PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 28 Agustus 2008
APLIKASI LABVIEW PADA SISTEM AKUISISI DATA BERBASIS MIKROKONTROLER Inzar Anas, Riswan Djambiar Pusat Tekn%gi
Reaktor dan Keselamatan Nuklir
ABSTRAK APLIKASI LABVIEW PADA SISTEM AKUlSISI DATA BERBASIS MIKROKONTROLER. Pada tahun 2006 telah dibuat sistem akuisisi data (SAD) berbasis mikrokontroler yang berfungsi sebagai data logger. Namun fungsi SAD ini belumlah optimal karena keterbatasan dalam pengaksesan dan pengontrolan pada sistem. Untuk itu dibuat sebuah instrument virtual. lnstrumen virtual ini dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman grafis LabVIEW LabVIEW berorientasi pada objek komputer yang dikembangkan untuk membuat fasilitas kominukasi hardware/ software yang dilengkapi dengan beberapa instrumen virtual yang mendukung pembuatan sebuah kontrol data dan sinyal proses dengan cara yang mudah. Dalam makalah ini akan dibahas tentang pembuatan sistem aliran data pada sistem akuisisi data berbasis mikrokontroler. Hasil dari pengembangan SAD ini diperoleh sistem akuisisi data yang dilengkapi dengan sebuah instrumen virtual yang dapat memudahkan user untuk mengakses dan mengontrol sebuah sistem dengan cara yang sangat fleksibel.
ABSTRACT LABVIEW APPLICATION ON DATA ACQUISITION SYSTEM BASED MICROCONTROLLER. In 2006 was developed a data acquisition system (DAS) based microcontroller. However, the function of this DAS is not net perfect. Therefore is made a virtual instrument (VI) with Lab VIEW to support this DAS application. LabVIEW is a graphic object-oriented computer language developed to facilitate hardware/software communication. There are several levels of data acquisition VIs that make it easy to control data flow, and many signal processing come with the software as premade VIs. This article demonstrates how LabVIEW can be used to control data flow between computer and instruments. Applications of Lab VIEW to DAQ based on microcontroller are also discussed. A VI can perform like an instrument and is programmable by the software with the advantage of flexibility of logging the data that is being measured.
PENDAHULUAN
Pada 2006 telah sistemtahunakuisisi data dilakukan (SAD) pembuatan berbasis mikrokontroler yang berfungsi sebagai data logger. Mikrokontroler dilengkapi dengan beberapa sensor yang bekerja sebagai sumber pengambilan data disekitar sensor. Adapun sensor yang dipergunakan adalah jenis sensor temperatur dan kelembaban, SHTII produksi Sensirion. Jenis sensor SHTII telah dilengkapi dengan ADC sehingga data analog yang terima oleh sensor dapat langsung ubah dan dikirim sebagai data keluaran digital yang telah terkalibrasi. Alat yang telah dibuat ini dapat bekerja 406
sesuai dengan tujuan akhir pembuatan yaitu diperolehnya sebuah alat sistem akuisisi data berbasis mikrokontroler. Namun hasil pengambilan data ditampilkan pada layar monitor sebuah PC secara sangat sederhana, yaitu dengan menggunakan antarmuka serial RS232 dengan bahasa protokol Hyperteminal. Karena tampilan yang masih sangat sederhana dan terbatas menyebabkan sulitnya melakukan akses dan kontrol aliran data pada saat sistem sedang bekerja. Dalam makalah ini dibahas pengembagan SAD menjadi sebuah sistem yang simpel dan mudah dalam mengukur, mengakses dan
ISSN 1410 - 8178
Inzar Anas, dkk.
