RANCANG BANGUN ALAT UKUR KONDUKTANSI LISTRIK
OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535
Skripsi
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
Dari Jurusan Pendidikan Fisika
Oleh:
Dwi Harjono
NIM. 0807622
PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
Rancang Bangun Alat Ukur
Konduktansi Listrik Otomatis
Berbasis Mikrokontroler Atmega8535
Oleh Dwi Harjono
Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana pada Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmpu Pengetahuan Alam
© Dwi Harjono 2013 Universitas Pendidikan Indonesia
November 2013
Hak Cipta dilindungi undang-undang
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
RANCANG BANGUN ALAT UKUR KONDUKTANSI LISTRIK
OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535
Oleh : DWI HARJONO
NIM. 0807622
DISETUJUI DAN DISAHKAN OLEH PEMBIMBING :
Pembimbing I
Drs. Dani Gustaman. S., M. Eng. NIP: 1961 0522 1984 0310 02
Pembimbing II
Ahmad Aminudin, M. Si. NIP: 1972 1112 2008 1210 01
Mengetahui,
Ketua Jurusan Pendidikan Fisika
ABSTRAK
Dwi Harjono. (2013). Rancang Bangun Alat Ukur Konduktansi Listrik Otomatis Berbasis Mikrokontroler ATMega8535.
Abstrak: Kegiatan penelitian sifat kelistrikan bahan dalam rangka pengembangan komponen elektronik, membutuhkan sebuah alat ukur yang teliti dan user friendly. Berkaitan dengan itu telah dirancang dan dibuat sebuah alat ukur konduktansi listrik bahan pada berbagai suhu. Alat ukur ini memiliki modul penguat sinyal sensor suhu, penguat sinyal arus dan tegangan, modul mikrokontroler berbasis ATMega8535, dan rangkaian penampil LCD 16 × 2. Alat ini dihubungkan dengan personal computer (PC) untuk mencatat data pengukuran secara otomatis dengan bantuan software. Alat mampu mengukur mengukur
hambatan pada rentang 10 kΩ hingga 1 MΩ pada berbagai suhu dari 25 °C hingga
500 °C. Alat ini dapat beroperasi dengan baik, namun masih butuh pengembangan lebih lanjut.
Kata kunci: Alat ukur konduktansi, Mikrokontroler ATMega8535, Konduktansi.
ABSTRACT
Dwi Harjono. (2013). Design of Automatic Measuring Instrument Electrical
Conductance-Based Microcontroller ATMega8535.
Abstract: Research activities on electrical properties of materials in order to develop electronic components, need an accurate and user friendly measuring instrument. Regarding this, it has been designed and fabricated an instrument for measuring electrical conductance of the material at various temperatures. This instrument has a temperature sensor signal amplifier module, current and voltage amplifier signals, ATMega8535 microcontroller module, and a 16 × 2 LCD
DAFTAR ISI
ABSTRAK i
KATA PENGANTAR ii
UCAPAN TERIMA KASIH iii
DAFTAR ISI vi
1.4 Tujuan Penelitian 4
1.5 Manfaat Penelitian 5
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sifat Kelistrikan Bahan 6 2.1.1 Resistansi dan Konduktansi Listrik 6
2.1.2 Konduktor 7
2.1.3 Resistor 7
2.1.4 Semikonduktor 7
2.2 Sistem Pengukuran 8
2.3 Alat Ukur Besaran Listrik 8
2.3.1 Amperemeter 9
2.3.2 Voltmeter 10
2.3.3 Ohmmeter 10
2.4 Sensor 11
vii
2.5.1 IC AD595 16
2.5.2 Transistor 16
2.6 Pemrosesan Sinyal 18
2.6.1 Mikrokontroler ATMega8535 19 2.6.2 Analog to Digital Converter (ADC) 21 2.6.3 Bahasa Pemrograman BASCOM - AVR 22
2.7 Media Penampil Data 23
2.7.1 LCD 16 × 2 26
2.8 Borland Delphi 7.0 27
BAB III : METODE PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian 29
3.2 Lokasi Penelitian 29
3.3 Alat dan Bahan 29
3.4 Prosedur Penelitian 30
3.4.1 Persiapan Penelitian 30 3.4.2 Pelaksanaan Penelitian 30 3.4.3 Pengujian Alat Ukur 33
3.5 Perancangan Alat 35
3.6 Rangkaian Penguat Sinyal Sensor Suhu 35 3.7 Rangkaian Pengolah Sinyal 36 3.8 Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler ATMega8535 38
