BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. PENGUJIAN ADC Program BASCOM AVR pada mikrokontroler: W=get ADC V=W/1023 V=V*4.25 V=V*10 Lcd V
Tujuan dari program ini adalah untuk menguji tampilan hasil konversi dari tegangan keluaran sensor menjadi tampilan temperatur pada LCD/display. Variabel resistor digunakan untuk memvariasi tegangan yang masuk ke ADC dalam hal ini berarti tegangan keluaran sensor diganti dengan sebuah rangkaian pembagi tegangan, hal ini dilakukan untuk kebutuhan praktis. Karena apabila menggunakan sensor maka diperlukan variasi temperatur untuk varasi tegangan, tentu akan lebih praktis variasi resistor untuk variasi tegangan yang sama. Perintah get ADC digunakan untuk mengambil nilai ADC yang bersesuaian dengan tegangan masukan pada port ADC. Karena mikrokontroler yang kita gunakan memiliki resolusi 10 bit maka nilai digital yang mampu dikonversi antara 0-1023. Ini berarti 4.25 Volt (setara tegangan referensi) akan sama dengan 1023 nilai digital. Maka setelah mendapat nilai digitalnya antara 01023 maka kita harus mengembalikannya ke dalam bentuk tegangan dengan
38
membanginya dengan 1023 dan mengalikannya dengan tegangan referensi. Kita tahu dari data sheet sensor temperatur LM35 bahwa tegangan keluarannya 10 mV/oC dan untuk rentang yang baik maka keluaran ini dikuatkan 10 kali menjadi 100mV/oC. maka untuk 0.1 V adalah 1oC artinya kita perlu mengalikan nilai tegangan dengan 10 agar setara dengan oC.
VCC Resistor variabel
Pin ADC Mikrokontroler
LCD
GND Pin referensi Mikrokontroler
Gambar 4.1 Skema rangkaian pengujian ADC Skema Rangkaian pengujian ADC diperlihatkan pada gambar 4.1, port pembagi tegangan dihubungkan dengan pin ADC. Hasil Pengujian diperlihatkan pada tabel 4.1. nilai yang diamati yaitu tegangan uji dari rangkaian pembagi tegangan dan temperatur tamplan dari LCD display yang merupakan hasil konversi ADC. Tabel 4.1 Hasil pengujian ADC No 1 2 3 4 5 6
Vuji (volt) 4.25 4.0 3.0 2.0 1.0 0
Temperatur (oC) 42.5 40.4 30.2 20.1 10.1 0
39
Tabel 4.2 Hasil pengolahan data pengujian ADC No 1 2 3 4 5 6
Temperatur uji [Vuji*10] (oC) 42.5 40 30 20 10 0
Temperatur Tampil (oC) 42.5 40.4 30.2 20.1 10.1 0
Koreksi (oC) 0 0.4 0.2 0.1 0.1 0
Hasil pengujian menunjukkan nilai yang sesuai dengan yang diharapkan oleh program konversi yang telah disusun sebelumnya. Walaupun memiliki perbedaan nilai, akan tetapi tidak terlalu signifikan. Koreksi ini muncul karena adanya perbedaan tegangan masukan pada port referensi dibandingkan dengan nilai yang digunakan pada program. Kesalahan juga muncul dari pembacaan dan pengukuran tegangan. Dapat dilihat pula dari data bahwa alat ukur yang kita buat memiliki jangkauan 0-42.5 oC.
