BAB II
DASAR TEORI
2.1 Pengertian sistem pengukuran dan kontrol
Dalam fisika teknik, pengukuran dan kontrol sangat diperlukan. Pengukuran adalah proses atau kegiatan untuk menampilkan kualitas sesuatu secara numerik. Pada umumnya sistem pengukuran dapat dibagi menjadi tiga elemen utama yaitu transducer, signal conditioning dan display.
Measured Value
Gambar 2.1 Diagram sistem pengukuran
Sedangkan sistem kontrol adalah proses pengaturan dan pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkaian harga (range) tertentu. Komponen- komponen yang terdapat dalam sistem kontrol dapat lebih mudah digambarkan dengan diagram blok.
input yg diinginkan Output
Gambar 2.2 Diagram blok sistem kontrol
Transducer Signal Conditioning Display
Kontroler Aktuator Plant
Sensor
2.2 Sensor/transducer
Pada sistem pengontrolan dan pengukuran diperlukan suatu alat/device yang dapat mengubah besaran fisik seperti gaya, tekanan, temperatur, kecepatan dan lainnya untuk diubah menjadi besaran yang lain.
Sensor adalah alat yang berfungsi mendeteksi sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Dalam tugas akhir ini penulis menggunakan sensor thermocouple tipe K.
2.3Termokopel tipe K
Thermocouple pada intinya terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan dan dilebur bersama, dimana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding.
Dalam penggunaan sensor termokopel tipe K ini tidak bisa langsung di rangkai ke Mikrokontroller Arduino Uno, tetapi harus melewati dulu rangkaian Cold junction. Rangkaian ini merupakan rangkaian dimana terdapat sebuah amplifier atau penguat AD595AQ. IC ini merupakan penguat khusus termokopek tipe K, sehingga penulis memilih AD595AQ sebagai amplifier khusus untuk termokopel.
Berikut adalah skema rangkaian penguat/cold junction untuk termokopel tipe K.
Gambar 2.3. Rangkaian pada AD595AQ (Sumber: reprap.org)
Gambar2.4 rangkaian PCB penguat Cold Junction (Sumber: AD595 breakout)
Pada rangkaian diatas dapat dilihat bahwa pin1 dan 14 sebagai input output sensor, pin 8 dan 9 di jumper sebagai tegangan supply, pin 11 menuju +5V namun dihubungkan menuju resistor 330 ohm dan led menuju pin 12, terakhir pin 1, 13, 4 dan 7 masuk ke ground.
Tabel 2.1. berikut memperlihatkan karakteristik dari beberapa jenis sensor suhu yang ada.
Tabel 2.1. Karakteristik sensor temperatur (Schuller, Mc.Name, 1986)
Thermocouple RTD Thermistor IC Sensor
V T R T R T V, I T Ad van tages - self powered - simple - rugged - inexpensive - wide variety - wide temperature range - most stable - most accurate - more linear than
termocouple - high output - fast - two-wire ohms measurement - most linear - highest output - inexpensive D isad van tag es - non linear - low voltage - reference required - least stable - least sensitive - expensive - power supply required - small ΔR - low absolute resistance - self heating - non linear - limited temperature range - fragile - power supply required - self heating - T < 200oC - power supply required - slow - self heating - limited configuration
2.4 Signal Conditioning
Signal Conditioning adalah alat untuk mengubah sinyal dari transducer agar dapat terbaca oleh display. Tugas pengkondisi sinyal yang sering dilakukan adalah penguatan (amplification). Misalnya sinyal-sinyal lemah yang berasal dari termokopel, sebaiknya dikuatkan untuk meningkatkan resolusi pengukuran. Pengkondisi signal yang digunakan dalam tugas akhir ini ialah ADC (Analog to Digital Converter) internal yang ada pada mikrokontroler.
2.5Display
Gambar 2.5. LCD Shield
Shield adalah istilah untuk modul tambahan pada Arduino. Karena cara menggunakan modul tambahan pada Arduino adalah dengan cara menumpuk di bagian atas Arduino, maka diberi istilah shield (tameng/perisai). LCD Shield merupakan perangkat display 2x16 berbasis HD44780 dengan warna display biru.
