LAPORAN TUGAS AKHIR Kipas Angin Saklar Otomatis Dengan Menggunakan Sensor Suhu Dan Inframerah Berbasis Mikrokontroler AVR ATmega8 Disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Diploma 3 oleh : GREYNER I. D. SIREGAR NIM : 1205032079
KARTINI R. A. Lbn.TORUAN NIM : 1205032085
MARULI PANDE SITOMPUL NIM : 1206032089
RINO CIPTO MANALU NIM : 1205032099
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis haturkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan kasih-Nya yang masih diberi bagi penulis, sehingga penulis dapat menyusun dan menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Laporan ini disusun dalam memenuhi syarat akademis untuk menyelesaikan program pendidikan Diploma 3 Teknik Listrik. Laporan ini disusun dengan judul “Kipas angin saklar otomatis dengan menggunakan sensor suhu dan inframerah berbasis mikrokontroler AVR ATmega8”, dengan tujuan pengoperasian yang lebih sederhana dan juga supaya tetap dapat diberdayakan didalam kampus nantinya. Penulis telah banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Dengan penyusunan laporan ini penulis telah berusaha dengan segala kemampuan agar dapat menyelesaikan laporan ini dengan sebaik mungkin dengan kemampuan, waktu, fasilitas, yang ada serta bimbingan dan dorongan dari berbagai pihak, untuk itu pada kesempatan ini penulis ucapkan banyak terima kasih kepada : 1.
Politeknik Negeri Medan sebagai lembaga yang menjadi almamater penulis dalam menyelesaikan program Diploma 3.
2.
M. Syahruddin, S.T, M.T selaku Direktur Politeknik Negeri Medan.
3.
Junaidi, S.T, M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan.
4.
Ir. Gunoro, S.T, M.T selaku ketua Program studi Teknik Listrik jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan.
5.
Drs. Sumardjono, M.T selaku dosen pembimbing penulis yang sudah memberi waktu dan kesempatan berarti bagi penulis dalam penyelesaian Laporan Tugas Akhir ini.
6.
Seluruh Staf Pengajar, Administrasi dan Laboratorium Program Studi Teknik Elektro Jurusan Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan.
7.
Seluruh karyawan dan juga pemilik altech electronic yang bersedia membimbing selama pembuatan mesin dan alat.
8.
Keluarga, terutama Orang tua tercinta yang menjadi panutan bagi penulis.
iv
9.
Teman-teman di EL-D angkatan 2012 yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan Laporan
Tugas Akhir ini. Penulis mengharapkan masukan, saran dan kritik yang bersifat membangun demi penyempurnaan lapoaran tugas akhir ini. Semoga Laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 03 September 2015 Hormat kami
Penyusun
v
ABSTRAK “KIPAS ANGIN SAKLAR OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR SUHU DAN INFRAMERAH BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMEGA8”. Tujuan dalam pembuatan proyek adalah menunjukkan cara pembuatan dan perakitan sistem kontrol kipas angin otomatis dengan mikrokontroler AVR ATmega8 dan merancang suatu alat pengontrol mikrokontroler yang dapat bekerja secara otomatis yang dilengkapi juga dengan sensor inframerah dan juga sensor suhu. Dengan pembuatan rancangan ini, tidak diperlukan lagi pengoperasian kipas secara manual. Karena hidup atau matinya kipas disesuaikan dengan suhu ruangan, maka dapat menghemat daya terpakai dari kipas tersebut. Tahap pengumpulan data-data dalam penulisan, penulis lebih mengacu pada sumber-sumber dari internet karena keterbatasan penulis untuk mengumpulkan data yang original. Sistem ini bekerja dengan cara mendeteksi suhu yang ada pada ruangan dan aktifitas gerakan di dalam ruangan dengan menggunakan sensor suhu dan sensor inframerah, dan menampilan pada LCD berupa suhu yang terdeteksi.
Kata kunci: Sensor Suhu, Sensor Inframerah, LCD.
