OTOMATISASI PEMANAS AIR DI TEMPAT PEMANDIAN SPA DENGAN APLIKASI IC LM 35 Jounaiddy, Kohar Pahlawi, Subandi, dan Syafriyudin Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta
ABSTRACT The development of technology has been growing rapidly in entire of aspect of life nowdays,the advanced of electronic technology as well ass application has been given large of advantages to the human life.by utilizing electronic equipments make human activities running effectively and efficien in the house,workplace and another places.the electronic equipments are expected to operate in remote without taking closed on even thouching it to switch on. In the utilizing application sensor LM 35 IC ,can be used as by automatic saklar of this hotting.sensor will work after appliance of detector imgate in a state of sensor close.so will detect heater later,then will be presented by network of ADC and will be riffed by network of comparator as according to temperature which has been arranged. Keywords: visual basic, serial communications INTISARI Perkembangan tegnologi dewasa ini begitu pesat hamper di seluruh aspek kehidupan,kemajuan teknologi elektronika dan aplikasinya telah member banyak keuntungan bagi kehidupan manusia.Dengan penggunaan alat elektronika kegiatan manusia dapat dilakukan secara efektif dan efisien baik di rumah,di tempat kerja dan di tempat-tempat lainya.peralatan elektronika dituntut harus dapat dioperasikan tanpa harus mendekati atau menyentuh peralatan tersebut. Dengan menggunakan aplikasi dari sensor IC LM 35 bisa digunakan sebagai saklar otomatis pemanas.sensor ini akan bekerja setelah alat pendeteksi air dalam keadaan normal/close.maka sensor akan mendeteksi pemanas kemudian akan ditampilkan oleh rangkaian ADC dan akan diberhentikan oleh rangkaian komparator sesuai dengan suhu yang telah diatur. PENDAHULUAN Perkembangan suatu ilmu tak lepas dari peran para peneliti kalau tak dapat dikatakan bahwa justru penelitilah yang menyebabkan suatu ilmu itu berkembang. Elektronika memiliki unsur yang sedikit berbeda dengan ilmu-ilmu dasar atau terapan yang lain dalam berkembang. Ilmu dasar biasanya berkembang dari suatu asas atau hipotesis yang kemudian diteliti secara metodologis. Ilmu terapan dikembangkan setelah ilmu-ilmu yang mendasarinya berkembang dengan baik. Sedangkan ilmu elektronika lebih sering berkembang melalui pendekatan praktis pada awalnya, kemudian melalui suatu suatu pendekatan atau perumpamaan/dugaan dari hasil pengamatan perilaku mahluk hidup atau benda/mesin/peralatan bergerak lainnya dikembangkanlah penelitian secara teoritis. Dari teori kembali kepada praktis, dan dari sini elektronika berkembang menjadi lebih canggih dan praktis untuk dapat digunakan. IC sensor LM 35 adalah salah satu tipe perangkat elektronika yang paling sederhana dalam dunia penelitian elektronika. Sebutan ini biasa digunakan sebagai kata kunci utama untuk mencari rujukan atau referensi yang berkaitan dengan sensor di internet. Publikasi dengan judul yang berkaitan dengan IC sensor sering menjadi daya tarik, tidak hanya bagi kalangan peneliti, tapi juga bagi kalangan awam. Dari segi manfaat, penelitian tentang berbagai tipe IC sensor diharapkan dapat membantu manusia dalam melakukan otomatisasi dalam perangkat-perangkat elektonika pada umumnya. Latar Belakang Masalah Permasalahan utama adalah bagaimana caranya mengaplikasikannya sebagai sensor atau alat bantu sebagai saklar otomatis pemanas. Prinsip kerja dari alat ini adalah saat sensor air mendeteksi keadaan level air yang tinggi maka sensor ini akan memberi masukan kedalam IC 4093 dan IC ini akan memberikan keluaran yang akan mengaktifkan relay untuk berada dalam keadaan normal close.Saat relay dalam keadaan normal close maka alat pemanas akan bekerja dan sensor panas pun
364
