MONITORING DAN KONTROL SUHU MENGGUNAKAN MODUL JARINGAN NM7010A-LF

MONITORING DAN KONTROL SUHU MENGGUNAKAN MODUL

JARINGAN NM7010A-LF

A

NWAR

B

UDIANTO

,

M

UHAMMAD

M

UHYIDIN

F

ARID

,

S

UKARMAN

Jurusan Teknofisika Nuklir, STTN-BATAN

Jl. Babarsari Kotak Pos 6101/YKBB Yogyakarta 55281 Telp: (0274) 484085, 489716, Fax: (0274) 489715

Abstrak

MONITORING DAN KONTROL SUHU MENGGUNAKAN MODUL JARINGAN NM7010A-LF.

Monitoring dan kontrol suhu menggunakan modul jaringan NM7010ALF, dapat dimanfaatkan untuk memantau suhu secara jarak jauh dengan menggunakan protokol TCP IP dan mengendalikan suhu secara otomatis dengan relai. Sistem ini terdiri atas perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras terdiri atas sebuah sensor temperatur LM 35, mikrokontroler ATMega8535, modul jaringan NM7010ALF. Perangkat lunak dalam penelitian ini untuk mengimplementasikan protokol TCP/IP ke dalam sistem mikrokontroler yang digunakan sebagai web. Sistem ini telah terealisasi dan dapat mengukur serta mentansmisikan data pengukuran tersebut hingga dapat ditampilkan melalui internet explorer dalam bentuk html page. Sistem ini dapat melakukan pengukuran suhu dan mengendalikan suhu secara otomatis. Hasil Pengujian menunjukkan kesalahan pengukuran paling besar adalah 10C .

Kata kunci: Sensor LM35, mikrokontroler ATMega8535 , protokol TCP/IP, web server

Abstract

TEMPERATURE MONITORING AND CONTROL USING NM7010A-LF NETWORK MODULE.

Temperature monitoring and control using network module NM7010ALF can be used for remote temperature monitoring using TCP/IP protocol and for automatic temperature control using relay. The of system consist of hardware and software. The hardware contains of temperature sensor LM 35, microcontroller ATMega8535, and NM7010ALF network module. The TCP IP protocol software in this research is implemented on microcontroller system and was used as web. This system was arranged and be able to measured, and also to transmit the measuring data, so that it can be showed internet explorer on html page. This system can measure the temperature and control automatically. The maximum error of temperature measurement that can be achieved is 10C.

Keyword: LM35 sensor, microcontroller ATMega8535, protocol TCP/IP, web server.

PENDAHULUAN

Dengan berkembangnya teknologi internet yang merupakan suatu sistem komunikasi yang andal, maka internet sering digunakan sebagai media pada monitoring dan pengendalian. Internet diharapkan dapat menjadi sebuah media monitoring dan pengendali yang cukup baik karena banyaknya protokol-protokol yang digunakan serta kemampuan protokol-protokol komunikasi

tersebut untuk mengurangi kesalahan informasi yang dikirimkan seminimal mungkin[1].

Akan tetapi kendala yang dihadapi adalah kesulitan untuk menghubungkan alat yang dikendalikan dengan jaringan internet secara langsung. Saat ini untuk koneksi jaringan masih mengandalkan komputer, sehingga proses monitoring melibatkan perangkat keras dan perangkat lunak yang ada pada komputer. Antar mukanya juga mengandalkan perangkat pada komputer, mulai dari keluaran sensor dan

pengkondisi sinyal sampai pada aksi kendali menggunakan port I/O (input/output) yang dimiliki oleh komputer. Komputer menyediakan banyak ruang memori, I/O dan perangkat lunak serta sistem multitasking, disamping memiliki keterbatasan karena bentuk, ukuran dan daya listrik yang besar .

Pengukuran besaran fisis misalnya suhu yang tinggi, biasanya sensor diletakkan pada obyek yang akan diukur suhunya. Jika obyek yang akan diukur cukup jauh dan memerlukan kabel yang cukup panjang maka komputer tidak lagi efektif untuk monitoring suhu tersebut. Berdasarkan uraian tersebut maka perlu dibangun suatu sistem monitoring yang dapat mengkoneksikan antara sensor dan komputer secara langsung menggunakan protokol TCP IP. Oleh karena itu dipilih modul jaringan sebagai media protokol komunikasi secara TCP IP.

