BAB III PERANCANGAN. bayi yang dilengkapi sistem telemetri dengan jaringan RS485. Secara umum, sistem. 2. Modul pemanas dan pengendali pemanas

BAB III PERANCANGAN

3.1.

Gambaran Umum Sistem Sistem yang akan dirancang dan direalisasikan merupakan sebuah inkubator

bayi yang dilengkapi sistem telemetri dengan jaringan RS485. Secara umum, sistem yang dibuat terdiri dari 8 bagian utama, yaitu: 1. Box / kotak inkubator 2. Modul pemanas dan pengendali pemanas 3. Modul pengendali mikro 4. Modul sensor 5. Modul komunikasi data 6. Modul tombol – tombol pengaturan dan indikator 7. Modul kipas penghisap dan penghembus 8. Modul emergency stop Penyusunan bentuk dan kelengkapan sistem tersebut, mengacu pada bentuk dan kelengkapan sistem inkubator yang sudah dibuat sebelumnya dan yang ada di pasaran. Selain itu, sistem juga dapat dikategorikan dalam dua bagian, yaitu : bagian perangkat keras yang terdiri dari modul – modul di atas dan bagian perangkat lunak yang merupakan perangkat lunak pada pengendali mikro dan program antarmuka pada komputer.

23

24

Gambar 3.1 Blok Diagram Alat Keseluruhan 3.2.

Perancangan dan Perealisasian Perangkat Keras

3.2.1. Box / Kotak Inkubator Box / kotak inkubator dibentuk dengan dimensi panjang 100cm; lebar 60cm; dan tinggi 75cm dengan bahan acrylic, aluminium, kayu triplek, dan aluminium foil. Ruang utama kotak inkubator dibentuk seperti aquarium dengan bagian atas yang tertutup, berbahan dasar acrylic, dan kerangka kotak yang terbuat dari aluminium. Kerangka dari kotak inkubator ini berbahan aluminium, karena aluminium merupakan bahan yang kuat dan cenderung lebih murah dari besi. Sedangkan bagian bawah kotak yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan rangkaian pemanas dan rangkaian pengendali, terbuat dari triplek dan kayu yang dilapisi aluminium foil untuk mengurangi aliran panas yang terbuang, sehingga proses penghangatan ruang utama inkubator menjadi lebih optimal.

25

3.2.2. Modul Pemanas dan Pengendali Pemanas Perangkat keras pemanas yang digunakan pada inkubator ini adalah elemen pemanas setrika dengan daya sekitar 300 watt dan sebuah kipas AC yang berfungsi untuk menghembuskan udara panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas menuju ruang utama inkubator. Elemen pemanas setrika dipilih sebagai sumber panas pada inkubator ini karena dapat menghasilkan panas yang tinggi dalam waktu singkat. Selain itu, elemen pemanas setrika mudah dicari dan harganya murah. Akan tetapi elemen pemanas setrika memiliki kelemahan, yaitu memiliki batasan suhu maksimal, sehingga apabila terlalu panas maka akan overheat dan pecah. Oleh karena itu, digunakan LM 35 yang terhubung pada pengendali mikro untuk memantau dan membatasi suhu kerja dari elemen pemanas setrika tersebut. Inkubator ini dilengkapi sebuah rangkaian pengendali pemanas yang berfungsi mengendalikan waktu on dan waktu off dari pemanas berdasarkan picuan dari modul pengendali mikro, sehingga suhu pada inkubator tetap terjaga kestabilannya.

2k3

Gambar 3.2. Modul Kontrol Pemanas Modul ini menggunakan TRIAC sebagai driver utama pemanas untuk menggantikan fungsi saklar pemutus atau penyambung arus listrik yang besar. Gate dari TRIAC dihubungkan ke Optocoupler / Optoisolator (MOC 3021) lalu ke pengendali mikro untuk menentukan waktu pemicuan TRIAC. Pada modul ini, MOC 3021

