1
PENGENALAN AKTUATOR DAN PROSES KERJANYA
DALAM PENGUKURAN SUHU UDARA BERBASIS
MIKROKONTROLER
INTRODUCTION OF ACTUATOR AND WORKING PROCESS IN
MEASUREMENT OF AIR TEMPERATURE BASED
MICROCONTROLLER
Deni Dwi Yudhistira1, Moh D Ramadhan2, Nico Augusta3, Sherly Agustini4 Jumat – Kelompok 4
1, 2, 3, 4)
Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor, Jl. Raya Darmaga Kampus IPB Email: denidwiyudhistira@gmail.com
Abstrak: Adanya perbedaan suhu ruangan yang tidak menentu mengakibatkan harus
dilakukannya pengendalian dan pengukuran terhadap suhu udara. Pengendalian dan pengukuran suhu udara harus dilakukan secara berkala agar kondisi udara berada pada tingkat kenyamanan yang diinginkan. Salah satu cara pengendalian suhu udara secara otomatis yaitu dengan cara
memanfaatkan mikrokontroler dan aktuator, seperti kipas dan LED.Aktuator merupakan sebuah
subsistem kendali yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal penggerak ke dalam plant agar hasil
proses kendali sesuai dengan yang diharapkan. Metode yang digunakan dalam penelitian ini yaitu dengan melakukan pengukuran suhu udara secara langsung di dalam suatu ruangan. Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk mengenal macam-macam aktuator, mengetahui cara kerja aktuator,
serta membuat program Arduino untuk membaca output sensor dan menjalankan aktuator. Hasil
penelitian menunjukkan nilai suhu udara yang terukur pada aktuator LED memiliki nilai di bawah
set point berada di detik ke-3 hingga detik ke-15 yang ditandakan dengan lampu LED tidak menyala. Dalam detik ke-8 hingga detik ke-51 suhu udara yang terukur pada aktuator LED
berada di atas nilai set point ditandakan dengan lampu aktuator LED menyala. Setelah itu,
mengalami penurunan di bawah nilai set point hingga detik ke-60. Suhu udara terukur dalam
aktuator kipas di detik ke-3 hingga detik ke-12 berada di ba wah nilai set point yang ditandakan
dengan kipas tidak berputar. Namun, besarnya nilai suhu udara terukur pada aktuator kipas
ketika mencapai detik ke-15 hingga akhir pengukuran memiliki hasil di atas nilai set point yang
ditandakan adanya putaran pada kipas.
Kata kunci: aktuator, kipas, LED, mikrokontroler
Abstract: The difference of room temperature unstable caused to control and measurement of air
temperature. Control and measurements of air temperature should be done temporary for air condition in comfort level. One way of automatically controlling the air temperature that is by using a microcontroller and actuators, such as fans and LED. The actuator is a control subsystem that serves to produce a driving signal to the plant in order to control the process as expected. The method used in this research is to conduct direct measurements of the air temperature in a room. Research aimed to get to know the various actuators, how to work, and make the program on the Arduino to read the output of sensors and actuators work. The results showed that the measured value of the air temperature at the LED actuator has a value below the set point to be around second to-3 until the second to-15 is characterized by the LED is off. In the second to-8 until the second to-51 air temperature measured on the actuator LED is above the set point value is marked with flashing LED actuator. The, fell back below the set point value up until the second to-60. The air temperature measured in the fan actuator in the second to-3until the second to-12 are below the set point maked the fan is not spinning. However, when it reaches the 15 seconds until the end of the measurement, the value of the air temperature measured on the actuator fans have results above the set point which marked the rotation on the fan.
2
PENDAHULUAN
Sebagian besar kehidupan manusia hampir dihabiskan di dalam suatu ruangan. Dalam menjalani kegiatan yang berada di dalam ruangan, temperatur udara merupakan hal yang sangat penting untuk diperhatikan. Hal ini dikarenakan temperatur udara mampu mempengaruhi tingkat kenyamanan dan kegairahan seseorang dalam menjalankan aktivitasnya. Selain itu, temperatur udara perlu diperhatikan terlebih untuk memperoleh kesehatan manusia ketika berada di dalam ruangan tersebut.
