BAB II
DASAR TEORI
2.1 Sistem Pengukuran
Pengukuran sangat diperlukan pada bidang teknik, khususnya refrigerasi dan tata udara. Pengukuran adalah proses atau kegiatan untuk menampilkan kualitas sesuatu secara numerik atau serangkaian kegiatan yang bertujuan untuk menentukan nilai suatu besaran dalam bentuk angka (kwantitatif). Jadi mengukur adalah suatu proses mengaitkan angka secara empirik dan obyektif pada sifat-sifat obyek atau kejadian nyata sehingga angka yang diperoleh tersebut dapat memberikan gambaran yang jelas mengenai obyek atau kejadian yang diukur.
Pengukuran dipandang dari ilmu pengetahuan dan teknik merupakan bidang yang sangat luas, meliputi masalah deteksi, pengolahan, pengaturan, dan analisa data. Besaran yang diukur atau dicatat oleh suatu instrumen termasuk besaran-besaran fisika, kimia, mekanik, listrik, optik, dan akustik. Parameter besaran-besaran tadi merupakan bahan kegiatan yang penting dalam tiap cabang penelitian ilmu dan proses industri yang berhubungan dengan sistem pengaturan proses, instrumentasi proses, dan pula reduksi data. Sistem pengukuran pada umumnya dapat dibagi menjadi tiga elemen utama yaitu transduser, pengkondisi sinyal, dan display, hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Nilai yang diukur
Gambar 2.1. Diagram Sistem Pengukuran. 2.1.1 Sensor/Transduser
Sensor/tranduser pada dasarnya dapat dipandang sebagai sebuah perangkat atau device yang berfungsi mengubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik, sehingga keluarannya dapat diolah dengan rangkaian listrik atau sistem digital.
D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari
Transduser Pengkondisi Sinyal Display
perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Pada tugas akhir ini penulis menggunakan sensor temperatur LM35DZ.
Karakteristik dari beberapa jenis sensor temperatur yang ada dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 2.1. Perbandingan Sensor Temperatur (Schuller, Mc.Name, 1986). (sumber http://www.musbikhin.com/wp-content/uploads/2011/03/sensor.jpg)
2.1.2 Pengkondisi Sinyal
Pengkondisi sinyal merupakan elemen sistem pengukuran yang berfungsi mengkonversi informasi dari tranduser menjadi bentuk informasi yang dapat ditampilkan (di display). Elemen ini bertugas memperbesar informasi dari tranduser agar dapat terbaca pada display alat pengukuran. Tugas pengkondisi sinyal yang sering dilakukan adalah penguatan (amplification). Misalnya sinyal-sinyal lemah yang berasal dari sensor temperatur, sebaiknya dikuatkan untuk meningkatkan resolusi pengukuran. Pada tugas akhir ini pengkondisi sinyal yang penulis gunakan adalah delapan buah ADC (Analog to Digital Converter) internal yang sudah terintegrasi pada mikrokontroler Atmega16. Jenis ADC yang biasa digunakan dalam perancangan yaitu jenis successive approximatoin convertion (SAR) / pendekatan bertingkat yang memiliki waktu konversi jauh lebih singkat.
2.1.3 Display
Display merupakan elemen sistem pengukuran yang berfungsi mengkonversi signal instrumen dari satu bentuk menjadi bentuk lain yang di desain untuk memberikan persepsi bagi pengamat (orang yang melakukan pengukuran). Atau dengan kata lain display adalah sebuah alat untuk menampilkan atau merekam sinyal yang diukur agar dapat dibaca dan dipelajari oleh manusia. Pada tugas akhir ini penulis menggunakan display berupa LCD (Liquid Cristal Display).
2.2 Mikrokontroler Atmega16
Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus. Sederhananya, cara kerja mikrokontroler sebenarnya hanya membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut "pengendali kecil" dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat
direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka :
o Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas
o Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar
dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi
o Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang
kompak
Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks. Pada tugas akhir ini penulis menggunakan mikrokontroler Atmega16.
Gambar 2.2. Mikrokontroler Atmega16.
