE mengatur aktivasi interupsi penerimaan data serial. b. TXCIE mengatur aktivasi interupsi pengiriman data serial.

c. UDRIE mengatur aktivasi interupsi yang berhubungan dengan kondisi bit UDRE pada UCSRA.

d. RXEN merupakan bit pengatur aktivasi penerima serial ATMega8535. e. TXEN merupakan bit pengatur aktivasi pengirim serial ATMega8535. f. UCSZ2 menentukan ukuran karakter serial yang dikirimkan.

RXCIE TXCIE UDRIE RXEN TXEN UCSZ2 RXB8 TXB8

(29)

UCSRC merupakan register 8 bit yang digunakan untuk mengatur mode dan kecepatan komuniksi serial. Komposisi UCSRC seperti pada Gambar 2.11. Bit penyusun UCSRC dapat dijelaskan sebagai berikut :

a. URSEL merupakan bit pemilih akses antara UCSRC dan UBRR.

b. UMSEL merupakan bit pemilih komunikasi serial antara sinkron dan asinkron. c. UPM[1..0] merupakan bit pengatur paritas.

d. USBS merupakan bit pemilih ukuran bit stop.

e. UCSZ1 dan UCSZ0 merupakan bit pengatur jumlah karakter serial.

f. UCPOL merupakan bit pengatur hubungan antara perubahan data keluaran data masukkan serial dengan clock sinkronisasi

URSEL UMSEL UPMI UPM0 USBS UCSZ1 UCSZ2 UCPOL

Gambar 2.11. Konfigurasi UCSRC

Proses pengiriman data serial dilakukan per byte data dengan menunggu register UDR kosong terlebih dahulu. Proses tersebut menggunakan bit yang ada pada register UCSRA, yaitu bit UDRE. Bit UDRE merupakan indikator register UDR. Jika UDRE bernilai 1, maka register UDR kosong dan siap diisi.

Proses penerimaan data serial dilakukan dengan pengecekkan nilai bit RXC pada register UCSRA. RXC bernilai 1 jika ada data yang siap dibaca pada buffer penerima, dan bernilai 0 jika tidak ada data pada buffer penerima. Jika USART dinonaktifkan, maka bit akan selalu bernilai 0.

2.4 Komunikasi serial

Standar RS232 ditetapkan oleh Electronic Industry Association and Telecomunication Industry Association pada tahun 1962.[8] Karakteristik sinyal yang diatur pada RS232 meliputi level tegangan sinyal, kecuraman perubahan tegangan (slew rate) dari level tegangan ‘0’ menjadi ‘1’ dan sebaliknya. Beberapa parameter yang ditetapkan EIA (Electronics Industry Association) antara lain :

(30)

a. Level tegangan antara +3 sampai +15 Volt pada input line receiver sebagai level tegangan ‘0’, dan tegangan antara –3 sampai –15 Volt sebagai level tegangan ‘1’. b. Level tegangan output line driver antara +5 sampai +15 Volt untuk menyatakan

level tegangan ‘0’, dan antara –5 sampai –15 Volt menyatakan level tegangan ‘1’. c. Beda level tegangan sebesar 2 Volt disebut sebagai sebagai noise margin dari

komunikasi RS232.

RS232 pada komputer menggunakan konektor dengan 9 pin (DB9), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.12. Untuk konfigurasi pin dan nama bagian dari konektor serial DB9 ditunjukkan pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4. Konfigurasi Pin dan Nama Bagian Konektor Serial DB9 [10]

Gambar 2.12. Konfigurasi Konektor DB9 [8]

Pada umumnya komunikasi serial menggunkan komponen IC MAX232. IC MAX232 berfungsi sebagai buffer pada mode transmisi asynchronous antara komputer

No pin _{Nama sinyal} Dirction _keterangan

1 DCD In Data Carrier Detect

2 RXD In Received Data

3 TXD Out Transmit Data

4 DTR Out Data Terminal Ready

5 GND - Ground

6 DSR In Data Set Ready

7 RST Out Request To Send

8 CTS In Clear To Send

(31)

dengan IC keluarga TTL. Konfigurasi IC MAX232 ditunjukkan pada Gambar 2.13. IC MAX232 mempunyai dua receiver yang berfungsi sebagai pengubah level tegangan dari level RS232 ke level TTL dan dua drivers yang berfungsi mengubah level tegangan dari level TTL ke level RS232.