Sensor Suhu LM 35

Untai LM 35 merupakan suatu IC (integrated circuit) sensor suhu yang mempunyai tegangan output linier dan sebanding dengan suhu celcius. Untai LM 35 memiliki kelebihan dapat dikalibrasi langsung dalam skala celcius, faktor skala linear 10 mV/°C, jangkau maksimal suhu antara -55° sampai dengan 150°C. Hal ini cocok untuk aplikasi jarak jauh, harga yang cukup murah, bekerja pada tegangan catu (4-20) volt, memiliki arus drain kurang dari 60 A, pemanasan sendiri yang lambat (low self – heating) 0,08°C di udara diam, ketidaklinearan hanya sekitar ±1/4°C; dan memiliki impedansi keluaran yang kecil[2]. Penamapang sensor ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Sensor Suhu LM 35

Mikrokontroler AVR ATMega 8535

besar, interupsi, timer/counter, PWM, USART, TWI, analog komparator, EEPROM internal dan juga ADC internal, semuanya ada dalam ATMega8535. Sehingga dengan fitur yang cukup lengkap dimungkinkan untuk belajar mikrokontroler keluarga AVR dengan lebih mudah dan efisien, bahkan dapat dirancang suatu sistem untuk kepentingan komersial mulai dari sistem yang sederhana sampai dengan sistem yang relatif kompleks hanya dengan menggunakan satu IC saja, yaitu dengan IC ATMega8535[3].

Fitur-fitur yang dimiliki oleh ATMega8535:

a. Seratus tiga puluh macam instruksi, yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.

b. 32 x 8 bit register serba guna.

c. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.

d. 8 KByte Flash Memory, yang memiliki fasilitas In System Programming.

e. 512 Byte internal EEPROM. f. 512 Byte SRAM.

g. Programming Lock, fasilitas untuk mengamankan kode program.

h. Dua buah timer/counter 8 bit dan sebuah timer/counter 16 bit.

i. Empat channel output PWM. j. Delapan channel ADC 10 bit. k. Serial USART.

l. Master/Slave SPI serial interface. m. Serial TWI atau I2C.

n. On Chip analog Comparator

I2C (Inter Integrated Circuit)

Inter Integrated Circuit atau sering disebut I2C adalah standar komunikasi serial dua arah menggunakan dua saluran yang didisain khusus untuk pengontrolan IC. Sistem I2C terdiri dari saluran SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa informasi data antara I2C dengan pengontrolnya..[4]

Master adalah piranti yang memulai pengiriman data pada I2C Bus dengan membentuk sinyal Start, mengakhiri pengiriman data dengan membentuk sinyal

SCL satu. Sinyal Stop merupakan sinyal untuk mengakhiri semua perintah, didefinisikan sebagai perubahan tegangan SDA dari nol menjadi satu pada saat SCL satu. Kondisi sinyal Start dan sinyal Stop seperti tampak pada Gambar 2.

Gambar 2. Kondisi sinyal Start dan Stop

Sinyal dasar yang lain dalam I2C Bus adalah sinyal acknowledge yang disimbolkan dengan ACK. Setelah transfer data oleh master berhasil diterima slave, slave akan menjawabnya dengan mengirim sinyal acknowledge, yaitu dengan membuat SDA menjadi nol selama siklus clock kesembilan. Ini menunjukkan bahwa Slave telah menerima 8 bit data dari Master. Kondisi sinyal acknowledge seperti tampak pada Gambar 3

Gambar 3. Kondisi sinyal ACK dan NACK Dalam transfer data I2C Bus, harus

mengikuti tata cara yang ditetapkan yaitu: a. Transfer data hanya dapat dilakukan

dengan ketikan Bus tidak dalam keadaan sibuk.

b. Selama proses transfer data, keadaan data pada SDA harus stabil selama SCL dalam keadan tinggi. Keadaan perubahan satu

atau nol pada SDA hanya dapat dilakukan selama SCL dalam keadaan rendah. Jika terjadi perubahan keadaan SDA pada saat SCL dalam keadaan tinggi, maka perubahan itu dianggap sebagai sinyal Start atau sinyal Stop.

