Enis F., dkk : Rancang Bangun Data …..
RANCANG BANGUN DATA AKUISISI TEMPERATUR 10 KANAL BERBASIS MIKROKONTROLLER AVR ATMEGA16 Enis Fitriani, Didik Tristianto, Slamet Winardi Program Studi Sistem Komputer, Universitas Narotama Surabaya
[email protected] ABSTRAK Untuk mengikuti perkembangan zaman, bahwa manusia menginginkan segala sesuatu yang lebih praktis, terutama dalam bidang pengukuran. Maka dibuat perancangan alat ukur suhu dengan sepuluh sensor, dimana alat ukur suhu ini dapat mengukur sekaligus menampilkan hasil pengukuran suhu secara otomatis tanpa harus memantaunya satu per satu di sepuluh lokasi yang berbeda. Untuk dapat merancang sistem maka pertama kali dilakukan proses mengubah suhu menjadi tegangan analog menggunakan sensor suhu LM35. Setelah melalui proses pengkondisian sinyal tegangan analog diubah menjadi data digital menggunakan ADC. Data digital yang diperoleh kemudian diolah oleh Mikrokontroller ATmega16 dan ditampilkan, sehingga didapatkan suatu informasi mengenai suhu dengan satuan 0C pada sebuah LCD. Dari perancangan sistem akuisisi data suhu didapatkan hasil bahwa sistem ini memiliki kemampuan untuk mengukur suhu dari 00C sampai 1000C dengan error rata-rata penunjukan suhu sebesar 2,531%. Kata kunci : Mikrokontroller AVR ATMega16, sensor suhu LM35, LCD.
mikrokontroller
PENDAHULUAN
pada
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi untuk
telah
mendorong
berusaha
manusia
segala
diaplikasikan
instrumen-instrumen
berhubungan
manusia
mengatasi
banyak dengan
sehari-hari.
yang
kehidupan
Salah
satunya
permasalahan yang timbul di sekitarnya
adalah rancang bangun data akuisisi
serta meringankan pekerjaan yang ada.
temperatur
Salah
mikrokontroller AVR ATmega16.
satu
teknologi
berkembang
saat
yang
sedang
ini
adalah
yaitu
dengan
mikrokontroller,
saat
berbasis
bagaimana
membuat
rancang
bangun dan cara kerja data akuisisi
berkembangnya
maka
kanal
Rumusan masalah dari penelitian ini
mikrokontroller. Seiring
10
ini 20
Jurnal Monitor, Vol. 1, No. 1, Juli 2012
temperatur
10
kanal
berbasis
mikrokontroller AVR ATmega16. Adapun tujuan pelaksanaan skripsi ini adalah untuk membuat suatu rancang bangun data akuisisi temperatur, yang dapat mengukur suhu secara otomatis di sepuluh lokasi tempat yang berbeda dan informasi suhu langsung ditampilkan ke LCD secara bersamaan.
Gambar 1. Diagram Blok Sistem Kerja
Dengan menggunakan alat ini akan lebih efisien, karena setiap sensor dapat
Dari gambar 1. pada rangkaian
ditempatkan di ruangan yang berbeda-
terdapat
beda tetapi dapat melaporkan atau menggambarkan
keadaan
yang berupa suhu menjadi besaran elektris tegangan. Tegangan ini diolah
bagi kehidupan sehari-hari, terutama di
dengan
bidang industri-industri yang memerlukan penelitian besaran
yang suhu
berkaitan
secara
menggunakan
rangkaian
pengkondisi sinyal yang berfungsi untuk
dan
menguatkan tegangan keluaran sensor
dengan
kontinyu
yaitu
berfungsi untuk mengubah besaran fisis
cepat, dan akurat. Sehingga bermanfaat
pengendalian
sensor,
menggunakan sensor suhu LM35 yang
temperatur
setiap ruangan dalam waktu yang sama,
pemantauan,
sepuluh
suhu LM35. Tingkat suhu yang telah
dan
otomatis.
