TUGAS AKHIR PENDINGIN AIR UNTUK KOMPUTER

i

TUGAS AKHIR

PENDINGIN AIR UNTUK KOMPUTER

Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh:

BENIDICTUS MARIO GERRY ADITYA NIM: 065114004

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

ii

FINAL PROJECT

WATER COOLER FOR COMPUTER

Presented as a Partial Fulfillment of the Requirements for S1 Degree in Electrical Engineering Department, Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University

By:

BENIDICTUS MARIO GERRY ADITYA Student Number: 065114004

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN

Tugas Akhir ini kupersembahkan untuk….

Bapa di Surga yang selalu membimbingku

vii

HALAMAN MOTTO HIDUP

Age Quod Agis

sebuah semboyan berbahasa latin yang berarti,

ix

INTISARI

Pendingin komputer saat ini masih banyak yang menggunakan heatsink standar bawaan pabrik yang terbukti tidak dapat menurunkan suhu prosesor secara signifikan. Karena suhu komputer yang berlebihan dapat membuat computer mengalami kerusakan.

Pada penelitian ini penulis menggunakan thermoelectric sebagai komponen utama dan coolant air yang disalurkan melalui selang untuk mendinginkan prosesor komputer. Data dari sensor suhu pada plant pendingin melalui ADC internal diubah ke digital dan diproses lebih lanjut bersama data suhu komputer yang melalui komunikasi serial. Kemudian kedua data akan dibandingkan dengan nilai set point dan akan menghasilkan dua nilai error yaitu error1 dan error 2. Kemudian nilai error-error ini akan diolah sesuai aturan fuzzy menggunakan ATMega 32. Data yang diolah akan ditampilkan di LCD dan komputer. Data disimpan dalam format exel sehingga dapat diolah dengan mudah dalam bentuk grafik. Data-data tersebut diolah menggunakan Visual Basic.

Dari hasil pengujian dan analisa, alat ini dapat bekerja dan dapat menekan suhu komputer hingga 34̊C.

x

ABSTRACT

Today’s computers cooling are still many who use the default factory standard heat sink that proved unable to significantly lower the processor temperature. Due to the excessive temperature of the computer can make the computer is damaged.

In this research the authors use as a major component of the thermoelectric cooler and the coolant water is channeled through a hose to cool the computer processor. The data from temperature sensors on the plant cooling through internal ADC are converted to digital and further processed by the computer temperature data via serial communication. Then the data will be compared with the set point value and generating two error values is error 1 and error 2. Then the value of this error will be processed in accordance with fuzzy rules using ATMega 32. The data are processed will be displayed on the LCD and the computer. Data is stored in Excel format so it can be processed easily in graphical form. Data processed by using Visual Basic.

From the test result and analysis, these tools can work a computer and can suppress the temperature to 34 C.

xi

KATA PENGANTAR

Ucapan syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala penyertaan dan bimbingannya sehingga tugas akhir dengan judul “WATER COOLER FOR COMPUTER” ini dapat diselesaikan dengan baik.

Selama menulis tugas akhir ini, penulis menyadari bahwa ada begitu banyak pihak yang telah memberikan bantuan dengan cara masing-masing, sehingga tugas akhir ini bisa diselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :

1. Orangtua dan adik-ku tercinta atas doa dan kesabarannya.

2. Bapak Martanto, S.T.,M.T., selaku pembimbing yang penuh kesabaran memberikan saran dan kritik yang membantu penulis menyelesaikan tulisan ini.

3. Ibu Ir. Prima Ari Setiyani selaku pembimbing akademik Teknik Elektro yang telah banyak memberikan saran dalam pembuatan tulisan ini.

4. Ibu Wuri Harini sebagai ketua jurusan Teknik Elektro yang telah banyak memberikan saran dalam pembuatan tulisan ini.

5. Bapak Ir. Tjendro selaku dosen Teknik Elektro yang telah banyak memberikan saran dalam pembuatan tulisan ini.

6. Teman-temanku sekalian, Hardy Boyfonda Doko,S.T., Damasus Kristianto P.N,S.T., Wahyu Edifikar, Hary Septiawan yang telah memberikan masukan-masukan yang membantu penulis, dan Luwi Budi Santoso, Ricky Roland Manurung, Maleh Issa Jaya, Theo yang telah bersama-sama membantu dalam kerja lembur penulis.

7. Seluruh Dosen dan Laboran Teknik Elektro yang memberikan ilmu dan pengetahuan selama kuliah, dan pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu penulis.

Dengan rendah hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini sangat diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Terima Kasih

Yogyakarta, 11 Januari 2012

xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL dalam BAHASA INDONESIA ... i

HALAMAN JUDUL dalam BAHASA INGGRIS ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN ... vi

HALAMAN MOTO HIDUP ... vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... viii

xiii

2.3. Mikrokontroller AVR ATMega32 ... 10

2.3.1 Gambaran Umum ... 10

2.3.2 Fitur ATMega 32 ... 10

2.3.3 Arsitektur dan Konfigurasi Pin ATMega32 ... 10

2.3.4 Timer dan Counter ... 13

2.7.4 Penggunaan Komponen Command Button ... 21

2.7.5 Pengaksesan dengan menggunakan Kontrol MSComm ... 22

2.8. Sistem Kendali Fuzzy ... 22

2.8.1 Himpunan Klasik (crisp) ... 22

2.8.2 Logika Fuzzy ... 24

2.8.3 Fusifikasi (fuzzyfication) ... 25

2.8.4 Inferensi ... 26

2.8.5 Defusifikasi (defuzzyfication)... 27

BAB III. RANCANGAN PENELITIAN ... 29

3.1. Diagram Blok ... 29

3.2. Perancangan Hardware ... 32

3.2.1 Penguat Daya ... 32

3.2.2 Antarmuka ATMega 32 dengan HD44780 ... 33

3.2.3 Perancangan Sistem Minimum ATMega32 ... 34

xiv

3.3.1 Perancangan Program pada Mikrokontroler ... 37

3.3.1.1 Tampilan Awal Program ... 37

3.3.1.2 Pengolahan Data... 38

3.3.1.3 Fuzzy ... 39

3.3.2 Perancangan Membership ... 40

3.3.3 Perancangan Perangkat Lunak pada MVB2010 ... 41

3.3.3.1 Program Form Eksekusi ... 43

3.3.3.2 Interupsi Timer ... 44

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 45

4.1. Pengujian Plant ... 45

4.2. Hasil Pengujian Hardware ... 47

4.1.1 Pengujian Sensor Suhu ... 49

4.1.2 Pengujian LCD ... 51

4.1.3 Pengujian Komunikasa USB ... 52

4.1.4 Pengujian Penguat Daya ... 52

4.1.5 Pengujian Ketinggian Air ... 53

4.3. Pengujian Program pada Visual Basic ... 53

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 58

DAFTAR PUSTAKA ... 60

xv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Diagram Blok Pengendalian Sistem Watercooling ... 4

Gambar 2.1 Effect Paltier yang terjadi pada rangkaian tertutup pada dua buah logam yang berbeda[4] ... 7

Gambar 2.2 (a) Penampang Thermoelectric dengan sepasang sambungan tipe –“N” dan tipe-“P”[ 5] ... 7

(b) Karakteristik Thermoelectric [5] ... 7

Gambar 2.3 Sensor Suhu LM35 [7] ... 8

Gambar 2.4 (a) Potensiometer ... 8

(b) Potensiometer ... 8

Gambar 2.5 (a) Photocoupler TLP52, (b) Rangkaian ekivalen [8] ... 9

Gambar 2.6 Rangkaian MOSFET sebagai saklar ... 9

Gambar 2.7 Konfigurasi pin ATMega 32 [9] ... 11

Gambar 2.15 Tampilan Visual Basic 2010 Professional [15] ... 20

Gambar 2.16 Himpunan kabur Dingin, Sejuk, dan Normal ... 23

Gambar 2.17 Tahapan proses dalam logika fuzzy [18] ... 24

Gambar 2.18 Fungsi keanggotaan temperature_pendingin ... 25

Gambar 3.1 Diagram blok Rancangan ... 29

Gambar 3.2 (a) Penampang Plant dan komputer ... 30

(b) Penampang Heatsink ... 31

xvi

Gambar 3.4 (a) Karakteristik output MOSFET IRF540 ... 32

(b) Rangkaian IRF ... 33

Gambar 3.5 Rangkaian LCD ... 34

Gambar 3.6 Rangkaian Osilator ... 34

Gambar 3.7 Rangkain Reset ... 36

Gambar 3.8 Rangkain Mikrokontroler ATMega 32 ... 36

Gambar 3.9 Diagram Alir Program Utama ... 38

Gambar 3.10 Diagram Alir tampilan awal LCD ... 38

Gambar 3.11 Diagram Alir Fuzzy ... 39

Gambar 3.12 Membership error 1 dan error 2 ... 40

Gambar 3.13 Membership Output PWM ... 40

Gambar 3.14 Rencana tampilan form eksekusi Visual Basic ... 41

Gambar 3.15 (a) Rencana form awal saat akan menyimpan data. ... 42

(b) Rencana form untuk menyimpan data ... 42

Gambar 3.16 Rencana tampilan form eksekusi Visual Basic ... 43

Gambar 3.17 Diagram Alir Program Eksekusi ... 44

Gambar 3.18 (a) Diagram Alir intrerupsi timer mengambil data pada buffer serial... 44

