T1 612007031 BAB III

9

Mikrokontroler Multiplexer

8 to 1 Sensor Termokopel

Pengkondisi Sinyal

KOMPUTER

Power Bank 8800 mAH

Penampil LCD Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan dari perangkat keras, serta perangkat lunak dari alat akuisisi data termokopel 8 kanal.

3.1. Gambaran Sistem

Alat yang direalisasikan pada skripsi ini adalah alat ukur suhu dengan termokopel dengan 8 kanal inputan yang dapat digunakan secara bersamaan dan mampu merekam data yang akan disimpan oleh komputer atau laptop.

Gambar 3.1 Diagram Blok sistem

Gambar 3.1 menunjukkan blok diagram sistem secara keseluruhan yang dirancang. Secara umum sistem yang dirancang terdiri dari kontrol utama, sensor,

1. Kontrol Utama

Kontrol utama dalam blok diagram sistem di atas adalah mikrokontroler Atmega32.

2. Sensor

Sensor yang dipakai pada alat ini adalah termokopel baut type K.

3. Multiplexer

Multiplexer adalah suatu rangkaian yang mempunyai banyak input dan hanya mempunyai satu output. Dengan menggunakan selector, kita dapat memilih salah satu inputnya untuk dijadikan output. Sehingga dapat dikatakan bahwa multiplexer ini mempunyai n input, m selector , dan 1 output.

Multiplexer berfungsi memilih data mana yang akan diolah oleh mikrokontroler.

4. Amplifier

Amplifier adalah penguat tegangan untuk termokopel dikarenakan output tegangan daripada termokopel sangat kecil sehingga untuk dapat diolah oleh mikrokontroler maka perlu adanya amplifier sebagai penguat data sensor. 5. Komunikasi

Komunikasi sangat diperlukan untuk dapat mengirim data antara mikrokontroler dengan komputer. Dalam hal ini komunikasi data yang dilakukan adalah secara serial.

6. SumberDayaListrik

Sumber Daya Listrik untuk alat ini menggunakan power bank dengan kapasitas baterai 8800 mAH

3.2. Perancangan Perangkat Keras

3.2.1. Sistem Kontrol

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan sistem kontrol pada alat ini. Gambar 3.2 menunjukkan gambaran sistem secara umum.

Sistem kontrol pada alat ini memiliki 2 bagian yaitu kontrol utama dan kontrol pengolahan penyimpanan data. Kontrol utama adalah mikrokontroler dan kontrol penyimpanan data adalah komputer atau laptop.

Kontrol utama berfungsi untuk mengolah data dari inputan sensor sebelum ditampilkan pada LCD dan dikirimkan kepada komputer. Sedangkan kontrol penyimpanan data berfungsi sebagai pengatur dan pengolah penyimpanan data yang dikirimkan oleh kontrol utama.

Gambar 3.2 Gambaran umum sistem

1. Kontrol Utama

Kontrol utama pada alat ini menggunakan mikrokontroler sebagai pengolah data dari sensor serta pengatur jalur data masukkan sensor (mengatur selector Multiplexer).

2. Kontrol Penyimpanan Data

3.2.2. Perangkat Keras Elektronik

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai board sistem minimum mikrokontroler ATMega32, sensor Termokopel tipe-K, Multiplexer, Pengkondisi sinyal (amplifier), dan LCD grafik.

Gambar 3.3 Skema perangkat keras elektronik

1. Board Sistem Minimum Mikrokontroler Tipe ATMega 32

Board sistem minimum mikrokontroler tipe ATMega 32 digunakan sebagai kontrol utama pada sistem alat ini. Pada perancangan sistem minimum ATMega 32 digunakan kristal

Mikrokontroler ATMega 32 termasuk dalam mikrokontroler keluarga AVR yang diproduksi oleh Atmel Corporation. Fasilitas – fasilitas yang dimiliki oleh ATMega 32 antara lain:

1. Memori flash sebesar 32K Byte. 2. 1024 Byte EEPROM.

3. 2K Byte SRAM.

4. Tiga buah timer/counter. (2 buah 8-bit dan 1 buah 16-bit) 5. Delapan saluran 10-bit ADC.

6. Serial USART.

7. Interupsi internal/external.

8. 40 pin dengan 32 saluran input/output (PORTA, PORTB, PORTC, PORTD).

Gambar 3.4 Gambar konfigurasi pin Mikrokontroler ATMega32

1. PA0 – PA7 adalah delapan saluran port A. Port ini dapat difungsikan sebagai saluran input/output. PORT A juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai saluran masukan

Analog to Digital Converter (ADC) 10 bit.

2. PB0 – PB7 adalah delapan saluran port B. Port ini dapat difungsikan sebagai saluran input/output. PORT B juga memiliki fungsi khusus sebagai SPI, komparator analog dan timer/counter.

3. PC0 – PC7 adalah delapan saluran port C. Port ini dapat difungsikan sebagai saluran input/output. PORT C juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai komparator analog dan timer/counter.

