i
TUGAS AKHIR
DISPENSER KOPI OTOMATIS
BERBASIS ATMEGA 8535
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro Jurudan Teknik Elektro
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
Disusun oleh:
SIBAYAK RAJA BARUS
NIM : 045114039
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
FINAL PROJECT
AUTOMATIC COFFEE DISPENSER
BASE ON ATMEGA 8535
In partial fulfilment of the requirements For the degree of Sarjana Teknik Electrical Engineering Study Program
Electrical Engineering Department
Science and Technology Faculty Sanata Dharma University
SIBAYAK RAJA BARUS
NIM : 045114039
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
iii
HALAMAN PERSETUJUAN TUGAS AKHIR
DISPENSER KOPI OTOMATIS
iv
HALAMAN PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
DISPENSER KOPI OTOMATIS
BERBASIS ATMEGA 8535
Disusun oleh : SIBAYAK RAJA BARUS
v
MOTTO
Karena setiap orang yang meminta, akan menerima,
Dan setiap orang yang mencari, akan mendapat,
Dan setiap orang yang mengetok, baginya pintu akan di bukakan
Lukas 11 : 10
Jadilah angin yang berhembus,
Tidak terlihat tetapi dapat dirasa
Sk ripsi ini
K upe rse m ba hk a n unt uk :
Allah Tri Tunggal Mahakudus
Bapak dan Ibu tersayang
Kekasihku tercinta
vi
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 5 Agustus 2010
vii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama Mahasiswa : Sibayak Raja Barus
Nomor Induk Mahasiswa : 045114039
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharna karya ilmiah saya yang berjudul :
DISPENSER KOPI OTOMATIS
BERBASIS ATMEGA 8535
beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharna hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, Agustus 2010
viii
INTISARI
Minuman kopi telah umum dikenal oleh masyarakat terutama untuk menahan kantuk dan menyegarkan tubuh saat bekerja di malam hari, secangkir kopi atau minuman panas sangat nikmat untuk diminum dan membuat tetap terjaga. Berdasarkan hal tersebut timbul ide untuk merancang dispenser kopi otomatis dengan menggunakan koin logam yang digunakan sebagai masukkan. Pada saat uang logam tipe tertentu dimasukkan pada coin selecktor dengan jumlah yang telah ditentukan dan meletakkan gelas tipe tertentu pada piranti penempatan gelas, maka keran akan terbuka, kemudian kopi akan mengalir dari tanki penampung menuju gelas melalui pipa yang sudah disediakan. Apabila kopi sudah mencapai batas atas gelas yang sudah ditentukan keran akan tertutup sehingga aliran kopi berhenti.
Untuk menjaga cita rasa kopi maka suhu akan selalu terjaga diantara 40 derajat hingga 70 derajat celcius. Sensor suhu berupa LM 35 akan memberi masukan kepada mikrontroler Atmega 8535 untuk mematikan pemanas yang berupa kompor listrik bila suhu kopi diatas 70 derajat celcius dan akan menghidupkan pemanas bila suhu kopi dibawah 40 derajat celcius.
ix
ABSTRACT
Coffee drinks have been commonly known by the community, especially to prevent drowsiness and refreshes the body when working at night, a cup of coffee or hot drinks are consumed and a blessing to stay awake. Based on this idea arose to design coffee dispensers otomatis using metal coins used as an insert. At some particular type of metal inserted in the coin selecktor the amount was determined and put the glass of a certain type on the Tools placement of glass, the spigot will open and coffee will flow from the tank into a glass receptacle in Pipa is already available. When the coffee has reached the limit of the glass has been determined to be a closed tap to stop the flow of coffee.
To maintain the taste of coffee but the temperature is always maintained between 40 degrees to 70 degrees Celsius. LM 35 temperature sensor in the form will give input to the mikrontroler Atmega 8535 to turn off the heater in the form of electricity when the temperature of coffee kompor above 70 degrees Celsius and will turn on the heater when the temperature below 40 degrees Celsius coffee.
x
KATA PENGANTAR
Syukur dan terima kasih kepada Allah Tri Tunggal Maha Kudus atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga tugas akhir ini dapat di selesaikan dengan baik.
Penelitian yang berupa tugas akhir ini merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa Jurusan Teknik Elektro untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penelitian ini dapat terselesaikan dengan baik atas bantuan, gagasan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, peneliti ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Martanto ST., MT., dan Alexius Rukmana ST., selaku dosen pembimbing yang penuh kesadaran membimbing, serta memberi saran dan kritik yang sangat membantu penulis dalam menyelesaikan tulisan ini.
2. Kedua orang tua atas dukungan, perhatian dan kasih sayangnya sehingga penulis dapat berhasil dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Kekasihku atas perhatian, dukungan dan kasih sayangnya. 4. Teman-teman Teknik Elektro angkatan 2004.
5. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu atas bantuan, bimbingan, kritik dan saran.
Semoga Tuhan membalas kebaikan saudara. Amin.
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, 1 Agustus 2010
xi
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ………...i
HALAMAN PERSETUJUAN... iii
HALAMAN PENGESAHAN... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ... v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ………. vii
INTISARI……….. … viii
ABSTRACT……… .. ix
KATA PENGANTAR………... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GRAFIK... xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Judul ………... 1
1.2 Latar Belakang ………... 1
1.2.1 Batasan Masalah ……… 2
1.3 Tujuan dan Manfaat ... 2
1.3.1 Tujuan ………... 2
1.3.2 Manfaat ………... 2
1.4 Metodologi Penelitian ………... 3
1.5 Sistematika Penulisan ………...3
BAB II DASAR TEORI 2.1 Mikrokontroler ATMega 8535 ………... 5
2.1.1 Fitur ATMega 8535 ………... 5
2.1.2 Konfigurasi Pin ATMega 8535 ………... 6
2.1.3 Peta Memori ………... 7
xii
2.3 Aktuator Keran Otomatis ………... 10
2.4 Coin Selector ………... 11
2.5 Light Dependen Resistor (LDR) ………... 12
2.6 Pemanas Listrik ………... 14
2.7 Penguat Operasional (Op-Amp) ...15
BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1 Diagram Blok ………... 18
3.2 Perancangan Perangkat Keras ………... 19
3.2.1 Rangkaian Mikrokontroler Master ………... 19
3.2.2 Sensor Gelas dan Ketinggian Cairan ………... 21
3.2.3 Sensor Suhu ...………...22
3.2.4 Sensor Koin ………... 23
3.2.5 Pemanas ………... 24
3.2.6 Penampil Suhu dan Jumlah Koin ………... 25
3.3 Perancangan Perangkat Lunak ………... 26
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Piranti Keras ………... 28
4.1.1 Sensor Posisi gelas ………... 29
4.1.2 Sensor Ketinggian Kopi ………... 30
4.1.3 Keran Otomatis ………... 30
4.1.4 Sensor Suhu ………... 31
4.1.4.1 Pengujian Sensor Suhu dan Pemanas ……….... 31
4.1.4.2 Pengujian Suhu ………... 33
BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan ...35
5.2 Saran ...35
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Pin ATMega 8535 dengan 40 kaki ……… 6
Gambar 2.2 Memori ATMega 8535 ……….. 8
Gambar 2.3 Bentuk dan Simbol IC LM 35 ……… 9
Gambar 2.4 Aktuator ……… 10
Gambar 2.5 Susunan Motor dan Gerigi ………. 11
Gambar 2.6 Coin Selector ………. 12
Gambar 2.7 Konfigurasi LDR dengan bahan cadium sulfide [8] ... 13
Gambar 2.8 Rangkaian LDR aktif pada saat terang ……….... 13
Gambar 2.9 Rangkaian LDR aktif pada saat gelap ………... 14
Gambar 2.10 Pemanas Listrik ……….... 14
Gambar 2.11 Simbol Penguat Operasional (Op-Amp) ... 16
Gambar 2.12 Rangkaian Penguat non-inverting ... 16
Gambar 3.1 Gambar Perancangan Sistem Dispenser Kopi Otomatis ... 18
Gambar 3.2 Rangkaian Mikrokontroler Master ………... 20
Gambar 3.3 Sensor Gelas dan Ketinggian Kopi ………... 21
Gambar 3.4 Rangkaian Amplifier ………... 22
Gambar 3.5 Rangkaian Pemanas ………... 24
Gambar 3.6 Struktur Pemanas ... 24
Gambar 3.7 Rangkaian Penampil ………... 25
Gambar 3.8 Diagram Alir Perangkat Lunak ………... 26
Gambar 4.1 Dispenser Kopi Otomatis ………... 28
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Fungsi Port Mikrokontroler ………... 20
Tabel 4.1 Pengukuran Sensor 1 (posisi gelas) ………... 29
Tabel 4.2 Pengukuran Sensor 2 (ketinggian kopi) ………...… 30
Tabel 4.3 Pengujian Sensor Suhu dan Pemanas ………... 32
xv
DAFTAR GRAFIK
Halaman
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Judul
Dispenser Kopi Otomatis berbasis mikrokontroler ATmega 8535.