LCD shield yang penulis gunakan ini adalah LCD shield yang sudah menjadi modul dan dikhususkan untuk Arduino, sehingga dalam penerapannya pun tidak diperlukan penyolderan. Alat ini lebih modern baik dipandang dari waktu keberadaan, fungsi maupun kemampuan. Alat peraga LCD (Liquid Crystal Display) memerlukan konsumsi listrik yang rendah tetapi menghasilkan performansi tampilan yang sempurna mengingat cahaya yang dihasilkan sudah memiliki warna yang sempurna.
2.6 Mikrokontroler Arduino Uno
Mikrokontroler merupakan keseluruhan sistem komputer yang dikemas menjadi sebuah chip yang di dalamnya sudah terdapat mikroprosesor, I/O, memori bahkan ADC.
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328. Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang-ke adaptor-DC atau baterai untuk menjalankannya.
Gambar 2.6 Arduino Uno R3 Sumber : famosastudio.com Berikut adalah bagian-bagian papan arduino uno:
Gambar 2.7 Bagian-bagian pada papan arduino uno Sumber : famosastudio.com
14 pin Input/ Output digital (0-13)
Berfungsi sebagai input atau output dapat diatur oleh program.
USB
Berfungsi untuk memuat program dari komputer kedalam papan serta dapat pula digunakan untuk komunikasi serial antara papan dan komputer.
Q1 - Kristal (Quartz Crystal Oscillator)
Jika sebuah mikrokontroler dianggap sebagai sebuah otak, maka Kristal adalah jantungnya karena komponen ini menghasilkan detak-detak yang dikirim kepada mikrokontroler agar melakukan sebuah operasi untuk setiap detaknya.
Tombol Reset S1
Untuk me-reset papan sehingga program akan mulai lagi dari awal, namun tombol reset ini tidak dapat digunakan untuk fungsi menghapus program atau mengosongkan mikrokontroler.
IC 1 – Mikrokontroler Atmega 328
Komponen utama dari papan Arduino Uno yang didalamnya terdapat CPU, ROM dan RAM.
X1 – Sumber Daya Eksternal
Berfungsi untuk memberikan daya eksternal dengan sumber tegangan 9 – 12V DC.
6 Pin Input Analog
Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor analog, seperti sensor suhu. Program dapat membaca nilai sebuah pin input antara 0 – 1023, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 – 5V.
2.6.1 Fitur Mikrokontroler ATMega 328
ATMega 328 adalah mikrokontroler keluaran dari Atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Intruction Set Computer) yang dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat daripada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer).
Mikrokontroler ini memiliki beberapa fitur antara lain:
130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
32 x 8-bit register serba guna.
Clock 16 MHz.
32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki
bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori
sebagai bootloader.
Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena
EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya
dimatikan.
Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.
Master / Slave SPI Serial interface.
2.6.2 Software Arduino
Papan Arduino akan bekerja sesuai intruksi pemrograman yang dimasukkan oleh programmer. Software arduino yang digunakan adalah driver dan IDE. IDE Arduino adalah software yang sangat canggih dan ditulis dengan menggunakan bahasa “java” dan bahasa “C”. IDE arduino terdiri dari:
Editor Program
Sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam bahasa processing.
Compiler
Sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa processing) menjadi kode biner.
Uploader
Sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer kedalam memori didalam papan arduino.
Gambar 2.8 Tampilan Sofware Arduino IDE
2.7 Bahasa Program Arduino
Bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa Processing yang mirip dengan bahasa “C” dan “java”. Tetapi bahasa ini sudah dipermudah menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga pemula pun bisa mempelajarinya dengan cukup mudah. Untuk membuat program Arduino dan meng-upload ke dalam
board Arduino, anda membutuhkan software Arduino IDE (Integrated
DevelopmentEnviroment).(sumber:http://pandianganstar.blogspot.com/2011/03/ap a-itu-arduino.html).
