PENGENDALI SUHU KOTAK OBAT DENGAN MODE “ONOFF” MENGGUNAKAN TERMOELEKTRIK TUGAS AKHIR - Pengendali suhu kotak obat dengan mode \"on/off\" menggunakan termoelektrik - USD Repository

(1)

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains dan Teknologi

Program Studi Teknik Elektro

Disusun oleh: RICKY NELSON NIM : 035114007

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2009

(2)

FINAL ASSIGNMENT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Bachelor of Science and Technology Degree

In Electrical Technique Study Program

By:

RICKY NELSON NIM : 035114007

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2009

(3)

(4)

(5)

Nama : Ricky Nelson Nomor Mahasiswa : 035114007

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

PENGENDALI SUHU KOTAK OBAT DENGAN MODE “ON/OFF” MENGGUNAKAN TERMOELEKTRIK

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me-ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun mem-berikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 21 Januari 2010

Yang menyatakannya

(6)

“Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain,

kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.”

Yogyakarta, 23 Oktober 2008 Penulis

Ricky Nelson

(7)

vi

“SEMUA YANG ALLAH LAKUKAN ADALAH BAIK”

“JANGANLAH HENDAKNYA KAMU KUATIR

TENTANG APAPUN JUGA,

TETAPI NYATAKANLAH DALAM SEGALA HAL

KEINGINANMU KEPADA ALLAH DALAM DOA DAN

PERMOHONAN DENGAN UCAPAN SYUKUR”

(FILIPI 4 : 6)

Kupersembahkan Tugas Akhir ini untuk :

< Allah Bapa di Surga atas kasih dan karunia-Nya.

< _{Papap, mamam dan kakakku tercinta.}

(8)

vii

Ricky Nelson 035114007

INTISARI

Untuk kondisi yang baik obat membutuhkan penyimpanan yang baik pula, salah satunya adalah faktor suhu. Dengan pengaturan suhu, obat dapat bertahan lebih lama. Berdasarkan hal ini akan dibuat alat pendingin menggunakan termoelektrik dengan mode “ on/off ”.

Nilai masukan berasal dari keypad untuk diolah mikrokontroler ATMega8535. Dengan mode “ on/off ” nilai masukan dijadikan acuan untuk mengaktifkan pendinginan pada plan yang dihasilkan oleh termoelektrik. Suhu didalam plan dideteksi menggunakan sensor suhu LM35. Hasil keluaran dari sensor suhu menjadi masukan mikrokontroler sebagai pembanding dengan nilai masukan. Untuk menampilkan nilai masukan dan nilai dari sensor digunakan LCD.

Pengendali suhu dapat diimplementasikan dan dilakukan pengujian. Terbukti bahwa pengendali suhu dapat bekerja dengan baik dari suhu 8 0C hingga suhu 4 0C. Dengan waktu yang diperlukan sekitar 48,5 menit sampai 63 menit untuk mencapai waktu stabil.

(9)

viii

035114007

ABSTRACT

To be in a good condition, medicines need a good storage, which is defined by one important factor that is the temperature. With the temperature controlling, the medicines can be stored for a long period. Based on this case, the cooler using thermoelectric using “on/off” mode would be built.

The input value from the keypad will be processed by microcontroller ATMega8535. With “on/off” mode, the value will then be assigned as the reference to activate the cooling process in the plant which is produced by thermoelectric. The temperature inside the plant is detected by the LM35 temperature sensor. The output value from the temperature sensor will be the microcontroller’s input as the comparison with the output value. LCD is used to show the input value and the value from the sensor.

The temperature controller can be implemented and tested. It is proved that the temperature controller can work well from the 8 0C to 4 0C. It needs about 47 until 63 minutes to achieve the stable time.

(10)

ix

melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir berjudul “Pengendali Suhu Kotak Obat Dengan Mode “On/Off” Menggunakan Termoelektrik”. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana pada program studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.

Penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :

1. Allah Bapa di Surga sumber kekuatanku.

2. Papapku Frengky. J. S dan mamamku Lilik. S tercinta yang telah memberikan cinta, kasih sayang, doa, dukungan dan segala hal yang tak ternilai.

3. Kakakku Maria Kristin. N tersayang yang telah memberikan doa dan dukungan serta menjadi tempat mengeluh saat pikiranku kacau.

4. Ibu Wuri selaku dosen pembimbing I yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberi bimbingan, pengetahuan, kritik dan saran kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir.

(11)

memberikan revisi untuk tugas akhir penulis.

8. Bapak Rusdi yang telah memberikan masukan dan pengetahuan mengenai proses pendinginan.

9. R. Henry. R (TE’04) dan Zaenal Arif (TE’04) yang menjadi satu kelompok untuk tugas akhir ini.

10.Semua rekan-rekan Teknik Elektro yang sudah mendukung, membantu dan menghibur, khususnya : Rony, Andika, Yudi, Nendar dan Andry (TE’03).

11.Anak-anak “G.B.U” yang selalu menghibur : Luky, Deny, Indra, Wily dan Fery. 12.Semua orang yang terlalu banyak, sehingga tidak dapat disebutkan satu-persatu

yang telah membantu dan mendukung penulis.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang membangun akan penulis terima dengan senang hati.

Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun pembaca. Tuhan beserta kita.

Yogyakarta, Penulis

Ricky Nelson

(12)

xi

JUDUL ………..…. i

LEMBAR PENGESAHAN OLEH PEMBIMBIMNG ………. iii

LEMBAR PENGESAHAN OLEH PENGUJI ………. iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ……….……. v

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ……….….…… vi

INTISARI ………... vii

ABSTRACT ……… viii

KATA PENGANTAR ……… ix

DAFTAR ISI ………... xi

DAFTAR GAMBAR ……….………. xiv

DAFTAR TABEL ………..……….. xvii

BAB I PENDAHULUAN ………..……… 1

1.1. Latar Belakang Masalah ………..……… 1

1.2. Rumusan Masalah ………..……… 2

1.3. Batasan Masalah ……… 2

1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian ………..………… 3

(13)

xii

2.2. Mikrokontroler ATMega 8535 ………..………… 6

2.2.1. Port I/O (Input / Output) ……… 8

2.2.2. ADC (Analog Digital Converter) ………..…… 8

2.3. LCD (Liquid Crystal Display) ……… 10

2.4. KeypadMatrik 4x3 ……….… 11

2.5. Penguat Non-Inverting Dengan Op-Amp ……… 12

2.6. LM 35 ……….……… 13

2.7. Kontrol Dua Posisi (On-Off) ………..……… 14

BAB III PERANCANGAN ………..…..…… 17

3.1. Diagram Blok ……….………… 18

3.2. Perancangan Diagram Blok ………..… 19

3.2.1. Blok Keypad ………..… 19

3.2.2. Blok LCD ………..…… 20

3.2.3. Blok Termoelektrik ……… 20

3.2.4. Blok Sensor ………..…. 21

3.2.5. Mikrokontroler ATMega 8535 ………..… 22

3.2.5.1. Rangkaian Osilator ………..… 22

3.2.5.2. Rangkaian Reset ………..……… 22

(14)

xiii

4.2. Pengamatan Pendingin Kotak Obat ……… 34

4.2.1. Suhu Dalam Tabung Dengan Rangkaian Terbuka ….… 34 4.2.2. Waktu Tempuh dan Suhu Dengan Kendali On-Off …… 36

4.2.3. Nilai Tegangan Pendingin Kotak Obat ………...……… 48

4.2.4. Perangkat Lunak ……….…… 49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ……….…… 63

5.1. Kesimpulan ………..……..…… 63

5.2. Saran ………..……….………… 63

DAFTAR PUSTAKA ………..……… 64

LAMPIRAN GRAFIK SUHU DENGAN RANGKAIAN TERBUKA

LAMPIRAN NILAI SUHU DENGAN MODE ON – OFF

LAMPIRAN SKETSA PENDINGIN KOTAK OBAT

LAMPIRAN RANGKAIAN PENDINGIN KOTAK OBAT

LAMPIRAN LIST PROGRAM MODE ON – OFF

(15)

xiv

Gambar 2.1. Elemen Termoelektrik ………..…. 5

Gambar 2.2. Konfigurasi Pin ATMega8535 ………..… 7

Gambar 2.3. Register ADMUX ………..………..… 9

Gambar 2.4. Format Data ADC dengan ADLAR = 0 ………..… 9

Gambar 2.5. Format Data ADC dengan ADLAR = 1 ………..…… 9

Gambar2.6. Bentuk LCD 2 x 16 Karakter ……… 10

Gambar 2.7. Bagian LCD 2 x 16 Karakter ……… 10

Gambar 2.8. Gambar Keypad Matrik 4 x 3 ………..… 11

Gambar 2.9. Rangkaian Penguat Non-Inverting ………..………… 13

Gambar 2.10. (a) Diagram Blok Kontrol Dua Posisi; (b) Dengan Celah Diferensial ………..……… 14