Gambar 2.13 .konfigurasi MAX 232

2.5 Visual Basic

Visual Basic adalah program untuk membuat aplikasi berbasis Microsoft Windows secara cepat dan mudah [9]. Bahasa pemrograman Visual Basic, yang dikembangkan oleh Microsoft sejak tahun 1991, merupakan pengembangan dari pendahulunya yaitu bahasa pemrograman BASIC (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code) yang dikembangkan pada era 1950-an. Visual Basic menyediakan tool untuk membuat aplikasi yang sederhana sampai aplikasi kompleks atau rumit baik untuk keperluan pribadi maupun untuk keperluan perusahaan/instansi dengan siatem yang lebih besar. [9].

Visual Basic merupakan salah satu bahasa pemrograman komputer yang berorientasi pada object (Object Oriented Programming = OOP). Tampilan Visual Basic dapat dilihat pada gambar 2.14

(32)

Gambar 2.14 Interface program Visual

Berikut komponen window standar pada Visual Basic 6.0 : 1. Menu Bar

Untuk memilih tugas-tugas tertentu seperti membuat project baru, menyimpan project, membukap project,dll.

2. Main Tool Bar

Untuk melakukan tugas-tugas tertentu dengan cepat melalui tombol icon-icon yang melambangkan fungsinya masing-masing.

3. Form Design

Merupakan tempat untuk objek-objek dan komponen-komponen yang akan kita gunakan dalam merancang user interface suatu aplikasi.

4. Code Window

Merupakan tempat bagi programmer untuk menuliskan kode program. Jendela ini dapat ditampilkan dengan menekan tombol F7 pada keyboard atau dengan double kilik pada objek atau komponen yang akan disisipi kode program.

5. Project Window

Berisi gambaran dari semua modul yang terdapat dalam aplikasi, biasanya terstruktur secara hirarki baik berdasarkan nama ataupun group

6. Properties Window

Merupakan daftar properti-properti object yang sedang terpilih. Lewat jendela properties ini kita dapat mengubah jenis font, ukuran font, style font, warna background, dll.

(33)

Berisi komponen-komponen (gambar 2.15) yang dapat digunakan untuk mengembangkan user interface.

8. Form Layout Window

Menunjukan bagaimana form yang bersangkutan ditampilkan ketika runtime/program di eksekusi.

(34)

17

BAB III

PERANCANGAN

Bab ini akan membahas tentang sistem perancangan perangkat keras dan lunak pada alat akuisisi data ini. Pembahasan ini meliputi:

a. Proses kerja sistem akuisisi data.

b. Perancangan perangkat keras (hardware). c. Perancangan perangkat lunak (software).

3.1. Proses Kerja Sistem Akuisisi Data

Proses kerja akuisisi data adalah membaca tegangan output, setpoint, dan feedback dari modul kendali PID menggunakan ADC pada mikrokontroler, karena tegangan pada modul PID 12v, sedangkan mikrokontroler hanya bisa membaca tegangan maksimal 5v maka dibutuhkan pengondisi sinyal agar tegangan yang masuk ke ADC maksimal 5v. setelah itu data digital yang dihasilkan ADC akan dikirimkan ke PC dengan menggunakan RS232. Data tegangan yang dikirim ke PC akan diolah menggunakan Visual Basic.

Gambar 3.1 Diagram Blok sistem akuisisi data

3.2. Perancangan Perangkat Keras (hardware)

Perancangan perangkat keras merupakan perancangan yang berhubungan dalam pembuatan alat. Perancangan perangkat keras ini meliputi perancangan pengondisi sinyal, perancancangan sistem minimum, dan perancangan RS-232,

(35)

3.2.1. Perancangan Pengondisi Sinyal

Pengondisi sinyal berguna untuk menurunkan tegangan dari modul kendali agar sesuai dengan tegangan input ADC pada mikrokontroler. Pengondisi sinyal yang digunakan dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan kebutuhan yaitu untuk setpoint, feedback dan output.