40
B. PENGUJIAN SENSOR SUHU LM35
penguat Termometer gelas
AC 220
Air
Pin ADC mikrokontroler
LCD LM 35
Port C mikrokontroler
Heater
Gambar 4.2 Skema rangkaian pengujian LM35 Pengujian ini ditujukan untuk membandingkan nilai tegangan keluaran LM35 dan hasil pengukuran temperatur oleh temometer gelas. Selain itu untuk membandingkan nilai tampilan temperatur LCD dengan pengukuran temperatur oleh termometer gelas. Hal ini perlu dilakukan untuk mengetahui layak atau tidaknya sensor temperatur ini digunakan. Langkah pengujian: 1. Mempersiapkan alat sesuai dengan skema pengujian yang telah ditentukan 2. Besaran yang perlu diamati: a. Temperatur yang terbaca oleh termometer b. Tegangan keluaran sensor temperatur LM35 c. Data temperatur yang ditampilkan mikrokontroler pada display LCD 3. Memansakan air agar temperaturnya berubah
41
4. Mengamati dan mencatat nilai besaran-besaran yang diamati tersebut setiap kenaikan temperatur air 5. Mengambil data pada titik-titik tertentu Tabel 4.3 Data pengujian LM35 No
1 2 3 4
TemperaturAir dari termometer raksa (oC) 24 26 28 30
Tegangan Keluaran LM35 (V)
2.36 2.57 2.74 2.98
2.36 2.54 2.77 2.96
2.33 2.55 2.76 2.95
Dari data hasil pengamatan ini dapat dilihat bahwa nilai yang dikeluarkan oleh sensor LM35 telah bersesuaian dengan karakteristik yang diperoleh pada data sheet yaitu keluaran tegangannya 10 mV/oC. Pada tabel 4.3 diperlihatkan hasil pengamatan keluaran LM35 yang dibandingkan dengan pengukuran suhu dengan menggunakan termometer gelas. Tabel 4.4 Hasil pengolahan data uji sensor LM35 rata-rata tegangan (V) 2.35 2.55 2.76 2.96
V data sheet 2.4 2.6 2.8 3.0
koreksi Koreksi (V) (oC) 0.05 0.50 0.05 0.47 0.04 0.43 0.04 0.37
Data hasil pengolahan ditunjukkan oleh tabel 4.4 yang menggambarkan koreksi dari termometer gelas. Hasil pengukuran temperatur menunjukkan koreksi
42
yang lebih tinggi pada temperatur rendah. Secara keseluruhan koreksi nilai temperatur masih berada pada rentang 0.37-0.5 oC. Nilai tersebut masih berada pada rentang akurasi dari sensor LM35 yaitu +- 0.5oC. Koreksi ini muncul diperkirakan karena faktor pengkabelan yang panjangnya signifikan. Selain itu koreksi juga berasal dari jeda pembacaan termometer dan tegangan pada keluaran LM 35 (sensor suhu).
43
C. PENGUJIAN LOGIKA KONTROL
VCC mikrokontroler ADC
LED 1
PD.1 PD.2
GND
ref
LED 2
PC
LCD
GND
Gambar 4.3 Skema rangkaian untuk menguji logika kontrol Skema rangkaian untuk menguji logika kontrol yang akan digunakan dalam sistem kontrol ini ditunjukkan oleh gambar 4.3. Resistor variabel digunakan untuk memvariasikan tegangan yang masuk ke kaki ADC mikrokontroler. Rangkaian pembagi tegangan ini digunakan untuk mengganti rangkaian sensor LM35 untuk kebutuhan praktis. Pada port D (keluaran) juga digunakan indikasi nyala LED untuk mengganti aktuator (heater), ini dilakukan untuk lebih mudah mengamati logika kontrol yang telah ditanamkan pada mikrokontroler. Program logika Bascom AVR: Do W=get ADC V=W/1023
44
V=v*4.25 V=V*10 If V>26 then B=0 portD=B Else if V>25.8 and V<26 then B=1 PortD=B Else if V>25.6 and V<25.8 then B=2 PortD=B Else if V<25.6 then B=3 PortD=B Dari list program bascom AVR yang telah kita buat dapat diterjemahkan dalam diagram alir program bascom AVR yang diperlihatkan gambar 4.4. Diagram alir ini menggambarkan proses pengontrolan heater (pemanas). Ketika program start (mulai) maka data temperatur akan diperoleh, dari data ini kemudian dilakukan proses logika. Proses logikanya yaitu apabila/jika data temperatur lebih besar dari 26 maka tidak ada heater yang akan dinyalakan dan jika logika ini tidak terpenuhi maka dilakukan pengecekan untuk logika selanjutnya.