Gambar 2.11. Sistem Pengontrolan Tinggi Muka Air ……… 15

Gambar 2.12. Kurva Tinggi Muka Terhadap Waktu ……….…….…… 16

Gambar 3.1. Plan “Pendingin Kotak Obat” ……….……….… 17

Gambar 3.2. Diagram Blok “Pendingn Kotak Obat” …………..…..………… 18

Gambar 3.3. Keypad Matrik 4 x 3 pada Mikrokontroler ………..……… 19

Gambar 3.4. Rangkaian Dioda Zener ……… 22

(16)

xv

Gambar 3.9. Diagram Alir Kontrol On-Off ……….…… 26

Gambar 4.1. Bentuk Akhir Pendingin Kotak Obat ………..… 28

Gambar 4.2. Driver Arus ……… 29

Gambar 4.3. Sumber Tegangan ……….… 29

Gambar 4.4. Untuk Mikrokontroler ………..…… 30

Gambar 4.5. PCB Masukan dan Keluaran ……….……… 31

Gambar 4.6. Tampilan Awal ……….…… 32

Gambar 4.7. Tampilan Input ………...………..……… 32

Gambar 4.8. Tampilan Pemilih “OK / ,” ………...……… 32

Gambar 4.9. LCD Menampilkan Nilai Input dan Nilai Sensor ………….…… 32

Gambar 4.10. Grafik Tegangan Masukan Termoelektrik +6 volt, +7 volt dan +8 volt ………..………. 35

Gambar 4.11. Grafik Suhu dengan set point 8 ºC ………...…..……… 38

Gambar 4.12. Tr dan Ts saat set point 8 ºC ………..…… 39

Gambar 4.13. Grafik Suhu dengan set point 7 ºC ………...…..……… 39

Gambar 4.14. Tr dan Ts saat set point 7 ºC ……….….……… 40

Gambar 4.15. Grafik Suhu dengan set point 6 ºC ……….…… 41

Gambar 4.16. Tr dan Ts saat set point 6 ºC ……….. 41

(17)

xvi

Gambar 4.21. Grafik Suhu dengan set point 3 ºC ……… 45

Gambar 4.22. Tr dan Ts saat set point 3 ºC ……….… 45

Gambar 4.23. Grafik Suhu dengan set point 2 ºC ……… 47

(18)

xvii

Tabel 2.1. Konfigurasi Pengaturan Port I/O ………. 8

Tabel 2.2. Pemilihan Mode Tegangan Referensi ADC ……… 9

Tabel 2.3. Logika Digital Untuk Keypad Matrik 4 x 3 ……… 12

Tabel 4.1. Tegangan +6 volt ………..…...….… 36

Tabel 4.2. Tegangan +7 volt ……….…….… 36

Tabel 4.3. Tegangan +8 volt ……….…….…… 36

Tabel 4.4. Suhu Setpoint 8 ºC ………....……… 38

(19)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Untuk kondisi yang baik obat membutuhkan penyimpanan yang baik

pula, salah satunya adalah faktor suhu. Dengan pengaturan suhu, obat dapat

bertahan lebih lama. Saat ini telah beredar mesin pendingin berbentuk kulkas

dengan cara pendinginan freon. Bentuk yang besar sangat memboroskan tempat untuk obat dalam sekala kecil. Selain itu pendinginan dengan

menggunakan freon dapat merusak lapisan ozon bila terjadi kebocoran pada tabung yang menyimpan freon tersebut.

Sesuai dengan perkembangan teknologi yang semakin canggih maka alat

pendingin dapat dibuat dengan bentuk yang kecil yaitu berupa tabung,

pendinginan dilakukan dengan menggunakan termoelektrik. Pada penelitian

ini akan dibuat alat pendingin obat dengan basis mikrokontroler ATMega8535

dengan masukan berupa keypad dan ditampilkan oleh LCD (Liquid Crystal Display). Dengan bentuk yang kecil dan pendinginan dengan termoelektrik diharapkan dapat mengurangi pemborosan tempat dan tidak ada perusakan

(20)

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut :

Membuat sebuah pendingin tabung reaksi yang dapat digunakan untuk

melakukan pendinginan obat dengan bentuk yang kecil dan dengan suhu

variabel. Mikrokontroler ATMega8535 digunakan untuk memproses data

masukan dari keypad kemudian menghasilkan data keluaran yang ditampilkan melalui LCD (Liquid Crystal Display).

Dari uraian tersebut, masalah yang didapat adalah :

1. Merancang dan membuat tabung pendingin obat.

2. Merancang dan membuat rangkaian antarmuka mikrokontroler, keypad

masukan dan LCD.

3. Membuat perangkat lunak pada mikrokontroler untuk mengolah data

masukan dan menampilkannya pada LCD.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah pada alat ini adalah :

1. Suhu minimum antara 3 0C sampai suhu ruang saat diberi beban berupa

air.

2. Menggunakan tiga buah termoelektrik.

3. Menggunakan sebuah mikrokontroler ATMega8535.

(21)

5. Menggunakan LCD sebagai penampil suhu.

6. Menggunakan kendali on-off untuk mengatur suhu.

1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Peneliti mempunyai tujuan yang ingin dicapai, yaitu untuk merancang

dan membuat perangkat keras dan perangkat lunak menggunakan

mikrokontroler ATMega8535 yang dapat digunakan untuk mengolah dan

mengatur hasil dari proses pendinginan, dan ditampilkan pada LCD.

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat :

1. Sebagai referensi yang dapat mendukung penelitian selanjutnya berkaitan

dengan aplikasi sensor dan mikrokontroler.

2. Tersedianya sebuah mesin pendingin obat untuk memudahkan penelitian

dan proses pendinginan dalam skala kecil.

1.5 Metodologi Penelitian

Adapun metodologi penelitian yang dilakukan terdiri dari :

1. Studi literatur, yaitu dengan mempelajari berbagai informasi, dari buku

dan internet sehingga dapat digunakan sebagai referensi pendukung dalam penyusunan laporan.

2. Perencanaan rancangan dan pembuatan alat dalam bentuk perangkat

keras maupun perangkat lunak.

3. Melakukan pengamatan dan pengujian terhadap hasil perancangan agar

(22)

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini terbagi menjadi lima bab yang

disusun sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat

penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, metodologi

penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II. DASAR TEORI

Bab ini berisi tentang dasar teori komponen-komponen yang akan

digunakan dalam penelitian .

BAB III. RANCANGAN PENELITIAN

Bab ini berisi tentang diagram blok dan penjelasan cara kerja secara

singkat rancangan perangkat keras dan perangkat lunak.

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi tentang pengamatan kerja dari perangkat keras dan

perangkat lunak yang telah dibuat.

BAB V. PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran untuk perbaikan alat dan

(23)

BAB II

DASAR TEORI

2.1. TERMOELEKTRIK

Elemen semikonduktor pada termoelektrik (tipe n dan tipe p) terhubung seri secara listrik dan terhubung paralel secara termal (lihat pada gambar 2.1.)