3.2.1.1. Pengondisi Sinyal Untuk Setpoint

Merancang pengondisi sinyal untuk Setpoint harus ditentukan berdasarkan tegangan yang masuk (0 sampai 12v) dan tegangan yang keluar (0 sampai 5v) dari pengodisi sinyal..untuk melihat lebih jelas dapat dilihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. Skema pengondisi sinyal 1 Vo(ps1)= a x.Vi(ps1)

=Vo(ps1)_{Vi(ps1) =}_{12 − 0 =}5 − 0 ₁₂5

Vo(ps1)= x.Vi(ps1) (3.1)

Dari persamaan ini dapat diimplementasikan dengan penguat inverting seperti pada gambar 3.3.

Gambar.3.3. rangkaian pengondisi sinyal setpoint

X1 X2 R1 Rf R R V3 -12 V412 V i(ps1) V o(ps1)

(36)

Dibawah ini adalah perhitungan untuk penguat inverting, untuk mendapatkan Vo(ps1) sebesar 5v dengan cara mencari nilai R1, sedangakan untuk nilai Rf

ditetapkan nilainya yaitu 2000 Ω. Karena menggunakan rangkaian penguat inverting harus dikuatkan minus satu kali dengan nilai R yang ditetapkan yaitu 1000Ω agar polaritasnya berubah menjadi positif.

= ₁₂5 12= 5 =

= .

= 4800Ω

3.2.1.2. Pengondisi Sinyal Untuk Feedback

Seperti yang dapat dilihat pada gambar 3.4, skema pengondisi sinyal pada feedback dan setpoint, sama-sama memiliki masukan sebesar 0 sampai 12v dan keluaran sebesar 0 sampai 5v oleh sebab itu pengondisi sinyal pada feedback sama dengan pengondisi sinyal pada setpoint.

Gambar 3.4. Skema pengondisi sinyal 2

3.2.1.3. Pengondisi Sinyal Untuk Output

Cara merancang pengondisi sinyal yang tepat untuk output dapat dilihat berapa tegangan yang masuk (-12 sampai 12v) dan keluar (0 sampai 5v) dari pengodisi sinyal seperti yang dapat dilihat pada gambar 3.5.

=₁₂5 12= 5 =

= .

= 4800Ω

3.2.1.2. Pengondisi Sinyal Untuk Feedback

3.2.1.3. Pengondisi Sinyal Untuk Output

=₁₂5 12= 5 =

= .

= 4800Ω

3.2.1.2. Pengondisi Sinyal Untuk Feedback

3.2.1.3. Pengondisi Sinyal Untuk Output

(37)

Untuk lebih jelas dapat dilihat pada garafik karakteristik yang ditunjukkan gambar 3.6

Gambar 3.6. Grafik karakteristik pengondisi sinyal

Karena tegangan input -12 sampai 12v maka dibutuhkan penggeser tegangan (b) agar tegangan input menjadi positif.

Vo(ps3) = a .Vi(ps3) + b

a = ₍( ₎)

=

( )

=

Saat tegangan Vo(ps3)= 0 (nol) maka

Vo(ps3) = a .Vi(ps3) + b

0 = . (-12) + b b =

jadi

Vo(ps3) = .Vi(ps3) + (3.2)

Persamaan Vo(ps3) dapat diimplementasikan dengan rangkaian penjumlah dengan

(38)

Gambar.3.7. Rangkaian pengondisi sinyal output

Perhitungan pengondisi sinyal untuk output dapat dilihat pada dengan nilai Rf = 1000 Ω sehingga

Vo(ps3) = .Vi(ps3) +

=

= .

= 4800

Untuk menggeser tegangan dapat dilakukan dengan penambahan tegangan 5v dari power supply dapat dilihat pada perhitungan berikut.

=

.

5v

= . .

= 2000

Karena menggunakan rangkaian penjumlah inverting maka tegangan keluaran akan membalik menjadi negatif sehingga harus dikuatkan minus satu kali agar polaritasnya berubah menjadi positif. Penguat inverting dengan penguatan satu kali memiliki nilai R yang ditetapkan yaitu 1000Ω.

