DT-51
Application Note
AN27 - Weather Station I (Temperature & Humidity) oleh: Tim IE & Arif Bambang S. & Arief Rachmadani (Institut Teknologi Sepuluh November)
Temperatur dan kelembaban merupakan aspek yang penting dalam menentukan kondisi cuaca pada suatu daerah. Banyak hal yang sangat bergantung pada kondisi temperatur dan kelembaban pada daerah tersebut. Makhluk hidup pun sangat bergantung pada kondisi temperatur dan kelembaban daerah yang ditempatinya. Aplikasi ini berfungsi untuk mendeteksi temperatur dan kelembaban pada suatu tempat. Modul yang digunakan adalah: - DT-51 MinSys ver. 3.0 - DT-51 I2C ADDA - Modul LCD - LM35DZ - RHK1AN
TEMPERATUR DAN KELEMBABAN Dalam melakukan pengukuran kelembaban pada suatu daerah maka kita harus memasukkan temperature sebagai faktor yang sangat berpengaruh terhadap kelembaban tersebut. Kelembaban Relatif/Relative Humidity (RH) adalah suatu perbandingan yang dinyatakan dalam prosentase, banyaknya persen uap air di dalam atmosfer terhadap jumlah yang dibutuhkan untuk memenuhinya pada suhu yang sama. Kelembaban relatif berubah-ubah menyesuaikan suhu. RH 50% "± 5%", simbol "± 5%"menjelaskan adanya batas toleransi 5%, yaitu lebih 2,5% atau kurang 2,5% dari standar 50%, yang berarti tidak boleh kurang dari 47,5% dan lebih dari 52,5% Suhu 20 oC "± 2 oC"; simbol "± 2 oC " menjelaskan adanya batas toleransi 2 oC, yaitu lebih satu atau kurang satu dari standar 20 oC, yang berarti tidak boleh kurang dari 19 oC dan lebih dari 21 oC.
SENSOR SUHU LM35 LM35DZ adalah IC yang khusus digunakan untuk sensor temperatur/suhu yang hasilnya cukup linier. LM35DZ tidak memerlukan kalibrasi eksternal ataupun timing khusus, dengan range pengukuran antara 0 s/d +100 oC. Sensor ini mempunyai karakteristik yang linear yaitu pada 10 mV/oC. Gambar IC LM35DZ dengan kemasan plastik terdapat pada gambar 1.
Gambar 1. Sensor Temperatur LM35
Gambar 2. Typical Aplication LM35 Page 1 of 14
Application Note AN27
SENSOR KELEMBABAN RHK1AN Kelembaban adalah salah satu faktor yang menentukan kondisi cuaca pada suatu daearah. Kelembaban dapat diukur dengan berbagai macam metode, salah satunya adalah dengan menggunakan sensor kelembaban RHK1AN. Spesifikasi dari sensor kelembaban RHK1AN terdapat pada tabel 1. Tabel 1. Spesifikasi RHK1AN 1
Part Name
Humidity Sensor
2
Type
RHK1AN
3
Storage temperature range
-40 ~ 85 oC
4
Storage humidity range
Less than 95%RH
5
Operating temperature range
0 – 60oC
6
Operating humidity range
20 ~ 90%RH
7
Rated voltage
AC 1V (50Hz ~ 1KHz)
8
Rated power
0.3 mW
9
Standart characteristic
60 kΩ (at 25oC, 60%RH)
10
Accuracy
<+ 3%RH
11
Hysterisis
Within 3%RH
Grafik respon sensor kelembaban RHK1AN pada tegangan AC 1V dan temperatur 25 oC terdapat pada gambar 3.
Page 2 of 14
Application Note AN27
Gambar 3. Typical Characteristics RHK1AN
Page 3 of 14
Application Note AN27
Gambar 4. Typical Humidity Response Characteristics
Page 4 of 14
Application Note AN27
Gambar 5. Temperature Characteristics Tabel pengukuran resistansi untuk kelembaban antara 20 %RH sampai dengan 90 %RH pada temperatur 25 oC terdapat pada tabel 2.