Gambar 2.1. Elemen termoelektrik [1]

Elemen semikonduktor dan konduktor listriknya ini disisipkan diantara dua

buah lapisan keramik, yang berfungsi untuk menyatukan struktur termoelektrik

dan sebagai isolator listrik antar tiap elemen semikonduktor. Pada sisi dingin

kalor diserap elektron ketika elektron mengalir dari elemen semikonduktor level

energi rendah (tipe p) ke elemen semikonduktor level energi tinggi (tipe n). Dua batang logam yang berbeda disambungkan sehingga membentuk

sebuah rangkaian tertutup, ketika salah satu ujung dipanaskan akan mengalir

arus. Fenomena ini dinamakan efek Seebeck, karena ditemukan Thomas

(24)

Begitu pula kebalikannya, ketika dua batang logam yang berbeda

disambungkan sehingga membentuk sebuah rangkaian tertutup dan dialirkan

arus listrik. Maka salah satu ujung sambungan menyerap kalor, sehingga

menjadi hangat dan pada ujung sambungan lainnya melepaskan kalor.

Fenomena ini ditemukan Jean Charles Athanase Peltier pada tahun 1834,

sehingga dinamakan efek PeltierI [3].

Salah satu jenis termoelektrik adalah TEC 1-127-06, maksudnya adalah nilai

awal yang bernilai 1 menjelaskan jumlah tingkat termoelektrik, nilai kedua

yang bernilai 127 menjelaskan jumlah sambungan tipe p dan tipe n, sedangkan nilai terakhir yang bernilai 06 menjelaskan nilai maksimal arus masukan pada

termoelektrik. Nilai arus masukan menjadi acuan temperatur minimum,

sehingga nilai arus variabel. Pengendalian nilai arus sesuai dengan perubahan

nilai tegangan. Sehingga bila arus berubah nilai tegangan pun berubah.

2.2. MIKROKONTROLER ATMEGA8535

AVR merupakan produk Atmel, ATMega merupakan satu dari empat kelas

AVR dan ATMega8535 merupakan jenis dari kelas ATMega [4]. Dipilihnya

mikrokontroler ini, karena memiliki beberapa fungsi yang digunakan untuk

merancang pembuatan pendingin kotak obat. Beberapa fungsi tersebut adalah

adanya ADC (Analog Digital Converter) 10 bit, saluran I/O sebanyak 32 pin yang terbagi menjadi empat buah port (port A, port B, port C dan port D) dan

(25)

Mikrokontroler ATMega8535 memiliki arsitektur RISC 8 bit yang semua

intruksi dikemas dalam kode 16 bit dan sebagian besar intruksi dieksekusi

dalam satu siklus clock [5].

Gambar 2.2. Konfigurasi Pin ATMega8535

Pada gambar 2.2. terlihat konfigurasi pin ATMega8535. Secara fungsional

dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. VCC; sebagai pin masukan catu daya.

2. GND; sebagai pin ground.

3. Port A (PA0 ... PA7); sebagai pin I/O dua arah dan sebagai input analog ke A/D

konverter.

4. Port B (PB0 ... PB7); sebagai pin I/O dua arah dan pin dengan fungsi khusus,

seperti timer/counter, komparator dan SPI

(26)

6. Port D (PD0 ... PD7); sebagai pin I/O dua arah dan pin dengan fungsi khusus,

seperti interupsi, komparator dan komunikasi serial

7. XTAL1; sebagai input oscillator

8. XTAL2; sebagai output oscillator

9. RESET; sebagai pin untuk me-reset mikrokontroler

10.AVCC; sebagai pin masukan tegangan untuk ADC

11.AREF; sebagai pin masukan tegangan referensi ADC

2.2.1. Port I/O (Input / Output)

ATmega8535 mempunyai 32 pin I/O dan dikelompokan menjadi empat

buah port yang bernama PortA, PortB, PortC, dan PortD. Port I/O pada

mikrokontroler ATMega8535 dapat berfungsi sebagai masukan atau keluaran,

sesuai dengan pengaturan yang digunakan. Untuk mengatur port I/O sebagai

masukan atau keluaran perlu dilakukan pengaturan pada DDR dan port.

Tabel 2.1. Konfigurasi Pengaturan Port I/O

DDR bit =1 DDR bit = 0

Port bit =1 Keluaran aktif tinggi Masukan aktif rendah Port bit =0 Keluaran aktif rendah Masukan aktif tinggi

2.2.2. ADC (Analog Digital Converter)

ATMega8535 merupakan tipe AVR yang dilengkapi 8 saluran ADC internal

dengan fidelitas 10 bit. Proses inisialisasi ADC meliputi proses penentuan

clock, tegangan referensi, format output data, dan mode pembacaan. Register

(27)

Register). ADMUX merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan tegangan referensi ADC, format data output, dan saluran ADC yang digunakan.

REFS 0 REFS 1 ADLAR MUX 4 MUX 3 MUX 2 MUX 1 MUX 0

Gambar 2.3. Register ADMUX

Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. REFS [1..0] merupakan bit pengaturan tegangan referensi ADC

ATMega8535. memiliki nilai awal 00 sehingga referensi tegangna berasal

dari pin AREF. Untuk nilai yang lain dapat dilihat pada tabel 2.2.

Tabel 2.2. Pemilihan mode tegangan referensi ADC

REFS [1..0] Mode Tegangan Referensi

00 Berasal dari pin AREF

01 Berasal dari pin AVCC

10 Tidak digunakan

11 Berasal dari tegangan referensi internal

2. ADLAR merupakan bit pemilihan mode data keluaran ADC yang

digunakan untuk menentukan konfigurasi isi dari register ADCH dan

ADCL sebagai tempat menyimpan hasil konversi.

Gambar 2.4. Format Data ADC dengan ADLAR = 0

Gambar 2.5. Format Data ADC dengan ADLAR = 1

(28)

Dalam pembacaan hasil konversi ADC, dilakukan pengecekan pada bit

ADIF (ADC Interrupt Flag) pada register ADCSRA. ADIF akan bernilai satu jika konversi saluran ADC telah selesai dilakukan dan data hasil konversi siap

untuk diambil, demikian pula sebaliknya.

2.3. LCD (Liquid Crystal Display)

LCD (Liquid Crystal Display) merupakan piranti yang dapat menampilkan karakter, terbuat dari bahan kristal cair dengan sistem dot matrik. Pada

perancangan ini digunakan LCD 2 x 16 karakter seperti gambar 2.6, artinya

terdapat 2 baris dengan 16 karakter tiap barisnya, maka jumlah keseluruhan

terdapat 32 karakter. Setiap satu karakter terdiri dari 8 baris dan 5 kolom dot.

Gambar 2.6. Bentuk LCD 2 x 16 karakter

Gambar 2.7. Bagian LCD 2 x 16 karakter [6]

Jenis LCD yang digunakan pada perancangan adalah LCD Module M1632

(29)

1. VCC; sebagai pin terminal power supply (+5V).

2. GND; sebagai pin terminal ground.

3. DB0 s/d DB7; sebagai pin jalur data yang digunakan untuk menyalurkan

data kode ASCII atau perintah untuk mengatur kerja LCD.

4. RS (register select); pin yang membedakan jenis data yang dikirim ke LCD. Jika RS berlogika ‘0’, maka yang dikirim adalah perintah pengaturan LCD.

Jika berlogika ‘1’, maka yang dikirim adalah data kode ASCII.

5. R/W (read/write); pin untuk mengaktifkan pengiriman atau pengambilan data dari LCD. Jika R/W berlogika ‘0’, maka terjadi pengiriman data ke

LCD. Jika R/W berlogika ‘1’, maka terjadi pengambilan data dari LCD.

6. E (enable); merupakan sinyal sinkronisasi. Saat E berubah dari logika ‘1’ ke ‘0’, maka data di DB0 s/d DB7 akan diterima atau diambil dari port

mikrokontroler.