26

digunakan untuk menghindari kemungkinan terhubungnya pengendali mikro secara langsung dengan tegangan AC. Pengendalian pemanas pada inkubator ini menggunakan metode kontrol on – off dengan hysteresis. 3.2.3. Modul Pengendali Mikro Pengendali mikro yang digunakan merupakan pengendali mikro keluarga AVR tipe ATmega8535. Pengendali mikro ini akan digunakan untuk mengendalikan beberapa modul yang lain, yaitu: 1. Modul sensor SHT 11 dan LM35; mengendalikan dan menerima serta mengolah data yang dihasilkan. 2. Modul pengendali pemanas; mengendalikan waktu pemicuan TRIAC. 3. Modul komunikasi data berbasis RS485; menerima perintah dari personal komputer dan mengirim data sesuai perintah. 4. Modul LCD dan LED indikator; menampilkan nilai suhu dan kelembaban ruang utama inkubator pada LCD dan menampilkan status kerja inkubator melalui LED indikator. 5. Modul tombol pengaturan; menerima masukan nilai suhu acuan. 6. Modul buzzer; memberikan peringatan apabila terdapat kesalahan pada sistem. 7. Modul kipas penghisap dan penghembus; mengendalikan kipas untuk sirkulasi udara.

27

Gambar 3.3. Schematic Rangkaian Pengendali Inkubator Berikut beberapa fungsi konfigurasi pin yang dipakai :

PORT Pengendali Mikro

Fungsi

PORT A.0

Terhubung pada keluaran penguat non inverting

PORT B.0

Terhubung pada Fan penghisap panas

PORT B.1

Terhubung pada Fan penghembus panas

PORT B.2

Terhubung pada clock sensor SHT 11

PORT B.3

Terhubung pada pin data sensor SHT 11

PORT B.4

Terhubung pada LED hijau

PORT B.5

Terhubung pada LED merah

PORT B.6

Terhubung pada LED kuning

PORT B.7

Terhubung pada buzzer

PORT C

Terhubung pada LCD

PORT D.0

Terhubung pada RS 485 (pin receiver)

PORT D.1

Terhubung pada RS 485 (pin transmitter)

28

PORT D.2

Terhubung pada switch pengatur alamat inkubator

PORT D.3

Terhubung pada push button (tombol Lock Temp)

PORT D.4

Terhubung pada push button (tombol Up Temp)

PORT D.5

Terhubung pada push button (tombol Down Temp)

PORT D.6

Sebagai pemicu TRIAC

PORT D.7

Terhubung pada RS 485 (pin direction) Tabel 3.1 Konfigurasi PORT Pengendali Mikro

PORT A Port A.0 dihubungkan dengan keluaran dari rangkaian penguat non – inverting yang memperkuat tegangan keluaran LM 35 untuk dikonversi menjadi sinyal digital menggunakan ADC pada pengendali mikro. Hasil konversi tersebut digunakan sebagai acuan bagi pengendali mikro untuk menjaga elemen pemanas agar tidak overheat. PORT B PORT B.0 dan PORT B.1 dihubungkan pada kipas penghisap dan penghembus yang berfungsi untuk mengatur sirkulasi udara. PORT B.2 dihubungkan dengan pin Clock dan PORT B.3 dengan pin Data SHT11. Pin SCK berfungsi untuk sinkronisasi koneksi antara pengendali mikro dengan SHT11 dan pin DATA berfungsi untuk transfer data masuk atau keluar dari SHT 11. PORT B.4 – B.6 terhubung pada LED indikator, LED hijau menandakan inkubator bekerja normal, LED kuning menandakan terjadi over temperature, dan LED merah menandakan adanya kerusakan pada pemanas. PORT B.7 terhubung pada buzzer sebagai indikator adanya error pada inkubator. PORT C Sebagai penampil dari suhu dan kelembaban ruang utama inkubator yang diukur melalui sensor SHT11 digunakan LCD karakter 20x2 yang terhubung pada pengendali mikro PORT C.