X1 X2 V35 V5-12 R1 R2 Rf R R V712 V i(ps3) V o(ps3)

(39)

3.2.2. Perancangan Switch

Switch digunakan sebagai sensor untuk memulai dan mengakhiri proses pembacaan nilai tegangan. Perancangan ini terdapat dua switch SW1 untuk memulai dan SW2 untuk mengakhiri proses pembacaan. Switch yang digunakan adalah micro switch dengan pull-up. Resistor pada rangkaian berfungsi agar mendapatkan kondisi 1 saat tombol belum ditekan. Nilai resistor yang digunakan adalah 10kΩ [6]. Rangkaian Switch dapat dilihat pada gambar 3.8.

Gambar 3.8. Rancangan Switch pullup

3.2.3. Perancangan RS-232

Level tegangan TTL pada minimum sistem harus diubah ke level tegangan RS-232 pada komputer. Rangkaian komunikasi serial digunakan seperti Gambar 3.9. Perancangan ini menggunakan IC MAX232 yang mempunyai dua receiver yang berfungsi sebagai pengubah level tegangan dari level RS232 ke level TTL dan dua drivers yang berfungsi mengubah level tegangan dari level TTL ke level RS-232.

Fungsi kapasitor pada rangkaian pengubah level tegangan TTL ke level RS232 yaitu sebagai kapasitor eksternal untuk voltage doubler, yang masing-masing kapasitor digunakan sebagai berikut:

1. C1 +, sebagai kapasitor “+” internal voltage doubler. 2. C1 -, sebagai kapasitor “+” internal voltage doubler. 3. C1 +, sebagai kapasitor “+” internal voltage inverter.

(40)

4. C1 -, sebagai kapasitor “-” internal voltage inverter.

Gambar 3.9. Rancangan RS-232

Nilai kapasitor yang digunakan (C1, C2, C3, dan C4) sesuai dengan nilai-nilai yang tertera pada datasheet MAX232 yaitu 1uf [10]. Bila nilai C1 dan C2 dinaikan, maka akan mengurangi nilai impedansi masukan rangkaian voltage doubler dan inverter. Bila nilai C3 dan C4 dinaikan, maka akan mengurangi riak catu daya.

3.2.4. Perancangan Minimum Sistem

Perancangan sistem minimum untuk ADC ATMega8535 ditunjukkan pada Gambar 3.10. Penggunaan port pada minimum sistem ATMega8535 adalah sebagai berikut:

a. Port A[0] digunakan sebagai masukan ADC untuk tegangan setpoint b. Port A[1] digunakan sebagai masukan ADC untuk tegangan feedback c. Port A[2] digunakan sebagai masukan ADC untuk tegangan output

d. Port D[0] digunakan sebagai masukkan dari komunikasi serial RS-232 antara komputer dengan mikrokontroler.

e. Port D[1] digunakan sebagai keluaran ke komunikasi serial RS-232 antara mikrokontroler dengan komputer

f. Port B[0] digunakan sebagai masukan dari micro switch (start) g. Port B[1] digunakan sebagai masukan dari micro switch (stop)

(41)

Gambar.3.10. Perancangan minimum sistem

Setiap minimum sistem membutuhkan reset. Mikrokontroler akan reset jika pin RST dipaksa 0 (nol). Mikrokontroler dapat direset saat mengeksekusi program. Antara pin reset dengan VCC diberi sebuah resistor sedangkan antara pin reset dengan ground diberi sebuah kapasitor hal tersebut untuk menjaga reset dengan keadaan logika tinggi. Jika kapasitor terisi penuh maka tegangan pada reset menurun dan reset berlogika rendah, proses reset selesai. Resistor dan kapasitor digunakan untuk memperoleh waktu pengosongan kapasitor. Waktu pengosongan kapasitor dapat dihitung dengan persamaan T = R x C. Capasitor yang digunakan ditentukan sebesar 10 uf sebagai bypass untuk memperkecil ripple, sedangkan resistor yang digunakan menyesuaikan 10 kΩ.

(42)

Gambar 3.11. Rangkaian reset

Tombol yang dipasang paralel dengan kapasitor berfungsi untuk melakukan reset secara manual pada saat program sedang berlangsung. Saat tombol ditekan maka tejadi pengosongan kapasitor dan reset berlogika tinggi, sedangkan saat tombol dilepas tegangan pada reset menjadi nol dan reset berlogika rendah. Rangkaiannya terlihat pada Gambar 3.11.