bekerja,saat sensor panas ini memberi inputan sesuai dengan arus yang di set maka komparator bekerja untuk memberi inputan low atau membalik nilai inputan yang dimasukan kedalam optocopler ,yang kemudian inputan tersebut akan memberikan isyarat kepada triac untuk mematikan tegangan pada alat sehingga tegangan tidak mengalir kedalam alat pemanas. Dengan kata lain sensor yang digunakan dalam alat ini berfungsi sebagai saklar otomatis beban satu yaitu mengerakan relay dan pompa air kemudian sensor kedua sebagai saklar pemutus beban kedua yaitu pemanas. Volume air tergantung pada penempatan sensor level air dan derajat pemanasan air tergantung pada seting tegangan referensi yang diatur dengan menggunakan potensiometer. Landasan Teori Sensor batas bawah air dan batas tinggi air saat bersentuhan dengan menggunakan media air maka akan memberikan masukan pada RS-FF yang akan mentrigrer flip-flop.Saat itu flip-flop mendapat masukan satu kemudian sinyal diteruskan oleh transistor dan selanjutnya masukan tersebut diteruskan kedalam relay untuk memutuskan tegangan dan relay dalam keadaan normal close.Saat relay pada keadaan normal close kemudian alat pemanas bekerja. Prinsip kerja dari alat pemanas ini terletak pada LM35.Aplikasi IC LM 35 sebagai saklar otomatis pemanas air yang akan dirancang mengaplikasikan sistem termometer dasar menngunakan LM 35 sebagai sensor suhu. Output LM 35 akan dimasukkan ke input ADC 7107 yang berfungsi mengubah input analog menjadi output digital . Output dari ADC 7107 akan dimasukkan yang selanjutnya akan dikeluarkan ke display. Untuk menentukan berapa suhu yang akan di kendalikan digunakan potensio meter untuk membandingkan tegangan yang akan di komparator. Peranti Digital 1. IC 4093
Gambar 1 Gambar konfigurasi pin IC 4093 IC di dalamnya terdapat 4 gerbang NAND dengan dua inputan.ic ini adalah schimith triger yaitu IC terbentuk oleh RF-FF jika flip-flop ini mendapatkan inputan satu kali logikanya menjadi nol jika inputanya dua kali logikanya menjadi bernilai satu.ic ini berkerja dengan tegangan rata-rata antara 3Vdc – 18 Vdc.Ic ini jenis IC TTL.Di bawah ini adalah konfugurasi dari Gambar IC 4093. IC 4093 dengan transistor didalamnya memiliki sifat NOT yaitu memberikan keluaran dengan level yang berlawanan dengan inputnya. Misalnya ketika sensor mennyentuh air yang memiliki tegangan referensi maka IC ULN 2803 memiliki input high sehingga keluarannya memiliki level low. Keluaran rendah ini dapat dipakai untuk menggerakan relay yang di konfigurasi aktif low seperti pada gambar di atas. 2. IC L7107 IC L7107 adalah sebuah IC Analog/Digital Converter (ADC) 3 ½ Digit. Seperti fungsinya sebagai ADC maka IC ini merubah input analog menjadi digital yang akan ditampilkan dalam Display 3 ½ Digit 7 Segmen. Konfigurasi IC ini dapat dilihat pada Gambar 2.25. eksternal untuk driver display. Dalam IC 7107 terdapat berbagai rangkaian seperti decoder, penguat op-amp, rangkaian clock, display driver,dll. Struktur analog IC 7107 dapat dilihat pada Gambar 2.10, sedangkan struktur digitalnya dapat dilihat pada Gambar 2.26. Dengan menambahkan beberapa komponen eksternal maka IC ini dapat digunakan untuk berbagai macam pengukuran seperti: tegangan, arus, tekanan, temperatur, kecepatan, konduktansi, dll. IC ini mempunyai tingkat ketelitian yang tinggi. Didalamnya terdapat integrator phase-nol yang berguna untuk menghilangkan efek histerisis. Tegangan kerja yang digunakan adalah tegangan simetris sebesar +5 dan -5 volt. Secara umum bagian analog dari IC 7107 dapat dibagi menjadi 4 bagian yaitu:
365
1. Auto-Zero (A-Z) 3. Reference De-integrate (DI) 2. Signal Integrate (INT) 4. Zero Integrator (ZI)
Gambar 2 Konfigurasi Pin IC 7107
