viii
INTISARI
Kebutuhan listrik untuk sumber penerangan dan suplai tegangan barang-barang elektronik semakin meningkat. Sumber tegangan alternatif dapat dimanfaatkan demi terkecukupinya kebutuhan listrik. Dengan bantuan saklar otomatis pengendali suhu air, penghematan sumber tegangan dari PLN untuk pemanasan air dapat teratasi. Karena sifat dari sumber tegangan alternatif yang pengolahannya tidak merusak lingkungan dan jumlahnya yang melimpah serta dapat dikembalikan fungsinya.
Aplikasi saklar otomatis pengendali suhu air pada tugas akhir ini dibuat dengan dua sumber tegangan yaitu alternatif dan PLN. Awalnya pemanas akan memanaskan air dengan sumber tegangan alternatif. Saat sumber tegangan alternatif tidak dapat memanaskan air hingga suhu 80oC dalam waktu 15 menit, maka secara otomatis digunakan sumber tegangan PLN. Setelah suhu air 80oC terpenuhi maka alat akan menjaga kestabilan
suhu air. Jika suhu air kurang dari 70oC maka akan dipanaskan kembali mengunakan sumber tegangan alternatif terlebih dahulu. Proses ini akan berakhir ketika air pada bak penampungan habis, atau pelampung sebagai sensor ketinggian air berada diposisi bawah.
Hasil akhir dari pembuatan alat aplikasi saklar otomatis pengendali suhu air ini adalah pemanas air yang mampu mensaklar secara otomatis dan memanaskan air sampai suhu air 80oC. Keberhasilan dari pembuatan alat 100% dan sumber tegangan alternatif
yang dapat memanaskan air selama 15 menit yaitu saat sumber 190Vac.
viii
ABSTRACT
The advantage of electricity for lighting source and supply voltage electronics goods is increasing. An alternative voltage source used to meet electricity needs. With the help of automatic switch controller water temperature, saving PLN voltage source for water heating can be resolved. Because of the nature of the voltage source alternative processing is not damaging the environment and their numbers are abundant and can be restored function.
The application automatically switches controlling the water temperature in this thesis is made with two voltage sources are alternative and PLN. Initially heater will heat water with alternate voltage source. Current voltage source alternatives can not heat the water up to a temperature of 80ᴼC within 15 minutes, it will automatically use a PLN voltage source. After the water temperature is 80ᴼC met then the tool will maintain stable water temperature. If the water temperature is less than 70ᴼC then be reheated using alternate voltage source first. This process will end when the water in the tank runs out, or float as the water level sensor is positioned on the bottom.
The end result of the manufacture automatic switch of water temperature controllers are water heaters that can be switched automatically and heats the water until the water temperature is 80ᴼC. The success of the manufacturing tool is 100% and a alternative voltage source to heat the water for 15 minutes is the source of 190Vac
TUGAS AKHIR
APLIKASI SAKLAR OTOMATIS UNTUK
PENGENDALI SUHU AIR BERBASIS
MIKROKONTROLER
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Oleh :
EMANUEL JENDRA WAHYU SAPUTRO NIM : 115114002
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
i
TUGAS AKHIR
APLIKASI SAKLAR OTOMATIS UNTUK
PENGENDALI SUHU AIR BERBASIS
MIKROKONTROLER
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Oleh :
EMANUEL JENDRA WAHYU SAPUTRO NIM : 115114002
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
FINAL PROJECT
APPLICATION OF AUTOMATIC SWITCH TO CONTROL
WATER TEMPERATURE BASED ON
MICROCONTROLLER
Presented As Partial Fulfillment Of The Requirements
For the degree of Sarjana Teknik
Electrical Engineering Study Program
EMANUEL JENDRA WAHYU SAPUTRO NIM : 115114002
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
HALAMAN
PERSETUJUAN
TUGAS AKHIR
APLIKASI
SAKLAR OTOMATIS UNTUK
PENGENDALI
SUHU
AIR
BERBASIS
MIKROKONTROLER
(APPLTCATTON OF AUTOMATTC
SWTTCH TO CONTROL
WATER TEMPERATURE
BASED ON
MICROCONTROLLER)
Pembimbing
il1
Nffffi-,-%
u*
Yffi*"d
'ry
ahvu
ShHALAMAN PENGESAHAN
TUGAS
AKHIR
APLIKASI
SAKLAR OTOMATIS
UNTUK
PENGBNDALI
SUHU
AIR
BERBASIS
MIKROKONTROLER
(AppLrcATroN
oF
AUTOMATTC
SWTTCH
TO CONTROL
WATER TEMPERATURE
BASED ON
MTcRocoNTROLLER)
disusun oleh:
Emanuel
Jendra
Wahlru
Saputro
NIM
: 1151140A2
Ketua
Sekretaris
Anggota
Telah dipertahankan di depan panitia penguji
Pada tanggal 16 Februai2Afi
Dan dinyatakan memenuhi syarat
Susunan Panitia Penguji:
Nama Lengkap
: Petrus Setyo Prabowo" S.T., M.T
: Ir. Tjendro, M. Korn.
: Bernadeta Wuri, S.T., M.T.
Yogyakarta, 26 Februari 20 16
1V
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" 4 Februari 2016
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTO HIDUP
MOTTO :
Doa dan Usaha yang utama
Berbuat baik dan jujur dijadikan kebiasaan
Skripsi ini kepersembahkan untuk…..
Tuhan Yesus Kristus,Bunda Maria,Saint Emanuel
Pembimbingku yang setia
Nenek dan Utikku yang aku hormati dan cintai
Petrus Djoko Sutrisno dan Lusiana Endah Sri Wahyuni Bapak
dan Mamah yang aku banggakan dan aku kagumin
Adekku Gabriel Trisna Dwi Anantya yang aku kasihi
teruntuk Flaviana Elva Andjioe terimakasih atas canda,tawa,cinta dan
dukungannya selalu buat aku hingga saat ini
LEMBARAN PERNYATAAN
PERSBTUJUAN
PUBLIKASI
KARYA
TLMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : Emanuel Jendra Wahyu Saputro
Nomor Mahasiswa : 1 15 1 14002
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
APLIKASI MKI,,AR OTOMATIS UNTUK PENGENDALI SUHU
AIR
BERBASIS MIKROKONTROLERbeserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam
bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan s@ara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nzlma saya sebagai penulis.
Demikian pemyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta 4 Februari 2016
Emanuel Jendra Wahyu Saputro
viii
INTISARI
Kebutuhan listrik untuk sumber penerangan dan suplai tegangan barang-barang elektronik semakin meningkat. Sumber tegangan alternatif dapat dimanfaatkan demi terkecukupinya kebutuhan listrik. Dengan bantuan saklar otomatis pengendali suhu air, penghematan sumber tegangan dari PLN untuk pemanasan air dapat teratasi. Karena sifat dari sumber tegangan alternatif yang pengolahannya tidak merusak lingkungan dan jumlahnya yang melimpah serta dapat dikembalikan fungsinya.
Aplikasi saklar otomatis pengendali suhu air pada tugas akhir ini dibuat dengan dua sumber tegangan yaitu alternatif dan PLN. Awalnya pemanas akan memanaskan air dengan sumber tegangan alternatif. Saat sumber tegangan alternatif tidak dapat
memanaskan air hingga suhu 80oC dalam waktu 15 menit, maka secara otomatis digunakan
sumber tegangan PLN. Setelah suhu air 80oC terpenuhi maka alat akan menjaga kestabilan
suhu air. Jika suhu air kurang dari 70oC maka akan dipanaskan kembali mengunakan
sumber tegangan alternatif terlebih dahulu. Proses ini akan berakhir ketika air pada bak penampungan habis, atau pelampung sebagai sensor ketinggian air berada diposisi bawah.
Hasil akhir dari pembuatan alat aplikasi saklar otomatis pengendali suhu air ini adalah pemanas air yang mampu mensaklar secara otomatis dan memanaskan air sampai
suhu air 80oC. Keberhasilan dari pembuatan alat 100% dan sumber tegangan alternatif
yang dapat memanaskan air selama 15 menit yaitu saat sumber 190Vac.
ix
ABSTRACT
The advantage of electricity for lighting source and supply voltage electronics goods is increasing. An alternative voltage source used to meet electricity needs. With the help of automatic switch controller water temperature, saving PLN voltage source for water heating can be resolved. Because of the nature of the voltage source alternative processing is not damaging the environment and their numbers are abundant and can be restored function.