Setiap mikrokontroler mempunyai fasilitas osilator yang berfungsi untuk mengendalikan mikrokontroler dengan periode clock. Pengaturannya terletak pada jenis kristal yang digunakan dan diletakan diantara pin XTAL1 dan pin XTAL2. Osilator yang digunakan adalah 11.0592 MHz [6]. Seperti gambar 3.12.

Gambar 3.12. Rangkaian Osilator

3.3. Perancangan Perangkat Lunak (software)

Perancangan software dibagi menjadi dua yaitu: pencangan program ADC pada mikrokontroler dan pada Microsoft Visual Basic. Program pada ATMega8535 digunakan untuk mengubah tegangan analog hasil pengukuran pada modul kendali, sedangkan program pada komputer untuk menampilkan hasil pembacaan dari mikrokontroler.

3.3.1. Diagram Alir Program Mikrokontroler ATMega8535

Mikrokontroler ATMega8535 digunakan untuk mengubah data analog ke data digital. Tegangan dari modul kendali melewati pengkondisi sinyal sebelum menjadi masukan ADC mikrokontroler ATMega8535. Data digital keluaran ATMega8535 merupakan data pengukuran tegangan dalam satuan volt.

(43)

Prinsip kerja diagram alir pada mikrokontroler gambar 3.13 adalah di mulai dari melakukan inisialisi register ADC, inisialisasi USART dan inisialisasi variabel yang digunakan dalam program. Selanjutnya dilakukan pembacaan tegangan setpoint, feedback dan output dari modul kendali yang sebelumnya telah diubah level tegangannya. Kemudian program melakukan proses konversi tegangan analog ke data digital, dan mengirimkan data tersebut ke komputer. Setelah data dikirim ke komputer jika tidak ada masukan dari tombol stop, maka program akan melakukan pembacaan masukan data dan berulang terus menerus, jika ada maka proses selesai. Reset dilakukan secara manual dengan penekan tombol reset pada sistem minimum ATMega8535. Jika kondisi reset terpenuhi maka proses kerja program kembali dari awal.

Gambar 3.13. Diagram Alir Program Mikrokontroler ATMega8535

SELESAI STOP?

BACA TOMBOL STOP DARI MIKROKONTROLER KIRIM DATA DIGITAL KE PC

KONVERSI ANALOG KE DIGITAL

BACA TEGANGAN SETPOINT, FEEDBACK, DAN OUTPUT START?

BACA TOMBOL START DARI MIKROKONTROLER INISIALISASI REGISTER, USART, VARIABEL

(44)

3.3.2. Diagram Alir Program Microsoft Visual Basic

Tampilan pada Visual Basic akan dibuat seperti gambar 3.14, sedangkan untuk keterangan nomer pada gambar dapat dilihat pada table 3.1.

Gambar 3.14. Tampilan Program Visual

Table 3.1. Nama Komponen Program Visual

NO komponen keterangan

1 Label 1 Label Judul Program

2 Label 2 Label data tegangan input

3 Textbox 1 Masukan data tegangan input

4 Label 3 Label data tegangan feedback

5 Textbox 2 Masukan data tegangan feedback

6 Label 4 Label data tegangan output

7 Textbox 3 Masukan data output

(45)

Gambar 3.15. Diagram Alir Program Microsoft Visual Basic

Prinsip kerja diagram alir program Gambar 3.15 adalah dimulai dengan melakukan proses inisialisasi varibel yang digunakan. Selanjutnya melakukan pengecekan kondisi masukan pada textbox 1, pengecekan kondisi masukan pada textbox 2 serta pengecekan kondisi masukan pada textbox 3 yang berasal dari masukan mikrokontroler berupa tegangan. Jika semua kondisi masukan sudah terpenuhi maka data akan dikonversi ketegangan sebenarnya jika belum terpenuhi maka akan dilakukan pengecekan data masukan..

Langkah berikutnya data ditampilkan dan disimpan pada Microsoft Excel. Kemudian melakukan pengecekan kondisi masukan berupa data dari mikrokontroler. Jika kondisi ini terpenuhi maka program melakukan konversi data dan proses akan berhenti jika ada data dari mikrokontroler.

SELESAI DATA?