Gambar 3 Konstruksi Analog IC 7107 1 Auto Zero (A-Z) Input IN-HI dan IN-LO tidak terhubung secara langsung diantara pinnya, tetapi terhubung bersama dengan analog common. Kapasitor referensi disuplay oleh tegangan referensi. Pada akhirnya sistem umpan balik tertutup pada keseluruhan sistem digunakan untuk mensuplai kapasitor CAZ (Kapasitor Auto-Zero) dan mengkompensasi pengaturan tegangan pada komparator, penguat buffer dan integrator. Noise yang terjadi dalam sistem menentukan tingkat ketelitian A-Z. 2 Signal Integrate Phase Saat input tinggi (IN-HI) dan input rendah (IN-LO) terhubung melalui pin eksternal maka hubungan internal akan terputus dan loop auto-zero akan terbuka. Kemudian konverter akan mengintegral perbedaan tegangan antara IN-HI dan IN-LO. Meskipun demikian sinyal input tidak akan berbalik dan mempengaruhi tegangan suplai konverter. 3 Reference De-Integrate Input tinggi (IN-HI) terhubung secara bersilangan dengan kapasitor referensi dan input rendah (IN-LO) terhubung dengan analog common. Dengan adanya kapasitor referensi maka akan membantu integrator output kembali normal apabila tidak ada input. Sinyal input menentukan lamanya waktu yang dibutuhkan output untuk kembali ke nol. Besarnya pembacaan digital pada display dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
366
1000 x
Vin ............................................................................................. (2.34) Vref
dengan Vin = tegangan masukan dan Vref = Tegangan Keluaran 4 Zero Integrator Phase Input low terhubung dengan analog common dan kapasitor referensi dimuati oleh tegangan referensi. Sistem loop umpan balik yang tertutup pada seluruh sistem pada input tinggi akan menyebabkan integrator input kembali ke nol. Phase normal ini berlangsung antara 11 dan 140 pulsa clock, tetapi akan bertambah lama hingga 740 pulsa clock setelah melakukan konversi yang melebihi kapasitas ic.
Gambar 4 Konstruksi Digital IC L7107 IC L7107 didesain dengan driver 7 segment common anoda dengan arus pada segmen sebesar 8 mA. Dekade counter bekerja dengan clock frekuensi yang dibentuk pada pin 38, 39 dan 40. Frekuensi yang dihasilkan akan dibagi menjadi empat phase yaitu integral sinyal (1000 cacahan), referensi de-integrate (0 sampai 2000 cacahan), auto zero (260 sampai 2989 cacahan) dan zero integrator (11 sampai 740 cacahan). Output analog yang berasal dari komparator akan menuju control logic. Dalam control logic sinyal analog akan dirubah menjadi sinyal digital yang kemudian akan dikeluarkan menjadi sinyal digital dalam bilangan hexa.dengan bantuan decode 7 segmen. Rangkuman Pengukuran Tegangan dengan IC L7107 Rangkuman tegangan yang diterapkan pada rangkaian ini digunakan untuk meningkatkan batas ukur dari IC L7107. Batas minimum pengukuran tegangan pada skala penuh adalah sebesar 200 mV, namun dengan pengaturan tegangan referensi dan penggunaan tahanan rangkuman yang baik, pengukuran dapat ditingkatkan pada batas pengukuran 2000 volt. Rangkuman dasar pengukuran tegangan dapat dilihat pada Gambar 2.28.
Gambar 5 Rangkuman dasar voltmeter Besarnya tegangan input yang dibaca dapat dirumuskan dengan persamaan berikut: Vin (Skala Penuh) = 2 x Vref x RA / (RA + RB) ...................................................... (2.35) Dari persamaan tersebut didapat beberapa rangkuman tegangan mulai 200 mV sampai 200 V. Besarnya rangkuman dan nilai tahanan RA dan RB dapat dilihat pada Tabel 1. Range 200 mV 2V 20 V 200V
Tabel 1 Variasi rangkuman tegangan. RA RB DP Jumper 10 M Wire link 2 300 K 2,7 M 4 100 K 10 M 3 10 K 10 M 2
367
Untuk merancang multirange voltmeter maka rangkaian dibawah ini dapat diterapkan. Pengukuran dengan pembacaan berbagai transduser Untuk melakukan pembacaan pengukuran dari data yang dihasilkan oleh berbagai transduser maka harus disesuaikan dengan masing-masing transduser. Sebagai contoh adalah suhu dan berat. Pada pengukuran suhu dengan LM 35, kenaikan suhu 1 ºC akan memberikan output sebesar 10 mV. Untuk itu digunakan rangkaian pengukuran tegangan dengan range 2 volt. Pada beberapa transduser terdapat input tegangan yang tidak standar seperti pada pengukuran berat, dimana pada saat berat 2 Kg output transdusernya 0,628 V. Untuk kasus seperti