SISTEM PEMANTAUAN DAN PENGUKURAN SUHU TINGGI SECARA REAL TIME DENGAN JARAK JAUH BERBASIS MIKROKONTROLER DAN TAMPILAN PC SKRIPSI

(1)

SISTEM PEMANTAUAN DAN PENGUKURAN SUHU TINGGI SECARA REAL TIME DENGAN JARAK JAUH BERBASIS MIKROKONTROLER

DAN TAMPILAN PC

SKRIPSI

IVAN ANGGIA SITOHANG 120801077

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2016

(2)

DAN TAMPILAN PC

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

IVAN ANGGIA SITOHANG 120801077

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2016

(3)

PERSETUJUAN

Judul : Sistem Pemantauan dan Pengukuran Suhu Tinggi Secara

Real Time dengan Jarak Jauh Berbasis Mikrokontroler

dan Tampilan PC

Kategori : Skripsi

Nama : Ivan Anggia Sitohang

Nomor Induk Mahasiswa : 120801077

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika

Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di

Medan, September 2016

Komisi Pembimbing :

Pembimbing 1, Pembimbing 2,

(Dr. Bisman Perangin-angin M.Eng, Sc) (Dr. Marhaposan Situmorang) NIP. 195609181985031002 NIP. 195510301980031003

Disetujui Oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003

(4)

PERNYATAAN

SISTEM PEMANTAUAN DAN PENGUKURAN SUHU TINGGI

SECARA REAL TIME DENGAN JARAK JAUH BERBASIS

MIKROKONTROLER DAN TAMPILAN PC

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

IVAN ANGGIA SITOHANG 120801077

(5)

PENGHARGAAN

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas setiap kasih karunia dan rahmat-Nya yang begitu besar, penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi dengan judul “Sistem Pemantauan dan Pengukuran Suhu Tinggi Secara Real Time dengan Jarak Jauh Berbasis Mikrokontroler dan Tampilan PC”, yang diajukan sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains di Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.

Selama pembuatan skripsi ini penulis banyak menerima bantuan dan masukkan dari berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung, untuk itu dengan segala kerendahan hati izikanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Bisman Perangin-angin M.Eng.Sc dan Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam melaksanakan penelitian hingga penyelesaian penulisan skripsi ini. 2. Bapak Drs. Takdir Tamba M.Eng.Sc dan Bapak Junedi Ginting, M.Si selaku

Dosen Penguji yang memberikan saran dan masukan demi perbaikan skripsi yang lebih bagus.

3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, dan Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, Kak Tini, Bang Johaidin dan Kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika, seluruh dosen, staf dan pegawai Departemen Fisika FMIPA USU yang telah membantu dan membimbing dalam menyelesaikan skripsi ini.

4. Kedua orangtua saya yang tercinta Ayahanda Janen Sitohang dan Ibunda Benta Nainggolan yang memberikan cinta kasih, doa, semangat, motivasi, dan nasehat yang luar biasa tak ternilai bagi saya, serta kakak dan adik saya Irma Mariany Sitohang dan Irwan Noviardi Sitohang yang selalu memberikan doa, kasih sayang, perhatian dan dukungan kepada saya selama menyelesaikan skripsi ini.

5. Kepada Saudara-saudaraku Physics On Fire: Roi Sugara Sianipar, Eko Gunarso Tamba, Andrianus Sembiring, Jekson Siahaan, Fransisco Purba, Yani

(6)

Permata Sari, Fitry Silaban, Carmelita Oktoriani Simanjuntak, Eni Indriani Sinaga, Zefanya Pardosi, Wils Osvaldo Bangun, Franki L.A.Sitinjak, Cyndi Rointan P, M. Ari Fahril, Ivo Zoel Sembiring, Muhammad Fauzy, Cut Hani Safira, Dewi Suryani, Riris Julita Tambunan, Muslim Ali, Mia Aulia Dhika, Mareanus Mendrofa, Mhd.Sabran Abbas, Rudi, Muhammadin Hamid, Melpa Simamora, Erza Setya Dana, Miftah Habibi, Marta Masniary Nainggolan, Benget L. Hutagaol, Josapat Simangunsong, Diego Van Castro, Roby Yetsun Jaya, Elisabeth F Sinaga, Ilhamsyah Lubis, Dodi Eriza, Santa Simanjuntak, Sulistra Simamora, Tania Christiyanti, Mutia Rizki Lubis, Amar Hara Chaniago, Sri Hani, Abdul Halim, Komting Muhammad Iqbal, Frisanto Simbolon, Rina Apulina Bukit, Kristriarawati, Firman Lamsyah, Eltrisman A.S. Ndruru, Rahmad S. Nasution, M. Taufik , Karyaman H. Zebua, Toby E. L.Batu, Kartika Ermawan, Lyana Amirani, Betaria Siahaan, Hafsah Khairunnisa, Yoel Sitanggang, Leonardo Tamba, Zippo B. Sijabat, Novia Ginting, Lagito, Deny A. Pandiangan, Eduardo Silalahi. Untuk 4 tahun perjalanan kuliah kita selama ini terima kasih untuk semua dukungan, semangat, cerita dan pengalaman yang kita lewati bersama. Kalian tidak akan pernah terlupakan.