2.4. KEYPAD MATRIK 4 x 3

(30)

Keypad matrik 4 x 3 adalah tombol push-on yang tersusun 4 baris dan 3 kolom. Seperti pada gambar 2.8. untuk pembacaan data terbagi menjadi dua,

yaitu pembacaan data pada baris dan pembacan data pada kolom. [7]

Tabel 2.3. Logika Digital Untuk Keypad Matrik 4 x 3

Kolom

Pembacaan bertipe aktif rendah, artinya saat akan mengaktifkan baris atau

kolom yang dituju maka data yang diberikan adalah nol. Pemberian data dapat

dilihat dari tabel 2.3.

2.5. PENGUAT NON-INVERTING DENGAN OP-AMP

Dengan menggunakan op-amp (oprational amplifier) dapat dirangkai sebuah penguat tegangan, baik itu penguatan negatif maupun penguatan positif

tergantung dari masukannya. Untuk membuat penguatan positif masukan yang

(31)

akan mengeluarkan nilai positif pula. Untuk rangkaiannya terlihat pada gambar

2.9.

Gambar 2.9. Rangkaian Penguat Non-inverting

Tegangan keluaran dari rangkaian penguat non-inverting dirumuskan : Vo = [ 1 + ( Rf / R ) ] x Vi

Dengan rumusan penguatan (Av) dari penguat non-inverting : Av = Vo / Vi

= (R + Rf) / R

= 1 + (Rf / R)

2.6. LM 35 [8]

LM35 sebuah IC sensor suhu dengan beberapa kriteria seperti :

1. Beroperasi pada ° Celsius

2. Skala kenaikan Linear +10.0 mV/°C

3. Ketepatan 0.5°C (pada 25°C)

4. Bekerja pada −55° sampai +150°C

5. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volts

6. Penggunaan arus kurang dari 60 µA

(32)

2.7. KONTROL DUA POSISI (ON – OFF) [9]

Dalam sistem kontrol dua posisi, elemen penggerak hanya mempunyai dua

posisi tetap, yang dalam beberapa hal, benar-benar merupakan posisi ”on” dan posisi ”off”. Kontrol dua posisi atau on-off relatif sederhana dan murah.

Misal sinyal keluaran kontroler adalah m(t) dan sinyal kesalahan penggerak adalah e(t). Pada kontrol dua posisi, sinyal m(t) akan tetap pada harga maksimum atau minimumnya, bergantung pada sinyal kesalahan penggerak

(positif atau negatif), sedemikian rupa sehingga :

m(t) = M1 untuk e(t) > 0 = M2 untuk e(t) < 0

Gambar 2.10 menunjukan diagram blok kontrol dua posisi. Daerah harga

sinyal kesalahan penggerak antara posisi “on” dan posisi “off” disebut celah

diferensial (differential gap). Suatu celah diferensial ditunjukan pada gambar 2.10(b). Celah diferensial ini menyebabkan keluaran kontroler m(t) tetap pada harga sekarang sampai sinyal kesalahan penggerak bergaser sedikit dari harga

nol. Pada beberapa kasus, celah diferensial disebabkan oleh gesekan yang tidak

diinginkan dan kelambanan gerak.

(33)

Tinjau sistem tinggi muka cairan yang ditunjukan pada gambar 2.11.

Dengan kontrol dua posisi, maka katup akan membuka (penuh) atau menutup

(penuh). Jadi laju aliran air yang masuk adalah konstan positif atau nol. Seperti

ditunjukan pada gambar 2.12, sinyal keluaran berubah-ubah terus diantara dua

harga batas yang diperlukan untuk membuat elemen penggerak perubah dari

satu posisi tetap ke posisi tetap lainnya. Perhatikan bahwa kurva keluaran

mengikuti salah satu diantara dua kurva eksponensial, yaitu kurva pengisian dan

kurva pengosongan. Osilasi keluaran antara batas tersebut merupakan

karakteristik respon yang khas dari sistem kontrol dua posisi. Dari gambar 2.12,

dapat dilihat bahwa amplitudo osilasi keluaran dapat di perkecil dengan cara

memperkecil celah diferensial. Akan tetapi hal ini dapat menyebabkan kenaikan

angka switching “on-off” untuk waktu nyang sama. Parameter tanggapan sistem control dua posisi sebagai berikut :

1. Waktu naik (rise time), Tr : waktu yang diperlukan respon untuk naik keadaan awal sampai nilai yang ditentukan sebagai set point 0%.

2. Waktu penetapan (settling time), Ts : waktu yang diperlukan untuk mencapai suatu nilai dalam keadaan stabil yang ditentukan dengan nilai

mutlak dari harga akhir (5% atau 2%).

(34)

(35)

BAB III

PERANCANGAN ALAT

Perancangan awal untuk membuat pendingin obat adalah struktur

mekaniknya terlebih dahulu. Hal tersebut perlu dilakukan karena berpengaruh

dengan suhu minimum yang akan dicapai. Sehingga pendinginan dapat terjadi

dengan baik dan suhu panas dapat terbuang dengan cepat.

Gambar 3.1. Plan “Pendingin Kotak Obat”

Wadah pendingin berbentuk tabung pada bagian dalam, sedangkan untuk

bentuk luar berupa kotak. Bahan yang digunakan pada bagian dalam adalah

alumunium pejal penghantar suhu yang baik dibandingkan besi. Pada lapisan

(36)

tabung agar pendinginan terjadi dengan cepat dan tidak terganggu dengan suhu

lingkungan. Perancangan awal untuk membuat “Pendingin Kotak Obat” adalah

struktur mekaniknya terlebih dahulu. Hal tersebut perlu dilakukan karena

berpengaruh dengan suhu minimum yang akan dicapai. Sehingga pendinginan

dapat terjadi dengan baik dan suhu panas dapat terbuang dengan cepat.

Untuk proses pendinginan digunakan Termoelektrik. Komponen ini

berbentuk plat segi empat dan keramik sebagai pelapisnya dengan dua sisi yang

memiliki suhu berbeda, satu sisi menghasilkan dingin dan sisi yang lain

menghasilkan panas. Pada sisi yang menghasilkan suhu panas dipasang heat-sink agar tidak mempengaruhi sisi yang lain, setelah pemasangan heat-sink agar suhu panas cepat dilepas ke udara sekitar maka dipasang kipas pada bagian

bawah heat-sink. Gambar 3.1. menunjukkan plan pendingin obat.

3.1. Diagram Blok

Untuk membuat Pendingin vaksin diperlukan perancangan perangkat keras

dan perangkat lunak. Untuk perangkat keras dapat dilihat pada gambar 3.2.

(37)

Sesuai dengan diagram blok keypad matrik memberikan masukan pada mikrokontroler ATMega8535 dan ditampilkan melalui LCD. Masukan keypad

matrik juga untuk mengatur kinerja termoelektrik melalui program didalam

ATMega8535. Dengan bantuan detektor suhu LM 35, maka suhu yang

dihasilkan termoelektrik menjadi masukan pada mikrokontoler ATMega8535

untuk dibandingkan dengan masukan awal dari keypad matrik.

3.2. Perancangan Diagram Blok

3.2.1. Blok Keypad

Keypad matrik 4 x 3 digunakan sebagai masukan suhu awal yang kita inginkan. Untuk rangkaian dapat dilihat pada gambar 3.3. Tombol yang

digunakan bertipe push-on, artinya pada keadaan awal tombol bernilai nol dan saat ditekan tombol bernilai satu.

(38)

3.2.2. Blok LCD

Sesuai dengan dasar teori, LCD yang digunakan adalah LCD 2x16 karakter.

Maka pada proses awal, baris pertama (atas) menampilkan “ *PENDINGIN

OBAT* “ dan pada baris kedua (bawah) menampilkan “*MODE ON – OFF* “.

Untuk proses kedua, baris pertama (atas) menampilkan “ Input = ” dan pada

baris (bawah) kosong. Jika input telah diberi masukan maka pada baris kedua

(bawah) menampilkan “ Tekan : OK / , ”.