terdeteksi, dikonversikan menjadi sinyal
METODE PENELITIAN
modul
digital oleh ADC yang menjadi satu
menjelaskan
diproses
Rancang
berbasis
ATmega16,
Mikrokontroller
terlebih
dahulu
oleh
Mikrokontroller
Bangun Data Akusisi temperatur 10 kanal
mikrokontroller
ATmega16, kemudian sinyal tersebut
Diagram Blok Sistem Untuk
dengan
mikrokontroller. berfungsi
untuk
memproses sinyal yang diterima sensor
AVR
LM35, kemudian ditampilkan pada LCD
di
20x4. Mikrokontroller Atmega16 mampu
gambarkan secara umum dalam gambar
mengolah input data sebanyak 8 sinyal
diagram blok sistem kerja seperti gambar
sehingga
1.
sebelum
masuk
ke
mikrokontroller Atmega16 sinyal-sinyal dari sensor suhu masuk ke multiplexer 21
Enis F., dkk : Rancang Bangun Data …..
terlebih
dahulu
untuk
menentukan
medium, dimana pada medium tersebut
delapan sinyal yang akan diproses dan
suhunya akan dikendalikan. IC LM35DZ
ditampilkan
ini tinggal diberi tegangan catu daya.
terlebih
dahulu,
baru
kemudian 2 sinyal lagi.
Dalam rangkaian ini diberikan catu daya +5 Volt pada kaki 1 dan ground pada kaki 3. Sedangkan keluaran (output)
Sensor LM35 Komponen utama yang digunakan
pada kaki 2.
pada rangkaian sensor suhu ini adalah Rangkaian Pengkondisi Sinyal
sebuah sensor berbentuk IC (Integrated
Circuit) dengan tipe LM35DZ. LM35DZ
Pengkondisi sinyal berfungsi untuk
ini adalah sebuah sensor suhu yang
menguatkan tegangan keluaran sensor
keluarannya sudah dalam celcius yang
suhu LM35 agar dapat diproses pada
memiliki kemampuan penginderaan suhu
peralatan selanjutnya dalam hal ini oleh
dari 00C sampai 1000C. IC LM35DZ ini
mikrokontroller. Jangkauan pengukuran
akan mengkonversikan besaran suhu
dirancang agar dapat dilakukan pada
menjadi besaran tegangan. Dimana IC
kisaran 00C sampai 1000C, sehingga
LM35DZ
dibutuhkan penguatan agar tegangan
ini
akan
mengeluarkan
tegangan pada kaki 2 sebagai output
maksimum
dari
sensor
suhu
sama
sebesar 10mV untuk setiap kenaikan
dengan tegangan ADC pada saat skala
suhu sebesar 10C.
penuh.
Rangkaian sensor suhu berfungsi untuk mendeteksi suhu pada medium dan kemudian akan di ubah menjadi besaran listrik. Berikut adalah sistem minimum dari sebuah LM35DZ Gambar 3. Rangkaian Pengkondisi Sinyal Keluaran
tegangan
sensor suhu
dikuatkan dengan rangkaian penguat tak
Gambar 2. Sistem Minimum LM35
membalik. Dengan tegangan masukan sebesar 1V pada 1000C dan tegangan
Penerapan sensor ini sangat mudah,
keluaran yang diinginkan sebesar 5V
sensor ini cukup diletakkan pada suatu 22
Jurnal Monitor, Vol. 1, No. 1, Juli 2012
maka dapat dihitung nilai tahanan untuk
rancangan ini, selektor dikendalikan oleh
penguat tak membalik sebagai berikut.
mikrokontroller
vout
=5 – 0 = 5;
mengambil
vin
= 1 – 0 = 1;
multiplexer,
r1
=1k;
mengatur output yang tehubung dengan
sehingga input
untuk
tertentu
mikrokontroller
pada harus
yang dicari r2, jadi r2 = 4k.
selektor. Dengan demikian, pengaturan
Dapat dibuktikan dengan menggunakan
pengambilan data input dari multiplexer
rumus :
dilakukan pada kode program.