ini dapat dilakukan dengan penyesuaian tegangan referensi 34,1 mV. Hal ini juga dapat dilakukan pada berbagai transduser yang lain. 3 Sensor LM35 LM 35 adalah sensor suhu yang dapat digunakan untuk membaca parameter suhu dalam satuan ºC. Output LM 35 sangat linier dengan pembacaan 10 mV/ ºC. Tingkat keakuratannya adalah sebesar 0,5 ºC. IC LM 35 adalah IC yang teliti untuk sensor suhu, yang mempunyai tegangan keluaran proposional secara linier untuk suhu celcius. LM 35 mempunyai keuntungan lebih dibanding sensor suhu linier yang dikalibrasi dalam derajat kelvin, sehingga pemakai tidak perlu mengubah tegangan tetap dari keluaran sensor untuk menghasilkan skala perseratus derajat yang sesuai. LM 35 tidak membutuhkan beberapa kalibrasi dari luar untuk menghasilkan akurasi yang khusus ± 1/4 oC pada suhu ruangan dan ±3/4 oC diatas jangkauan suhu -55 oC sampai +150 oC. LM 35 mempunyai keluaran impedansi yang rendah, keluaran linier, dan kalibrasi yang tepat untuk membuat hubungan antarmuka, membaca atau mengontrol rangkaian istimewa dengan mudah. Kemampuan LM 35 tersebut dapat digunakan dengan catu daya tunggal, atau dengan tegangan positif (+) dan negatif (-), sebagai gambarannya hanya 60 uA dari tegangan tersebut mempunyai pemanasan diri yang kecil. Pada umumnya LM 35 beroperasi pada jangkaun suhu -55oC sampai dengan suhu +150oC. Bentuk LM35 dapat dilihat pada Gambar 2.29.
Gambar 6 IC LM 35 Keluaran linier dan ketepatan kalibrasi membuat antarmuka untuk membaca keluaran, terutama pengontrolan suatu rangkaian lebih mudah. LM35 dapat digunakan pada catu daya tunggal atau ganda. LM35 hanya membutuhkan 60 µA agar dapat bekerja dan mempunyai tahan panas yang baik sehingga tidak mudah rusak. LM35 tersusun oleh 46 transistor yang dikemas secara kedap udara. LM35 mempunyai spesifikasi yaitu: Rangkaian sensor suhu ini diambil dari data sheet LM35. Rangkaian dari sensor suhu terdiri dari LM35 dan ADC. Keluaran dari LM35 ini di umpankan ke masukan ADC sinyal analog yang akan diubah menjadi sinyal digital oleh ADC. Pada proses pembacaan data yang berfungsi untuk membaca nilai keluaran dari ADC . Karena hasil pembacaan data oleh ADC masih dalam bentuk mentah dan jangkauan pembacaan data 8 terbesar (MSB) sekitar 2 − 1 = 255, maka data tersebut harus diolah terlebih dahulu dengan menggunakan persamaan sebagai berikut, misal hasil ukur adalah X (Byte) maka: Tegangan_terukur = Temp x 10 (dalam mV)..................................................(2.36) Tegangan yang terukur pada penampil sesuai dengan tegangan keluaran LM35 yang akan masuk ke ADC. Selain tampilan tegangan terukur dilayar monitor juga menghitung besarnya suhu yaitu menggunakan persamaan sebagai berikut: o Temp = DataADC * 100/ 255 C……………………………………………(2.37) Untuk menentukan tegangan referensi dari ADC dapat digunakan Persamaan sebagai berikut: Vref = Vout transduser x MSB.........................................................................(2.38) 4.IC 741 Pada IC 741 ini di gunakan sebagai komparator tengangan yang dimana untuk mengumpankan tegangan dari ADC yang di masukan untuk mengaktifkan Relay sehingga dapat bekerja. Di bawah ini adalah Gambar 2.30 pin IC LM311:
368
Gambar 7 Pin IC 741 5. IC MOC 3201 IC MOTOROLA 3021 dan 3041memungkinkan kontruksi relay elektronik sederhana yang dibalik kesederhanan itu memiliki karakteristik yang menarik.Karena IC tersebut memiliki detektor penyilangan non intern yang sangat menghemat komponen komponen luar. Susunan konfigurasi pin IC 3021dapat dilihat pada Gambar 2.31 berikut:
Gambar 8 Pin IC 3021 Metode Penelitian Langkah langkah dalam melakukan penelitian alat yang kami buat akan dilakukan seperti dalam diagram blok Gambar 3.9 Bahan Penelitian Sebagai bahan untuk melakukan penelitian, kami siapkan alat dan bahan untuk di teliti
Gambar 8 Diagram Flowchart
369