45
Logika kedua yaitu jika data temperatur lebih besar dari 25.8 dan lebih kecil dari 26 maka LED 1 (1 heater 50 w) akan dinyalakan. Logika ketiga yaitu jika data temperatur lebih besar dari 25.6 dan lebih kecil dari 25.8 maka LED 2 (heater dengan daya 100w) akan dinyalakan. Logika keempat yaitu jika data temperatur lebih kecil dari 25.6 maka LED 1 dan LED 2 (heater dengan daya 100+50 w) akan dinyalakan. Start
Get ADC
Konversi tegangan ke temperatur
V> 26
tidak
V<26 And V>25.8
ya 0 LED aktif
tidak
ya
ya LED 1 aktif
tidak
V<25.8 And V>25.6
LED 2 aktif
LED 1&2 aktif
Delay 2 detik
Gambar 4.4 Diagram alir program bascom AVR
Langkah pengujian:
46
1. Menyiapkan rangkaian sesuai skema yang telah ditentukan 2. Memberikan masukan tegangan uji dengan memvariasikan resistansi 3. Mengamati tampilan temperatur pada LCD dan keluaran yang dihasilkan berupa penyalaan LED 4. Mencatat
nilai
temperatur
dan
jumlah
LED
yang
dinyalakan
Mikokontroler dari langkah kegiatan di atas diperoleh hasil data pengujian yang ditabelkan pada tabel 4.5 dibawah ini. Tabel 4.5 Hasil pengujian logika kontrol No
Tegangan Input (V)
Temperatur (oC)
LED yang menyala
1
2.12
26.8
1 &2
2
2.56
25.4
2
3
2.57
24.8
1
4
2.58
23.3
-
Dari hasil pengujian menunjukkan logika yang diberikan telah berhasil terlihat dari bersesuaiannya nyala LED yang harus dinyalakan bergantung pada input tegangan atau data temperatur yang ditampilkan LCD. Dengan demikian sistem ini sudah berperilaku seperti yang diharapkan program.
47
D. PENGUJIAN RELAY
PD.7&6
ULN 2003A 1
16
2
15
3
14
4
13
relay
LED 1
gnd
relay 8
9
LED 2
Sumber tegangan
Gambar 4.5 Skema rangkaian pengujian relay Dalam pengujian ini dibentuk skema pengujian relay seperti yang terlihat pada gambar 4.5. Pengujian ini bertujuan untuk mengamati kerja relay dengan menggunakan IC ULN 2003A yang merupakan transistor NPN Darlington sebagai penguat arus. Mekanismenya adalah dengan meneruskan sinyal dari mikrokontroler (1 atau 0) yang merupakan implementasi kontrol dari keadaan temperatur kolam. Logika kontrol yang digunakan pada mikrokontroler masih sama dengan pengujian sebelumnya (pengujian logika kontrol). Dalam pengujian ini saklar tegangan tinggi diganti dengan tegangan rendah yang menyuplai tegangan untuk
48
menghidupkan LED. Tujuan penggantian ini hanya untuk kebutuhan praktis agar mudah diamati. Nantinya relay akan digunakan pada jalur tegangan tinggi untuk mensaklar heater (pemanas). Hasil data pengujian secara lengkap dapat diperhatikan pada tabel 4.6 di bawah ini. Tabel 4.6 Data pengujian relay No 1
Tegangan Input (V) 2.22
Temperatur 22.3
LED yang menyala 1&2
2
2.56
25.7
2
3
2.58
25.9
1
4
2.59
26.1
-
Dari hasil pengujian menunjukkan relay telah dapat bekerja dengan bantuan IC 2003 A dengan baik, ini berarti arus yang dihasilkan oleh IC tersebut sudah mencukupi kebutuhan arus yang diperlukan untuk memicu relay. Dapat diperhatikan pula dari nyala LED pin rangkaian kontrol relay bekerja dengan baik dalam pensaklaran. Secara keseluruhan dari tegangan input yang diberikan bersesuaian dengan aksi kontrol yang diinginkan dalam hal ini diilustrasikan dengan nyala LED.