2.8 Perekam data
Perekam data atau disebut juga data logger merupakan alat berukuran kecil yang dapat dihubungkan dengan sejumlah sensor, yang dapat menyuplik sinyal sensor, mengubah sinyal tersebut dari bentuk analog ke dalam bentuk digital, melakukan olah sinyal digital berdasarkan kemauan pengguna, menyimpan data pada waktu yang telah ditentukan atau tergantung perintah eksternal serta mengirim data ke perangkat lain. Secara umum, perekam data sederhana terdiri dari mikrokontroler, sensor, dan media penyimpanan. Mikrokontroler merupakan bagian dari perekam data yang mengatur komunikasi antar perangkat. Sensor berfungsi untuk mengubah besaran fisik manjadi besaran elektronik dan media penyimpanan berfungsi untuk menyimpan data.
2.9Media penyimpanan
Media penyimpanan dalam perekam data berbasis mikrokontroler berupa media penyimpanan digital. Secure Digital Card (SD card) merupakan salah satu media penyimpanan yang banyak digunakan. SD card dikembangkan oleh Sandisk®, Matsushita®, dan Toshiba® sebagai media penyimpanan perangkat portabel. Saat ini media penyimpanan ini digunakan berbagai macam perangkat, seperti kamera digital, telepon genggam, Personal Digital Assistance (PDA), dsb. Kapasitas yang dimiliki mulai dari 8MB hingga 2GB untuk generasi awal dan 4GB hingga 32GB pada generasi akhir yang disebut SDHC card. Pengembangan lebih lanjut dari media penyimpanan ini menghasilkan dimensi yang lebih kecil dan kompak seiring dengan perkembangan jaman yang berupa MiniSD dan MicroSD.
Gambar 2.9 SD Card dengan Adapter
2.10 Bahasa Pemograman
2.10.1 Tipe data dasar
Tipe data merupakan bagian program yang paling penting karena tipe data akan mempengaruhi setiap instruksi yang akan dilaksanakan oleh komputer.pemilihan tipe data yang tepat akan membuat proses operasi data menjadi lebih efisien dan efektif. Tipe data dalam bahasa “C” berdasarkan jenisnya dapat dibagi menjadi lima kelompok, yang dinamakan tipe data dasar.
Tabel 2.2 Tipe data dasar
No Tipe data Ukuran Range Format Keterangan 1 char 1 Byte -128 s/d 127 %c Karakter/string 2 int 2 Byte -32768 s/d
32767 %i,%d Intenger/bilangan bulat 3 float 4 Byte -3.4E-308 s/d
1.7 +308 %f Float/bilangan pecahan 5 double 8 Byte -3.4E-308 s/d
1.7 +308 %lf Pecahan ganda presisi
6 void 0 Byte - - Tidak bertipe
Sumber : famosastudio.com
2.10.2 Operator
Operator merupakan simbol atau kata yang dapat digunakan dalam program untuk melakukan suatu operasi atau manipulasi.jenis- jenis operator pada bahasa “C” sesuai dengan fungsi penggunaannya:
a) Operator penugasan
Operator penugasan adalah suatu operator yang digunakan untuk memasukan nilai pada suatu variable dan dilambangkan dangan”=”.