BACA DATA DARI MIKROKONTROLER SIMPAN PADA DATA PADA EXCEL

TAMPILKAN DATA

KONVERSI DATA TEGANGAN SETPOINT, FEEDBACK, DAN OUTPUT DATA?

BACA DATA DARI MIKROKONTROLER INISIALISASI VARIABEL

(46)

29

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi perangkat keras akuisisi data, hasil dan pembahasan alat yang dirancang, pembahasan program Visual Basic, dan pembahasan data hasil pengujian sistem.

4.1 Perangkat Keras Akuisisi Data.

Perangkat keras Akuisisi Data tersusun atas sistem minimum ATMega8535, rangkaian pengondisi sinyal, rangkaian catu daya, dan rangkaian MAX232. Bentuk fisik perangkat keras secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 4.1, dan Gambar 4.2.

Gambar 4.1. Tampilan luar perangkat keras Akuisisi Data

Gambar 4.1 terdapat konektor-konektor yang berfungsi untuk menghubungkan modul PID dengan alat akuisisi data. Pada alat akuisisi data juga terdapat dua buah tombol

29

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Perangkat Keras Akuisisi Data.

29

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Perangkat Keras Akuisisi Data.

(47)

untuk reset dan untuk stop mikrokontroler. Tombol ini lebih sedikit dari perancangan karena tombol start dihilangkan agar lebih mudah untuk pengoperasian akuisisi data.

Gambar 4.2.Tampilan dalam perangkat keras Akuisisi Data

Tampilan dalam perangkat keras akuisisi data tersusun atas (1) sistem minimum yang berfungsi untuk pengoperasikan mikrokontroler, (2) pengondisi sinyal berfungsi untuk menurunkan level tegangan dari modul PID, (3) catu daya berfungsi sebagai pen-suplay tegangan, (4) rangkaian MAX232 sebagai konverter tegangan dari mikrokontroler ke komputer dan sebaliknya.

4.2 Pengujian Rangkaian Pengondisi Sinyal

Rangkaian pengondisi sinyal digunakan untuk menurunkan tegangan agar tegangan yang masuk pada ADC mikrokontroler tidak melebihi 5v. Penurunan ini dilakukan karena ADC pada mikrokontroller hanya bisa membaca tegangan 0 sampai 5v. Rangkaian pengondisi sinyal dibedakan menjadi dua macam pengondisi sinyal untuk output modul kendali PID dan untuk setpoin modul kendali PID yang pengondisinya sama dengan input modul kendali PID feedback.

4.2.1. Rangkaian Pengondisi Sinyal Output

Pengondisi sinyal untuk tegangan output dari modul PID berfungsi untuk penurunan tegangan yang masuk ke alat akuisisi data, yang berupa tegangan dari -12v sampai +12v kemudian tegangan tersebut harus diturunkan tegangannya menjadi 0 sampai

3 2

4 1

(48)

5v. Pengujian rangkaian pengondisi sinyal menggunakan masukan berupa tegangan dari catu daya pada modul kendali PID yang dihubungkan pada potensiometer sehingga didapatkan tegangan yang berbeda-beda, Sedangkan untuk pengukuran keluarannya menggunakan Multimeter sebagai acuan. Hasil pengukuran dan perhitungan pada rangkaian pengondisi sinyal untuk output modul kendali PID ditunjukkan pada tabel 4.1. Rumus data tegangan perhitungan dapat dilihat pada persamaan 3.2, sedangkan untuk mencari galat dapat menggunakan persamaan:

Galat=| | x 100 (4.1)

Tabel 4.1. Data tegangan keluaran pengondisi sinyal untuk output

NO INPUT (V) PERHITUNGAN OUTPUT(V) PENGUKURAN OUTPUT (V) GALAT (%)

1 11,9 4,979 4,948 0,626 2 11 4,792 4,770 0,452 3 10 4,583 4,569 0,313 4 9 4,375 4,300 1,714 5 8 4,167 4,143 0,568 6 7 3,958 3,940 0,463 7 6 3,750 3,742 0,213 8 5 3,542 3,533 0,245 9 4 3,333 3,329 0,130 10 3 3,125 3,124 0,032 11 2 2,917 2,921 0,149 12 1 2,708 2,721 0,468 13 0 2,500 2,513 0,520 14 -1 2,292 2,311 0,844 15 -2 2,083 2,105 1,040 16 -3 1,875 1,900 1,333 17 -4 1,667 1,695 1,700 18 -5 1,458 1,486 1,897 19 -6 1,250 1,282 2,560 20 -7 1,042 1,071 2,816 21 -8 0,833 0,863 3,560 22 -9 0,625 0,657 5,120 23 -10 0,417 0,443 6,320 24 -11 0,208 0,233 11,840 25 -12 0,000 0,180 GALAT RATA-RATA 1,797