Proses perencanaan sangat diperlukan sekali dalam suatu pembuatan alat. proses perencanaan sangat bermanfaat untuk memulai suatu pekerjaan dengan tujuan: 1. Agar alat yang dihasilkan nantinya sesuai dengan yang diharapkan. 2. Untuk memilih komponen-komponen elektronika yang paling tepat yang akan digunakan. 3. Untuk menekan kesalahan (error) dalam proses pembuatan alat. 4. Untuk menekan biaya, dalam memperoleh suatu alat yang baik dengan harga/biaya yang seminimal mungkin. Perancangan awal memerlukan kejelian dan ketelitian, karena pada saat perancangan awal akan sangat menentukan hasil akhir dari suatu proses pembuatan alat elektronik. Apabila pada perancangan awal terdapat kesalahan, maka proses selanjutnya akan mengalami suatu kesalahan pula, sehingga selain ketelitian dan kejelian juga diperlukan ketetapan dalam pembelian komponen di pasaran. Aplikasi IC LM 35 Sebagai Sensor Otomatis Pemanas Air Pada Bak mandi Saat pompa bekerja pengindara batas bawah dan batas tinggi memberikan insyarat pada saat ketinggian permukaan air mencapai batas tertinggi atau terendah.Flip-flop akan mengisyaratkan yang di berikan pengindra batas rendah sampai batas tertinggi memberikan isyaratnya.Penyangga (buffer)di perlukan agar keluaran flip-flop tidak terbebani oleh relay..Setelah flip-flop menggerakan relay dalam keadaan normal close maka alat pemanas otomatis akan bekerja sesuar dengan suhu yang dikehendaki setelah suhu telah memenuhi maka sensor LM35 memberikan inputan kepada komparator yang diteruskan kedalam MOC untuk mmemberi isyarat bahwa triac untuk mematikan pemanas ini. Komponen penyusun dari rangkaian ini tersaji diantaranya power supply, RS-FF,sensor level air,rangkaian 3 ½ digit A/D converter,rangkaian pengukuran suhu , comparator dan indikator. Adapun Diagram blok aplikasi LM 35 sebagai saklar otomatis pada kamar mandi.
relay
Gambar 9 Diagram blok aplikasi LM 35 sebagai saklar otomatis pada kamar mandi Spesifikasi sistem Aplikasi IC LM35 sebagai saklar otomatis pemanas air pada kamar mandi dapat ditelusuri dan dipahami dengan lebih mudah menggunakan spesifikasi data teknik komponen yang digunakan dalam rangkaian beserta teori penunjangnya. Perancangan Alat Adapun proses pembuatan alat Pemanas otomatis dengan menggunakan penampil seven segment ini secara singkat adalah sebagai berikut: 1. Perancangan alat meliputi rangkaian rangkaian: Rangkaian 3 ½ digit A/D converter,rangkaian pengukuran suhu dan rangkaian comparator ,rangkaian power supply. 2. Pembuatan sket layout pada PCB dengan bantuan komputer menggunakan software PCB designer, setelah itu dilakukan pelarutan dan pengeboran kaki komponen pada PCB sesuai dengan tata letak komponen. 3. Pemilihan dan menentukan komponen yang akan digunakan. 4. Pemasangan tiap kompoenen pada PCB sesuai dengan tata letaknya. 5. Melakukan pengujian dari masing-masing blok sampai pada keseluruhan rangkaian.
370
Gambar Rangkaian Gambar skema rangkaian lengkap aplikasi LM35 sebagai saklar otomatis pemanas air pada kamar mandi dapat dilihat pada Gambar 3.2.
12V/1000 μF 10V/1000μF
12V/1000μF 12V/1000μF
25V/2500 μF
Gambar 10 Rangkaian lengkap Aplikasi LM 35 sebagai saklar otomatis Rangkaian 3 ½ Digit A/D Converter Rangkaian 3 ½ digit A/D converter yang dibentuk dari IC L7107 adalah sederhana karena hanya memerlukan tambahan beberapa komponen eksternal yang berfungsi sebagai auto zero, pengatur tegangan referensi, pengatur intensitas cahaya seven segment, osilator, dll. Gambar rangkaian ini dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11 Rangkaian 3 ½ digit A/D converter Untuk meningkatkan ketelitian pembacaan rangkaian 3 ½ digit A/D converter maka komponen yang digunakan harus mempunyai kualifikasi yang baik seperti penggunaan resistor 1 % dan kapasitor MKM. Rangkaian Pengukuran Suhu
371
Pengukuran suhu yang dilakukan pada rangkaian ini menggunakan sensor suhu LM35. LM 35 mendapat catu sebesar 5 volt, sedangkan outputnya dihubungkan ke input analog positif (pin 31).
