RANCANG BANGUN PENGUKUR SUHU DAN AKUISISI DATA MENGGUNAKAN PERSONAL KOMPUTER

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176

Daftar Isi

RANCANG BANGUN PENGUKUR SUHU DAN AKUISISI DATA MENGGUNAKAN PERSONAL KOMPUTER **

* SUKARMAN

, FEPRIADI

*** , PRA YITNO

"JSekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281 Telepon 0274-484085,489716, Faksimili 0274-489715 ""J Pusat Pengembangan Energi Nuklir-BATAN Jl. Kuningan Barat, Mampang Prapatan, Jakarta 12710 Telepon/Faksimili 021-5204243 """J Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Jl. Babarsari Kotak Pos 1008 YKBB Yogyakarta 55010 Telepon 0274-488435, Faksimili 0274-487824

Abstrak

RANCANG BANGUN PENGUKUR SUHU DAN AKUISISI DATA MENGGUNAKAN PERSONAL KOMPUTER. Telah dirancang dan dibangun perangkat keras untuk mengukur suhu udara sebagai data meteorologi sekitar lokasi PLTN Muria dan perangkat lunak untuk akuisisi data. Perangkat keras terdiri dari sensor suhu LM35, ADC, PPI8255 dan PC, sedangkan perangkat lunak menggunakan Lab View. Tujuan dari rancang bangun ini adalah untuk mendapatkan data suhu udara lingkungan sebagai variabel masukan dalam perhitungan dispersi atmosfer dan analisa statistik dalam masa persiapan pembangunan PLTN, dan pengamatan ini terus berlangsung selama pembangunan dan saat operasi untuk analisa apabila terjadi kecelakaan. Berdasarkan hasil pengujian menunjukkan bahwa kinerja sistem antarmuka untuk akuisisi data telah berjalan baik, hasil pengukuran sensor suhu LM35 diperoleh tingkat kelinieran 99,77% dengan nilai kalibrasi sebesar 0,4°C. Kata kunci : akuisisi data, dispersi.

Abstract

DESIGN AND CONTRUCT TEMPERATURE MEASUREMENT AND ACQUISITION DATA USING PERSONAL COMPUTER (PC). The measurement temperature system with the PC has been constructed. It used to acquisition data of meteorologi in the location reactor power Plant (PLTN). This system consist of sensor LM35, ADC, PPI8255 and Pc. The programming system used Lab View. The goal of this system is to get data air temperature environment as input variabel for atmosphire dispertion of the reactor power plant design. Interfacing this system show that acquisition can be done, with linierity 99,77% and calibration factor 0.4%. Keyword: data acquisiton, dispertion

Pendahuluan Rencana pembangunan PLTN pada tahun mendatang sudah nampak jelas mengingat hasil studi perencanaan energi menyatakan bahwa PLTN layak untuk dibangun. Oleh karena itu Sukarman dkk.

diperlukan persiapan untuk mendukung program tersebut dari segi kegiatan penelitian maupun sumber daya manusia. Dalam rangka persiapan pembangunan PLTN ini Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) melalui

