TUGAS AKHIR ALAT UKUR SUHU DENGAN SENSOR TERMOKOPEL BERBASIS MIKROKONTROLER PIC16F877

BERBASIS MIKROKONTROLER PIC16F877

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh

KRISTIANTO WIDIATMOKO NIM: 015114021

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

PIC16F877 MICROCONTROLLER

Submitted as Partial Fulfillment Of The Requirement for Sarjana Teknik Degree In Electrical Engineering

By:

KRISTIANTO WIDIATMOKO NIM: 015114021

DEPARTMENT ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF MATHEMATIC, SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2007

ALAT UKUR SUHU DENGAN SENSOR TERMOKOPEL

BERBASIS MIKROKONTROLER PIC16F877

KRISTIANTO WIDIATMOKO NIM: 015114021

Telah disetujui pada tanggal __ April 2007

oleh

Pembimbing I

B. Djoko Untoro S. Ssi., MT

Pembimbing II

Martanto, ST, MT

BERBASIS MIKROKONTROLER PIC16F877

Disusun oleh:

KRISTIANTO WIDIATMOKO NIM: 015114021

Pada tanggal 3 Februari 2007 dan dinyatakan memenuhi syarat

Susunan Panitia Penguji

Nama Lengkap Tanda Tangan

Ketua : Ir. Th. Prima Ari Setiyani, M.T Sekretaris : B. Djoko Untoro S. Ssi., MT Anggota : Augustinus Bayu Primawan, S.T.,M.Eng Anggota : Martanto, ST, MT

Yogyakarta, ____________2007

Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Dekan Fakultas Teknik

Ir

.

Greg

.

Heliarko

,

SJ

.,

SS

.,

BST

.,

MT

.,

Msc

.

tidak memuat karya atau bagian karya orang lain kecuali yang telah disebutkan dalam daftar pustaka sebagaimana layaknya sebuah karya tulis.

Yogyakarta, _________________2007 Penulis

KRISTIANTO WIDIATMOKO

v

Selamat



Ayah , Ibu dan Adikku Desi yang

sangat aku kasihi serta saudara -

saudaraku yang selalu menyayangiku



Semua teman – teman dan sahabatku…..



Almamaterku…

sebuah mesin. Gas buang dari mesin bakar suhunya dapat mencapai 500C, untuk itu dibutuhkan sebuah alat ukur suhu yang dapat mengukur hingga 500o_C.

Tugas akhir ini membahas perancangan alat ukur suhu dengan sensor termokopel tipe K dan diproses menggunakan mikrokontroler PIC16F877 dan hasilnya di tampilkan pada LCD 16x2. Suhu dikonversi oleh termokopel menjadi tegangan, sebesar 0 mV pada suhu 0 o_{C hingga 19,7 mV pada suhu 500} o_{C. Hasil}

konversi dikuatkan 253x melalui pengkondisi sinyal kemudian tegangan keluaran dari pengkondisi sinyal diolah oleh mikrokontroler PIC16F877 dan hasilnya ditampilkan melalui LCD 16x2.

Hasil dari perancangan ini adalah alat ukur suhu yang mampu untuk mengukur suhu hingga 500o_{C dengan resolusi 0,5}o_C.

Kata kunci : Termokopel, Aplikasi Mikrokontroler

exhaust temperature can reach 500o_{C, therefore temperature measurement was}

needed.

This final project are discussed about thermometer instrument using thermocouple type K and processed by PIC16F877 microcontroller and displayed by 16x2 LCD. Temperature converted by Thermocouple to 0 mV at 0 o_{C and 19,7 mV}

at 500 o_{C. The convertion result gained 253x by signal conditioner, Then Signal}

conditioner output processed by PIC16F877 microcontroller and displayed by 16x2 LCD.

Finally This equipment is able to measure upto 500 o_{C with 0,5} o_C

resolution.

Keywords: Thermocouple, microcontroller.

penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini diberi judul : Alat Ukur Suhu Dengan Sensor Termokopel Berbasis Mikrokontroler PIC16F877. Penulisan skripsi ini didasarkan pada hasil-hasil yang penulis peroleh mulai dari perancangan, pembuatan alat sampai pada pengujian alat yang diajukan, juga kemungkinan pengembangannya.

Penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis hingga terselesaikannya skripsi ini. Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada :

1. Bapak Djoko Untoro Suwarno, S.Si., MT selaku Pembimbing I yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk membimbing dalam proses penyusunan Tugas akhir ini dari awal sampai selesai.

2. Bapak Martanto, S.T.,M.T. selaku pembimbing II yang juga telah bersedia membimbing dan mengarahkan sehingga karya ini dapat selesai dan berhasil sesuai yang diharapkan.

3. Ibu Ir. Th. Prima Ari Setiyani., M.T. selaku penguji.

4. Bapak Augustinus Bayu Primawan, S.T., M.T. selaku penguji.

5. Mas Broto, mas Mardi, mas Rony, mas Hardi, mbak Viany, mas Suryo, yang telah membantu dalam penyediaan alat di laboratorium dan literatur.

6. Bapak dan Ibu Dosen jurusan Teknik Elektro yang telah membagi dan mengajarkan banyak ilmu kepada penulis.

tidak akan jadi”

9. Semua tim PHK pak Tjendro cs ( Andry, Galuh, Nandy, Marta, Butet), pak Is cs ( Bowo, Ari, Danang, Joko, Sulis, Yayuk, Hernomo, Tatang, Liong) maju terus dab..

10. Ika, Anink, Yoseph, Iwuk, Krisna, Petrus, Iink dan semua Mudika ALOYSIUS GONZAGA, terima kasih atas doanya….

11. Temanku Ririn, Ndoko, Oscar, Agung, Broto, Made, Ulin, Yuli dan semua anak – anak JMC.

12. Ledul, Lolok, Badala, Adin yang selalu memberi semangat kepada penulis… …

13. Anak – anak kos Tangkadas ( Heri, Sigit, Purba, Fandy, Sinung, Widi, Wawan, Andy, Charles dan Purba) yang telah banyak memberi bantuan

14. Teman – teman operator warnet SECOND HOME ko Aan, ko Dennis, cik Tanti, Mamata, Efan, Dony, Jackson, Tyo, Amos, Yulius, dan teman – teman operator yang lain thanxs.

Penulis menyadari bahwa dalam karya tulis ini masih banyak kekurangannya dan jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang dapat membangun dari berbagai pihak. Sehingga penulis dapat lebih maju dan lebih baik dari sekarang.

Yogyakarta 31 juni 2007 Penulis

Kristianto Widiatmoko

HALAMAN JUDUL (INGGRIS)... ii

HALAMAN PERSETUJUAN... iii

HALAMAN PENGESAHAN... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... v

HALAMAN MOTTO ... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN... vii

INTISARI... viii

ABSTRACT... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI... xiii

DAFTAR TABEL... xvii

DAFTAR GAMBAR... xviii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

I.1 Judul... 1

I.2 Latar Belakang ... 1

I.3 Tujuan dan manfaat Penelitian... 2

I.4 Batasan masalah... 2

I.5 Metodologi penelitian... 2

I.6 Sistematika penulisan... 3

BAB II. DASAR TEORI... 5

2.2.2 Metode Hambatan... 7

2.2.3 Metode Lempeng Bimetal ... 7

2.3 Karakteristik alat ukur... 7

2.3.1 Presisi (ketelitian)... 7

2.3.2 Akurasi ( ketepatan)... 8

2.3.3 Sensitivitas ( Kepekaan)... 8

2.3.4 Resolusi ( kemampuan membaca skala )... 8

2.3.5 Repeatability ( kemampuan mengulang )... 8

2.3.6 Threshold ... 8

2.3.7 Linearitas... 9

2.4 Analisis Statistik... 9

2.4.1 Nilai Rata – rata (Arithmatic mean)... 9

2.4.2 Penyimpangan Terhadap Nilai Rata – rata... 10

2.4.3 Penyimpangan Rata-rata (Average Deviation)... 10

2.4.4 Deviasi Standar... 11

2.4.5 Regresi Linier... 11

2.4.6 Kesalahan baku penaksiran... 12

2.4.7 Koefisien korelasi... 13

2.5 Termokopel... 14

2.6 Penguat Tak Membalik... 16

2.8.2 Memori Program... 23

2.8.3 Program counter... 24

2.8.4 Register Status... 24

2.8.5 Pembangkit Clock - Oscilator... 24

2.8.6 Unit I/O... 24

2.8.7 Timer... 24

2.8.8 Analog to Digital Converter (ADC)... 25

2.8.8.1 Register ADCON0... 25

2.8.8.2 Register ADCON1... 26

2.8.8.3 Register ADRESH dan ADRESL... 27

2.8.9 USART... 27

2.8.10 Instruksi – instruksi PIC16F877... 27

2.8.11 Register Status... 29

BAB III. Perancangan Peralatan... 32

3.1 Perancangan ADC ... 33

3.1.1 Inisialisasi ADC... 33

3.1.2 Konversi ADC... 34

3.2 Perancangan Pengkondisi Sinyal... 34

3.3 Perancangan LCD ... 37

3.3.1 Tampilan LCD ... 38

4.3 Pengujian Dengan Media Api... 46

4.4 Pengujian Dengan Media Es... 46

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 48

5.1 Kesimpulan... 48

5.2 Saran... 48

DAFTAR PUSTAKA... 49 LAMPIRAN

Tabel 2.2 Pin pada LCD HD44780U... 21

Tabel 2.3 konfigurasi kontrol bit port A/D... 27

Tabel 2.4 Tabel instruksi PIC16F877... 28

Tabel 3.1 Tabel tegangan keluaran termokopel tipe K terhadap temperatur (referensi termokopel 0 o_{C)... 34}

Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Suhu Dengan Media Uap Air... 41

Tabel 4.2 Tabel komputasi kecocokan alat ukur... 44

Tabel 4.3 Data hasil pengujian dengan media api... 46

Tabel 4.4 Data hasil pengujian dengan media es... 47

Gambar 2.3 Display LCD 2 × 16 karakter... 19

Gambar 2.4 Mikrokontroler PIC16F877... 22

Gambar 2.5 Arsitektur mikrokontroler PIC16F877... 22

Gambar 3.1 Diagram blok sensor suhu... 33

Gambar 3.2 Grafik perubahan emf termokopel Tipe K terhadap suhu... 35

Gambar 3.3 Rangkaian akhir pengkondisi sinyal... 37

Gambar 3.4 Rangkaian LCD... 38

Gambar 3.5 Tampilan nama dan nomor mahasiswa... 38

Gambar 3.6 Tampilan hasil pengukuran suhu... 39

Gambar 3.7 Diagram alir program utama... 39

Gambar 4.1 Grafik hubungan suhu terukur terhadap suhu referensi... 43

1.1.Judul

Alat ukur suhu dengan sensor suhu termokopel berbasis mikrokontroler

PIC16F877.

1.2.Latar Belakang Masalah

Pengukuran merupakan kegiatan yang sangat penting untuk mengetahui

kuantitas, kualitas suatu benda dalam sebuah penelitian. Salah satu faktor atau

besaran yang dipakai untuk mengetahui kuantitas, kualitas serta kemampuan suatu

benda tersebut adalah suhu. Suhu sangat berpengaruh hampir di tiap percobaan atau

penelitian.

Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma mempunyai sebuah

mesin bakar yang saat ini dipakai untuk penelitian oleh fakultas teknik mesin. Dalam

penelitian mesin bakar tersebut mereka membutuhkan sebuah alat untuk mengukur

suhu gas buang hasil pembakaran, pelumas serta suhu mesin, untuk itu mereka

membutuhkan alat ukur suhu yang dapat mengukur suhu hingga 500o_{C. karena}

alasan itulah maka pada tugas akhir kali ini kami membuat alat ukur suhu

Laboratorium yang dapat mengukur suhu dari 0 o_{C hingga 500} o_{C dengan resolusi 0,5} o_{C .}

1.3.Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dari pembuatan alat ukur ini yaitu: pengembangan

alat ukur suhu berbasis mikrokontroler untuk mengukur suhu gas buang pada mesin

bakar Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma.

Manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini yaitu:

1. Tersedianya alat ukur suhu untuk laboratorium

2. Mempermudah perolehan data dalam pengukuran di laboratorium.

3. Tersedianya literatur dalam perancangan alat ukur menggunakan sensor

termokopel.

1.4.Batasan Masalah

Dalam penelitian ini akan dirancang sebuah alat ukur suhu dari 100o_{C hingga}

500o_{C dengan resolusi 0.5}o_{C. Sensor suhu yang digunakan adalah termokopel tipe K}

dengan unit pengolah sebuah mikrokontroler PIC16F877. Hasil pengukuran dapat

ditampilkan di LCD 2X16

1.5.Metodologi Penelitian

Tahap – tahap yang dilakukan untuk memperoleh hasil sesuai dengan tujuan

penelitian adalah sebagai berikut:

1. Menentukan obyek yang akan diukur (karakteristik dari obyek).

2. Menentukan komponen yang akan digunakan yang sesuai dengan karakteristik

3. pengumpulan dokumen pendukung, berupa buku – buku dan data sheet yang

berhubungan dengan kompenen yang akan digunakan pada perancangan.

4. Perancangan untuk menyelesaikan masalah, berupa perhitungan matematis dan

menentukan nilai – nilai yang akan digunakan

5. Implementasi dari perancangan.

6. Pengambilan data dengan melakukan pengukuran di Laboratorium

7. Pengolahan data dengan membandingkan hasil pengukuran dengan hasil

perhitungan matematis.

8. Penyajian data dengan grafik dari hasil percobaan dan perhitungan matematis dan

statistik

9. Penulisan laporan.

.

1.6.Sistematika Penulisan

Penulis melakukan penelitian dengan merancang alat dan mengambil data alat

yangg telah dirancang tersebut. Laporan penelitian dibagi menjadi 5 Bab yangsecara

singkat dapat dijelaskan sebagai berikut:

BAB I memuat pendahuluan yang berisi latar belakang penelitian, batasan

masalah, tujuan dan manfaat penelitian, metodologi penelitian, serta

sistematika penulisan laporan

BAB II berisi dasar teori yang dipakai oleh penulis untuk melakukan penelitian

BAB III berisi tentang perancangan alat yang terdiri dari diagram blok, perhitungan

nilai komponen, gambar tiap rangkaian beserta diagram alir program.

BAB V berisi kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan serta saran yang

BAB II

DASAR TEORI

2.1.Skala Suhu

Satuan yang dipakai untuk menyatakan temperatur adalah derajat, yang paling

umum dipakai adalah derajat Celcius, yang biasa disingkat dengan o_{C. Ada pula}

satuan o_{Kelvin dan} o_{Fahrenheit, masing-masing disingkat sebagai} o_{K dan} o_{F. Pada}

skala Celcius titik nol sama dengan titik beku air, sedangkan titik didih air berada

pada skala“100 o”_{. Pada keadaan yang lebih dingin dari pada air beku, skala ditandai}

dengan angka negatif.

Untuk skala suhu Fahrenheit, suhu beku air adalah 32 o_{F ( tiga puluh dua derajat}

Fahrenheit ) dan suhu didih air berada pada 212 o_{F, keduanya pada tekanan atmosfir}

standar (1013 millibar). Ada 180 derajat skala Fahrenheit diantara titik beku dan titik

didih, dibandingkan terhadap 100 skala Celcius, sehingga 1 skala Fahrenheit

mewakili hanya 180 100

, atau 9 5

dari perubahan suhu sejauh satu derajat Celcius.

Untuk mengubah suhu dari derajat Celcius ke derajat Fahrenheit, harus

diperhatikan bahwa suatu suhu Celcius ( TC )adalah besar derajat Celcius diatas titik

beku. Besar derajat Fahrenheit diatas titik beku adalah 5 9

dari suhu Celcius, Tetapi,

Fahrenheit sebesar TF yang sebenarnya, kalikan nilai Celcius dengan

5 9

lalu

tambahkan 32 o_{, atau dapat dituliskan:}

TF =

5 9

TC + 32 o (2.1)

Untuk mengubah Fahrenheit ke Celcius, turunkan persamaan (2.1) untuk

memperoleh TC , dan didapatkan persamaan:

TC =

9 5

( TF – 32 o). (2.2)

Skala suhu Kelvin, dinamai untuk menghargai fisikawan Inggris Lord Kelvin

(1824 – 1907). Satuannya tetap sama besar seperti pada skala Celcius, tetapi harga

nol digeser sehingga 0 K = 273,15 o_{C atau}

TK = TC + 273,15 (2.3)

Pada khasanah SI, “derajat” tidak digunakan pada skala Kelvin; suhu 293 Kelvin

dibaca sebagai “293 Kelvin”, bukan “293 derajat Kelvin”.

2.2.Metode Pengukuran Suhu

Pengukuran suhu dapat dilakukan dengan beberapa metode, diantaranya:

2.2.1.Metode Ekspansi

Termometer cairan dalam kaca terdiri dari pipa kapiler dengan suatu

gelembung yang berisi suatu cairan ( biasanya cairan Raksa ). Maka ketika suhu

berubah, volume cairan berekspansi dari kaca dan gelembung karena perbedaan

volume menyebabkan cairan mengisi pipa kapiler. Suatu skala yang dilekatkan pada

kaca digunakan untuk menandai perubahan cairan pada pipa kapiler terhadap suhu.