3.9 Rangkaian LCD 16 × 2 40
3.10 Perangkat Lunak 40
BAB IV : HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Sensor Termokopel 42
4.2 Analisis Rangkaian Penguat Sinyal 44 4.3 Analisis Rangkaian Pengondisi Sinyal 49 4.4 Analisis Rangkaian Keseluruhan 53
viii
4.4.2 Pengujian Otomatis 54
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 57
5.2 Saran 58
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram blok elemen sistem pengukuran 8 Gambar 2.2 Multimeter digital (sumber: www.wikipedia.com) 9 Gambar 2.3 Amperemeter DC (sumber: www.made-in-china.com) 9 Gambar 2.4 Volmeter DC (sumber: www.physicsgems.blogspot.com) 10 Gambar 2.5 Ohmmeter (sumber: www.haines.com.au) 10 Gambar 2.6 Jenis – jenis sensor (LM35DZ – sensor panas
dan Light Dependent Resistors/ LDR – sensor cahaya (sumber: www.smokespark.blogspot.com))
11
Gambar 2.7 Berbagai bentuk fisik termokopel
(sumber: www.recyclingindonesia.blogspot.com) 12
Gambar 2.8 Integrated Circuit (IC)
(sumber: www.noemizeta.wordpress.com) 14
Gambar 2.9 Skema rangkaian penguat inverting dan
grafik perbandingan sinyal input dan output 15
Gambar 2.10 Skema rangkaian penguat non-inverting dan
grafik perbandingan sinyal input dan output 15
Gambar 2.11 Konfigurasi kaki AD595 16
Gambar 2.12 (a) Jenis – jenis bentuk transistor, (b) Transistor NPN dan simbolnya, (c) Transistor PNP dan bentuknya
(sumber: www. simsiramu514.wordpress.com)
17
Gambar 2.13 Super smart AVR system rangkaian pengolah sinyal berbasis
mikrokontroler ATMega8535
(sumber: www.depokinstruments.com)
18
Gambar 2.14 Diagram blok mikrokontroler AVR
(sumber: www.maxchristian.wordpress.com) 20
Gambar 2.15 ATMega8535 produksi ATMEL 21
Gambar 2.16 Konfigurasi pin ATMega8535 21
Gambar 2.17 Tampilan umum BASCOM – AVR 23
Gambar 2.18 7-segmen
(sumber: www.wikimedia.org) 24
Gambar 2.19 Monitor CRT
x
Gambar 2.20 Cara kerja LCD
(sumber: www.ekosaktiprihandaryanto.blogspot.com) 25
Gambar 2.21 Modul LCD 16 × 2
(sumber: www.depokinstruments.com) 26
Gambar 2.22 Kode ASCII
(sumber: www.simonhalawa.blogspot.com) 26
Gambar 2.23 Konfigurasi pin pada LCD 16 × 2
(sumber: www.engineersgarage.com) 27
Gambar 2.24 Tampilan program Delphi 7 28
Gambar 3.1 Proses karakterisasi rangkaian penguat sinyal 31 Gambar 3.2 Proses karakterisasi rangkaian pengolah sinyal 32
Gambar 3.3 Skema pengujian alat 33
Gambar 3.4 Diagram blok rangkaian 35
Gambar 3.5 Skema rangkaian penguat sinyal sensor suhu 36
Gambar 3.6 Skema rangkaian pengolah sinyal 37
Gambar 3.7 Skema rangkaian sistem minimum ATMega8535
(sumber: www.depokinstruments.com) 38
Gambar 3.8 Skema rangkaian LCD 16 × 2
(sumber: www.depokinstruments.com) 40
Gambar 3.9 Tampilan antarmuka perangkat lunak pengakusisi data 41 Gambar 4.1 Skema pengujian karakteristik termokopel 42 Gambar 4.2 Skema pengujian I & II rangkaian penguat sinyal 45 Gambar 4.3 Skema pengujian III rangkaian penguat sinyal 47
Gambar 4.4 Rangkaian penguat sinyal 50
Gambar 4.5 Skema pengujian rangkaian penguat sinyal 50 Gambar 4.6 Skema pengukuran perbandingan nilai hambatan listrik 52
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik sensor termokopel 13
Tabel 4.1 Pengujian karakteristik termokopel 43
Tabel 4.2 Pengujian karakteristik rangkaian penguat sinyal 45 Tabel 4.3 Pengujian III dari rangkaian penguat sinyal 47 Tabel 4.4 Hasil perbandingan rata – rata antara I input dengan V output 51
Tabel 4.5 Perbandingan nilai hambatan potensiometer 53
Tabel 4.6 Pengujian manual alat ukur hambatan 54
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Grafik sinyal keluaran tegangan (mV) terhadap perubahan suhu
(T) pada pengujian karakteristik termokopel 43