29

PORT D PORT D.0 dihubungkan pada pin receiver RS485 dan PORT D.1 dihubungkan pada pin transmitter RS485. PORT D.2 terhubung pada sebuah switch yang berfungsi mengatur pengalamatan inkubator, dalam pengujian modul RS 485. PORT D.3 – D.5 terhubung pada tombol – tombol pengaturan yang berfungsi untuk lock temperature, up temperature dan down temperature. PORT D.6 dihubungkan pada rangkaian pengendali pemanas, sebagai picu untuk mengendalikan TRIAC dan PORT D.7 dihubungkan pada control pin RS 485 untuk mengatur RS 485 bertindak sebagai pengirim atau penerima data. 3.2.4. Modul Sensor Sensor yang dipakai adalah sensor suhu dan kelembaban SHT 11 dan sensor suhu LM35. Sensor SHT 11 dipilih untuk mengukur suhu dan kelembaban pada ruang utama inkubator karena mudah digunakan dan dapat mengukur kelembaban sekaligus mengukur temperatur dengan keluaran digital. SHT11 bekerja pada jangkauan 0-100% RH (Relative Humidity) dengan akurasi ±3.0%. SHT11 juga bekerja pada jangkauan temperatur berkisar -40°C hingga 125°C dengan akurasi ±0.4°C.

Gambar 3.4 Sensor SHT11 Response time yang dibutuhkan untuk mendeteksi kelembaban adalah 8 detik (typical) dan untuk mendeteksi suhu, waktu yang dibutuhkan minimal 5 detik, maksimal 30 detik.

30

Data hasil pengukuran SHT 11 masih berupa data 8/12/14 bit, sehingga harus dikonversi terlebih dahulu ke nilai fisik sebelum ditampilkan. Tabel 3.2. Pengukuran Kelembaban SORH

C1

C2

C3

12bit

-4

0.0405

-2.8*10-6

8bit

-4

0.648

-7.2*10-6

=

+

.

+

.

² ………………… (3.1)

Data yang diterima berupa 8/12 bit diatas merupakan dijumlahkan dengan beberapa koefisien diatas sehingga didapat RH

yang akan .

Tabel 3.3. Pengukuran Suhu VDD

d1 [C]

d1 [F]

SOT

d2[C]

d2[F]

5V

-40.00

-40.00

14bit

0.01

0.018

12bit

0.04

0.072

4V

-39.75

-39.50

3.5V

-39.66

-39.35

3V

-39.60

-39.28

2.5V

-39.55

-39.23

Temperature =

+

.

…………………………… (3.2)

Data yang diterima berupa 12/14 bit diatas merupakan

yang akan

dijumlahkan dengan beberapa koefisien diatas sehingga didapat nilai fisik temperatur. Selain SHT 11, pada inkubator ini juga digunakan sensor suhu LM 35 sebanyak dua buah. LM 35 yang pertama digunakan untuk memantau suhu kerja elemen pemanas. Tegangan keluaran hasil pengukuran LM 35 akan dikuatkan menggunakan rangkaian penguat non – inverting, kemudian di konversi menggunakan ADC dari pengendali mikro. Data hasil konversi tersebut akan menjadi acuan bagi pengendali mikro untuk mengatur kerja dari elemen pemanas, sehingga elemen pemanas tidak

31

overheat dan pecah. Sedangkan LM 35 yang kedua digunakan pada modul emergency stop. 3.2.5. Modul Komunikasi Data Modul komunikasi data digunakan untuk membangun sebuah jaringan komunikasi data antara pengendali mikro yang ada di inkubator dengan personal komputer, sehingga suhu dan kelembaban inkubator dapat dipantau melalui komputer. Pada modul komunikasi data ini digunakan RS 485.Akan tetapi pada modul ini tetap dibutuhkan RS 232, karena RS 485 tidak dapat secara langsung dihubungkan pada komputer karena adanya perbedaan aras tegangan. RS 232 digunakan untuk mengkonversi aras tegangan TTL dari RS 485 menjadi aras tegangan yang dapat diterima oleh komputer.

Gambar 3.5. Jaringan Half Duplex RS 485 [14] Pada rangkaian di atas, terdapat resistor pull up bernilai 470Ω yang terhubung pada pin A dan pull down bernilai 470Ω yang terhubung pada pin B dari RS485.