2.2.2.Metode Hambatan

Termometer hambatan terdiri atas suatu elemen sensor yang memperlihatkan

suatu perubahan dalam hambatan ketika terjadi perubahan suhu. Dua jenis sensor

yang biasanya digunakan adalah RTD (Resistance Temperatur Detector) dan

termistor.

2.2.3.Metode Lempeng Bimetal

Termometer ini terdiri dari dua buah lembaran logam dengan bahan yang

berbeda dan saling direkatkan. Ketika dipanaskan, salah satu logam berekspansi

lebih jauh dibandingkan logam lainnya, sehingga gabungan lembaran akan

melengkung jika suhu berubah.

2.3.Karakteristik Alat Ukur

Dalam pengukuran digunakan istilah – istilah yang menentukan karakteristik

suatu alat ukur, antara lain:

2.3.1.Presisi (ketelitian)

Presisi merupakan suatu ukuran kemampuan untuk mendapatkan hasil

ketelitian (presisi) merupakan suatu ukuran tingkatan yang menunjukkan perbedaan

hasil pengukuran pada pengukuran – pengukuran yang dilakukan secara berurutan.

2.3.2.Akurasi (ketepatan)

Akurasi merupakan sifat kedekatan pembacaan alat ukur dengan nilai

sebenarnya dari variabel yang diukur. Akurasi ditentukan dengan cara mengkalibrasi

dengan kondisi operasi tertentu.

2.3.3.Sensitivitas (kepekaan)

sensitivitas merupakan perubahan terkecil dari masukan yang mempengaruhi

keluaran.

S=

Input Output

∆ ∆

(2.4)

2.3.4.Resolusi (kemampuan membaca skala)

Resolusi merupakan perubahan terkecil dari keluaran yang masih bisa

dibedakan.

2.3.5.Repeatability (kemampuan mengulangi)

Repeatability adalah sebagai ukuran deviasi dari hasil uji nilai rata – rata. Hal

ini mengindikasikan kedekatan diantara sejumlah pengukuran yang dilakukan secara

2.3.6.Treshold

Treshold merupakan nilai minimum perubahan masukan yang tidak dapat

diamati atau dideteksi, bila masukannya berangsur – angsur bertambah dari nol.

2.3.7.Linearitas

Linearitas merupakan kemampuan untuk menghasilkan ukuran alat ukur yang

menghasilkan keluaran yang secara linear. Dalam hal ini, dapat didefinisikan dengan

persamaan berikut ini:

y = mx + c (2.5)

keterangan :

y = nilai – nilai taksiran untuk variabel tak bebas

x = nilai variabel bebas

m = kemiringan (slope)

c = offset

2.4.Analisis Statistik

Analisis statistik terhadap data pengukuran adalah untuk menentukan

penentuan ketidakpastian hasil pengujian akhir secara analisis. Hasil dari suatu

pengukuran dengan metode tertentu dapat diramalkan berdasarkan contoh (data

sampel), tanpa memiliki informasi atau keterangan yang lengkap mengenai semua

faktor – faktor gangguan.

Agar cara–cara statistik dan keterangan yang diberikan bermanfaat, biasanya

2.4.1.Nilai Rata-rata (Arithmatic Mean)

Nilai yang paling mungkin dari suatu variabel yang diukur adalah nilai rata –

rata dari semua pembacaan yang dilakukan. Pendekatan paling baik akan diperoleh

bila jumlah pembacaan untuk suatu besaran sangat banyak. Secara teoritis,

pembacaan yang tak berhingga akan memberikan hasil paling baik, walaupun dalam

prakteknya hanya dapat dilakukan pengukuran yang terbatas.

Nilai rata – rata diberikan oleh persamaan:

x=

n

x x

x

x₁+ ₂ + ₃ + ...+ _n =

n x

∑

_(2.6)

Dimana x = nilai rata –rata

x1,x2,xn = pembacaan yang dilakukan

n = jumlah pembacaan

2.4.2.Penyimpangan Terhadap Nilai Rata-rata

Penyimpangan (deviasi) adalah selisih antara suatu pembacaan terhadap nilai

rata- rata dalam sekelompok pembacaan. Jika penyimpangan pembacaan pertama x1

adalah d1, penyimpangan pembacaan kedua x2 adalah d2 dan seterusnya, maka

penyimpangan terhadap nilai rata-rata adalah:

d1= x1- x d2 = x2 – x x dn = xn - x (2.7)

perlu dicatat bahwa penyimpangan terhadap nilai rata – rata boleh positif atau

2.4.3.Penyimpangan Rata-rata (Average Deviation)

Deviasi rata –rata adalah suatu indikasi ketepatan instrumen – instrumen yang

digunakan untuk pengukuran. Menurut definisi, deviasi rata – rata adalah

penjumlahan nilai – nilai mutlak dari penyimpangan – penyimpangan dibagi jumlah

pembacaan. Deviasi rata – rata dapat dinyatakan dengan:

D = n d n d d d

d _n

∑

= + + +

+ _{2 3} ...

1 _(2.8)

2.4.4.Deviasi Standar

Deviasi standar (root mean square) merupakan salah satu cara untuk

menganalisis kesalahan – kesalahan acak secara statistik. Deviasi standar dari

jumlah data terbatas didefinisikan sebagai akar dari penjumlahan semua

penyimpangan (deviasi). Setelah dikuadratkan dibagi dengan banyak pembacaan.

Tetapi dalam praktek, jumlah penjumlahan yang mungkin adalah terbatas. Deviasi

standar untuk sejumlah data terbatas adalah:

1 1

.... 2 2

2 3 2 2 2 1 − = − + + + + =

∑

n d n d d d

d _{n t}

σ (2.9)

2.4.5.Regresi Linier

Untuk mempermudah melakukan perumusan dan analisis hubungan dua

kejadian, maka dua kejadian tersebut dilambangkan dengan variabel – variabel, yaitu

kejadian pertama dilambangkan dengan variabel X dan kejadian kedua dilambangkan

Yang dimaksud dengan garis regresi atau regresi adalah garis lurus atau garis

linear yang merupakan garis taksiran atau perkiraan untuk mewakili pola hubungan

antara variabel X dengan variabel Y. dalam hal ini X disebut variabel bebas dan Y di

sebut variabel tak bebas.

Garis regresi mempunyai persamaan yang umum yaitu sebagai berikut:

^

Y= a + bX (2.10)

^

Y = adalah nilai – nilai taksiran untuk variabel tak bebas Y

X = niai – nilai variabel bebas

a = intersep ( pintasan) bilamana X = 0

b = koefisien arah atau slope dari garis regresi

Dalam hal ini a dan b disebut koefisien regresi tersebut

persamaan regresi yang paling baik dari sebaran data adalah regresi yang

mempunyai total kuadrat kesalahan atau total kuadrat selisih atau total kuadrat error

yang paling minimum.Untuk memperoleh total kuadrat error yang paling minimum

tersebut dipakai metode kuadrat minimum ( last square method ). Dengan metode

ini, persamaan regresi linier akan mempunyai total kuadrat error minimum bilamana

koefisien a dan b dihitung dengan rumus berikut

(

)

∑

∑

∑

∑ ∑

− −

= ₂ 2

2.4.6.Kesalahan baku penaksiran

Kesalahan baku penaksiran atau disebut juga standard error of estimate oleh

bX a Y = +

^

kesalahan ini menunjukkan ukuran menyeluruh dari pencaran titik-titik

(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3), …….,(Xn,Yn) disekitar garis regresi. Rumus dari

kesalahan baku penaksiran :

n

XY b Y a Y S

X Y

∑

−

∑

−

∑

=

2

^

(2.13)

2.4.7.Koefisien Korelasi

Salah satu teknik statistik yang kerapkali digunakan untuk mencari hubungan

antara dua variabel adalah teknik korelasi. Dua variabel yang hendak diselidiki

hubungannya itu biasa diberi kode variabel X dan variabel Y. bilamana kenaikan

nilai variabel X selalu disertai kenaikan nilai variabe Y, dan sebaliknya turunnya

nilai variabel X selalu diikuti oleh turunnya nilai variabel Y, maka hubungan seperti

itu disebut hubungan yang positif. Akan tetapi sebaliknya bilamana niliai variabel X

yang rendah selalu diikuti oleh variabel Y yang tinggi, hubungan antara kedua

varibel itu disebut hubungan negatif. Ada juga kemungkinan bahwa dua variabel

tidak mempunyai hubungan itu tidak mampunyai hubungan. Dua variabel disebut

tidak mempunyai hubungan atau dalam istilah teknis statistik dikatakan mempunyai

hubungan yang nihil, bilamana kenaikan variabel yang satu kadang-kadang desertai

turunnya nilai variabel lainnya, dan kadang – kadang diikuti oleh kenikan nilai

Biasanya besar kecilnya hubungan dinyatakan dalam bilangan. Bilangan yang

menyatakan besar-kecilnya hubungan itu disebut koefisien hubungan atau koefisien

korelasi. Koefisien korelasi itu bergerak antara 0,000 sampai +1,000 atau diantara

0,000 sampai-1,000, tergantung kepada arah korelasi, nihil, positif atau

negatif.koefisien yang bertanda positif menunjukkan arah korelasi positif, koefisien

negatif menunjukkan arah korelasi yang negatif, sedang koefisien yang bernilai

0,000 menunjukkan tidak adanya korelasi antara X dan Y.