The application automatically switches controlling the water temperature in this thesis is made with two voltage sources are alternative and PLN. Initially heater will heat water with alternate voltage source. Current voltage source alternatives can not heat the water up to a temperature of 80ᴼC within 15 minutes, it will automatically use a PLN voltage source. After the water temperature is 80ᴼC met then the tool will maintain stable water temperature. If the water temperature is less than 70ᴼC then be reheated using alternate voltage source first. This process will end when the water in the tank runs out, or float as the water level sensor is positioned on the bottom.
The end result of the manufacture automatic switch of water temperature controllers are water heaters that can be switched automatically and heats the water until the water temperature is 80ᴼC. The success of the manufacturing tool is 100% and a alternative voltage source to heat the water for 15 minutes is the source of 190Vac
KATAPENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus karena telah
memberikan berkat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan akhir ini dengan
baik. Laporan akhir ini disusun untuk memenuhi syarat memperoleh gelar sarjana.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharna Yogyakarta.
3. Ir. Tjendro. M. Com dosen pembimbing yang dengan penuh pengertian dan ketulusan
hati memberi bimbingan, kritilg saran, serta motivasi dalam penulisan skripsi ini.
4. Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T. , Bernadeta Wuri S.T., M.T. dosen penguji yang telah
memberikan masukan, bimbingan, samn dalam merevisi skripsi ini.
5. Bapak, Mamah, Adekku Gebi, Pacarku Elva atas dukungan, doa, cinta, perhatian, kasih sayang yang tiada henti.
6. Bang Ezrald, Kak
Elra Respatr,
Alex, Anton, Cha-ch4 Catur, Yohanes yang selalu memberikan bantuan semangat dan motivasi.7. Staffsekretariat Teknik Elekho, atas bantuan dalam melayani mahasiswa.
8. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2011 Teknik Elektro Sanata Dharma. Semoga kita
semua diberikan kesuksesan semua
9. Mbak Darmi yang selalu mensiapkan semua kebutuhan yang keluarga saya inginkan..
10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas semua dukungan yang telah
diberikan dalam penyelesaian skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam perpsunan laporan akhir ini masih mengalami
kesulitan dan tidak lepas dari kesalahan. Oleh karena
itq
penulis mengharapkan masukan, kritik dan saran yang membangun agar skripsi ini menjadi lebih baik. Dan semoga skripsiini dapat bermanfaat sebagaimana mestinya.
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP... vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii
INTISARI ... viii
ABSTRACT ... ix
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR TABEL ... xvi
BAB I : PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ... 11.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. Metodologi Penelitian ... 3
BAB II : DASAR TEORI
2.1. Mikrokontroler ATMega8535 ... 42.1.1. Konfigurasi Pin ATMega8535 ... 4
2.1.2. EEPROM ... 5
2.1.3. Analog to Digital Converter ... 5
2.1.4. ADC Multiplexer Selection Register (ADMUX) ... 6
2.1.5. ADC Control and Status Register A (ADCSRA) ... 8
xii
2.1.7. Timer/Counter 1 ... 10
2.1.8. Register TIMSK ... 11
2.2. Sensor Suhu PT1001 ... 12
2.3. Limit Switch ... 14
2.4. Penyearah DC (Rectifer) ... 14
2.5. Filter... ... 15
2.6. Trafo Step Down ... 16
2.7. Relay 2 Channel ... 17
2.8. Liquid Crystal Display (LCD) ... 18
2.9. Elemen Pemanas Air (Heater) ... 20
BAB III : PERANCANGAN PENELITIAN
3.1. Gambaran Umum ... 213.2. Perancangan Hardware ... 22
3.2.1. Sensor Suhu PT100 ... 22
3.2.2. Timer/Counter ... 23
3.2.3. Rangkaian Pendeteksi Sumber Alternatif yang Masuk ... 24
3.2.4. Sensor Ketinggian Air ... 25
3.2.5. LCD ... 26
3.2.6. Modul Relay ... 27
3.3. Perancangan Software... 27
3.4.1. Diagram Alir Program Utama ... 28
3.4.2. Perancangan Tampilan pada LCD ... 30
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Implementasi Alat ... 314.2. Hasil Implementasi Perangkat Keras ... 32
4.2.1. Rangkaian Mikrokontroler dan Catu Daya ... 33
4.2.2. Rangkaian LCD 16x2 ... 34
4.2.3. Rangkaian Modul Relay ... 34
4.2.4. Rangkaian Limit Switch ... 35
xiii
4.2.6. Rangkaian Sensor Pendeteksi Tegangan ... 36
4.3. Pengujian Sistem dan Sub Bab Sistem ... 37
4.3.1. Pengujian Limit Switch ... 37
4.3.2. Pengujian Rangkaian Pendeteksi Tegangan ... 38
4.3.3. Pengujian Sensor Suhu PT100 ... 40
4.3.4. Pengujian Relay 2 Chanel ... 43
4.3.5. Pengambilan Data dan Analisis dengan Sumber Tegangan Alternatif ... 44
4.3.6. Pengujian Alat dengan Sumber Alternatif < 100Vac ... 46
4.3.7. Pengujian Alat dengan Sumber Alternatif yang Dirubah ... 47
4.3.8. Analisis Pengendalian Suhu ... 48
4.4 Hasil Perancangan dan Pembahasan Perangkat Lunak ... 49
4.4.1. Program untuk Membaca Nilai Suhu Air ... 49
4.4.2. Program Limit Switch ... 50
4.4.3. Program Saat Sumber Alternatif Kurang Dari 100Vac ... 50
4.4.4. Program Timer ... 51
4.4.5. Program Pendeteksi Masukan Alternatif ... 52
4.4.6. Program Untuk Menstabilkan Suhu Air ... 52
4.5 Analisis Kekurangan Sistem ... 53
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ... 545.2. Saran…… ... 54
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1. Konfigurasi ATMega 8535 ... 5
Gambar 2.2. Bentuk fisik Pt100 ... 12
Gambar 2.3. Rangkaian pembagi tegangan ... 13
Gambar 2.4. Contoh limit switch ... 14
Gambar 2.5. Rangkaian penyearah gelombang penuh ... 14
Gambar 2.6. Rangkaian filter pada penyearah ... 15
Gambar 2.7. Bentuk gelombang penyearah gelombang penuh ... 15
Gambar 2.8. Trafo step down ... 17
Gambar 2.9. Contoh modul relay 2 channel ... 17
Gambar 2.10. LCD Character 16x2 ... 18
Gambar 2.11. Kolom dan Baris Karakter pada LCD 16x2 ... 18
Gambar 2.12. Konfigurasi Pin LCD 16x2 ... 18
Gambar 2.13. Contoh Heater ... 20
Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem ... 21
Gambar 3.2. Perancangan rangkaian Pt100 ... 22
Gambar 3.3. Perancangan rangkaian pendeteksi sumber alternatif ... 24
Gambar 3.4. Perancangan sensor ketinggian air ... 25
Gambar 3.5. Rangkaian limit switch pada sensor ketinggian air ... 26
Gambar 3.6. Rangkaian LCD ... 27
Gambar 3.7. Rangkaian perancangan modul relay ... 27
Gambar 3.8. Diagram alir keseluruhan sistem ... 29
Gambar 3.9. Tampilan LCD ... 30
Gambar 4.1. Hasil implementasi saklar otomatis pengendali suhu air ... 32
Gambar 4.2. Box sistem kontrol mikrokontroler ... 32
Gambar 4.3. Bak penampung dan sensor air dalam satu plant ... 33
Gambar 4.4. Rangkaian mikrokontroler dan catu daya ... 33
Gambar 4.5. Rangkaian LCD 16x2 ... 34
Gambar 4.6. Penampakan modul relay ... 34
xv
Gambar 4.8. Penampakan rangkaian sensor PT100 ... 35
Gambar 4.9. Pemasangan sensor PT100 ... 36
Gambar 4.10. Penampakan rangkaian pendeteksi tegangan ... 36
Gambar 4.11. Tampilan LCD saat limit switch tidak terdorong keatas... 37
Gambar 4.12. Pengujian nilai ripple rangkaian pendeteksi tegangan ... 38
Gambar 4.13. Tampilan LCD saat tegangan alternatif mencukupi ... 39
Gambar 4.14. Tampilan LCD saat diswitch ke sumber PLN ... 39
Gambar 4.15. Grafik hasil rangkaian pendeteksi tegangan ... 40
Gambar 4.16. Grafik suhu air terhadap hambatan ... 43
Gambar 4.17. Hasil pemasangan kaki-kaki modul relay ... 44
Gambar 4.18. Grafik pemanasan air dengan sumber tegangan alternatif... 46
Gambar 4.19. Grafik pengendalian suhu untuk melihat kontrol on-off heater ... 49
Gambar 4.20. Program untuk membaca suhu air ... 49
Gambar 4.21. Gambar tampilan pada LCD ... 50
Gambar 4.22. Listening program limit switch ... 50
Gambar 4.23. Hasil tampilan LCD ketika bak penampungan kosong ... 50
Gambar 4.24. List program switch PLN saat tegangan alternatif kurang dari 100Vac ... 51
Gambar 4.25. List program untuk mengatur pewaktuan switch PLN ... 51
Gambar 4.26. List program untuk pendeteksi masukan alternatif ... 52
xvi
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel.2.1. Register ADMUX ... 6
Tabel.2.2. Pengaturan tegangan referensi ADC ... 7
Tabel.2.3. Format data ADCH – ADCL jika ADLAR = 0 ... 7
Tabel.2.4. Format data ADCH – ADCL jika ADLAR = 1 ... 7
Tabel.2.5. ADC Control and Status Register A (ADCSRA) ... 8
Tabel.2.6. Skala Clock ADC ... 9
Tabel.2.7. Register TCCR 1A ... 10
Tabel.2.8. Register TCCR 1B ... 11
Tabel.2.9. Konfigurasi Bit Clock Select ... 11
Tabel.2.10. Register TIMSK ... 12
Tabel.2.11. Konfigurasi Pin LCD 16x2 ... 19
Tabel.4.1. Hasil pengujian limit switch ... 38
Tabel.4.2. Pengujian output rangkaian pendeteksi tegangan ... 40
Tabel.4.3. Pengujian output rangkaian sensor PT100 ... 41
Tabel.4.3. (Lanjutan) Pengujian output rangkaian sensor PT100 ... 42
Tabel.4.4. Pengujian waktu pendinginan dengan suhu ruangan sekitar 28OC ... 43
Tabel.4.5. Hasil pengujian relay in1 dan 2 ... 44
Tabel.4.6. Pengujian saat memanaskan air menggunakan tegangan alternatif ... 45
Tabel.4.7. Pengujian alat dengan sumber tegangan alternatif > 100Vac ... 46
Tabel.4.8. Perbandingan suhu yang tertampil LCD dengan suhu pada multimeter ... 47
Tabel.4.9. Pengendalian suhu untuk melihat kontrol on-off heater ... 48
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Judul
Aplikasi Saklar Otomatis untuk Pengendali Suhu Air Berbasis Mikrokontroler.