Rangkaian Multiplexer Multiplexer perancangan
Gambar 4. Rangkaian Multiplexer
diperlukan sistem
keterbatasan
ini
kanal
mikrokontroller.
dalam
dikarenakan input
Rangkaian Minimum Sistem
pada
Rangkaian
Mikrokontroller
merupakan
ATMega16 mempunyai delapan input
bagian
sedangkan
pengolahan
yang
diperlukan
adalah
pusat
input
digunakan
Dalam perancangan ini, dua input data
Atmega16
dari sensor suhu langsung menuju kanal
sebagai berikut:
ADC pada mikrokontroller sedangkan
1. 2.
Multiplexer yang digunakan dalam multiplexer
sistem 4051
ini
yang
dari
keluaran
serta
Pada
sistem
mikrokontroller yang 8
memiliki
MHz,
ini jenis
spesifikasi
yang
berfungsi
sebagai pembangkit clock.
terlebih dahulu. perancangan
Kristal
pengendalian
dan
data.
sepuluh input data dari sensor suhu.
delapan lainnya masuk ke multiplexer
mikrokontroller
Kapasitor 22 pF pada pin XTAL1 dan XTAL2.
adalah
3.
mempunyai
Resistor 10 kΩ dan kapasitor 10 nF pada pin reset.
delapan input, satu output dengan tiga
4.
Port masukan dan keluaran yang
port selektor. Port selektor digunakan
digunakan yaitu :
untuk mengatur input mana yang akan
a. PortA.0 – PortA.7 digunakan
diteruskan
ke
port
output.
Dalam
sebagai 23
input
mikrokontroller
Enis F., dkk : Rancang Bangun Data …..
yang dihubungkan ke sensor.
pada LCD, sedangkan untuk mengontrol
Port ini merupakan pin masukan
LCD
ADC.
dihubungkan dengan Port B.0 dan Port
b. PortB.4 – PortB.7
dilihat
dan
E
pada
LCD
Pada rangkaian display dipasang komponen potensio meter 5K Ohm yang
Skema rangkaian sistem minimum dapat
RS
B.2 pada mikrokontroller.
digunakan
sebagai data input ke LCD. mikrokontroller
kaki
berfungsi sebagai pengatur kecerahan
pada
dari
gambar 5. berikut :
LCD.
Sumber
tegangan
yang
diberikan sebesar 5 V.
Gambar 7. Rangkaian Display Gambar 5. Rangkaian Minimum Gambar 7. menunjukan desain dari rangkaian multiplexer. Dalam gambar tersebut, multiplexer menerima delapan input dari sensor suhu yang telah diolah terlebih
dahulu
pengkondisi terhubung
sinyal, dengan
mikrokontroller Gambar 6. Rangkaian Lengkap
oleh
dan
rangkaian
tiga
selektor
output
dari
output
dari
multiplexer terhubung dengan input ADC mikrokontroller pada port ADC2.
LCD (Liquid Crystal Display) Untuk karakter
dapat ke
menampilkan
LCD
maka
data
Perangkat Lunak
koneksi
Flowchart Data Akuisisi Temperatur
mikrokontroller dan LCD dapat dijelaskan
Sistem kerja perancangan simulasi
sebagai berikut.
Data
Akusisi
temperatur
10
kanal
Data masukan untuk penampil LCD
berbasis Mikrokontroller AVR ATmega
diberikan melalui PortB yaitu PB.4 –
16 ini ditunjukkan gambar flowchart di
PB.7 dihubungkan dengan DB 4 – DB7
gambar 8. 24
Jurnal Monitor, Vol. 1, No. 1, Juli 2012
perbandingan suhu dan tegangan yang linier yaitu 10 mV/0C. Pengujian ini dilakukan
dengan
pembacaan
suhu
membandingkan dari
termometer
dengan tegangan yang dihasilkan oleh sebuah sensor LM35 pada beberapa kondisi lingkungan yang berbeda.