Koefisien korelasi pearson dicari dengan rumusan matematis sebagai berikut:

{

∑

−

∑

∑

∑ ∑

}{

∑

−

∑

}

− = 2 2 2 2 ) ( )

( X n Y Y

X n Y X XY n r _(2.14)

Perbandingan antara variasi yang dijelaskan dengan variasi total yaitu

∑

∑

− − = ₂ 2 ^ 2 ) ( ) ( Y Y Y Y r (2.15)

r2 _{disebut koefisien determinasi, jika tidak terdapat variasi yang dijelaskan maka}

r2 _{= 0. jika r}2 _{= 1 maka tidak terdapat variasi yang tidak dijelaskan. Dalam keadaan –}

keadaan yang lain perbandingan tersebut terletak antara 0 dan 1, yaitu 0<r2_<1.

2.5.Termokopel

Termokopel adalah sebuah sensor suhu yang terdiri dari sepasang kawat logam

berbeda dihubungkan bersama – sama pada satu ujung (ujung pengindera atau ujung

panas) dan berakhir pada ujung lain (titik referensi atau ujung dingin) yang

dipertahankan pada suatu temperatur konstan (temperatur referensi). Bila antara

menghasilkan tegangan yang sangat kecil yang disebut electromotive force (emf),

seperti ditunjukkan pada gambar 2.1

Gambar 2.1. Termokopel

Efek yang terjadi pada termokopel ini ditemukan oleh Thomas J. Seebeck pada tahun

1822, sehingga dinamakan efek Seebeck. emf yang dihasilkan dapat dirumuskan

sebagai berikut:

ε =

∫

2 1

T

T

(QA – QB)∂T (2.16)

dengan : ε : emf yang dihasilkan dalam volt

T1, T2 : Suhu sambungan dalam Celcius

QA, QB : konstanta perpindahan panas untuk logam A dan B

Persamaan (2.16) menunjukkan bahwa emf yang dihasilkan proposional dengan

perbedaan suhu dan perbedaan konstanta aliran panas, sehingga persamaan (2.16)

dapat ditulis kembali menjadi:

ε = α ( T1 – T2) (2.17)

dengan α adalah konstanta dalam

Celcius Volt

= QA –QB (2.18)

emf

Temperatur referensi

Ujung panas Logam A

Tabel 2.1. Sensitivitas Termoelectric dari beberapa material yang dikombinasikan

dengan platinum pada suhu 0o_{C (32}o_F)

Material Q (konstanta material)

μV/o

C μV/o

F

Bismuth -72 -40

Constantan -35 -19,4

Nickel -15 -8,3

Alumel -13,6 -7,6

Nisil -10,7 -5,9

Platinum 0 0

Mercury +0,6 0,3

Carbon +3 +1,7

Alumunium +3,5 +1,9

Lead +4 +2,2

Silver +6,5 +3,6

Copper +6,5 +3,6

Gold +6,5 +3,6

Tungsten +7,5 +4,2

Nicrosil +15,4 +8,6

Iron +18,5 +10,3

Chromel +25,8 +14,3

Germanium +300 +167

Silicon +440 +244

Tellurium +500 +278

Selenium +900 +500

Konstanta perpindahan panas untuk jenis logam yang digunakan dalam pembuatan

Termokopel dapat dilihat pada tabel 2.1.

2.6.Penguat Tak Pembalik

Gambar 2.2 adalah sebuah penguat tak membalik, yaitu tegangan keluaran

Gambar 2.2. Penguat tak pembalik

Karena tegangan antara terminal (+) dan terminal (-) idealnya adalah 0, maka

kedua pasak tersebut berada pada potensial yang sama, sehingga :

I =

1

R E_i

(2.19)

Arus masukan ke terminal (-) opamp dapat diabaikan. Karenanya, I mengalir

melalui Rf dan penurunan tegangan melintasi Rf dinyatakan oleh VRf dan dinyatakan

sebagai:

VRf = I(Rf) = 1

R R_f

x Ei (2.20)

Tegangan keluaran Vo didapat dengan menambahkan penurunan tegangan melintasi

R1, yang adalah Ei, ke tegangan melintasi Rf, yang adalah VRf:

Vo = Ei + 1

R R_f

Ei (2.21)

Atau

Vo = 

Dengan menyusun kembali persamaan (2.31) untuk menyatakan penguatan

tegangannya, kita dapatkan

Acl =

1

E Vo

= 1 +

1

R R_f

(2.23)

2.7.LCD

LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu tampilan (display) dari bahan cairan

kristal yang dioperasikan dengan menggunakan sistem dot matriks. Pada

perancangan alat ini digunakan Display LCD 16 × 2 karakter, yang artinya LCD ini

memiliki 2 baris dan 16 kolom karakter, sehingga jumlah total karakter yang dapat

ditampilkan sekaligus adalah sebanyak 32 karakter. Masing-masing karakter tersebut

terbentuk dari susunan dot yang berukuran 8 baris dan 5 kolom dot.

Jenis LCD yang digunakan dalam perancangan alat ini adalah LCD

HD44780U. Untuk berhubungan dengan mikrokontroler atau perangkat elektronik

lainnya, LCD HD44780U dengan berdasarkan panjang datanya mempunyai dua buah

teknik antarmuka, yaitu antarmuka 4 bit dan antarmuka 8 bit. Pada teknik antarmuka

8 bit, data yang ditulis atau dibaca oleh mikrokontroler ke atau dari LCD dilakukan

sekali proses, teknik ini membutuhkan 8 buah jalur data dalam proses antarmukanya

sehingga juga membutuhkan 8 bit I/O pada mikrokontroler sebagai data bus (jalur

data). Pada teknik antarmuka, 4 bit penulisan atau pembacaan data dilakukan

sebanyak dua kali untuk 8 bit data, yaitu 4 bit untuk nibble atas (bit 7 hingga bit 4)

LCD yang dipakai pada alat pencacah ini menggunakan sistem pengiriman data

8-bit dan diperlukan 10 jalur data untuk berhubungan dengan sistem mikrokontroler

PIC16F877. Kesepuluh jalur data tersebut adalah :

1. Delapan jalur data untuk mengirimkan data instruksi dan data karakter yang akan

ditampilkan, kedelapan jalur tersebut secara berurutan yaitu kaki 7 (DB0), kaki 8

(DB1), kaki 9 (DB2), kaki 10 (DB3), kaki 11 (DB4), kaki 12 (DB5), kaki 13

(DB6), kaki 14 (DB7).

2. Dua jalur lainnya adalah kaki 4 (RS/Register select), dan kaki 6 (E/Enable).

Gambar LCD 2 x 16 dapat dilihat pada gambar 2

Gambar 2.3. Display LCD 2 × 16 karakter

HD44780U memiliki beberapa bagian, yaitu:

1. Register

HD44780U memiliki dua buah register 8-bit, yaitu IR (Instruction

Register) dan DR (Data Register). IR merupakan register yang hanya dapat ditulis

untuk menyimpan kode-kode instruksi seperti clear display, cursor shift, dan juga

untuk alamat dari DDRAM (display data RAM) ataupun CGRAM (Character

ditulis maupun dibaca untuk penyimpanan sementara data yang akan ditulis atau

dibaca dari atau kedalam DDRAM ataupun CGRAM.

2. BF (Busy Flag)

Jika BF berlogika ‘1’ maka driver HD44780U akan menjalankan operasi

internal, sehingga instruksi selanjutnya tidak dapat dijalankan. Maka untuk dapat

menjalankan instruksi selanjutnya perlu diperiksa apakah BF tersebut berlogika

‘0’, atau dapat juga dilakukan dimana pengiriman data selanjutnya dilakukan

dalam waktu yang lebih lama dari waktu yang dibutuhkan untuk melakukan

eksekusi instruksi data sebelumnya.

3. AC (Address Counter)

Fungsi AC adalah untuk mengalamati DDRAM dan juga CGRAM.

4. DDRAM (Display Data RAM)

DDRAM digunakan untuk menyimpan tampilan data yang direpresentasikan

dalam bentuk 8-bit kode karakter. DDRAM memiliki kapasitas 80× 8 bit atau

jenis 80 karakter.

5. CGROM (Character Generator ROM)

CGROM merupakan RAM (Read Only Memory) berukuran 64× 8 bit yang

memungkinkan pemakai untuk memprogram bentuk karakter yang diinginkan.