Adanya perbedaan suhu ruangan yang tidak menentu mengakibatkan harus dilakukannya pengendalian dan pengukuran terhadap suhu udara. Pengendalian dan pengukuran suhu udara harus dilakukan secara berkala agar kondisi udara berada pada tingkat kenyamanan yang diinginkan. Namun, pengontrolan dan pengukuran suhu udara yang dilakukan secara berulang-ulang dan dalam interval waktu yang pendek tentu sangat akan mengganggu manusia dalam menjalankan aktivitas-aktivitas lainnya. Hal ini menjadi sangat tidak efektif dan tidak efisien untuk diterapkan dalam kegiatan sehari-hari. Dalam memenuhi kekurangan tersebut maka perlu diupayakan mencari alternatif baru yang dapat memberikan kemudahan, efisiensi, dan dapat menggantikan fungsi manusia sebagai pengendali suhu ruangan setiap saat. Adapun alternatif yang dapat menyelesaikan permasalahan tersebut yaitu dengan memanfaatkan mikrokontroler dan aktuator, seperti kipas dan LED.
Aktuator merupakan sebuah subsistem kendali yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal penggerak ke dalam plant agar hasil proses kendali sesuai dengan yang diharapkan (Najmurrokhman 2009). Aktuator juga disebut sebagai bagian keluaran untuk mengubah energi supply menjadi energi kerja yang dapat dimanfaatkan. Berdasarkan latar belakang di atas, penelitian ini dilakukan bertujuan untuk mengenal macam-macam aktuator, mengetahui cara kerja aktuator, serta membuat program Arduino untuk membaca output sensor dan menjalankan aktuator.
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian aktuator dan desain sitem kendali dilakukan di Lab. Komputer Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan IPB. Peralatan yang digunakan yaitu sensor suhu (LM35), mikrokontroler (Arduino UNO), laptop, kabel USB, kabel
jumper, dan aktuator (kipas angin DC dan LED). Bahan yang digunakan yaitu kondisi suhu udara di dalam ruangan Lab. Komputer Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan IPB. Penelitian diawali dengan dihubungkannya Arduino UNO dengan laptop yang juga berfungsi sebagai supply daya. Sensor suhu LM35 dipasangkan pada Arduino UNO dengan menggunakan kabel jumper dan dihubungkan sesuai dengan pin yang tersedia. Pin D dari LM35 dihubungkan ke lokasi input (A0), pin GND dihubungkan ke Ground, dan pin 5V dihubungkan ke lokasi tegangan (5V). Setelah itu, LED di pasangkan pada digital input output
3
Gambar 1 Pengaturan aktuator LED dengan Arduino UNO
Selanjutnya, pengendalian suhu udara dilakukan dengan aktuator kipas. Metode dan cara pengerjaannya memiliki langkah yang sama, hanya saja lampu LED digantikan dengan sebuah aktuator kipas. Pengaturan aktuator kipas dengan Arduino UNO dilakukan berdasarkan kode pemrograman yang terdapat dalam Gambar 2.
Gambar 2 Pengaturan aktuator kipas dengan Arduino UNO
Kode pemrograman yang telah selesai dijalankan dengan cara pilihmenu verify compile, lalu pilih menu upload, dankemudian pilih serial monitor. Selanjutnya, akan ditampilkan pembacaan suhu setiap 3 detik. Suhu yang terbaca dibuat dalam
4 bentuk grafik hubungan waktu terhadap suhu, berdasarkan data hasil pengukuran selama 1 menit. Setelah itu, dilakukannya analisis terhadap hasil yang diperoleh.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Aktuator merupakan sebuah subsistem kendali yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal penggerak ke dalam plant agar hasil proses kendali sesuai dengan yang diharapkan. Plant merupakan suatu bagian sistem yang dikendalikan oleh aktuator (Najmurrokhman 2009). Selain itu, aktuator juga disebut sebagai bagian keluaran untuk mengubah energi supply menjadi energi kerja yang dapat dimanfaatkan (Santoso et al. 2013). Secara umum, aktuator terbagi menjadi tiga jenis yaitu aktuator elektrik, hidrolik, dan pneumatik. Aktuator elektrik adalah aktuator yang menggunakan listrik sebagai tenaga penggeraknya. Beberapa aktuator elektrik yang biasa digunakan antara lain solenoid, motor DC, motor
stepper, servomotor, dan motor AC. Aktuator hidrolik merupakan aktuator yang memanfaatkan tekanan aliran fluida menjadi gerakan mekanik, contohnya kincir air. Aktuator pneumatik adalah aktuator yang menggunakan udara sebagai pemicu gerakannya. Prinsip kerja aktuator pneumatik menggunakan perbedaan volume udara yang ditekan atau dimampatkan untuk membangkitkan gerakan mekanik, seperti pada piston (Tanenbaum 1996). Proses alur pengontrolan sederhana aktuator LED dan kipas disajikan dalam Gambar 1.
