5
Dalam melakukakan perancangan Prototipe ini digunakan metode rancang bangun. Secara urut metode tersebut adalah dengan menentukan identifikasi kebutuhan, analisis kebutuhan, perancangan perangkat lunak dan perangkat keras, pembutan alat serta pengujiannya.
Pada prototype pengendali dan monitoring suhu ruangan ini menggunakan sensor LM35 sebagai sensor suhu, output dari LM35 ini berupa data analog yang akan dikonversikan kedalam bentuk digital menggunakan ADC 0804.
A. Spesifikasi Sistem Perangkat Keras (Hardware) Prototipe ini mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
1. Rangkaian pengelolahan data menggunakan rangakaian AT89S52 (system minimum).
2. Rangkaian Input LM35.
3. Rangkaian pengkondisi sinyal menggunakan IC LM324
4. Rangkaian untuk komunikasi data serial menggunakan IC MAX232. 5. Rangkaian ADC untuk hasil conversi data.
6. Rangkaian keluaran pada LCD. 7. Rangkaian Driver Kipas.
B. Analisis Kebutuhan
Dalam proses realisasi system, hal awal yang harus dilakukan adalah melakukan analisi kebutuhan system. Alat yang dibuat, yaitu sebagai berikut
1. Rangkaian dasar sensor LM35 sebagai pendeteksi suhu
2. Rangkaian system minum AT89S52 sebagai komponen pengendali dari seluruh rangkaian.
3. Rangkaian ADC 0804 sebagai unit konversi nilai dari analog ke digital.
4. Rangkaian pengkondisi sinyal LM324 sebagai penguatan nilai keluaran sensor LM35.
5. Rangkaian MAX232 sebagai unit penyedia komunikasi data serial yang akan terhubung ke PC.
6. Rangkaian Driver kipas DC berfungsi sebagai pendingin ruangan. 7. Rangkaian Output dengan menggunakan LCD sebagai penampil
data suhu yang telah diproses.
8. Rangkaian catu daya dengan spesifikasi +5V dan 12v sebagai penyedia tegangan.
C. Perancangan Alat
1. Perancangan Sistem Perangkat Keras (Hardware)
Perancangan perangkat keras dalam system ini didasarkan pada analisis kebutuhan system. Adapun bagian-bagian yang diperlukan dapat disusun dalam diagram blok sebagai berikut:
Gambar 2.1 Blok Diagram Susunan Alat.
a. Rangkaian Sensor suhu LM35
Sensor LM35 adalah jenis sensor suhu yang mampu mengukur suhu 0 hingga lebih dari 150 derajad Celcius. Sensor ini berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang berupa suhu menjadi besaran elektris tegangan. Sensor ini memiliki parameter bahwa setiap kenaikan 1ºC tegangan keluarannya naik sebesar 10mV dengan batas maksimal keluaran sensor adalah 1,5 V pada suhu 150°C. Dari data sheet LM35 ini telah mempunyai pemanas sendiri atau self-heating kurang dari 0,1°C diudara normal . Dan mempunyai
fitur 0.5°C akurasi pembacaan pada saat suhu 25°C.
Pada perancangan prototipe ini ditentukan tentukan keluaran adc mencapai full scale pada saat suhu 100°C, sehingga saat suhu 100°C tegangan keluaran transduser (10mV/°C x 100°C) = 1V. Tegangan ini diolah dengan menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal agar sesuai dengan tahapan masukan ADC.
5V 5V 5V 5V 12V Sensor LM35 ADC 0804 Pengkondisi sinyal LCD Mikrokontroller AT89S52 RS 232 Kipas
Catu Daya
b. Pengkondisi Sinyal
Penguat tak membalik merupakan suatu penguat dimana tegangan keluarannya atau Vo mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukan atau Vi.
Arus I mengalir ke Ri karena impedansi masukan op–amp sangat besar sehingga tidak ada arus yang mengalir pada kedua terminal masukannya. Tegangan pada Ri sama dengan Vi karena perbedaan tegangan pada kedua terminal masukannya mendekati 0 Volt.