387

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN


Pusat Pengembangan Energi Nuklir(P2EN) di semenanjung Muria telah melakukan berbagai kegiatan yang selama ini berjalan, salah satunya adalah pemantauan data meteorologi yang berIangsung dari tahun 1983, selain itujuga ada pemantauan gempa mikro yang dimulai tahun 1990. Parameter yang diamati dalam pemantauan meteorologi adalah suhu, tekanan, kelembaban udara, curah hujan, arah dan kecepatan angin, sudut datang angin, radiasi matahari. Variabel yang diukur ini penting diketahui sebagai input dalam perhitungan dispersi atmosfer dan analisa statistik dalam masa persiapan pembangunan PLTN, dan pengamatan ini terus berIangsung selama pembangunan dan saat operasi untuk ana1isa apabila terjadi kecelakaanY·4] Pengambilan data meteorologi telah dilaksanakan dengan perangkat keras dan perangkat lunak mengunakan personal komputer. Perangkat keras dan perangkat lunak ini tidak selalu tersedia dipasaran dan bersifat unik dan sangat tergantung pada perusahaan pemasok, karena untuk penambahan sensor akan juga menambah perangkat lunaknya yang harganya tidaklah murah. Oleh karenanya perIu dibangun perangkat keras dan perangkat lunak yang didesain atau dibuat sendiri menggunakan bahasa pemograman yang tersedia dipasaran. Perangkat keras yang dibuat adalah dalam skala alat ukur suhu udara yang dapat mewakili alat sensor yang sebenarnya karena keluaran dari sensor setelah melewati transduser sarna dengan keluaran dari alat ukur yang akan dibuat, perangkat keras lainnya seperti PPI 8255 untuk sistem antarmuka memanfaatkan yang sudah ada dipasaran. Perangkat lunak untuk akuisisi data, akan dibuat dengan menggunakan bahasa program virtual instrument Lab VIEW untuk mengambil, mengolah data dan menampilkan data numerik dan grafik maupun informasi lain pada layar komputer.

ADC ada1ah rangkaian elektronik yang berfungsi mengubah tegangan atau sinyal analog menjadi sinyal digital. Sinyal digital yang dihasilkan oleh ADC merupakan pendekatan proporsional terhadap masukan analog. Resolusi ADC mengacu pada jumlah bit dalam keluaran ADC. Spesifiksi penting lainnya adalah waktu konversi (convertion time), yaitu waktu yang diperIukan untuk menghasilkan kode biner yang sahih (valid) untuk tegangan masukan yang diberikan. Sebuah konverter disebut berkecepatan tinggi bila memiliki waktu konversi yang pendek. [2] ADC yang akan dipakai adalah ADC 0804, salah satu tipe ADC jenis pendekatan beruntun yang sudah dikemas dan terintegrasi ditunjukkan pada Gambar 2. Secara garis besar ADC terdiri dari tiga bagian yaitu register pendekatan berutun atau successive approximation register (SAR), digital to analog converter (DAC) dan komparator. SAR tediri dari tiga sub bagian yaitu trial register, output register dan control unit.

Teori Singkat

Antarmuka PPI 8255

Sensor Suhu

PPI 8255 (Programmable Peripheral Inteiface) adalah kartu antarmuka yang dirancang untuk pemakaian pada sistem mikrokomputer. Kartu ini bermanfaat sebagai komponen port I/O multi fungsi untuk menghubungkan peralatan peripheral dari luar sistem. Kartu antarmuka PPI 8255 yang mudah

Sensor suhu adalah pengindera suhu yang mengubah besaran fisis menjadi besaran tegangan analog (temperature transducer). Temperature transducer dapat dibagi dalam empat kategori utama yaitu: Resistance

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

388

Temperature Detectors (RTD), Thermocouple, Thermistor, Ultrasonic. Sensor suhu LM35 adalah salah satu pengindera suhu permukaan dan suhu udara yang akan digunakan dalam penelitian ini. Sensor ini adalah pengindera suhu yang memberikan tegangan keluaran berbanding langsung dengan suhu yang diukurnya, dalam derajat Celcius. Gambar .

It 1 Skema LM35. 4 ... 20V

O°C=Om

G---

IOmVfC

v

LM35

~

o• Q---l 0 ~-~

o-----~

Analog to Digital Converter (ADC)

Sukarman dkk.


ditemukan dipasaran ini dirancang sedemikian rupa sehingga dapat melakukan pengaksesan lansung oleh komputer pengendali, dalam hal ini dapat dilakukan oleh komputer apa saja

yang dilengkapai slot ISA (Industrial Standard Architecture). Gambar penyemat IC PPI 8255 dengan slot ISA ditunjukkan pada Gambar 3.

Komparator START

Kendall

V", analog f+ !