Grafik 4.2 Grafik sinyal keluaran tegangan (V) terhadap perubahan suhu (T) 46
Grafik 4.3 Grafik faktor konversi 52
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Sebagai negara yang sedang berkembang, Indonesia memiliki potensi sumber daya alamnya yang kaya akan mineral. Perkembangan sektor industri memacu pertumbuhan ekonomi yang ditandai dengan banyaknya pabrik yang berdiri di Indonesia. Kebutuhan akan pentingnya piranti elektronik tidak bisa lepas dari kemajuan sektor industri yang dialami bangsa ini. Sebagai contoh adalah alat komunikasi berupa telepon genggam. Serangkaian komponen elektronik yang terintegrasi menjadi satu keutuhan gadget yang didalamnya terdapat ratusan komponen elektonik berukuran kecil. Komponen-komponen yang terdapat di dalam telepon genggam tersebut antara lain adalah resistor, kapasitor, dioda, dan lain-lain.
Penemuan material-material baru yang diduga dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan piranti elektronik membuat penelitian mengenai karakteristik bahan-bahan tersebut terus berkembang. Penemuan material-material baru yang cepat juga membuat kebutuhan akan alat ukur sifat kelistrikan yang lebih mudah dan efisien semakin meningkat.
Kontrol sifat listrik merupakan suatu hal yang sangat penting dalam aplikasi piranti elektronik (Sutanto, 2001). Pada era digital seperti saat ini semakin memberikan kemudahan dalam mendesain sebuah alat ukur karena telah ditemukannya sebuah sirkuit yang terintegrasi (IC) yang mampu mengakuisisi data dalam satu chip (Suryadi, 2003).
2
menggunakan kaidah bahwa konduktansi (G) merupakan kebalikkan hambatan listrik (R), atau dapat ditulis secara matematis:
Alat ukur konduktansi listrik sebenarnya pernah dibuat di PTNBR-BATAN, namun pengukurannya menggunakan sifat pengukuran yang tidak langsung. Alat ukur konduktansi yang dibuat hanya untuk mengukur besarnya nilai hambatan listrik (R) saja. Nilai konduktansinya dihitung dengan menggunakan software lain seperti Microsoft Excel buatan Microsoft. Selain itu alat ukur yang sebelumnya pernah dibuat menggunakan sistem pencatatan data berdasarkan perubahan suhu, jadi data yang dicatat oleh software hanya data perubahan hambatan listrik (R) untuk perubahan suhu setiap 5 °C.
Dalam penelitian ini telah dibuat sebuah alat ukur yang dapat digunakan untuk mengukur perubahan konduktansi listrik (G) dari suatu sampel bahan karena pengaruh perubahan suhu. Selanjutnya sampel bahan tersebut digunakan sebagai bahan baku pembuatan komponen elektronik. Alat ukur yang telah dibuat mengukur tiga besaran inti sebagai sinyal masukan, yaitu beda potensial (V), arus listrik (I), dan suhu (T). Ketiga besaran tersebut diubah menjadi data yang selanjutnya diakuisisi oleh software.
Dukungan dari software yang juga telah dibuat, memberikan kemudahan untuk mengukur konduktansi sampel bahan yang dipengaruhi perubahan suhu, karena software dapat mengakusisi data secara otomatis. Selain dari sistem akuisisi data yang otomatis, alat ukur konduktansi yang telah dibuat ini memiliki kelebihan lain, yaitu dari segi data yang ditampilkan adalah perubahan suhu serta perubahan nilai konduktansi karena pengaruh suhu secara langsung, dan pencatatan datanya bersifat real time yaitu data yang masuk dan ditampilkan pada
software merupakan data dari perubahan suhu dan konduktansi sampel bahan
3
Perancangan alat ukur ini menggunakan mikrokontroler seri ATMega8535 sebagai otak dari sistem pada alat ukur. Mikrokontroler berfungsi menerima masukan dari rangkaian pengondisi sinyal termokopel berupa suhu (T) dan rangkaian pengolah sinyal sampel bahan berupa arus listrik (I) dan beda potensial (V).