1.2
Latar Belakang
PLN merupakan perusahaan milik pemerintah yang bergerak dalam bidang penyediaan listrik di seluruh wilayah Indonesia. Listrik yang dipasok PLN dinilai belum bisa menjangkau daerah–daerah terpencil di Indonesia. Imbasnya perkembangan dan kemajuan suatu daerah sangat tergantung pada pasokan listrik yang diterima di daerah tersebut [1].
Alat-alat rumah tangga saat ini dinilai terlalu mengkonsumsi daya yang cukup besar, seperti lemari pendingin, setrika, dan pompa air. Padahal pasokan yang dimiliki PLN belum mampu mencukupi semua kebutuhan pelanggannya. Hal ini ditambah dengan sarana dan prasarana jaringan listrik yang belum menjangkau semua daerah semakin menambah kekurangan dari PLN itu sendiri. Melalui PLN pemerintah menyerukan gerakan Hemat Energi Listrik [2]. Program Hemat Energi Listrik ini dimaksudkan agar konsumen listrik pada umumnya dapat menggunakan listrik dengan lebih bijak yaitu menggunakan listrik seperlunya. Program ini juga bermaksud untuk menambah jangkauan pelayanan listrik oleh PLN dengan menambahkan sarana dan prasarana pendukung seperti pembangkit dan jaringan listrik.
tersebut. Sebenarnya warga sekitar sudah menikmati layanan listrik dari PLN, namun atas inisiatif warga daerah dan dukungan dari Pemda DIY dibangunlah pembangkit alternatif yang memanfaatkan energi angin dan cahaya matahari sebagai sumbernya. Kemauan untuk berkreatif dan ingin memajukan daerahnya menjadikan daerah pesisir pantai baru sebagai contoh untuk daerah pesisir lainnya.
Melihat dari besarnya manfaat energi alternatif maka peneliti merancang sebuah penelitian terkait dengan energi alternatif yang aplikasinya diterapkan pada pemanas air (heater). Dengan pengaplikasian alat ini, peneliti mengharapkan adanya penghematan listrik yang berasal dari PLN. Alat ini masih berupa prototype sehingga dalam perancangan digunakan regulator tegangan AC sebagai pengganti kincir angin. Regulator variabel yang digunakan memiliki jangkauan tegangan 20 - 240 VAC. Ketinggian air juga akan dideteksi menggunakan sensor level ketinggian air yang berfungsi sebagai masukan untuk saklar otomatis. Keseluruhan sistem pada alat ini dikontrol langsung oleh mikrokontroler. Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega8535, mikrokontroler jenis ini banyak diaplikasikan dalam rangkaian elektronik, khususnya yang membutuhkan kontrol otomatis [4].
1.3
Tujuan dan Manfaat
Melihat dari sistem yang akan dikembangkan dan nantinya bisa diaplikasikan untuk perkembangan teknologi, peneliti menulis skripsi ini dengan tujuan untuk :
1. Menghasilkan prototype aplikasi sistem saklar otomatis pengatur suhu air. 2. Menghasilkan pemanas air dan penghematan energi listrik.
Sedangkan manfaaat dari penulisan skripsi ini untuk pembaca adalah :
1. Pembaca dapat memahami mengenai cara kerja dari sistem otomatis pengatur suhu air.
2. Menjadi acuan dan rujukan pembaca dalam mengaplikasikan sistem saklar otomatis pemanas air dengan 2 sumber yang berbeda.
1.4
Batasan Masalah
Penelitian akan dibatasi pada pembuatan sistem saklar otomatis pengendali suhu air. Spesifikasi alat yang digunakan yaitu :
1. Heater sebagai pemanas.
2. Sumber tegangan alternatif diganti regulator variabel tegangan maksimal 240Vac. 3. Mikrokontroler AVR ATMega 8535.
4. LCD bar 2 x 16 sebagai penampil.
5. Volume air yang dipanaskan kurang lebih 1 liter. 6. Sensor Suhu PT100.
7. Suhu air yang dipanaskan hingga ± 80ᴼC
1.5
Metodeologi Penelitian
Dalam perancangan tugas akhir ini, langkah-langkah yang dilakukan sebagai berikut: 1. Mencari dasar-dasar teori tentang pemanas air yang tepat, ATMega 8535, sensor
suhu dan sistem saklar otomatis.
2. Mencari masukan-masukan tentang penulisan dengan judul yang terkait dengan sistem yang akan penulis buat.
3. Merancang sekaligus membuat sistem secara keseluruhan.
Merancang dan mengaplikasikannya sistem kontrol ketinggian air pada bak penampung air.
Menempatkan sensor suhu pada bak penampung air dan membuat rangkaian sensor suhunya.
Merancang dan membuat mikrokontroler untuk pengendali tiap komponen.
Pembuatan program yang menghubungkan pengendali tiap komponen dan keseluruhan sistem.
4. Melakukan pengujian setiap komponen dan sistem secara keseluruhan.
Pengujian tiap sistem dan komponen pendukungnya.
Pengujian pemrogram untuk setiap sub bab sistemnya.
4
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Mikrokontroler ATMega8535
Perkembangan dunia teknologi telah maju dengan pesat dalam bidang elektronika, khususnya dunia mikroelektronika. Atmel sebagai salah satu vendor yang mengembangkan dan memasarkan produk mikroelektronika telah menjadi suatu teknologi standar bagi para perancang sistem elektronika masa kini. Dengan perkembangan terakhir, yaitu generasi AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor), perancang sistem elektronika telah diberi suatu teknologi yang memiliki kapabilitas yang amat maju. Mikrokontroler AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit yang diproduksi oleh Atmel berbasis arsitektur RISC
(Reduced Instruction Set Computer) [5]. Chip AVR yang digunakan pada tugas akhir ini adalah ATmega8535.
ATMega8535 memiliki spesifikasi sebagai berikut:
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C danPort D. 2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembanding. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
5. SRAM sebesar 512 bit.
6. Unit interupsi internal dan eksternal.
7.EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read OnlyMemory) sebesar 512 bit yang dapat diprogram saat operasi.