CLOCK EOC

----';;:>'

MSB II I I

! I I I LSB

KOllvelter DJA 8- Bit

Gambar 2. ADC SAR 27 PC6 PC1 PC5 PB7 PBO PC7 PC3 PC2 PC4 PCO

i

3

20 10 14 PA4 PB5 i AO RD DO D1 2 D3 40 1 PA2 ! Al RESET 23 13 12 D4 D6 D2 CS 25 00 D7 WR24 21 22 19 D5 39 38 37 16 17 11 PB3 15 PB1 l() PA71--1 ~ ; ("1

PB2 ' PA3 PAl PA5 PA6 PB6 PB4 i

~

............. mmmmmm ......

mmmmmmmm ...t()m

4 18

............mmmmmm ..;:~mm.;

Gambar 3. Penyemat IC PPI 825

Su/wrman dkk.

389


SEMINAR NASlONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176 Personal Komputer

Secara umum sebuah personal komputer terdiri dari tiga bagian utama, yaitu unit pengolah utama atau CPU, memori, dan I/Oport disebut juga bagian dari mikrokomputer. Bagian-bagian ini satu dengan lainnya berhubungan dengan tiga bus utama yang bernpa saluran paralel. Tiga bus tersebut adalah bus alamat, bus data, dan bus kendali. [3] Gambar blok diagram sistem mikrokomputer ditunjukkan pada Gambar 4.

CPU mernpakan bagian terpenting pada sistem mikrokomputer, karena CPU mengatur aktivitas pengolahan data serta komponenkomponen lain yang terdapat pada sistem mikrokomputer, tugas utama CPU antara lain: 1. Mengambil dan melaksanakan instruksi yang terdapat dalam memori. 2. Menyimpan dan mencari data yang terdapat pada memori yang diolah pada pelaksanaan suatu instruksi. Mengirim dan mengambil data pada bagian input atau output. BUS AL4.Nlo\ T

REND.ill

PERALADlli .PERALATAN J}lP0T ~ I OuTPUT

KENDALl I/O l\'IEMORI

CPU

BUS DATA Gambar 4. Blok Diagram Sistem Mikrokomputer

3. Mengendalikan perangkat penunjang CPU, seperti pengatur Direct Memori Access (DMA), penanganan instruksi dan sebagainya. Memori pada komputer bertugas menyimpan data maupun instruksi yang harns dilaksanakan oleh CPO. Pada sebuah komputer, bagian ini umurnnya terdiri dari random access memori (RAM), read only memory (ROM) dan penyimpan data magnetis. Bagian I/O komputer bertugas menghubungkan sistem dengan dunia luar seperti keyboard, monitor dan sebagainya.

terdiri dari empat blok bagian utama yaitu blok sensor suhu, blok Analog to Digital Converter (ADC), blok antarmuka PPI8255 dan personal komputer seperti terlihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Blok Perangkat Keras Akuisisi Data

Rancangan Perangkat Lunak

METODEPERANCANGAN Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam perancangan ini adalah personal komputer, ADC 0804, LM35, PPI 8255, dan Kabel konektor. Rancangan Perangkat Keras Perangkat keras atau instrumentasi yang diperlukan untuk melakukan akuisisi data ini


390

Perangkat lunak untuk akuisisi data menggunakan program LabView dari National Instrument (NI). Program ini dapat digunakan untuk akuisisi data, simulasi komputasi dan analisis kimia, listrik, mesin dan sebagainya. [5] Proses akuisisi data suhu diatur menurut diagram alir pada Gambar 6. Pada Gambar 6, ditunjukkan bahwa pada tampilan perangkat lunak tersedia menu untuk Akuisisi data, Simulasi dan Keluar.

Sukarman dkk.

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006 ISSN 1978-0176

dapat dibuka untuk keperluan lain. Pada pilihan simulasi, tampilan akuisisi menggunakan data random.

Pada pilihan akuisisi, data suhu lingkungan akan disimpan pada setiap satuan detik, menit dan jam. File tersebut disimpan dalam bentuk teks (*.text) dan file tersebut

rmrlai

Ini1;ialisasi = 303H Control ',,"ord = 82

T Slmpan dala {sesuai pHihan waktu}

T

y Selesaf

Gambar. 6. Diagram Alir Akuisisi Data Suhu

Sukarman dkk.