Tabel 1. Hasil Pengujian Sensor LM35
Gambar 8. Flowchart Rancang Bangun Data Akuisisi Temperatur
Pembacaan Pengujian
Secara
garis
besar
LM35
prosesnya
Sensor sangat
dimulai dengan membaca data ADC
dekat dengan es Sensor dekat
yang diperoleh dari sensor suhu. Setelah
dengan es
pengambilan data dari ADC, dilakukan
Sensor pada
proses perhitungan. Setelah data diambil kemudian
diproses
untuk
suhu normal dengan air
termometer
105 mV
10,8 0C
150 mV
15,4 0C
275 mV
28,1 0C
360 mV
36,2 0C
400 mV
40,2 0C
panas
sebenarnya agar dapat dibaca. Bila catu
Sensor sangat
daya
dekat dengan air
maka
Pembacaan
Sensor dekat
kemudian
ditampilkan ke display sebagai data yang dimatikan,
Tegangan
proses
panas
pembacaan data akan selesai, tapi jika catu daya tidak dimatikan maka proses akan dimulai dari awal. ANALISA DAN PENGUJIAN Pengujian Rangkaian Sensor LM35 Pengujian sensor LM35 dilakukan
Gambar 9. Grafik Perbandingan Suhu
untuk memastikan bahwa sensor telah bekerja
dengan
baik.
Secara
dan Tegangan LM35
teori,
sensor suhu LM35 memiliki karakteristik 25
Enis F., dkk : Rancang Bangun Data …..
Dari
pengujian
dilakukan,
105 mV
520 mV
525 mV
dihasilkan data perbandingan antara
150 mV
750 mV
750 mV
suhu
275 mV
1370 mV
1375 mV
yang
360 mV
1800 mV
1800 mV
dihasilkan sensor. Data hasil pengujian
400 mV
2000 mV
2000 mV
yang
termometer
yang
diukur dengan
menggunakan tegangan
dapat dilihat pada tabel 1. Gambar 9 merupakan
grafik
yang
merepresentasikan hasil data. Dalam pengujian tersebut
dapat
disimpulkan bahwa sensor telah bekerja dengan baik dan sangat mendekati perhitungan
bahwa
sensor
LM35
memiliki koefisien sebesar 10 mV/0C
Gambar 10. Grafik Perbandingan
yang berarti bahwa kenaikan suhu 10C
Tegangan Keluar (Pengukuran)
maka akan terjadi kenaikan tegangan
dan Tegangan Keluar (Perhitungan)
sebesar 10 mV. Dari data yang diperoleh, tegangan keluar yang dihasilkan dari pengukuran
Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal Pengujian sinyal
rangkaian
pengkondisi
hampir menyamai tegangan keluar yang
dengan
diperoleh dari penghitungan. Sehingga
dilakukan
membandingkan tegangan input yang
dapat
disimpulkan
bahwa
rangkaian
masuk ke rangkaian dengan tegangan
pengkondisi sinyal telah berjalan dengan
keluaran dari rangkaian. Hasil tegangan
baik.
yang diperoleh dari pengujian LM35 Pengujian Rangkaian Multiplexer
digunakan sebagai input dari rangkaian
Rangkaian multiplexer dalam sistem
pengkondisi sinyal dan dihasilkan data
ini berfungsi sebagai penerima masukan
pada tabel 2.
data dari sensor suhu sebelum masuk ke Tabel 2. Pengujian Rangkaian
dalam ADC mikrokontroller. Multiplexer
Pengkondisi Sinyal
disini memiliki 8 port input dan 1 port
Tegangan
Tegangan
Teganga
Keluar
Keluar
n Masuk
(Pengukuran
(Penghitungan
)
)
output
dengan
3
selektor.