Gambar 2.2 LM35 Sensor Suhu
.(2.2)
.(2.2)
.(2.3) Tegangan pada Rf dapat dinyatakan sebagai
𝑽𝑹𝒇 = 𝑰. 𝑹𝒇 = 𝑹𝒇
𝑹𝒊 𝒙 𝑽𝒊
Tegangan keluaran Vo didapat dengan menambahkan tegangan pada Ri yaitu Vi dengan tegangan pada Rf yaitu VRf.
𝑽𝒐 = 𝟏 +𝑹𝒇 𝑹𝒊𝒙 𝑽𝒊 𝑽𝒐 𝑽𝒊
= 𝟏 +
𝑹𝒇 𝑹𝒊Penguat non inverting digunakan untuk mengkondisikan tegangan dari sensor suhu LM35 menjadi tegangan yang berkisar antar 0 - 5 Volt, sesuai dengan tegangan input ADC 0804. Dalam perancangan ini kita ambil range suhu antara 25oC sampai 100oC.
Untuk mendapatkan tegangan keluaran ini maka output dari sensor diumpankan ke suatu rangkaian penguat non inverting amplifier dengan menggunakan IC LM324, dapat dihitung dengan menggunakan rumus: 𝑽𝒐𝒖𝒕 = 𝑨𝑽∗ 𝑽𝒊𝒏 𝑨𝑽 = 𝟏 +𝑹𝒇 𝑹𝒊 𝑽𝒐𝒖𝒕 = 𝟏 +𝑹𝒇 𝑹𝒊 ∗ 𝑽𝒊𝒏
Terminal VRef/2 (pin 9) pada ADC mendapat tegangan dari catu daya
5V, berarti Vref = 2 x 5V = 10V, dengan VRef = 10V, maka jika Vin 10
V data ADC = 255. Dengan diinginkan data ADC sama dengan suhu dalam oC berarti data 255 sesuai dengan suhu 255 oC. pada suhu 255 oC andai kata dimungkinkan, LM35 akan menghasilkan tegangan Vo(LM35) pada
255 oC = 𝟐𝟓𝟓 𝐨𝐂 𝐱 𝟏𝟎𝒎𝑽 𝒐𝑪
= 𝟐𝟓𝟓𝟎𝐦𝐕 = 𝟐. 𝟓𝟓𝐕
Tegangan 2.55V agar menghasilkan data 255 harus diperkuat menjadi 10V dan ini memerlukan penguat dengan penguatan tegangan sebesar
𝐀𝐯 = 𝟏𝟎𝑽
𝟐. 𝟓𝟓𝑽= 𝟑. 𝟗𝟐 Untuk penguat tak membalik (“non inverting”)
𝐀𝐯 = 𝟏 +𝑹𝒇 𝑹𝒊 Hubungan antara Rf dan Ri adalah:
𝑹𝒇
𝑹𝒊 = 𝑨𝑽 − 𝟏
= 3.92 – 1 = 2.92
Jadi Rf = 2.92 x Ri, dengan Ri = 2.5KΩ maka Rf = 2.92 x 2.5k = 7.3KΩ dalam aplikasi menggunakan resistor variable 10 KΩ. Pada LM324 Vin pin 3 diberi masukkan dari keluaran LM35 dan Vo dari keluaran penguat dimasukkan ke pin 6 ADC yaitu Vin+.