(b) Diagram Alir interupsi timer untuk menyimpan data pada Visual Basic 2010] ... 44

Gambar 4.1 Tampilan program SpeedFan 4.45 ... 46

Gambar 4.2 Bentuk plant yang digunakan (a) Waterblock yang dipasang pada procesor... 48

(b) Tampak depan ... 48

(c) Tampilan antarmuka pada plant. ... 48

Gambar 4.3 Plant Tampak samping ... 49

Gambar 4.4 Hasil tampilan LCD (a) Tampilan awal LCD saat supply dihidupkan. ... 51

xvii

Gambar 4.6 Tampilan form “Help (About)” ... 55

Gambar 4.7 Tampilan form “Setting” ... 55

Gambar 4.8 Contoh data yang disimpan pada komputer ... 56

xviii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Konfigurasi bit clock select untuk memilih

sumber clock TCRR0[10] ... 13 Tabel 2.2 Konfigurasi bit clock select untuk memilih

sumber clock TCRR1B[10] ... 13 Tabel 2.3 Konfigurasi bit clock select untuk memilih

sumber clock TCRR2[10] ... 14 Tabel 2.4 Perbandingan USB dengan interface lain [12]... 19 Tabel 3.1 Konfigurasi PORT MIkrokontroler yang akan digunakan 37 Tabel 3.2 Aturan-aturan kendali fuzzy yang di gunakan ... 39 Tabel 4.1 Perbandingan Suhu Processor berdasarkan set-point ... 45 Tabel 4.2 Perbandingan PWM keluaran antara data dengan teoritis 47 Tabel 4.3 Perbandingan antara thermometer digital dengan sensor

suhu LM35 ... 50 Tabel 4.4 Sampel komunikasi antara ATMega 32 dengan Visual Basic

di komputer ... 47 Tabel 4.5 Hasil Pengujian keluaran penguat daya(supply 12V dan

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari, banyak anggota masyarakat telah menggunakan komputer sebagai alat penunjang/ mempermudah pekerjaan (video rendering, video editing, music editing) dan sarana refresing (game,

multimedia seperti music, video). Saat menyalakan komputer dan

menggunakannya untuk beberapa waktu lamanya, komputer tersebut akan

menimbulkan panas pada beberapa bagian komponennya. Pendingin dalam

computer digunakan untuk mendinginkan CPU dari panas berlebih. Komputer memerlukan suatu sistem pendingin yang digunakan untuk mendinginkan CPU (Central Processing Unit). Adapun contoh pendingin yang beredar di kalangan

masyarakat antara lain adalah Heatsink, Heatsink dengan kipas, Liquid Nitrogen, dan Watercooling [1].

Jika panas yang dihasilkan tidak dapat diatasi, maka dapat

menyebabkan kerusakan yang serius pada beberapa komponen komputer.

Komponen pendingin yang utama dalam komputer salah satunya yang masih

banyak digunakan adalah kipas pendingin pada CPU (Prosesor). Sebagian besar

pengguna komputer tidak menyadari pentingnya kipas pendingin CPU ini. Hal

ini disebabkan kurangnya pengetahuan atau bahkan ketidakpedulian pengguna

kepada pentingnya komponen ini. Jadi sangatlah penting untuk mengetahui

fungsi kipas pendingin pada CPU karena CPU adalah otak dari komputer.

Apabila melakukan pembersihan secara rutin pada kipas ini, maka hal itu akan

terhindar dari kerusakan yang disebabkan oleh panas pada CPU yang terlalu

berlebihan. Kelemahan dari digunakannya kipas pendingin ini adalah suara

dilakukan agar fungsi kipas bekerja dengan baik, dan tidak stabilnya suhu

prosessor pada kondisi bekerja penuh (full load).

Berdasarkan hal di atas, penulis ingin membuat sebuah aplikasi pendingin komputer menggunakan bahan penghantar panas berupa air yang dapat mendinginkan prosesor komputer. Sistem ini menggunakan air coolant yang memiliki kalor jenis lebih besar dari air biasa sebagai media penghantar panas dan menggunakan thermoelectric untuk mendinginkan coolant tersebut. Cairan coolant yang di gunakan sebagai media penghantar diharapkan dapat segera didinginkan menggunakan Thermoelectric dibandingkan menggunakan sistem radiator. Sistem pendingin hasil penelitian ini diharapkan dapat mendinginkan prosessor CPU sehingga terhindar dari kerusakan akibat panas CPU yang berlebihan.

1.2

Tujuan dan Manfaat

Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan sebuah pendingin yang dapat bekerja mendinginkan prosesor sesuai dengan set point yang ditentukan dan dapat bekerja secara terus menerus dan memperoleh suatu pendingin komputer yang stabil dan mudah dalam perbaikan dan perawatan.

Manfaat dari penelitian ini adalah untuk menambah literature aplikasi antara devais, elektronika analog, elektronika digital dan mikrokontroler.

1.3 Batasan Masalah

Batasan sistem pada penelitian ini adalah: a. Sistem pendingin menggunakan set point = 25 ̊C.

b. Sistem pendingin menggunakan coolant air sebagai media penghantar panas.

d. Komunikasi antara sistem pendingin dengan komputer menggunakan USB.

Komponen-komponen yang digunakan:

a. Mikrokontroler ATMega 32.

b. Thermoelectric sebagai pendingin air.

c. IRF540 (Mosfet) sebagai driver Thermoelectric.

d. LM35 (Precision Centigrade Temperature Sensor) sebagai sensor untuk mendeteksi suhu air dan potensio digunakan untuk mengetahui ketinggian air.

e. IC FT232RL sebagai komunikasi USART to USB.

f. LCD (Liquid Crystal Display) 16x2, dan Visual Basic sebagai penampilnya.

g. Waterblock sebagai pengganti heatsink komputer dan pompa digunakan

untuk mengalirkan air.

1.4 Metodologi Penelitian

Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah: a. Studi Literatur

Mempelajari karakteristik Thermoelectric, prinsip kerja dari sistem watercooling otomatis mengunakan teknologi Thermoelectric (Effect

Peltier), IC FT232RL USB to USART, Mikrokontroler ATMega 32.

b. Perencanaan dan Pembuatan Alat

Dari Gambar 1.1, rangkaian akan bekerja berdasarkan data yang didapat oleh sensor. Potensiometer digunakan untuk mengukur ketinggian air pada coolant tank, LM35 untuk mengukur suhu air pada coolant tank, dan sensor suhu pada processor. Rangkaian ini bekerja untuk mencapai nilai set point dengan feedback berupa sensor LM35 dan sensor pada komputer, dan jika telah mencapai nilai tersebut rangkaian ini mempertahankan nilai set point tersebut dengan Fuzzy Logic Controller, dengan bebannya berupa thermoelectric yang dikontrol dengan menggunakan PWM. Plant harus terhubung dengan komputer agar plant tetap akan mencapai nilai set point yang telah ditentukan dengan feedback berupa sensor LM35.

c. Pengujian Alat

Variabel yang digunakan dalam pengujian ini berupa suhu processor, suhu air pada coolant, dan suhu processor yang di simpan dalam program visual basic dan ketinggian air yang ditampulkan pada penampil LCD.

d. Analisa dan Pengambilan Kesimpulan

Analisa dan pengambilan kesimpulan dilakukan dengan mengacu pada data yang diperoleh dan dari tingkat keberhasilan pendingin dalam mencapai set point yang diinginkan.

6

BAB II

DASAR TEORI

Bab ini membahas teori tentang termoelektrik, potensiometer, IRF540,

LCD (Liquid Crystal Display), sensor suhu (LM35), komunikasi USB-USART

FT232RL, Fuzzy Logic Controller (kendali dengan Fuzzy Logic), dan

Mikrokontroler ATMega 32.