(sumber http://id-evotech.com/wp-content/uploads/wpsc/product_images/)
Atmega16 berbasis pada arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computing), dimana satu instruksi dapat dieksekusi dalam satu clock, dan dapat mencapai 1 MIPS (Million Instruction Per Second) per MHz. Mikrokontroller Atmega16 memiliki keistimewaan dibanding jenis mikrokontroler AT89C51, AT89C52, AT80S51, dan AT89S52. Keistimewaannya yaitu pada mikrokontroller Atmega16 memiliki port input ADC 8 channel 10 bit.
2.2.1 Konfigurasi Pin Mikrokontroler Atmega16
Mikrokontroler Atmega16 memiliki 40 pin kaki dengan konfigurasi sebagai berikut.
Gambar 2.3. Konfigurasi pin mikrokontroler Atmega16. (sumber Datasheet Mikrokontroler Atmega16)
Fungsi masing-masing pin pada mikrokontroler Atmega16 tersebut yaitu : 1. Port A (PA0…7) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan
ADC
2. Port B (PB0…7) merupakan pin input/output dua arah dan pin dengan fungsi khusus seperti SPI, MISO, MOSI, SS, AIN1/OC0, AIN0/INT2, T1, T0, TI/XCK
3. Port C (PC0…7) merupakan pin input/output dua arah dan pin dengan fungsi khusus seperti TOSC2, TOSC1, TDI, TD0, TMS, TCK, SDA, SCL 4. Port D (PD0…7) merupakan pin input/output dua arah dan pin dengan
fungsi khusus seperti RXD, TXD, INT0, INT1, OC1B, OC1A, ICP1 5. Vcc merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya. 6. GND merupakan pin Ground
7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler
8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal 9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC
10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
2.2.2 Fitur Mikrokontroler Atmega16
Fitur yang tersedia dalam mikrokontroler ATmega16, yaitu : 1. Frekuensi clock maksimum 16 MHz.
2. Jalur I/O 32 buah, yang terbagi dalam port A, port B, port C, dan port D. 3. Analog to Digital Converter (ADC) 10 bit sebanyak 8 input.
4. Timer/counter sebanyak 3 buah. 5. CPU 8 bit yang terdiri dari 32 register. 6. Watchdog timer dengan osilator internal. 7. SRAM internal sebesar 1K byte.
8. Memori flash sebesar 8Kbyte dengan kemampuan read while write. 9. Interrupt internal maupun eksternal.
10. Port komunikasi SPI (Serial Pheripheral Interface)
11. EEPROM (Electrically Erasable Program-mable Read Only Memory) sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
12. Analog komparator.
13. Komunikasi serial standar USART dengan kecepaatan maksimal 2,5 Mbp.
2.3 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD merupakan komponen yang mampu menampilkan besaran fisik yang kita inginkan. Hasil dari pemprosesan ditampilkan dalam suatu screen atau layar, biasanya berupa huruf atau angka. Contohnya tekanan, kecepatan, temperatur, kelembaban, waktu, dan lain-lain dalam bentuk berupa huruf dan angka.
LCD (Liquid Crystal Display) secara jenis, ada dua macam LCD: 1. LCD Character 2. LCD Graphics.
2.3.1 LCD Karakter 16x2
LCD Character (LCD Karakter) adalah LCD yang tampilannya terbatas pada tampilan karakter, khususnya karakter ASCII (seperti karakter-karakter yang tercetak pada keyboard komputer). Sedangkan LCD Graphics (LCD Grafik) adalah LCD yang tampilannya tidak terbatas, bahkan dapat menampilkan foto. LCD Grafik inilah yang terus berkembang seperti layar LCD yang biasa dilihat di notebook / laptop. Dalam pembahasan kali ini akan dikonsentrasikan pada LCD Karakter.
Jenis LCD karakter yang beredar di pasaran biasa dituliskan dengan bilangan matriks dari jumlah karakter yang dapat dituliskan pada LCD tersebut, yaitu jumlah kolom karakter dikali jumlah baris karakter. Sebagai contoh, LCD16X2, artinya terdapat 16 kolom dalam 2 baris ruang karakter, yang berarti total karakter yang dapat dituliskan adalah 32 karakter.
Gambar 2.4. Karakter pada LCD 16x2.