c. Rangkaian Analog to Digital Converter ( ADC 0804 )
Untuk ADC 0804 dengan jumlah bit sebesar 8 bit dan Vref = 5V maka resolusinya (∆V) = 5 x 2 - 8 = 19,53mV/Bit. Masukan tegangan analog adc yang berasal dari keluaran pengkondisi sinyal saat full scale dengan nilai sebesar Vx dapat dihitung sebagai berikut:
𝑽𝒙 = 𝟓 𝟏 𝟐𝟏+ 𝟏 𝟐𝟐+ 𝟏 𝟐𝟑+ 𝟏 𝟐𝟒+ 𝟏 𝟐𝟓+ 𝟏 𝟐𝟔+ 𝟏 𝟐𝟕+ 𝟏 𝟐𝟖 = 𝟓 𝟐𝟓𝟓 𝟐𝟓𝟔= 𝟒, 𝟗𝟖𝟎𝟒𝑽
dengan demikian saat tegangan masukan adc 4,9804V keluaran adc akan bernilai FFH. Data digital 8 bit dari ADC diambil oleh mikokontroller melalui Port 1 (P1.0-P1.7 dihubung dengan DB0-DB7). Sedangkan untuk mengontrol Pin RD,RW,INTR dihubungkan ke mikrokontroller pada port P3.2, P3.3 dan P3,4
d. Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroller ( AT89S52 )
AT89S52 adalah sebuah mikrokontroller 8 bit terbuat dari CMOS, yang berkonsumsi daya rendah dan mempunyai kemampuan yang tinggi. Mikrokontroller ini memiliki 8Kbyte In-System Flash Programmable Memory, RAM sebesar 256 byte, 32 input/output, watchdog timer, dua buah register data pointer, tiga buah 16 bit timer dan counter, enam buah vektor interupsi, sebuah port serial
full-duplex, osilator on-chip, dan rangkaian clock.
AT89S52 dibuat dengan teknologi memori non-volatile dengan kepadatan tinggi oleh ATMEL. Mikrokontroller ini cocok dengan
instruksi set dan pinout 80C51 standart industri.
Flash on-chip memungkinkan memori program untuk diprogram ulang dengan programmer memory nonvolatile yang biasa.
e. Blok Diagram LCD
Konfigurasi pin LCD type M1632 yang merupakan LCD 16 x 2, dengan mode 8 bit jalur data, maka rangkaian LCD tersebut ditunjukan pada gambar 2.6 sebagai berikut:
Gambar 2.6 Rangkaian Display (LCD) Gambar 2.5 Minimum Sistem AT89S52
Jalur data LCD pin 7 sampai 14 dihubungkan ke port Mikrokontroller AT89S52 pada port P2.0 sampai P2.7, sedangkan pin RS (Register Select), RW(Read / Write) dan E(Enable) dihubungkan ke port P0.5, P0.6 dan P0.7 pada port AT89S52. Pada pin 1 LCD dihubungkan langsung ke VCC 5v dan pin 2 dihubungkan ke GND, pin 3 pada LCD digunakan untuk mengatur contras pixel dan dihubungkan ke resistor variable dengan tahanan sebesar 10kΩ.
f. Blok Diagram RS 232
RS 232 adalah standar untuk sinyal biner data serial yang terhubung antara DTE(Data Terminal Equipment) dan DCE(Data Circuit Terminal Equipment). Tegangan RS-232 standar didefiniskan
pada level tegangan logical 0 dan 1. Sinyal tengangan yang valid adalah 3 sampai 25 volt, dan yang tidak valid berada pada tegangan 0 volt. Logika 1 didefiniskan sebagai tegangan negatif dan 0 adalah logika positif. Jadi Logika nol dipresentasikan sebagai +3 sampai +25 volt, dan logika satu dipersentasikan sebagai -3 sampai -25 volt. Atas alasan ini, untuk menghubungkan AT89S52 yang ber-standar TTL dengan komputer (atau alat lain) yang menggunakan RS232, chip MAX232 untuk mengkonversi level TTL ke RS232 dan level RS232 ke level TTL. Keluaran pada pin 11 MAX232 dihubungkan langsug ke port P3.0 AT89S52 sebagai jalur RX (Receive) dan keluaran pin 12 MAX232 dibungkan ke port P3.1 sebagai jalur TX(Transmit) .
g. Blok Diagram Driver Kipas
Dalam perancangan driver kipas dc ini menggunakan transistor yang disusun secara darlington, tegangan output AT89S52 dari Port P0.4 ketika berlogic 1 adalah 4V. Diketahui transistor yang digunakan jenis NPN dengan type BC 547B yang mempunyai hfe = 200, Vbe = 700mV, dan Ic = 100mA.