49
E. PENGAMATAN RESPON DAN KESTABILAN SISTEM Pengamatan dilakukan untuk volume 95 liter dengan keadaan lingkungan seperti yang terlampir dalam data hasil pengamatan pada bagian lampiran A. Pengamatan dilakukan pada keadaan pemanasan oleh pemanas dan pendinginan oleh suhu lingkungan. Gambar 4.6 memperlihatkan keadaan temperatur sistem ketika mulai bekerja hingga mencapai nilai kestabilan. Sistem berada pada kondisi temperatur awal 24.8oC yang berada di bawah nilai set point sehingga fungsi pemanasan bekerja. Waktu yang dibutuhkan sistem untuk mencapai nilai set point disebut waktu naik (rise time) yakni 86 menit. Setelah mencapai set point sistem mengalami kestabilan dan bergerak antara niai temperatur 25.9-26 oC. 26.2 T
26
(
25.8
o
C 25.4 25.2 25 24.8 24.6 24.4
131
128
125
122
119
116
113
110
107
104
98
101
95
92
89
86
49
30
0
24.2 17
)
25.6
t (menit)
Gambar 4.6 Grafik respon dan kestabilan sistem
50
Untuk data waktu naik secara tersendiri dilakukan pengambilan data berulang sehingga diperoleh hasil rata-rata. Pengambilan data dilakukan sebanyak tiga kali, yang data lengkapnya terlampir pada lampiran A. Sehingga secara ratarata diperoleh nilai waktu naik 76.6 menit atau 4360 detik dari temperatur awal 25 o
C. Dari data dapat kita lihat untuk temperatur lingkungan yang tinggi
mengakibatkan waktu naik yang lebih cepat. Sedangkan ketika temperatur lingkungan lebih kecil mengakibatkan waktu naik yang lebih lama. Untuk meningkatkan waktu naik maka dalam perancangan sistem sendiri dapat dilakukan dengan menambah daya pemanas, dengan demikian perubahan temperatur pada sistem akan berjalan cepat. Akan tetapi penambahan daya ini juga harus memperhatikan efeknya terhadap kestabilan sistem.
Gambar 4.7 Grafik pemanasan dengan daya 150 w
51
Untuk melihat perbandingan antara data grafik hasil pengamatan dan grafik eksponensial yang telah diplot diperlihatkan pada gambar 4.7. Grafik keadaan temperatur fungsi waktu yang telah kita peroleh dari eksperimen diplot dengan software dengan bentuk analisis eksponensial. Analisis eksponensial dipilih karena menurut hasil teoritis grafik temperatur fungsi waktu bebentuk persamaan eksponensial. Hasil analisis ditunjukkan pada persamaan 4.1. ܶሺݐሻ = 30.9 − 6.16 ݁ ି.ହ௧
(4.1)
Dari segi hasil data apabila dibandingkan dengan data teoritis memang sangat jauh berbeda. Hal tersebut dikarenakan banyak faktor yang tidak masuk dalam perhitungan termasuk di dalamnya pengaruh temperatur lingkungan dan koefisien konveksi (yang digunakan adalah koefisien konduksi). Setelah mencapai nilai set point sistem langsung menunjukkan kestabilan pada nilai set point yaitu 26 oC. Gambar 4.6 juga memperlihatkan kestabilan sistem bergerak antara 26.0oC-25.9oC artinya sistem mengalami flukstuasi atau perubahan pada rentang 0.1oC. Dengan perubahan yang kecil tersebut maka keadaan sistem ini sudah dapat dikatan stabil. Adanya pegerakan turun ke nilai 25.9oC merupakan pengaruh pendinginan dari temperatur lingkungan yang memang berada dibawah nilai set point yang ditetapkan. Melihat data hasil kestabilan yang ditunjukkan secara grafik pada gambar 4.6 maka sebenarnya kita masih bisa menambahkan pemanas dengan daya yang lebih besar. Hal ini tidak akan mempengaruhi/merubah kestabilan secara signifikan. Penambahan pemanas juga akan mempercepat waktu naik.