Selektor
dikendalikan oleh mikrokontroller untuk mendapatkan
input
yang
diinginkan
untuk masuk ke satu port ADC. Dengan 26
Jurnal Monitor, Vol. 1, No. 1, Juli 2012
diprogram
tersebut disimpulkan bahwa multiplexer
memicu
telah bekerja dengan baik. Sedangkan
multiplexer mengirimkan input tertentu.
untuk mengambil data yang lain, maka
Dalam pengujian ini, potongan kode
selektor harus dipicu untuk mengirimkan
program yang digunakan untuk memilih
input yang diharapkan melalui PORTB.0,
input pada multiplexer adalah :
PORTB.1 dan PORTB.2.
demikian, sedemikian
mikrokontroller rupa
untuk
PORTB.0=0; Pengujian ADC
PORTB.1=0;
Pengujian ADC dilakukan dengan
PORTB.2=0;
melakukan pengukuran tegangan yang
data_adc2=read_adc(2);
akan masuk ke kanal-kanal ADC dan Kode tersebut akan memberikan
membandingkanya dengan nilai yang
sinyal 000 kepada selektor multiplexer
telah dikonversi dan disimpan dalam
agar mengirimkan data input multiplexer
variabel dan dilakukan perhitungan untuk
pertama yaitu sensor suhu ke-3. Dengan
menjadi
kode
masukan
tersebut
maka
mikrokontroller
besaran
suhu.
Tegangan
dari
keluaran
berasal
rangkaian pengkondisi sistem.
mendapatkan data suhu ke-3 dan jika ditampilkan ke LCD akan tampil seperti
Tabel 3. Tabel pengujian ADC
pada gambar 11.
Tegangan
Suhu
Masuk
Perhitungan
ADC (v)
v/(5*10)
525 mV
10,5 0C
10,5 0C
Gambar 11. Tampilan Pengujian
750 mV
15 0C
15,3 0C
Multiplexer
1375 mV
27,5 0C
27,4 0C
1800 mV
36 0C
36,2 0C
2000 mV
40 0C
40,1 0C
Gambar 11. menunjukkan bahwa multiplexer berhasil menerima data suhu ke-3 dan ditampilkan ke LCD, adapun
Tabel
data pertama dan kedua merupakan
3
Suhu Tampil
menunjukkan
hasil
pengujian ADC dengan membandingkan
data dari sensor suhu tanpa melalui
tegangan yang masuk ke kanal ADC,
multiplexer. Dengan demikian, pengujian 27
Enis F., dkk : Rancang Bangun Data …..
suhu yang dihasilkan dengan suhu yang seharusnya
melalui
Gambar 13. Tampilan pengujian LCD
perhitungan
tegangan masuk tersebut.
Gambar 13. menunjukkan bahwa LCD
bekerja
dengan
baik
dengan
menampilkan kesepuluh data suhu yang terdeteksi
oleh
sensor.
LCD
menampilkan sepuluh data suhu secara bergantian selama empat detik yaitu antara data ke 1-8 dan 9-10. Pengujian Keseluruhan Pengujian secara keseluruhan ini
Gambar 12. Grafik Perbandingan Suhu
dilakukan untuk menguji keberhasilan
Perhitungan dengan Suhu Tampil
dari alat yang dirancang. Pengujian ini dilakukan dengan membandingkan suhu
Pengujian Rangkaian LCD
yang terbaca dari LCD dengan suhu dari
Pengujian LCD pada proyek ini
termometer pada masing-masing sensor.
dimaksudkan untuk mengecek apakah
Masing-masing sensor diletakkan pada
data yang dibutuhkan dapat diproses
lingkungan buatan yang berbeda-beda
dan ditampilkan hasilnya pada LCD sehingga
dapat
diketahui
jika
antara lain dekat dengan es, sangat
ada
dekat dengan es, suhu normal, dekat
kesalahan pada data yang dihasilkan.
dengan air panas dan sangat dekat
Pengujian dilakukan dengan mengamati
dengan air panas. Hasil pengujian dapat
hasil data pengujian yang ditampilkan
dilihat pada tabel 4.
pada layar LCD.