(49)

Untuk mengetahui lebih jelas berbandingan antara input dan perhitungan output pengondisi sinyal maka dapat dilihat pada grafik 4.3, sedangkan untuk perbandingan antara input dan pengukuran output pengondisi sinyal maka dapat dilihat pada grafik 4.4.

Gambar 4.3.Grafik perbandingan data tegangan input dan tegangan perhitungan pengondisi sinyal untuk output

Gambar 4.4. Grafik perbandingan data tegangan input dan tegangan pengukuran pengondisi sinyal untuk output

Grafik perbandingan dari input dan output pada gambar 4.3 dan Gambar 4.4 jika dibandingkan maka akan menunjukkan grafik perbandingan hasil pengukuran dan perhitungan. Berdasarkan grafik ini hasil pengukuran dan perhitungan memiliki galat

rata-0 1 2 3 4 5 6 -15 -10 -5 0 5 10 15 te ga nga n p er hi tu nga n tegangan input 0 1 2 3 4 5 6 -15 -10 -5 0 5 10 15 te ga nga n p en gu ku ra n tegangan input

(50)

rata 1,797%, berdasarkan perhitungan galat rata-rata dari tabel 4.1. Tetapi secara keseluruhan rangkaian pengondisi sinyal output dapat berfungsi sesuai perancangan.

4.2.2. Rangkaian Pengondisi Sinyal Untuk Feedback

Pengondisi sinyal untuk feedback dari modul PID yang masuk ke alat akuisisi data berupa tegangan dari 0v sampai 12v kemudian tegangan dari modul kendali PID diturunkan tegangannya menjadi 0 sampai 5v. Pengujian rangkaian pengondisi sinyal menggunakan masukan berupa tegangan dari catudaya pada modul PID yang dihubungkan pada potensiometer sehingga didapatkan tegangan yang berbeda-beda, sedangkan untuk pengukuran keluarannya menggunakan Multimeter sebagai acuan. Hasil pengukuran rangkaian pengondisi sinyal untuk setpoint pada modul kendali PID ditunjukkan pada tabel 4.2. Rumus data tegangan perhitungan dapat dilihat pada persamaan 3.1. sedangkan untuk mencari galat dapat menggunakan persamaan 4.1.

Tabel 4.2. Data tegangan pengondisi sinyal untuk feedback

NO INPUT (V) PENGUKURAN OUTPUT (V) PERHITUNGAN OUTPUT(V) GALAT

1 11,9 4,922 4,958 0,733 2 11 4,531 4,583 1,142 3 10 4,121 4,167 1,096 4 9 3,696 3,750 1,440 5 8 3,276 3,333 1,720 6 7 2,866 2,917 1,737 7 6 2,465 2,500 1,400 8 5 2,049 2,083 1,648 9 4 1,634 1,667 1,960 10 3 1,224 1,250 2,080 11 2 0,817 0,833 1,960 12 1 0,407 0,417 2,320 13 0 0,000 0,000 0,000 GALAT RATA-RATA 1,480

(51)

Untuk mengetahui lebih jelas berbandingan antara input dan perhitungan output pengondisi sinyal maka dapat dilihat pada grafik 4.5, sedangkan untuk perbandingan antara input dan pengukuran output pengondisi sinyal maka dapat dilihat pada grafik 4.6.