Jika menekan tombol “OK” maka baris pertama menampilkan “ Input = ”

beserta dengan nilai suhu dan baris ke dua menampilkan “ Sensor = “, maksud

dari baris kedua adalah nilai suhu yang terbaca oleh sensor. Tetapi jika

menekan tombol “,” maka akan kembali ke proses kedua untuk memberi nilai

masukan.

3.2.3. Blok Termoelektrik

Besar kecilnya arus mempengaruhi suhu yang dihasilkan. Perubahan arus

berakibat berubah pula nilai tegangan, sehingga pengaturan dilakukan pada

tegangan masukan untuk termoelektrik.Tegangan yang dihasilkan dari

mikrokontroler adalah 5 volt, sehigga perlu penguatan menggunakan rangkaian

penguat non-inverting.

Jika dilakukan penguatan dua kali dari tegangan masukan pada penguat non-inverting dan nilai resistor sebesar 1000 Ω pada kaki masukan negatif op-amp. Av = 2x dan R = 1000Ω

(39)

Av = 1 + (Rf / R)

2 = 1 + (Rf / 1000)

Rf = (2 - 1) x 1000

= 1000Ω

Dari perancangan diatas maka tegangan yang dihasilkan penguat non-inverting

adalah 10 volt. Sehingga termoelektrik dapat bekerja lebih baik dibanding

dengan tegangan yang diterima termoelektrik sebesar 5 volt.

Untuk perancangan ini suhu yang digunakan adalah dingin, dengan acuan

semakin besar arus yang masuk maka semakin dingin suhu yang di peroleh.

Arus maksimal ditentukan berdasarkan nilai yang tertera pada satu digit

belakang termoelektrik. Bila arus melebihi nilai tersebut akibatnya

termoelektrik akan mengalami kerusakan dan tidak dapat digunakan.

Dikarenakan termoelektrik menghasilkan suhu panas dan dingin yang berbeda

dikedua sisinya, maka suhu panas harus dapat dibuang dengan pemberian heat-sink dan kipas dibagian panas. Sehingga suhu yang panas tidak mempengaruhi suhu yang dingin.

3.2.4. Blok Sensor

LM 35 merupakan sensor pendeteksi suhu. Sistem sensor ini menghasilkan

keluaran berupa tegangan dengan sekala kecil dan kenaikan 10mV/ 0C. Hasil

yang diperoleh menjadi masukan ADC untuk diolah mikrokontroler

(40)

rangkaian dioda zener untuk tegangan referensi sebagai tingkat perubahan

setiap masukan dari sensor. Rangkaian dioda zener seperti gambar 3.4.

Gambar 3.4. Rangkaian dioda Zener

3.2.5. Mikrokontroler ATMega8535

Setiap mikrokontroler perlu ditambah beberapa rangkaian tambahan, yaitu

osilator dan reset.

3.2.5.1. Rangkaian Osilator

Setiap mikrokontroler mempunyai fasilitas osilator yang berfungsi untuk

mengendalikan mikrokontroler dengan periode clock. Pengaturannya terletak pada jenis kristal yang digunakan dan diletakan diantara pin XTAL1 dan pin

XTAL2. Seperti gambar 3.5.

Gambar 3.5. Rangkaian Osilator

3.2.5.2. Rangkaian Reset

Mikrokontroler dapat direset saat mengeksekusi program. Antara pin reset

dengan VCC diberi sebuah resistor sedangkan antara pin reset dengan ground

(41)

tinggi. Jika kapasitor terisi penuh maka tegangan pada reset menurun dan reset

berlogika rendah, proses reset selesai.

Gambar 3.6. Rangkaian Reset

Tombol yang dipasang paralel dengan kapasitor berfungsi untuk melakukan

reset secara manual pada saat program sedang berlangsung. Saat tombol ditekan

maka tejadi pengosongan kapasitor dan reset berlogika tinggi, sedangkan saat

tombol dilepas tegangan pada reset menjadi nol dan reset berlogika rendah.

Rangkaiannya terlihat pada gambar 3.6.

3.3. Perancangan Perangkat Lunak

Program yang akan dibuat adalah suatu program penentuan nilai suhu

dengan mode on-off. Saat nilai suhu kurang dari yang diinginkan maka termoelektrik akan on (bekerja) dan saat nilai suhu lebih dari yang diinginkan maka termoelektrik akan off (tidak bekerja).

Diagram Alir Utama

Pada diagram alir utama menampilkan proses umum berlangsungnya

program. Untuk langkah awal ATMega8535 terlebih dahulu melakukan proses

(42)

tiap pin dari sebuah port dan register yang akan digunakan. Selanjutnya

mikrokontroler melakukan inisialisasi untuk LCD.

Gambar 3.7. Diagram Alir Utama

Setelah inisialisasi, mikrokontroler memproses data jika ada masukan dari

keypad. Hasilnya ditampilkan ke LCD, kemudian mikrokontroler melakukan proses pengendalian dua posisi.

Diagram Alir Masukan

Diagram alir masukan berupa proses terjadinya masukan dari keypad untuk mengetahui kapan nilai masukan diberikan dan untuk melakukan proses mode

on-off (kontrol dua posisi) atau berhenti.

Pada awal proses diperlukan masukan nilai suhu yang diinginkan, setelah itu

(43)

masukan atau tidak. Jika pasti maka tekan tombol “OK” dan proses akan

berlanjut, tetapi jika tidak tekan tombol “,” dan proses akan kembali untuk

menentukan nilai masukan.

Gambar 3.8. Diagram Alir Masukan

Dalam proses pemilihan mode on-off dan memberikan nilai masukan, bila tidak ada perintah atau masukan dari keypad maka akan terjadi looping hingga ada masukan.

Diagram Alir Proses Kontrol On – Off

Dalam diagram alir proses ini menjelaskan saat kontrol on-off berlangsung, dimana pemilihan mode on-off dan masukan suatu nilai untuk pemrosesan ulang tidak berpengaruh.

Seperti yang terlihat pada gambar 3.9 nilai masukan telah ditetapkan pada

proses pemilihan maka termoelektrik mulai aktif, demikian pula dengan sensor

(44)

Gambar 3.9. Diagram Alir Proses Kontrol On – Off

Perbandingan dari nilai masukan dengan nilai yang diperoleh dari sensor

akan mengakibatkan termoelektrik “on” atau “off”, dengan penjelasan apabila : 1. Nilai masukan dan nilai dari sensor sama, maka termoelektrik akan “on”. 2. Nilai masukan lebih besar dari nilai sensor, maka termoelektrik akan “off”. Prosesnya dilakukan berulang-ulang, sehingga keadaan dapat berubah

tergantung dari perbandingan antara nilai masukan dengan nilai sebenarnya

yang dihasilkan dari pendeteksian sensor suhu. Hasil yang diperoleh

dikeluarkan ke pin 7 di port D.

3.4. Penggunaan Pin Pada Mikrokontroler

Pada mikrokontoler ATMega8535 memiliki beberapa pin yang akan

digunakan sebagai masukan dan keluaran. Pin yang akan digunakan adalah

(45)

• keypad matrik) ditetapkan pada Port B dengan konfigurasi : Port B.0 : sebagai baris 1.

Port B.1 : sebagai baris 2.

Port B.4 : sebagai kolom 3.

• LCD pada Port C dengan konfigurasi :

Port C.0 : sebagai D4

Port C.1 : sebagai D5.

Port C.4 : sebagai RS.

Port C.6 : sebagai RW.

Port C.7 : sebagai E.

• Keluaran pada Port D.7

(46)

BAB IV

PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

Dari hasil rancangan perangkat keras dan program perangkat lunak bahasa

assembler dengan menggunakan software AVR Studio 4 telah dihasilkan sebuah alat yang berfungsi untuk melakukan proses pendingin kotak obat.

Bentuk keseluruhan yang dihasilkan dari pendingin kotak obat dapat dilihat

pada gambar 4.1.