Ketiga besaran inti keluar berupa sinyal analog, sinyal keluaran tersebut diubah menjadi data sinyal digital oleh Analog to Digital Converter (ADC). Mikrokontroler ATMega8535 telah memiliki fitur ADC didalamnya. Kemudian data dari mikrokontroler ditampilkan pada Liquid Crystal Display (LCD) 16 × 2 sebagai media penampil dan juga data dari mikrokontroler dapat diteruskan menjadi data masukan pada komputer untuk diolah lebih lanjut sebagai basis data.
Kelebihan dari seri ATMega8535 yang termasuk ke dalam keluarga Alf
and Regard’s Reduce Instruction Set Computing processor (AVR) memiliki arsitektur 8-bit, dimana seluruh instruksi dikemas kedalam 16-bit dan seluruh instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock, berbeda dengan sistem MCS – 51 yang hanya memiliki 12 siklus karena memiliki sistem Complex Instruction Set
Computing (CISC) (Sitinjak, 2011). Pada dasarnya keluarga AVR dapat dibagi
menjadi 4 kelas, yaitu ATTiny, AT90Sxx, AT89RFxx, dan ATMega (Sitinjak, 2011).
Pada penelitian ini mikrokontroler yang digunakan adalah seri ATMega karena mikrokontroler ini mudah didapatkan dan harganya lebih murah dibanding dengan seri lainnya. Alat ukur yang dirancang pada penelitian tugas akhir ini sangat bermanfaat dari sistem akuisisi datanya. Sistem akusisi data dari rancang bangun alat ukur ini dibuat bersifat otomatis. Pengaruh suhu terhadap konduktansi sebuah sampel bahan ditampilkan pada tampilan layar penampil dan data hasil pengukuran disimpan dalam bentuk basis data.
4
diharapkan dapat dikembangkan ke tahap selanjutnya melalui penelitian lebih lanjut. Penelitian mengenai rancang bangun alat ukur konduktansi ini diberi judul
“RANCANG BANGUN ALAT UKUR KONDUKTANSI LISTRIK OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535”.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan dari latar belakang masalah yang ada, perumusan masalah untuk penelitian tentang rancang bangun alat ukur konduktansi listrik adalah:
1.2.1 Bagaimana rancang bangun alat ukur konduktansi?
1.2.2 Bagaimana karateristik alat ukur konduktansi listrik ditinjau dari aspek sensitivitas dan akurasinya?
1.3 Batasan Masalah
Pembuatan sebuah sistem alat ukur, pada umumnya memiliki batasan dari sebuah pengukuran yang dipengaruhi oleh sensor yang digunakan dan kemampuan sebuah rancangan dalam mengukur besaran listrik. Adapun batasan masalah yang membatasi penelitian pada tugas akhir ini hanya menentukan besarnya akurasi dan sensitivitas dari alat ukur serta rentang pengukuran konduktansi yang dimiliki alat ukur.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian adalah rancang bangun alat ukur konduktansi listrik secara otomatis berbasis mikrokontroler ini seperti yang telah dijelaskan pada latar belakang dan rumusan masalah dapat diambil beberapa poin penting, antara lain:
1.4.1. Merancang dan membuat alat ukur kondutansi listrik.
5
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dari penelitian tugas akhir tentang rancang bangun alat ukur konduktansi listrik ini adalah:
1.5.1. Mendapatkan sebuah alat ukur yang dapat digunakan untuk mengukur konduktansi sebuah sampel bahan secara otomatis, memahami rancangan dan kinerja dari alat ukur yang dibuat. 1.5.2. Mengetahui karakteristik alat yang dibuat ditinjau dari sensitivitas,
akurasi, dan mampu mengoperasikannya secara mandiri.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian
Metode penelitian yang dilakukan pada tugas akhir ini adalah dengan metode eksperimen murni. Pada penelitian ini dilakukan perancangan alat ukur untuk mengukur konduktansi sampel pada suhu yang berbeda. Alat yang dibuat diharapkan dapat mengukur konduktansi suatu sampel bahan (G) pada suhu yang berbeda (T) secara otomatis.