32

Resistor tersebut berfungsi untuk memastikan tegangan pada pin A bernilai minimal 0,3V lebih positif dibandingkan dengan pin B saat tidak ada satupun driver enable dari RS 485 di jaringan yang aktif, karena apabila tidak ada satupun driver RS 485 yang aktif maka aras tegangan masukan pada penerima tidak dapat ditentukan. Apabila penerima mendeteksinya sebagai logika low (0), maka penerima tersebut akan mengira bahwa itu merupakan start bit sehingga penerima akan mencoba untuk membaca data. Dengan adanya resistor pull up dan pull down yang menjaga tegangan pada pin A minimal 0,3V lebih positif dibandingkan dengan tegangan pada pin B, maka level tegangan masukan pada penerima akan berlogika high (1) [14]. Sedangkan resistor 120 Ω pada rangkaian di atas berfungsi sebagai termination. Resistor termination berfungsi untuk mencocokan impedansi dari penerima dengan impedansi dari jalur transmisi yang digunakan. Saat impedansi pada penerima tidak cocok dengan impedansi dari jalur transmisi yang digunakan, maka sinyal yang ditransmisikan tidak sepenuhnya diserap karena sebagian sinyal yang ditransmisikan akan terpantul kembali menuju jalur transmisi. Jika impedansi pada pengirim, jalur transmisi, dan beban pada penerima cocok, maka penyimpangan sinyal akibat adanya pemantulan sebagian sinyal yang ditransmisikan dapat dikurangi. Nilai dari impedansi pada jalur transmisi tergantung pada jenis kabel yang digunakan, setiap jenis kabel memiliki karakteristik impedansi yang berbeda – beda. Namun untuk jenis kabel pada umumnya, impedansinya bernilai 120Ω [17]. Modul komunikasi data ini memiliki ground yang saling terhubung, sehingga pada masa peralihan dapat muncul tegangan tinggi diantara ground yang saling terhubung dan menimbulkan arus ground. Spesifikasi dari RS 485 merekomendasikan

33

penggunaan resistor 100 Ω yang dipasang seri dengan jalur sinyal ground, untuk membatasi arus ground tersebut [17]. 3.2.6. Modul Tombol – Tombol Pengaturan, LCD dan LED Indikator Tombol – tombol pengaturan digunakan sebagai antarmuka bagi pemakai untuk mengatur nilai suhu yang dikehendaki pada inkubator. Rangkaian tombol menggunakan push button dengan salah satu kaki dihubungkan pada masukan pengendali mikro dan kaki yang lain dihubungkan dengan ground. Dengan demikian, saat tombol ditekan maka kaki pada masukan pengendali mikro akan mendapatkan logika ‘0’. Modul penampil pada inkubator ini menggunakan LCD karakter 20x2 yang akan menampilkan suhu dan kelembaban pada ruang utama inkubator, suhu dari elemen pemanas, dan suhu yang dikehendaki pengguna. Modul penampil ini terhubung pada pengendali mikro PORT C. LED indikator digunakan sebagai indikator status kerja dari inkubator. Saat LED hijau menyala, menandakan inkubator bekerja dengan normal. Sedangkan LED kuning menandakan terjadinya over temperature, dan LED merah menandakan adanya kerusakan pada elemen pemanas. Apabila terjadi suatu kesalahan pada sistem inkubator, maka terdapat juga buzzer yang akan berbunyi untuk memberi peringatan. 3.2.7. Modul Kipas Penghisap dan Penghembus Modul kipas penghisap dan penghembus ini berupa kipas DC yang terhubung dengan pengendali mikro yang digunakan untuk membantu sirkulasi udara pada inkubator. Sirkulasi udara sangat dibutuhkan untuk dapat menjaga suhu di dalam inkubator tetap stabil. Kipas penghisap berfungsi untuk menghisap udara panas dari ruang pemanas yang ada di bagian bawah inkubator, menuju ruang utama inkubator. Sehingga waktu

34

pemanasan yang dibutuhkan dapat menjadi lebih singkat. Kipas penghisap ini akan selalu aktif dibawah kendali pengendali mikro saat kondisi suhu ruang inkubator lebih kecil dari suhu yang dikehendaki pengguna. Sedangkan kipas penghembus berfungsi untuk membuang panas yang berlebih dalam ruang inkubator, saat sistem mendeteksi nilai suhu pada ruang inkubator melebihi nilai suhu yang dikehendaki pengguna. Kedua kipas tersebut dikendalikan pengendali mikro ATMega 8535 dengan antarmuka transistor sebagai saklar. Transistor yang digunakan adalah transistor tipe NPN seri c828.

