BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1. SENSOR SUHU LM35
LM35 adalah komponen sensor suhu berukuran kecil seperti transistor (TO-92), komponen yang sangat mudah digunakan ini mampu mengukur suhu hingga 100 derajad celcius. Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. Dengan tegangan keluaran yang terskala linear dengan suhu terukur, yakni 10 milivolt per 1 derajad celcius.
2.1.1. Struktur Sensor LM35
Gambar 2.1. Sensor Suhu LM35
Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa sensor suhu IC LM35 pada dasarnya memiliki 3 pin diantaranya yaitu, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :
Gambar 2.2. Skematik rangkaian dasar sensor suhu
Gambar diatas kanan adalah gambar skematik rangkaian dasar sensor suhu LM35-DZ. Rangkaian ini sangat sedeCrhana dan praktis. Vout adalah tegangan keluaran sensor yang terskala linear terhadap suhu terukur, yakni 10 milivolt per 1 derajad celcius. Jadi jika Vout = 530mV, maka suhu terukur adalah 53 derajad Celcius. Dan jika Vout = 320mV, maka suhu terukur adalah 32 derajad Celcius. Tegangan keluaran ini bisa langsung diumpankan sebagai masukan ke rangkaian pengkondisi sinyal seperti rangkaian penguat operasional dan rangkaian filter, atau rangkaian lain seperti rangkaian pembanding tegangan dan rangkaian Analog-to-Digital Converter.
berubah-ubah untuk kondisi yang relatif tidak ada perberubah-ubahan, maka alat ukur yang demikian ini tidak dapat digunakan.
2.1.2. Karakteristik Sensor LM35.
Gambar 2.3. kaki-kaki LM35
1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti terlihat pada gambar 2.2.
3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC. 4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. 8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kontrol khusus serta tidak memerlukan setting tabahan karena output dari sensor suhu LM35 memiliki karakter yang linier dengan perubahan 10mV/°C. Sensor suhu LM35 memiliki jangkauan pengukuran -55°C hingga +150°C dengan akurasi ±0,5°C. Tegangan output sensor suhu IC LM35 dapat diformulasikan Vout LM35 = temperature ° x 10mV.
Sensor suhu LM35 terdapat dalam beberapa varian sebagai berikut:
• LM35, LM35A memiliki range pengukuran temperature -55°C hingga +150°C.
• LM35C, LM35CA memiliki range pengukuran temperatur -40℃ hingga
+110℃.
• LM35D memiliki range pengukuran temperatur 0°C hingga +100°C.
Gambar 2.4. Grafik akurasi LM35 terhadap suhu
kurang dari 0,1°C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian control yang sangat mudah.
IC LM 35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV /°C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1° C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV.
Gambar 2.5. Rangkaian Sensor LM35
IC LM 35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperature ruang. Jangka sensor mulai dari – 55°C sampai dengan 150°C, IC LM35 penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indicator tampilan catu daya terbelah. IC LM 35 dapat dialiri arus 60 μ A dari supplay
sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0 ° C di dalam suhu ruangan.
Adapun keistimewaan dari IC LM 35 adalah : • Kalibrasi dalam satuan derajat celcius.
• Lineritas +10 mV/ º C.
• Akurasi 0,5 º C pada suhu ruang. • Range +2 º C – 150 º C.
• Dioperasikan pada catu daya 4 V – 30 V. • Arus yang mengalir kurang dari 60 μA
2.1.3. Prinsip Kerja Sensor LM35
Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya .
Maka dapat disimpulkan prinsip kerja sensor LM35 sebagai berikut:
• Suhu lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap suhu
• Suhu lingkungan ini diubah menjadi tegangan listrik oleh rangkaian di dalam IC, dimana perubahan suhu berbanding lurus dengan perubahan tegangan output.