3.2 Lokasi Penelitian
Penelitian mengenai rancang bangun alat ukur konduktansi ini dilakukan di Pusat Teknologi Nuklir Bahan dan Radiometri-Badan Tenaga Nuklir Nasional (PTNBR-BATAN) pada bagian kelompok Fisika Bahan. PTNBR-BATAN berlokasi di Jalan Tamansari no. 71, Bandung 40132.
3.3 Alat dan Bahan
Penggunaan alat dan bahan yang dipakai pada penelitian pembuatan alat ukur ini adalah:
a. Sensor suhu berupa termokopel
b. 1 set rangkaian pembaca arus dan tegangan listrik c. 1 set rangkaian penguat sinyal termokopel
d. 1 set rangkaian Super Smart AVR System ATMega8535 e. 1 set rangkaian extension board
f. Multimeter dan protoboard g. Power Supply DC
h. Komputer jinjing (laptop)
30
3.4 Prosedur Penelitian 3.4.1 Persiapan Penelitian
Tahapan awal dalam penelitian ini adalah melakukan kajian literatur dan teoritis tentang berbagai macam sensor suhu dalam hal ini termokopel dan sensor aliran arus serta beberapa komponen pendukung. Kemudian dilanjutkan dengan tahapan perancangan penguat sinyal untuk menguatkan sinyal keluaran termokopel dengan merancang skemanya menggunakan program Proteus lalu memindahkan rancangannya pada protoboard. Selanjutnya rancangan diwujudkan pada print circuit board (PCB).
3.4.2 Pelaksanaan Penelitian
Pelaksanaan penelitian dimulai dengan melakukan karakterisasi terlebih dahulu pada kedua buah rangkaian yang dibuat, yaitu rangkaian penguat sinyal sensor suhu dan rangkaian pembaca arus listrik. Tujuan dari karakterisasi adalah untuk mengetahui respon keluaran dari rangkaian penguat sinyal sensor suhu dan mencari faktor konversi untuk rangkaian pembaca arus listrik.
Sebelum memulai proses karakterisasi, langkah awal yang dilakukan adalah perancangan rangkaian. Diawali dengan merancang rangkaian yang telah dibuat dengan menggunakan software pada sebuah protoboard. Setelah selesai melakukan perancangan dilanjutkan dengan pengambilan data untuk karakterisasi rangkaian.
31
Gambar 3.1 Proses karakterisasi rangkaian penguat sinyal.
Proses karakterisasi dilakukan dengan melihat suhu awal yang ditunjukkan oleh kedua alat ukur, apabila mengalami perbedaan dapat disamakan dengan mengatur variable resistor (VR) yang ada pada rangkaian yang dibuat. Selanjutnya menaikkan suhu pada heater (pemanas) sampai batas maksimum pemanas. Cara membandingkannya dilakukan dengan mendekatkan kedua ujung kepala termokopel ke dalam chamber (ruang tungku) buatan. Suhu yang terisolasi dari pengaruh suhu luar akan terbaca sebagai suhu ruangan oleh termokopel dari kedua alat ukur.
32
Gambar 3.2 Proses karakterisasi rangkaian pengolah sinyal.
33
3.4.3 Pengujian Alat Ukur
Setelah kedua rangkaian selesai dikarakterisasi, dilanjutkan ke tahap pengujian rangkaian secara menyeluruh. Skema eksperimen untuk rangkaian secara menyeluruh ditunjukkan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Skema pengujian alat.
Pengujian alat ukur hambatan listrik terhadap pengaruh suhu dilakukan dengan tahapan awal yaitu inisialisasi sumber tegangan yang akan diberikan pada sampel yang hendak diukur hambatannya. Tegangan yang diberikan sebesar 9 volt yang selanjutnya dipotong menjadi 5 volt oleh LM7805 sebagai regulator, fungsi dari pemberian tegangan sebesar 9 volt dimaksudkan agar arus dan tegangan yang mengalir tetap stabil dengan melalui regulator. Pemotongan tegangan dari 9 volt menjadi 5 volt oleh LM7805 bertujuan agar seluruh hasil pengukuran arus dapat terbaca oleh mikrokontroler, karena tegangan maksimum yang dapat terbaca oleh mikrokontroler ATMega8535 hanya sebesar 5 volt.
