42
BAB III PERENCANAAN DAN REALISASI SISTEM Pada bab ini dijelaskan pembuatan alat yang dibuat dalam proyek tugas akhir dengan judul rancang bangun
sistem kontrol suhu dan
kelembaban berbasis
mirkrokontroler AT89S52 pada laboratorium kalibrasi. 3.1
Perencanaan Alat Pada tahapan ini akan dijelaskan mengenai deskripsi alat yang dibuat pada
Tugas Akhir ini dan cara kerja dari sistem yang akan dibuat. 3.1.1
Deskripsi Alat Nama Alat
: Sistem
Kontrol
Suhu
dan
Kelembaban
Berbasis
Mirkrokontroler AT89S52 pada Laboratorium Kalibrasi. Fungsi Alat : Memonitoring
dan
mengupdate
informasi
suhu
dan
kelembaban pada laboratorium kalibrasi yang dilengkapi sensor sensor suhu dan kelembaban, kemudian datanya dibaca oleh mikrokontroler lalu ditampilkan pada display dan PC dan dimasukkan dalam database computer. 3.1.2
Cara Kerja Sistem Pengoperasian alat dengan menghubungkan dengan tegangan power supply,
kemudian display akan menampilkan ( actual temperature / humidity) dan sistem akan memonitoring dan mengupdate keadaan suhu dan kelembaban pada ruangan laboratorium kalibrasi dengan real time, informasi tersebut didapat dari sensor suhu dan kelembaban (SHT11) yang diletakkan pada ruangan laboratorium kalibrasi (hardware). Parameter sensor untuk melakukan monitoring akan diberikan oleh PC ketika pertama kali PC melakukan koneksi dengan mikrokontroller melalui kabel usb to serial, kemudian hasil monitoring dari sensor akan dikirimkan kembali oleh mikrokontroler ke PC dan kemudian ditampilkan di PC dalam sebuah database dan form report monitoring. Apabila sensor suhu dan kelembaban (SHT11) yang diletakkan pada purwarupa ruangan lab kalibrasi membaca adanya nilai suhu dan kelembaban melewati toleransi 1oC untuk suhu dan 2% untuk kelembaban, yaitu dimana keadaan
43
suhu dan kelembaban berada level dibawah Atau di atas level batasnya, maka sistem akan bekerja secara automatis sesuai perintah dari mikrokontroler . Untuk mencari suatu kondisi suhu dan kelembaban yang kita inginkan, kita dapat melakukan setting pada alat dengan menekan tombol switch setting pada alat dan akan bekerja sesuai instruksi setting, pengaturan temperatur dilakukan dengan cara mengatur besarnya panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas melaui pemberian tegangan AC, yang dikontrol oleh rangkaian pengontrol tegangan AC. Besaran temperatur sebagai hasil keluaran yang dihasilkan selama proses kemudian diukur oleh sensor temperatur dan digunakan sebagai masukan umpan balik bagi kontroler. Masukan dari sensor, kemudian dibandingkan oleh kontroler terhadap masukan setpoint (temperatur yang dikehendaki). Selanjutnya kedua variabel tersebut diolah oleh mikrontroler berdasarkan algoritma kontrol PI digital. Hasil dari proses tersebut kemudian digunakan sebagai masukan pada blok pengontrol tegangan untuk menentukan waktu penyalaan elemen pemanas. Kontroler akan terus menggunakan masukan-masukan yang ada untuk menghasilkan keluaran yang digunakan untuk melakukan aksi kontrol. Secara garis besar sistem yang terbentuk adalah satu sistem ikal tertutup menggunakan umpan balik negatif (negatif feedback) yaitu sistem yang mengurangi ketidak stabilan yang terjadi, dalam hal ini kontroler akan menaikkan temperatur ketika temperatur berada di bawah setpoint dan sebaliknya akan menurunkan temperatur bila melebihi setpoint-nya. Sebagai contoh : - Set pada posisi 30 oC / 50% dan apabila suhu mendeteksi kurang dari suhu setting (30 oC) maka rangkaian driver pemanas / lampu berkerja aktif low, lampu LED pada microcontroller di rangkaian optotriac akan menyala serta men-triger triac yang besar pada rangkaian untuk menghidupkan pemanas. Untuk rangkaian driver pemanas tidak akan aktif apabila pada sensor SHT 11 terdeteksi melebihi suhu setting. Pada sensor kelembaban mendeteksi kurang dari setting ( 50% ) maka rangkaian microcontroller akan mengirimkan logic 1 (5 V) kepada rangkaian driver
44
kipas in untuk mengaktifkan kipas in dengan cara mengaktifkan transistor NPN sebagai saklar yang bekerja apabila basis diberikan positif maka pada pin kolektor dan emitor terhubung sehingga relay akan aktif dan mengaktifkan kontak ke 9 volt sehingga kipas in bekerja dan sebaliknya jika sensor mendeteksi kelembaban melebihi level batas
atas 2 % maka akan mengaktifkan fan out dan akan
mengeluarkan udara basah di dalam ruangan. Dan data tersebut akan di olah microcontroller sebagai data digital lalu dikirimkan ke LCD menjadi data text. Pada rangkaian ini juga terdapat IC max 232 yang berfungsi merubah level tegangan sinyal data dari PC computer ke micro controller atau sebaliknya (komunikasi data). Pada PC level sinyal tegangan adalah +12 volt sementara microcontroller level sinyal tegangan adalah 0 V dan 5 V. Dengan menggunakan USB to serial DB9 untuk komunikasi data tersebut. 3.1.3
Diagram Blok Sistem Gambar 3.1 Diagram Blok Purwarupa Sistem Kontrol Suhu dan Kelembabaan Pada Ruang Laboratorium kalibrasi
3.1.4
M ikrokontroler AT89S52 Rangkaian mikrokontroler berfungsi sebagai pengolah dan pengendali dari
suatu sistem yang dibuat dalam hal ini untuk mengatur dan memonitoring kondisi ruangan untuk parameter temperature dan kelembaban pada laboratorium kalibrasi. Di dalam mikrokontroler AT89S52 telah dilengkapi dengan memori .