6. Teman-taman asisten Laboratorium Elektonika Lanjutan Kak Ketty, Cyndi, Mutia, Josapat, Sri Rahayu, Tahi Sinambela, Yupa, dan Arnita. Terima Kasih untuk semua dukungan, semangat, cerita, dan semua yang sudah kita kerjakan bersama di Laboratorium ELAN, kalian tidak akan pernah terlupakan.

7. Abang-kakak senior dan adik-adik stambuk, 2014, 2015, serta seluruh keluarga besar Ikatan Mahasiswa Fisika (IMF).

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih memiliki banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi perbaikan dan kesempurnaan skripsi ini, dengan harapan semoga skripsi ini bermanfaat bagi yang membacanya.

(7)

DAN TAMPILAN PC

ABSTRAK

Telah dirancang sistem pemantauan dan pengukuran suhu tinggi secara real time dengan jarak berbasis mikrokontroler dan tampilan PC. Pusat kontrol dari sistem ini adalah mikrokontroler ATMega8535. Alat ini terdiri dari sensor termokopel tipe K untuk mengukur suhu, Modul RS485 sebagai modulator dan demodulator signal digital, MAX232 sebagai komunikasi serial untuk menghubungkan RS485 ke PC, PC (Personal Computer) untuk menampilkan data hasil pada display berupa grafik dan nilai suhu. Prinsip kerja alat ini secara umum adalah sistem dihubungkan ke sumber tegangan PLN dengan menggunakan adaptor, Pada saat sistem diaktifkan, mikrokontroler akan membaca suhu melalui sensor termokopel. Tegangan yang dihasilkan oleh sensor dikalibrasi oleh mikrokontroler ATMega8535. Kemudian dikeluarkan secara serial ke modul RS485. Modul RS485 kemudian mengirim data tersebut melalui kabel khusus ke modul RS485 lainnya. Modul RS485 pada ujung kabel terhubung pada sebuah PC. PC kemudian menampilkan data pada display monitoring sistem telemetri suhu.

Kata Kunci : Sensor Termokopel tipe K, ATMega8535, Modul RS485, Pengukuran Suhu, Sistem Monitoring

(8)

MONITORING SYSTEM AND MEASUREMENT OF HIGH TEMPERATURE IN REAL TIME WITH LONG DISTANCE BASED

MICROCONTROLLER AND PC DISPLAY

ABSTRACT

Has been designed a monitoring system and measurement of high temperature in real time with long distance based microcontroller and pc display. The control center of this system is a microcontroller ATMega8535. This device consists of a K-type thermocouple sensors to measure temperature, RS485 module as a digital signal modulator and demodulator, MAX232 as an RS485 serial communication for connecting to PC, PC (Personal Computer) to display data on a display result in the form of graphs and temperature values. The working principle of this device is generally connected to the system voltage source PLN using an adapter, When the system is activated, the microcontroller will read the temperature through a thermocouple sensor. The voltage generated by the sensor is calibrated by microcontroller ATMega8535. Then issued to the serial RS485 module. RS485 module then send that data via a special cable RS485 module to another. RS485 module at the end of the cable connected to PC. PC then displays the data on display monitoring telemetry system temperature.

Keywords: Sensor Thermocouple type K, ATMega8535, Module RS485, Temperature Measurement, System Monitoring

(9)

DAFTAR ISI Halaman Persetujuan i Pernyataan ii Penghargaan iii Abstrak v Abstract vi

Daftar Isi vii

Daftar Tabel ix Daftar Gambar x Daftar Lampiran xi Bab 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Rumusan Masalah 2 1.3. Batasan Masalah 2 1.4. Tujuan Penelitia 3 1.5. Manfaat Penelitian 3 1.6. Sistematika Penulisan 3 Bab 2. Tinjauan Pustaka