8. Antarmuka komparator analog.
2.1.1 Konfigurasi Pin ATMega8535
Kofigurasi pin ATMega8535 bisa dilihat pada Gambar 2.1. Penjelasan secara fungsional sebagai berikut:
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya. 2. GND merupakan pin ground.
4. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, komparator analog dan SPI.
5. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog dan timer oscilator.
6. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.
7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk membuat mikrokontroler reset. 8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan tegangan untuk clockeksternal. 9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
Gambar 2.1. Konfigurasi ATMega 8535
2.1.2
EEPROM
EEPROM merupakan memori data yang akan menyimpan ketika chip mati (off). Sifat EEPROM, tetap dapat menyimpan data saat tidak ada suplai dan juga dapat diubah saat program sedang berjalan. ATMega8535 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8 bit sebesar 512 byte di alamat ($000-$1FF) [6].
2.1.3
Analog to Digital Converter (ADC)
antara 65 – 260us. Masukan analog yang diizinkan berada pada level 0V-VCC, jika masukannya lebih dari VCC (5V) maka IC tidak dapat menterjemahkan nilai masukan yang diterimanya dan IC bisa rusak. Terdapat tiga jenis nilai referensi ADC yaitu VCC (5V), internal referensi (2.56V), dan dengan menggunakan pin Vref.
Data hasil konversi dapat dihitung dengan persamaan : a. Konversi tunggal
� = �� . � (2.1)
dengan :
Vin : tegangan masukan pada pin yang dipilih Vref : tegangan referensi
b. Penguat beda
� = � −�� .��� . (2.2)
Dengan :
Vpos = Tegangan masukan pada pin positif Vneg = Tegangan masukan pada pin negatif
Gain = Faktor penguatan Vref = Tegangan referensi
2.1.4
ADC Multiplexer Selection Register (ADMUX)[7]
Tabel 2.1. Register ADMUX
Bit 7:6 – REFS1:0 :References Selection Bits
Bit REF0-1 adalah bit – bit pengatur mode tegangan referensi ADC. Referensi ini
Tabel 2.2. Pengaturan Tegangan Referensi ADC
REFS1 REFS0 Tegangan Referensi
0 0 Pin AREF, internal referensi tidak aktif 0 1 Pin AVCC, dengan pin AREF diberi kapasitor
1 0 Tidak digunakan
1 1 Internal Vref 2.56V, dengan pin AREF diberi kapasitor
keterangan :
’00’ : tegangan referensi menggunakan tegangan yang terhubung ke pin AREF.
‘01’ : tegangan referensi menggunakan tegangan AVCC dan pin AREF diberi kapasitor.
‘10’ : tidak digunakan.
‘11’ : tegangan referensi menggunakan tegangan referensi internal dan pin AREF diberi kapasitor.
Bit 5 – ADLAR : ADC Left Adjust Result
Bit ADLAR berfungsi untuk mengatur format penyimpanan data ADC pada ADCL dan ADCH. Dua jenis penyimpanan data ADC bergantung pada nilai bit yang diberikan pada register ADLAR seperti ditunjukkan pada tabel 2.2 dan tabel 2.3.
Tabel 2.3. Format data ADCH – ADCL jika ADLAR = 0
Bit 4:0 – MUX4:0 : Analog Channel and Gain Selection Bit
Bit MUX berfungsi memilih kanal input yang terhubung dengan ADC. Bit MUX juga befungsi memilih besarnya penguatan pada kanal penguat beda. Jika terjadi perubahan nilai pada bit ini saat proses konversi sedang berlangsung, perubahan tersebut tidak akan berpengaruh sampai seluruh konversi selesai (ADIF pada ADCSRA bernilai 1/Set).
2.1.5
ADC Control and Status Register A (ADCSRA)[7]
Tabel 2.5. ADC Control and Status Register A (ADCSRA)
Bit 7 – ADEN : ADC Enable
Bit ADEN digunakan untuk mengaktifkan dan menonaktifkan fasilitas ADC. Jika bit ADEN = 1 maka ADC aktif dan jika bit ADEN = 0 maka ADC tidak aktif. Bit 6 – ADSC : ADC Start Conversion
Bit ADSC digunakan untuk mengetahui proses konversi yang sedang berlangsung.ADSC akan bernilai satu saat konversi sedang berjalan, saat konversi berakhir maka akan bernilai nol. Memberi nilai inisialisasi nol pada bit ini tidak akan memberikan efek apapun. Pada mode konversi tunggal, mengubah nilai bit ini menjadi satu untuk memulai setiap konversi. Sedangkan pada mode free running, mengubah nilai bit ini menjadi satu untuk memulai konversi pertama. Bit 5 – ADATE :ADC Auto Trigger Enable
Bit ADATE berfungsi untuk mengaktifkan pemicu konversi ADC sesuai dengan bit–bit ADTS pada register SFIOR. Jika bit ADATE = 1 maka pemicu ADC aktif. Bit 4 – ADIF :ADC Interrupt Flag
Bit ADIF adalah bendera interupsi ADC yang digunakan untuk menunjukkan ada tidaknya permintaan interupsi ADC. Bit ADIF akan bernilai “1” jika proses konversi ADC telah selesai.
Bit 3 - ADIE : ADC Interrupt Enable
Bit ADPS2, ADPS1, dan ADPS0 digunakan untuk menentukan faktor pembagi frekuensi kristal yang hasilnya akan digunakan sebagai clock ADC.
Tabel 2.6. Skala Clock ADC
ADPS2 ADPS1 ADPS0 Faktor Pembagi
0 0 0 2
0 0 1 2
0 1 0 4
0 1 1 8
1 0 0 16
1 0 1 32
1 1 0 64
1 1 1 128
2.1.6
Timer/Counter
ATmega8535 memiliki 3 modul timer yang terdiri dari 2 buah timer/counter 8 bit dan 1 buah timer/counter 16 bit. Ketiga modul timer/counter ini dapat diatur dalam mode yang berbeda secara individu dan tidak saling mempengaruhi satu sama lain. Selain itu, semua timer/counter juga dapat difungsikan sebagai sumber interupsi. Masing-masing timer/counter ini memiliki register tertentu yang digunakan untuk mengatur mode dan cara kerjanya [8].
Interrupt timer berasal dari dua sumber yaitu: Overflow interrupt, dimana
interrupt terjadi jika TCNTn mencapai 255 untuk timer 8 bit dan 65535 untuk timer 16 bit.
Atau compare match interrupt, dimana interrupt terjadi jika nilai OCR sama dengan
TCNTn. Pada dasarnya Timer hanya menghitung pulsa clock. Frekuensi pulsa clock yang
dihitung tersebut bisa sama dengan frekuensi kristal yang digunakan atau dapat
diperlambat menggunakan prescaler dengan faktor 8, 64, 256, atau 1024. Contohnya jika
sebuah sistem mikrokontroler menggunakan kristal dengan frekuensi 4 MHz dan timer
yang digunakan adalah timer 8 bit, maka maksimum waktu timer yang bisa dihasilkan
adalah:
Untuk menghasilkan timer yang lebih lama dapat digunakan prescaler, misalnya
1024, maka maksimum waktu timer yang bisa dihasilkan adalah:
tMAX = (1/fCLK) x (FFh+1) x N (2.4)
tMAX = (1/4.000.000) x (255+1) x 1024
tMAX = 0,065536 s
Untuk menghitung nilai TCNT supaya menghasilkan waktu timer tertentu
dipergunakan rumus berikut:
(2.5) Dimana: TCNT = nilai Timer (Heksadesimal)
fCLK = Frekuensi clock kristal yang digunakan (Hz)
Ttimer = Waktu timer yang diinginkan (detik)
N = prescaler (1,8,64,256,1024)
1+FFFFh = nilai maksimum timer adalah FFh dan overflow saat FFh ke 00h
2.1.7
Timer/Counter 1
Timer/Counter 1 berbeda dengan Timer/Counter 0 atau Timer/Counter 2 karena Timer/Counter 1 memiliki kapasitas 16 bit artinya Timer/Counter ini mampu mencacah sebanyak 216 atau kalo didesimalkan menjadi 65536.
Timer/Counter 1 ini diatur oleh register TCCR1A (Timer/Counter Control Register 1A) dan TCCR1B (Timer/Counter Control Register 1B).
Tabel 2.7. Register TCCR 1A
Register COM1A 1:0 dan COM1B 1:0 mengontrol kondisi pin output compare (OC1A dan OC1b). Jika salah satu atau kedua bitpada register COM1A 1:0 ditulis menjadi satu , maka kaki pin OC1A tidak berfungsi normal sebagai port I/O. Begitu juga denganregister COM1B 1:0 ditulis menjadi satu, maka kaki pin OC1B juga tidak nerfungsi normal sebagai Port I/O. Fungsi dari pin OC1A dan OC1B tergantung pada pengaturan pada register WGM11 : WGM10 diatur sebagai mode PWM atau mode non-PWM.