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 28 Agustus 2008 mengontrol aliran data. Pengembangan sistem ini dilakukan dengan membuat sebuah modul virtualinstrument (VI). Modul virtual-instrument ini didesain dengan menggunakan bahasa pemrograman gratis LabVIEW. Keunggulan modul VI ini adalah dengan dilengkapi tampilan front panel dan gratik, VI dapat berfungsi seperti instrument sesungguhnya. Selanjutnya dibahas mengenai pembuatan modul vitual-instrument. TEORI Secara umum pengembangan sistem akuisisi data, terdiri dari dua bagian, yaitu I. Modul mikrokontroler dan modul sensor 2. Modul virtual-instrument (software LabVIEW) Modul mikrokontroler
·--~[J Iiii
Kompu:er
r---rj
dan modul sensor
Pada prinsipnya pengukuran atau pengambilan data pada sistem akuisisi data ini dilakukan oleh mikrokontroler. Melalui modul sensor SHTlI yang terdiri dari sensor temperatur dan kelembaban, sistem akuisisi data ini dapat mengukur suhu dan kelembaban dilingkungan sekitar sensor. Modul SHTII ini merupakan jenis . sensor yang telah terkalibrasi dan dilengkapi dengan ADC (Analog-Digital-Converter) sehingga output datanya sudah berupa data digital. Pada Gambar I ditunjukkan diagram blok susunan rangkaian SAD berbasis mikrokontroler. Hubungan antara modul mikrokontroler dan modul SHTlI hanya membutuhkan 4 pin. Untuk pengiriman data dari dan ke modul SHTlI menggunakan pin P1.l, sementara untuk sinyal CLOCK menggunakan pin Pl.O pada mikrokontroler. Dua buah pin lainnya digunakan untuk mensuplai tegangan ke modul SHTII. Sistem akuisisi data ini dilengkapi dengan serial interface agar memungkinkan sistem melakukan komunikasi dengan komputer (PC). Hubungan antara SAD dengan komputer menggunakan konektor RS232. 0o "'" ..Ii! ~ :0 o p,lice: P1.1 "E
i
._~
~
ClOCJ<:!! vOO
Gambar I. Diagram (SADpJ
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) adalah bahasa pemrograman visual yang rancang untuk mendesain berbagai jenis instrument dengan segala pemagkat pendukungnya misalnya, voltmeter, osiloskop atau sebuah panel kontrol secara virtual. Keberadaan LabVIEW ini memudahkan seseorang melakukan kontrol pada instrument dan memudahkan dalam melakukan persiapan pengukuran secara effisien dan ekonomis. Di dalamnya terdapat beberapa blok fungsi yang siap digunakan untuk pembuatan sebuah instrument virtual. Blok-blok fungsi ini tersimpan dalam library yang mendukung setiap proyek kerja yang akan dilakukan. Untuk blok fungsi khusus yang tidak terdapat dalam library dapat dibuat dan disimpan dalam library dengan nama khusus sesuai yang diinginkan. Khusus pembuatan VI dari SAD ini terdiri dari dua bagian penting; pertama yaitu tampilan front panel, kedua adalah sistem komunikasi antara mikrokontroler dan VI ini sendiri. Dalam LabVIEW dikenal sebuah fasilitas VISA ( Virtual Instrument Software Architecture) yaitu sebuah protokol yang memungkinkan VI berkomunikasi dengan instrument lainnya, misalnya SAD tersebut. VISA merupakan fungsi sebuah single library yang meliputi beberapa jenis cara VI melakukan komunikasi dengan instrument yang lain, diantaranya; GPIB, serial dan VXI. Adapun blok-blok fungsi yang ada dalam library tersebut adalah seperti terlihat pada gambar 2a-2e. VISA resource name out
VISA resource name baud rate (9600)
error out
data bits (8) parity (O:none)
~-B~ .",
Blok Sistem
Akuisisi
Gambar 2a. Blok fungsi untuk inisialisasi hubungan serial
~ -c: Instr ~ Bytes at Port ., Data
Gambar 2b. Blok fungsi untuk menentukan byte yang digunakan VISA resource name byte count
Modul virtual-instrument Sistem akuisisi data tersebut di atas menjadi kurang nilai kegunaannya apabila sesorang tidak dapat mengakses dan mengontrol aliran data
Inzar Anas, dkk.