45
Penggunaan mikrokontroler AT89S52 hanya terbatas pada penggunaan pin yang di pakai saja. Adapun pin-pin yang digunakan tercantum dalam tabel berikut ini. Tabel 3.1 Penjelasan Pin Mikrokontroler Port
Interface
P0.0-P0.7
Data Output Mikrokontroller untuk LCD
P1.0-P1.1
Data Output untuk switching penguat transistor pada Rangkaian kipas
P1.2
Data Output untuk switching triac pada Rangkaian Heater/lampu
P1.3-P1.6
Data Input Dari Limit Switch
P1.10-P1.11 Data Output untuk interface data Serial 232 P1.16-P1.17 Data Input Dari Sensor SHT 11
Rangkaian mikrokontroler AT89S52 pada alat yang dibuat adalah sebagai sistem kontrol dari alat, dimana mikrokontroler AT89S52 telah di program untuk mengatur sistem dari alat yang akan dibuat. Rangkaian mikrokontroler AT89S52 ditunjukkan pada gambar 3.4 berikut ini.
Gambar 3.2 Rangkaian Mikrokontroler AT89S52 Pada Aplikasi Sistem
Untuk kebutuhan clock mikrokontroler digunakan sebuah kristal dengan nilai 11.0592 MHz, dimana nilai ini akan menentukan frekuensi pencacah mikrokontroler. Nilai dari kristal ini akan menentukan kecepatan proses pada mikrokontroler. Untuk meyakinkan program bekerja dari awal, maka dibuat suatu rangkaian power on reset yang akan mereset alat secara otomatis saat pertama kali catu daya dihidupkan. Rangkaian ini dibentuk oleh C 10µF dan R 10k dimana prinsip kerjanya adalah
46
proses pengisian dan pengosongan C 10µF sehingga menghasilkan suatu keadaan transisi dari logika rendah ke logika tinggi yang sesuai dengan yang dibutuhkan oleh pin reset mikrokontroler. Saat power on, kapasitor akan mengisi muatan dan membuangnya setelah tegangan stabil. 3.1.5
Rangkaian pengontrol AC( Heater/Lampu ) Prinsip kerja rangkaian pada gambar adalah dengan memanfaatkan suatu
masukan dengan arus searah 15 mA untuk menghidupkan LED MOC3031. Sinyal pemicuan dari mikrokontroler yang berupa pulsa high selama waktu tertentu akan mengalirkan arus ke dalam komponen LED dari MOC 3031. Selanjutnya LED akan mengaktifkan output yaitu optotriac . Akibatnya triac Q4004 akan terpicu sehingga pemanas (heater) akan teraliri arus listrik. Dengan diaturnya waktu pemberian sinyal pemicuan maka besarnya tegangan yang diterima pemanas (heater) bervariasi. Keuntungan
juga akan
penggunaan rangkaian ini adalah lebih terjaminnya
keamanan rangkaian pengendali dari pengaruh jala-jala listrik. Hal ini disebabkan terpisahnya aliran arus antara beban dengan rangkaian pengendali oleh penggandeng cahaya di dalam MOC3031.
Gambar 3.3 Rangkaian Pengontrol tegangan AC
3.1.6
Sensor SHT 11 Dalam pembuatan alat tugas akhir ini, sensor SHT11 digunakan sebagai
pendeteksi suhu dan kelembaban di dalam ruangan inkubator. Keunggulan dari sensor SHT11 antara lain adalah : -
Membutuhkan catu daya +5V DC dengan konsumsi daya rendah30 μW.