Gambar 12 Rangkaian pengukuran suhu Rangkaian Comparator Rangkaian ini berfungsi untuk membandingkan antara tegangan referensi dengan tegangan sensor suhu. Pada bagian ini pengendalian suhu dilakukan, yaitu dengan membandingkan tegangan sensor dan tegangan referensi. Dengan mengatur nilai tahanan R4 maka akan diperoleh tegangan referensi yang diinginkan. Output dari comparator akan bernilai positif apabila tegangan dari sensor lebih besar dari tegangan referensi, dan output dari comparator akan bernilai negatif apabila tegangan referensi lebih besar dari tegangan sensor. Apabila pada output comparator dihubungkan dengan rangkaian pemanas dan pendingin, maka pengaturan suhu dapat dilakukan. Lm35
Beban
Ac 220
V in V out + 7 _ 2 741 + 4_ 3
Vr + 5v
Triac 1
6 2
6
C
4
Gambar 13.Skema rangkaian comparator Rangkaian Power Supply Tegangan yang digunakan untuk 3 ½ digit A/D Converter dengan IC L7107 adalah tegangan simetris dengan besar tegangan +5 V dan -5 V. Untuk mendapatkan tegangan +5 Volt digunakan IC LM7805, sedangkan untuk tegangan -5 volt digunakan IC LM7905. Untuk menghasilkan tegangan simetris digunakan trafo jenis CT.
Gambar 3.7 Rangkaian power supply Dari gambar 3.7 terlihat rangkaian terdiri dari rangkaian dioda bridge dan IC regulator. Diode Bridge yang tersusun oleh 4 diode berfungsi ganda yaitu sebagai penyearah penuh saat masukan penyearah ini berasal dari sumber arus bolak-balik (tegangan sumber AC) yang berasal dari transformator dan sebagai pelindung terhadap bahaya terbalik polaritas saat masukan penyearah berasal dari sumber arus searah (tegangan sumber DC). Kelemahan jika menggunakan penyearah jenis ini adalah kehilangan catu sumber sebesar 2 kali tegangan bias maju diode, yaitu sebesar VHILANG = 2 xVBIAS MAJU . Jika menggunakan diode silikon (VBIAS MAJU = 0.6 Volt) maka akan mengalami kehilangan tegangan sumber sebesar;
VHILANG = 2 x 0.6 Volt = 1.2 Volt
372
Sehingga
tegangan
V REGULASI + V HILANG
sumber yang masuk menuju penyearah ini minimal sebesar yaitu sebesar 5 Volt + 1.2 Volt = 6.2 Volt agar menghasilkan tegangan hasil
regulasi oleh IC LM7805 sempurna, namun dalam kenyataan di lapangan tegangan minimal sebesar VREGULASI + 3 Volt yaitu sebesar 5 Volt + 3 Volt = 8 Volt. IC LM7805 yang berfungsi sebagai regulator tegangan 5 Volt dari masukan yang lebih besar. Dengan memanfaatkan umpan balik tertutup pada jaringan penguat arus dan tegangan akan mengakibatkan keluaran selalu terjaga pada nilai +5 Volt. Begitu juga IC LM7905 berguna untuk menghasilkan tegangan -5 volt. Rangkaian Transduser Transduser yang digunakan adalah jenis LM35. LM35 merupakan transduser suhu yang memiliki keluaran yang linier dan stabil dengan output sebesar 10 mV setiap perubahan 1 ºC. Catu daya yang digunakan adalah sebesar 5 volt. Kapasitor 100 nF digunakan sebagai filter tegangan keluaran dari LM35. Rangkaian sensor suhu dapat dilihat gambar 3.5.