2.1

Thermoelectric

Thermoelectric merupakan sebuah fenomena terjadinya perubahan

sifat-sifat termodinamika menjadi sifat-sifat-sifat-sifat elektrik dan sebaliknya [2]. Dua buah batang dari bahan logam yang berbeda disambungkan pada kedua ujungnya sehingga membentuk sebuah rangkaian tertutup. Fenomena ini dinamakan efek Seebeck, karena ditemukan oleh Thomas Seebeck pada tahun 1821. Begitu pula

bila dilakukan hal yang sebaliknya, yaitu jika rangkaian tertutup dari dua batang logam berbeda bahan yang disambungkan tersebut dialirkan arus listrik. Pada salah satu ujung sambungan akan menyerap kalor, sehingga menjadi hangat dan pada ujung sambungan lainnya akan terasa dingin. Fenomena ini ditemukan Jean Charles Athanase Peltier pada tahun 1834, sehingga dinamakan efek Peltier.

Efek Peltier inilah yang menjadi dasar bagi cooling termoelektrik. Dengan menempatkan ujung dari sambungan yang menyerap kalor pada ruang yang akan didinginkan, ruang tersebut lama-kelamaan akan menjadi dingin akibat kalor dipindahkan ke tempat lain hanya menggunakan energi elektrik[3].

Gambar 2-1 Effect Paltier yang terjadi pada rangkaian tertutup pada dua buah logam yang berbeda[4]

(a)

(b)

Ketika elektron berpindah dari bahan tipe P ke bahan tipe N melalui suatu sambungan elektrik, elektron melompat ke energi yang lebih tinggi dengan menyerap energi panas (pada sisi dingin). Secara berlanjut melalui kisi-kisi bahan, elektron mengalir dari bahan tipe N ke bahan tipe P melalui suatu sambungan elektrik, sambil melepaskan keadaan energi panas yang melemah ke bagian sisi panas.

2.2

Rangkaian Elektronis

2.2.1 Sensor Suhu LM35

Sensor suhu LM35 mempunyai kemampuan untuk mengetahui suhu suatu ruangan dalam skala °C (Celcius) dengan keluaran tegangan linier + 10.0 mV/°C, dapat bekerja pada tegangan 5V-30V, dengan rentang suhu -55°C s/d 150°C[7]. Gambar dari sensor LM35 ditunjukkan pada Gambar 2-3.

Gambar 2-3 Sensor Suhu LM35 [7]

2.2.2 Potensiometer

Potensiometer adalah resistor variable tiga terminal dengan sambungan geser atau putar yang membentuk pembagi tegangan yang dapat disetel. Potensiometer digunakan sebagai pengukur ketinggian, pada potensio diberikan sebuah pelampung yang dapat mengapung di atas permukaan caiaran.

Gambar dari Potensiometer dan rangkaiannya ditunjukan pada gambar 2-4.

(a) (b)

2.2.3

Photocoupler

TLP521

Photocoupler merupakan komponen yang berfungsi sebagai swicthcing

atau saklar. Photocoupler ini memiliki maksimal Collector-Emiter Voltage sebesar 55V, Isolation Voltage 2500Vrms, Rise Time 3us dan Fall Time 2us[8]. Photocoupler ini digunakan sebelum rangkaian mosfet. Gambar dari Photocoupler

TLP521 ditunjukkan di Gambar 2-5.

(a) (b)

Gambar 2-5 (a)Photocoupler TLP52,(b) Rangkaian ekivalen [8]

2.2.4

MOSFET

Sebagai Saklar (IRF 540)

Rangkaian MOSFET (IRF540) sebagai saklar ditunjukkan pada Gambar 2-6. MOSFET mampu menangani arus dan tegangan yang lebih besar dibandingkan dengan transistor BJT biasa dan hampir tidak diperlukannya arus pada Gate untuk dapat bekerja, karena besarnya 𝐼𝐷 dipengaruhi oleh besarnya 𝑉_𝐺𝑆. Rangkaian ini digunakan sebagai saklar, maka besarnya 𝐼_𝐷 dibatasi oleh besarnya beban, dengan nilai maksimal 𝐼_𝐷 adalah:

𝐼𝐷 = 𝑉_𝑅𝐶𝐶_𝐿 (2.3)

2.3

Mikrokontroler AVR seri AT Mega 32

2.3.1 Gambaran Umum

Mikrokontroler AVR Seri ATmega8535 memiliki arsitektur Reduced Instruction Set Computing (RISC) 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam

kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock[9].

2.3.2 Fitur ATMega 32

Detail dari AT Mega 32 adalah sebagai berikut: a. Mikrokontroler AVR berkemampuan tinggi. b. Mikrokontroler 8-bit berdaya rendah.

c. Memory Flash sebesar 32-Kilobyte.

d. EEPROM sebesar 1024 byte.

e. SRAM sebesar 2 Kilobyte.

f. Dua buah Timmer / Counter 8 bit. g. Satu buah Timmer / Counter 16 bit.

h. PWM (Pulse Width Modulation) sebanyak 4 kanal (channels). i. ADC (Analog –to- Digital Conveter) 10 bit.

j. Port komunikasi serial (USART).

k. Antar muka SPI (Serial Periperal Interface). l. Unit Interupsi internal dan external.

m. Saluran I/O sebanyak 32 buah, terdiri dari Port A, Port B, Port C, Port D.

n. Kecepatan Maksimal 16 MHz.

2.3.3 Arsitektur dan Konfigurasi

Pin

AT Mega 32

Gambar 2-7 Konfigurasi pin ATMega 32 [9]

Konfigurasi pin yang digunakan adalah[9]:

a. Pin 10, merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan daya/VCC.

b. Pin 11 dan 31, merupakan pin yang berfungsi sebagai ground.

c. Port D.0 (RXD) dan port D.1 (TXD), merupakan port USART

(Universal Asyncronous Reciver/Transmitter) yang berguna untuk komunikasi serial.

d. Port D.5 (OC1A), merupakan pin yang berfungsi sebagai output

PWM.

e. Port A (PA0...PA7), merupakan pin yang berfungsi sebagai input ADC.

f. Port B (PB0...PB7) dan port C (PC0..PC7), sebagai pin I/O dua

arah.

g. Pin 9, sebagai reset mikrokontroler.

j. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi untuk ADC.

Arsitektur AT Mega 32 dapat dilihat di Gambar 2-8.

Gambar 2-8 Arsitektur ATMega 32 [9]

ALU (Arithmetic Logic Unit) adalah processor yang bertugas mengeksekusi (exsecutor) kode program yang ditunjuk oleh program counter.

Program memory adalah memori flash PEROM yang bertugas menyimpan

program (software) yang di buat dalam bentuk kode-kode program yang telah di compile berupa bilangan heksa atau biner.

Program Counter (PC) adalah komponen yang bertugas menunjukan ke

ALU alamat program memory yang harus diterjemahkan kode programnya dan dieksekusi.

Tiga puluh dua General Purpose Working Register (32 GPR) adalah register file atau ruang kerja yang mempunyai ruangan 8-bit. Tugas GPR adalah

tempat ALU mengeksekusi kode-kode program, setiap instruksi ALU melibatkan GPR.

Static Random Accses Memory (SRAM) adalah RAM yang bertugas

Internal Pheripheral adalah peralatan/modul internal yang ada dalam

mikrokontroler seperti Port I/O, Interupsi Internal, Interupsi External, Timer/Counter, USART, EEPROM, dan lain-lain. Setiap peralatan mempunyai

register port (register I/O) yang mengendalikan peralatan internal tersebut.

2.3.4

Timer

dan

Counter

AVR Atmega32 memiliki tiga buah timer, yaitu Timer / Counter 0 (8- bit), Timer / Counter 1 (16 bit), dan Timer / Counter 2 (8 bit).

a. Timer / Counter 0

Pengaturan diatur oleh TCCR0 (Timer / Counter Control Register 0) yang dapat dilihat pada Gambar 2-9 dan Tabel 2-1.

Gambar 2-9 Register TCRR0[10]

Tabel 2-1 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clock[10]

b. Timer / Counter 1

Pengaturan diatur oleh TCCR1B (Timer / Counter Control Register 1B) yang dapat dilihat pada Gambar 2-10 dan Tabel 2-2.

Tabel 2-2 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clock[10]

c. Timer / Counter 2

Pengaturan diatur oleh TCCR2 (Timer / Counter Control Register 2) yang dapat dilihat pada Gambar 2-11 dan Tabel 2-3.