1.2
Latar Belakang
Minuman kopi telah umum dikenal oleh masyarakat terutama untuk menahan kantuk dan menyegarkan tubuh saat bekerja di malam hari, secangkir kopi atau minuman panas sangat nikmat untuk diminum dan membuat tetap terjaga Ruang tunggu rumah sakit terutama di bangsal rawat inap, Unit Gawat Darurat, Poli Umum 24 jam biasanya ditemui banyak pengantar pasien dan kerabat yang menjaga pasien hingga lebih dari 24 jam, untuk pergi ke warung atau kantin akan sangat menyita waktu apalagi apabila kondisi pasien yang dijaga harus terpantau setiap saat.
Berdasarkan hal tersebut timbul ide untuk merancang dispenser kopi otomatis dengan menggunakan koin logam yang digunakan sebagai masukkan. Pada saat uang logam tipe tertentu dimasukkan pada coin selector dengan jumlah yang telah ditentukan dan meletakkan gelas tipe tertentu pada piranti penempatan gelas, maka keran akan terbuka, kemudian kopi akan mengalir daritangki penampung menuju gelas melalui pipa yang sudah disediakan. Apabila kopi sudah mencapai batas atas gelas yang sudah ditentukan keran akan tertutup sehingga aliran kopi berhenti.
Sensor akan mendeteksi suhu dalam tanki penampung kopi, apabila suhu berada di bawah 40 derajat celcius maka sistem akan mengaktifkan pemanas hingga suhu terukur mencapai 70 derajat celcius. Setelah suhu mencapai 70 derajat celcius maka sistem akan mematikan pemanas.
1.2.1 Batasan Masalah
Dalam perancangan pembuatan Tugas Akhir ini penulis membuat batasan masalah yaitu:
a. Menggunakan mikrokontroler ATmega 8535 sebagai pengendalinya. b. Menggunakan coin selector sebagai pendeteksi masukan coin. c. Menggunakan IC LM 35 sebagai pendeteksi suhu.
d. Menggunakan LDR sebagai pendeteksi ketinggian air dan posisi gelas. e. Mengunakan uang logam 500 rupiah sebagai coin masukan.
f. Mengunakan gelas berbahan plastik yang tembus pandang atau bening.
1.3
Tujuan dan Manfaat
1.3.1 Tujuan
Membuat sebuah perangkat yang dapat dipergunakan untuk menuangkan kopi secara otomatis ke dalam gelas apabila ada koin khusus yang dimasukkan.
1.3.2 Manfaat
3
1.4
Metodologi Penelitian
Metodologi yang dilakukan dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah:
1. Observasi, pengumpulan dan pengambilan data-data melalui pembacaan buku-buku penunjang dari Tugas Akhir dan melalui informasi-informasi yang didapat dari internet.
2. Perancangan, penyediaan seluruh komponen yang dibutuhkan dilanjutkan perakitan dan pembuatan alat.
3. Pengujian alat, dilakukan pengujian per bagian sistem dan sistem secara keseluruhan untuk mengetahui cara kerja dari alat dilanjutkan pengumpulan data-data dan menyusunnya sebagai hasil akhir dalam Tugas Akhir.
4. Kesimpulan, mengambil kesimpulan dari hasil yang didapat lewat penganalisaan secara keseluruhan cara kerja alat.
1.5
Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dibagi menjadi beberapa bab, yaitu: BAB I : PENDAHULUAN
Berisi latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat, metode penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB II : DASAR TEORI
Berisi dasar teori yang meliputi mikrokontroler AT Mega 8535, IC LM 35, aktuator keran, coin selector.
BAB III : PERANCANGAN ALAT
BAB IV : PENGUJIAN ALAT
Berisi hasil pengujian alat per bagian, pengujian sistem secara keseluruhan, dan pembahasan.
BAB V : KESIMPULAN
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Mikrokontroler ATmega 8535
Mikrokontroler adalah suatu terobosan teknologi mikroprosesor dan mikrokomputer, yang mana teknologi ini adalah teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak, namun hanya membutuhkan ruang yang kecil serta dapat diproduksi secara masal (dalam jumlah banyak) sehingga harganya menjadi lebih murah.
Mikrokontroler ini kemampuan digitalnya menirukan fungsi otak manusia, sehingga meliputi fungsi atau instruksi aritmatika (berhitung), logika (mempertimbangkan suatu kondisi), dan memori. Mikrokontroler ini berbeda halnya dengan mikroprosesor yang hanya pemrosesannya terdiri dari Central Processing Unit (CPU) dan register-register, tanpa memori, tanpa I/O, dan peripheral yang dibutuhkan oleh suatu sistem supaya dapat bekerja.
2.1.1 Fitur ATMega8535
Kapabilitas detail dari ATMega8535 adalah sebagai berikut:
a. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
b. Kapabilitas memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte. c. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
e. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.
2.1.2. Konfigurasi Pin ATMega8535
Konfigurasi pin ATMega8535 bisa dilihat pada Gambar 2.2 berikut ini.
Gambar 2.2 Pin ATMega 8535 dengan 40 kaki
Dari gambar 2.2 tersebut dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega8535 sebagai berikut:
a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya. b. GND merupakan pin ground.
c. Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC. d. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
Timer/Counter, komparator analog dan SPI
e. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan Timer Oscilator.
f. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.
7
h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal. i. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
j. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
2.1.3. Peta Memori
AVR ATMega8535 memiki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register umum, 64 buah register I/O dan 512 byte SRAM Internal.
Register keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikut, yaitu mulai dari $20 hingga $5F. Register tersebut merupakan register khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O dan sebagainya.
Memori program yang terletak dalam Flash PEROM tersusun dalam word
Gambar 2.3 Memori ATMega8535
Selain itu, AVR ATMega8535 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8-bit sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF.