Tabel 2.8. Register TCCR 1B
Bit 7__ICNC1: Input Capture Noise Canceler.
Bit 6__ICES1: Input Capture Edge Select Reverse Bit. Bit 4 : 3__WGM 13&12 : Waveform Generation Mode. Bit 2 : 0__Clock Select.
Ketiga bit tersebut mengatur sumber clock yang digunakan untuk.
Tabel 2.9. Konfigurasi Bit Clock Select
2.1.8
R
egister TIMSKTabel 2.10. Register TIMSK
OCIEx: Output Compare Match Interrupt Enable. Jika bit tersebut diberi logika 1 dan bit I SREG juga berlogika 1, maka bisa dilakukan enable interupsi Output Compare Match Timer/Counter x.
TOIEx: Overflow Interrupt Enable. Jika diberi logika 1 dan bit I SREG juga berlogika 1, maka bisa dilakukan enable interupsi Overflow Timer/Counter x.
TCIE1: Timer/Counter 1, Input Capture Interrupt Enable
2.2.
Sensor Suhu PT100
Pt100 merupakan tipe sensor suhu yang banyak digunakan dalam industri. Sensor ini memiliki spesifikasi hambatan 100Ω pada suhu 0˚C dan terbuat dari platina yang memiliki akurasi tinggi, murah dan mudah digunakan. Pt100 mempunyai dua variasi, yang umum memiliki hambatan 139,50Ω pada suhu 100 ˚C dan yang lain memiliki hambatan
139,00Ω pada suhu 100˚C. Gambar dan skema Pt100 dapat dilihat pada Gambar 2.2 [9].
Gambar 2.2. Bentuk fisik Pt100
Sensor Pt100 memiliki akurasi 0,2%, 0,1% dan 0,05% pada suhu 0°C. Semakin tinggi akurasinya semakin mahal harganya. Rentang suhu yang dapat dijangkau Pt100 yaitu antara -200°C sampai dengan 850°C.
[image:31.595.82.521.76.601.2]dan galat yang disebabkan oleh panas. Pemanasan internal dapat menyebabkan galat, ini dikarenakan adanya arus yang melewati sensor. Arus yang besar memberikan sinyal yang bagus untuk elektronis tetapi juga memberi galat yang besar. Penggunaan arus yang baik adalah 1mA. Pada Pt100, perubahan suhu 1°C akan menyebabkan hambatan berubah
0,384Ω. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada persamaan berikut [9]:
Rt = Ro ( 1 + A.Δt + B(Δt)2) (2.6)
dengan :
A = 3,9083E-3 Ω/°C B = -5,775E-7 Ω/°C2
Ro = Hambatan mula-mula = 100Ω pada 0 °C Rt = Hambatan saat suhu t
t = Suhu ( ˚C)
[image:32.595.80.527.91.592.2]Peneliti menggunakan rangkaian pembagi tegangan dengan tegangan sumber 5 volt pada pt100 seperti gambar 2.3. dan keluaran (Vout) dari rangkaian tersebut masuk ke ADC mikrokontroler.
Gambar 2.3. Rangkaian pembagi tegangan
Untuk mendapatkan nilai R pada pembagi tegangan dapat digunakan rumus dengan persamaan berikut :
2.3.
Limit Switch
Untuk mengetahui ketinggian zat cair sudah sesuai dengan kebutuhan dapat menggunakan cara yang paling sederhana yaitu, dengan menggunakan limit switch [10]. Dengan cara limit switch yang diberi gagang panjang, kemudian ujungnya diberi pelampung sehingga dapat mengapung diatas permukaan zat cair. Saat air mencapai level air yang ditentukan.
Gambar 2.4. Contoh limit switch
2.4
Penyearah DC (Rectifier)
[image:33.595.87.520.150.749.2]Rectifer adalah sebuah rangkaian yang mengkonversi sebuah sinyal AC (arus bolak-balik) menjadi sinyal DC (arus searah). Penulis menggunakan full-waverectifier dan berikut ini adalah gambar rangkaiannya [11].
Gambar 2.5. Rangkaian penyearah gelombang penuh
Dapat dilihat persaman berikut:
Vm = Vrms .√2 (2.8)
VL = Vm– ( 2.VD )
Vm = Tegangan keluaran maksimal
Vrms = Tegangan effektif
VL =Tegangan keluaran di hambatan
2.5
Filter
Filter dalam rangkaian penyearah digunakan untuk memperkecil tegangan ripple,
sehingga dapat diperoleh tegangan keluaran yang lebih rata, dengan memanfaatkan proses pengisian dan pengosongan muatan kapasitor [11].
Penyearah gelombang penuh tapis kapasitor diperoleh dengan menghubungkan paralel kapasitor beban dari rangkaian seperti gambar 2.6. Bentuk gelombang tegangan keluaran terlihat pada gambar 2.7.
Gambar 2.6. Rangkaian filter pada penyearah
Gambar 2.7. Bentuk gelombang penyearah gelombang penuh
Bila tegangan pengosongan kapasitor total dinyatakan dengan Vr, maka tegangan keluaran dc [8] adalah:
Vdc = VL –�
dimana:
Vdc = Tegangan input regulator (5V)
VL = Tegangan puncak
Vr = Tegangan ripple
Maka Vr adalah:
Vr = I ∗ ∗�∗
V V�
(2.10)
dimana:
Idc = Arus maksimal keluaran f = Frekuensi
C = Kapasitor filter
2.6
Trafo Step Down
Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.Transformator dikatakan ideal ketika jumlah energi yang masuk pada kumparan primer sama dengan jumlah energi yang keluar pada kumparan sekunder. Hubungan antara tegangan, kuat arus dan jumlah lilitan pada kumparan primer dan sekunder dirumuskan [12] :
(2.11)
Vp = tegangan primer (tegangan input) dengan satuan volt (V)
Vs = tegangan sekunder (tegangan output) dengan satuan volt (V)
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan sekunder
Ip = kuat arus primer (kuat arus input) dengan satuan ampere (A)
Gambar 2.8.Trafo step down
2.7
Relay 2 Channel
Relay merupakan komponen yang berfungsi sebagai saklar dalam berrbagai macam sistem kontrol. Keunggulan relay adalah dapat mengontrol proses switching dari jarak jauh. Hal ini dimungkinkan karena penyaklaran relay bukan bersifat langsung, namun menggunakan koil atau biasa disebut dengan Contactor Relay (CR) yang menggunakan sifat elektromagnetis untuk menggerakkan saklar. Relay dapat digunakan untuk proses switching tegangan AC [13].
Modul relay yang digunakan pada alat ini memiliki spesifikasi sebagai berikut: 1. Memilliki 2 Channel Relay dengan masukan 5 volt DC dan arus 15 – 20 mA. 2. Dapat digunakan pada tegangan AC (250V dan 10A).
3. LED Indicator Relay Status.
4. Dapat dikontrol langsung oleh mikrokontroler.
5. Memiliki saklar Normally Open (NO) dan Normally Close (NC) pada setiap channel.
2.8
Liquid Crystal Display (LCD) [14]
Liquid Crystal Display (LCD) merupakan salah satu komponen display elektronik yang berfungsi menampilkan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan cara tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit.
Gambar 2.10. LCD Character 16x2
Jenis LCD yang umum digunakan yaitu LCD karakter dan LCD Grafik.LCD karakter adalah LCD yang hanya bisa menampilkan karakter, khususnya karakter ASCII seperti karakter yang terdapat pada keyboard komputer. Sedangkan LCD grafik adalah LCD yang tidak terbatas tampilannya, bahkan dapat menampilkan foto. LCD grafik inilah yang nantinya berkembang menjadi LCD yang biasa dilihat pada layar komputer.
LCD karakter yang beredar dipasaran umumnya dituliskan dalam bilangan matriks dari jumlah karakter yang dapat dituliskan dalam LCD tersebut, yaitu jumlah kolom dikalikan dengan jumlah baris. Sebagai contoh LCD 16x2 memiliki 16 kolom dan 2 baris, jadi total karakter yang dapat dituliskan berjumlah 32 karakter. Konfigurasi LCD dapat dilihat pada gambar 2.11 di bawah ini.
Gambar 2.11. Kolom dan Baris Karakter pada LCD 16x2
Untuk dapat mengendalikan LCD harus memiliki koneksi yang benar dengan mengetahui konfigurasi pin – pin pada modul LCD seperti yang ditampilkan pada gambar 2.12 dan tabel 2.11 di bawah ini.