b) Operator aritmatika
Operator aritmatika adalah suatu operator yang berfungsi untuk melakukan operasi-operasi matematika. Dalam bahasa “C” operasi aritmatika terbagi menjadi lima bagian diantaranya :
Tabel 2.3 Operator aritmatika
Operator Jenis Operasi Contoh penggunaan + Penjumlahan 22 + 13 = 35 - Pengurangan 10 – 9 = 1 * Perkalian 3*7 = 21 / Pembagian 21/3 = 7 % Sisi bagi(modulus) 10%4 = 2 c) Operasi hubungan
Operasi hubungan adalah operator yang digunakan untuk membandingkan dua buah operandi. Yang termasuk kedalam operator hubungan diantaranya :
Tabel 2.4 Operasi hubungan
Operator Jenis operasi Contoh penggunaan
= = Sama dengan (8= =8 =1)
> Lebih besar (8>9 =0) < Lebih kecil (8<9 =1) >= Lebih besar sama dengan (8>=7 =0) <= Lebih kecil sama dengan (7<=8 =1) != Tidak sama dengan (8 != 9 = 1)
d) Operator logika
Operator logika adalah operator yang digunakan dalam operasi yang hanya dapat menghasilkan nilai benar (true) atau nilai salah (false) atau operator yang membandingkan.berikut adalah beberapa operator logika:
Tabel 2.5 Operator logika
Operator Jenis operasi Contoh penggunaan && AND 1 && 0 = 0
|| OR 1 || 0 = 1
! NOT ! 1 = 0
2.10.3 Kontrol program
Untuk keperluan penyelesaian kasus, bahasa “C” menyediakan beberapa control program diantaranya :
1. Statement if
Statement if digunakan untuk pemilihan yang berdasarkan pada satu kasus, dua kasus, atau lebih dari itu.pada statement yang lebih dari dua kasus biasanya menggunakan stetment if = else.
2. Statement switch
Statement switch digunakan untuk melakukan pemilihan terhadap ekspresi atau kondisi yang memiliki nilai-nilai konstan. 3. Statement pengulangan
Statement ini digunakan untuk melakukan pengulangan suatu aksi
terhadap suatu program. Statement ini terdiri dari struktur for, struktur while, dan struktur do-while.
2.10.4 Menampilkan data ke layar
Untuk keperluan menampilkan data/informasi, “C” menyediakan sejumlah fungsi diantaranya sebagai berikut :
1. Fungsi print.LCD()
Fungsi frintf () merupakan fungsi paling umum digunakan untuk menampilkan data.beberapa jenis data dapat ditampilkan ke layar dengan memakai fungsi ini.
2. Fungsi putchar()
Fungsi putchar() digunakan khusus menampilkan sebuah karakter ke layar. Penampilan karakter tidak diakhiri perpindahan baris. 3. Fungsi scanf()
Fungsi scanf() merupakan fungsi yang digunakan untuk memasukan berbagai jenis data.
4. Fungsi getchar()
Fungsi getchar() digunakan khusus menerima masukan dari sebuah karakter dari keyboard.
2.11 Sistem Refrigerasi Mini Blood Bank Cabinet.
Sistem refrigerasi Mini Blood Bank Cabinet adalah salah satu sistem refrigerasi yang bertujuan untuk menyimpan darah. Pada sistem refrigerasi Mini Blood Bank Cabinet menggunakan sistem refrigerasi kompresi uap sederhana, yang terdiri dari beberapa komponen refrigerasi seperti kompresor, kondenser, alat ekspansi, dan evaporator.
Evaporator
kompresor
Kabin
Gambar 2.10 Skema Sistem Refrigerasi
Pada pengontrolan dan sistem perekaman data titik yang diukur adalah kabin
2.12 Pengertian Blood Bank Cabinet
Darah memerlukan tempat penyimpanan yang sering disebut Blood Bank
Cabinet. Blood Bank Cabinet dapat berguna untuk keperluan penyimpanan darah
diberbagai lokasi, baik dirumah sakit maupun diluar rumah sakit (tempat donor darah atau puskesmas). Alat ini umumnya menggunakan sistem refrigerasi kompresi uap, dan mempunyai temperatur kerja 40C ±20C untuk darah jenis Whole Blood atau Packed Red Cells (PRC), untuk darah trombosit disimpan pada temperatur 220C ±20C, dan untuk Plasma darah atau sel darah putih disimpan pada temperatur -180C ±20C. Mini Blood Bank Cabinet ini didesain untuk penyimpanan darah jenis Whole Blood atau Packed Red Cells (PRC). Pendinginan pada kabin menggunakan evaporator fin(Finned Evaporator) dengan fan sebagai pengsirkulasi udara guna membantu proses perpindahan panas.
Evaporator Kondenser
Gambar 2.11 Blood Bank Cabinet (Sumber Gambar:http://www.anugerahkimia.com/gbr/kirsch_2005_bl300.baru.jpg)