vi
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN....................................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN....................................................................................... iii KATA PENGANTAR............................................................................................... iv ABSTRAK ................................................................................................................ vi DAFTAR ISI ............................................................................................................ vii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. x DAFTAR TABEL .................................................................................................... xii DAFTAR GRAFIK ................................................................................................. xiii BAB 1 PENDAHULUAN ......................................................................................... 1 1.1
Latar Belakang ............................................................................................... 1
1.2
Batasan Masalah ............................................................................................ 2
1.3
Rumusan Masalah .......................................................................................... 3
1.4
Tujuan Pembuatan Proyek ............................................................................ 3
1.5
Manfaat Pembuatan Proyek .......................................................................... 3
1.6
Sistematika Penulisan Laporan .................................................................... 4
BAB 2 LANDASAN TEORI ..................................................................................... 5 2.1
Mikrokontroler ............................................................................................... 5
2.2
Mikrokontroler AVR ATmega8 .................................................................. 6
2.2.1
Konfigurasi Pin ATmega8 ..................................................................... 8
2.2.2
Memori AVR ATmega8 ...................................................................... 12
2.2.3
Timer/Counter 0 ................................................................................... 13
2.2.4
Komunikasi Serial Pada ATmega 8 ..................................................... 13
2.2.5
Clock Generator ................................................................................... 14
2.2.6
USART Transmiter .............................................................................. 15
2.2.7
USART Receiver ................................................................................. 15
2.3
Transformator ............................................................................................... 15
2.3.1
Prinsip Kerja Transformator ................................................................ 16
2.3.2
Transformator Ideal.............................................................................. 18
2.4
Sensor PIR .................................................................................................... 19
vii
2.5
Sensor LM35 ................................................................................................ 22
2.6
Liquid Crystal Display (LCD) 2 x 16 ....................................................... 24
2.7
Relay .............................................................................................................. 25
2.8
Transistor ...................................................................................................... 27
2.9
Kristal (Xtal Oksilator) ............................................................................... 28
2.10
Kipas Angin .................................................................................................. 31
2.10.1
Komponen Utama Kipas Angin ........................................................... 32
BAB 3 PERANCANGAN ALAT ............................................................................ 36 3.1
Blok Diagram ............................................................................................... 36
3.2
Rancangan Rangkaian Pengendali Sistem................................................ 37
3.2.1
Sensor ................................................................................................... 44
3.2.1.1 Sensor Suhu.......................................................................................... 44 3.2.1.2 Sensor PIR............................................................................................ 45 3.2.2
Kontroler .............................................................................................. 46
3.2.3
Penguat (Driver) ................................................................................... 47
3.2.4
Kipas Angin ......................................................................................... 48
3.2.5
Rangkain Kerja Secara Keseluruhan .................................................... 49
3.2.6
LCD ...................................................................................................... 50
3.3
Perancangan Layout PCB ........................................................................... 51
3.3.1
Alat Dan Bahan Yang Digunakan ........................................................ 51
3.3.2
Gambar Layout .................................................................................... 53
3.4
Rancangan Program Kendali ...................................................................... 54
3.4.1
Langkah-Langkah Pemograman .......................................................... 54
3.4.2
Pemasangan Alat .................................................................................. 63
BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA ................................................................... 65 4.1
Deskripsi Kerja............................................................................................. 65
4.2
Pengujian Sistem.......................................................................................... 66
4.2.1
Pengujian Sensor Suhu LM35.............................................................. 66
4.2.2
Pengujian Mikrokontroler ATmega8 ................................................... 67
4.2.3
Pengukuran Display LCD .................................................................... 68
4.2.4
Pengujian Sensor Gerak (PIR) ............................................................. 69
viii
4.3
Analisa Sistem .............................................................................................. 70
4.3.1
Analisa Sensor Suhu LM35 ................................................................. 70
4.3.2
Analisa Sensor PIR .............................................................................. 72
4.3.3
Analisa kaki pin kontroler .................................................................... 72
BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN ......................................................................... 74 5.1
Simpulan ....................................................................................................... 74
5.2
Saran .............................................................................................................. 74
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 75 LAMPIRAN ............................................................................................................. 76
ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Blok Diagram ATmega8 .................................................................. 7 Gambar 2.2 Konfigurasi Pin ATmega8 ................................................................. 8 Gambar 2.3 Status Register ATmega8 ................................................................ 10 Gambar 2.4 Peta Memori ATmega8 .................................................................. 12 Gambar 2.5 Blok USART .................................................................................. 14 Gambar 2.6 Bagian-Bagian Transformator ........................................................ 15 Gambar 2.7 Bentuk dan Simbol Transformator ................................................. 16 Gambar 2.8 Gelombang Arus Bolak-Balik ........................................................ 16 Gambar 2.9 GGL Induksi Pada Kumparan ........................................................ 17 Gambar 2.10 Blok Diagram Sensor PIR ............................................................ 19 Gambar 2.11 Sensor PIR .................................................................................... 21 Gambar 2.12 Sensor Suhu LM35 ....................................................................... 22 Gambar 2.13 Bentuk Fisik LCD 2 X 16............................................................. 24 Gambar 2.14 Bentuk Fisik Relay ....................................................................... 26 Gambar 2.15 Macam-Macam Bentuk Transistor ............................................... 27 Gambar 2.16 Simbol Transistor NPN dan PNP ................................................. 27 Gambar 2.17 Bentuk Fisik X-TAL (a) dan Symbol X-TAL (b) ........................ 28 Gambar 2.18 Rangkaian Ekivalen XTAL .......................................................... 29 Gambar 2.19 Bentuk Kipas Angin ..................................................................... 31 Gambar 2.20 Rangkaian Motor Kapasitor Permanen/Tetap .............................. 33 Gambar 2.21 Rangkaian Ekivalen Motor Kapasitor Permanen ......................... 33 Gambar 2.22 Konstuksi Kipas Angin ................................................................ 35 Gambar 3.1 Blok Diagram ................................................................................. 36 Gambar 3.2 Rangkaian Pengendali .................................................................... 37 Gambar 3.3 Sensor Suhu LM35 ......................................................................... 44 Gambar 3.4 Sensor PIR ...................................................................................... 45 Gambar 3.5 Kontroler ........................................................................................ 46 Gambar 3.6 Penguat (Driver) ............................................................................. 47 Gambar 3.7 Rangkaian Pengoperasian Kipas Angin ......................................... 48
x
Gambar 3.8 Flowchart Rangkaian ...................................................................... 49 Gambar 3.9 Lcd Display .................................................................................... 50 Gambar 3.10 Gambar Layout ............................................................................. 53 Gambar 3.11 Peletakan Komponen .................................................................... 53 Gambar 3.12 Listing Program ........................................................................... 59 Gambar 3.13 Denah Ruangan dan Pemasangan Instalasi Kipas RC-102 .......... 63 Gambar 3.14 (a) Panel Bagian Dalam (b) Pintu Panel ....................................... 64
xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Clock Generator ................................................................................. 14 Tabel 2.2 Deskripsi Pin LCD ............................................................................. 25 Tabel 3.1 Alat dan Bahan Yang Digunakan ...................................................... 51 Tabel 3.2 Peralatan Pemasangan Instalasi Kipas ............................................... 63 Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Sensor Suhu LM35 ............................................... 66 Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Pin IC Mikrokontroler .......................................... 67 Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Dispaly LCD ......................................................... 68
xii
DAFTAR GRAFIK Grafik 4. 1 Perbandingan Pengukuran Sensor Suhu LM35 dengan Termometer ....70
xiii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Seiring dengan perkembangan pengetahuan dan teknologi, kebutuhan
manusia akan hal yang instan semakin meningkat pula. Terkhusus untuk dapat mengontrol peralatan elektronik tanpa harus ada operasi secara manual. Hal inilah yang biasa disebut otomatisasi dalam dunia listrik. Otomatisasi bertujuan untuk meringankan dan mengurangi peran personal (manusia) demi tujuan lebih efisiennya proses kerja suatu peralatan(dalam hal ini peralatan elektronik).1 Didunia saat ini, perubahan dan kemajuan teknologi juga mempengaruhi keadaan iklim dan suhu bumi. Hal ini juga menuntut orang-orang untuk mencari alternatif untuk mengatasi hal atau keadaan yang demikian. Terkhusus semakin panasnya suhu bumi juga mempengaruhi kenyamanan dalam beraktifitas setiap harinya. Untuk kalangan orang kelas menengah keatas tentu bisa mencari hal yang lebih nyaman yang terkait dengan hal diatas tanpa harus memikirkan masalah biaya yang harus dikeluarkan. Karena suhu yang cukup panas biasanya perumahan elit dan perkantoran-perkantoran yang besar sekarang ini sudah memilih untuk menggunakan AC sebagai pendingin dalam ruangan. Beda halnya dengan kelas menengah kebawah. Masalah biaya tentu akan sangat mempengaruhi. Sehingga walaupun kadang perlu akan hal diatas, tapi memilih untuk tidak memakainya. Karena ketidak mampuan dalam hal biaya. Untuk kalangan menengah kebawah tentu akan lebih memilih menggunakan kipas angin. Tentu karena harganya yang terjangkau dan juga masih dapat menanggulangi masalah suhu yang disebut diatas. Walaupun kipas angin tidak sebaik AC dalam mendinginkan suhu dalam ruangan.
1
Agus Putranto, dkk. (2008) Teknik Otomasisasi Industri untuk SMK Jilid 1, Jakarta : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan.