Page 5 of 14
Application Note AN27
Tabel 2. Resistansi RHK1AN pada 25 oC No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 Page 6 of 14
%RH 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77
Resistansi ( kΩ ) 6500 6000 5500 5000 4600 4200 3800 3500 3100 2800 2500 2200 2000 1800 1650 1500 1390 1270 1140 1050 930 820 740 650 580 510 450 400 350 310 275 230 200 175 150 130 115 100 85 74 65 57 51 45 40 36 32 28 25 22 19.5 17.7 15.8 14 12.4 11 10 9
59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90
8.1 7.2 6.5 5.8 5.1 4.5 3.9 3.5 3.05 2.7 2.4 2.15 1.95
Application Note AN27
Tabel pengukuran resistansi untuk kelembaban antara 20 %RH sampai dengan 90 %RH pada beberapa kondisi temperatur yang berbeda terdapat pada tabel 3. Tabel 3. Resistansi RHK1AN pada Suhu Berbeda (R dalam kΩ) R
R
R
R
R
5C
o
15 C
o
25 C
o
35 C
o
45 C
55oC
20
16000
10000
6500
4200
2500
1500
25
10000
6500
4200
2500
1500
930
30
6500
4200
2500
1500
930
510
35
4200
2500
1500
930
510
275
40
2500
1500
930
510
275
130
45
1500
930
510
275
130
65
50
930
510
275
130
65
36
55
510
275
130
65
36
19.5
60
275
130
65
36
19.5
11
65
130
65
36
19.5
11
6.5
70
65
36
19.5
11
6.5
3.5
75
36
19.5
11
6.5
3.5
1.95
80
19.5
11
6.5
3.5
1.95
1.2
85
11
6.5
3.5
1.95
1.2
0.7
90
6.5
3.5
1.95
1.2
0.7
0.4
%RH
o
R
PERANCANGAN HARDWARE Blok diagram dari sistem yang akan dibuat terdapat pada gambar 6. SENSOR KELEMBABAN
SENSOR TEMPERATUR
RANGKAIAN PENGKONDISI SINYAL
DT51 I2C ADDA
DT51
LCD DISPLAY Gambar 6. Blok Diagram Alat Ukur Temperatur dan Kelembaban
Page 7 of 14
Application Note AN27
Untuk dapat mengambil sinyal hasil pengukuran dari sensor kelembaban, maka diperlukan rangkaian pengkondisi sinyal pada sensor tersebut. Rangkaian pengkondisi sinyal untuk sensor kelembaban terdapat pada gambar 7 dan 8.
C1
15n
R6
R4 100K
5K1
C7 100 nF
R5
V20K
JP1
4M7
V+
JP2 1 2
6
R1 50K
1 3
+
2
-
5 6
VSIN
IC2 uA741P
4
3 IC1 LM301H
4 8
R11 10K
10K
7 5K
10M
1 C2 15n
2 R3 10K
R12
R9
7 5
1 2 R7 5K1
GND
R8
R2
8
C5 100 nF
V-
V+
C8 100 nF
C3 R10 10K
V-
V-
D1 2.7V GND D2 2.7V
22p C6 100 nF
GND
Gambar 7. Rangkaian Generator Sinus
VSIN R14 1M
C9 100 nF
R16
1 2
10K JP5
R17 10K
R19 6.8M
1 2 RHK1AN GND
5
1
JP4
R13 10K
V+ 7
R21 100K
V-
3
+
2
-
6
8
GND
IC7 uA741P
VSENSOR
4
R18 6.8M
1 2
R20 6.8M
VC10 100 nF
R22 100K
Gambar 8. Rangkaian Jembatan dan Diferential Amplifier
Page 8 of 14
Application Note AN27
C4
R30 R26
20K
R28
20K
R27 20K
10K
10uF
R29 20K
1 2
2 +
3
IC3 LF356N 6
2 1
V4 8
D3
4 8
JP6
JP7
C13 100 nF
1N4148
V-
1N4148
C11 100 nF
D4 2
5
C12 100 nF
VDC
5
V-
7 1
R24 6K8
V+ GND
+
3
R22 10K
7 1
R25 10K
VSENSOR
IC4 uA741P 6
R23 10K
V+ GND
C14 100 nF
V-
Gambar 9. Rangkaian AC to DC Converter
R35 10K
C17 100 nF
C15 100 nF
4 8 1 2
R36
5
5K D5 4.7V
+ IC5 uA741P
2
6
R38 10K
3
VDIF
5 R37 5K
R33 10K
V+
VGND
IC6 uA741P 6 +
2
10K
4 8
R31
JP9
1 2
3
7 1
7 1 R34 1K
V-
JP8
V+
V+
VDC C16 100 nF
R32 GND10K
C18 100 nF
V-
Gambar 10. Rangkaian Subtraktor
Page 9 of 14
Application Note AN27
R39 1K R41 20K
GND
C19 100 nF
V-
VCC
4 8
D6 1N4148
IC8 LF356N
2
6
+
3
5
7 1
2 1
VDIF JP10
R42 10K
V+
R40 100
VADC D7 1N4148
GND
V-
C20 100 nF
Gambar 11. Rangkaian ADC Amplifier Prinsip kerja rangkaian-rangkaian tersebut adalah sebagai berikut: 1. Generator sinus osilator Wien diatur untuk menghasilkan sinyal sinusoidal 1 kHz dengan amplitudo 1 Vpp. 2. Sinyal sinus diumpankan pada rangkaian jembatan dan outputnya dimasukkan pada differential amplifier dengan penguatan sebesar 10 kali. 3. Lalu sinyal dikirim ke AC to DC converter yang akan menghasilkan tegangan DC rata-rata dari suatu sinyal AC (penguat MAV). 4. Sinyal DC yang dihasilkan lalu dikirim ke suatu subtraktor (pengurang) untuk membuang offset tegangan dasar yang akan diperoleh apabila rangkaian dijalankan dengan melepas sensor. 5. Sinyal lalu dikirim ke penguat akhir untuk dikondisikan agar dapat dibaca oleh ADC. 6. Sebelum masuk ADC maka sinyal diberi suatu clipper dengan dioda sebagai pengaman untuk ADC. Proses kalibrasi rangkaian akusisi data : 1. Semua op-amp di offset null. 2. Mengatur gain dari penguat sensor menjadi 10 kali. 3. Mengatur besarnya pengurangan pada rangkaian pengurang sebesar –2000 mV. 4. Mengatur gain penguat akhir agar saat sensor di-short maka output dari op-amp adalah 2.5 V.