Gambar 4.1. Bentuk Akhir Pendingin Kotak Obat

Trafo step-down digunakan untuk mengaktifkan rangkaian pendingin kotak obat, berupa driver arus, pengendali dan kipas. Sumber tegangan untuk driver

arus menggunakan rangkaian yang sudah ada, seperti gambar 4.2. Untuk

pengendali menggunakan tegangan ± 15 volt. Awalnya tegangan berbentuk

sinus tetapi dengan rangkaian regulator serta menggunakan IC7815 untuk

tegangan positif dan IC7915 untuk tegangan negatif maka tegangan menjadi

(47)

Gambar 4.2. Driver arus

Gambar 4.3. Sumber tegangan

Tegangan tersebut digunakan untuk mengendalikan op-amp, sedangkan untuk mikrokontroler memerlukan tegangan sebesar +5 volt sehingga dari

tegangan +15 volt diturunkan menjadi +5 volt menggunakan IC7805, untuk

rangkaian sumber tegangan dapat dilihat pada gambar 4.3.

Tegangan yang digunakan untuk mengaktifkan kipas adalah +12 volt.

(48)

untuk diubah menjadi tegangan berbentuk lurus, sehingga tegangan tersebut

dapat digunakan untuk mengaktifkan kipas.

Gambar 4.4. Untuk mikrokontroler

Untuk rangkaian pengendali digunakan dua buah PCB yang tersusun

paralel. Satu buah PCB digunakan untuk rangkaian mikrokontroler seperti

gambar 4.4 yang berada pada bagian dalam, sedangkan PCB lainnya digunakan

untuk rangkaian masukan dan keluaran seperti gambar 4.5 yang berada pada

bagian luar.

Cara menggunakan alat ini dengan memberikan set point melalui keypad sebanyak tiga angka, angka pertama untuk puluhan angka kedua untuk satuan

dan angka ketiga untuk satu buah angka dibelakang koma. Setelah selesai

memasukan tiga buah angka maka akan diberikan pilihan, jika set point tidak sesuai dengan yang diinginkan maka tekan tombol ‘ , ’ sehingga dapat

(49)

set point telah sesuai dengan yang diinginkan maka tekan ‘ OK ‘ dan alat pendingin kotak obat akan memulai proses pendinginan.

Gambar 4.5. PCB masukan dan keluaran

Ketika proses sedang berlangsung kita dapat mengulang penggunaan alat

ini dari awal dengan menekan tombol ‘ , ‘ sekitar satu detik dan akan kembali

ke langkah awal dengan memberikan set point.

4.1. Cara Kerja Pendingin Kotak Obat Mode On - Off

Pada awal pendingin kotak obat diaktifkan LCD dan akan ditampilkan

“*PENDINGIN KOTAK OBAT*” pada baris pertama dan “*MODE ON –

OFF*” pada baris kedua dalam beberapa detik seperti gambar 4.6. Kemudian

baris pertama menampilkan “Input =” sedangkan baris kedua kosong seperti

(50)

"Tekan : OK / ," untuk memilih apakah nilai masukan sesuai untuk mode on-off

yang diinginkan atau tidak seperti gambar4.8.

Gambar 4.6. Tampilan Awal

Gambar 4.7. Tampilan Input

Gambar 4.8. Tampilan Pemilih “OK / ,”

Jika menekan tombol “OK” pada baris 4 kolom 1 maka mode on-off aktif dan jika menekan tombol “,” pada baris 4 kolom 3 maka LCD menampilkan “Input

= ”.

Langkah awal saat mode on-off berlangsung adalah aktifnya sensor LM35 dan keluarannya menjadi masukan ADC pada mikrokontroler karena nilai yang

dihasilkan sensor berupa tegangan analog. Hasil dari ADC dikonversi ke ASCII

untuk ditampilkan di LCD. Untuk baris pertama tetap menampilkan “Input = ”

beserta set point, sedangkan untuk baris kedua akan menampilkan "Sensor = " beserta dengan nilai ADC yang telah dikonversi ke ASCII, seperti gambar 4.9.

(51)

Kemudian kendali on-off mulai aktif. Nilai masukan dan nilai dari sensor dibandingkan. Hasil perbandingan untuk menentukan aktif atau non-aktif suatu

termoelektik sebagai pendingin kotak obat. Jika nilai masukan lebih kecil dari

nilai sensor maka termoelektrik aktif, jika nilai masukan sama dengan nilai

sensor termoelektrik akan tetap aktif, tetapi jika nilai masukan lebih kecil dari

nilai sensor maka termoelektrik akan non-aktif.

Proses kendali on-off dilakukan dengan membandingkan dan mengurangi. Awalnya angka puluhan dibandingkan apakah sama atau tidak. Jika sama maka

langsung membandingkan angka satuan tetapi jika tidak sama maka nilai sensor

dikurangi dengan nilai masukan. Untuk hasil negatif mengakibatkan

termoelektrik non-aktif dan untuk hasil positif mengakibatkan termoelektrik

aktif. Demikian pula untuk angka satuan dengan membandingkan apakah sama

atau tidak. Jika sama maka langsung membandingkan angka di belakang koma

tetapi jika tidak sama maka nilai sensor dikurangi dengan nilai masukan. Untuk

hasil negatif termoelektrik non-aktif dan untuk hasil positif termoelektrik aktif.

Untuk satu angka di belakang koma dibandingkan juga. Jika sama maka

termoelektrik aktif tetapi jika tidak sama dilakukan pengurangan. Untuk hasil

negatif termoelektrik non-aktif dan untuk hasil positif termoelektrik aktif.

Hasil dari perbandingan dikeluarkan pada port D.7. Jika termoelektrik aktif

maka port D.7 bernilai satu dan jika non-aktif maka port D.7 bernilai nol. Saat

bernilai satu tegangan yang dikeluarkan mikrokontroler adalah +5 volt.

(52)

Keluaran tersebut menjadi masukan driver arus yang terbentuk dari rangkaian transistor dua tingkat sehingga tegangan buka bernilai +1,4 volt. Tetapi hasil

yang diperoleh driver arus aktif saat tegangan +1 volt, sehingga tegangan total yang mengaktifkan termoelektrik adalah +7 volt.

Proses on – off dilakukan setiap 30 detik secara terus menerus walaupun suhu yang diperoleh telah dicapai. Sehingga suhu yang dihasilkan tetap stabil

dalam jangka waktu yang lama. Tetapi suhu akan berubah jika penutup dibuka

dan memerlukan waktu untuk mencapai suhu sesuai dengan masukan awal.

Dengan adanya bentuk akhir dari pendingin kotak obat dan program

pengendali maka dapat dilakukan pengamatan dan pembahasan dari hasil uji

coba alat untuk mengetahui tingkat keberhasilan dari perancangan. Beberapa

pengujian yang dilakukan adalah :

1. Pengamatan suhu dalam tabung dengan rangkaian terbuka

2. Pengamatan waktu tempuh dan suhu dengan kendali on-off biasa 3. Pengamatan nilai tegangan pendingin kotak obat

4.2. Pengamatan dan Analisa Pendingin Kotak Obat

4.2.1. Suhu Dalam Tabung dengan Rangkaian Terbuka

Dari percobaan awal, langkah pertama yang diambil adalah menentukan

nilai tegangan yang dikeluarkan oleh mikrokontroler dan waktu penggunaan

alat. Sehingga digunakan rangkaian terbuka untuk memperoleh nilai suhu

(53)

tegangan masukan untuk termoelektrik dan variasi waktu penggunaan alat.

Hasilnya ditunjukkan pada tabel 4.1, tabel 4.2 dan tabel 4.3 sedangkan grafik

penggabungan dapat dilihat pada gambar 4.10.