-
Memiliki sensitifitas yang tinggi pada konsentrasi yang rendah.
47
-
Memiliki respons yang cepat
-
Stabil dan tahan lama
-
Tegangan Heater 5V
-
Mudah untuk di hubungkan dengan electrical circuit Adapun sistem pengkabelan dan rangkaian dalam sensor SHT11 diperlihatkan
pada dibawah ini.
Gambar 3.4 Rangkaian sensor SHT 11
Gambar 3.5 Rangkaian Dalam Sensor SHT 11
Sensor ini memerlukan dua tegangan masuk, yaitu tegangan heater (VH) dan tegangan sirkuit (VC). Tegangan heater (VH) digunakan pada penggabungan heater agar sensing elemen terjaga pada temperature tertentu untuk sensing. Tegangan sirkuit (VC) digunakan untuk mengukur tegangan pada RL yang terhubung seri dengan sensor. Rangkaian power supply dapat digunakan pada VC dan VH untuk memenuhi kebutuhan electrical dari sensor.
48
3.1.7
Rangkaian Kipas Pada Mesin ini, Kipas menggunakan 12 VDC sebagai power supply.
Rangkaian penggerak kipas menggunakan transistor C1815 sebagai saklar yang mendapat input dari Port 1.0 dan Port 1.1 Transistor akan bekerja sebagai saklar jika tegangan pada basis telah mencapai 5V. Oleh karena itu, mikrokontroller harus diprogram agar Port 1.0 dan Port 1.1 mengeluarkan logika 1 (High). Pada saat transistor aktif, arus mengalir dari kolektor menuju emiter yang akan menyebabkan relay menjadi aktif. Relay yang aktif tersebut akan membuat kontaktor pada kipas. Berikut ini adalah rangkaian sistem kipas.
Gambar 3.6 Rangkaian Kipas
3.1.8
LCD (Liquid Crystal Display) Pada mesin ini LCD yang digunakan adalah HD44780U, dimana tipe ini
memiliki 2 x 16 karakter. Dengan kata lain, LCD ini dapat menampilkan 16 karakter dalam satu baris. Sedangkan total baris yang dapat ditampilkan adalah dua baris. dihubungkan dengan mikrokontroller pada Port 0 yaitu dari P0.0 sampai dengan P0.7. Dengan demikian, mikrokontroller akan mengirimkan 8 bit data untuk
49
menampilkan tiap satu karakter. Berikut ini blok diagram sistem untuk rangkaian LCD.
Gambar 3.7 Rangkaian LCD
3.2
Perancangan program
50
START
INISIALISASI LCD INISIALISASI SERIAL
SETT SUHU = SUHU AKTUAL SETT HUMY = LEMBAB AKTUAL
SISTEM KONTROL SUHU>
DELAY
S = …oC (SETT) L = … % S = …oC (ACT ) L = … %
BACA SUHU
BACA HUMY
SW SUHU UP?
Y
SETT SUHU +1
N
SW SUHU DOWN?
Y
SETT SUHU
-1
N SW HUMY UP?
Y
SETT HUMY +2
N
SW HUMY DOWN? N PROSES COMPARE SENSOR DENGAN SETTING
3.3
Realisasi Program
Y
SETT HUMY
-2
51
3.3.1
Tampilan Aplikasi Program Pada program purwarupa sistem kontrol suhu dan kelembaban pada ruang laboratorium kalibrasi memiliki beberapa bagian atau tampilan yang akan berinteraksi dengan user (pengguna). Jenis tampilan tersebut antara lain : Tampilan Splash dan tampilan program aplikasi.
3.3.1.1 Tampilan Splash Tampilan splash merupakan tampilan awal pada saat program dieksekusi. Tampilan splash berfungsi sebagai pembuka dari suatu program yang menampilkan judul program aplikasi, nama pembuat aplikasi, institusi pendidikan.
3.3.1.2 Tampilan Form Login Tampilan Form Login berfungsi sebagai gerbang untuk masuk ke dalam form monitoring yang berisikan pengaturan-pengaturan sistem. Dalam satu Form Login, yang dapat masuk adalah operator dan password yang terdaftar dalam database.
52
3.3.1.3 Tampilan Form Menu Utama Tampilan Form Menu Utama berfungsi memberikan berbagai menu ke user untuk masuk ke form-form yang telah tersedia, selain itu tampilan Form Menu Utama juga berisi hasil monitoring dari system hardware. Tampilan Form Menu Utama dapat dilihat pada gambar berikut.
53
3.3.1.4 Tampilan Profil Form profil berfungsi untuk menampilkan profil dari pembuat Tugas Akhir.
3.3.1.5 Tampilan Form Report Monitoring Tampilan Form Report Monitoring berfungsi untuk menampilkan laporan hasil monitoring yang dilakukan sistem.