391


SEMINAR

NASIONAL

II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176

keluaran LM35 yang telah dikonversi ke dalam suhu (0C) dengan sensor suhu digital sebagai pembanding eC). Grafik.

Hasil dan Pembahasan Pengamat Sensor Suhu

Pengamatan ADC Pengamatan suhu dilakukan dengan mengukur tegangan keluaran LM35 dalam mV dan dikonversi ke dalam °C (spesifikasi LM35 10mVf'C) dengan suhu yang tertera pada sensor suhu digital sebagai pembanding (merk RS, Switzerlan) yang dimulai pada suhu 29,2°C, hasil pengamatan dapat dilihat pada Tabel 1.

Pengamatan kinerja ADC serta hasil konversi dengan masukan dari sumber tegangan (eatu daya) sebagai simulasi dari keadaan sebenarnya yaitu tegangan searah dari 0 sampai 5 Volt. Data hasil konversi analog ke digital untuk masukan tegangan seeara lengkap ditunjukkan pada lampiran B dan grafik linieritas ADC ditunjukkan pada Gambar 7.

Tabel I.Rasil Pengamatan Tegangan Keluaran Lm35 Dengan Pembanding 32.0 32.4 32.1 29.1 31.0 29.2 33.6 Keluaran 33.3 32.9 33.0 31.4 31.7 31.8 28.8 33.5 32.6 31.2 30.2 30.4 30.5 29.6 29.8 30.8 30.1 29.4 (0G) Konversi 292 336 324 335 314 318 312 291 302 296 294 329 330 326 317 320 321 333 310 304 305 308 298 301 288

(Tegangan & Suhu)

160 ,----------.-----.--------.---.-----

..• --------

_140 ] 120

0.4 33.6 32.8 32.6 32.4 0.3 0.5 Pembanding 31.4 29.4 34.0 Suhu 33.8 33.0 33.2 33.4 31.6 31.8 32.0 32.2 29.2 31.2 30.4 30.6 30.8 31.0 30.0 30.2 29.6 L\ 29.8 (RS, Switzer/an) (0G)

~ 100

(mV) LM35 No

e.

60

]§

GO

o

40

:2>

20

000

1

05IJ

100

2.00

150

Tegangan

250

Joo

(VI

2

Gambar 7. Grafik Linieritas ADC

3 4

5 6 7

8 9 10 11

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

23 24 25

Dari Tabel 1, dapat dianalisa bahwa untuk kenaikan O,2°C maka akan diikuti pula dengan perubahan tegangan keluaran LM35 sebesar rata-rata 2mV ini sesuai dengan spesifikasi LM35 10mV/oC, dan dari Tabel IV.l dapat juga dibuat linieritas hasil pengukuran dan perbandingan antara tegangan


Pengamatan Hasil Eksekusi Program pada Komputer Pengamatan dilakukan terhadap tengangan keluaran LM35 dengan nilai suhu yang tertera pada komputer (0C). Tabel hasil pengamatan eksekusi program antara tegangan keluaran LM35 dengan nilai suhu pada komputer ditunjukkan pada Tabel 2. Pada Tabel 2 Terlihat ada nilai yang berbeda antara keluaran LM35 setelah dikonversi ke suhu (0C) dengan nilai suhu pada komputer, ini disebabkan beberapa hal, diantaranya faktor konversi nilai digital menjadi suhu oleh perangkat lunak, yaitu max 5V = 100°C dengan resolusi 255, sehingga tingkat ketelitian pada komputer = lOO°C/255 = O,39°C. Nilai ini menunjukkan bahwa perubahan suhu yang bisa diamati adalah sebesar O,39°C. Menu tampilan dibuat untuk memberikan informasi yang diinginkan dan mudah diamati seeara visual. LabVIEW menyediakan front panel untuk meraneang tapilan program dan diagram untuk meraneang program dan menghubungkan tiap panel. Menu tampilan program hasil eksekusi ditunjukkan pada Gambar 8.