Open Loop, jam 18.00 - 20.00

0

Gambar 4.10. Grafik tegangan masukan termoelektrik +6 volt, +7 volt dan +8 volt

Untuk masing-masing tegangan, pengambilan data dilakukan tiga kali

dengan waktu yang berbeda, yaitu pagi (jam 02.00 – jam 04.00), siang (jam

10.00 – jam 12.00) dan malam (jam 18.00- jam 20.00). Untuk grafik

pengamatan masing-masing suhu dengan waktu yang berbeda dapat dilihat pada

lampiran grafik suhu dengan rangkaian terbuka. Penggunaan alat yang

dilakukan pada pagi, siang atau malam memiliki perbedaan sekitar satu derajat

untuk masing-masing perubahan. Sedangkan untuk nilai tegangan yang

(54)

Tabel 4.1. Tegangan +6 volt

Waktu Pengambilan Suhu Awal (0C) Suhu Akhir (0C) Perubahan (0C)

Jam 02.00 - 04.00 26 5,2 20,8

Jam 10.00 - 12.00 26,8 7,2 19,6

Jam 18.00 - 20.00 28,4 6,8 21,6

Jam 02.00 - 04.00 26,8 2,8 24

Jam 10.00 - 12.00 28 3,6 24,4

Jam 18.00 - 20.00 27,6 4 23,6

Jam 02.00 - 04.00 26,8 6,8 20

Jam 10.00 - 12.00 27,2 7,2 20

Jam 18.00 - 20.00 28,4 7,6 20,8

Dari hasil pengamatan rangkaian terbuka terlihat bahwa waktu penggunaan

tidak terlalu mempengaruhi kinerja alat, hanya mempengaruhi suhu ruang pada

kondisi awal. Dengan demikian menggunakan tegangan masukan pada

termoelektrik sebesar +7 volt yang dianggap memiliki kinerja ideal.

4.2.2. Waktu Tempuh dan Suhu dengan Kendali On-Off Biasa

Yang diamati dari pendingin kotak obat adalah waktu dan suhu sehingga

sesuai dengan set point. Beberapa pengamatan yang dilakukan berhubungan dengan suhu ruang bagian dalam tabung adalah:

(55)

3. Suhu set point = 6 ºC, saat jam 05.00 4. Suhu set point = 5 ºC, saat jam 23.00 5. Suhu set point = 4 ºC, saat jam 22.00 6. Suhu set point = 3 ºC, saat jam 08.30 7. Suhu set point = 2 ºC, saat jam 13.00

Proses yang dilakukan adalah mode on-off biasa. Termoelektrik aktif (on) saat suhu di dalam tabung sama dengan nilai suhu masukan dan non-aktif (off) saat suhu di dalam tabung melebihi nilai suhu masukan. Jarak setiap perubahan suhu

sebesar 0,2 ºC dan waktu tunda untuk melakukan sekali proses sebesar 30 detik.

Pengamatan untuk masing-masing set point adalah : 1. Suhu tabung saat keadaan awal

2. Suhu tabung saat keadaan akhir

3. Suhu air saat keadaan awal

4. Suhu air saat keadaan akhir

5. Waktu tempuh hingga keadaan stabil

6. Waktu tempuh hingga mencapai set point

Untuk mengukur suhu air saat keadaan awal hingga akhir digunakan alat

pengukur suhu berupa termometer dengan media pendeteksi suhu berupa

termokoupel.

4.2.2.1. Suhu set point 8 ºC

(56)

sehingga untuk set point 8 ºC nilai toleransinya antara 7,6 ºC sampai 8,4 ºC. Untuk mendapatkan nilai suhu tabung akhir adalah dengan cara rata-rata dari

suhu saat stabil hingga suhu akhir saat pengambilan data telah selesai, dan hasil

yang diperoleh adalah 8,2 ºC. Dengan membandingkan suhu ruang dalam

tabung yang berada dalam nilai toleransi dan suhu air yang dicapai maka set point 8 ºC bekerja dengan baik.

Tabel 4.4. Suhu set point 8 ºC

Pengamatan Data

Suhu tabung awal (ºC) 30,4 Suhu tabung akhir (ºC) 8,2

Suhu air awal (ºC) 23

Suhu air akhir (ºC) 8

Ts (menit) 48,5

Tr (menit) 45,5

(57)

Gambar 4.12. Tr dan Ts saat set point 8 ºC

Ts (menit) 47

Tr (menit) 42.5

(58)

Data yang diperoleh dari pengamatan saat set point 7 ºC ada pada tabel 4.5 dan grafik suhu ada pada gambar 4.13. Toleransi untuk set point adalah sebesar 5%, sehingga untuk set point 7 ºC nilai toleransinya antara 6,7 ºC sampai 7,4 ºC. Untuk mendapatkan nilai suhu tabung akhir adalah dengan cara rata-rata dari

(59)

Ts (menit) 52

Tr (menit) 44

Gambar 4.15. Grafik suhu dengan set point 6 ºC

(60)

Ts (menit) 50

Tr (menit) 46,5

Gambar 4.17. Grafik suhu dengan set point 5 ºC

(61)

Ts (menit) 63

Tr (menit) 53

(62)

Gambar 4.19. Grafik suhu dengan set point 4 ºC

Ts (menit) 94

(63)

(64)

dengan nilai toleransi maka error yang didapat sebesar 0,3 ºC dan suhu air sudah mencapai 3 ºC saat suhu ruang berada di sekitar suhu 4 ºC. Dari hasil

yang dicapai maka set point 3 ºC tidak bekerja dengan baik. 4.2.2.7. Suhu set point 2 ºC

suhu saat stabil hingga suhu akhir saat pengambilan data telah selesai, tetapi

saat pengamatan set point 2 ºC tidak diperoleh suhu dengan nilai stabil. Sehingga nilai suhu tabung akhir adalah dengan cara rata-rata dari suhu pertama

kali mencapai set point hingga suhu akhir saat pengambilan data telah selesai. Hasil yang diperoleh adalah 2,6 ºC. Bila membandingkan suhu ruang dalam

tabung dengan nilai toleransi maka error yang didapat sebesar 0,5 ºC dan suhu air sudah mencapai 2 ºC saat suhu ruang belum mencapai setpoint. Dari hasil yang dicapai maka set point 2 ºC tidak bekerja dengan baik karena labil.

Ts (menit) -

(65)

Data yang diperoleh adalah satu angka dibelakang koma. Perubahan nilai

terkecil adalah 0,2 ºC dan waktu yang diperlukan untuk satu kali proses adalah

30 detik maka untuk perbandingan nilai set point dengan nilai toleransi saat suhu 6 ºC, 5 ºC dan 4 ºC sangat susah, sehingga angka dibelakang koma dapat

dibulatkan ke atas. Sedangkan saat suhu 3 ºC dan 2 ºC tidak stabil maka

(66)

maka dapat diketahui bahwa untuk set point 8 ºC - 4 ºC stabil, sedangkan untuk

set point 3 ºC dan 2 ºC tidak stabil. Artinya alat ini bekerja dengan baik dan dapat digunakan untuk set point 8 ºC, 7 ºC, 6 ºC, 5 ºC dan 4 ºC. Untuk set point

3 ºC dan 2 ºC tidak dapat bekerja dengan baik.

4.2.3. Nilai Tegangan Pendingin Kotak Obat

Dari proses berlangsungnya pendingin kotak obat terdapat beberapa nilai

tegangan yang diperoleh dengan menggunakan multimeter untuk menghasilkan

proses pendinginan yang sesuai dengan perancangan seperti tegangan output

mikrokontroler, tegangan dari penguatan, tegangan buka transistor pada driver

arus dan tegangan yang menjadi masukan untuk termoelektrik. Nilai tegangan

tersebut terdapat pada tabel 4.1.

Tabel 4.11. Nilai Tegangan

Tegangan output mikrokontroler sebesar 5 V karena mikrokontroler diberi

sumber tegangan sebesar 5 V pada pin 10, yaitu pin VCC. Untuk masukan

termoelektrik diperlukan tegangan sebesar 7 V sehingga output mikrokontroler

perlu dikuatkan. Karena adanya tegangan buka transistor sebesar 1 V maka

tegangan dari output mikrokontroler akan berkurang sebanyak 1 V, oleh karena

itu tegangan output mikrokontroler perlu dikuatkan sebesar 8 V sehingga dapat

(67)

ukur adalah keluaran dari sensur LM35 karena dapat mempengaruhi nilai ADC

pada mikrokontroler.