𝐼𝑏 = 100𝑚𝐴 200 = 0.5𝑚𝐴 Maka Rb adalah: 𝑅𝑏 = 𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝑏𝑒 𝐼𝑏 𝑅𝑏 = (12 − 0.7)𝑉 0.5𝑚𝐴 𝑅𝑏 = 11.3𝑉 0.5𝑚𝐴 = 22.6 ∗ 10 3Ω ≈ 22kΩ
Gambar 2.8 Rangkaian Driver Kipas
Dalam yang digunakan tahanan sebesar 22KOhm, dan dioda 1N4007 digunakan sebagai pengaman agar motor tidak mendapat arus balik. Kaki basis pada Q1 dihubungkan ke port P0.4 pada mikrokontroller dan motor ini digerakan dengan menggunakan metode PWM (Pulse Width Modulation).
h. Rangkaian catu daya
Pada rangkaian ini berfungsi sebagai memberikan kebutuhan arus dan tegangan yang sesuai, rangkaian catu daya ini sumber tegangan berasal dari transformator step down dengan tegangan primer sebesar 220 VAC, pada tegangan sekunder 15VAC diambil untuk memenuhi tegangan IC regulator LM78012, dan 12VDC digunakan untuk memenuhi tegangan IC ragulator LM7805 seperti gambar 2.9.
2. Perancangan Sistem Perangkat Lunak (Software)
Dalam suatu perancangan mikrokontroller salah satu hal yang sangat penting adalah perancangan perangkat lunak (software). Perancangan lunak berisi langkah kerja secara sistematis sesuai dengan bahasa pemograman yang digunakan. Dalam pembuatan perangkat lunak diawali dengan penentuan langkah kerja yang divisualisasikan dalam sebuah algoritma dan diagram alir (flowchart) agar diperoleh langkah kerja yang paling efektif dan efesien, baru kemudian membuat program. Dan pada system target AT89S52, program yang telah dirancang harus di-download-kan pada flash memory mikrokontroller.
Pada perancangan ini program yang dibuat menggunakan bahasa C yang ditulis menggunkan software text editor Keil uVision V4.10. Program yang ditulis disimpan dalam bentuk file ber-extensi .C,
setelah itu file tersebut di-compile dan di-generate ke dalam file ber- extensi *.Hex. langkah berikutnya yang harus dilakukan adalah men-download file ber-extensi *.Hex tersebut ke memory flash target AT89S52.
1. Algoritma
Step 1 : Inisialisasi Hardware
Step 2 : Ambil data dari ADC pada port P1 dan simpan pada variable “adc_val”
Step 3 : Konversi data yang disimpan pada adc_val dari biner ke ASCII dan di disimpan ke “proses_data” Step 4 : Tampilkan hasil proses_data.
Step 5 : Kirim proses_data ke PC Server menggunakan Serial.
Step 6 : Menunggu Instruksi (“nomor instruksi (nisx)”,”set mode x >”, “nilai range”, “nilai PWM”, “start”, “stop”) Step 7 : Laksanakan instruksi (proses delimiter antara nomor
instruksi, nilai range, nilai PWM, start, stop); Step 8 : Konfirmasi ke server bahwa Instruksi telah selesai.
D. Spesifikasi Sistem Perancangan Program GUI Client dan Server 2.1. Arsitektur Dasar TCP/IP:
Pada dasarnya komunikasi data merupakan proses mengirimkan data dari satu komputer ke komputer yang lain. Untuk dapat mengirimkan data, pada computer harus ditambah suatu alat yang disebut sebagai antarmuka jaringan (network interface).