2.2 Sensor Suhu dengan IC
IC Sensor adalah sensor suhu 3 pin dengan rangkaian terpadu yang menggunakan chip silikon untuk kelemahan penginderanya. Mempunyai konfigurasi output tegangan dan arus yang sangat linear. Contohnya adalah IC LM 35 dan IC LM 135. IC LM 35 adalah sebagai sensor suhu yang sangat teliti terkemas dalam bentuk Integrated Circuit, dimana output tegangan keluaran sangat linier berpadanan dengan perubahan suhu. Sensor ini mempunyai koefisien sebesar 10 mV/°C yang berarti bahwa setiap kenaikan suhu 1°C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV. LM 35 tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetilan dari luar karena ketelitianya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperatur ruang. Pada komponen ini
mempunyai jangkauan (range) pengukuran suhu yang cukup besar, dari suhu –55°C
sampai 150°C, serta tingkat ketelitian pengukuran cukup tinggi. Setiap perubahan suhu
9
arus 450 μA sampai 5 mA serta mempunyai impedansi masukan kurang dari 1Ω. IC LM
35 penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indicator tampilan
catu daya terbelah. IC LM 35 dapat dialiri arus 60 μA dari suplai sehingga panas yang
ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0°C di dalam suhu ruangan.
Gambar 2.4 Bentuk dan simbol IC LM 35
Adapun keistimewaan dari IC LM 35 adalah :
1. Kalibrasi dalam satuan derajat celcius dengan lineritas +10 mV/ º C.
2. Akurasi 0,5 º C pada suhu ruang.
3. Range +2 º C – 150 º C.
4. Dioperasikan pada catu daya 4 V – 30 V.
5. Arus yang mengalir kurang dari 60 µA.
LM 135 adalah sensor temperatur yang cukup presisi dan mudah dikalibrasi. Dengan impedansi yang kurang dari 1 Ohm, LM 135 beroperasi pada range arus sekitar 400µA sampai dengan 5 mA, mempunyai error kurang dari 1 OC untuk range yang > 100 OC, aplikasi sensor berkisar antaara –55 OC sampai + 150 O
temperature akan bernilai benar. Berkenaan dengan pengaruh cahaya dan temperatur yang membuat elektron-elektron pada pita valensi akan melakukan pergerakan. Dalam dioda, elektron bergerak dari katoda ke anoda. Pergerakan ini menimbulkan perbedaan potensial dan menimbulkan arus listrik. Tegangan dan arus listrik inilah yang menjadi informasi pada sistem untuk melakukan analisis dengan menambahkan rangkaian op-amp untuk menguatkan sinyal dari sensor dan membandingkan antara informasi yang diterima dengan referensi pada komparator sebagai pembanding apabila sistem menggunakan komparator. Atau menggunakan mikrokontroler, informasi yang diterima akan dibandingkan melalui software.
2.3. Aktuator Keran Otomatis
Untuk membuka dan menutup keran secara otomatis dipergunakan keran pralon ¾” yang dihubungkan dengan aktuator, aktuator yang bersifat electric pneumatic akan menarik keran pada posisi membuka ketika diberi sumber tegangan pada periode tertentu dan akan menutup ketika tegangan dilepaskan dari posisi aktuator.
Gambar 2.5. Aktuator
11
central door lock pada pintu mobil. Secara sistematis sistem kerja alat dapat
diperlihatkan pada gambar 2.8 berikut :
Gambar 2.6 . Susunan Motor dan gerigi
Untuk dapat menggerakkan aktuator secara otomatis dengan tegangan berasal dari mikrokontroler maka diperlukan driver aktuator yang dibangun dari sebuah relay dan transistor.
2.5 Coin Selector
Untuk mendeteksi apakah koin yang dimasukkan oleh konsumen ke alat adalah benar-benar uang logam seperti yang ditetapkan dalam perancangan, maka diperlukan suatu piranti yang dikenal sebagai Coin Selector. Alat ini telah banyak dipergunakan pada permainan game yang menggunakan koin serta diterapkan juga pada sebagian tipe telepon umum koin. Piranti ini dapat mendeteksi koin dari ukuran fisik berupa diameter dan ketebalan. Jika diameter dan ketebalan tidak cocok maka koin akan dikeluarkan kembali (rejected).
Motor DC Gerigi Roda gigi
Tuas tarik
Di dalam piranti ini akan diletakkan koin pembanding yang akan di-scan oleh sensor optik. Jika ada koin yang melewati slot berukuran sama dengan koin pembanding maka koin akan diteruskan ke boks koin dan alat akan mengeluarkan logika 1 ke mikrokontroler. Namun jika koin yang dimasukkan tidak sama, maka koin akan dikeluarkan melalui rejected slot.
2.6 Light Dependen Resistor (LDR)
LDR disebut juga Resistor peka cahaya adalah LDR dibuat dari memiliki menyebabka Elektron bebas yang dihasilkan (dan pasangan sehingga menurunka
Gambar 2.7 Coin Selector
Koin Pe m ba ndin g
Coin Slot
13
Gambar 2.8. Konfigurasi LDR dengan bahan cadium sulfide
Pada gambar 2.10 ditampilkan contoh rangkaian LDR yang aktif pada saat gelap. Pada gambar 2.9 ditampilkan contoh rangkaian LDR yang aktif pada saat terang. Contoh menggunakan tambahan komponen berupa resistor, resisitor variabel, LED dan transistor.
Gambar 2.9. Rangkaian LDR aktif pada saat terang
cadmium-sulfide Elektroda
Gambar 2.10. Rangkaian LDR aktif pada saat gelap
2.7 Pemanas Listrik
Pemanas Listrik diperlukan dalam perancangan ini untuk menjaga agar kopi yang berada dalam tangki tetap hangat selama periode yang ditentukan. Pemanas yang dipergunakan adalah seperti pada kompor listrik dengan pengatur suhu dan juga dipilih yang memiliki daya yang tidak terlalu besar. Pemanas ini terdiri dari kawat nikelin yang akan menjadi panas pada saat dialiri listrik, temperature ditentukan dengan mengatur besaran arus yang mengalir.
Konstruksi pemanas elektrik dapat dilihat pada gambar berikut :
Pe n g a t u r Ar u s
Ka w a t N ik e lin
I sola t or Ke ra m ik
Pe n y a n gga
15
2.8 Penguat Operasional (Op-Amp)
Untuk menguatkan tegangan pada LM35 supaya dapat dideteksi secara normal oleh ADC maka dibutuhkan suatu op-amp. Op-Amp merupakan suatu penguat
diferensial dengan penguatan yang tak terhingga. Satu penguat diferensial adalah suatu penguat yang mempunyai dua masukan dan voltase pada keluaran tergantung dari perbedaan potensial antara kedua masukannya. Berarti terdapat persamaan sebagai berikut:
Vout = (Vin1 – Vin2
Di mana A adalah faktor penguatan,
) . A (2.1)
Karena faktor penguatan Amp tak terhingga maka terdapat persamaan untuk Op-Amp:
Vout = (Vin1 – Vin2
Dengan ketentuan :
).∞. (2.2)
Vout
V
= tegangan keluaran
in1
V
= tegangan masukan inverting
in2 = tegangan masukan non inverting
Seperti gambar 2.5 di bawah ini :
Gambar 2. 10 Simbol Penguat Operasional (Op-Amp)
Penguat non –inverting merupakan salah satu rangkaian Op-Amp, rangkaian penguat
non inverting ditunjukkan pada gambar 2.6 dibawah ini :
Gambar 2. 11. Rangkaian Penguat non-inverting
Pada rangkaian di atas keluaran disambungkan dengan input inverting melalui rangkaian seri dari dua resistor R1 dan R2, karena pada resistor tersebut terdapat umpan balik negatif, tegangan input adalah beda potensial antara input non-inverting dan
ground. Dengan prinsip potensial semu maka tegangan input sama dengan tegangan
pada R2 dan tegangan keluaran adalah beda potensial antara keluaran Op-Amp dengan
ground, jika arus pada input Op-Amp tidak ada maka didapat : +
-Inverting input
Non-Inverting input Output
- Vcc + Vcc
Dari Sensor
17
1 2
2
1 2
2
out
in
out in
V R R
V R
R R
V V
R
+ =
+ =
Vin = VR2, Vout = VR1 + VR2, IR1 = IR2 (2.3)
maka:
18
PERANCANGAN ALAT
Perancangan dispenser kopi otomatis berbasis mikrokontroler ATmega 8535 ini terdiri dari diagram blok, perancangan perangkat keras, dan perancangan perangkat lunak.