Alat ukur diuji dengan menggunakan sampel Fe2TiO5-Yarosit dengan
campuran MnO2 sebanyak 0.4%. Langkah pengujian alat ukur dilakukan sebagai
berikut:
34
2. Pemanas dinyalakan dan suhu pemanas diatur sebesar suhu maksimal yang bisa dicapai oleh batas sampel tersebut agar sampel tidak sampai mengalami kerusakan.
3. Penjepit sampel yang memiliki katoda dan anoda dihubungkan dengan kabel penghantar ke katoda dan anoda yang ada pada rangkaian pembaca arus dan tegangan.
4. Rangkaian pembaca arus dan tegangan yang telah diberikan sumber tegangan awal tersebut akan mendeteksi perubahan tegangan dan arus yang terjadi pada sampel karena diakibatkan perubahan hambatan yang terjadi pada sampel karena pengaruh kenaikan suhu.
5. Data perubahan yang tercatat setelah masuk dan diolah oleh mikrokontroler akan langsung diakuisisi oleh perangkat lunak yang dibuat peneliti secara otomatis.
Variabel yang diukur pada pengujian ini adalah hambatan sampel (R) sebagai fungsi suhu (T). Besarnya hambatan dapat terbaca apabila diketahui V (tegangan sampel) dan I (arus yang mengalir pada sampel). Pengujian untuk membaca arus pada rangkaian ini sebenarnya hanya membandingkan antara V
output yang diukur menggunakan voltmeter dengan I output yang diukur
menggunakan amperemeter. Sementara itu, pembacaan hambatan listrik akan dilakukan oleh mikrokontroler menggunakan perumusan:
Untuk mengetahui besarnya maka digunakan perumusan:
35
Apabila dilihat dari Gambar 3.3 seluruh rangkaian akan masuk ke dalam mikrokontroler untuk diolah dan diubah menjadi data digital yang selanjutnya diakuisisi oleh sebuah personal computer (PC) secara otomatis dengan menggunakan kabel serial ISP 2 ke USB. Fungsi PC adalah sebagai pencatat data sampel yang terukur secara otomatis dan selanjutnya dapat ditampilkan ataupun disimpan sebagai basis data. Pencatatan data dilakukan oleh perangkat lunak yang telah dibangun.
3.5 Perancangan Alat
Seperti yang diketahui dari Gambar 3.3, perangcangan alat ukur konduktansi listrik sebuah sampel yang dipengaruhi suhu dapat digambarkan pada diagram blok:
Gambar 3.4 Diagram blok rangkaian.
36
Rangkaian penguat sinyal sensor suhu digunakan untuk menguatkan sinyal
output dari termokopel yang sangat kecil, rangkaian ini menggunakan IC AD595
sebagai penguatnya dan juga sebagai cold junction compensator dari termokopelnya. Di dalam rangkaian ini juga digunakan rangkaian tapis lolos rendah sebagai filter dari termokopel untuk mengurangi noise yang terjadi akibat pengaruh dari suhu udara sekitar. IC AD595 merupakan IC khusus untuk termokopel berjenis K, IC AD595 akan memaksa termokopel tipe K yang memiliki sinyal output tipikal sebesar 41 µV/oC menjadi 10 mV/oC. Skema rangkaiannya diperlihatkan pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Skema rangkaian penguat sinyal sensor suhu.
Sinyal output yang keluar dari rangkaian ini akan dilanjutkan ke mikrokontroler yang nantinya diolah menjadi data digital pada ADC yang dimiliki oleh mikrokontroler.
3.7 Rangkaian Pengolah Sinyal
37
Gambar 3.6 Skema rangkaian pengolah sinyal.
38
transistor BC140 sebesar 0,7 volt, akan tetapi demi mendapatkan hasil yang lebih akurat maka ditambahkan pin J5 sebagai pendeteksi perubahan tegangan Vbe.
Selanjutnya sinyal yang keluar dari J4 dan J5 akan diteruskan ke mikrokontroler untuk diolah dan dikirim ke PC lalu ditampilkan sebagai data serta dapat disimpan sebagai basis data dari pengukuran.