TCP/IP adalah sekumpulan protokol yang dirancang untuk melakukan fungsi-fungsi komunikasi data pada WAN, terdiri atas sekumpulan protokol yang masing-masing bertanggung-jawab atas bagian-bagian tertentu komunikasi data. TCP/IP bukan hanya protokol yang dijalankan oleh internet, tetapi juga protokol yang digunakan pada jaringan intranet. TCP menyediakan kehandalan transmisi data antara client dan server apabila data hilang atau diacak, TCP memicu transmisi ulang sampai galat terkoreksi. IP menjalankan paket data dari simpul ke simpul, mengdekode alamat dan rute data ke tujuan yang ditunjuk. Lapisan pada TCP/IP diperlihatkan pada Gambar
TCP/IP terdiri atas empat lapis kumpulan protokol yang bertingkat. Keempat lapisan tersebut adalah sebagai berikut.
1. Lapisan Antarmuka Jaringan (Network Interface Layer). Lapisan ini sering disebut juga link layer paling bawah yang bertanggung jawab mengirim dan menerima data ke dan dari media fisik. Media fisiknya dapat berupa kabel, serat optik, atau gelombang radio. Protokol pada lapisan ini harus mampu menjadi data digital yang dimengerti komputer yang berasal dari peralatan lain yang sejenis.
2. Lapisan Internet (Internet Layer). Protokol yang berada pada lapisan inibertanggung jawab dalam pengiriman paket ke alamat yang tepat. Pada lapisan ini terdapat tiga macam protokol yaitu IP (Internet Protocol), ARP (Address Revolution Protocol), dan ICMP (Internet Control Message Protocol).
3. Lapisan Transport (Transport Layer). Lapisan ini berisi protokol yang bertanggung jawab untuk mengadakan komunikasi antara dua host. Kedua protokol yang terdapat pada lapisan ini adalah TCP (Transmission Control Protocol) dan UDP (User Diagram Protocol).
4. Lapisan Aplikasi (Application Layer). Pada lapisan ini pengguna memakai semua aplikasi yang disediakan oleh layanan TCP/IP. Program aplikasi akan memilih jenis protokol tranportasi yang diperlukan.
2.2 Transmission Control Protocol (TCP)
TCP merupakan protokol lapisan transport, menyediakan layanan yang dikenal sebagai connection oriented, reliable, dan byte stream service. Connection oriented berarti bahwa sebelum
melakukan pertukaran data dua aplikasi pengguna TCP harus melakukan pembentukan hubungan (handshake) terlebih dahulu. Reliable berarti TCP menerapkan proses deteksi kesalahan paket dan
mentransmisi. Byte stream service berarti paket dikirimkan dan sampai ke tujuan secara berurutan.
2.3 User Datagram Protocol (UDP)
Tidak seperti TCP yang bersifat connection oriented, UDP bersifat connectionless. Dalam UDP tidak ada pengurutan kembali (sequencing) paket yang datang, acknowledgment terhadap paket
yang datang atau retransmisi jika paket mengalami masalah di tengah jalan. Kemiripan UDP dengan TCP adalah pada penggunaan port number. Karena sifatnya yang connectionless dan unreliable, UDP digunakan oleh aplikasi-aplikasi yang secara periodik
Dalam perancangan program GUI ini menggunakan tools pengembang C++Builder dari Embarcadero, perangkat ini telah dilengkapi dengan komponen yang digunakan untuk mengembangkan program client dan sever yaitu (Internet Direct) Indy v 10. Indy bersifat open source dan mempunyai library yang support TCP, UDP, SMTP, POP3, NNTP, HTTP. Adapun system yang akan dirancang pada
program client dan server ini menggunakan metode pemoggraman socket yang berbasis protocol TCP, untuk flowchart sebagai berikut:
1. Algoritma Server:
Step 1: Ambil Interface Ethernet yang aktif Step 2: Binding Ip address dan port yang aktif Step 3: Listen, tunggu client terhubung
Step 4: Terima client
Step 5: Kirim authentifikasi user name dan password Step 6: Terima instruksi
Step 7: Aktifkan serial Step 8: Kirim ke hardware
Step 9: Terima pesan konfirmasi dari hardware Step 10: Kirim pesan konfirmasi ke client 2. Algoritma Client
Step 1: Masukkan Ip address server dan port yang di binding oleh server
Step 2: Koneksi ke server
Step 3: Masukkan user name dan password Step 4: Kirim Instruksi ke server
Step 5: Minta data suhu
Step 6: Terima pesan komfirmasi dari hardware Step 7: Terima data suhu
3. Flowchart server: Server Tidak Start Bind IP dan Port Listen Terima Kirim Authentikasi Username & Password
Login ? Client Disconnect Konfirmasi Ke Client Set mode Ok Serial Aktif
Kirim data suhu
Disconnect Client Berhasil Login
Kirim instruksi ke Alat Terima instruksi
4. Flowchart Client
Client
Kirim data valid Start Connect ke server Read data server Minta Data Suhu Kirim instruksi Mode 1-3, Set Nilai PWM, Minta Data Tampilkan dilayar monitor Stop Minta Data Suhu Disconnect ? YA TIDAK
Berikut ini adalah gambar GUI aplikasi server dan client yang akan digunakan dalam tugas akhir ini.
Server :
Dalam perancangan ini diharapkan dapat lebih user friendly, agar mudah digunakan, program ini mempunyai beberapa panel yaitu: 1. Process Log
Sever
Panel ini berfungsi untuk menampilkan daftar hasil bind IP Address dan Port, dan mempunyai subitem yaitu No, Ip, Start Port, End Port, dan status Bind.
Client
Panel ini berfungsi untuk menampilkan daftart koneksi client ke server, dan mempunyai subitem yaitu No, Name, Ip, Peer Ip, Port, Peer port, dan Status.
Instruksi
Panel ini ber fungsi untuk menampilkan hasil permintaan dari client ke server.
Panel Log Serial
Panel ini berfungsi untuk menampilkan hasil instruksi dari server ke Mikrokontroller.
Panel Indicator
Panel ini berfungsi sebagai penanda atau indikator proses yang terjadi, diantara lain yaitu indikator Server ketika proses bind, indikator Serial ketika terkoneksi dengan Mikrokontroller, indikator RX ketika terjadi transaksi data dari Mikro, dan yang terakhir adalah indikator Warning terjadi ketika suhu melebihi batas yang di set pada “set mode 3 <”.
Panel Control
Panel ini berfungsi memasukkan nillai dan mengirim ke alat Panel Monitor
Panel ini berfungsi untuk menampilkan suhu dalam satuan derajat celcius.
Panel Instruksi untuk memilih set nilai range, set nilai Pwm, dan
start untuk meminta data suhu dari alat, dan stop untuk mengaktifkan mode dafault
Panel Bind Ip
Didalam panel ini terdapat daftar IP address yang aktif pada interface Ethernet dilokal komputer untuk siap di bind, dan terdapat Port “begin to end” untuk di bind.
Client
Program client ini mempunyai beberapa panel yaitu: Message
Panel ini berfungsi untuk menampilkan hasil permintaan dari client.
Panel Indicator
Panel ini berfungsi sebagai penanda jika client terlah connect dengan server dan data suhu telah diterima.
Panel Termometer
Panel ini berfungsi untuk menampilkan data suhu dalam scala Celsius layaknya thermometer analog.
Panel Send
Panel ini berfungsi untuk memerintahkan server jika fasilatas yang tersedia ada di server.
Panel Control
Panel ini berfungsi untuk mengirim Mode 1 sampai Mode 3. Panel Monitoring
Panel ini berfungsi untuk menampilkan hasil data suhu yang telah dikonversi dari celcius ke farenheit, reamur, dan kelvin.