Gambar 2-11 Register TCRR2[10]

Tabel 2-3 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clock[10]

2.3.5 USART

ATMega 32 telah dilengkapi dengan Universal Synchronous and Asynchronous serial Reciver and Trasmitter (USART). Melalui USART dapat

Sistem USART ATMega 32 memiliki beberapa keuntungan dibandingkan sistem UART, yaitu:

1. Operasi full dulplex

2. Mode operasi asinkron dan sinkron 3. Mendukung komunikasi multiprocessor 4. Mode kecepatan transmisi berordo Mbps

Komunikasi USART dilakukan melalui pin RXD (PD0) dan TXD (PD1) serta pin XCK (PB0) untuk komunikasi synchronous. Untuk mengontrol USART digunakan register UCSRA, UCSRB, UCSRC (USART Control and Status Register A, B, C) dan UBRR (USART Baud Rate Register).

2.3.6 ADC (

Analog-to-Digital Converter)

Proses inisialisasi ADC meliputi process penentuan clock, tegangan referensi, format output data, dan metode pembacaan. Register yang perlu di set 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. ADCSRA merupakan register 8 bit yang berfungsi melakukan manajemen sinyal kontrol dan status dari ADC.

2.4

LCD 16x2 (HD44780)

HD44780 merupakan LCD matriks dengan konfigurasi 16 karakter dengan jumlah baris 2 buah. Setiap karakter dibentuk oleh 8x5 atau 10x5 pixel. Gambar 2-12 menunjukan konfigurasi kaki pada kaki LCD.

Pin pada LCD adalah sebagai berikut:

• Pin 1 (VCC) : tegangan +5V untuk catu LCD.

• Pin 2 (GND) : tegangan 0V (ground) LCD.

• Pin 3 (Vee/Vdd) : tegangan pengatur contras LCD.

• Pin 4 (RS) : Register Select, pin pemilih register yang akan di akses.

• Pin 5 (R/W) : Mode baca atau tulis LCD.

• Pin 6 (E) : pin untuk mengaktifkan clock LCD.

• Pin 7-14 (D0-D7) : jalur bus data.

• Pin 15 (Anoda) : tegangan positif untuk backlight modul LCD, sekitar 4,5Volt.

• Pin 16 (Katoda) : tegangan positif untuk backlight modul LCD, sebesar 0Volt.

2.4.1 Proses Menampilkan Karakter di LCD

Untuk menampilkan karakter di LCD dilakukan dengan mengirimkan kode ASCII melalui jalur bus data. Jalur bus data dapat menggunakan 8bit atau hanya 4 bit saja. Jika menggunakan jalur bus data 4bit maka jalur bus data yang digunakan hanya D7…D4 saja dan dilakukan 2 kali dengan mengirimkan data nibble high dan nibble low. Proses diawali terlebih dahulu dengan memberikan logika 1 pada pin

2.5

Universal Serial Bus

(USB) FT232RL

USB merupakan salah satu standar interface dalam proses transfer data antar komputer terutama dalam bentuk serial transfer. Standar ini digunakan untuk interface antara peralatan terminal data dan komunikasi data.

IC FT232RL merupakan IC USB to Asynchronous Serial Data Transfer Interface. Beberapa karakteristik fungsionalnya adalah sebagai berikut:

1. Chip USB untuk asynchronous serial data transfer interface.

2. Konfigurasi CBUS I/O pins.

3. Antarmuka UART dukungan untuk 7 atau 8 bit data, bit 1 atau 2 stop bits dan odd /

even / mark / space / no parity.

4. Single Supply Operation. +3.3V (menggunakan osilator eksternal) sampai dengan +5.25V (osilator internal) .

5. Terintegrasi clock generation tanpa membutuhkan external crystal dan optional clock output.

6. Mendukung bus powered, self powered dan high-power bus powered USB

configurations.

2.6

Konfigurasi USB-B

Universal Serial Bus (USB) adalah salah satu standar interkoneksi antara

komputer dengan peralatan eksternal yang mampu mendukung kecepatan di atas 1

Mbps (bandingkan dengan serial yang cuma 20 Kbps).

USB mempunyai beberapa kelebihan, diataranya:

1. Penggunaannya mudah. Cukup tancapkan peralatan USB ke konektor USB,

komputer akan langsung mendeteksi adanya peralatantersebut, tanpa perlu

merestart komputer (Plug and play).

2. Mendukung 3 tipe kecepatan (Low, Full, dan High Speed).

3. Adanya powerdown (suspend) yaitu apabila tidak digunakan, secara

otomatis, peralatanUSB akan mengalami suspend, sehingga konsumsi daya

bisa lebih kecil.

4. USB mensuply daya ke peralatan USB dengan arus sebesar 500 mA.

Sehingga apabila sebuah peralatanmemerlukan daya sebesar 500 mA,

maka peralatan tersebut tidak memerlukan tambahan daya.

5. USB bersifat multiplatform yaitu mendukung hampir semua sistem operasi.

Gambar 2-14 menunjukan konfigurasi pin pada USB-B .

(a) (b)

Keterangan:

1. VCC +5Volt

2. USB Data Signal Minus 3. USB Data Signal Plus 4. GND

Tabel 2-4 Perbandingan USB dengan interface lain [12]

2.7

Microsoft

Visual Basic

Gambar 2-15 Tampilan Visual Basic 2010 Professional[15]

2.7.1 Penggunaan Komponen

Timer

Timer adalah komponen pada toolbox yang digunakan untuk memberikan

suatu waktu tunda (delay) terhadap perintah yang dikenakan. Untuk menggunakan komponen timer langkah yang harus dilakukan adalah:

1. Mengambil komponen timer dari toolbox dan memasangnya pada form yang digunakan.

2. Memberikan waktu tunda dengan mengisikannya pada properti interval dengan persamaan waktu interval 1000 sama dengan 1 detik.

2.7.2 Penggunaan Komponen

Label

Untuk menggunakan komponen Label, langkah – langkahnya adalah: 1. Mengambil komponen Label dari Toolbox dan memasangnya pada form

yang digunakan.

2. Pada property caption diisikan dengan tulisan yang ingin ditampilkan pada form yang digunakan.

3. Pada property name dapat di isikan Nama dari pada komponen tersebut. 4. Komponen Label merupakan komponen visual sehingga dapat diatur

properti visible-nya untuk ditampilkan atau tidak pada form sesuai dengan kebutuhan yang diinginkan.

2.7.3 Penggunaan Komponen

TextBox

Untuk menggunakan komponen Textbox, langkah - langkahnya adalah: 1. Mengambil komponen Textbox dari Toolbox dan memasangnya pada

form yang digunakan.

2. Pada property caption di isikan dengan tulisan yang ingin ditampilkan pada form yang digunakan.

3. Pada property name dapat diisikan Nama dari pada komponen tersebut. 4. Komponen Textbox merupakan komponen visual sehingga dapat diatur

properti visible-nya untuk ditampilkan atau tidak pada form sesuai dengan kebutuhan yang diinginkan.

5. Komponen Textbox dapat digunakan untuk memberikan suatu perintah dengan memberikan input pada Textbox.

2.7.4 Penggunaan Komponen

Command Button

Untuk menggunakan komponen Command Button, langkah – langkahnya adalah:

2. Pada property caption di sikan dengan tulisan yang ingin ditampilkan pada form yang digunakan.

3. Pada property name dapat diisikan nama dari pada komponen tersebut. 4. Komponen Command Button merupakan komponen visual sehingga

dapat diatur properti visible-nya untuk ditampilkan atau tidak pada form sesuai dengan kebutuhan yang diinginkan.

5. Komponen Command Button dapat digunakan untuk memberikan suatu perintah dengan menambahkan program pada event-nya.

2.7.5 Pengaksesan dengan Menggunakan Kontrol MSComm

Kontrol MSComm menyediakan fasilitas komunikasi antara program aplikasi yang dibuat dengan port serial untuk mengirim atau menerima data. Setiap MSComm hanya menangani satu port serial sehingga jika ingin menggunakan lebih dari satu port serial, maka harus digunakan juga MSComm sebanyak port serial yang dipakai. Properti–properti MSComm yang sering digunakan adalah sebagai berikut:

• CommPort : digunakan untuk menentukan nomor port serial yang akan dipakai

• Setting : digunakan untuk menset nilai baud rate, pariti, jumlah bit data, dan jumlah bit stop

• PortOpen : digunakan untuk membuka ataupun menutup port serial yang dihubungkan dengan MSComm ini

• Input : digunakan untuk mengambil data string yang ada pada buffer penerima

• Output : digunakan untuk menulis data string pada buffer kirim

2.8

Sistem Kendali

Fuzzy

2.8.1

Himpunan Klasik (

crisp

)

• Satu (1), yang berarti bahwa suatu item menjadi anggota dalam suatu himpunan, atau

• Nol (0), yang berarti bahwa suatu item tidak menjadi anggota dalam suatu himpunan.