+

Kipas

_

mikro

3k3Ω C828

Gambar 3.6. Rangkaian Antarmuka Kipas Pada transistor sebagai saklar, transistor digunakan dengan mengatur agar transistor berganti – ganti kondisi antara kondisi tersumbat (cut off) dan jenuh (saturation). Kondisi tersumbat terjadi saat IB = 0 A atau tidak ada arus masukan pada kaki basis sehingga IC = 0 A sesuai dengan persamaan: ………………………………………………………

(3.3)

Dengan demikian kipas tidak bekerja saat transistor dalam kondisi tersumbat, karena tidak ada arus yang mengalir pada kipas. Sedangkan kondisi jenuh terjadi saat IB = IB(saturasi), VBE = 0,8V dan VCE = VCE(saturasi) ≈ 0 Volt. Karena VCE ≈ 0 V, maka tegangan kipas = VCC. Saat dilakukan

35

pengukuran, masing – masing kipas menggunakan arus sebesar 0,15A, sehingga nilai IC = 0,15A. Dari nilai IC tersebut dapat dihitung IB(saturasi) sebagai berikut: IB = IB =

………………………………………………………… (3.4) ,

IB(saturasi) = 1,153mA Dan RB dapat dihitung sebagai berikut: …………………………………………………… (3.5)

RB = RB =

,

, ,

RB = 3,599 kΩ Dengan demikian, nilai maksimal resistor yang dapat digunakan rangkaian antarmuka transistor sebagai saklar pada modul kipas sebesar 3,599kΩ, sedangkan resistor yang digunakan bernilai 3,3kΩ. Kondisi kipas aktif atau non aktif dikendalikan dengan mengatur tegangan keluaran dari pengendali mikro yang terhubung pada antarmuka transistor sebagai saklar. Saat tegangan keluaran pengendali mikro berlogika ‘0’ maka kipas akan non aktif, karena tegangan VBB = 0 Volt sehingga transistor dalam keadaan tersumbat. Sedangkan saat keluaran pengendali mikro berlogika ‘1’ maka kipas akan aktif, karena VBB = 4,95 Volt sehingga transistor dalam keadaan jenuh. 3.2.8. Modul Emergency Stop Inkubator bayi ini dilengkapi dengan modul emergency stop, yang berfungsi sebagai fasilitas keamanan tambahan pada inkubator. Modul emergency stop ini memiliki sistem sendiri, sehingga apabila terjadi suatu error pada pengendali mikro,

36

modul ini akan tetap aktif dan akan memutuskan aliran tegangan pada pengendali mikro serta memberikan peringatan menggunakan buzzer. Modul ini juga menggunakan sebuah sensor suhu LM 35 untuk memantau panas dari elemen pemanas. Oleh karena itu, jika pengendali mikro melakukan kesalahan dalam mengendalikan pemanas yang menyebabkan pemanas tetap aktif, meskipun telah melampaui batas aman yang telah dijadikan acuan pada pengendali mikro, modul ini akan mendeteksi dan menanganinya dengan cara memutuskan aliran tegangan ke pengendali mikro. Dengan demikian pemanas juga akan non aktif. Modul ini dirancang agar tetap menghubungkan sumber catu daya 5 Volt pada pin Vcc pengendali mikro melalui sebuah relay, selama suhu dari pemanas tidak lebih dari 94°C. Relay dikendalikan menggunakan rangkaian antarmuka transistor sebagai saklar dengan transistor yang digunakan adalah transistor tipe NPN seri c828. Tegangan masukan dari rangkaian antarmuka transistor berasal dari keluaran DFF (Delay Flip Flop).

Gambar 3.7. Rangkaian Antarmuka Pengendali Relay Saat dilakukan pengukuran, ternyata relay menggunakan arus sebesar 40 mA, sehingga nilai IC = 40mA. Dari nilai IC tersebut dapat dihitung IB(saturasi) sebagai berikut: IB =

………………………………………………………… (3.6)