Gambar 1 Diagram alir pengontrolan suhu udara dengan aktuator
Gambar 1 menunjukkan bahwa alur pengontrolan suhu udara pertama kali berasal dari sensor suhu LM35. Sensor LM35 berfungsi untuk mengubah besarnya measured va riable (suhu ruangan) menjadi besaran tegangan ke dalam mikrokontroler, yaitu Arduino UNO. Selanjutnya, besaran tegangan yang sampai pada Arduino UNO akan mengalami proses pengkonversian menjadi besaran suhu dan kemudian dilanjutkan dengan proses pengontrolan suhu udara sesuai dengan besarnya set point yang di-upload. Dalam kasus ini besarnya nilai set point suhu udara harus kurang dari 30 ◦C.
Nilai suhu ruangan yang telah terukur/terkonversi apabila memiliki hasil lebih besar dari set point maka akan menimbulkan error dalam pengontrolan mikrokontroler. Setelah error terjadi, Arduino UNO akan mengirim sebuah perintah berupa sinyal-sinyal ke dalam aktuator atau yang disebut dengan
5 atau nyala pada LED. Hasil pengukuran suhu dengan LM35 pada aktuator LED dan kipas disajikan dalam Tabel 1
Tabel 1 Hasil pengukuran suhu dengan LM35 pada aktuator LED dan kipas
detik Suhu (◦C) nilai suhu yang terukur dalam setiap aktuator memiliki hasil yang berbeda-beda dan berfluktuasi. Perbedaan tersebut dapat disebabkan oleh adanya aktivitas manusia di dekat sensor, seperti tersentuh dengan tangan dan adanya hembusan nafas dari manusia. Sentuhan tangan dan hembusan nafas manusia tentu akan meningkatkan suhu udara disekitar sensor LM35 maupun pada sensor itu sendiri, sehingga mengakibatkan nilai yang terukur akan lebih tinggi dari nilai suhu sebenarnya. Nilai pengontrolan suhu udara (set point) di sepanjang pengukuran memiliki nilai konstan, yaitu sebesar 30 ◦C.
Dalam aktuator LED besarnya suhu udara tertinggi yang terukur, yaitu sebesar 30.76 ◦C dan yang terendah sebesar 29.30 ◦C. Nilai pengukuran suhu udara pada aktuator LED memiliki hasil di bawah set point ketika berada dalam detik ke-3 hingga detik ke-15. Dalam kondisi ini, aktuator LED tidak memberikan nyala lampu yang menunjukkan bahwa suhu udara di dalam ruangan tersebut sesuai dengan perintah atau keinginan kontroler. Namun, setelah memasuki pada detik ke-18 hingga detik ke-51 suhu udara pada aktuator LED memiliki besarnya nilai yang berada di atas set point, yang ditandakan dengan nyalanya lampu pada aktuator LED. Nyala lampu LED secara visual menunjukkan bahwa suhu udara di sekitar ruangan melebihi dari nilai yang diinginkan. Selanjutnya, setelah melewati detik ke-51 suhu udara yang terukur pada aktuator LED memiliki nilai dibawah
6 Hasil dalam Tabel 1 juga menunjukkan bahwa besarnya suhu udara yang terukur pada aktuator kipas dalam detik ke-3 hingga detik ke-12 memiliki besarnya suhu di bawah nilai set point yang ditandakan dengan tidak adanya putaran pada baling-baling kipas. Tidak memutarnya baling-baling pada aktuator kipas, secara visual menunjukkan bahwa suhu udara di dalam ruangan memiliki hasil yang sesuai dengan keinginan kontroler. Selanjutnya, ketika mencapai detik ke-15 hingga akhir detik ke-60 suhu udara yang terukur pada aktuator kipas memiliki hasil yang lebih tinggi dari nilai set point. Dalam kondisi tersebut, aktuator kipas mulai berputar yang menunjukkan bahwa suhu udara tidak sesuai dengan hasil yang diinginkan. Nilai suhu udara tertinggi yang terukur pada aktuator kipas sebesar 33.23 ◦C dan yang terendah sebesar 28.81 ◦C. Grafik hasil pengukuran suhu dengan LM35 pada aktuator LED dan kipas disajikan dalam Gambar 3.