3.1
Diagram Blok
Diagram blok sistem yang akan dirancang dapat dilihat pada gambar 3.1.
MIKROKONTROLER AT MEGA 8535 SENSOR KOIN
SENSOR GELAS DAN KETINGGIAN
CAIRAN
SENSOR SUHU LM 35
AKTUATOR
PEMANAS
Gambar 3.1 Gambar Perancangan Sistem Dispenser Kopi Otomatis
19
Selama dalam posisi stand by, sensor suhu pada tanki penampung akan mendeteksi suhu kopi, apabila kurang dari 40 derajat maka pemanas akan beroperasi hingga suhu mencapai 70 derajat. Bila suhu kopi melebihi 70 derajat maka pemanas akan mati.
3.2
Perancangan Perangkat Keras
Perangkat keras terdiri dari lima bagian yaitu : 1. Rangkaian Mikrokontroler Master.
2. Sensor Gelas dan Ketinggian Cairan. 3. Sensor Suhu
4. Sensor Koin. 5. Pemanas.
6. Penampil Suhu dan Jumlah Koin.
3.2.1 Rangkaian Mikrokontroler Master
Tabel 3.1 Fungsi Port Mikrokontroler
Port Fungsi
PIN B 2 Sensor gelas PIN B 3 Sensor kopi PIN B 1 Sensor Koin PIN C 1 Relay keran Buka PIN C 2 Relay keran Tutup PIN C 0 Relay Heater PIN A 0 Sensor Suhu
21
3.2.2 Sensor posisi gelas dan ketinggian cairan
Karena sensor infra merah yang berkualitas baik sangat sulit untuk diperoleh, maka sebagai alternatif telah dipergunakan sensor LDR (Light Dependent
Resistor). Namun untuk memanfaatkan LDR sebagai sensor diperlukan
rangkaian tambahan agar dapat mendeteksi benda dan mengirimkan data ke mikrokontroler. Rangkaian dibangun dari transistor C9013.
Gambar 3.3 Sensor Posisi Gelas dan Ketinggian Kopi
Pada perancangan sensor gelas dan ketinggian cairan menggunakan LDR sebagai sensor yang ditunjukkan oleh gambar 3.3, rangkaian sensor ini berfungsi untuk mendetekesi objek yang melintas, objek yang dideteksi adalah ketinggian kopi dalam gelas dan letak posisi gelas di bawah pipa. Ketika ada objek yang melintas maka hambatan pada LDR akan berkurang. Berkurangnya hambatan ini mengakibatkan tegangan pada basis transistor Q1 menjadi semakin besar yang mengakibatkan terjadinya saturasi pada transistor Q2. Akibat saturasi tersebut
3.2.3 Sensor Suhu
Toleransi ketelitian keluaran sensor suhu LM35 sebesar 10 mV untuk setiap derajat celcius. Untuk menjaga keluaran sensor suhu LM35 selalu memiliki kenaikan tegangan sebesar 10 mV/°C maka tingkat kenaikan tegangan yang diukur dari keluaran sensor suhu LM35 harus dikuatkan dengan menggunakan rangkaian amplifier sehingga tingkat kenaikan tegangan berada di atas toleransi ketelitian.
Gambar 3.4 Rangkaian Amplifier
Gambar 3.4 menunjukkan rangkaian penguat non inverting, dengan potensio P1 pada R1 sebesar 100K digunakan untuk mengatur keluaran sensor suhu LM35, jika diinginkan penguatan keluaran menjadi 5 kali lebih besar maka,
23
dapat dihitung besarnya potensio P1 atau R1
Κ = Κ − Κ = Κ Κ + = = = Κ = + = 40 0 1 10 . mV 10 mV 50 R 10 10 R mV 10 mV 50 : adalah R besarnya maka, mV 50 V dan mV 10 V , 10 R dimana , R R R V V 1 1 1 out in 2 1 2 1 in out sebagai berikut:
Sehingga untuk mendapatkan kenaikan tegangan sebesar 50 mV untuk setiap derajat celcius potensio P1 harus sebesar 40 ΚΩ. Pada rangkaian amplifier ini digunakan sumber tegangan sebesar 12 volt. Dioda zener D1 dan resistor R1 digunakan untuk menjaga agar tegangan keluaran amplifier maksimum hanya mencapai 5 Volt sehingga ADC terlindungi dari tegangan yang berlebih.
3.2.4 Sensor Koin
Untuk mendeteksi apakah koin yang dimasukkan oleh konsumen ke alat adalah benar-benar uang logam seperti yang ditetapkan dalam perancangan, maka diperlukan Coin Selector. Sensor Koin akan mendeteksi berdasarkan ketebalan dan ketebalan koin. Sensor koin akan dihubungkan dengan mikrokontroler melalui driver
3.2.5 Pemanas
Gambar 3.5 Rangkaian Pemanas
Perancangan pemanas diperlihatkan oleh gambar 3.8. Pemanas Listrik diperlukan dalam perancangan ini untuk menjaga agar kopi yang berada dalam tangki tetap hangat selama periode yang ditentukan. Pemanas yang dipergunakan adalah seperti pada kompor listrik dengan pengatur suhu dan juga dipilih yang memiliki daya yang tidak terlalu besar. Pemanas ini terdiri dari kawat nikelin yang akan menjadi panas pada saat dialiri listrik, temperature ditentukan dengan mengatur besaran arus yang mengalir. Konstruksi pemanas elektrik dapat dilihat pada gambar 3.9.
Driver pemanas ditunjukkan oleh gambar 3.2 pada bagian Pin C0. Relay mendapat masukkan tegangan AC sebesar 220 Volt yang digunakan untuk mengatur
on/off pemanas. Pe n g a t u r
Ar u s
Ka w a t N ik e lin
I sola t or Ke ra m ik
Pe n y a n gga
25
3.2.6 Penampil Suhu dan Jumlah Koin
Rangkaian penampil membutuhkan tegangan 5 volt untuk mengaktifkan
seven segmen. Jika seven segmen menyala, maka hambatan dibutuhkan sebagai
pembatas arus yang melewati 7 ruas LED pada seven segmen. Hambatan dirangkai seri dengan ke 7 ruas LED. Arus bias maju yang melewati LED harus dibatasi sampai 25mA dan tegangan biasnya sekitar 1,6 V sampai 3 V. Tegangan yang keluar dari mikrokontroler ke seven segmen sebesar 5 V, maka nilai hambatan sebesar 330 Ω.
3.3 Perancangan Perangkat Lunak
Mulai Inisialisasi mikrokontroler Tampilkan suhu Nyalakan pemanas ApakahSuhu < 40?
Apakah suhu >70? Matikan pemanas Periksa kondisi koin apakah Ada
koin = 2 Tampilkan koin Ada gelas?
Buka keran Gelas penuh Tutup keran Ambil data suhu ya tidak ya tidak ya tidak ya ya tidak tidak
27
Dalam perancangan mikokontroler dan penampil dibutuhkan software untuk menjalankannya. Software atau sering disebut perangkat lunak digunakan untuk memberikan langkah-langkah dari sistem alat.