(sumber http://depokinstruments.files.wordpress.com/2010/02/kolom-x-baris1.jpg)
LCD Karakter dalam pengendaliannya cenderung lebih mudah dibandingkan dengan LCD Grafik. Namun ada kesamaan diantara keduanya, yaitu inisialisasi. Inisialisasi adalah prosedur awal yang perlu dilakukan dan dikondisikan kepada LCD agar LCD dapat bekerja dengan baik. Hal yang sangat penting yang ditentukan dalam proses inisialisasi adalah jenis interface (antarmuka) antara LCD dengan controller (pengendali). Pada umumnya terdapat dua jenis antarmuka yang dapat digunakan dalam pengendalian LCD karakter:
1. 4 Bit, dan 2. 8 Bit.
2.3.2 Konfigurasi Pin LCD 16x2
Untuk dapat mengendalikan LCD karakter dengan baik, tentu perlu koneksi yang benar. Dan koneksi yang benar dapat diwujudkan dengan cara mengetahui pin-pin antarmuka yang dimiliki oleh LCD karakter tersebut. LCD karakter yang beredar di pasaran memiliki 16 pin antarmuka:
Gambar 2.5. Pin Antarmuka LCD 16x2.
(sumber http://depokinstruments.files.wordpress.com/2010/02/lcd-pins2.jpg)
1. VSS = GND
2. VDD = Positif 5 Volt
3. Vo = Tegangan untuk mengatur kontras dari tampilan karakter 4. RS
5. R/W
6. E = pin 4 (RS) – pin 6 (E) digunakan untuk aktivasi LCD 7. DB0 8. DB1 9. DB2 10. DB3 11. DB4 12. DB5 13. DB6
14. DB7 = pin 7 (DB0) – pin 14 (DB7) digunakan untuk komunikasi data parallel dengan pengendali
15. Anoda LED Backlight LCD 16. Katoda LED Backlight LCD.
2.4 Sensor Temperatur LM35DZ
IC sensor temperatur dibagi menjadi dua jenis yaitu seri LM34 (dalam skala fahrenheit) dan LM35 (dalam skala celsius). LM35DZ merupakan salah satu tipe sensor dari LM35. Komponen ini mampu mengukur temperatur dalam range 0 oC hingga 100 oC. Selain itu komponen ini harganya cukup murah. Pada
Gambar 2.6 dapat dilihat bentuk fisik dari LM35DZ.
Gambar 2.6. Sensor LM35DZ.
(sumber http://akizukidenshi.com/img/goods/1/I-00116.jpg)
Pada seri LM35DZ Vout = 10 mV/oC, artinya tiap kenaikan 1oC
menghasilkan kenaikan tegangan output sebesar 10 mV. Dengan tegangan keluaran yang terskala linear dengan temperatur terukur, yakni 10 milivolt per 1
oC, maka komponen ini sangat cocok untuk digunakan sebagai sensor untuk
aplikasi-aplikasi seperti termometer ruang digital, mesin pasteurisasi, atau termometer badan digital. LM35DZ dapat disuplai dengan tegangan mulai 4V-30V DC, arus yang mengalir kurang dari 60mA, dan, memiliki tingkat efek self-heating yang rendah (0,08 oC). Self-heating merupakan efek pemanasan oleh komponen itu sendiri akibat adanya arus yang bekerja melewatinya. Untuk komponen sensor suhu, parameter ini harus dipertimbangkan dan di-handle dengan baik karena hal ini dapat menyebabkan kesalahan pengukuran. Seperti sensor suhu jenis RTD PT100 atau PT1000 misalnya, komponen ini tidak boleh dieksitasi oleh arus melebihi 1 mA, jika melebihi, maka sensor akan mengalami self-heating yang menyebabkan hasil pengukuran senantiasa lebih tinggi dibandingkan suhu yang sebenarnya.
Pada Gambar 2.7 dapat dilihat kaki pin pada LM35DZ. Kaki pin tersebut terdiri dari ground, Vout, dan +Vs.
Gambar 2.7. Kaki Pin Sensor LM35DZ
(sumber http://www.piclist.com/images/www/hobby_elec/gif/pic6_g4_02_1.gif)
2.5 Push Button
Push button bekerja dengan cara ditekan, alat ini befungsi sebagai pemberi sinyal masukan pada rangkaian listrik, ketika / selama bagian knopnya ditekan maka alat ini akan bekerja sehingga kontak-kontaknya akan terhubung untuk jenis normally open dan akan terlepas untuk jenis normally close, dan sebaliknya ketika knopnya dilepas kembali maka kebalikan dari sebelumnya, untuk membuktikannya pada terminalnya bisa digunakan alat ukur tester / ohm meter. pada umumnya pemakaian terminal jenis NO digunakan untuk menghidupkan rangkaian dan terminal jenis NC digunakan untuk mematikan rangkaian, namun semuanya tergantung dari kebutuhan. Berikut merupakan contoh push button (lihat Gambar 2.8)
Gambar 2.8. Push Button.