Misal, variable suhu ruangan yang dibagi menjadi 3 kategori yaitu: Dingin temperature_pendingin ≤ 16 ̊ C

Sejuk 16 ̊ C ˂ temperature_pendingin ˂26 ̊ C Normal temperature_pendingin ≥ 26 ̊ C

Nilai keanggotaan secara grafis, himpunan Dingin, Sejuk, dan Normal dapat dilihat di Gambar 2-16.

Gambar 2-16 Himpunan kabur Dingin, Sejuk, dan Normal

Pada Gambar 2-16 dapat dilihat bahwa:

o Apabila suhu pendingin 16 ̊ C, maka suhu pendingin tersebut dikatakan Dingin (µ_{𝐷𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛}(16) = 1).

o Apabila suhu pendingin 17 ̊ C, maka suhu pendingin tersebut dikatakan Tidak Dingin (µ_{𝐷𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛}(17) = 0).

o Apabila suhu pendingin 17 ̊C kurang 0.1 ̊ C, maka suhu pendingin tersebut dikatakan Tidak Dingin (µ_{𝐷𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛}(17-0.1) = 0).

o Apabila suhu pendingin 17 ̊ C, maka suhu pendingin tersebut dikatakan Sejuk (µ_{𝑆𝑒𝑗𝑢𝑘}(17) = 1).

o Apabila suhu pendingin 26 ̊ C, maka suhu pendingin tersebut dikatakan

Dari sini bisa dikatakan bahwa pemakaian himpunan crisp untuk menyatakan suhu pendingin sangat tidak adil, adanya perubahan kecil saja pada suatu nilai mengakibatkan perbedaan kategori yang cukup signifikan. Oleh karena itu digunakanlah himpunan fuzzy untuk mengantisipasi hal tersebut.

2.8.2 Logika

Fuzzy

Konsep Fuzzy Logic diperkenalkan oleh Prof. Lotfi Zadeh dari Universitas California di Berkeley pada 1965, dan dipresentasikan bukan sebagai suatu metodologi kontrol, tetapi sebagai suatu cara pemrosesan data dengan memperkenankan penggunaan partial set membership dibanding crisp set membership atau non-membership[17].

Logika fuzzy diimplementasikan dalam 3 tahap:

1. Tahap pengaburan (fuzzification), yaitu pemetaan dari masukan himpunan tegas ke himpunan kabur.

2. Tahap inferensi, yaitu pembangkitan aturan kabur (fuzzy).

3. Tahap penegasan (defuzziication), yaitu transformasi keluaran dari nilai kabur (fuzzy) ke nilai tegas.

Ketiga tahap itu dapat digambarkan dalam Gambar 2-17.

2.8.3 Fusifikasi (

fuzzification

)

Pada tahap pengaburan, nilai masukan nyata terukur dipetakan ke dalam fungsi keanggotaan kabur. Sebagai contoh, dalam bahasan berikut pengendali temperatur pendingin komputer dikembangkan dengan metode logika kabur.

Untuk membuat sistem kendali temperatur pendingin mula-mula dikembangkan fungsi keanggotaan untuk variabel masukan "temperature_pendingin". Fungsi keanggotaan ini didefinisikan dengan rentang nilai dan derajat keanggotaan. Dalam logika kabur, penting untuk membedakan tidak hanya dalam fungsi keanggotaan mana suatu variabel berada tetapi juga derajat keanggotaan relatif variabel tersebut. Jadi tiap variabel memiliki bobot keanggotaan dalam suatu fungsi keanggotaan. Suatu variabel dapat memiliki memiliki bobot keanggotaan dalam beberapa fungsi keanggotaan sekaligus pada suatu saat. Sebagai contoh, fungsi keanggotaan "temperatur_pendingin" mungkin seperti Gambar 2.18 berikut ini:

Gambar 2-18 Fungsi keanggotaan temperature_pendingin

relatif nilai tersebut di dalam himpunan nilai masukan nyata. Sebagai contoh, nilai 18 pada variabel temperature_pendingin adalah anggota dari fungsi keanggotaan Dingin dengan keanggotaan relatif 0.6. Nilai 18 tersebut juga adalah anggota dari fungsi keanggotaan Sejuk dengan keanggotaan relatif 0.4.

2.8.4 Inferensi

Setelah fungsi keanggotaan untuk variabel masukan dan keluarannya ditentukan, basis aturan pengendalian dapat dikembangkan untuk menghubungkan aksi keluaran pengendali terhadap kondisi masukannya. Tahap ini disebut sebagai tahap inferensi, yakni bagian penentuan aturan dari sistem logika kabur. Sejumlah aturan dapat dibuat untuk menentukan aksi pengendali kabur. Contoh berikut ini, misalnya, dapat diperlakukan untuk pengendali yang sedang dibahas.

• Jika temperature_processor DINGIN, maka atur temperature_pendingin pada posisi NORMAL.

• Jika temperature_ processor NORMAL, maka atur temperature_pendingin pada posisi DINGIN.

• Jika temperature_processor SEJUK, maka atur

tempperature_pendingin pada posisi SEJUK.

2.8.5 Defusifikasi (

defuzzification

)

Setelah dilakukan evaluasi atas masukan dan menerapkan basis aturannya, pengendali logika kabur menghasilkan keluaran untuk diberikan kepada sistem yang dikendalikannya. Hal ini dilakukan misalnya dengan cara mengeluarkan tegangan atau arus listrik pada nilai tertentu untuk mengendalikan termoelektrik pada contoh di atas. Pengendali logika kabur harus mengubah variabel keluaran kabur menjadi nilai-nilai tegas yang dapat digunakan untuk mengendalikan sistem. Proses ini disebut sebagai penegasan (defuzzification).

Pemilihan fungsi penegasan biasanya di tentukan oleh beberapa kriteria: 1. Masuk Akal: artinya secara intuitif bilangan tegas t (A) dapat

diterima sebagai bilangan yang mewakili bilangan kabur A.

2. Kemudahan Komputasi: diharapkan fungsi penegasan cukup mudah dan sederhana dalam proses komputasinya untuk menghasilkan bilangan tegas keluarannya.

3. Kontinyu: artinya perubahan kecil pada A tidak mengakitbatkan perubahan besar pada t(A).

Telah dikembangkan banyak metode untuk melakukan penegasan ini, diantaranya adalah metode penegasan Rerata Pusat (center of average) atau disebut juga height. Fungsi Rerata Pusat adalah fungsi penegasan yang paling banyak di pakai dalam sistem kendali kabur, karena memenuhi 3 kriteria di atas. Metode ini menjumlahkan titik tengah dari setiap membership yang tersulut, kemudian membaginya dengan jumlahan dari derajat (tinggi) keanggotaan dari membership yang tersulut, t(A) adalah nilai tegas, bi merupakan nilai tengah membership, dan xi merupakan nilai derajat dari membership yang tersulut.

𝑡

(

𝐴

) =

∑𝑚𝑖=1𝑏𝑖𝑥𝑖

∑𝑚_𝑖=1𝑏_𝑖

(2.4)

29

BAB III

RANCANGAN PENELITIAN

Bab rancangan penelitian ini akan membahas hal-hal mengenai perancangan plant, hardware elektronik, dan software.

3.1

Diagram Blok

Gambar 3-1 menunjukkan diagram blok perancangan Pendingin Air Komputer menggunakan Thermoelektrikberbasis ATMega 32 dengan Fuzzy Logic.

Gambar 3-1 Diagram blok Rancangan

Keluaran dari mikrokontroler berupa data digital yang dikonversikan ke PWM dengan mengatur duty cycle yang diatur melalui mikrokontroler. Keluaran PWM akan diumpankan ke diagram blok penguat daya untuk menghidupkan thermoelectric. Pada penguat daya, keluaran tegangan PWM dari mikrokontroler diperbesar lebih dahulu agar penguat daya dapat bekerja dengan maksimal.

Ketinggian air pada penampung dibaca oleh Potensiometer. Keluaran dari potensiometer yang berupa tegangan diumpankan ke ADC1 pada mikrokontroler ATMega 32. Data tersebut diolah mikrokontroler untuk menampilkan tinggi air di water tank.

Output pada penampil menggunakan LCD dengan 3 bit kontrol dan 4

bit data yang dikendalikan oleh mikrokontroler ATMega32. Tampilan berupa suhu air yang diatur dan dibaca oleh sensor. Data ditampilkan ke LCD, dan data suhu juga dikirimkan ke komputer sebagai data record menggunakan komunikasi USB (Universal Serial Bus). IC FT232RL digunakan untuk komunikasi USART to USB antara plant dengan komputer.