• Pada seri LM35
Vout=10 mV/oC
Tiap perubahan 1oC akan menghasilkan perubahan tegangan output sebesar 10mV
2.1.4. Kelebihan dan Kelemahan Sensors LM35 • Kelebihan:
a. Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150 oC b. Low self-heating, sebesar 0.08 oC
c. Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 V d. Rangkaian tidak rumit
e. Tidak memerlukan pengkondisian sinyal • Kekurangan:
Membutuhkan sumber tegangan untuk beroperasi
2.2. LCD ( Liquid Crystal Display )
LCD dapat menampilkan karakter ASCI sehingga kita bisa menampilkan campuran huruf dan angka sekaligus berwarna ataupun tidak berwarna, hal ini disebabkan karena terdapat banyak sekali titik cahaya (piksel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya didalam sebuah perangkat LCD adalah lampu neon berwarna putih dibagian belakang susunan kristal cair tadi. Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yang membentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetik yang timbul dan oleh karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan sedangkan warna lainnya tersaring.
Gambar 2.6. LCD 16 x 2 Modul LCD memiliki karakteristik sebagai berikut:
1. Terdapat 16 x 2 karakter huruf yang bisa ditampilkan. 2. Setiap terdiri dari 5 x 7 dot-matrix cursor.
3. Terdapat 192 macam karakter.
4. Terdapat 80 x 8 bit display RAM ( maksimal 80 karakter ).
5. Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dengan 4 bit. 6. Dibangun oleh osilator lokal.
7. Satu sumber tegangan 5 Volt.
8. Otomatis reset saat tegangan dihidupkan. 9. Bekerja pada suhu 0oC sampai 550C.
2.2.1. Konfigurasi Pin LCD
Tabel 2.1. Konfigurasi Pin LCD
No Simbol Level Fungsi
1 Vss - 0 Volt
2 Vcc - 5+10% Volt
3 Vee - Penggerak LCD
4 RS H/L H=Memasukkan Data,L=Memasukkan Ins
5 R/W H/L H=Baca, L=Tulis
7 DB0 H/L
Data Bus
8 DB1 H/L
9 DB2 H/L
10 DB3 H/L
11 DB4 H/L
12 DB5 H/L
13 DB6 H/L
14 DB7 H/L
15 V+BL
Kecerahan LCC
16 V-BL
2.3. Mikrokontroler ATmega32
Mikrokontroler ATmega32 adalah mikrokontroler 8-bit keluaran Atmel dari keluarga AVR. Pihak Atmel menyatakan bahwa AVR bukanlah sebuah akronim atau singkatan dari suatu kalimat tertentu, perancang arsitektur AVR, Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan tidak memberikan jawaban yang pasti tentang singkatan AVR ini (http://en.wikipedia.org/wiki/Atmel_AVR). Mikrokontroler ini dirancang berdasarkan arsitektur AVR RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang mengeksekusi satu instruksi dalam satu siklus clock sehingga dapat mencapai eksekusi instruksi sebesar 1 MIPS (Million Instruction Per Second) setiap 1 MHZ frekuensi clock yang digunakan mikrokontroler tersebut. Frekuensi clock yang digunakan dapat diatur melalui fuse bits dan kristal yang digunakan. Jika kristal yang digunakan sebesar 16 MHZ sehingga frekuensi clock-nya sebesar 16 MHZ maka eksekusi instruksinya mencapai 16 MIPS (Atmel, 2009).
Gambar 2.8. Arsitektur Mikrokontroler Atmega32
ATmega32 memiliki clock generator internal sehingga mikrokontroler ini dapat bekerja langsung tanpa menggunakan clock eksternal. Sinyal clock internal yang dibangkitkan sebesar 1 MHZ. Jadi, cukup dengan menghubungkan Vcc dan Gnd dengan tegangan 5V DC mikrokontroler ini dapat bekerja.
register-register pada ATmega32. Setelah program di-compile akan menghasilkan file dengan tipe Intel hex (.hex). File inilah yang nantinya akan di-programkan ke ATmega32 melalui interface bsd programmer (Brian Dean's Programmer) yang terhubung ke komputer melalui port paralel. Koneksi antara ATmega32 dan port paralel untuk bsd programmer diberikan oleh tabel berikut ini
Tabel 2.2 Koneksi Pin Port Paralel dan ATmega32
Port paralel ATmega32 No pin Nama pin No pin Nama pin
7 D5 9 Reset
8 D6 8 SCK
9 D7 6 MOSI
10 S6 7 MISO
9 Ground 11 Ground
2.4. ADC (Analog To Digital Converter)
ADC (Analog To Digital Conventer) adalah perangkat elektronika yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog (sinyal kontinyu) menjadi sinyal digital. Perangkat ADC (Analog To Digital Conventer) dapat berbentuk suatu modul atau rangkaian elektronika maupun suatu chip IC. ADC (Analog To Digital Conventer) berfungsi untuk menjembatani pemrosesan sinyal analog oleh sistem digital.