4. PD0 – PD7 adalah delapan saluran port D. Port ini dapat difungsikan sebagai salurana input/output. PORT D juga memiliki fungsi khusus sebagai komparator analog, saluran interupsi external, dan komunikasi serial.

5. RESET adalah pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.

6. VCC adalah pin yang digunakan untuk memberi masukan daya sebesar 5V.

7. XTAL2 adalah pin masukan external clock. 8. XTAL1 adalah pin masukan external clock.

9. AREF adalah pin masukan tegangan referensi ADC. 10. GND adalah pin ground.

11. AVCC adalah pin untuk masukan tegangan ADC.

Tabel 3.1 Konfigurasi pin pada mikrokontroler ATMega 32

No Nama Port Fungsi

1 PA0 RS

2 PA1 R/W

3 PA2 E

4 PA3 CS1

5 PA4 CS2

6 PA5 /RST

7 PA7 Masukkan dari keluaran AD595

8 PB0 DB0

9 PB1 DB1

10 PB2 DB2

11 PB3 DB3

12 PB4 DB4

13 PB5 DB5

14 PB6 DB6

15 PB7 DB7

16 PD5 Selektor 0

17 PD6 Selektor 1

18 PD7 Selektor 2

Berikut dapat dilihat pada Gambar 3.5 adalah skema dari

Gambar 3.5 Skema Board Mikrokontroler ATMega32

2. Sensor Termokopel

Di bawah ini dapat dilihat jenis-jenis termokopel yang secara umum dipakai :

 Tipe K (Chromel / Alumel)

 Tipe E (Chromel / konstanta)

 Tipe J (Iron / konstanta)

 Tipe N (Nicrosil / Nisil)

 Tipe B (Platinum / Rhodium)

 Type R (Platinum / Rhodium)

 Type S (Platinum / Rhodium)

 Type T (Copper / Constantan)

Sensor Termokopel yang digunakan pada alat ini adalah sensor termokopel tipe K. Termokopel ini memiliki probe yang merupakan rangkaian 2 logam yaitu Chromel dan Alumel dan memiliki rentang suhu -200 ° C sampai +1200 ° C dan memiliki sensitivitas kira-kira 41µ v / ° C serta sensor Termokopel tipe K ini sangat mudah didapatkan.

Keluaran dari sensor termokopel merupakan perbedaan suhu dari 2 logam yang dirangkai pada probe sensor. Keluaran dari sensor termokopel ini yang nantinya akan diolah oleh mikrokontroler.

3. Multiplexer

Multiplexer adalah suatu rangkaian yang mempunyai banyak input dan hanya mempunyai satu output. Dengan menggunakan selector, kita dapat memilih salah satu inputnya untuk dijadikan output. Sehingga dapat dikatakan bahwa multiplexer ini mempunyai n input, m selector , dan 1 output.

Gambar 3.7 Analog Multiplexer 4051

Dalam skripsi ini penulis menggunakan multiplexer dengan seri 4051 yaitu analog multiplexer dengan kontrol digital dan memiliki 8 kanal dan 3 kontrol binner. Selain itu 4051 memiliki impedansi yang rendah dan tingkat kebocoran kanal yang rendah.

Karena keluaran dari termokopel merupakan data analog dan memiliki resolusi yang kecil maka penulis memilih menggunakan

Gambar 3.8 konfigurasi pin multiplexer 4051 [5]

Tabel 3.2 Konfigurasi pin multiplexer 4051

Pin Fungsi

1 Kanal masukkan / keluaran 4 2 Kanal masukkan / keluaran 6

3 Common masukkan / keluaran

4 Kanal masukkan / keluaran 7 5 Kanal masukkan / keluaran 5

6 Inhibit

7 VEE

8 VSS

9 Selektor 1 (A)

10 Selektor 2 (B) 11 Selektor 3 (C)

12 Kanal masukkan / keluaran 3 13 Kanal masukkan / keluaran 0 14 Kanal masukkan / keluaran 1 15 Kanal masukkan / keluaran 2

Tabel 3.3 Tabel kebenaran 4051 Kondisi Masukkan

Kanal “On”

INHIBIT C B A

0 0 0 0 0

0 0 0 1 1

0 0 1 0 2

0 0 1 1 3

0 1 0 0 4

0 1 0 1 5

0 1 1 0 6

0 1 1 1 7

1 x x x Tidak Ada

Berdasarkan Tabel 3.3 dapat diketahui bahwa jika inhibit

harus berlogika “nol” agar kanal keluaran dapat terbuka dikarenakan karakteristik dari 4051 yang apabila inhibit berlogika “satu” akan

menutup semua kanal keluaran.

4. Pengkondisi Sinyal Termokopel ( Thermocouple amplifier )

Kebanyakan sensor tidak bisa terhubung secara langsung kedalam instrument yang melakukan record, monitor, atau proses. Dikarenakan sinyal yang mungkin terlalu lemah ataupun terlalu kuat. Oleh karena itu sinyal elektronik dari sensor memerlukan pengkondisian terlebih dahulu sebelum masuk pada kontroler. Pengkondisi sinyal yang digunakan pada skripsi ini menggunakan AD595 karena termokopel yang digunakan adalah termokopel jenis K.