Kipas yang dipasang di bagian luar ruang tidak diatur kecepatannya dan dinyalakan dengan kecepatan penuh dengan diberi supply sebesar 12V. Bentuk fisik ruangan yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3-2 dan Gambar 3-3.

(b)

Gambar 3-2 (lanjutan) (a) Penampang Plant dan komputer (b) Penampang Heatsink

3.2

Perancangan

Hardware

3.2.1

Penguat Daya

Penguat daya menggunakan MOSFET seri IRF540 dengan rangkaian yang ditunjukkan oleh Gambar 3-4. MOSFET digunakan karena penggunaan thermoelektrik yang membutuhkan arus besar, setiap 1 thermoelektrik

membutuhkan arus sekitar 3 A. Untuk dapat menarik arus 6 Ampere (menggunakan 2 thermoelektrik setiap thermoelectric membutuhkan arus 6 A), VGS harus berada disekitar 5V dengan VDS sebesar 12 V agar memperoleh arus maksimal 10 A. Output mikrokontroler yang telah masuk ke buffer cukup untuk dapat membuat MOSFET bekerja sebagai switching. Nilai RGS (R2) ditentukan sebesar 100K ohm agar tidak membebani rangkaian (tidak menyedot arus yang besar). Fungsi dari RGS agar tegangan minimum yang masuk ke MOSFET adalah 0V.

(b)

Gambar 3-4 (Lanjutan) (a) Karakteristik output MOSFET IRF540, (b) Rangkaian IRF 540

3.2.2

Antarmuka ATMega 32 dengan HD44780

Antarmuka antara Mikrokontroler ATmega32 dengan HD44780 ditunjukkan pada Gambar 3-5. Jalur data dari HD44780 pada pin 11, 12, 13, 14 dihubungkan dengan pin PB.4, PB.5, PB.6, PB.7 pada mikrokontroler ATmega32. Pin E (enable clock) pada HD44780 dihubungkan dengan pin PB.2 mikrokontroler ATmega32. Pin RS (register select) pada HD44780 dihubungkan dengan pin PB.0 mikrokontroler ATmega32. Pin RW (Read/Write) pada HD44780 dihubungkan dengan pin PB.1 mikrokontroler ATmega32.

Gambar 3-5 Rangkaian LCD

3.2.3

Perancangan Sistem Minimum ATmega32

Rangkaian sistem minimum ini berfungsi untuk menjalankan mikrokontroler ATmega32 yang akan diprogram untuk mengendalikan plant. Sistem minimum ini memiliki tiga rangkaian termasuk input dan output dari pin mikrokontroler itu sendiri yaitu rangkaian osilator dan rangkaian reset.

Untuk rangkaian osilator digunakan crystal sebesar 11,0592MHz dan menggunakan kapasitor 22pf pada pin XTAL1 dan XTAL2 di mikrokontroler. Mikrokontroler membutuhkan clock yang dapat diperoleh dari rangkaian osilator ini sebagai sumber clock, rangkaian osilator terdapat pada Gambar 3-6.

Selain rangkaian osilator terdapat rangkaian reset yang digunakan untuk memaksa mikrokontroler untuk mengembalikan proses kerja dari awal. Reset ini merupakan salah satu interupsi yang memiliki prioritas paling tinggi.

Pin reset pada mikrokontroler merupakan pin dengan enable low sehingga

perlu dirancang rangkaian reset yang memberikan logika low.

Waktu minimum yang dibutuhkan mikrokontroler untuk reset sesuai dengan datasheet yaitu sebesar 1,5 us. Resistor dan kapasitor digunakan untuk memperoleh jeda waktu pengisian kapasitor. Nilai kapasitor yang digunakan adalah 10nF, maka nilai resistor minimum dapat dihitung dengan persamaan 2.1 sebagai berikut :

𝑅 =1,5 𝑢𝑠 10 𝑛𝐹 = 150 Ω

(3.2)

Sesuai dengan datasheet, level tegangan input untuk kondisi high pada pin reset adalah minimal 0,9V hingga 5,5 V(vcc+0,5V) maka diperlukan jeda waktu selama kondisi 0V hingga tegangan kurang dari 0,9V sebesar 1,5 us. Untuk itu perlu dirancang waktu jeda lebih dari 1.5 uS, maka nilai resistor harus lebih besar dari 150 Ω. Resistor yang digunakan pada perancangan ini

Gambar 3-7 Rangkain Reset

Sebelum membuat rangkaian sistem minimum yang lengkap perlu dirancang port-port yang akan digunakan seperti input dan output. Dari blok diagram sistem pada Gambar 3-8 dapat ditentukan port input dan port output seperti pada Tabel 3-1.

Tabel 3-1 Konfigurasi PORT MIkrokontroler yang akan digunakan

3.3

Perancangan

Software

3.3.1

Perancangan Program pada Mikrokontroler

Mikrokontroler perlu diprogram terlebih dahulu agar dapat bekerja. Secara umum program dimulai dari inisialisasi dan pemberian nilai awal. Proses ini penting untuk mendefinisikan PORT pada mikrokontroler sebagai input maupun output , variabel-variabel yang digunakan serta inisialisasi LCD,

ADC, PWM, USART dan timer agar perangkat keras yang digunakan dapat bekerja dengan baik. Kemudian program akan menampilkan karakter pada LCD sebagai tampilan awal dari program, meminta input data, dan selanjutnya data input diolah dan akan terus diulang sampai ada sinyal berhenti. Jika ada sinyal berhenti, maka data output yang telah diolah akan di kembalikan ke nilai awal (reset) dan diulangi lagi dari proses pemberian nilai awal. Diagram alir kerangka utama program dapat dilihat pada Gambar 3-9.

3.3.1.1

Tampilan Awal Program

karakter “ --WATERCOOLING-- “ pada baris kedua, kemudian akan mengalami penundaan selama 2 detik. Setelah 2 detik LCD akan di bersihkan, kemudian akan menampilakan NAMA dan NIM dari penulis. Setiap proses untuk menampilkan karakter di LCD selesai, dilakukan penundaan selama 4 detik agar tampilan LCD dapat diamati. Gambar 3-10 menunjukkan diagram alir tampilan awal LCD.

Gambar 3-9 Diagram Alir Program Utama Gambar 3-10 Diagram Alir tampilan awal LCD

3.3.1.2

Pengolahan Data

(OCR1A) lalu dilanjutkan dengan pengiriman data ke USART sebagai komunikasi mikrokontroler dengan komputer dan data juga ditampilkan ke LCD.

3.3.1.3

Fuzzy

Proses pengolahan data menggunakan logika fuzzy untuk sistem kendali dengan masukan berupa error1 (selisih suhu pendingin dengan set point) dan error2 (selisih suhu komputer dengan set point). Program logika fuzzy untuk

sistem kendali terdiri atas pemetaan error1 dan error2 ke dalam membership input yang disebut dengan proses fuzzification. Setelah proses fuzzification, dilanjutkan dengan menghubungkannya dengan aturan-aturan untuk menghasilkan anggota keluaran fuzzy (proses inferensi). Setelah dihasilkan anggota keluaran fuzzy, nilai middle dicari untuk masing-masing anggota keluaran fuzzy yang akan digunakan untuk proses berikutnya yaitu proses defuzzification untuk menghasilkan keluaran yang tegas berupa nilai PWM.

3.3.2

Perancangan

Membership

Membership untuk error atau selisih suhu pendingin dengan set point dan selisih suhu komputer dengan set point akan digunakan ditunjukkan oleh Gambar 3-12.

Gambar 3-12 Membership error 1 dan error 2

Dengan asumsi keadaan suhu prosesor idle berkisar 35-40 ̊ C dan set point 25 ̊ C, membership error atau selisih suhu pendingin dengan set point dan selisih suhu komputer dengan set point digunakan antara 0 sampai dengan 15, dengan variable linguistic karena nilai error (suhu prosesor-set point) yang terjadi seperti Gambar 3-12.

Membership output yang digunakan ditunjukkan oleh Gambar 3-13.

Membership Output PWM yang digunakan merupakan output dari PWM, yang nilainya 0-255.

Aturan-aturan yang digunakan mengacu pada Tabel 3-2.

Tabel 3-2 Aturan-aturan kendali fuzzy yang di gunakan.

3.3.3

Perancangan Perangkat Lunak pada MVB 2010

Visual Basic digunakan sebagai perangkat lunak tambahan untuk menyimpan data yang telah diolah mikrokontoler melalui komunikasi serial antara mikrokontroler dengan komputer. Perancangan perangkat lunak pada Visual Basic terdiri atas program form pembuka, program form eksekusi, interupsi timer,dan interupsi common button.