(sumber http://kedairobot.com/65-thickbox/digital-push-button.jpg)
2.6 Downloader DI-Low Cost USB 51 ISP
Downloader merupakan komponen yang berfungsi sebagai proses koneksi antara mikrokontroler dengan komputer. Selain itu fungsinya juga untuk mentransfer data/program yang telah dibuat pada mikrokontroler. Downloader yang digunakan pada tugas akhir ini yaitu downloader DI-Low Cost USB 51 ISP. DI-Low Cost USB 51 ISP (USB MCS-51 Downloader) adalah modul pengunduh (downloader) program dari PC/Notebook ke IC mikrokontroler keluarga MCS-51 (seperti AT89S51, AT89S52, dll) yang memiliki fitur pemrograman ISP (In System Programming) melalui port USB dari PC/Notebook.
Gambar 2.9. Layout Posisi Komponen DI-Low Cost USB 51 ISP (USB MCS-51 Downloader). (sumber Datasheet DI-Low Cost USB 51 ISP)
Pada Gambar 2.9 dapat kita lihat layout posisi komponen pada downloader DI-Low Cost USB 51 ISP. Dan untuk keterangan pinnya dapat dilihat pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10. Keterangan Pin DI-Low Cost USB 51 ISP . (sumber Datasheet DI-Low Cost USB 51 ISP)
Dimensi PCB ini adalah 42.9mm(X) x 30.2mm(Y) x 1.9mm(Z). Aplikasi DI-Low Cost USB 51 ISP (USB MCS-51 Downloader) diperuntukkan sebagai pengunduh (downloader) skrip program ke IC mikrokontroler keluarga MCS-51, seperti AT89S51, yang berfasilitas ISP. Downloader ini cocok untuk mengunduh (download) program ke semua IC mikrokontroler keluarga MCS-51, seperti AT89S51, AT89S52, AT89S1051, AT89S2051, dll, yang memiliki fasilitas ISP
(In System Programming) melalui port USB pada Notebook atau PC. Selain itu kelebihannya mudah digunakan, dengan menggunakan program downloader yang “user friendly”.
2.7 Bahasa Basic Compiler pada BASCOM AVR
BASCOM-AVR adalah program basic compiler berbasis windows untuk mikrokontroler keluarga AVR merupakan pemrograman dengan bahasa tingkat tinggi ” BASIC ” yang dikembangkan dan dikeluarkan oleh MCS elektronika sehingga dapat dengan mudah dimengerti atau diterjemahkan.
Dalam program BASCOM-AVR terdapat beberapa kemudahan, untuk membuat program software ATMEGA 8535, seperti program simulasi yang sangat berguna untuk melihat, simulasi hasil program yang telah kita buat, sebelum program tersebut kita download ke IC atau ke mikrokontroler.
Ketika program BASCOM-AVR dijalankan dengan mengklik icon BASCOM-AVR, maka jendela berikut akan tampil :
Gambar 2.11. Tampilan Jendela Program BASCOM-AVR.
BASCOM-AVR menyediakan pilihan yang dapat mensimulasikan program. Program simulasi ini bertujuan untuk menguji suatu aplikasi yang dibuat
dengan pergerakan LED yang ada pada layar simulasi dan dapat juga langsung dilihat pada LCD, jika kita membuat aplikasi yang berhubungan dengan LCD.
Gambar 2.12. Tamplan Simulasi BASCOM-AVR.
Intruksi yang dapat digunakan pada editor Bascom-AVR relatif cukup banyak dan tergantung dari tipe dan jenis AVR yang digunakan. Berikut ini beberapa instruksi-instruksi dasar yang dapat digunakan pada mikrokontroler ATmega16.
Tabel 2.2 Beberapa instruksi dasar Bascom AVR.