LCD yang digunakan adalah LCD buatan Hitachi dengan driver HD44780U yang

Tabel 2.2 Pin pada LCD HD44780U

Nomor Pin Simbol 1 VEE (0V)

2 VCC (5V)

3 GND (0V)

4 RS

5 R/W

6 E

7 DB0

8 DB1

Nomor Simbol

9 DB2

10 DB3

11 DB4

12 DB5

13 DB6

14 DB7

15 A

16 K

Deskripsi pin:

1. DB0 sampai dengan DB7, merupakan jalur data yang dipakai untuk menyalurkan

kode ASCII maupun perintah pengatur kerja LCD tersebut.

2. RS (Register Select), merupakan pin yang dipakai untuk membedakan jenis data

yang dikirim ke LCD. Jika RS berlogika ‘0’ maka data yang dikirim adalah

perintah untuk mengatur kerja LCD tersebut, jika RS berlogika ‘1’ maka data

yang dikirim adalah kode ASCII yang ditampilkan.

3. R/W (Read/Write), merupakan pin yang digunakan untuk mengaktifkan

pengiriman dan pengambilan data ke dan dari LCD. Jika R/W berlogika ‘0’ maka

akan diadakan pengiriman data ke LCD, jika R/W berlogika ‘1’ maka akan

diadakan pengambilan data dari LCD.

4. E (Enable), merupakan sinyal sinkronisasi. Saat E berubah dari logika ‘1’ ke ‘0’,

2.8.Mikrokontroler PIC16F877

Gambar 2.4 Mikrokontroler PIC16F877

Mikrokontroler PIC16F877 seperti ditunjukkan pada gambar 2.4 merupakan

mikrokontroler yang dikembangkan dan diproduksi oleh perusahaan Microchip.

Mikrokontroler PIC16F877 termasuk dalam mikrokontroler 8 bit, yang berarti dapat

melakukan pengolahan data sebanyak 8 bit secara langsung.

Bagian-bagian utama dari mikrokontroler PIC16F877 seperti yang ditunjukkan

pada gambar 2.5, yaitu:

2.8.1.ALU (Arithmetic Logic Unit)

Merupakan bagian mikrokontroler yang bertanggungjawab terhadap operasi

aritmatika (penjumlahan dan pengurangan) dan logika, termasuk pergeseran dalam

register (shfting). PIC 16F877 mempunyai sebuah ALU 8-bit dan sebuah register

kerja W ( Working Register).

2.8.2.Memori Program

Memori program direalisasikan dalam teknologi FLASH memory yang

memungkinkan pemrogram melakukan program hapus - tulis hingga seribu kali.

Pemrograman PIC16F877 dilakukan sebelum dipasang pada rangkaian aplikasi, atau

ketika sistem sudah terpasang namun dikehendaki adanya up-dating pada program di

dalamnya. Ukuran memori program untuk PIC16F877 adalah 8 Kbyte lokasi dengan

lebar kata (word) 14 bit. Lokasi 0000h dan 0004h berturut-turut digunakan untuk

2.8.3.Program counter

Merupakan suatu register 13 bit yang berisi alamat instruksi yang sedang

dieksekusi. Program Counter terbagi menjadi byte rendah (PCL) dan byte tinggi

(PCH). PCL bersifat dapat dibaca dan ditulis, sedangkan PCH hanya dapat ditulis

melalui register PCLATH.

2.8.4.Register status

Register status berisi status aritmatika dan ALU (C,DC,Z), status reset (TO,PD)

dan bit-bit pemilih memori (IRP, RP1, RP0).

2.8.5.Pembangkit clock - osilator

Rangkaian osilator yang dibutuhkan oleh mikrokontroler untuk menyediakan

clock bagi mikrokontroler.

2.8.6.Unit I/O

Agar mikrokontroler dapat berkomunikasi dengan dunia luar, maka harus ada

terminal yang menghubungkan keduanya. Terminal tersebut dinamakan port I/O

yang dialamati sebagaimana layaknya lokasi memori.

2.8.7.Timer

Timer digunakan untuk keperluan menghasilkan tunda, mencacah pulsa,

2.8.8.Analog to Digitalconverter (ADC)

Mikrokontroler seri PIC16F877 mempunyai 10 bit ADC internal untuk

mengkonversi tegangan menjadi data digital. Data digital hasil konversi adalah dari

‘000’H sampai ‘3FF’H (0 – 1023). Modul ADC pada PIC16F877 mempunyai

tegangan referensi (+) dan tegangan referensi (-), kombinasi keduanya diatur melalui

software(VDD, VSS, RA2 atau RA3). ADC pada PIC16F877 mempunyai 4 register,

antara lain:

2.8.8.1.Register ADCON0

Bit 7-6 ADCS1:ADCS0 : bit untuk memilih waktu konversi

00 = Fosc/2

01 = Fosc/8

10 = Fosc/32

11 = FRC ( Clock dari RC oscilator internal)

Bit 5-3 CHS2:CHS0: bit untuk memilih chanel analog

000 = chanel 0, (RA0/AN0)

001 = chanel 1, (RA1/AN1)

010 = chanel 2, (RA2/AN2)

011 = chanel 3, (RA3/AN3)

100 = chanel 4, (RA5/AN4)

110 = chanel 6, (RE1/AN6)

111 = chanel 7, (RE2/AN7)

Bit 2 GO/DONE: status konversi ADC

1 = ADC sedang bekerja ( mengeset bit ini akan mulai

mengkonversi)

0 = ADC off, ( otomatis =0 jika konversi selesai)

Bit 1 tidak dipakai

Bit 0 ADON: A/D on bit

1 = ADC on

0 = ADC shutdown (tidak mengkonsumsi arus)

2.8.8.2.Register ADCON1

Bit 7 ADFM: Format pemilihan bit hasil konversi

1= Right justified. 6 Msb ADRESH dibaca 0

0 = Left justified. 6 Lsb ADRESL dibaca 0

Bit 6 - 4 tidak dipakai

Tabel 2.3 konfigurasi kontrol bit port A/D

2.8.8.3.Register ADRESH dan ADRESL

Register ADRESH dan ADRESL adalah tempat menyimpan hasil konversi

ADC.

2.8.9.USART

Digunakan untuk berkomunikasi secara serial dengan komputer.

2.8.10.Instruksi-instruksi PIC16F877

Mikrokontroler seri PIC16 instruksi yang digunakan relatif sedikit, hanya 35

instruksi. Instruksi – instruksi tersebut terdiri atas 6 instruksi untuk transfer data, 15

instruksi aritmatika dan logika, 2 instruksi pengarah aliran program dan 3 instruksi

umum.

Instruksi – instruksi PIC16F877 juga dapat dikelompokkan berdasarkan medan

operasinya yaitu: instruksi literal dan kontrol, instruksi berorientasi byte, dan

Tabel 2.4 Tabel instruksi PIC16F877

Mnemonic,

Operand

Keterangan Siklus 14-bit opcode

Msb Lsb

Status yang dipengaruhi

PENGALAMATAN BERORIENTASI BYTE

ADDWF f,d Jumlahkan W dan f 1 00 0111 d f f f f f f f C,DC,Z

ANDWF f,d AND W dan f 1 00 0101 d f f f f f f f Z

CLRF f Bersihkan f 1 00 0001 1 f f f f f f f Z

CLRW Bersihkan w 1 00 0001 0xxx xxxx Z

COMF f,d Complement f 1 00 1001 d f f f f f f f Z

DECF f,d Decrement f 1 00 0011 d f f f f f f f Z

DECFSZ f,d Decrement f, lompati jika 0 1(2) 00 1011 d f f f f f f f

INCF f,d Increment f 1 00 1010 d f f f f f f f Z

INCFSZ f,d Increment f, lompati jika bernilai 0 1(2) 00 1111 d f f f f f f f

IORWF f,d Inclusive OR W dengan f 1 00 0100 d f f f f f f f Z

MOVF f,d Move f 1 00 1000 d f f f f f f f Z

MOVWF f Move f ke W 1 00 0000 1 f f f f f f f

NOP Tidak ada operasi 1 00 0000 0xx0 0000

RLF f,d f digeser ke kiri melewati Carry 1 00 1101 d f f f f f f f C RRF f,d f digeser ke kanan melewati Carry 1 00 1100 d f f f f f f f C

SUBWF f,d Kurangi W dengan f 1 00 0010 d f f f f f f f C,DC,Z

SWAPF f,d Tukar nible pada f 1 00 1110 d f f f f f f f

XORWF f,d Exclusive OR W dengan f 1 00 0110 d f f f f f f f Z

PENGALAMATAN BERORIENTASI BIT

BCF f,b Bersihkan bit pada f 1 01 00bb b f f f f f f f

BSF f,b Set bit pada f 1 01 01bb b f f f f f f f

BTFSC f,b Check Bit di f, lompati jika =0 1(2) 01 10bb b f f f f f f f

BTFSS f,b Check Bit di f, Lompati jika =1 1(2) 01 11bb b f f f f f f f OPERASI LITERAL DAN KONTROL