Software LabVIEW
error in (no error) flow control (O:none)
o ~~ ~ f) ~ r--1Cf\,'\'g~0%
yang masuk ke sistem. Dengan membuat sebuah modul virtual-instrument melalui bahasa pemrograman visual LabVIEW maka sistem akuisisi data ini penggunaannya lebih tleksibel sehingga dapat bekerja secara optimal.
besar
VISA resource name out read buffer
error in (no error) -
Gambar 2c. Blok fungsi untuk proses membaca
ISSN 1410 - 8178
407
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator don Proses Bahan Yogyakarta,
28 Agustus 2008
1. VISA
resource write buffer name ~J'~'~"""": ~ error in (no error)
~.¥
VISA resourca return coLnt name out out
~error
Modul mikrokontroler
Modul mikrokontroler berfungsi sebagai data logger dan memiliki port input/output sebagai pintu masuk dan keluamya aliran data.
Gambar 2d. Blok fungsi untuk proses menulis Sistem Akuisisi Data (SAD) (Mikrokontroler + sensor)
VISA resource ~ error in (no name error) ~
error
Gambar 2e. Blok fungsi komunikasi
untuk
menutup
output
out
Gambar 3. B/ok diagram Sistem Akuisisi Data
proses
Dari sekian banyak blok fungsi yang ada kemudian dirangkai menjadi satu kesatuan blok fungsi untuk komunikasi secara serial yang kompleks. Pada Gambar 4 ditunjukkan sebuah contoh rangkaian dari beberapa blok fungsi dasar untuk membuat Serial VI Read dan Write dengan melalui dua buah port masukan.
TATA KERJA Sebagaimana telah disebutkan di atas bahwa aplikasi LabVIEW pada SAD berbasis mikrokontroler terdiri dari dua bagian pengerjaan, antara lain: I. Modul mikrokontroler 2. Modul Virtual Instrument
Pada Gambar 3 ditunjukkan blok diagram dari SAD dengan port input dan port output-nya.Sebagai data inputan berasal dari hasil pembacaan sensor yang masih berupa data phisik (analog).
2.
Modul Virtual Instrument
Modul virtual instrument dari SAD ini disusun dari beberapa VI. Seperti dibahas dan ditunjukkan pada gambar 2a-e sebelumnya bahwa blok -blok fungsi yang berupa beberapa VI dirangkai menjadi sebuah intrument virtual yang lebih kompleks. Hasil dari kumpulan VI tadi kemudian dapat di simpan sebagai sebuah VI baru dengan fungsi yang lebih kompleks pula.
Configure baud rate, data bits, parity, stop bits and flow oiltrol for 2 serial ports. Enable Termination "r ~I··_
·..···..·····-
Char (T) -
-
-
-
--
-.- ····-..- ..··-··1
timeout (IOsec)
~ baud rate (9600) U32
VISA resource name
(~ite)
VISA resource name (read) 170
Gambar 3. Serial VI Read dan Write 408
ISSN 1410 - 8178
Inzar Anas, dkk.
PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta,
HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bagian ini dibahas tentang cara kerja SAD yang telah didukung dengan sebuah instrumen virtual (VI). Sebagaimana disebutkan sebelumnya bahwa SAD terdiri dari dua bagian, yaitu modul mikrokontroler dan instrumen virtual (VI). Sistem bekerja dengan menerima sinyal input-an melalui pembacaan sensor, seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Data tersebut kemudian masuk dalam modul mikrokontroler sebagai terminal blok di mana data ini selanjutnya diubah menjadi data digital kemudian dikeluarkan sebagai sinyal output. Hal ini diperoleh karena di dalam mikrokontroler telah tertanam program khusus yang disusun dari beberapa subprogram-subprogram. Program ini mendukung proses pengolahan data analog input menjadi data digital output yang siap dikirim ke komputer. Adapun langkah proses pengolahan data hinfga siap untuk dikirim terbagi dalam 4 tahap yaitu(3 : I. Membuka jalur komunikasi antara sistem dan komputer melalui hubungan serial RS232. 2. Mereset komunikasi pada modul SHTI I. 3. Melakukan pengukuran temperatur dan kelembaban relatif. 4. Mengirim data temperatur dan kelembaban relatifpada komputer. Setelah melalui beberapa proses seperti disebutkan di atas, kemudian data digital tersebut dikirim ke komputer. Namun sebelum pengiriman data dilakukan, terlebih dahulu menyiapkan VI yang telah dibuat. Penyiapan ini meliputi pengaturan konfigurasi untuk komunikasi serial. Setelah itu mengiriman data siap dilakukan. Hasil
28 Agustus 2008
pembacaan sensor akan ditampilkan panel (lihat Gambar 5). Pada Gambar 5 ditunjukkan diadram VI "VISA Serial Write dan diagram ini disusun dari beberapa blko untuk komunikasi VISA Serial dan
pada front sebuah blok Read". Blok fungsi dasar telah dibuat
menjadi satu kesatuan blok fungsi tersendiri yang dapat disimpan dalam library sehingga dapat dipergunakan kapan saja bila dibutuhkan. VI tersebut berfungsi sesuai nama yang diberikan yaitu sebuah instrumen virtual yang dapat men-setting sebuah komunikasi serial yang dapat menulis dan membaca. Pada Gambar 6 menunjukkan tampilan front panel dari blok fungsi pada Gambar 5. Untuk menyiapkan komunikasi SAD ini dengan komputer terlebih dahulu menentukan konfigurasi untuk komunikasi serial yang akan dilakukan. Pengaturan konfigurasi ini dilakukan pada bagian front panel. Demikan pula, apabila dalam pengiriman data terjadi error maka akan tunjukkan pada blok status pada bagian front panel. parity (O:none) termination char (OAA = '\ ... baud rate (9600)
resource name
read return count read buffer error out
write buffer ("xIDN?\n") bytes to read (1024) timeout (10sec) error in (no error) data bits (8) stop bits IF: 1 stop bit) flow control (O:None)
Gambar 5. Instrumen dan Read
Virtual VISA Serial Write
Gambar 6. Tampilan front panel VI komunikasi serial
Inzar Anas, dkk.
ISSN 1410 - 8178
409
PENELITIAN
PROSIDING SEMINAR DAN PENGELOLAAN PERANGKAT
NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 28 Agustus 2008 KESIMPULAN Software LabVIEW dapat dibuat sebuah instrumen virtual yang dapat mendukung kinerja sebuah sistem akuisisi data berbasis mikrokontroler. Dengan menggunakan beberapa blok fungsi atau VI yang ada pada library LabVIEW yang memungkinkan dibuatnya sebuah VI baru. Pada pembuatan VI Sistem Akuisisi Data dipilih jenis komunikasi serial untuk transfer data dari modul mikrokontroler ke komputer. dengan terIebih dahulu melakukan setting value untuk kumnikasi serial. DAFT AR PUSTAKA I. HEINZ RONGEN, "Introduction to PCBased Data Acquisition Systems", Forschungszentrum Jiilich, Germany 2. ANONAME, "Data Acquisition and Signal Conditioning Course Manual", Course Software Version 7.0, August 2003 Edition, Part Number 320733K-Ol 3. INZAR ANAS DAN DEDY HARY ANTO, "Rancang Bangun Sistem Akuisisi Data Berbasis Mikrokontroler untuk Pengukuran Temperatur dan Kelembaban", Prosiding
410
Seminar Nasional, PENELITIAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR, Yogyakarta,5 September 2007.
TANYA JAWAB Dewita ~ Bagaimana kalibrasinya? Inzar Anas
~ Hasil pengukuran yang diperoleh dari modul sensor SHTlI pada prinsipnya telah terkalibrasi dan sudah dalam bentuk data digital sehingga data tersebut dapat langsung diolah si dala mirokontroler. Untuk menampilkan kembali hasil tersebut ke dalam bntuk data baik data jisik sebenarnya, maka di dalam mikrokontroler dilakukan perhitungan konversi data dengan menggunakan metode konversiyang diberikan oleh vendor sensor SHTlI.
ISSN 1410 - 8178
Inzar Anas, dkk.