Kondisi data pada I2C bus ditunjukkan pada Gambar 4.

Modul Jaringan

Gambar 5. Modul jaringan NM7010-LF Modul jaringan yang digunakan adalah NM7010A-LF, seperti ditampilkan pada Gambar 5. Modul NM7010A-LF menggunakan catu daya +3,3VDC sehingga dalam aplikasi ini AIC1722-33CZL digunakan untuk menurunkan tegangan catu dari mikrokontroler. Tetapi

NM7010A-LF memiliki antarmuka yang dapat bekerja pada level tegangan 5V, jadi tidak diperlukan rangkaian level converter. Rangkaian NM7010A-LF terdapat pada Gambar 6, transistor PNP C9015 digunakan untuk melakukan negasi logika pin PD.4, terlihat pada tabel 1. [5]

Tabel 1. Antarmuka pin NM7010A-LF dengan mikrokontroler NM7010A-LF Mikrokontroler GND GND I-SCL(JP2pin25) PC.0 I-SDA(JP2pin26) PC.1 /INT (JP1-pin2) PD.2 /RESET (JP2-pin2) PD.4

Gambar 6. Rangkaian NM7010A-LF

Relai

Relai (Gambar 7) merupakan piranti elektromagnetis yang fungsinya adalah untuk memutuskan atau membuat kontak mekanik.

Dasar kerja relay adalah jika kumparan dialiri arus maka terjadi perubahan medan magnet di sekitar kumparan, akibatnya besi lunak yang terdapat dalam inti kumparan berubah menjadi magnet dan menarik lidah berpegas sehingga kontak Normally Open (NO) menjadi saklar tertutup. Lidah pegas-pegas kontak inilah yang dijadikan sebagai salah satu kontak saklar. Jika arus dimatikan, berarti kumparan kehilangan arus maka sifat magnet pada besi lunak hilang dan lidah tertarik oleh pegas sehingga kontak Normally Closed (NC) tertutup. Pemasangan kumparan relai dihubungkan secara seri dengan rangkaian driver dan lidah kontak juga dihubungkan seri dengan beban. Hal ini akan menjaga keamanan rangkaian dari arus beban yang lebih besar daripada arus driver..

Protokol Komunikasi TCP/IP

TCP/IP adalah sekelompok protokol yang mengatur komunikasi data komputer di internet. Hampir semua protokol komunikasi yang ada di dunia didasarkan pada TCP/IP dan perkembangan dunia industri menunjukkan kecenderungan yang serupa. Ini dikarenakan standar TCP/IP merupakan open standard sehingga bebas untuk dikembangkan dan digunakan dalam semua sistem, di samping itu TCP/IP tidak bergantung pada tipe media komunikasi dan perangkat keras (hardware) tertentu sehingga sangat fleksibel dan dapat digunakan secara luas [6].

TCP/IP terdiri atas empat lapisan kumpulan protokol yang bertingkat, terlihat pada Gambar 8. Keempat lapisan tersebut adalah :

1. Network Interface Layer (Lapisan Antarmuka Jaringan)

2. Internet Layer (Lapisan Internet) 3. Transport Layer (Lapisan Transport) 4. Application Layer (Lapisan Aplikasi)

Bahasa pemrograman

Proses pemrograman mikrokontroler diawali dengan menulis program sumber (source code) baik dalam bahasa assembly, C

maupun basic. Source code kemudian di-compile dan akan menghasilkan kode-kode yang dapat dimengerti oleh mikrokontroler (format .hex).

Gambar 8. Lapisan TCP/IP

Ada banyak cara untuk menuliskan program ke mikrokontroler, salah satunya menggunakan bahasa basic (beginner’s all purpose symbolicInstruction codes). Contoh bahasa pemrograman yang menggunakan bahasa basic adalah visual basic dan bascom.