ADDLW k Literal dijumlahkan dengan W 1 11 111x kkkk kkkk C,DC,Z

ANDLW k Literal diAND-kan dengan W 1 11 1001 kkkk kkkk Z

CALL k Panggil subrutine 2 10 0kkk kkkk kkkk

CLRWDT Bersihkan Wacthdog Timer 1 00 0000 0110 0100 TO,PD

GOTO k Menuju ke alamat 2 10 1kkk kkkk kkkk

IORLW k Inclusive OR Literal dengan W 1 11 1000 kkkk kkkk Z

MOVLW k Pindahkan Literal ke W 1 11 00xx kkkk kkkk

RETFIE Kembali dari Interupsi 2 00 0000 0000 1001

RETLW k Kembali dengan Literal ke W 2 11 01xx kkkk kkkk

RETURN kembali ke program utama 2 00 0000 0000 1000

SLEEP Mode Standby 1 00 0000 0110 0011 TO,PD

SUBLW k W dikurangi dengan literal 1 11 110x kkkk kkkk C,DC,Z

XORLW k Exclusive OR Literal dengan W 1 11 1010 kkkk kkkk Z

Instruksi – instruksi pada mikrokontroler PIC16F877 ditunjukkan pada tabel 2.4

Simbol “k” pada instruksi Literal dan kontrol menunjukkan suatu nilai Literal,

suatu register file dan ”d” menunjukkan suatu tujuan yang merupakan lokasi untuk

menyimpan hasil operasi.

2.8.11.Register Status

Register status berisi status aritmetika dari ALU (C, DZ, Z), status reset (TO,

PD) dan bit-bit pemilih bank memori (IRP, RP0, RP1).

bit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 bit 0

IRP RP1 RP0 TO PD Z DC C

Gambar 2.3 Format register status

Bit 0 = C (Carry) Transfer

Bit C merupakan bit yang dipengaruhi oleh operasi penjumlahan,

pengurangan, dan pergeseran.

1 = transfer tejadi dari bit tertinggi (MSB) pada hasil operasi

0 = tidak terjadi transfer

Instruksi yang mempengaruhi ADDWF, ADDLW, SUBLW, SUBWF.

Bit 1 = DC (Digit Carry) DC transfer

Bit DC juga dipengaruhi oleh operasi penjumlahan, pengurangan, dan

pergeseran. Bit DC menyatakan terjadinya transfer dari bit 3 ke bit 4 pada operasi

penjumlahan, atau transfer dari bit 4 ke bit 3 pada operasi pengurangan, atau operasi

pergeseran antara bit 3 dan bit 4 dengan arah manapun.

1 = terjadi transfer antara bit 3 dan bit 4

0 = tidak terjadi transfer

Bit Z akan mengindikasikan apabila hasil operasi adalah nol. Bit ini akan

diset jika hasil operasi aritmetika atau logika sama dengan nol.

1 = hasil operasi sama dengan nol

0 = hasil operasi tidak sama dengan nol

Bit 3 = PD (Power Down bit)

Bit PD akan diset ketika power supply mulai ON atau setelah eksekusi

instruksi CLRWDT. Instruksi SLEEP akan mereset bit ini ketika mikrokontroler

mulai memasuki mode SLEEP.

1 = sesudah power supply ON

0 = saat eksekusi instruksi SLEEP

Bit 4 = TO (Time Out, WDT overflow)

Bit ini diset setelah power supply ON, eksekusi CLRWDT dan instruksi

SLEEP. Reset pada bit ini akan terjadi saat WDT overflow.

1 = overflow tidak terjadi

0 = overflow terjadi

Bit 5, 6 = RP1, RP0 (Request Bank Select Bit)

Kedua bit ini merupakan bit-bit pemilih bank pada mode pengalamatan

langsung. Bit RP0 tidak difungsikan karena bit ini hanya disisakan untuk keperluan

ekspansi mendatang.

01 = bank 1

00 = bank 0

Bit 7 = IRP (Register Bank Select Bit)

1 = bank 2 dan bank 3

BAB III

PERANCANGAN PERALATAN

Alat ukur suhu ini dirancang untuk mengukur suhu mesin otomotif hingga

500o_{C. Untuk alasan tersebut maka sensor yang dapat dipakai untuk pengukuran}

suhu mesin yaitu Termokopel tipe K, karena:

1. Termokopel tipe K banyak dipakai dan mudah diperoleh.

2. Harga relatif lebih murah.

3. Mempunyai range suhu yang relatif besar (lebih dari 500 o_{C ).}

Untuk merealisasi perancangan alat yang akan dibangun diperlukan identifikasi

kebutuhan yaitu:

1. Tranduser atau sensor suhu untuk mengubah besaran non-listrik menjadi besaran

listrik

2. Pengkondisi sinyal

3. Pengubah sinyal elektris dari sensor menjadi data-data digital.

4. Perangkat penampil data-data digital supaya dapat dibaca dalam bentuk desimal.

Diagram blok perancangan alat ukur suhu ini ditunjukkan pada gambar 3.1.

Pertama – tama suhu ditangkap oleh sensor suhu (termokopel) kemudian diubah

menjadi tegangan. Penguat digunakan Untuk menyesuaikan level keluaran dari

termokopel dengan level tegangan Analog to Digital Convertion (ADC). ADC akan

mengubah tegangan keluaran dari pengkondisi sinyal menjadi sinyal digital. Data

digital diolah oleh mikrokontroler agar dapat ditampilkan dalam bentuk desimal oleh

Gambar 3.1 Diagram blok sensor suhu

Berdasarkan aturan pengukuran Termokopel ( Bab 2.6 ), maka diperlukan satu

buah sensor lagi untuk mengukur suhu sambungan antara termokopel dengan

penguat. Sensor suhu yang digunakan adalah LM35 dengan resolusi 10mV/o_C.

3.1.Perancangan ADC

Suhu yang akan diukur adalah 0o_{C hingga 500}o_{C dengan resolusi 0,5}o_C,

sehingga ADC yang diperlukan untuk mendapatkan resolusi 0,5o_{C. Karena ADC}

yang digunakan adalah ADC internal yang digunakan adalah ADC internal dari

PIC16F877 maka proses konversi dilakukan melalui software.

3.1.1.Inisialisasi ADC

Proses inisialisasi pada ADC adalah untuk menentukan port yang digunakan

sebagai input analog, tegangan referensi, dan kecepatan konversi. Berikut tahap –

tahap proses inisisalisasi ADC :

1. RA0 – RA5 sebagai input dan port RA6 dan RA7 sebagai output yaitu dengan

mengisi register TRISA dengan b’00111111’. penguat

Pic16f877

Lcd 16 x 2

ADC Lm35

VCC

termokopel

2. ADFM untuk left justified, Vref - = Vs, Vref + = AN3, input Analog = AN0

(port RA0) yaitu dengan mengisi register ADCON1 dengan b’01000001’.

3.1.2.Konversi ADC

Supaya ADC dapat mengkonversi data input analog maka GO/DONE bit pada

register ADCON0 harus diset high, maka ADC akan mulai mengkonversi input

analog, kemudian tunggu hingga ADC selesai mengkonversi.

3.2.Perancangan Pengkondisi Sinyal

Pengkondisi sinyal yang diinginkan adalah agar dapat menyesuaikan level

tegangan dari termokopel dengan level ADC. Tegangan keluaran termokopel yang

dihasilkan oleh termokopel terhadap perubahan suhu dapat dilihat pada tabel 3.1

dibawah. Dari tabel 3.1 dapat dilihat bahwa keluaran termokopel sangat kecil

sehingga perlu adanya penguatan untuk menyesuaikan sinyal keluaran dari

termokopel dengan sinyal yang menuju ke mikrokontroler.

Tabel. 3.1 Tabel tegangan keluaran termokopel tipe K terhadap temperatur

(referensi termokopel 0 o_C)

Temperatur (o

C)

Output Voltage (mV)

-200 -7,88

-100 -3,94

0 0

100 3,94

200 7,88

300 11,82

400 15,76

500 19,7

600 23,64

Temperatur (o_C)

Output Voltage (mV) 800 31,52 900 35,46 1000 39,4 1100 43,34 1200 47,28 1300 51,22

Gambar 3.2 adalah grafik emf dari termokopel tipe K terhadap perubahan

temperatur berdasarkan dari tabel 3.1. Pada gambar 3.2 tersebut keluaran termokopel

pada suhu 0o_{C hingga 500}o_{C cukup linear sehingga tidak perlu adanya linearisasi}

keluaran termokopel.