Arus yang diperlukan termoelektrik seluruhnya untuk bekerja dengan baik

sesuai dengan plan pada perancangan adalah 9,6 A. Karena termoelektrik terpasang secara paralel maka untuk masing-masing termoelektrik memperoleh

3,2 A. Dengan demikian telah diketahui untuk satu buah termoelektrik

menerima tegangan sebesar 7 V dan arus sebesar 3,2 A maka daya yang

diperoleh untuk satu buah termolektrik adalah 22,4 W. Sehingga untuk ketiga

buah termoelektrik diperlukan daya sebesar 67,2 W.

4.2.4. Perangkat Lunak

Dalam pembuatan program pendingin kotak obat terdiri dari beberapa

bagian, mulai dari inisialisasi mikrokontroler, inisialisasi perangkat yang

digunakan dan proses program utama yang bermode on-off. Hal tersebut dibuat seperti dibawah ini:

1. Inisialisasi Mikrokontroler

Mendefinisikan register dan port yang akan digunakan.

;============================= ;INISIALISASI DDR, PIN, PORT & REGISTER ;============================= .include "m8535def.inc"

.equ ddrADC = ddra .equ portADC = porta

.equ ddrKEYPAD = ddrb .equ pinKEYPAD = pinb .equ portKEYPAD = portb

(68)

.equ key_col3 = 6 .equ portLCD = portc

.equ ddrPWM = ddrd .equ pinPWM = pind .equ portPWM = portd

.def q1 = r16

(69)

rjmp ADC ; Inisialisasi Port I/O ;=============

Mendefinisikan data yang di kirim berupa data 4 bit, bergerak dari kiri ke

kanan, proses untuk pembacaan perintah, proses untuk pembacaan data,

penentuan baris satu dan baris dua.

(70)

(71)

rcall enable

Mendefinisikan kolom dan baris untuk setiap tombol.

;=================== ; Keypad Matrik 4x3

(72)

(73)

ldi key2, 0x37

sbis pinKEYPAD, key_row3

rjmp key13 ret key14:

ldi key1, 11

ldi key2, 0x41

rjmp key14

ldi key1, 5

ldi key2, 0x35

rjmp key22

rjmp key24

ldi key1, 6

ldi key2, 0x36

ldi key1, 9

(74)

Menentukan nilai masukan sebanyak tiga digit, yaitu nilai puluhan, nilai satuan

dan satu angka dibelakang koma. Penulisan angka tersebut tanpa perlu

memasukan koma, selain itu ada proses pengulangan jika nilai masukan salah.

;========================= breq pertama ; jika sama lompat ke pertama cpi key1, 12 ; bandingkan key1 dengan 12 breq pertama ; jika sama lompat ke pertama mov lc1, key2 ; pindahkan data di key2ke lc1 rcall data ; pangil data

mov a1, key2 ; pindahkan data di key2ke a1

;masukan satuan

kedua:

rcall keypad ; Periksa keypad (satuan)

cpi key1, 11

breq kedua

cpi key1, 12

(75)

mov lc1, key2

rcall keypad ; Periksa keypad (koma)

cpi key1, 11

;tampilkan derajat

ldi lc1, 0b11011111

rcall kirim_pesan

pilih:

5. Pembacaan Sensor (dengan ADC)

Membaca nilai yang dihasilan sensor.

;--- ;Analog - Digital Converter ;--- ad_converter:

ldi aa, 0

out ADMUX, aa

(76)

mov adc1, aa

6. Konversi ke ASCII

Mengubah nilai dari hasil ADC menjadi ASCII, sehingga dapat ditampilkan ke

LCD.

;======================== ; Konversi Hexa ke ASCII

;========================

brmi ubah100 ; apakah adc1 minus? jika ya lompat ke ubah100 inc ascii1 ; ascii1 + 1

inc ascii ; ascii1 + 1

rjmp ratusan ; lompat ke ratusan ubah100:

dec adc2 ; adc2 - 1

brmi ubah100a ; apakah adc1 minus? jika ya lompat ke ubah100a ldi aa, 256 ; isi aa dengan 256

brmi puluhan ; apakah adc1 minus? jika ya lompat ke puluhan inc ascii1 ; ascii1 + 1

rjmp ubah100b ; lompat ke ubah100a ;---

puluhan:

(77)

mov adc1, bb ; pindahkan data dari bb ke adc1 ubah10:

mov cc, adc1 ; pindahkan data dari adc1 ke cc sub adc1, aa ; adc1 - 5

brmi satuan ; apakah adc1 minus? jika ya lompat ke satuan inc ascii2 ; ascii2 + 1

7. Menampilkan Nilai Suhu dari Sensor

Proses penampilan nilai sensor ke LCD yang telah dikonversi ke ASCII.

;--- ;MENAMPILKAN DATA ADC KE LCD ;---

ldi zl, low (2*data4)

ldi zh, high (2*data4)

rcall baris2

rcall kirim_pesan

mov lc1, ascii1

;tampilkan derajat

ldi lc1, 0b11011111

(78)

ldi lc1, 0b01000011

rcall data

8. Pembanding

Membandingkan nilai masukan dari keypad dengan nilai masukan dari sensor

yang telah dibaca oleh ADC kemudian dikonversi ke ASCII. Program ini

sebagai pengendali on-off yang membandingkan tiap angka, mulai dari puluhan, satuan dan satu angka dibelakang koma.

Langkah1 membandingkan puluhan, proses awal membandingkan nilai puluhan ASCII dari hasil koversi ADC dengan nilai puluhan dari keypad, jika kedua nilai sama maka lompat ke langkah2 tetapi jika berbeda maka nilai puluhan ASCII dari hasil koversi ADC dikurangi nilai puluhan dari keypad kemudian hasilnya negatif atau positif. Jika bernilai negatif maka termoelektrik akan off

tetapi jika nilainya positif maka termoelektrik akan on.

Langkah2 membandingkan satuan, ini merupakan lanjutan dari Langkah1.

Membandingkan nilai satuan ASCII dari hasil koversi ADC dengan nilai satuan

dari keypad, jika kedua nilai sama maka lompat ke langkah3 tetapi jika berbeda maka nilai satuan ASCII dari hasil koversi ADC dikurangi nilai satuan dari

keypad kemudian hasilnya negatif atau positif. Jika bernilai negatif maka termoelektrik akan off tetapi jika nilainya positif maka termoelektrik akan on.

Langkah3 membandingkan satu angka dibelakang koma, ini merupakan

lanjutan dari Langkah2 dan proses akhir dari pengendali on-off.

(79)

dengan nilai satu angka belakang koma dari keypad, jika kedua nilai sama maka termoelektrik akan on tetapi jika berbeda maka nilai satu angka belakang koma ASCII dari hasil koversi ADC dikurangi nilai satu angka belakang koma dari

keypad kemudian hasilnya negatif atau positif. Jika bernilai negatif maka termoelektrik akan off tetapi jika nilainya positif maka termoelektrik akan on.

;--- ;BANDINGKAN SENSOR DENGAN MASUKAN ;--- langkah1:

cp ascii1, a1 ; bandingkan ascii1 dengan a1 breq langkah2 ; jika sama lompat ke langkah2 sub ascii1, a1 ; kurangi ascii1 dengan a1

brmi termoelektrik_off ; apakah ascii1 minus? jika ya lompat ke termoelektrik_off

rjmp termoelektrik_on ; lompat ke termoelektrik_on

langkah2:

cp ascii2, a2 ; bandingkan ascii2 dengan a2 breq langkah3 ; jika sama lompat ke langkah3 sub ascii2, a2 ; kurangi ascii2 dengan a2

langkah3:

cp ascii3, a3 ; bandingkan ascii3 dengan a3 breq termoelektrik_on ; jika sama lompat ke termoelektrik_on sub ascii3, a3 ; kurangi ascii3 dengan a3