28
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1. Piranti Keras
Setelah direncanakan pada bab 3 maka selanjutnya dilakukan pembuatan dari piranti keras dari Dispenser Kopi Otomatis yang ditunjukkan pada Gambar 4.1
Gambar 4.1 Dispenser Kopi Otomatis
1
2 6
7
8
9
5 3
29
Keterangan pada gambar 4.1 : 1. Coin selector
2. Seven segment
3. Pembuka keran
4. Sensor ketinggian kopi berupa LDR
5. Sensor gelas berupa LDR berada di bawah gelas 6. Pemanas kopi berupa kompor listrik
7. Tangki kopi 8. Pipa
9. Rangkaian elektronika
4.1.1. Sensor posisi gelas
Berdasarkan data pada Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa tegangan output saat LDR tanpa halangan adalah 4,98 Volt, sedangkan saat dihalangi adalah 0,02 Volt. Hal ini dapat terjadi dikarenakan adanya perubahan hambatan pada sensor LDR, saat tanpa halangan adalah 2300 Ohm dan melonjak menjadi 170K Ohm saat dihalangi. Pada saat tanpa halangan tegangan output selalu memberikan sinyal berlogika tinggi yaitu 4,98 Volt pada mikrokontroler melalui Port B2 dan pada saat dihalangi tegangan pada Port B2 akan menjadi berlogika rendah yaitu 0,02 Volt yang memacu mikrokontroler menggerakan aktuator untuk membuka keran. Maka berdasarkan data pada Tabel 4.1 dapat disimpulkan sensor posisi gelas berjalan dengan baik.
Tabel 4.1. Pengukuran sensor 1 (Posisi gelas)
No Kondisi Hambatan LDR (Ohm)
Tegangan Output (Volt)
1 Tanpa halangan 2k3 4,98
4.1.2. Sensor Ketinggian kopi
Berdasarkan data pada Tabel 4.2 dapat dilihat bahwa tegangan output saat LDR tanpa halangan adalah 4,98 Volt, sedangkan saat dihalangi adalah 0,02 Volt. Hal ini dapat terjadi dikarenakan adanya perubahan hambatan pada sensor LDR, saat tanpa halangan adalah 2300 Ohm dan melonjak menjadi 170K Ohm saat dihalangi. Pada saat tanpa halangan tegangan output selalu memberikan sinyal berlogika tinggi yaitu 4,98 Volt pada mikrokontroler melalui Port B3 dan pada saat dihalangi tegangan pada Port B3 akan menjadi berlogika rendah yaitu 0,02 Volt yang memacu mikrokontroler menggerakan aktuator untuk menutup keran. Maka berdasarkan data pada Tabel 4.2 dapat disimpulkan sensor posisi gelas berjalan dengan baik.
Tabel 4.2. Pengukuran sensor 2 (ketinggian kopi)
No Kondisi Hambatan LDR (Ohm)
Tegangan Output (Volt)
1 Tanpa halangan 2k3 4,98
2 Dihalangi 170k 0,02
4.1.3. Keran Otomatis
Dari hasil uji coba, tegangan yang dibutuhkan untuk menggerakkan tuas dengan motor DC adalah sebesar 12V dengan arus 0,8mA. Dari hasil pengujian didapatkan data juga bahwa sistem keran otomatis telah dapat bekerja dengan baik.
Untuk dapat menggerakkan aktuator secara otomatis dengan tegangan berasal dari mikrokontroler maka diperlukan driver aktuator yang dibangun dari sebuah relay dan transistor yang ditunjukkan pada gambar 4.4. Ketika menginstruksikan untuk membuka keran, port mikrokontroler akan mengeluarkan data digital pada level TTL (5V). Tegangan yang dikeluarkan ini kemudian mengktifkan transitor C9013 yang tehubung dengan port
31
yang tehubung dengan mikrokontroler. Dengan aktifnya relay ini maka tegangan sebesar 12VDC akan mengalir ke motor DC sebagai pembuka dan penutup keran otomatis.
Gambar 4.2 Transistor dan relay sebagai driver aktuator keran.
4.1.4 Sensor Suhu
4.1.4.1 Pengujian Sensor suhu dan Pemanas
Tabel 4.3 Pengujian Sensor suhu dan Pemanas
No Suhu Tegangan Pemanas(Volt-AC)
1 27 195
2 30 190
3 35 190
4 40 190
5 45 190
6 50 190
7 55 190
8 60 190
9 65 190
10 70 190
11 75 0,06
12 80 0,13
13 85 0,11
Grafik 4.1. pemanas aktif berdasarkan suhu -50
0 50 100 150 200 250
0 20 40 60 80 100
Suhu
T
eg
an
g
33
4.1.4.2 Pengujian Suhu
Untuk mengetahui karakteristik suhu pada pemanas kopi yang dipergunakan maka perlu diketahui waktu yang diperlukan oleh pemanas untuk mencapai posisi suhu yang diinginkan. Posisi suhu 40 Celcius hingga 70 derajat Celcius ditetapkan untuk memperoleh panas kopi yang mencukupi. Ternyata untuk membuat suhu didalam tangki mencapai 70 derajat Celcius dibutuhkan waktu 260 menit. Lamanya waktu pencapaian suhu maksimal 70 derajat Celcius dapat dikarenakan lamanya rambatan panas pada kompor listrik dan kondilsi lingkungan yang terbuka. Hal ini tentunya juga menjadi hambatan dalam pencapaian suhu yang maksimal.
Tabel4.4 Hubungan antara suhu dan waktu
No Waktu (Menit ke-) Suhu (oC)
1 0 25
2 10 26
3 20 26
4 30 27
5 40 27
6 50 28
7 60 30
8 70 33
9 80 34
10 90 38
11 100 38
12 110 41
13 120 41
14 130 44
15 140 47
17 160 49
18 170 50
19 180 50
20 190 53
21 200 56
22 210 58
23 220 60
24 230 63
25 240 65
26 250 67
27 260 70
37
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Setelah alat yang dirancang selesai dibuat dan dilakukan pengujian, maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut :
- Kekurangan terdapat di dalam pencapaian suhu maksimal yaitu 700
- Secara umum piranti elektonis telah dapat berjalan dengan baik dalam pendeteksian koin, membuka keran otomatis, dan membatasi kopi yang diisikan ke dalam gelas.
C, hal ini dikarenakan pemanas yang dipergunakan kurang maksimal dalam mengalirkan rambatan panas kedalam tangki yang berisi kopi.
- Piranti pengukuran suhu dapat melakukan aktivitas mulai dari suhu 270 C hingga dengan suhu maksimum 900 C. Namun alat akan melakukan kendali pada suhu 400C hingga 700C.
5.2. Saran
Untuk pengembangan pada perancangan dan penelitian selanjutnya dapat disarankan beberapa hal sebagai berikut :
39
DAFTAR PUSTAKA
1. M. Ary Heryanto, S.T.,Ir. Wisnu Adi P, Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler , ATMEGA 8535. Edisi pertama, Penerbit Andi, 2008.