Tabel 2.11. Konfigurasi Pin LCD 16x2
LCD 16x2 memiliki mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali tampilan LCD. Mikrokontroler ini dilengkapi dengan tiga buah memori dan tiga buah register. Setiap memori dan register yang ada memiliki fungsinya masing – masing berikut ini :
1. DDRAM (Display Data Random Access Memory) : merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan berada.
2. CGRAM (Character Generator Random Acces Memory) : merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah – ubah sesuai dengan keinginan.
3. CGROM (Character Generator Read Only Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuuah karakter dimana pola tersebut merupakan karakter dasar yang sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat LCD sehingga user tinggal mengambil sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada di CGROM.
4. Register Perintah : yaitu register yang berisi perintah – perintah dari mikrokontroler ke panel LCD pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD yang dapat dibaca saat instruksi pembacaan data dijalankan. 5. Register Data : yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau ke
Selain itu, pada modul LCD juga terdapat pin yang digunakan sebagai kontrol atau masukan data diantaranya adalah :
1. Pin Data (DB0 - DB7) : merupakan jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan pada LCD. Pin ini dapat dihubungkan dengan bus data dar rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit.
2. Pin RS (Register Select) : berfungsi sebagai indikator atau penentu jenis data yang masuk, apakah merupaan data atau perintah. Logika low menunjukkan ada perintah yang masuk seperti clear screen dan posisi kursor, sedangkan logika high menunjukkan data text yang akan ditampilkan pada LCD.
3. Pin R/W (Read/Write) : berfungsi sebagai instruksi pada modul LCD. Jika berlogika low maka modul akan menulis data sedangkan jika high maka modul akan membaca data. Pada aplikasi umum pin R/W dihubungkan dengan logika low atau dihubungkan langsung ke pin GND.
4. Pin EN (Enable) : diigunakan untuk mengaktifan atau menonaktifkan LCD. 5. Pin Vo (Contrast) : berfungsi untuk mengatur kecerahan tampilan (kontras) pada
LCD.
2.9
Elemen Pemanas Air (Heater)
Heater adalah elemen pemanas air dari bentuk dasar yaitu kawat ataupun pita bertahanan listrik tinggi (Resistance Wire). Biasanya bahan yang digunakan adalah nikelin yang dialiri arus listrik pada kedua ujungnya dan dilapisi oleh isolator listrik yang mampu meneruskan panas dengan baik. Kemudian panas yang dihasilkan oleh heater akan mengkonduksi air.
21
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
[image:40.595.97.530.173.494.2]3.1.
Gambaran Umum
Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem
Gambar 3.1 diatas menunjukan urutan cara kerja sistem secara keseluruhan. Sistem ini terdiri dari beberapa bagian diantaranya:
1. Sumber alternatif adalah sumber tegangan yang didapat dari pembangkit alternatif seperti kincir atau panel surya, namun dalam penelitian ini diganti regulator variabel.
2. Sumber PLN adalah sumber tegangan langsung dari PLN yaitu 220 VAC.
3. Saklar yang digunakan berupa modul relay, berfungsi mengatur tegangan masuk yang digunakan sebagai sumber tegangan bagi heater.
4. Mikrokontroler berfungsi untuk memproses sistem kerja alat. 5. Digunakan relay untuk mengatur nyala mati heater.
6. Heater sebagai beban atau pemanas air.
7. Sensor ketinggian air untuk menentukan tinggi air yang dipanaskan. 8. Sensor suhu untuk melihat suhu air yang telah dipanaskan.
Prinsip kerja sistem ini adalah sebagai berikut. Terdapat dua sumber utama yaitu sumber alternatif dan sumber PLN. Sistem akan memilih ketersediaan di antara dua sumber tersebut sehingga dapat digunakan untuk memanaskan air. Jika kedua sumber tersebut tersedia maka sumber yang diprioritaskan adalah sumber alternatif. Sensor level air digunakan untuk mengetahui kondisi volume air sebelum dipanaskan, jika volume air belum mencapai 1liter maka bak penampung air akan diisi terus hingga kondisi terpenuhi. Kemudian sensor suhu akan mulai membaca temperatur air dan akan menampilkannya ke LCD. Heater akan memanaskan air pada bak penampung hingga suhu air mencapai suhu 80oC. Ketika sumber alternatif tidak mampu memanaskan air hingga suhu 80 oC dalam waktu 20 menit, sumber
tegangan bagi heater akan di-switch dari sumber alternatif ke sumber PLN.
3.2.
Perancangan Hardware
3.2.1 Sensor Suhu Pt100
Sensor suhu yang digunakan dalam perancangan ini adalah Pt100. Pada Pt100, perubahan suhu akan berpengaruh pada perubahan hambatan. Rangkaian sensor suhu Pt100 yang didapatkan berdasarkan persamaan (2.6). Rangkaian sensor suhu dapat dilihat pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 Perancangan rangkaian Pt100
Untuk mendapatkan nilai resistor (R1) pada pembagi tegangan dapat menggunakan
rumus (2.7) besar nilai resistor: (3.1)
= ∗ � + Ω
� + Ω = � = – Ω � = Ω
Untuk nilai resistor 4K9Ω dikarenakan tidak ada dipasaran maka penulis
membulatkan menjadi 5KΩ.
Berdasarkan persamaan (2.6), Nilai Pt100 saat 0 oC adalah: (3.2) � = � + . � + �
� = + , . − . + − , . − � = Ω
Dengan prinsip pembagi tegangan, maka tegangan pada sensor suhu Pt100 saat 00C
adalah: (3.3)
� = + . �
� = , �
Berdasarkan persamaan (2.6), Nilai Pt100 saat 100 oC adalah: (3.4)
� = � + . � + �
� = + , . − . + − , . − � = , Ω
Dengan prinsip pembagi tegangan, maka tegangan pada sensor suhu Pt100 saat 1000C
adalah: (3.5)
� = +, , . �
� = , �
3.2.2
Timer/Counter
Dalam penelitian ini penliti memnggunakan timer counter 1 untuk menghasilkan penghitung waktu 1detik. Digunakan persamaan 2.5 sehingga hasil yang didapatkan sebagai
� � = + ����ℎ − � ∗
� � = + – ∗ ��
� � = , ≈ � � = = ℎ � � � = ℎ
� � = ℎ
Dari persamaan diatas didapatkan nilai TCNT (sebagai timer) untuk 1detik adalah D23Ah.
3.2.3
Rangkaian Pendeteksi Sumber Alternatif yang Masuk
Gambar 3.3 Perancangan rangkaian pendeteksi sumber alternatif
Untuk mendeteksi ada tidaknya sumber alternatif, sumber alternatif diturunkan tegangannya terlebih dahulu menggunakan trafo. Pada penelitian ini peneliti menggunakan pin 4,5 Volt pada transformator. Keluaran dari transformator tersebut disearahkan menggunakan rangkaian penyearah dioda sehingga tegangan sumber alternatif tersebut dirubah menjadi sumber tegangan DC (tidak lagi AC). Tegangan DC hasil dari penyearah dioda, dihilangkan rippelnya menggunakan rangkaian filter. Hal ini bertujuan agar tegangan DC yang dihasilkan memiliki tegangan yang statis. Dalam keadaan ini sumber alternatif sepenuhnya menjadi DC dengan rippel yang kecil.
Berikut ini adalah perancangan rangkaian filter full-wave dari persamaan 2.8: � = ,
0, 08 (3.7)
= , � , % = %
� = , ��.
, = �.,
�. = ,, ; � = �
Maka nilai resistornya: (3.8)
� . = ,,
� = , Ω
Dikarenakan resistor tersebut tidak terdapat dipasaran maka niali R (beban) yang
digunakan = 50KΩ
Hasil dari proses diatas dijadikan inputan ke Pin A.1 pada port ADC mikrokontroller. Mikrokontroller akan memprosesnya sehingga dapat diketahui tersedia tidaknya sumber alternatif.
3.2.4
Sensor Ketinggian Air
Sensor ketinggian ini menggunakan pelampung dan limit switch sebagai komponen utamanya. Berikut ini adalah penampakan sensor ketinggian air.
Gambar 3.4 Perancangan sensor ketinggian air
mikrokontroler, kemudian mikrokontroler akan memprosesnya. Proses yang dimaksud adalah proses untuk menghentikan pengisian air.
Untuk memperoleh keluaran limit switch yang diharapkan, penulis menggunakan rangkaian seperti berikut.