2.1 Sensor Suhu Termokopel tipe K 5

2.2 RS485 6

2.2.1 MAX 232 10

2.3 Mikrokontroler 11

2.3.1 Mikrokontroler AVR Atmega 8535 11 2.3.2 Arsitektur AVR ATmega 8535 12 2.3.3 Konfigurasi pin Mikrokontroler

ATmega 8535 14

2.3.4 Deskripsi pin-pin pada Mikrokontroler

ATMega8535 15

2.3.5 Peta Memori ATmega 8535 17

2.3.5.1 Memori Program dan Data 17

2.3.6 Status Register 18

2.4 Penguat Tegangan IC LM 324 19

2.4.1 Karakteristik Ideal Penguat Operasional 20 2.4.1.1 Penguatan Tegangan Lingkar Terbuka 21

2.4.1.2 Tegangan Ofset Keluaran 21

2.4.1.3 Hambatan Masukan 22

2.4.1.4 Hambatan Keluaran 22

2.4.1.5 Lebar Pita 22

2.4.1.6 Waktu Tanggapan 23

(10)

Bab 3. Perancangan Sistem

3.1 Diagram Blok Sistem 25

3.1.1 Penjelasan Fungsi Tiap Blok Sistem 25 3.2 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535 26 3.3 Sensor Suhu (Termokopel Tipe K) 27 3.4 Rangkaian Modulasi RS485 28

3.5 Rangkaian Power Supply 29

3.6 Rangkaian Penguat Tegangan IC LM 324 30 3.7 PC (Personal Computer) 30 3.8 Diagram Alir Sistem (Flowchart) 32 3.8.1 Diagram Alir Sistem Mikrokontroler ATMega8535 32 3.8.2 Diagram Alir Sistem Visual Basic 33 Bab 4. Pengujian Alat dan Program

4.1 Pengujian Rangkaian Sensor Suhu (Termokopel Tipe K) 34 4.2 Pengujian Rangkaian Modulasi RS485 35 4.3 Pengujian Rangkaian Penguat Tegangan IC LM 324 36 4.4 Pengujian Tampilan Grafik Pengukuran Suhu

dan Alarm Pada PC 37

4.5 Perbandingna Pengukuran Suhu antara Alat dengan

Alat Ukur Standar 44 4.6 Pengujian Alat Secara Keseluruhan 45 Bab 5. Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan 50 5.2 Saran 50 Daftar Pustaka 51 Lampiran 52

(11)

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Pengiriman data (transmitting) 9 Tabel 2.2 Penerimaan data (receiving) 9

Tabel 2.3 Deskripsi pin-pin AVR ATmega 8535 15

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Tegangan Keluaran pada Sensor

Suhu Termokopel 34

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran pada Rangkaian Modulasi RS485 36 Tabel 4.3 Hasil Pengukuran pada Rangkaian Penguat

Tegangan IC LM 324 37

Tabel 4.5 Hasil Perbandingan Pengukuran Suhu anatara Alat

dengan Alat Ukur Standar (Termometer Digital) 44

(12)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Termokopel tipe K 5

Gambar 2.2 Komunikasi Data Master dan 32 Slave 7

Gambar 2.3 Bagan IC SN75176 8

Gambar 2.4 Grafik kecepatan transfer data vs panjang kabel data 10

Gambar 2.5 Blok Diagram dan Arsitektur ATmega 8535 13

Gambar 2.6 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATmega853515 14

Gambar 2.7 Memori AVR ATmega8535 18

Gambar 2.8 Status Register 18

Gambar 2.9 Simbol Penguat Operasional 20

Gambar 2.10 Penguat Noninverting Sederhana 23

Gambar 2.11 Penguat Inverting Sederhana 24

Gambar 3.1 Diagram Blok 25

Gambar 3.2 Rangkaian Mikrokontroler Atmega8535 26

Gambar 3.3 Prinsip Dasar Sensor Termokopel tipe K 27

Gambar 3.4 Koneksi Termokopel ke Input Rangkaian Penguat 28

Gambar 3.5 Rangkaian Modulasi RS485 28

Gamabr 3.6 Diagram sinyal RS485 29

Gambar 3.7 Rangkaian Power Supply 29

Gambar 3.8 Rangkaian Penguat Tegangan 30

Gambar 3.9 Personal Computer (PC) 31

Gambar 3.10 Diagram Alir Sistem Mikrokontroler 32

Gambar 3.11 Diagram Alir Sistem Visual Basic 33

Gambar 4.1 Pengukuran pada Rangkaian Modulasi RS485 35

Gambar 4.2 Pengukuran pada Rangkaian Penguat Tegangan IC LM 324 36

Gambar 4.3 Tampilan Grafik Pengukuran suhu 43

(13)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Lampiran Judul Halaman 1. Listing Program dari seluruh sistem 52 2. Listing program visual basic untuk menampilkan

grafik suhu dan alarm pada PC 56

3. Gambar Komponen 61

4. Gambar Alat Secara Keseluruhan 62