Gambar 14 Rangkaian Transduser LM35 Cara Kerja Alat Untuk mempermudah memahami bagaimana cara kerja alat, maka akan disajikan secara terperinci fungsi dari masing-masing blok rangkaian seperti yang sudah tersaji pada Gambar 3.1. Adapaun masing-masing blok tersebut adalah sebagai berikut: 1. Rangkaian pendeteksi air. 2. Rangkaian 3 ½ digit converter 3. Rangkaian pengatur suhu 4. Rangkaian comparator 5. Rangkaian regulator / power supply 6. Rangkaian tranduser. Rangakain Pendeteksi Level Air. Rangakaian di bentuk oleh IC ULN2803 dengan 4 inputan NAND.dengan andanya sensor yang dimasukan kedalam air maka level air yang akan di kendalikan dapat terdeteksi berapa ketinggian air yang di maksud tersebut. Saat sensor A dan B saling terhubung di karenakan air yang masuk kedalam bak penampungan maka sensor tesebut memberikan masukan ke dalam IC 4093 yang bermkasud memberikan sinyal masukan duakali untuk mengaliarkan listrik yang diteruskan kedalam transistor darlington yang lau di masukan kedalam lilitan relay untuk membauat relay dalam keadaan normal close. HASIL DAN PEMBAHASAN IC LM35 adalah sensor suhu yang dirancang secara khusus untuk menghasilkan tegangan output sebesar 10 mV setiap perubahan 1 ºC. Perubahan output LM35 tersebut mempunyai tingkat kelinieran yang tinggi. Untuk mendapatkan pembacaan suhu yang linier yaitu setiap perubahan 10 mV tegangan output LM35 akan memberikan pembacaan 1 ºC pada display maka perlu dilakukan penyesuaian tegangan referensi pada ADC 7107. Apabila setiap perubahan output LM35 sudah mampu memberikan perubahan suhu sebesar 1 ºC maka sistem sudah mampu memberikan pembacaan yang teliti meskipun tidak dikalibrasi. Besarnya tegangan referensi dapat ditentukan dengan perhitungan sebagai berikutdengan menggunkan persamaan (2.38):
Vref = Vlm35 x 256
Vref = 10mVx 256 Vref = 2,56 Volt
373
Untuk membuktikan kelinieran ouput LM35 terhadap setiap perubahan suhu yang ditampilkan pada display maka dilakukanlah sejumlah pengukuran seperti yang ditunjukkan pada tabel 1. Tabel 1 Perbandingan output LM35 terhadap pembacaan alat pada display dan pada termometer No Output LM35 (Volt) Pembacaan Alat ( ºC ) Pembacaan Termometer ( ºC ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1,0 1,5 2,0 2,5 3,5 4,0 5,0 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0
10 15 20 25 35 40 50 60 65 70 75 80
25 35.5 41 50 61 66 70 75 80
Berdasarkan pengukuran tersebut terlihat bahwa setiap perubahan 10 mV akan menghasilkan perubahan suhu sebesar 1 ºC. Hal ini tentu saja mengindikasikan bahwa output LM35 adalah linier. Grafik hasil pengukuran tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 15 Grafik Perubahan Output LM35 Terhadap Pembacaan Display Untuk mementukan tegangana keluaran dari LM 35 terhadp suh yang terbaca dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.36) Jika data suhu yang terbaca oleh alat 25 0C sehingga tegangan keluaraan LM35 dapat dihitung dengan persamaan Tegangan _terukur = Temperatur x 10 ml = 25 x 10 = 250 ml ≈ 2,5 Volt
Gambar 16 Perbandingan Pengukuran Alat dengan termometer Analisis Kekuatan Pompa Untuk Memopa Air Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan kecepatan pompa untuk memompa air kedalam bak dengan spesifikasi pompa yang digunakan adalah pompa dengan kekuatan tegangan 220 VAC dengan daya yang digunakan 6 Watt Hmax:0,5 m dan FL:400L/h adalah sebagai berikut:
374
No
Volume
1
1000 ml
Tabel2 Analisis dari volume air yang terpompa perdeik Watu (detik) 10 detik