Gambar 3.5. Rangkaian limit switch pada sensor ketinggian air
Pada rangkaian tersebut saat limit switch ditekan, limit switch akan memberikan kondisi low atau berlogika (0). Kondisi low inilah yang akan diproses mikrokontroler untuk menghentikan pengisian air.
3.2.5
LCD
Gambar 3.6 Rangkaian LCD
3.2.6
Modul Relay
Dalam perancangan ini relay digunakan sebagai saklar pemilih sumber tegangan yang dapat digunakan dan sebagai on- off heater.
Gambar 3.7 Rangkaian perancangan modul relay
3.3.
Perancangan Software
Software merupakan sekumpulan instruksi yang harus diproses oleh mikrokontroler untuk mengatur sistem kerja alat secara keseluruhan. Dapat diartikan bahwa software
merrupakan jalan pikiran alat, seadangkan mikrokontroler merupakan otaknya. Oleh sebab itu
software perlu dirancang sesuai kebutuhan alat, kemudian diusahakan simpel tapi semua kebutuhan alat tersebut tercapai. Perancangan software ini menggunakan program CV AVR dengan bahasa pemograman C.
1
2
+5V
Dari Pin D.0
Dari Pin D.5
Dari sumber alternatif
Dari sumber PLN
3.3.1.
Diagram Alir Program Utama
Progam ini dimulai dengan melakuakan inisialisasi port-port mikrokontroler yang digunakan untuk proses yang akan dilakukan mikrokontroler. LCD akan menampilkan peringatan bahwa alat sudah siap jika sensor level air sudah sesuai dengan ketinggian air yang ditetapkan. Setelah ketinggian air sudah sesuai untuk mulai dipanaskan mikrokontroler akan mengirimkan data ke LCD dengan tampilan “level air terpenuhi”. Setelah alat tersebut siap, LCD akan menampilkan sumber tegangan yang tersedia antara alternatif ataupun PLN. Kemudian, heater akan memanaskan air dengan prioritas sumber tegangan alternatif seperti dapat dilihat di diagram alir sistem gambar 3.8.
Saat tegangan alternatif lebih kecil dari 160 VAC maka heater akan memanaskan air menggunakan tegangan PLN 220VAC, sehingga waktu untuk memanaskan air akan lebih cepat. Saat tegangan alternatif naik turun menyebabkan pemanasan tidak maksimal, maka
relay bekerja untuk mengganti sumber tegangan menggunakan sumber tegangan alternatif setelah 15 menit. Setelah suhu air sudah mencapai ±80oC maka pemanas akan mati dan akan
hidup kembali setelah suhu air turun hingga ±70oC, pemanas air akan menjaga suhu hingga
Gambar 3.8. Diagram alir keseluruhan sistem
START
Apakah indikator
tegangan alternatif >160 VAC ?
Apakah tegangan PLN
tersedia?
Cek suhu dan tampilkan
Heater Off
Apakah suhu
= 70 drajat C ?
Tampilkan tidak ada sumber Nyalakan pemanas Apakah Suhu >=80? waktu pemanasan > 20menit?
Cek suhu dan tampilkan
Nyalakan pemanas dan cek suhu
Apakah Suhu >=80 ? Apakah tinggi
air sudah 1liter? Isi air
3.3.2 Perancangan Tampilan pada LCD
(a) (b)
Gambar 3.9 Tampilan LCD (a) saat menggunakan tegangan alternatif dan (b) saat menggunakan tegangan PLN
Tampilan LCD ini digunakan untuk menampilkan sumber tegangan yang digunakan dan suhu air. Penulis merancang tampilan pada LCD adalah sebagai berikut. Pada baris pertama ditampilkan sumber tegangan yang digunakan untuk memanskan air, sedangkan pada baris kedua ditampilkan suhu air yang dipanaskan secara real time yang didapat dari sensor Pt100. Gambar 3.8 memperlihatkan tampilan LCD yang diharapkan.
Alternatif
Suhu = 65oC
PLN
31
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi gambar fisik hardware yang dibuat, pembahasan tentang tiap bagian
hardware, hasil pengujian tiap sub bab sistem, pengujian pengendali sistem, hasil pengujian alat secara keseluruhan, pengambilan data dan pembahasan tentang program yang digunakan pada mikrokontroler. Berdasarkan data-data tersebut dapat dilakukan analisis terhadap proses kerja alat yang kemudian dapat digunakan untuk menarik kesimpulan akhir. Nantinya hasil pengujian berupa data-data yang diperoleh untuk memperlihatkan bahwa hardware atau software yang dirancang telah bekerja dengan baik atau tidak.
Terdapat penambahan ataupun perubahan sistem yang dibuat supaya sistem mendekati perancangan yaitu:
i. Ketika sumber tegangan alternatif kurang dari 100 Vac sistem akan langsung
switch menggunakan sumber tegangan PLN.
ii. Saat sumber alternatif dan PLN tidak tersedia maka tampilan LCD akan memilih sumber PLN. Setelah sumber alternatif tersedia maka sistem akan mulai memanaskan dengan sumber alternatif.
4.1. Hasil Implementasi Alat
Pada bagian ini akan memperlihatkan hasil jadi alat seperti gambar 4.1. Implementasi alat dari mulai bak penampung air, heater, mikrokontroler ATmega 8535, modul relay, sensor suhu PT100, rangkaian pendeteksi tegangan, limit switch, dan raingaian sensor suhu saling berhubungan dalam satu sistem.
Awalnya bak penampung air akan diisi hingga ketinggian air yang ditentukan ±1liter. Setelah tuas pada limit switch terdorong naik atau sudah sesuai dengan tinggi minimal air yang ditentukan sistem akan mulai memanaskan air menggunakan sumber tegangan alternatif ataupun sumber tegangan PLN. Jika dalam 15 menit sistem tidak dapat memanaskan air dengan sumber alternatif, relay akan switch otomatis menggunakan sumber PLN. Saat suhu air sudah mencapai 80ᴼC heater akan mati secara otomatis.
Gambar 4.1 Hasil implementasi saklar otomatis pengendali suhu air
4.2. Hasil Implementasi Perangkat Keras
Hasil dari perancangan perangkat keras terdiri atas rangkaian mikrokontroler sekaligus catu daya, LCD, rangkaian sensor PT100, modul relay, rangkaian limit switch
[image:51.595.84.524.397.726.2]dan rangkaian pendeteksi tegangan. Pembuatan rangkaian sistem kontrol mikrokontroler dan seluruh komponen pendukung dalam satu box sistem gambar 4.2. Untuk bak penampung, sensor ketinggian air dan sensor suhu terdapat pada satu plant gambar 4.3.
Gambar 4.3 Bak penampung dan sensor air dalam satu plant
4.2.1. Rangkaian Mikrokontroler dan Catu Daya
Rangkaian sistem mikrokontroler dan catu daya merupakan rangkaian yang digunakan sebagai pusat sumber tegangan serta rangkaian yang digunakan untuk menjalankan ATMega8535.
Gambar 4.4. Rangkaian mikrokontroler dan catu daya
Keterangan Gambar 4.7.:
1. Input + trafo 6. Port A 2. Input - trafo 7. Port C 3. Output + 5V 8. Port B 4. Ground 9. Port D
4.2.2. Rangkaian LCD 16x2
[image:53.595.89.498.166.428.2]Rangkaian LCD 16x2 merupakan rangkaian yang digunakan untuk menghubungkan LCD 16x2 dengan minimum sistem serta pengaturan tingkat kecerahan LCD 16x2.
Gambar 4.5. Rangkaian LCD 16x2 Keterangan Gambar 4.5 :
1. Input 5V 2. Ground
3. RS
4. RW 5. E 6. D4
7. D5 8. D6 9. D7
4.2.3. Rangkaian Modul Relay
Rangkaian ini digunakan sebagai saklar untuk pensaklaran tegangan yang akan masuk ke heater. Tegangan input (logika rendah) yang digunakan sebagai pemicu tegangan masukan PIN IN2. Saat tegangan pemicu diberikan maka relay akan mensaklar dari NC (normaly close) saat heater Off menjadi NO (normaly open) saat heater on. Pada
relay IN1 juga disambungkan sebagai pensaklaran untuk penggunaan tegangan alternatif atau tegangan PLN yang digunakan untuk tegangan masukan.
4.2.4. Rangkaian Limit Switch
[image:54.595.95.551.215.473.2]Rangkaian limit switch digunakan sebagai pendeteksi ketinggian air. Saat ketinggian air belum memenuhi nilai yang ditentukan (untuk alat ini 1 liter) maka proses pemanasan heater belum akan terjadi. Tampilan “Isi Air” akan selesai saat pelampung mengenai limit switch. tegangan yang dihasilkan limit switch saat kondisi terdorong adalah 0 volt. Berikut ini adalah penampakan limit switch untuk mendeteksi ketinggian air.