1
Tetapi dipandang dari sisi negatifnya, penggunaan AC sebagai pendingin memang lebih berbahaya dari pada penggunaan kipas angin. Dan juga terkait dengan hal inilah makanya penulis memilih untuk menggunakan kipas angin sebagai beban yang akan digunakan sebagai pendingin dalam ruangan. Juga penulis mempertimbangkan supaya rancangan ini nantinya bisa digunakan untuk semua kalangan. Dalam proyek ini penulis memikirkan bagaimana halnya pengoperasian kipas pada proyek ini bisa dikontrol secara otomatis. Dan kalau dinilai dari efektifitasnya, penulis merasa hal ini akan lebih membantu dan lebih bermanfaat dibanding dengan pengontrolan secara manual. Karena akan lebih menghemat dalam segi pemakaian daya listrik pada peralatan. Banyak jenis peralatan otomatisasi yang digunakan di dunia. Salah satunya adalah mikrokontroler. Mikrokontroler sebagai salah satu perangkat kendali yang terintegrasi, proporsional dan derivatife. Produk-produk mikrokontroler memang dirancang untuk memenuhi kebutuhan masyarakat umum maupun industri rumahan. Kelebihan yang dimiliki oleh mikrokontroler adalah ukurannya yang kompak namun dapat menangani objek masukan keluaran yang variatif, selain itu harganya cenderung murah dan mudah didapat. Dari permasalahan diatas tugas akhir ini, penulis membuat suatu alat kipas angin otomatis berbasis Mikrokontroler ATmega8. Alat ini juga dilengkapi dengan inframerah dan sensor. Sehingga dapat bekerja tanpa harus menyentuh tombol pengaturan pengaturan kecepatan atau speed pada kipas angin. Oleh karena itu tugas akhir ini penulis beri judul “Kipas angin saklar otomatis dengan menggunakan sensor suhu dan inframerah berbasis mikrokontroler AVR ATmega8”. 1.2
Batasan Masalah Mengingat masalah yang terkait dengan alat ini cukup luas, maka penulis
perlu membatasi masalah yang akan dibahas dalam dalam penulisan ini. Di dalam laporan Tugas Akhir ini penulis akan membahas mengenai sistem kerja dari sensor inframerah (PIR) dan sensor suhu LM35 yang digunakan untuk pengontrolan hidup-mati kipas angin otomatis. Di dalam laporan Tugas Akhir ini
2
juga dibahas bagaimana proses pemograman dari mikrokontroler yang digunakan yaitu AVR ATmega8. 1.3
Rumusan Masalah Sesuai latar belakang yang telah dismpaikan diatas, maka rumusan
masalah dapat dibuat sebagai berikut: Bagaimana merancang pengontrolan kipas angin sakelar otomatis dengan menggunakan sensor suhu dan inframerah berbasis mikrokontroler AVR ATmega8? Bagaimana membuat program pengontrolan kipas angin sakelar otomatis
dengan
menggunakan
sensor
suhu
dan
inframerah
berbasis
mikrokontroller AVR ATmega8? 1.4
Tujuan Pembuatan Proyek Tujuan dalam pembuatan proyek yang berjudul Kipas Angin Saklar
Otomatis Dengan Menggunakan Sensor Suhu Dan Inframerah Berbasis Mikrokontroler AVR ATmega8 adalah sebagai berikut: 1.
Memenuhi salah satu syarat kelulusan.
2.
Menunjukkan cara pembuatan dan perakitan sistem kontrol kipas angin otomatis dengan mikrokontroler AVR ATmega8.
3.
Merancang suatu alat pengontrol mikrokontroler yang dapat bekerja secara otomatis yang dilengkapi juga dengan sensor inframerah dan juga sensor suhu.
1.5
Manfaat Pembuatan Proyek Adapun beberapa manfaat pembuatan proyek Tugas Akhir yang berjudul
Kipas Angin Saklar Otomatis Dengan Menggunakan Sensor Suhu Dan Inframerah Berbasis Mikrokontroler AVR ATmega8, diantaranya: 1. Dengan pembuatan rancangan ini, tidak diperlukan lagi pengoperasian kipas secara manual. 2. Karena mati hidup kipas disesuaikan dengan suhu ruangan, maka dapat menghemat daya terpakai dari kipas tersebut.
3
3. Dapat mengetahui prinsip kerja mikrokontroler sebagai pengontrol otomatis pada kipas angin. 1.6
Sistematika Penulisan Laporan Adapun sistematika penulisan yang akan digunakan dalam penulisan
laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini penulis membahas latar belakang, batasan masalah, rumusan masalah, tujuan pembuatan proyek, manfaat pembuatan proyek, metode penulisan, serta sistematika penulisan laporan. BAB II LANDASAN TEORI Bab ini membahas teori-teori dasar dan menjelaskan tentang semua landasan teori yang berhubungan dengan alat yang akan dibuat. BAB III PERANCANGAN ALAT Bab ini berisikan langkah-langkah perancangan rangkaian untuk perancangan rangkaian kontrol kipas angin. BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Bab ini berisikan analisa rangkaian, hasil uji rangkaian, petunjuk pengoperasian dan cara kerja perancangan pengaturan rangkaian kipas angin saklar otomatis dengan menggunakan sensor suhu dan inframerah berbasis mikrokontroler AVR ATmega8. BAB V SIMPULAN DAN SARAN Bab ini membahas simpulan dari pembahasan, perancangan, pengujian, dan analisa berdasarkan data hasil pengujian sistem yang telah dilakukan. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
4