BASCOM dikembangkan oleh MCS Electronics, dan merupakan BASIC Compiler. Program yang dibuat dalam bahasa basic, akan dikompilasi menjadi machine-code, untuk kemudian dimasukkan ke dalam microcontroller melalui sebuah programmer. Saat ini, sesuai dengan referensi dari situs web MCS Electronics, BASCOM baru mendukung milrokontrpler keluarga MCS51 (BASCOM-8051) dan keluarga AVR (BASCOM-AVR), keduanya merupakan produk dari Atmel Corp.

[7]

METODE PENELITIAN

Diagram blok dari sistem yang akan dirancang ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 9. Sistem monitoring dengan modul NM7010A-LF

Perancangan Sistem

Perancangan sistem ini meliputi perancangan perangkat keras (hardware) dan perancangan perangkat lunak (software). Perancangan perangkat keras meliputi

pembuatan driver relay, pembuatan rangkaian minimum sistem AVR ATMega8535. Rangkaian driver relai seperti pada Gambar 10, sedangkan rangkaian minimum sistem AVR ATMega8535 ditunjukkan pada Gambar 11.

Pemrograman perangkat lunak pendukung mikrokontroler ATMega8535 yang digunakan adalah BASCOM AVR. Mulai dari penulisan sumber program yang menggunakan bahasa BASIC, compiling program ke .hex, sampai untuk mengunduh file .hex ke flash memori ATMega8535 digunakan perangkat lunak BASCOM AVR.

Dalam fungsi komunikasi melalui protokol TCP (Transmission Control Protocol), mikrokontroler dijadikan sebagai tempat pengunduhan program agar perangkat yang diamati mempunyai alamat IP. Diagram alir dari program yang akan diunduh kedalam mikrokontroler adalah ditunjukkan pada Gambar 12.

Gambar 12. Diagram alir program web server

Sistem Pengujian

Pengujian alat meliputi pengujian rangkaian utama (minimum sistem ATMega8535), rangkaian antarmuka mikrokontroler dengan modul jaringan

NM7010A-LF, sensor suhu LM35, rangkaian driver relay.

Untuk menguji fungsi secara keseluruhan dengan cara memberikan variasi pemanas pada sensor, kemudian membandingkan suhu yang

terlihat di termometer dengan suhu yang terlihat pada internet explorer.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian Rangkaian Utama (minimum sistem ATMega8535)

Setelah menghubungkan rangkaian dengan komputer menggunakan kabel

downloader, pembacaan mikrokontroler menggunakan perangkat lunak Bascom AVR 1.11.9.0, tertampil seperti pada Gambar 13. Pembacaan memori mikrokontroler berhasil sempurna yang ditandai dengan tanpa ada error yang muncul pada saat proses pembacaan.

Gambar 13. Tampilan isi flash memori ATMega8535

Gambar 14. Tampilan Bascom AVR bila berhasil menanam program Proses penanaman program pada

mikrokontroler juga berhasil dengan baik. Pada akhir penulisan program, tertampil verified ok seperti ditunjukkan oleh Gambar 14.

Pengujian antarmuka mikrokontroler

kemudian Run pada windows kemudian mengetikan ping 192.168.1.45 pada menu Run. Jika rangkaian tersebut sudah terhubung secara benar dan modul jaringan masih dalam keadaan baik maka akan terlihat seperti Gambar 15.

Gambar 15. Hasil ping

Pengujian sensor suhu

Tingkat kelinieritasan sensor suhu LM35 ditunjukkan pada Gambar 16.

Gambar 16. Relasi suhu dengan tegangan pada sensor LM35

Pengujian rangkaian driver relai

Rangkaian ini menggunakan catu daya 6V untuk catu daya relay dan 9V untuk catu daya kipas. Rangkaian ini aktif apabila mendapat masukan hight. Relai disini berfungsi sebagai saklar. Apabila pada input terdapat tegangan 6V maka relai berfungsi sebagai saklar terbuka. Dan apabila input 0V maka relai berfungsi sebagai saklar tertutup. Data hasil uji ditunjukkan pada tabel 2.