Gambar 4.7 Pemasangan limit switch
4.2.5. Rangkaian Sensor PT100
Rangkaian sensor seperti gambar 4.8 adalah rangkaian pengondisi sinyal yang terdiri atas R1 (5KΩ) dan RPT100. Saat suhu air dalam bak penampung mengalami
perubahan, nilai hambatan pada PT100 juga akan berubah. Mikrokontroler akan membaca perubahan yang terjadi pada sensor dengan rangkaian pembagi tegangan sebagai pengondisi sinyal. Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan hambatan yang dihasilkan oleh PT100 dari rangkaian ini berkisar antara 109,4Ω - 130,8Ω pada suhu 25C- 80C.
Gambar 4.8 Penampakan rangkaian sensor PT100
Kaki C disambungkan ke pin B.0
Kaki NO (normaly open)
[image:54.595.234.411.601.733.2]Gambar 4.9 Pemasangan sensor PT100
4.2.6. Rangkaian Sensor Pendeteksi Tegangan
Rangkaian ini digunakan untuk mendeteksi tegangan alternatif. Pembuatan rangkaian pendeteksi tegangan seperti pembuatan regulator DC. Pembuatan dimulai dari transformator sebagai penurun tegangan, kemudian disearahkan menggunakan penyearah yang terdiri dari kapasitor, resistor dan diode bridge. Tegangan alternatif antara 0-220Vac, akan diturunkan transformator hingga tegangan 0-4,5Vac. Keluaran dari tegangan tersebut disearahkan mengunakan rangkaian regulator full wave dan dibaca mikrokontroler menggunakan ADC (port A.0). Saat tegangan alternatif > 100Vac, mikrokontroler akan memilih tegangan alternatif sebagai sumber tegangan yang digunakan.
[image:55.595.105.525.319.690.2]4.3. Pengujian Sistem dan Sub Bab Sistem
Pengujian untuk mengukur tingkat keberhasilan alat ini. Pengujian untuk mengukur tingkat keberhasilan alat ini dibagai menjadi tiga. Pertama pengujian untuk setiap komponen yang digunakan. Pengujian yang kedua ini dilakukan dengan merubah tegangan masukan alternatif dengan beberapa tegangan yang bervariasi. Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan waktu pemanasan menggunakan sumber tegangan alternatif tersebut.
Pengujian ketiga ketika sumber tegangan dari alternatif yang mengalami perubahan saat sedang memanaskan air. dan saat sumber alternatif yang switch ke sumber PLN. Sama seperti pengujian kedua, bedanya pengujian ini dilakukan hanya 2 kali, kemudian dicatat berapa menit waktu pemanasannya dan dibandingkan dengan thermometer suhu yang terdapat pada multimeter digital.
4.3.1 Pengujian Limit Switch
[image:56.595.85.531.216.635.2]Kaki C pada limit switch disambungkan di pin B.0 pada minimum sistem, kaki NO disambungkan ke ground seperti pada gambar 4.7. Apabila limit switch tidak terdorong naik, maka akan ditampilkan pada LCD seperti gambar 4.11.
Gambar 4.11 Tampilan LCD saat limit switch tidak terdorong keatas
Tabel 4.1. Haisl pengujian limit switch
Keadaan limit switch Tegangan (volt) Ditampilkan di LCD
Saat tidak terdorong 5,07 Isi Air
Saat terdorong 0 Air Tercukupi
Dari hasil tersebut nilai yang dihasilkan dari pengujian limit switch sesuai dengan perancangannya.
4.3.2 Pengujian Rangkaian Pendeteksi Tegangan
Pengujian yang pertama untuk mendapatkan nilai ripple yang kecil sesuai pada perancangan. Selama pengujian digunakan osiloskop untuk melihat ripple yang dihasilkan.
Ripple yang dihasilkan pada pengujian yaitu 0,036v, supaya tegangan yang dibaca ADC lebih stabil. Pengujian terhadap tegangan ripple ini dapat dilihat pada gambar 4.12 dan menggunakan nilai komponen seperti persamman 3.7 dan 3.8.
Gambar 4.12 Pengujian nilai ripple rangkaian pendeteksi tegangan
Dari ini hasil pengujian yang didapat seperti gambar 4.12 dan persamaan 3.7 maka diperoleh nilai ripple yang kecil sesuai dengan nilai perancangan yang dihitung.
Gambar 4.13 Tampilan LCD saat tegangan alternatif mencukupi
Jika kemudian Sumber tegangan alternatif tidak mampu memanaskan air selama ±15menit atau kurang dari tegangan minimal yaitu 150Vac. Tampilan pada LCD akan ditunjukan seperti gambar 4.14.
Gambar 4.14 Tampilan LCD saat diswitch ke sumber PLN
[image:58.595.86.521.363.620.2]Tabel 4.2. Pengujian output rangkaian pendeteksi tegangan Input Alternatif
(VAC)
Output rangkaian pendeteksi tegangan
(VDC)
20 0,005
40 0,185
60 0,526
80 0,983
100 1,425
120 1,880
140 2,338
160 2,806
180 3,39
200 3,674
220 4,3
0 1 2 3 4 5 6
0 50 100 150 200 250 300
K e lu a ra n d a ri l e g u la to r (V d c )
Sumber tegangan alternatif (Vac)
Grafik Sumber Alternatif Terhadap Masukan ADC
Gambar 4.15 Grafik hasil rangkaian pendeteksi tegangan
4.3.3 Pengujian Sensor Suhu PT100
Rangkaian yang digunakan merupakan rangkaian pembagi tegangan seperti pada persamaan 3.1 gambar 3.2, sehingga untuk mencari nilai tegangan dapat dilihat seperti perhitungan berikut ini.
Pada suhu 25ᴼC hasil keluarannya:
(4.1)
Kemudian untuk suhu hasil keluarannya:
Sensor PT100 seperti halnya resistor variabel saat suhu semakin tinggi maka nilai hambatannya akan semakin tinggi. Dengan memanfaatkan nilai tersebut dapat digunakan rangkaian sensor PT100 sehingga mendapatkan hasil keluaran tegangan (mV). Dengan demikian dapat dilihat hasil keluaran sensor PT100 dengan keluaran rangkaian sensor PT100 pada tabel 4.3.
Tabel 4.3. Pengujian output rangkaian sensor PT100 Suhu
(C O)
Sensor PT100
[image:60.595.88.521.359.752.2]Tabel 4.3. (Lanjutan) Pengujian output rangkaian sensor PT100 Suhu
(C O)
Sensor PT100 (Ω)
Rangkaian Sensor (mV)
39 115,7 113
40 116,0 113
41 116,3 114
42 116,7 114
43 117,0 115
44 117,3 115
45 117,6 115
46 117,9 116
47 118,4 116
48 118,9 117
49 119,2 117
50 119,5 117
51 119,8 118
52 120,2 118
53 120,8 118
54 121,2 119
55 121,5 119
56 122,1 119
57 122,3 120
58 122,7 120
59 123,0 120
60 123,3 121
61 123,9 121
62 124,1 122
63 124,4 122
64 125,0 122
65 125,2 123
66 125,4 123
67 126,0 123
68 126,2 124
69 126,5 124
70 127,0 125
71 127,6 125
72 127,8 125
73 128,1 126
74 128,5 126
75 128,8 126
76 129,3 127
77 129,7 127
78 130,0 128
79 130,2 128
[image:61.595.98.494.94.738.2]Gambar 4.16 Grafik suhu air terhadap hambatan
Dari nilai hambatan yang ditunjukan pada tabel 4.3 kemudian didapatkan gambar 4.16. Melihat dari data diatas saat air mencapai suhu 80OC maka heater akan berhenti memanaskan. Heater akan mulai memanaskan setelah suhu air turun hingga 70OC.
Pengambilan data untuk waktu yang dibutuhkan saat proses pendinginan air. Proses ini terpengaruh dari faktor suhu dan angin yang terdapat pada ruangan. Contoh yang digunakan saat pemanasan air menggunakan tegangan 100VAC. Dapat dilihat pada tabel 4.4.
Tabel 4.4. Pengujian waktu pendinginan dengan suhu ruangan sekitar 28OC
Waktu (menit)
Suhu pada PT100
(Ω) Suhu Termometer (Co)
0 130,8 80
2 129,6 78
4 128,3 75
6 127,3 72