Instuksi Keterangan
DO ... LOOP Perulangan
GOSUB Memanggil Prosedur
IF ... THEN Percabangan
FOR ... NEXT Perulangan
WAIT Waktu Tunda Detik
WAITMS Waktu Tunda MiliDetik
WAITUS Waktu Tunda MicroDetik
GOTO Loncat Kealamat Memori
SELECT ... CASE Percabangan
2.8 ISIS Proteus
Proteus merupakan gabungan dari program ISIS dan ARES. Dengan penggabungan kedua program ini maka skematik rangkaian elektronika dapat dirancang serta disimulasikan dan dibuat menjadi layout PCB.
Gambar 2.13. ISIS Proteus.
ISIS singkatan dari Intelligent Schematic Input System dan merupakan salah satu program simulasi yang terintegrasi dengan Proteus dan menjadi program utamanya. ISIS dirancang sebagai media untuk menggambar skematik rangkaian elektronik yang sesuai dengan standar internasional.
Dalam ISIS juga dimasukkan sebuah program ProSPICE yang berguna untuk menyimulasikan skematik rangkaian, sehingga ISIS dapat menjadi program simulator rangkaian elektronika yang interaktif. ProSPICE dirancang berdasarkan standar bahasa pemrograman SPICE3F5, sehingga mampu mensimulasikan rangkaian gabungan dari komponen analog dan digital secara interaktif yang dikenal dengan istilah Interactive Mixed Mode Circuit Simulator.
Dengan mengintegrasikan ProSPICE ke dalam program ISIS maka akan dihasilkan sebuah pemodelan sistem secara virtual yang dikenal dengan istilah Virtual System Modelling (VSM). Melalui teknologi VSM inilah maka program
ISIS dapat mensimulasikan berbagai komponen mikroprosesor dan mikrokontroller.
Gambar 2.14. Tampilan Jendela Program ISIS Proteus.
ISIS dapat menyimulasikan berbagai jenis mikroprosesor dan mikrokontroler, termasuk mikrokontroler keluarga AVR. Diharapkan dengan menggunakan program simulasi ini maka perancangan rangkaian berbasis mikrokontroler dapat lebih mudah dilakukan serta mengurangi biaya produksi dan menghemat waktu. ISIS dilengkapi program compiler, sehingga dapat mengompilasi file kode sumber seperti Assembly menjadi file HEX sehingga nantinya dapat digunakan oleh mikrokontroler yang sebenarnya.
2.9 Alat Destilasi Air Laut
Prinsip destilasi air laut yaitu mendapatkan air bersih melalui proses penyulingan air laut (perpindahan kalor, penguapan dan pengembunan). Air laut jika dipanaskan terus menerus akan menguap menjadi uap jenuh. Uap jenuh hasil penguapan jika bersentuhan dengan permukaan benda dengan temperatur yang lebih rendah, maka akan terjadi proses kondensasi pada permukaan tersebut. Pada proses kondensasi uap jenuh akan berubah fasa dari uap ke cair. Karena pengaruh
gravitasi, zat cair atau air akan mengalir ke bawah dan tertampung dalam wadah. Zat cair yang tertampung dalam wadah inilah yang dinamakan air tawar.
Destilasi merupakan cara yang efektif digunakan untuk menghasilkan air bersih yang bebas dari kuman, bakteri, dan kotoran yang berupa padatan kecil. Pada proses destilasi, yang diambil hanya air kondensatnya, kuman dan bakteri akan mati oleh proses pemanasan, dan kotoran akan mengendap di dasar basin.
Yang mendasar pada proses destilasi yaitu proses evaporasi dan kondensasi, kedua proses ini dipengaruhi oleh pemanasan air baku. Proses pemanasan air baku dipengaruhi oleh massa dari air baku yang dipanaskan. Berdasarkan teori kalau proses penguapan itu membutuhkan kalor yang banyak, jadi massa air baku yang banyak akan menyebabkan proses penyerapan kalor menjadi sedikit artinya banyak air yang tidak menguap, begitu pula sebaliknya massa air baku yang sedikit akan mempercepat proses penyerapan kalor oleh air laut itu sendiri. Proses penyerapan kalor oleh air laut dapat mempengaruhi performansi alat destilasi.
Berikut merupakan gambar sistem refrigerasi destilasi air laut.
Gambar 2.15. Sistem Refrigerasi Destilasi Air Laut.