Gambar 3.10 Pengkondisi sinyal AD595

AD595 adalah pengkondisi sinyal dari termokopel tipe K dan memiliki kompensasi cold junction termokopel. AD595 menggabungkan titik referensi es dengan pengkondisi sinyal untuk menghasilkan keluaran langsung dari sinyal termokopel sebesar 10mV / ° C. AD595 dapat diaktifkan dengan catu daya tunggal (V+) dan dengan catu daya ganda (V+ dan V-), dengan menggunakan catu daya ganda maka suhu di bawah 0 ° C dapat diukur.

Gambar 3.11 Konfigurasi pin AD595 [6]

5. LCD Grafik

LCD grafik berfungsi sebagai penampil data yang telah diolah oleh mikrokontroler. Pada skripsi ini digunakan LCD grafik 128 x 64 dengan seri KS0108.

Gambar 3.13 LCD Grafik 128 x 64

Tabel 3.4 Konfigurasi pin LCD Grafik [7]

Pin Simbol Fungsi

1 Vss Catu daya (GND)

2 Vdd Catu daya (+5V)

3 Vo Tegangan kontras adjustable

4 RS Register Select signal

5 R/W Data baca / tulis

6 E Sinyal enable

7 DB0

DATA BUS

8 DB1

9 DB2

10 DB3 11 DB4 12 DB5 13 DB6 14 DB7

15 CS1 Chip Select 1

16 CS2 Chip Select 2

17 /RST Reset

18 Vlcd Catu daya negatif

Pada Tabel 3.4 diperlihatkan konfigurasi pin LCD yang akan dihubungkan dengan mikrokontroler, di mana di dalamnya terdapat 18 pin yang mempunyai fungsi masing-masing, yaitu :

1. Data Bus, adalah jalur data yang digunakan untuk membaca data dari modul ke mikrokontroler atau menulis data dari mikrokontroler ke modul.

3. R/W (Read/Write), adalah penanda untuk sinyal pemilih baca atau tulis, yang mana bila penyemat ini diberi logika 1, modul akan melakukan operasi baca, sebaliknya bila diberi logika 0 akan melakukan operasi tulis. Pada aplikasi ini karena LCD digunakan sebagai modul keluaran saja berarti hanya melakukan operasi baca saja.

4. RS (Register Selection), adalah penanda untuk sinyal pemilih fungsi register yang apabila diberikan logika 0, register berfungsi sebagai register instruksi untuk operasi tulis atau sebagai penanda sibuk, dan sebagai pencacah alamat untuk operasi baca. Apabila diberi logika 1, register berfungsi sebagai register data, baik untuk operasi tulis ataupun baca.

5. Vo, adalah penanda untuk terminal catu daya untuk pengendalian tampilan LCD, yaitu mengatur ketajaman tampilan karakter pada layar.

6. VCC, adalah penanda untuk catu daya 5 volt. 7. VSS, adalah penanda grounding.

8. Vlcd, adalah penanda tegangan negatif pada lcd. 9. /RST, adalah penanda reset pada LCD.

10. CS1 dan CS2, adalah penanda chip select yang selalu berlogika 1 untuk mengaktifkan LCD.

3.3. Perancangan Perangkat Lunak

START

UKUR SUHU

TAMPILKAN LCD

END BACA SELEKTOR

MUX 3.3.1. Perangkat Lunak mikrokontroler

Perangkat Lunak mikrokontroler adalah perangkat lunak yang penulis gunakan sebagai kontrol utama didalam mikrokontroler. Berfungsi untuk mengolah data dari sensor sebelum dikirimkan kepada komputer.

Gambar 3.14 Diagram Alir Perangkat Lunak Mikrokontroler

START

KIRIM DATA

SIMPAN DATA

END TAMPILKAN DATA

CEK KONEKSI

YA

TIDAK

SIMPAN DATA

YA TIDAK

3.3.2. Perangkat Lunak komputer

Perangkat Lunak komputer adalah perangkat lunak yang penulis gunakan sebagai program penerima dan penyimpanan data. Berfungsi untuk mengolah data dari mikrokontroler yang dikirimkan untuk disimpan didalam memori penyimpanan komputer dan nantinya data tersebut dapat diakses menggunakan perangkat lunak dari komputer (Microsoft Excel).

Pada saat program dijalankan maka akan dilaukan pemeriksaan koneksi antara mikrokontroler dan komputer. Apabila komunikasi mikrokontroler dan komputer belum terhubung maka program akan memberitahukan bahwa belum ada hubungan komunikasi antara mikrokontroler dengan komputer dan program akan berakhir.

Apabila komunikasi sudah terhubung maka program akan menerima data yang dikirim oleh mikrokontroler.Setelah data diterima komputer akan langsung menampilkan data yang dikirimkan oleh mikrokontroler.