Perubahan emf termokopel Tipe K terhadap suhu

51.22 35.46 15.76 -3.94 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

-400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400

suhu (oC)

e m f ( m V )

Gambar 3.2 Grafik perubahan emf termokopel Tipe K terhadap suhu

Dari tabel 3.1 dapat dilihat bahwa saat tegangan termokopel 3,94mV

suhunya adalah 100o_{C, dengan kata lain saat tegangan termokopel 3,94mV maka}

tegangan input ke ADC adalah 1V ( keluaran dari LCD saat input 1V = 100o_C).

sehingga dengan persamaan (2.32) penguatan adalah:

Acl = ₃

Dari didapat:

Acl = 253,81

sinyal dari termokopel dikuatkan menggunakan penguat tak membalik, sehingga

dari persamaan (2.32) diperoleh:

Acl = 

  

 

+ 1

1 R R_f

dengan memperhitungkan komponen resistor yang terdapat di pasaran dan untuk

mempermudah perhitungan maka penguatan dibulatkan menjadi 254x, dengan

persamaan (2.32) dan R1 = 1k sehingga :

254 = 1 + 1000

f

R

didapat:

Rf = 253 Kohm

Dengan menyesuaikan nilai resistor yang ada di pasaran maka Rf = 220 kohm+ 33

kohm = 253 Kohm.

Keluaran dari lm35 adalah berupa tegangan dan digunakan sebagai tegangan

referensi oleh potensiometer. Keluaran dari potensiometer digunakan sebagai

referensi penguat, sebagai pengkalibrasi jika suhu pada tampilan tidak cocok dengan

suhu referensi.

1K To mikrokontroler + -TERMOKOPEL + -VCC VCC VCC 5K 1 3 2 + -LM358 3 2 1 8 4 + -LF353 3 2 1 8 4 220K VEE VCC 1K LM35 1 2 3 VS+ VOUT G N D 1K 33K

Gambar 3.3 Rangkaian akhir pengkondisi sinyal

Rangkaian akhir pengkondisi sinyal dapat dilihat pada gambar 3.3.

3.3.Perancangan LCD

Alat pengukur suhu berbasis Mikrokontroler PIC16F877 ini menggunakan alat

penampil berupa sebuah LCD 16X2. dari bab 2.7. LCD yang digunakan adalah

HD44780U, LCD ini dapat menampilkan karakter sepanjang 32 karakter dengan 2

baris tampilan. Kontras dari display diatur dengan potensiometer R2. pin enable dari

display dihubungkan pada port C pin 2 dari mikrokontroler, jika kaki ini

mendapatkan sinyal high maka mikrokontroler akan membaca data dari display dan

jika kaki ini mendapatkan sinyal low, maka mikrokontroler akan mengirimkan data

ke display. Pada alat ukur ini data yang dikirimkan ke display merupakan data 8 bit

dengan menggunakan pin data D0 – D7 dari display yang dihubungkan ke port B

PIC16F877 15 16 17 33 34 35 36 37 38 39 40 RCO/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RC2/CCP1 RBO/INT RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 VCC

lcd 16 x 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

R1

POT

1

3

2

Gambar 3.4 Rangkaian LCD

3.3.1.Tampilan LCD

Ketika alat pengukur suhu dihidupkan pertama kali maka LCD akan

menampilkan karakter seperti ditunjukkan pada gambar 3.5. kemudian tampilan

karakter pada gambar 3.5 akan hilang dan dilanjutkan dengan menampilkan karakter

seperti pada gambar 3.6. karakter 000o_{C seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.6}

akan berubah-ubah sesuai dengan besaran suhu yang terukur

Gambar 3.5 Tampilan nama dan nomor mahasiswa

Kristianto W

Gambar 3.6 Tampilan hasil pengukuran suhu

3.4.Diagram Alir:

mulai

Inisialisasi LCD

Ambil data suhu

Tampilkan Hasil pengukuran

Tampilan perkenalan

Tunda 1detik

Konversi ke desimal

Konversi ke ASCII

Gambar 3.7 Diagram alir program utama

sensor suhu

Proses pengolahan data pada mikrokontroler agar data dapat di tampilkan pada

layar LCD2x16 dan komputer digambarkan dengan diagram alir seperti pada gambar

3.7 program dimulai dengan inisialisasi LCD kemudian mengirimkan karakter

tampilan perkenalan seperti pada gambar 3.5. kemudian ADC pada mikrokontroler

akan mulai membaca tegangan keluaran dari pengkondisi sinyal dan mengubahnya

menjadi data biner (sinyal digital).

Sebelum ditampilkan ke LCD, data-data biner ini terlebih dahulu harus diubah

menjadi nilai-nilai suhu dengan proses konversi. Nilai –nilai suhu tersebut masih

dalam bentuk hexa. Untuk beberapa proses tertentu seperti kalkulasi data, bentuk

hexa ini sudah dapat diproses. Namun agar dapat ditampilkan ke LCD dengan bentuk

bilangan yang dikenali umum, yaitu bentuk bilangan desimal, maka terlebih dahulu

dilakukan proses konversi dari hexa de desimal dan dilanjutkan ke bentuk ASCII.

Agar nilai suhu yang tampil pada layar LCD dapat terlihat dengan jelas,

program akan menambahkan waktu tunda selama satu detik sebelum proses

pengambilan nilai suhu yang baru dilakukan. Oleh karena itu, perubahan suhu akan

BAB IV

HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

4.1.Hasil Pengukuran Suhu Dengan Media Uap Air

Pengujian dan pengambilan data pengukuran suhu dilakukan dengan

membandingkan keluaran termometer referensi dengan keluaran termometer digital

rancangan yang terlihat pada layar LCD. Media yang dipakai saat pengujian adalah

suhu uap air hasil pemanasan dengan pemanas listrik. Hasil pengukuran tersebut

dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 4.2 Data hasil pengukuran suhu dengan media uap air

no

suhu

pembanding suhu tampilan

rata rata galat tegangan suhu tampilan atau keluaran LM35

o

C o

C o

C selisih mV

no

suhu pembanding

suhu tampilan

rata rata galat tegangan suhu

tampilan atau keluaran LM35

o_C o_C o_{C selisih mV}

Dari tabel 4.1 diatas dapat dilukiskan perbandingan antara termometer

referensi dan hasil rata- rata pengukuran pada grafik dengan bentuk scatter. Anggap

termometer referensi sebagai x dan hasil pengukuran sebagai y maka didapat gambar

grafik sebagai berikut.

Grafik Hubungan Suhu Terukur terhadap Suhu Referensi

89.375 65 50.125 34.75 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 20 40 60 80 100

suhu referensi (oC)

s u h u y a n g t e ru k u r ( o C )

Gambar 4.1. Grafik hubungan suhu terukur terhadap suhu referensi

Dari hasil pengukuran pada tabel 4.1 dapat dianalisis dengan regeresi linier.

Pembacaan termometer referensi dianggap sebagai x dan rata – rata pembacaan

termometer hasil pengukuran dianggap sebagai y.

Pengolahan data ditunjukkan dibawah ini dengan menggunakan regresi linier

menghasilkan:

N = 16

∑

x = 837

∑

y = 832,625

∑

_x2

= 52559

∑

2

y = 52011,27

Dengan memakai persamaan (2.11) maka koefisien regresinya adalah:

b =

(

)

∑

∑

∑

∑ ∑

− − 2 2 X X n Y X XY n =

b =

(

(

)

) (

(

)

(

)

₂

)

832 52259 16 625 , 832 837 88 , 52282 16 − − = 0,9946

a = − _ _

16 837 9946 , 0 16 625 , 832 = 0,0083

jadi persamaan regresinya adalah _Y^ _{= 0,0083+ 0,9946X} , dengan persamaan

tersebut kita dapat menentukan taksiran nilai – nilai Y dan kuadrat kesalahannya.

Yaitu disajikan pada tabel berikut:

Tabel 4.3 Tabel hasil komputasi kecocokan alat ukur

No X Y X2

Y2

XY ^

Y 2

^

) (Y− Y

1 10 10.25 100 105.0625 102.5 9.883 0.134689

2 22 21.75 484 473.0625 478.5 21.835 0.007225

3 25 23.75 625 564.0625 593.75 24.823 1.151329

4 30 30.125 900 907.5156 903.75 29.803 0.103684

5 35 34.75 1225 1207.563 1216.25 34.783 0.001089

6 40 40 1600 1600 1600 39.763 0.056169

7 45 45.125 2025 2036.266 2030.625 44.743 0.145924 8 50 50.125 2500 2512.516 2506.25 49.723 0.161604 9 55 54.875 3025 3011.266 3018.125 54.703 0.029584 10 60 59.875 3600 3585.016 3592.5 59.683 0.036864

11 65 65 4225 4241.266 4233.125 64.663 0.213444

12 70 68.875 4900 4743.766 4821.25 69.643 0.589824

13 75 74.5 5625 5550.25 5587.5 74.623 0.015129

14 80 79.125 6400 6260.766 6330 79.603 0.228484

15 85 85 7225 7225 7225 84.583 0.173889

16 90 89.375 8100 7987.891 8043.75 89.563 0.035344

dari tabel diperoleh total kuadrat kesalahan

∑

_ − _

2 ^

Y

Y = 3,084275

dengan memakai rumus pada persamaan (2.13) maka kesalahan baku dari

taksiran regresi tersebut adalah

n Y Y S X Y

∑

_ − _ = 2 ^ ^ = 16 084275 , 3 =0,43905

Dari persamaan regresi _Y^ _{= 0,0083+ 0,9946X} ditunjukkan bahwa arah garis

regresi mendekati 1 ini berarti bahwa hasil pengukuran linear.