2. http://www.atmel.com (waktu akses 4/1/09)
3. William D. Stanley, Operational Ampifiers with Linear Integrated Circuit, Third Edition, Old Dominion University.
#include <mega8535.h> #include <delay.h> //--- Global definitions
#define ADC_VREF_TYPE 0xC0 #define k_buka PORTC.0 //1 #define k_tutup PORTC.1 //1 #define heater PORTC.2 //1 #define LED_ngisi PORTC.3 #define LED_standby PORTC.4 #define LED_koin PORTC.5 #define _koin PINB.1 //1 #define _gelas PINB.3 //0 #define _penuh PINB.4 //0 #define DSP1 PORTC.6 #define DSP2 PORTC.7 #define LED_DSP PORTD
//++++++++++++Global Variable++++++++++++
unsigned char num_led[16] =
{0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99, //0,1,2,3,4 0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, //5,6,7,8,9
};//tabel bwt display seven segment ..
unsigned int nilai_adc ;
//++++++++++++Function Prototype++++++++++++
// Routine baca ADC
// Connected a 0.1uF decoupling capacitor at VREF pin as per datasheet, // “Internal 2.56V Voltage Reference with external capacitor at AREF pin”. unsigned int baca_adc(unsigned char adc_input)
{
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); // Delay untuk stabilisasi masukan tegangan ADC delay_us(10);
// Mulai proses konversi ADC ADCSRA|=0x40;
// Tunggu sampai konversi ADC selesai while ((ADCSRA & 0x10)==0); ADCSRA|=0x10;
return ADCW; }
//Inisialisasi IO pada AVR void initio(void)
{
DDRA = 0x00;//input floating PORTA = 0x00;
DDRB = 0x00;
DDRC = 0xFF; PORTC = 0x1C; DDRD = 0xff; PORTD = 0x00; PORTC.3 = 1; PORTC.4 = 1; PORTC.5 = 1; }
//Routine kontrol suhu void kontrol_suhu (void) { baca_adc(0);
nilai_adc = ADCW; //ADC = ( Vin * 1024 / Vref )
//misal, temperature ruangan = 30°C, Vin = 300mV = 0.3V, //jadi nilai ADC = (.3*1024/2.56)=120.
//Persamaan bisa disederhanakan dengan output data ADC/4. suhu = nilai_adc/4;
if (suhu<=40) //nilai batas bawah (Heater menyala) {
panas=0; heater=1; } if
(suhu>=70) //nilai batas atas (Heater mati) {
}
// Function : Display LED // Parameters : num, dly - integer // Returned : nothing
void display_led(int num, int dly) { int i,n1, n2;
n1 = (int)(num/10); // Division operator (53/10=5) n2 = (int)(num%10); // Modules operator (53%10=3)
for(i=0; i<dly; i++) {
DSP1 = 0; // DSP1 enable active DSP2 = 1;
LED_DSP = num_led[n2]; delay_ms(1);
DSP2 = 0; // DSP2 enable active DSP1 = 1;
LED_DSP = num_led[n1]; delay_ms(1);
//Routine tampilan SEVSEG void tampilan (void) {
if (ngisi == 1) {
display_led(counter, 50); }
else {
display_led(suhu, 50); };
}
//Routine process
void eneng_gelas (void) {
unsigned char i; if (_gelas == 0) {
for(i=0;i<5;i++) {
kontrol_suhu(); tampilan(); }
k_buka = 0; }
else {
kontrol_suhu(); tampilan(); } }
//++++++++++++Main Function++++++++++++
void main(void) {
unsigned char i; //loop counter
ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff; ADCSRA=0xA3;
while (1) {
if (_koin == 1) {
LED_koin = 0; //indikator koin masuk tempkoin++;
delay_ms(1); jml_koin++;
for(i=0;i<10;i++) {
kontrol_suhu();
display_led(jml_koin, 50); }
LED_koin = 1; if (tempkoin >= 2) {
nunggu_gelas=1; eneng_gelas(); }
} else {
if (ngisi == 0) {
LED_standby = 0; //indikator dalam keadaan standby kontrol_suhu();
kontrol_suhu(); tampilan(); };
};
if (nunggu_gelas == 1) {
eneng_gelas(); }
else { };
if (ngisi==1) //bila dalam kondisi ngisi {
LED_ngisi = 0; //indikator keadaan ngisi LED_standby = 1;
kontrol_suhu(); tampilan();
if (_penuh == 0) //deteksi bila gelas sudah penuh {
kontrol_suhu(); tampilan(); }
k_tutup =0; LED_ngisi = 1; }
if (_gelas == 1) //deteksi gelas kalo diambl sewaktu { //gelas belum penuh
k_tutup = 1; ngisi = 0; kontrol_suhu(); for(i=0;i<5;i++) {
kontrol_suhu(); tampilan(); }
k_tutup = 0; LED_ngisi = 1; }
LM35
Precision Centigrade Temperature Sensors
General Description
The LM35 series are precision integrated-circuit temperature sensors, whose output voltage is linearly proportional to the Celsius (Centigrade) temperature. The LM35 thus has an advantage over linear temperature sensors calibrated in ˚ Kelvin, as the user is not required to subtract a large con-stant voltage from its output to obtain convenient Centigrade scaling. The LM35 does not require any external calibration or trimming to provide typical accuracies of±1⁄4˚C at room
temperature and±3⁄4˚C over a full −55 to +150˚C
tempera-ture range. Low cost is assured by trimming and calibration at the wafer level. The LM35’s low output impedance, linear output, and precise inherent calibration make interfacing to readout or control circuitry especially easy. It can be used with single power supplies, or with plus and minus supplies. As it draws only 60 µA from its supply, it has very low self-heating, less than 0.1˚C in still air. The LM35 is rated to operate over a −55˚ to +150˚C temperature range, while the LM35C is rated for a −40˚ to +110˚C range (−10˚ with im-proved accuracy). The LM35 series is available packaged in
hermetic TO-46 transistor packages, while the LM35C, LM35CA, and LM35D are also available in the plastic TO-92 transistor package. The LM35D is also available in an 8-lead surface mount small outline package and a plastic TO-220 package.
Features
n Calibrated directly in ˚ Celsius (Centigrade)
n Linear + 10.0 mV/˚C scale factor
n 0.5˚C accuracy guaranteeable (at +25˚C)
n Rated for full −55˚ to +150˚C range
n Suitable for remote applications
n Low cost due to wafer-level trimming
n Operates from 4 to 30 volts
n Less than 60 µA current drain
n Low self-heating, 0.08˚C in still air
n Nonlinearity only±1⁄4˚C typical
n Low impedance output, 0.1Ωfor 1 mA load
Typical Applications
TRI-STATE®is a registered trademark of National Semiconductor Corporation.
DS005516-3
FIGURE 1. Basic Centigrade Temperature Sensor (+2˚C to +150˚C)
DS005516-4
Choose R1= −VS/50 µA
VOUT=+1,500 mV at +150˚C
= +250 mV at +25˚C = −550 mV at −55˚C
FIGURE 2. Full-Range Centigrade Temperature Sensor July 1999 LM35 Precision Centigrade T emperature Sensors
Metal Can Package*
DS005516-1
*Case is connected to negative pin (GND)
Order Number LM35H, LM35AH, LM35CH, LM35CAH or LM35DH
See NS Package Number H03H
TO-92 Plastic Package
DS005516-2
Order Number LM35CZ, LM35CAZ or LM35DZ See NS Package Number Z03A
Small Outline Molded Package
DS005516-21
N.C. = No Connection
Top View Order Number LM35DM See NS Package Number M08A
TO-220 Plastic Package*
DS005516-24
*Tab is connected to the negative pin (GND).
Note: The LM35DT pinout is different than the discontinued LM35DP. Order Number LM35DT
See NS Package Number TA03F
Absolute Maximum Ratings(Note 10)
If Military/Aerospace specified devices are required, please contact the National Semiconductor Sales Office/ Distributors for availability and specifications.