37

IB =

,

IB(saturasi) = 0,307 mA Dan RB dapat dihitung sebagai berikut: RB = RB =

…………………………………………………… (3.7) ,

, ,

RB = 13,324 kΩ Dengan demikian, nilai maksimal resistor yang dapat digunakan rangkaian antarmuka transistor sebagai saklar pada modul ini sebesar 13,324 kΩ, sedangkan resistor yang digunakan bernilai 13kΩ. Modul emergency stop ini menggunakan LM324 sebagai rangkaian penguat non – inverting dan rangkaian komparator inverting dengan histeresis. Pada komparator inverting dengan histeresis, jika nilai tegangan masukan lebih besar dari tegangan batas atas (Upper Trip Point) maka tegangan keluaran komparator akan bernilai 0 Volt, sedangkan jika nilai tegangan masukan lebih kecil dari tegangan batas bawah (Lower Trip Point) maka tegangan komparator akan bernilai 3,5 Volt. Oleh karena itu, tegangan keluaran dari komparator akan dibalikkan menggunakan IC TTL seri 7400 (TTL gerbang NOT), sehingga saat tegangan keluaran komparator bernilai 0 Volt, tegangan keluaran dari IC TTL seri 7400 akan berlogika ‘1’. Sedangkan jika tegangan keluaran komparator bernilai 3,5 Volt, maka tegangan keluaran dari IC TTL seri 7400 akan berlogika ‘0’. Tegangan keluaran dari TTL gerbang NOT dihubungkan pada pin clock DFF (Delay Flip Flop) yang berfungsi sebagai penahan (latch) nilai keluaran. Pin D dari DFF dihubungkan dengan VCC 5 Volt, sehingga saat keluaran dari gerbang logika NOT berlogika ‘1’ maka pin clock dari DFF akan mengalami rising edge dan keluaran dari DFF akan terus tertahan pada logika ‘1’.

38

Saat keluaran dari DFF terus tertahan pada logika ‘1’, maka rangkaian antarmuka transistor sebagai saklar yang mengendalikan relay akan berada dalam keadaan jenuh dan relay akan memutus tegangan catu daya 5 Volt yang menuju pin Vcc pada pengendali mikro. Modul emergency stop ini dirancang untuk membatasi suhu pemanas pada nilai 94°C, oleh karena itu dibutuhkan nilai VUTP (Upper Trip Point Voltage) pada komparator yang sesuai untuk membatasi suhu kerja pemanas berdasarkan tegangan keluaran dari LM 35. Mengacu pada karakteristik LM 35 yang tegangan keluarannya akan naik 10mV tiap kenaikan suhu 1°C, maka saat suhu pemanas bernilai 94°C tegangan keluaran LM 35 bernilai 0,94 Volt. Tegangan tersebut akan dikuatkan menggunakan rangkaian penguat non – inverting terlebih dahulu dan dijadikan sebagai nilai VUTP. Penguatan yang dipilih adalah penguatan tiga kali, sehingga tegangan keluaran LM 35 yang bernilai 0,94 Volt akan dikuatkan menjadi 2,82 Volt. Nilai tegangan tersebut sudah mencukupi kebutuhan untuk menjadi VUTP pada komparator inverting dengan histeresis.

Gambar 3.8. Rangkaian Penguat Non Inverting dan Komparator Inverting dengan Histeresis

39

Untuk mendapatkan penguatan tiga kali pada rangkaian penguat non – inverting, maka nilai resistor yang digunakan dapat dicari dengan rumus sebagai berikut:

3

=

+ 1 ……………………………………………

=

Av =

(3.8)

+1

3-1 = =2 Berdasarkan perhitungan di atas, nilai resistor R7 yang digunakan adalah 2kΩ dan resistor R6 bernilai 1kΩ. Pada komparator inverting dengan histeresis, untuk mendapatkan nilai VUTP, dibutuhkan tegangan referensi dan nilai penguatan umpan balik yang sesuai. Tegangan referensi pada komparator diperoleh menggunakan metode pembagian tegangan dan dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: Vref =

x V2 ………………………………………………

Vref =

x 5V

(3.9)

Vref = 2,5 Volt Dengan diperolehnya nilai tegangan referensi pada komparator sebesar 2,5 Volt dan tegangan jenuh pada LM 324 yang digunakan sebesar 3,5 Volt, serta rumus perhitungan VUTP sebagai berikut: VUTP = Vref + (B x Vjenuh) ………………………………………

(3.10)