3.8 Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler ATMega8535
Gambar 3.7 Skema rangkaian sistem minimum ATMega8535 (Anonim, 2010).
39
Rangkaian ini merupakan rangkaian inti atau bagian vital pada rancangan alat ini, rangkaian sistem minimum ATMega8535 merupakan otak yang memproses seluruh data masukan dari sensor. Data analog yang masuk dari sensor suhu, rangkaian pembaca arus dan tegangan diubah menjadi data digital pada rangkaian ini. Output dari rangkaian sensor suhu masuk ke port A 0 (PA0), rangkaian pembaca tegangan pada port A 3 (PA3), dan rangkaian pembaca arus pada port A 1 (PA1). Port A pada mikrokontroler ATMega8535 pabrikan Atmel ini memiliki tugas sebagai Analog to Digital Converter (ADC). Fungsi ADC sendiri telah dijelaskan pada bab II.
Port B pada mikrokontroler ATMega8535 digunakan sebagai port untuk
rangkaian LCD 16 × 2. Rangkaian sistem minimum ATMega8535 mengolah seluruh data, lalu menampilkan pada LCD 16 × 2 dan selanjutnya dikirimkan ke PC dengan menggunakan antarmuka USB to serial TTL yang telah terintegrasi menjadi satu pada rangkaian DI-Super Smart AVR buatan Depok Instruments. Pada tugas akhir ini digunakan rangkaian modul jadi DI-Super Smart AVR yang telah tersedia di pasaran buatan Depok Instruments.
Proses pengolahan data analog di dalam port A menjadi data digital dilakukan dengan menggunakan bahasa program heksadesimal yang dibuat dengan program BASCOM-AVR. Source code program terdapat pada lembar lampiran. Setelah program selesai dibuat diunduhkan ke mikrokontroler dengan menggunakan program downloader yang banyak terdapat di internet karena merupakan program open source atau gratis. Pada penelitian ini peneliti menggunakan program AVROSP II yang terdapat pada CD program paket dari DI-Super Smart AVR. Pengunduhan program ini menggunakan kabel ISP 2 ke USB dengan langkah:
1. Hubungkan modul DI-Super Smart AVR dengan sumber tegangan.
40
3. Buka program downloader (AVROSP II) lalu pilih bahasa pemrograman yang telah dikompilasi (.hex).
4. Setelah dipilih tekan tombol download atau program dari program
downloader tersebut, maka bahasa pemrograman akan terunduh secara
otomatis.
3.9 Rangkaian LCD 16 × 2
Gambar 3.8 Skema rangkaian LCD 16 × 2 (Anonim, 2010).
Peneliti menggunakan modul rangkaian LCD 16 × 2 buatan Depok Instruments. Kode produk buatan Depok Instruments ini adalah DI-Smart LCD 16 × 2 Board. Rangkaian ini berfungsi menampilkan informasi berupa suhu dari sampel dan hambatan sampel yang diukur. Kabel data hanya perlu dihubungkan pada port B pada modul DI-Super Smart AVR.
3.10 Perangkat Lunak
Perangkat lunak dibutuhkan untuk mengakuisisi atau mencatat data yang mengalir masuk dari rangkaian alat ukur ke PC, perangkat lunak yang telah dibuat akan mencatat data yang masuk secara otomatis. Data-data tersebut akan dicatat setiap detik dan setelah itu dapat disimpan dalam format excel (.xlsx).
41
lampiran. Tampilan antarmuka dari perangkat lunak yang telah dibuat ditampilkan pada Gambar 3.9.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Berlandaskan pada pengujian yang telah dilakukan pada penelitian mengenai pembuatan alat ukur ini, maka dapat diambil beberapa kesimpulan dan saran yang berguna untuk kedepannya.
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian, kesimpulan yang dapat diambil berkenaan dengan perancangan alat ukur ini sebagai berikut:
1. Rancang bangun alat ukur yang telah dibuat memiliki empat modul utama rangkaian berupa rangkaian pengondisi sinyal sensor suhu, pengondisi sinyal arus dan tegangan listrik, rangkaian LCD 16 × 2, dan rangkaian sistem minimum mikrokontroler. Rangkaian pengondisi sinyal digunakan untuk menguatkan sinyal keluaran dari termokopel, rangkaian pengondisi sinyal arus dan tegangan digunakan untuk membaca besarnya arus dan tegangan yang melewati sampel yang akan diukur, serta rangkaian sistem minimum mikrokontroler digunakan untuk mengolah data dari kedua rangkaian pengodisi sinyal, untuk selanjutnya ditampilkan pada LCD 16 × 2 dan juga dikirim ke Personal Computer (PC) sebagai database pengukuran.