Gambar 4.5. Grafik perbandingan tegangan input dan tegangan pengukuran pengondisi sinyal untuk feedback

Gambar 4.6. Grafik perbandingan tegangan input dan tegangan perhitungan pengondisi sinyal untuk feedback

0 1 2 3 4 5 6 0 2 4 6 8 10 12 14 te ga nga n pe ngu ku ra n tegangan input 0 1 2 3 4 5 6 0 2 4 6 8 10 12 14 te ga nga n p er hi tu nga n tegangan input

(52)

Grafik perbandingan dari input dan output pada gambar 4.5 dan Gambar 4.6 jika dibandingkan maka akan menunjukkan grafik perbandingan hasil pengukuran dan perhitungan. Berdasarkan grafik ini hasil pengukuran dan perhitungan memiliki galat. rata-rata 1,480%, berdasarkan perhitungan galat rata-rata-rata-rata dari tabel 4.2. Tetapi secara keseluruhan rangkaian pengondisi sinyal feedback dapat berfungsi sesuai perancangan.

4.2.3. Rangkaian Pengondisi Sinyal Untuk Setpoint

Pengondisi sinyal untuk setpoin dari modul PID yang masuk ke alat akuisisi data berupa tegangan dari 0v sampai 12v kemudian tegangan dari modul kendali PID diturunkan tegangannya menjadi 0 sampai 5v. Pengujian rangkaian pengondisi sinyal menggunakan masukan berupa tegangan dari catudaya pada modul PID yang dihubungkan pada potensiometer sehingga didapatkan tegangan yang berbeda-beda, sedangkan untuk pengukuran keluarannya menggunakan Multimeter sebagai acuan. Hasil pengukuran rangkaian pengondisi sinyal untuk setpoin pada modul kendali PID ditunjukkan pada tabel 4.7. Rumus data tegangan perhitungan dapat dilihat pada persamaan 3.1. sedangkan untuk mencari galat dapat menggunakan persamaan 4.1.

Tabel 4.3. Data tegangan pengondisi sinyal untuk setpoin

NO INPUT (V) PENGUKURAN OUTPUT (V) PERHITUNGAN OUTPUT(V) GALAT

1 11,9 4,922 4,958 0,733 2 11 4,531 4,583 1,142 3 10 4,121 4,167 1,096 4 9 3,696 3,750 1,440 5 8 3,277 3,333 1,690 6 7 2,875 2,917 1,429 7 6 2,465 2,500 1,400 8 5 2,049 2,083 1,648 9 4 1,634 1,667 1,960 10 3 1,225 1,250 2,000 11 2 0,817 0,833 1,960 12 1 0,410 0,417 1,600 13 0 0,000 0,000 0,000 GALAT RATA-RATA 1,392

(53)

Gambar 4.7.grafik perbandingan tegangan input dan tegangan pengukuran pengondisi sinyal untuk setpoin

Gambar 4.8.grafik perbandingan tegangan input dan tegangan perhitungan pengondisi sinyal untuk setpoin

Grafik perbandingan dari input dan output pada gambar 4.7 dan Gambar 4.8 jika dibandingkan maka akan menunjukkan grafik perbandingan hasil pengukuran dan perhitungan. Berdasarkan grafik ini hasil pengukuran dan perhitungan memiliki galat rata-rata 1,392%, berdasarkan perhitungan galat rata-rata dari tabel 4.3. Tetapi secara keseluruhan rangkaian pengondisi sinyal setpointt dapat berfungsi sesuai perancangan.

0 1 2 3 4 5 6 0 2 4 6 8 10 12 14 te ga nga n p en gu ku ra n tegangan input 0 1 2 3 4 5 6 0 2 4 6 8 10 12 14 te ga nga n p er hi tu nga n tegangan input

(54)

4.3. Pembahasan Rangkaian MAX232

Rangkaian MAX232 digunakan untuk komunikasi serial yang menghubungkan mikrokontroller dengan program Visual Basic pada komputer. Pengujian rangkaian MAX232 menggunakan Terminal v1.9. Terminal v1.9 dapat digunakan sebagai pengirim dan penerima baik dalam format ASCII maupun dalam format Heksadesimal. Hasil pengujian menggunakan Terminal v1.9 dapat dilihat pada Gambar 4.6.

Gambar 4.9. Terminal v1.9

Terminal v1.9 pada Gambar 4.3 difungsikan sebagai penerima dan pengirim. Data yang diterima berupa data ASCII yang berasal dari ADC mikrokontroller ATMega8535, tetapi pada terminal v1.9 terdapat konversi ke Hexsadesimal, decimal dan biner. Baud rate pada terminal di setting 9600 dengan 8 bit data, disesuaikan baud rate pada USART mikrokontroler.