Maka nilai penguatan umpan balik yang sesuai untuk mendapatkan nilai VUTP sebesar 2,82 Volt dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: B=

–

……………………………………….………… (3.11)

40

2,82 Volt = 2,5 Volt + (B x 3,5 Volt) 2,82 Volt - 2,5 Volt = (B x 3,5 Volt) 0,32 Volt = (B x 3,5 Volt) B=

, ,

B = 0,09 Untuk memperoleh penguatan umpan balik sebesar 0,09 pada komparator inverting dengan histeresis, maka nilai resistor yang digunakan dapat dicari dengan rumus sebagai berikut: B

=

…………………………………………………… (3.12)

0,09 = Berdasarkan perhitungan di atas, nilai resistor R2 yang digunakan adalah 10kΩ dan resistor R1 bernilai 100kΩ. 3.3.

Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak Kerja perangkat lunak dimulai dengan inisialisasi pengendali mikro dan

sinkronisasi antara sensor yang digunakan dengan pengendali mikro. Lalu pengendali mikro akan terus menerus mengirim perintah pengukuran suhu dan kelembaban ruang inkubator serta mengumpulkan data hasil pengukuran tersebut dari sensor SHT 11. Selain itu pengendali mikro juga akan terus menerima keluaran dari sensor LM 35 yang berfungsi memantau suhu dari elemen pemanas yang telah dikuatkan menggunakan rangkaian penguat non – inverting, untuk di konversi menjadi data digital. Hasil pengukuran dari kedua sensor tersebut kemudian dikonversi dan ditampilkan pada LCD, selain itu pengendali mikro juga menyalakan LED indikator untuk menandakan status kerja dari inkubator. Selanjutnya, inkubator telah siap untuk menerima masukan nilai suhu yang dikehendaki pengguna berdasarkan tombol –

41

tombol pengaturan yang ditekan. Selama nilai suhu aktual pada inkubator masih lebih besar dibandingkan dengan suhu acuan awal yang telah diprogramkan pada pengendali mikro yaitu 28°C, maka pengendali mikro tidak akan mengaktifkan pemanas. Saat pengguna telah menekan tombol lock temperature, artinya pengendali mikro telah menerima nilai suhu acuan baru yang harus dicapai. Kemudian hasil pengukuran sensor SHT 11 dibandingkan dengan nilai acuan dari pengguna tersebut untuk digunakan oleh pengendali mikro sebagai acuan dalam mengendalikan pemanas hingga tercapai kestabilan suhu sesuai dengan nilai acuan tersebut. Selain itu, hasil pengukuran sensor LM 35 juga dijadikan acuan dalam mengendalikan pemanas. Dengan menggunakan bantuan timer overflow interrupt, dilakukan pengecekan hasil pengukuran sensor suhu LM 35 secara berkala, agar pengendali mikro dapat meng non aktifkan pemanas, saat suhu dari pemanas sudah mencapai 85°C dan baru akan diaktifkan kembali saat suhu dari pemanas mencapai nilai 83°C. Pada perangkat lunak yang dibuat, timer overflow interrupt menjadi prioritas utama. Oleh karena itu, apapun kondisinya, saat pemanas telah mencapai suhu 85°C, pemanas akan di non aktifkan walaupun suhu aktual pada inkubator belum mencapai nilai suhu acuan yang dikehendaki pengguna. Selain timer overflow interrupt, perangkat lunak yang dibuat juga menggunakan USART Receiver Interrupt. USART Receiver Interrupt berfungsi untuk melayani permintaan data dari personal komputer yang terhubung pada inkubator melalui komunikasi serial. Saat terdapat USART Receiver Interrupt, maka pengendali mikro akan menjalankan RX Interrupt Service Routine. Pengendali mikro akan mengubah PORT D.7 yang merupakan control pin RS 485 menjadi berlogika ‘1’, sehingga RS 485 bertindak sebagai pengirim. Setelah RS 485 siap untuk mengirimkan data, pengendali mikro akan

42

mengambil data hasil pengukuran yang telah disimpan pada sebuah variabel, kemudian data tersebut dikirimkan melalui RS 485. Setelah data selesai terkirim, pengendali mikro kembali mengubah PORT D.7 menjadi logika ‘0’, sehingga RS 485 bertindak sebagai penerima dan siap menerima permintaan data selanjutnya dari komputer. TIMER OVERFLOW INTERRUPT

START

NO

SAKLAR ON ? SUHU PEMANAS ≥ 85°C ?