Pada Gambar 3-14, Grup Box Processor Temperature berisi suhu prosesor komputer, Grup Box Cooling Temperature berisi suhu air pendingin, Grup Box Water Level berisi level ketinggian air pada pendingin, Menu List

Sistem Informasi berisi keterangan tentang komputer yang digunakan, dan Menu List Help berisi tentang data diri pembuat software.

(a)

(b)

Pada Gambar 3-15, Menu List Save Log digunakan untuk menyimpan data suhu prosesor, suhu pendingin dan ketinggian air, Menu List Save digunakan untuk mengambil tampilan program, Menu List Exit digunakan untuk keluar dari program, Tombol Save digunakan untuk menyimpan data, Text Box digunakan sebagai masukan data akan disimpan.

Gambar 3-16 Rencana tampilan form eksekusi Visual Basic

Pada Gambar 3-16, Menu List Exit to Minimaze digunakan untuk

me-minimaze program dan meletakkannya di system tray, dan Menu List Option

digunakan untuk mengubah satuan suhu dengan pilihan Celcius (C) atau Farenheit (F) dan mengubah satuan tinggi air dengan pilihan centimeter (cm)

dan inchi (“).

3.3.3.1 Program

Form

Eksekusi

3.3.3.2 Interupsi

Timer

Interupsi timer pada program dibagi menjadi dua bagian, yaitu interupsi timer untuk mengambil data pada buffer serial, dan interupsi timer untuk menyimpandata ke Microsoft Excel. Diagram alir program interupsi timer untuk Visual Basic 2010 dapat dilihat pada Gambar 3-18.

Gambar 3-17 Diagram Alir Program Eksekusi

(a) (b)

Gambar 3-18 (a) Diagram Alir intrerupsi timer mengambil data pada buffer serial;(b) Diagram Alir interupsi timer untuk menyimpan data pada Visual

45

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Suatu peralatan atau program dikatakan bekerja dengan baik apabila telah disertai pembuktian terhadap fungsi dari kerja peralatan tersebut.

4.1

Pengujian Plant

Hasil pengujian berupa suhu komputer (processor) dengan set point 25ºC, 26ºC, 27ºC, 28ºC, 29ºC, 30ºC dan tanpa menggunakan kendali fuzzy dapat dilihat pada Tabel 4-1 berikut.

Tabel 4-1. Tabel Perbandingan Suhu Processor berdasarkan nilai Set-point

Dari Tabel 4-1 di peroleh suhu komputer rata-rata pada masing-masing set-point. Suhu komputer paling rendah terdapat pada saat set-point 28ºC.

Perbedaan suhu antara penggunaa fuzzy dengan tanpa fuzzy kurang lebih 3 ºC - 4 ºC, sedangkan perbedaan suhu penggunaan fuzzy dengan penggunaan heatsink standar kurang lebih 20 ºC- 21 ºC. Pengujian belum berhasil mencapai

thermoelectric yang digunakan, sehingga coolant air tidak dapat didinginkan

secara optimal hingga suhu processor mencapai nilai set point. Tetapi pengujian dapat dikatakan berhasil karena telah berhasil menurunkan suhu hingga 21 ºC dibandingkan menggunakan heatsink standart.

Pada data lampiran suhu komputer dapat di perhatikan bahwa suhu komputer selalu berubah-ubah dan tidak linier. Hal ini dapat juga dilihat menggunakan program pembanding yaitu SpeedFan 4.45.

Gambar 4-1 Tampilan program SpeedFan 4.45

program memproses penyimpanan data. Pada saat program mulai mengatur dan menyimpan dalam format Excel terdapat perbedaan dalam hal kinerja komputer, ini dapat di lihat dari resource komputer yang mencapai 81%. Kenaikan resource komputer yang mencapai 81% mengakibatkan naiknya suhu komputer. Pada saat komputer berjalan idle, resource komputer tidak mencapai 30%.

Dari data hasil tampilan LCD dapat dibandingkan nilai fuzzy yang dihasilkan sistem dengan nilai teoritis. Beberapa sampel data tampilan LCD akan dibandingkan dengan teoritisnya, fuzzyfication menggunakan metode Mamdani dan defuzzyfication menggunakan center of average.

Setelah melalui proses center of average maka akan didapatkan nilai pwm yang akan mengatur penguat daya.

Tabel 4-2. Tabel perbandingan PWM keluaran antara data dengan teoritis

Dari Tabel 4-2 diperoleh bahwa sistem fuzzy yang digunakan telah berfungsi dengan baik karena eror yang didapatkan bernilai di bawah 5%.

4.2

Pengujian Hardware/Plant

Pengujian terhadap plant dilakukan dengan memberikan set point suhu. Data akan disimpan oleh komputer dalam format Microsoft Excel menggunakan program Visual Basic. Sistem pendingin menggunakan bahan thermoelectric dan kipas dc dengan pemindahan panas pada thermoelectric

(a)

(b)

(c)

Gambar 4-2 Bentuk plant yang digunakan (a) Waterblock yang dipasang pada processor. (b) Tampak depan. (c) Tampilan antarmuka pada plant.

Keterangan gambar 4-3:

1. Thermoelectric

2. Letak rangkaian penguat daya IRF540 3. Sensor suhu LM35

4. Letak minimum sistem ATMega 32

5. Letak rangkaian komunikasi data USB FT232RL

Gambar 4-3 Plant tampak samping.

4.2.1

Pengujian Sensor Suhu

Tegangan yang keluar dari sensor suhu LM35 masuk ke pin ADC pada mikrokontroler. Pada tabel, nilai yang dibandingkan adalah nilai keluaran sensor suhu LM35, nilai dengan perhitungan teoritis, dan nilai dari termometer digital. Data dapat di lihat di Tabel 4-3.

Error (%) =

Dari Tabel 4-3, galat/error sensor suhu yang terjadi sebesar 3.33%-3.5%, sehingga perangkat sensor suhu LM35 telah bekerja dengan baik dan stabil karena galat/error masih di bawah 5% sehingga tidak mempengaruhi kinerja sistem.

4.2.2

Pengujian Tampilan LCD

Ketika supply dihidupkan, maka mikrokontroler akan langsung menjalankan programnya. Sewaktu program dijalankan, LCD akan menampilkan tulisan “WELCOME” pada baris pertama dan “— WATERCOOLING—“pada baris ke dua selama 2 detik. Setelah itu akan menampilkan nama penulis “B.M.GERRY ADITYA” pada baris pertama dan “06-5114-004” pada baris ke dua sebagai identitas penulis selama 4 detik. Kemudian LCD langsung menampilkan hasil pembacaan suhu dan data dari komunikasi dengan komputer.

Hasil tampilan LCD dapat dilihat pada Gambar 4-4.

(a) (b)

(c)

Gambar 4-4. Hasil tampilan LCD (a) Tampilan awal LCD saat supply dihidupkan. (b) Tampilan setelah 2 detik menampilkan identitas penulis, (c) LCD menampilkan data

4.2.3

Pengujian Komunikasi Setial (USB)

Pengujian komunikasi serial (USB) dilakukan dengan cara membandingkan data yang ditampilkan pada LCD plant dengan data yang ditampilkan program. Data yang dikirim dari computer akan ditampikan pada LCD plant begitu juga data suhu cooling (dari LM 35) dikirim menuju komputer dan ditampilkan pada program aplikasi.

Tabel 4-4 Sampel komunikasi antara ATMega 32 dengan Visual Basic di komputer

Dari Tabel 4-4 dapat dilihat bahwa data suhu pendingin yang dikirimkan ke komputer (ditampilkan pada program aplikasi yang dibuat) dan ditampilkan pada layar LCD sama dan begitu juga data suhu processor yang dikirimkan oleh komputer (ditampilkan pada program aplikasi yang dibuat) dan ditampilkan oleh LCD pada plant sama sehingga rangkaian komunikasi USB to USART FT232RL berfungsi

dengan baik.

4.2.4

Pengujian Rangkaian Penguat Daya

Tabel 4-5 Hasil Pengujian keluaran penguat daya (supply 12 V dan beban 2 buah thermoelectric yang dirangkai pararel)

Input Output

Data Teoritis % Error

0V 0A 0A 0

5V 5.73A 6A 4.5

Pengujian terhadap penguat daya dilakukan dengan memberikan input sebesar 0V dan 5V pada VGS untuk menguji arus minimal dan arus maksimum yang dapat ditangani. Dari hasil pengujian didapat bahwa arus yang masuk ke thermoelectric besarnya 5.73 Ampere dengan error sebesar 4,5% dari

perhitungan teoritis.