392

Sukarman dkk.

SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176

Menu tampilan di atas dibuat sedemikian rupa dengan maksud agar dapat mengetahui hasil pengukuran secara langsung. Pada saat program akuisisi diaktifkan data tersimpan secara otomatis pada direktori yang dituju dan sekaligus ditampilkan berupa data numerik dan grafik, juga ditampilkan indikator tanggal, jam, dan nilai parameter yang diukur. Tampilan menyediakan kontrol untuk mengaktifkan akuisisi atau simulasi, merubah directory penyimpanan data, memberi nilai kalibrasi bila diperlukan dan untuk me1ihat data yang telah ada di dalam file. Tabel 2. HasilPengamatanEksekusiProgram (tegangan & konversi No

komputer 288 28.8 292 302 312 29.4 30.0 31.0 33.1 33.7 314 31.4 31.7 33.4 32.6 33.5 Keluaran LM35 291 29.1 29.1 294 296 298 301 304 310 305 308 29.6 29.8 30.2 30.4 30.5 30.8 29.2 30.1 31.2 31.0 29.3 29.4 29.6 29.9 30.2 30.3 30.5 31.2 30.8 329 330 336 32.9 33.0 33.6 32.9 317 333 33.3 31.7 31.5 320 318 324 321 326 335 32.0 31.8 32.4 32.1 32.6 33.5 31.8 31.9 32.3 32.0 (oG) 28.9 (0G) Nilai suhu pada suhu)

mV)

Kesimpulan

Melihat dari kenyataan yang ada sete1ah dilakukan pengamatan kinetja sistem secara keseluruhan dan mengacu pada tujuan semula pada tugas akhir ini dapat disimpulkan 1. Telah dapat dihasilkan perangkat keras dan perangkat lunak untuk akuisisi data suhu udara menggunakan personal komputer dengan sensor suhu LM35 dan perangkat lunak LabVIEW. 2. Kinetja sistem antarmuka untuk akuisisi data telah berjalan baik, hasil pengukuran sensor suhu LM35 dengan nilai suhu terukur pada komputer diperoleh tingkat kelinieran 0,9977 dan perlu ditambahkan nilai kalibrasi sebesar 0,4oC sehingga nilai suhu terukur pada komputer sama dengan suhu pembanding (alat ukur suhu digital merek RS, Switzerlan).

\

Sukarman dkk.

393


SEMINAR

NASIONAL

II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176

Gambar 8. Tampilan Akuisisi Data Suhu Udara

Daftar Pustaka

1. IAEA, "Dispersi Atmosfir dalam tapak instalasi nuklir, A safety Guide NO 50 SG S3". 2. MARIA A KARTAWIDJAYA, Konverter Analog to Digital, Teori dan penerapannya, elek2. 3. ALBERT PAUL MALVINO, 1991, Elektronika Computer Digital, Pengantar Mikrokomputer, edisi kedua, Erlangga. 4. ACHMAD SASMITO, 1989,.Sifat Atmosfir Pada Bahan Polutan di Jakarta, BMG. 5. BISHOP H, ROBERT, 1999, Learning with Lab View, The University of Texas at Austin.

2. Pada tabel sOOu belum ada satuan ? (Nugroho LOOur) 3. Apakah sudah diuji kestabilannya Jawaban 1. Belum, rantang linieritasnya belum diketahui. 2. Keunggulan relatif tergantung dari sistem yang digunakan. 3. Belum diuji

tanya jawab

Tanya jawab I. Seberapa jauh hasil pengukuran sOOu yang dapat dipertanggungjawabkan ?

Daftar Isi Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

394

Sukarman dkk.

RANCANG BANGUN PENGUKUR SUHU DAN AKUISISI DATA MENGGUNAKAN PERSONAL KOMPUTER

Recommend Documents