YES INISIALISASI PENGENDALI MIKRO

Suhu Acuan ?

YES AKTIFKAN PEMANAS

RX INTERRUPT

Penekanan Lock Temperature?

YES

TERIMA PERINTAH

CEK SUHU DAN KELEMBABAN AKTUAL

YES

NO Suhu Aktual ≤

KEMBALI KE PROGRAM UTAMA

NO

NO

YES

NON AKTIFKAN PEMANAS

TAMPILKAN DATA HASIL PENGUKURAN PADA LCD DAN NYALAKAN LED INDIKATOR

SAKLAR OFF ?

SUHU PEMANAS ≤83°C ?

YES

INISIALISASI SENSOR SHT11

NO

NO

SET PORT D.7 CONTROL PIN RS 485 BERLOGIKA ‘1’

KENDALIKAN PEMANAS dan MENSTABILKAN SUHU RUANG SESUAI DENGAN SUHU ACUAN

KIRIM HASIL PENGUKURAN SUHU DAN KELEMBABAN MELALUI KOMUNIKASI SERIAL

NO YES Penenekanan Lock Temperature?

NO SAKLAR OFF ?

YES

SET PORT D.7 CONTROL PIN RS 485 BERLOGIKA ‘0’

KEMBALI KE PROGRAM UTAMA

END

Gambar 3.9. Diagram Alir Perangkat Lunak

43 KENDALIKAN PEMANAS dan MENSTABILkAN SUHU

YES SUHU ACUAN 28°C?

YES SUHU AKTUAL ≤ 28°C?

NO NO

YES

SUHU ACUAN 29°C?

YES SUHU AKTUAL ≤ 29°C?

NO

SUHU ACUAN 30°C?

SUHU AKTUAL ≤ 30°C?

YES

NO

YES

SUHU AKTUAL ≤ 31°C?

YES

END NO

NO NO Pemanas on Kipas Penghisap on Kipas Penghembus off

YES

Pemanas off Kipas Penghisap off Kipas Penghembus on Pemanas on Kipas Penghisap on Kipas Penghembus off

Pemanas off Kipas Penghisap off Kipas Penghembus on

YES

YES

SUHU AKTUAL ≤ 36°C?

NO YES

SUHU AKTUAL ≤ 35°C?

SUHU ACUAN 37°C?

SUHU ACUAN 32°C?

YES

NO

NO

Pemanas off Kipas Penghisap off Kipas Penghembus on Pemanas on Kipas Penghisap on Kipas Penghembus off

SUHU AKTUAL ≤ 37°C?

SUHU AKTUAL ≤ 32°C?

YES

YES

NO

SUHU ACUAN 33°C?

YES

SUHU ACUAN SUHU ACUAN 35°C? 34°C? NO YES

YES SUHU AKTUAL ≤ 33°C?

YES

YES SUHU AKTUAL ≤ 34°C?

NO NO

Gambar 3.10. Diagram Alir Perangkat Lunak

Pemanas on Kipas Penghisap on Kipas Penghembus off Pemanas off Kipas Penghisap off Kipas Penghembus on Pemanas on Kipas Penghisap on Kipas Penghembus off

Pemanas on Kipas Penghisap on Kipas Penghembus off Pemanas off Kipas Penghisap off Kipas Penghembus on

NO

NO

Pemanas on Kipas Penghisap on Kipas Penghembus off

Pemanas off Kipas Penghisap off Kipas Penghembus on

NO

NO

SUHU ACUAN 36°C?

Pemanas on Kipas Penghisap on Kipas Penghembus off

Pemanas off Kipas Penghisap off Kipas Penghembus on

NO

SUHU ACUAN 31°C?

Pemanas off Kipas Penghisap off Kipas Penghembus on

Pemanas off Kipas Penghisap off Kipas Penghembus on

NO

YES

Pemanas on Kipas Penghisap on Kipas Penghembus off

Pemanas on Kipas Penghisap on Kipas Penghembus off Pemanas off Kipas Penghisap off Kipas Penghembus on