Tabel 2. Data hasil uji driver relai

Masukan (V) Kondisi

kipas

5 ON

0 OFF

Hasil program web server

Untuk melihat tampilan program web server yang diunduh ke dalam mikrokontroler dilakukan dengan mengetikan 192.168.1.45/index.htm pada internet explorer. Tampilan program tersebut terlihat pada Gambar 17.

Hasil pengujian sistem

Perbandingan suhu yang didapat pada tampilan internet explorer dengan suhu menggunakan termometer mempunyai tingkat linieritas sebesar 0.9981 seperti terlihat pada Gambar 18. Termometer yang digunakan untuk pengukuran adalah multimeter digital merk Constan seri IEC1010-1.

Gambar 17. Tampilan program web server

Gambar 18. Relasi suhu pada html dengan suhu pada termometer

KESIMPULAN

Berdasarkan perancangan yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain

1. Mikrokontroller ATMega8535 dapat ditanam program webserver dan dapat digunakan untuk monitoring serta pengontrolan suhu, meskipun tampilan web yang dihasilkan masih sangat sederhana hanya memuat bagian head dan body dari page html saja.

2. Alat ini dapat mengukur suhu yang sesuai dengan suhu hasil pengukuran dengan alat standar merk Constan seri IEC1010-1 dengan eror maksimal dari pengukuran suhu sebesar 1oC. Kelinieritasannya sebesar 0,9981. Suhu yang terbaca ditampilkan melalui perangkat lunak internet explorer.

DAFTAR PUSTAKA

1. SUTANTYO, DONNY K., Embedded Web Server via Modem Berbasiskan Mikrokontroler MCS51 dan Aplikasinya

Untuk Pengendalian Jarak Jauh Melalui Internet, Skripsi Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro, UKSW, Salatiga, 2002 2. www.alldatasheet.com, LM35 datasheet,

National Semiconductor, tanggal 14 December 2008. 23.15 WIB.

3. www.atmel.com/literature . DataSheet ATMega 8535. ATMEL Corp. tanggal 14 December 2008. 23.15 WIB.

4. www.blogspot.com/ Saimima, Kautsa R., I2C(Inter Integrated Circuit) , tanggal 10 Maret 2009, 09.15 WIB.

5. www.DT-AVR.com, NM7010A-LF, tanggal 10 maret 2009, 09.00 WIB.

6. MANSFIELD, NIALL, 2004, Practical TCP/IP , Penerbit Andi, Yogyakarta

7. www.smp1bojonegoro.net. BASIC, tanggal 12 Desember 2008. 06.30 WIB.

TANYA JAWAB Pertanyaan

1. Apakah display data .html bisa realtime? Seperti data yang diambil dari sensor? (Sukmanto Dibyo).

2. Apakah sudah realtime? (Joko Sumanto) 3. Bagaimana dengan tegangan referensi yang

stabil terhadap perubahan suhu? (Joko Sumanto)

4. Teknologi komunikasi data apa yang ditawarkan contoh: serial com / paralel/modem/usb? (Joko Sumanto) 5. Modul lewat internet memang baik, tetapi

apakah tidak banyak kedalanya, karena kita tahu bahwa data lewat jaringan internet biasanya banyak virus, bagaimana jika ada virus yang masuk dan mengganggu sistem. (Suyatno).

Jawaban

1. Sementara baru semi-real time, karena agar realtime, maka harus ada “program refreshment” data. Untuk benar-benar realtime, akan dibuat software pendukung “Refreshment” tersebut.

2. Sudah semi realtime, artinya benar-benar

3. Tegangan referensi memang stabil, sedangkan tegangan keluaran LM 35 sebanding dengan suhu yang diukur. 4. Sementara digunakan serial com pada

TCP/IP.

5. Ini memang tantangan, tetapi harus ada sistem pengamanan seperti pada e-banking, dimana data terkirim benar-benar valid. Misalnya jika ada error, maka sistem akan stop secara otomatis. Sampai saat ini masih dikembangkan software unuk menanggulangi kondisi tantangan tersebut.