Supply Voltage +35V to −0.2V Output Voltage +6V to −1.0V Output Current 10 mA Storage Temp.;
TO-46 Package, −60˚C to +180˚C TO-92 Package, −60˚C to +150˚C SO-8 Package, −65˚C to +150˚C TO-220 Package, −65˚C to +150˚C Lead Temp.:
TO-46 Package,
(Soldering, 10 seconds) 300˚C
TO-92 and TO-220 Package,
(Soldering, 10 seconds) 260˚C SO Package (Note 12)
Vapor Phase (60 seconds) 215˚C Infrared (15 seconds) 220˚C ESD Susceptibility (Note 11) 2500V
Specified Operating Temperature Range: TMINto TMAX
(Note 2)
LM35, LM35A −55˚C to +150˚C LM35C, LM35CA −40˚C to +110˚C LM35D 0˚C to +100˚C
Electrical Characteristics
(Notes 1, 6)
LM35A LM35CA
Parameter Conditions Tested Design Tested Design Units
Typical Limit Limit Typical Limit Limit (Max.)
(Note 4) (Note 5) (Note 4) (Note 5) Accuracy TA=+25˚C ±0.2 ±0.5 ±0.2 ±0.5 ˚C
(Note 7) TA=−10˚C ±0.3 ±0.3 ±1.0 ˚C
TA=TMAX ±0.4 ±1.0 ±0.4 ±1.0 ˚C
TA=TMIN ±0.4 ±1.0 ±0.4 ±1.5 ˚C
Nonlinearity TMIN≤TA≤TMAX ±0.18 ±0.35 ±0.15 ±0.3 ˚C
(Note 8)
Sensor Gain TMIN≤TA≤TMAX +10.0 +9.9, +10.0 +9.9, mV/˚C
(Average Slope) +10.1 +10.1
Load Regulation TA=+25˚C ±0.4 ±1.0 ±0.4 ±1.0 mV/mA (Note 3) 0≤IL≤1 mA TMIN≤TA≤TMAX ±0.5 ±3.0 ±0.5 ±3.0 mV/mA
Line Regulation TA=+25˚C ±0.01 ±0.05 ±0.01 ±0.05 mV/V
(Note 3) 4V≤VS≤30V ±0.02 ±0.1 ±0.02 ±0.1 mV/V Quiescent Current VS=+5V, +25˚C 56 67 56 67 µA
(Note 9) VS=+5V 105 131 91 114 µA
VS=+30V, +25˚C 56.2 68 56.2 68 µA
VS=+30V 105.5 133 91.5 116 µA
Change of 4V≤VS≤30V, +25˚C 0.2 1.0 0.2 1.0 µA Quiescent Current 4V≤VS≤30V 0.5 2.0 0.5 2.0 µA (Note 3)
Temperature +0.39 +0.5 +0.39 +0.5 µA/˚C Coefficient of
Quiescent Current
Minimum Temperature In circuit of +1.5 +2.0 +1.5 +2.0 ˚C for Rated Accuracy Figure 1, IL=0
Long Term Stability TJ=TMAX, for ±0.08 ±0.08 ˚C
1000 hours
Parameter Conditions Tested Design Tested Design Units Typical Limit Limit Typical Limit Limit (Max.)
(Note 4) (Note 5) (Note 4) (Note 5) Accuracy, TA=+25˚C ±0.4 ±1.0 ±0.4 ±1.0 ˚C
LM35, LM35C TA=−10˚C ±0.5 ±0.5 ±1.5 ˚C (Note 7) TA=TMAX ±0.8 ±1.5 ±0.8 ±1.5 ˚C
TA=TMIN ±0.8 ±1.5 ±0.8 ±2.0 ˚C
Accuracy, LM35D (Note 7)
TA=+25˚C ±0.6 ±1.5 ˚C
TA=TMAX ±0.9 ±2.0 ˚C
TA=TMIN ±0.9 ±2.0 ˚C
Nonlinearity TMIN≤TA≤TMAX ±0.3 ±0.5 ±0.2 ±0.5 ˚C
(Note 8)
Sensor Gain TMIN≤TA≤TMAX +10.0 +9.8, +10.0 +9.8, mV/˚C
(Average Slope) +10.2 +10.2
Load Regulation TA=+25˚C ±0.4 ±2.0 ±0.4 ±2.0 mV/mA
(Note 3) 0≤IL≤1 mA TMIN≤TA≤TMAX ±0.5 ±5.0 ±0.5 ±5.0 mV/mA
Line Regulation TA=+25˚C ±0.01 ±0.1 ±0.01 ±0.1 mV/V
(Note 3) 4V≤VS≤30V ±0.02 ±0.2 ±0.02 ±0.2 mV/V Quiescent Current VS=+5V, +25˚C 56 80 56 80 µA
(Note 9) VS=+5V 105 158 91 138 µA
VS=+30V, +25˚C 56.2 82 56.2 82 µA
VS=+30V 105.5 161 91.5 141 µA
Change of 4V≤VS≤30V, +25˚C 0.2 2.0 0.2 2.0 µA Quiescent Current 4V≤VS≤30V 0.5 3.0 0.5 3.0 µA (Note 3)
Temperature +0.39 +0.7 +0.39 +0.7 µA/˚C Coefficient of
Quiescent Current
Minimum Temperature In circuit of +1.5 +2.0 +1.5 +2.0 ˚C for Rated Accuracy Figure 1, IL=0
Long Term Stability TJ=TMAX, for ±0.08 ±0.08 ˚C 1000 hours
Note 1:Unless otherwise noted, these specifications apply: −55˚C≤TJ≤+150˚C for the LM35 and LM35A; −40˚≤TJ≤+110˚C for the LM35C and LM35CA; and 0˚≤TJ≤+100˚C for the LM35D. VS=+5Vdc and ILOAD=50 µA, in the circuit of Figure 2. These specifications also apply from +2˚C to TMAXin the circuit ofFigure 1. Specifications inboldfaceapply over the full rated temperature range.
Note 2:Thermal resistance of the TO-46 package is 400˚C/W, junction to ambient, and 24˚C/W junction to case. Thermal resistance of the TO-92 package is 180˚C/W junction to ambient. Thermal resistance of the small outline molded package is 220˚C/W junction to ambient. Thermal resistance of the TO-220 package is 90˚C/W junction to ambient. For additional thermal resistance information see table in the Applications section.
Note 3:Regulation is measured at constant junction temperature, using pulse testing with a low duty cycle. Changes in output due to heating effects can be com-puted by multiplying the internal dissipation by the thermal resistance.
Note 4:Tested Limits are guaranteed and 100% tested in production.
Note 5:Design Limits are guaranteed (but not 100% production tested) over the indicated temperature and supply voltage ranges. These limits are not used to cal-culate outgoing quality levels.
Note 6:Specifications inboldfaceapply over the full rated temperature range.
Note 7:Accuracy is defined as the error between the output voltage and 10mv/˚C times the device’s case temperature, at specified conditions of voltage, current, and temperature (expressed in ˚C).
Note 8:Nonlinearity is defined as the deviation of the output-voltage-versus-temperature curve from the best-fit straight line, over the device’s rated temperature range.
Note 9:Quiescent current is defined in the circuit ofFigure 1.
Note 10:Absolute Maximum Ratings indicate limits beyond which damage to the device may occur. DC and AC electrical specifications do not apply when operating the device beyond its rated operating conditions. See Note 1.
Note 11:Human body model, 100 pF discharged through a 1.5 kΩresistor.
Note 12:See AN-450 “Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliability” or the section titled “Surface Mount” found in a current National Semicon-ductor Linear Data Book for other methods of soldering surface mount devices.
Typical Performance Characteristics
Thermal Resistance Junction to Air
DS005516-25
Thermal Time Constant
DS005516-26
Thermal Response in Still Air
DS005516-27
Thermal Response in Stirred Oil Bath
DS005516-28
Minimum Supply Voltage vs. Temperature
DS005516-29
Quiescent Current vs. Temperature (In Circuit ofFigure 1.)
DS005516-30
Quiescent Current vs. Temperature (In Circuit ofFigure 2.)