2. Tingkat sensitivitas rata-rata alat ukur suhu sebesar 8 mV/°C. Perubahan hambatan sampel juga dapat terbaca untuk setiap detik.
3. Tingkat kesalahan relatif yang dimiliki pengukur suhu pada alat ukur sebesar 2,94 %. Dibandingkan dengan alat ukur hambatan listrik yang telah distandarisasi besarnya kesalahan yang terjadi sebesar 3,28 %.
4. Alat ukur yang dibuat memiliki rentang pengukuran suhu antara 25 °C
hingga 500 °C dan rentang hambatan 10 kΩ hingga 1 MΩ. Akan tetapi,
58
5.2 Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan mengenai perancangan alat ukur ini, saran yang dapat diberikan sebagai berikut:
1. Untuk mengurangi derau yang terjadi pada alat ukur temperaturnya, dapat ditambahkan rangkaian tapis lolos rendah pada output IC AD595.
DAFTAR PUSTAKA
Astuti, Budi. (2011). Pengantar Teknik Elektro. Yogyakarta: Graha Ilmu. Analog Devices. AD595. [Online]. www.alldatasheet.com
Atmel. ATMega8535. [Online]. www.atmel.com/literature
Bolton, W. (2006). Sistem Instrumentasi dan Sistem Kontrol. Jakarta: Erlangga. Cahyadi, Ludy. (2010). Peningkatan Nilai Konduktansi Sensor Gas LPG Dengan
Teknik Susun Parallel. Skripsi Teknik Program Studi Elektronika
Universitas Indonesia. Tidak Diterbitkan.
Clayton, George dan Winder, Steve. (2005). Operational Amplifiers 5th Edition.
Jakarta: Erlangga.
Hutagaol, Mala J. (2013). Sistem Pendeteksi Suhu Ruangan Otomatis Berbasis
Mikrokontroler ATMega8535 Dengan Bahasa Program BASCOM – AVR.
Skripsi Fisika Universitas Sumatra Utara. Tidak Diterbitkan.
Kadir, Abdul. (2005). Pemrograman Database dengan Delphi Menggunakan
Access dan ADO. Yogyakarta: Penerbit ANDI.
Kiswanta, dkk. (2011). Uji Fungsi Untai Uji Reaktor Temperatur Tinggi. Prosiding Seminar Penelitian Dan Pengelolaan Perangkat Nuklir Buku I Hal. 276.
Malvino, Albert Paul. (2004). Prinsip – Prinsip Elektronik diterjemahkan oleh
Joko Santoso. Jakarta: Salemba Teknika.
Setiawan, Afrie. (2011). 20 Aplikasi Mikrokontroler ATMega16 Menggunakan
BASCOM – AVR. Yogyakarta: Penerbit ANDI.
Sitinjak, Dallas. (2011). Alat Ukur Temperatur Berbasis Mikrokontroler
ATMega8535 Dengan Tampilan LCD (Liquid Crystal Display). Skripsi
Fisika Universitas Sumatra Utara. Tidak Diterbitkan.
Smith, William F. (1990). Principles of Material Science and Engineering Second
Edition. New York: McGraw-Hill.
Sutanto, Heri. (2001). Pengaruh Variasi Temperatur Penumbuhan Terhadap
Karakteristik Sifat Listrik Film Tipis GaN Di Atas Si (111) Dengan Metode PA – MOCVD. Jurnal Berkala Fisika Hal. 40 Volume 4 No. 2.
Suryadi, Sulaeman, dan Yudi. (2003). Rancangan Bangun Rangkaian Sensor
Temperatur (Termometer) Digital. Puslit Elektronika dan Telekomunikasi
LIPI.
Tipler, Paul A. (1998). Fisika Untuk Sains Dan Teknik Jilid kedua. Jakarta: Erlangga.
Winoto, Ardi. (Oktober 2010). Mikrokontroler AVR ATmega8/16/32/8535 dan
Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR Cetakan kedua.
Bandung: Informatika.