52
Sistem akan tidak stabil apabila terus mengalami pemanasan dari lingkungan, artinya suhu lingkungan berada di atas nilai set point. Untuk keadaan seperti ini sistem kontrol tidak akan melakukan aksi kontrol untuk berusaha mendinginkan temperatur sistem. Ini dikarenakan sistem kontrol hanya mengendalikan pemanas (heater).
28 26
Temperatur (oC)
24 22 20 18 16
waktu (sekon)
Gambar 4.8 Respon suhu lingkungan pada proses penurunan suhu Grafik pada gambar 4.8 menunjukan respon sistem terhadap perbedaan suhu lingkungan. Temperatur lingkungan pada awal pengukuran adalah 26.6 oC dengan waktu turun 6000 detik (100 menit) dengan temperatur lingkungan (udara) pada saat itu adalah 22 oC. Apabila dibadingkan dengan waktu pemanas untuk perubahan 0.6
o
C yang membutuhkan waktu 31 menit dengan temperatur
lingkungan yang relatif dekat maka tentu waktu pemanas lebih cepat dari pada waktu pendinginan oleh temperatur udara. Hal ini meyakinkan kita bahwa 53
pemilihan daya pemanas yang kita gunakan cukup untuk memanaskan air pada sistem kolam ini.
200
Daya Keluaran (w)
150 100 50 0 0
0.2
0.4
0.6 error (oC)
Gambar 4.9 Grafik keluaran daya keluran terhadap error Karena mode kontrol yang digunakan adalah mode on-off yang daya pemanasnya divariasikan sebanyak tiga tingkat maka keluaran daya pemanas yang bervariasi akan muncul sesuai dengan error yang kita tentukan melalui penempatan set point. Grafik keluaran daya pemanas terhadap error digambarkan pada gambar 4.9. Grafik berwarna biru merupakan keadaan sebenarnya sedangkan grafik merah memperlihatkan keluaran dengan plot linear. Grafik berwarna merah menunjukkan perilaku sistem kontrol proporsional yang keluarannya proporsional terhadap nilai error. Perilaku proporsional ini tidak serta merta menjadikan sistem kontrol yang kita bangun menjadii kontrol proporsional, hal ini dikarenakan logika kontrol yang digunakan dalam membangun sistem ini berupa perbandingan on-off (if – Else) sehinga dianggap tidak sesuai dengan sintak program mode
54
proporsional pada umumnya. Diasamping itu variasi daya hanya dilakukan pada tiga tingkatan nilai sehingga proporsionalitasnya tidak terlihat jelas (grafik biru gambar 4.9). Rentang variasi yang digunakan hanya terbatas sampai nilai error 0.6 o
C yang berarti terlalu pendek karena error bisa mencapai nilai lebih besar dari 0.6
o
C.
.
Untuk temperatur pemijahan ikan sendiri rentang yang diinginkan adalah
pada teperatur 26-28 oC, sedangkan pada sistem ini dipilih nilai set point pada 26oC dengan kestabilan sistem yang berfluktuasi pada rentang 0.1 oC. rentang daerah fluktuasi sistem setelah stabil lebih kecil dibandingkan dengan rentang temperatur yang dibolehkan oleh ikan. Tentu saja dengan syarat temperatur lingkungan tidak naik berada diatas nilai set point. Dengan demikian sistem ini cocok untuk diaplikasikan untuk kebutuhan tersebut. Jika kita membutuhkan nilai set point yang berbeda hanya perlu dilakukan pemrograman ulang pada mikrokontroler.
55