DS005516-31
Accuracy vs. Temperature (Guaranteed)
DS005516-32
Accuracy vs. Temperature (Guaranteed)
DS005516-33
Applications
The LM35 can be applied easily in the same way as other integrated-circuit temperature sensors. It can be glued or ce-mented to a surface and its temperature will be within about 0.01˚C of the surface temperature.
This presumes that the ambient air temperature is almost the same as the surface temperature; if the air temperature were much higher or lower than the surface temperature, the ac-tual temperature of the LM35 die would be at an intermediate temperature between the surface temperature and the air temperature. This is expecially true for the TO-92 plastic package, where the copper leads are the principal thermal path to carry heat into the device, so its temperature might be closer to the air temperature than to the surface tempera-ture.
To minimize this problem, be sure that the wiring to the LM35, as it leaves the device, is held at the same tempera-ture as the surface of interest. The easiest way to do this is to cover up these wires with a bead of epoxy which will in-sure that the leads and wires are all at the same temperature as the surface, and that the LM35 die’s temperature will not be affected by the air temperature.
The TO-46 metal package can also be soldered to a metal surface or pipe without damage. Of course, in that case the V− terminal of the circuit will be grounded to that metal. Alter-natively, the LM35 can be mounted inside a sealed-end metal tube, and can then be dipped into a bath or screwed into a threaded hole in a tank. As with any IC, the LM35 and accompanying wiring and circuits must be kept insulated and dry, to avoid leakage and corrosion. This is especially true if the circuit may operate at cold temperatures where conden-sation can occur. Printed-circuit coatings and varnishes such as Humiseal and epoxy paints or dips are often used to in-sure that moisture cannot corrode the LM35 or its connec-tions.
These devices are sometimes soldered to a small light-weight heat fin, to decrease the thermal time constant and speed up the response in slowly-moving air. On the other hand, a small thermal mass may be added to the sen-sor, to give the steadiest reading despite small deviations in the air temperature.
Temperature Rise of LM35 Due To Self-heating (Thermal Resistance,θJA) TO-46, TO-46*, TO-92, TO-92**, SO-8 SO-8** TO-220
no heat sink
small heat fin no heat sink
small heat fin no heat sink
small heat fin no heat sink
Still air 400˚C/W 100˚C/W 180˚C/W 140˚C/W 220˚C/W 110˚C/W 90˚C/W Moving air 100˚C/W 40˚C/W 90˚C/W 70˚C/W 105˚C/W 90˚C/W 26˚C/W Still oil 100˚C/W 40˚C/W 90˚C/W 70˚C/W
Stirred oil 50˚C/W 30˚C/W 45˚C/W 40˚C/W (Clamped to metal,
Infinite heat sink) (24˚C/W) (55˚C/W)
*Wakefield type 201, or 1" disc of 0.020" sheet brass, soldered to case, or similar.
**TO-92 and SO-8 packages glued and leads soldered to 1" square of 1/16" printed circuit board with 2 oz. foil or similar.
DS005516-34 DS005516-35
Typical Applications
CAPACITIVE LOADS
Like most micropower circuits, the LM35 has a limited ability to drive heavy capacitive loads. The LM35 by itself is able to drive 50 pf without special precautions. If heavier loads are anticipated, it is easy to isolate or decouple the load with a resistor; seeFigure 3. Or you can improve the tolerance of capacitance with a series R-C damper from output to ground; seeFigure 4.
When the LM35 is applied with a 200Ωload resistor as shown inFigure 5, Figure 6 or Figure 8 it is relatively immune to wiring capacitance because the capacitance forms a by-pass from ground to input, not on the output. However, as with any linear circuit connected to wires in a hostile environ-ment, its performance can be affected adversely by intense electromagnetic sources such as relays, radio transmitters, motors with arcing brushes, SCR transients, etc, as its wiring can act as a receiving antenna and its internal junctions can act as rectifiers. For best results in such cases, a bypass ca-pacitor from VINto ground and a series R-C damper such as
75Ωin series with 0.2 or 1 µF from output to ground are often useful. These are shown in Figure 13, Figure 14, and Figure 16.
DS005516-19
FIGURE 3. LM35 with Decoupling from Capacitive Load
DS005516-20
FIGURE 4. LM35 with R-C Damper
DS005516-5
FIGURE 5. Two-Wire Remote Temperature Sensor (Grounded Sensor)
DS005516-6
FIGURE 6. Two-Wire Remote Temperature Sensor (Output Referred to Ground)
DS005516-7
FIGURE 7. Temperature Sensor, Single Supply, −55˚ to +150˚C
DS005516-8
FIGURE 8. Two-Wire Remote Temperature Sensor (Output Referred to Ground)
DS005516-9
FIGURE 9. 4-To-20 mA Current Source (0˚C to +100˚C)
DS005516-10
FIGURE 10. Fahrenheit Thermometer
DS005516-11
FIGURE 11. Centigrade Thermometer (Analog Meter)
DS005516-12
FIGURE 12. Fahrenheit ThermometerExpanded Scale Thermometer
(50˚ to 80˚ Fahrenheit, for Example Shown)
DS005516-13
FIGURE 13. Temperature To Digital Converter (Serial Output) (+128˚C Full Scale)
DS005516-14
FIGURE 14. Temperature To Digital Converter (Parallel TRI-STATE™Outputs for Standard Data Bus to µP Interface) (128˚C Full Scale)
Typical Applications (Continued)
DS005516-16 *=1% or 2% film resistor
Trim RBfor VB=3.075V
Trim RCfor VC=1.955V
Trim RAfor VA=0.075V + 100mV/˚C x Tambient
Example, VA=2.275V at 22˚C
FIGURE 15. Bar-Graph Temperature Display (Dot Mode)
DS005516-15
FIGURE 16. LM35 With Voltage-To-Frequency Converter And Isolated Output (2˚C to +150˚C; 20 Hz to 1500 Hz)
DS005516-23
Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted
TO-46 Metal Can Package (H) Order Number LM35H, LM35AH, LM35CH,
LM35CAH, or LM35DH NS Package Number H03H
SO-8 Molded Small Outline Package (M) Order Number LM35DM NS Package Number M08A
Power Package TO-220 (T) Order Number LM35DT NS Package Number TA03F
TO-92 Plastic Package (Z) Order Number LM35CZ, LM35CAZ or LM35DZ
NS Package Number Z03A
Notes
LIFE SUPPORT POLICY
NATIONAL’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT AND GENERAL COUNSEL OF NATIONAL SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:
1. Life support devices or systems are devices or systems which, (a) are intended for surgical implant into the body, or (b) support or sustain life, and whose failure to perform when properly used in accordance with instructions for use provided in the labeling, can be reasonably expected to result in a significant injury to the user.
2. A critical component is any component of a life support device or system whose failure to perform can be reasonably expected to cause the failure of the life support device or system, or to affect its safety or effectiveness.
National Semiconductor Corporation Americas Tel: 1-800-272-9959 Fax: 1-800-737-7018 Email: [email protected] National Semiconductor Europe
Fax: +49 (0) 1 80-530 85 86 Email: [email protected] Deutsch Tel: +49 (0) 1 80-530 85 85 English Tel: +49 (0) 1 80-532 78 32 Français Tel: +49 (0) 1 80-532 93 58 Italiano Tel: +49 (0) 1 80-534 16 80
National Semiconductor Asia Pacific Customer Response Group Tel: 65-2544466 Fax: 65-2504466 Email: [email protected] National Semiconductor Japan Ltd. Tel: 81-3-5639-7560 Fax: 81-3-5639-7507 www.national.com LM35 Precision Centigrade T emperature Sensors