4.2.5

Pengujian Ketinggian Air

Pengujian ketinggian air tidak dapat dilakukan karena perubahan bentuk plant pendingin. Plant pendingin yang awalnya berbentuk seperti pada perancangan diubah menjadi beberapa blok kecil. Hal ini dilakukan karena bentuk plant yang awal tidak dapat mendinginkan coolant air, tetapi menyebabkan coolant air menjadi naik suhunya. Karena perubahan perancangan ini mengakibatkan penggunaan potensiometer tidak dapat digunakan sehingga parameter ketinggian air tidak dapat digunakan.

4.3

Pengujian Program Aplikasi Visual Basic

Gambar 4-5 Tampilan form eksekusi (utama)

Tampilan form eksekusi (utama) berisi nama program, suhu komputer yang dibaca oleh program, suhu cooling yang dikirim melalui komunikasi serial (USB), command button “Help” untuk pindah ke form “Help (About)”,

command button “Setting” untuk pindah ke form “Setting”, dan command

button “Start” untuk mengambil data dan menyimpannya dalam format

Microsoft Excel.

Tampilan pada form “Help (About)” berisi nama program, informasi tentang penulis, dan command button “OK” yang digunakan untuk pindah ke form eksekusi (Utama). Tampilan form “Help (About)” dapat dilihat pada

Gambar 4-6.

Gambar 4-6. Tampilan form “Help (About)”

Gambar 4-7. Tampilan form “Setting”

Gambar 4-8 Contoh data yang disimpan pada komputer

58

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan

Dari hasil perancangan dan pengamatan selama pengerjaan tugas akhir ini dapat diambil beberapa kesimpulan :

1. Perangkat keras dan program secara keseluruhan telah bekerja dengan baik, walau terdapat kekurangan saat program menjalankan proses menyimpan pada Microsoft Exel dan tidak dapat mencapai nilai set point 25 ̊C, tetapi berhasil menurunkan suhu processor hingga 21 ̊C (menjadi rata-rata 34 ̊C) dibandingkan dengan penggunaan heatsink standar dengan suhu mencapai 55 ̊C.

2. Suhu komputer pada saat menggunakan fuzzy logic dapat mencapai suhu

rata-rata sebesar 34 ̊C.

3. Hardware LM35 dan program pembaca ADC bekerja dengan baik, dengan

error antara 3,33%-3,5%.

4. Hardware IRF540 telah bekerja dengan baik, dengan error sebesar 4,5%. 5. Tampilan LCD bekerja dengan baik dan sesuai dengan yang diprogramkan. 6. Program aplikasi yang menggunakan Visual Basic telah berhasil menampilkan

dan menyimpan suhu processor dan suhu cooling.

5.2

Saran

Dari pengalaman membuat tugas akhir ini, penulis ingin menyarankan beberapa hal sebagai berikut :

1. Coba untuk menggunakan lebih dari dua buah thermoelectric.

3. Agar suhu luar tidak mempengaruhi pendinginan, media penghubung (selang) sebaiknya dilapisi lapisan isolator.

DAFTAR PUSTAKA

[1] http://blog.komputerbutut.com/komputer/jenis-jenis-pendingin-processor.php. Tanggal akses 11 Juli 2010; 06:11:00 PM

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect. Tanggal akses 29 Juli

2010; 09:28:00 PM

[3] http://cituzones.blogspot.com/2010/05/teknologi-pendingin-prosesor.html. Tanggal akses 29 Juli 2010; 10:02:00 PM

[4]

http://www.electronics-cooling.com/1996/05/thermoelectric-thermal-regulation-systems/. Tanggal akses 1 Juni 2011

[5] www.novatecproducts.com/about_thermoelectric_technology.htm. Tanggal

akses 1 Juni 2011

[6] Stanley, W.D., Operational Amplifier with Linear Integrated Circuit, New York, Macmillan Company, 1994.

[7] http://www.national.com/ds/LM/LM35.pdf Tanggal akses 15 September

2008.

[8] www.toshiba.com/taec/components2/Datasheet_Sync//206/4211.pdf.

Tanggal akses 27 Juli 2009.

[9] http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdf.

Tanggal akses 27 Juli 2009.

[11] ftdichip.com/Support/Documents/DataSheets/ICs/DS_FT232R.pdf. Tanggal akses 27 Februari 2011.

[12] http://encun.blogspot.com/2009/04/usb-universal-serial-bus.html. Tanggal akses 20 Maret 2011.

[13] http://www.reflectionforbrain.com/. Tanggal akses 23 April 2010.

[14] http://www.vbtutor.net/vb2010/index.html. Tanggal akses 23 April 2010. [15] Winarno S.T., M.Eng, Eko., Dasar-Dasar Pemrograman dengan Visual

Basic 2010, Jakarta, Penerbit PT Elex Media Komputindo, 2010.

[16] http://ai.indra-ehm.net/?p=12. Tanggal akses 13 Oktober 2010; 07:10:00 PM.

[17] http://ai.indra-ehm.net/?p=11. Tanggal akses 13 Oktober 2010; 07:07:00 PM.

[18] http://ai-b-aniyu.blogspot.com/2010/05/fuzzy-logic.html. Tanggal akses 20 Maret 2011.

[19] http://elektroindonesia.com/elektro/kend14.html. Tanggal akses 15 Oktober 2010; 08:32:00 AM.

[20] http://elektroindonesia.com/elektro/kend14b.html. Tanggal akses 15 Oktober 2010; 09:07:00 AM.

LISTING PROGRAM AVR MIKROKONTROLER

/***************************************************** This program was produced by the

CodeWizardAVR V1.25.8 Professional Automatic Program Generator

© Copyright 1998-2007 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l. http://www.hpinfotech.com

Project : WaterCooling Monitor Version : 1.0.7.01

Date : 11/20/2011

Author : Benidictus Mario Gerry Aditya Company : USD and CV. Creative Innovation Comments: for my beloved Priska Sharon

use Software WaterCooling Monitor versi 1.0.7.01 in computer side

Chip type : ATmega32

// Alphanumeric LCD Module functions #asm

.equ __lcd_port=0x18 ;PORTB #endasm

#include <lcd.h>

// Standard Input/Output functions

#include <stdio.h> #include <delay.h>

#define ADC_VREF_TYPE 0x40

// Read the AD conversion result

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {

ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);

// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10);

ADCSRA|=0x40;

// Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & 0x10)==0);

ADCSRA|=0x10; return ADCW; }

// Declare your global variables here char lcd_buffer [33];

int eror, sdk, sdg, byk, fll;

int delta_e, delta_low, delta_med, delta_high, delta_full; int ptr[16], nilteng[16];

int jml_nil, jml_nilteng; int coa, coa1, load; float suhu;

const long int osilator=12000000; //11059200; unsigned long int UBRR;

unsigned int temp, temp1; int data_rx;

unsigned long int data_tx;

void InisialisasiUART( unsigned long int baud_rate) {

// USART initialization

// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity // USART Receiver: On

lcd_putsf(" 06-5114-004 ");

sdg=(eror*20); //sdg= eror sedang byk=0; //byk= eror banyak fll=0; //fll= eror full }

else if(eror>5 && eror<=10) {

else if(eror>10 && eror<=15) {

else if(delta_e>5 && delta_e<=10) {

else if(delta_e>10 && delta_e<=15) {

lcd_putsf("|L:"); // Declare your local variables here

// Input/Output Ports initialization // Port A initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTA=0x00;

DDRA=0x00;

// Port B initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTB=0x00;

DDRB=0x00;

// Port C initialization

// Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=Out Func0=Out // State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 State1=0 State0=0

PORTC=0x00; DDRC=0xFF;

// Port D initialization

// Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTD=0x00; DDRD=0xF0;

// Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC0 output: Disconnected TCCR0=0x00;

TCNT0=0x00; OCR0=0x00;

// Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 11.719 kHz // Mode: Fast PWM top=03FFh // OC1A output: Non-Inv. // OC1B output: Non-Inv. // Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge // Timer 1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0xA3;

// Timer/Counter 2 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 2 Stopped // Mode: Fast PWM top=FFh // OC2 output: Inverted PWM ASSR=0x00;

TCCR2=0x78; TCNT2=0x00; OCR2=0x00;

// External Interrupt(s) initialization // INT0: Off

// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x00;

// Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off

// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80;

SFIOR=0x00;

// ADC initialization // ADC Clock frequency: 187.500 kHz

// ADC Voltage Reference: AVCC pin ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff; ADCSRA=0x86;

// LCD module initialization lcd_init(16);

// Inisialisasi awal sistem