piranti ini yang menerjemahkan informasi mengenai variabel kebentuk sinyal listrik analog. Untuk menghubungkan sinyal ini dengan sebuah komputer atau rangkaian logika digital, sangat perlu untuk terlebih dahulu melakukan konversi analog ke digital (A/D). Hal-hal mengenai konversi ini harus diketahui sehingga ada keunikan, hubungan khusus antara sinyal analog dan digital.
2.4.1. Karakteristik ADC
• Kecepatan Sampling ADC
kecepatan sampling suatu ADC menyatakan “seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu”. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS). • Resolusi ADC
Resolusi ADC menentukan “ketelitian nilai hasil konversi ADC”. Sebagai contoh, ADC 8 bit akan memiliki output 8 bit data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 4096 nilai diskrit. Dari contoh diatas ADC 12 bit akan memberikan ketelitian nilai hasil konversi yang jauh lebih baik daripada ADC 8 bit.
2.4.2. Prinsip Kerja ADC
2.4.3. Komparator ADC
Bentuk komunikasi yang paling mendasar antara wujud digital dan analog adalah piranti (biasanya berupa IC) disebut komparator. Piranti ini, yang diperlihatkan secara skematik pada gambar dibawah, secara sederhana membandingkan dua tegangan pada kedua terminal inputnya. Bergantung pada tegangan mana yang lebih besar, outputnya akan berupa sinyal digital 1 (high) atau 0 (low). Komparator ini digunakan secara luas untuk sinyal alarm ke komputer atau sistem memproses digital. Elemen ini juga merupakan satu bagian dengan konverter analog ke digital dan digital ke analog.
Gambar 2.9. Konsep Komparator Pada ADC (Analog to Digital Converter)
2.4.4. Jenis-jenis ADC (Analog to Digital Converter) • ADC Simultan
ADC simultan atau biasa disebut flash converter atau paralel converter. Input analog Vi yang akan diubah ke bentuk digital diberikan secara simultan pada sisi + pada komparator tersebut, dan input pada sisi – tergantung pada ukuran bit converter. Ketika Vi melebihi tegangan input – dari suatu komparator, maka output komparator adalah high, sebaliknya memberikan output low.
Bila Vref diset pada nilai 5 volt, maka dari gambar 3 dapat didapatkan: V(-) untuk C7 = Verf * (13/14) = 4,64
V(-) untuk C6 = Verf * (11/14) = 3,93 V(-) untuk C5 = Verf * (9/14) = 3,21 V(-) untuk C4 = Verf * (7/14) = 2,5 V(-) untuk C3 = Verf * (5/14) = 1,78 V(-) untuk C2 = Verf * (3/14) = 1,07 V(-) untuk C1 = Verf * (1/14) = 0,36
Misal: Vin diberi sinyal analog 3 volt, maka output dari C7=0, C6=0, C5=0, C4=1, C3=1, C2=1, C1=1, sehingga didapatkan output ADC yaitu 100 biner.
Tabel 2.3. Output ADC Simultan
• Counter Ramp ADC
Gambar 2.11. Diagram Blok Counter Ramp ADC Pada gambar diatas, ditunjukkan blok diagram Counter Ramp ADC didalamnya terdapat DAC yang diberi masukan dari counter, masukan counter dari sumber Clock dimana sumber Clock dikontrol dengan cara meng AND kan dengan keluaran Comporator.
• SAR (Successive Aproximation Register) ADC
Pada gambar diatas ditunjukkan diagram ADC jenis SAR, yaitu dengan memakai konvigurasi yang hampir sama dengan counter ramp tetapi dalam melakukan trace dengan cara tracking dengan mengeluarkan kombinasi bit MSB = 1 ===> 1000 0000. Apabila belum sama (kurang dari tegangan analog input maka bit MSB berikutnya = 1 ===> 1100 0000) dan apabila tegangan analog input ternyata lebih kecil dari tegangan yang dihasilkan DAC maka langkah berikutnya menurunkan kombinasi bit ===> 1010 0000.
2.5. WTV 020