Page 10 of 14
Application Note AN27
Koneksi secara keseluruhan dari alat ukur temperatur dan kelembaban di atas terdapat pada gambar 12 dan tabel 4.
Gambar 12. Koneksi Keseluruhan Alat Ukur Temperatur dan Kelembaban
Page 11 of 14
Application Note AN27
Tabel 4. Koneksi DT-51 MinSys dengan Modul LCD & DT-51 I2C ADDA Modul LCD
DT-51 MinSys
Pin
Keterangan
Konektor & Pin
Keterangan
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
GND VCC VO RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 A (backlight) K (backlight)
LCD Pin 1 LCD Pin 2 LCD Pin 3 Port A & Port B Pin 9 Port A & Port B Pin 10 Port A & Port B Pin 11 Port A & Port B Pin 1 Port A & Port B Pin 2 Port A & Port B Pin 3 Port A & Port B Pin 4 Port A & Port B Pin 5 Port A & Port B Pin 6 Port A & Port B Pin 7 Port A & Port B Pin 8 LCD Pin 15 LCD Pin 16
GND VCC CON B0 B1 B2 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 VCC GND
DT-51 ADDA (JP4) Pin 15 16
Keterangan P16 P17
Port C & Port 1 Pin 15 Port C & Port 1 Pin 16
Tabel 5. Koneksi DT-51 I2C ADDA dengan Sensor DT-51 ADDA Input Pin AI0 AI1 AI2 AI3 AO
Page 12 of 14
Output LM35 Output Rangkaian Sensor Kelembaban -
Application Note AN27
PERANCANGAN SOFTWARE Flowchart software untuk membaca kelembaban dan temperatur terdapat pada gambar 13. Start Inisialisasi LCD Tampilkan teks Temp & Humidity
Inisialisasi DT-51 I2C ADDA Baca ADC Channel 0 (Temperature)
Konversi DataSuhu ke ASCII
Tampilkan Suhu ke LCD Baca ADC Channel 1 (Humidity) & Olah Data Data Suhu Dibagi 10
Hasil = 5
Y
Data Humidity + 5
T
Hasil = 4
Y
Data Humidity + 10
T
Hasil = 3
Y
Data Humidity + 15
T
Hasil = 2
Y
Data Humidity + 20
T
Hasil = 1
Y
Data Humidity + 25
T
Hasil = 0
Y
Data Humidity + 30
T
Konversi DataHumidity ke ASCII Tampilkan Humidity ke LCD
Gambar 13. Flowchart Program Page 13 of 14
Application Note AN27
Keterangan : Hasil adalah nilai pembagian pembacaan temperatur/suhu. Sehingga, hasil = 5 artinya suhu antara 50°C s/d 59°C, Hasil = 4 berarti suhu antara 40°C s/d 49°C. Demikian seterusnya. Program akan beroperasi sebagai berikut: 1. Melakukan inisialisasi terhadap DT-51 I2C ADDA. 2. Melakukan pembacaan sensor suhu pada channel 0 dan menampilkan hasilnya ke LCD. 3. Melakukan pembacaan sensor kelembaban pada channel 1 dan mengolah datra tersebut 4. Membandingkan data suhu dibagi 10 dengan variabel Hasil. 5. Jika data tersebut bersesuaian dengan nilai-nilai variabel Hasil, data kelembaban akan ditambahkan dengan nilai yang telah terprogram dan ditampilkan ke LCD. 6. Jika data tersebut tidak sesuai dengan nilai-nilai variabel Hasil, program akan melakukan pembacaan dari awal.
Listing program terdapat pada AN27.ZIP. Selamat berinovasi!
Page 14 of 14
Application Note AN27