Gambar 3 Grafik hasil pengukuran suhu dengan LM35 pada aktuator kipas dan LED
Berdasarkan grafik hasil pengukuran suhu yang terdapat dalam Gambar 3 dapat ditunjukkan bahwa besarnya nilai set point suhu udara di sepanjang waktu pengukuran memiliki nilai yang konstan sebesar 30 ◦C. Selain itu, nilai suhu udara yang terukur pada aktuator LED memiliki nilai di bawah set point ketika berada di sekitar detik ke-3 hingga detik ke-15 yang ditandakan dengan lampu LED tidak menyala. Selanjutnya, setelah memasuki detik ke-8 hingga detik ke-51 suhu udara yang terukur pada aktuator LED memiliki hasil di atas set point yang ditandakan dengan lampu aktuator LED menyala. Dalam kondisi tersebut suhu disekitar ruangan terasa lebih hangat dari sebelumnya. Selanjutnya, suhu udara mengalami penurunan kembali di bawah nilai set point hingga detik ke-60 yang ditandakan dengan lampu pada aktuator LED tidak menyala.
Grafik dalam Gambar 2 juga menunjukkan bahwa besarnya suhu udara terukur pada aktuator kipas di sekitar detik ke-3 hingga detik ke-12 berada di bawah nilai
set point. Dalam kondisi tersebut baling-baling pada aktuator kipas tidak berputar. Selanjutnya, ketika mencapai detik ke-15 hingga akhir pengukuran, besarnya nilai
7 suhu udara terukur memiliki hasil yang melebihi nilai set point. Kondisi tersebut mengakibatkan baling-baling pada aktuator kipas menjadi berputar dan menunjukkan suhu udara disekitar terasa lebih tinggi dari sebelumnya.
Aplikasi dari pengontrolan suhu banyak dijumpai pada berbagai bidang salah satunya adalah dalam bidang industri kipas angin. Kipas angin digunakan sebagai pendingin dalam sistem pengaturan suhu. Kecepatan putar kipas angin ini dikendalikan oleh mikrokontroler dengan menggunakan Pulse Width Modulation
(PWM) (Hartono 2013). Selain itu, pengontrolan suhu udara juga dapat diaplikasikan dalam alat pendeteksi kebakaran, pengatur suhu AC, kulkas, dan peralatan pengendalian suhu lainnya.
KESIMPULAN
Aktuator dalam menjalankan kerjanya sesuai perintah yang diberikan oleh mikrokontroler. Beberapa contoh dari aktuator yaitu kipas dan lampu LED. Hasil penelitian menunjukkan nilai suhu udara yang terukur pada aktuator LED memiliki nilai di bawah set point ketika berada di detik ke-3 hingga detik ke-15 yang ditandakan dengan lampu LED tidak menyala. Dalam detik ke-8 hingga detik ke-51 suhu udara yang terukur pada aktuator LED berada di atas nilai set point yang ditandakan dengan lampu aktuator LED menyala, kemudian mengalami penurunan kembali dibawah nilai set point hingga detik ke-60. Suhu udara terukur dalam aktuator kipas di detik ke-3 hingga detik ke-12 berada di bawah nilai set point yang ditandakan dengan aktuator kipas tidak berputar. Namun, ketika mencapai detik ke-15 hingga akhir pengukuran, besarnya nilai suhu udara terukur pada aktuator kipas memiliki hasil di atas nilai set point yang ditandakan adanya putaran pada kipas.
DAFTAR PUSTAKA
Hartono. 2013. Pengaturan suhu ruangan berbasis PID menggunakan mikrokontroler AT89S51. JILTEK Elektro. 1(1): 1-7.
Najmurrokhman, Bambang R. Pemodelan dan kendali networked control system. SENTIA. 1(1): 55-59.
Santoso A, Martinus, Sugiyanto. Pembuatan otomasi pengaturan kereta api, pengereman, dan palang pintu pada rel kereta api mainan berbasis mikrokontroler. J FEMA. 1(1): 16-23.
9 LAMPIRAN 2 Hasil pengukuran suhu pada aktuator kipas di serial monitor