Dengan memakai rumus pada persamaan (2.14) maka Koefisien korelasinya

adalah:

{

∑

−

∑

∑

∑ ∑

}{

∑

−

∑

}

− = 2 2 2 2 ) ( )

( X n Y Y

X n Y X XY n r

=

{

₂

}{

₂

}

) 625 , 832 ( ) 27 , 52011 ( 16 ) 837 ( ) 52559 ( 16 ) 625 , 832 )( 837 ( ) 88 , 52282 ( 16 − − − = 0.9999

Oleh karena r = 0,9999 terletak antara 0,9 dan 1,0 maka terdapat hubungan

positif yang kuat antara suhu yang terukur pada alat ukur hasil rancangan dengan alat

ukur referensi.

Koefisien determinasinya, yaitu r2 _{= (0,9999)}2 _{= 0,9996 = 99,96%, artinya}

variasi hasil pengukuran suhu yang dapat dijelaskan oleh variasi peningkatan suhu

sebesar 0,04% dijelaskan oleh faktor lain diluar variabel pada persamaan regresi

tersebut.

4.2.Pengujian Dengan Media Api

Pengujian dengan menggunakan media api ini dilakukan untuk menguji

apakah alat ini mampu untuk mengukur hingga suhu 500o_{C. Pengujian dan}

pengambilan data ini dilakukan dengan mendekatkan kedua ujung sensor alat ukur

dan sensor alat ukur referensi pada media api. Agar pengamatan dapat mudah maka

yang diamati adalah penurunan suhu dari alat ukur dan alat ukur referensi. Data hasil

pengukuran disajikan pada tabel 4.4:

Tabel 4.4 pengujian dengan media api

no

suhu referensi

(o_C)

suhu yang terukur (o

C)

error %

1 100 125 8

2 200 222 7

3 300 254 15

4 400 297 34

5 500 431 23

6 Over Load ₅₀₀

Rata-rata 300 _{304.8333333 17.4}

Dari tabel 4.4 diatas dapat dilihat bahwa alat ukur ini mampu untuk

menampilkan suhu yang terukur hingga 500 o_{C. dari data dapat dilihat bahwa error}

yang terjadi untuk pengukuran dengan media api lebih besar dari pada pengukuran

dengan media air, hal ini disebabkan karena perbedaan kecepatan penurunan suhu

sensor pada alat dan sensor pada alat ukur referensi mempunyai kecepatan penurunan

4.3.Pengujian Dengan Media Es

Pengujian dengan media es ini dilakukan untuk menguji kemampuan alat

ukur untuk suhu yang rendah. Pengujian ini dilakukan dengan mengukur uap es dari

es dengan mengatur jarak sensor terhadap balok es. Data dari hasil pengukuran

ditunjukkan pada tabel 4.5 berikut:

Tabel 4.5 data hasil pengujian dengan media es

no

Suhu terukur

(o C)

Suhu referensi

(o C)

error %

1 10 10.25 1

2 22 21.75 1

3 23 23 0

4 24 24 0

5 25 24.5 2

6 26 27 4.5

rata - rata 21.66667 21.75 1.417

Dari data tabel 4.5 dapat dilihat bahwa alat ini mampu untuk mengukur suhu

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1.Kesimpulan

Dari hasil pengamatan dan percobaan yang telah diuraikan pada bagian

sebelumnya maka dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain:

1. Alat ini mampu mengukur suhu hingga suhu 500o_{C dengan resolusi 0,5}o_C

2. Semakin besar suhu yang diukur galat yang terjadi semakin besar hingga

mencapai 23 % pada pengukuran dengan media api

3. Berbedanya media yang diukur error yang terjadi pada pengukuran juga berbeda

4. Alat ini lebih cocok untuk mengukur suhu uap air atau gas dibandingkan untuk

untuk mengukur suhu sebuah benda padat ataupun api.

5.2.Saran

Alat ukur yang telah dibuat masih jauh dari sempurna. Untuk pengembangan

lebih lanjut maka saran dari penulis agar alat bisa lebih baik yaitu: sensor yang

digunakan untuk mengukur suhu referensi sebaiknya digunakan sensor dengan

DAFTAR PUSTAKA

Ramon Pallas-areny, sensors and signal conditioning, second edition, John Willey &

sons, inc.

Sears and Semansky, 2002, Fisika Universitas edisi ke sepuluh

J. Michael Jacob. 1989. Prentice Hall, Inc. Engle Wood Cliffs, NJ. USA

Herman Widodo Soemitro. 1982. “Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu

Linier edisi kedua” (Robert F. Coughlin dan Frederick F. Driscoll..

terjemahan). Operational Amplifier and Liner Integrated Circuits second

edition. Buku asli diterbitkan tahun 1982

William D. Stanley. 1994. Operational Amplifier With Linear Integrated Circuits

(third edition) , Macmillan College Publishing Company, inc.United States of

America.

Andi Pratomo, 2004, Belajar Cepat dan Mudah Mikrokontroler PIC16F877, PT Elex

Media Komputindo, Jakarta.

Paulus Andi Nalwa, 2004, Panduan Praktis Pengguanaan dan Antarmuka Modul

LCD M1632, PT Elex Media Komputindo, Jakarta.

Dr. Boediono dan Dr.Ir. Wayan Koster, M.M. 2001, Teori dan Aplikasi Statistika

dan Probabilitas, Jakarta.

http://www.Hobby-elec.com/

Http://www.microchip.com/

Http://www.datasheetcatalog.com/

;---;

; **LCD Pinouts

; 1 Vss - Ground, 3rd pin of the potentiometer

; 2 Vcc - 5V DC, 1st pin of the potentiometer

; 3 Vee - Middle pin of the potentiometer

; 4 RS - RA0 (Data - 1, Instruction - 0)

; 5 R/W - RA1 (R - 1, W - 0)

; 6 E - RA2 (Enable Pulse)

; 7 DB0 - RB0 (LSB)

; 8 DB1 - RB1

; 9 DB2 - RB2

; 10 DB3 - RB3 (Lower 4 bits)

; 11 DB4 - RB4 (Upper 4 bits)

; 12 DB5 - RB5

; 13 DB6 - RB6

; 14 DB7 - RB7 (MSB)

;

; Instruction Cycle Time = 1 / (4MHz / 4) = 1us per instruction

;---N EQU 0x20

FIXDELAY EQU 0x21 ; General Purpose Registers.

sela equ 0x22

sela1 equ 0x23

R0L equ 0x24

R0H equ 0x25

R1L equ 0x26

SUBM equ 0x27

SUBD equ 0x28

RATUSAN equ 0x29

PULUHAN equ 0x2A

SATUAN equ 0x2B

visdelay EQU 0x2C

dataL EQU 0x2D

tempL EQU 0x2E ; Temp. variable registers.

tempH EQU 0x2F

KALI2 EQU 0X35

KOMA EQU 0X36

DID EQU 0X37

;---;PROGRAM UTAMA DARI ALAT UKUR SUHU

;---org 0x0000

BCF PCLATH,3

BCF PCLATH,4

goto start

org 0x0004

start call initports ; Inisialisasi Port output/input.

call INITLCD ; Inisialisasi LCD.

maincall

call tampilan1 ; tampilan perkenalan

call clrscreen

call tampilan2

ulang CALL nextline7 ; tampilan hasil suhu yang terukur

CALL tempconv

goto ulang

goto start

;---; Subrutin untuk inisialisasi PORT Input/Output.

;---initports

banksel PORTB ;konfigurasi bank0

clrf PORTB ; Clear PORT.

clrf PORTC

clrf PORTA

banksel TRISB ;konfigurasi input output untuk PORTB

movlw 0x00 ; PORTB and PORTC sebagai Output.

;---; Inisialisasi ADC

;---initadc

banksel TRISA ; konfigurasi I/O pada PORTA.

movlw b'00111111' ; Inisialisasi RA0 - RA5 sebagai Input.

movwf TRISA

banksel ADCON1 ; Konfigurasi register ADCON1.

movlw b'00000101' ; ADFM for Left Justif