2 2000 ml 20 detik 3 3000 ml 30 detik 4 4000 ml 40 detik Dari dat yang telah di dapatkan maka dapat dihitung kapasitas pompa untuk mengalirkan air kedalam bak perdetik Kapasitas pompa untuk mengalirkan per detik = Volume / waktu (t) = 1000 / 10 = 100 ml /det Analisis Perolehan waktu dari hasil Percobaan Berdasarkan hasil pungujian volume dan waktu yang telah di tentukan, alat pemanas ini dapat diketahui berapakan waktu yang dipelukan untuk memanaskan air dengan volume yang telah di tentukan .Dibawah ini adalah perolehan vaktu untuk memanaskan air per 40 0C Tabel 3 Perbandingan volume waktu pemanasan air. Waktu Volu Wakt Volu N Volume Waktu 0 u me / (Menit) me / o / 30 C (Menit) 40 (Meni 35 0C 0 C t) 1 500 ml 1,36 500 2.25 500 2.37 menit ml menit ml menit 2 1000 1.50 1000 3.17 100 4.06 ml menit ml menit 0 ml menit 3 1500 2.05 1500 4.09 150 5.05 ml menit ml menit 0 ml menit 4 2000 2.45 2000 5.01 200 6.15 ml menit ml menit 0 ml menit Menurut data percobaaan Pemanasan per 0C/ detik dapat dihitung dengan Pemanasan per 30 0C/ detik = Volume/ t Untuk volume = 500 / 96 = 5.20. 0C/det Untuk volume = 1000/110 = 9.09 0C/det Untuk seterusnya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan diatas dan dari semua percobaaan didapatkan hasil di dalam Tabel 4. No 1 2 3 4 Rata-rata
Tabel 4 Perbandingan perubahan suhu Per 35 0C Volume Per 30 0C 0 500 ml 5.20 C/det 3.44 0C/det 0 1000 ml 9.09 C/det 5.07 0C/det 0 1500 ml 10.34 C/det 6.02 0C/det 0 2000 ml 10.81 C/det 6.64 0C/det 0 8.86 C/det 5.29 0C/det
Per 40 0C 3.18 0C/det 4.06 0C/det 4.91 0C/det 5.33 0C/det 4.37 0C/det
0
Jadi rata-rata pemanasan yang terjadi per 30 C tiap detik mendapat perubahan suhu sekitar 8. 86 per 0 C/ detik Jadi rata-rata pemanasan yang terjadi per 35 0C tiap detik mendapat perubahan suhu sekitar 5.29 per 0 C/ detik Jadi rata-rata pemanasan yang terjadi per 30 0C tiap detik mendapat perubahan suhu sekitar 4.37 per 0 C/ detik Dari data dalam tabel 4.3 dapat diperoleh grafik perbandingan perubahan pemanasan yang terjadi selama dalam proses percobaan yang telah dilakukan dan pada tabel 4.4 perbanbandingan data pemanasan yang terjadi perdetik dapat digambarkan dalam grafik rata-rata perbandingan pemanasan yang terjadi perdetik dari pemanasan masing-masing suhu yang di ukur diantaranya pengukuran suhu 30 0C,35 0C dan 40 0C.
375
Gambar 17. Grafik perbandingan pengukuran pemanasan dengan suhu yang berbeda
KESIMPULAN Kesimpulan merupakan akhir dari perancangan, pada kesimpulan akan diberikan tanggapan dan jawaban atas hipotesa awal dan perumusan masalah. Berdasarkan pelaksanaan pembuatan alat dan pengujian yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Kepekaan dari sensor level air sangatlah berpengaruh dari kepekaan relai untuk memutuskan saklar dalam keadaan normal close. 2. Tegangan referensi merupakan faktor penting dalam memberikan tegangan suplai pada konverter. 3. Batas pengukuran suhu dari alat pemanas otomatis ini adalah 150 0 C. 4. Tegangan catu daya yang stabil dapat diperoleh dengan IC regulator. Dalam perancanagan ini IC regulator yang digunakan adalah LM 7805 dan LM 7905 dengan input yang lebih tinggi untuk menghindari hilangnya tegangan karena penggunaan dioda bridge pada rangkaian catu daya. 5. Arus yang dibangkikan dapat tetap stabil dengan tegangan yang stabil. Dalam rangkaian pembangkit arus, tegangan stabil diperoleh dengan IC LM 7805. Selain itu tahanan yang digunakan juga harus baik dan tidak mudah mengalami perubahan nilai. DAFTAR PUSTAKA Bishop, Owen. 2004. Dasar-dasar Elektronika. Erlangga, Jakarta. Malvino dan Hanapi, G. 1979. Prinsip-Prinsip Elektronika, PT. Erlangga, Jakarta. Thomas Sri Widodo, 2002, Elektronika Dasar, Penerbit Salemba Teknika, Jakarta. Wasito, S, 2004, Vademekum Elektronika, Edisi kedua., PT.Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. Motorola Semiconductor,”LM 311”,Data Sheet And Typical Aplications Circuit,2003 National Semiconductor,”LM35”,Data Sheet And Typical Aplications Circuit,2003 National Semiconductor,”TRIAC”,Data Sheet And Typical Aplications Circuit,2003 …………, 2002, ”Data Sheet & Crossreference”, National Semiconductor, …………, 1998, “303 rangkaian elektronika”, PT. Gramedia , Jakarta. Website: http://jazi.staff.ugm.ac.id. www.petra.ac.id. www.progiptek.ristek.go.id. www.student.te.ugm.ac.id. www.alldatasheet.com/intersil/IC L 7107.html http://www.teccor.com/datasheet/triac.html.
376