Tabel 4. Hasil Pengujian Alat
28
Jurnal Monitor, Vol. 1, No. 1, Juli 2012
Gambar 14. Grafik Perbandingan Suhu dengan Termometer Dari
pengujian
tersebut
dapat
diambil kesimpulan bahwa alat yang dirancang
mampu
menampilkan
informasi suhu yang sangat mendekati dengan pengukuran melalui termometer sehingga alat telah bekerja dengan baik. Penghitungan
kesalahan
terhadap
pengukuran menunjukan bahwa error yang
terjadi
pada
pengujian
tidak
Gambar 15. Grafik perbandingan suhu
melebihi 10% dengan error rata-rata 2,531%. Selain pengujian dengan berbagai kondisi
tersebut,
pengujian
juga
dilakukan dengan memantau suhu-suhu yang ditampilkan pada rentang waktu tertentu. Suhu-suhu tersebut diperoleh dari pembacaan pada suhu normal. Tabel
5.
menunjukkan
data
Gambar 16. Rangkaian Alat
hasil
pengujian tersebut.
KESIMPULAN Dari pengujian yang telah penulis
Tabel 5. Hasil Pengujian Alat pada Suhu
laksanakan dapat disimpulkan :
Normal
1.
Alat yang dirancang telah bekerja dengan baik dan dapat mengukur serta mengontrol suhu udara.
29
Enis F., dkk : Rancang Bangun Data …..
2.
Sensor LM35 merupakan sensor
Alit.
udara
Sistem Telemetri Suhu Ruangan
karena
pengukurannya
dalam suhu
derajat
LM35
Berbasis
celcius.
mengalami
Akhir
dan
2010.
Perancangan
Sensor
Fakultas
Komunikasi
(10mV/C).
Telkom Bandung.
Mikrokontroller
telah
dapat
Elektro
Institut
dan
Teknologi
2012/05/sk31.jpg (Diakses tanggal 01 Juni 2012)
Alat dapat bekerja sebagai pe-
http://elektronikayuk.files.wordpress.com/
monitor suhu udara pada tempat
2010/12/image0021.jpg
yang berbeda dengan mengirimkan
(Diakses
tanggal 01 Juni 2012)
datanya ke LCD.
http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/452/jbp
DAFTAR PUSTAKA
tunikompp-gdl-bennymuhar-22559-
Budiharto, Widodo, 2006, Belajar Sendiri
2-unikom_b-i.pdf (Diakses tanggal
Membuat Robot Cerdas, PT Elex
01 Juni 2012)
Media Komputindo, Jakarta.
http://library.gunadarma.ac.id/repository/f
Budiharto, Widodo dan Togu Jefri, 2007,
iles/17202/10405795/bab-iii.pdf
12 Proyek Sistem Akuisisi Data. PT
(Diakses tanggal 01 Juni 2012)
Elex Komutindo, Jakarta.
http://rahmadsmartboy.blogspot.com/200
Kurniawan, Arif, 2011, Sistem Telemetri
9/08/multiplexer.html
Suhu Udara Berbasis ATmega8535 Matematika Alam
dan
http://repository.usu.ac.id/bitstream/1234
Ilmu
56789/25239/3/Chapter
Universitas
http://repository.usu.ac.id/bitstream/1234
Divisi Workshop HME ITB, 2009, Modul
Mikrokontroller
Bidang
Keprofesian
II.pdf
(Diakses tanggal 01 Juni 2012)
Sumatera Utara Medan
Training
(Diakses
tanggal 30 Juni 2012)
Menggunakan internet, Tugas Akhir Pengetahuan
Tugas
http://agungborn91.files.wordpress.com/
melalui pengkonversian ADC.
Fakultas
Implementasi
Mikrokontroller.
perubahan setiap derajat celcius
membaca hasil pengukuran suhu 4.
Manik
yang efektif dalam mengukur suhu langsung
3.
Wastharini,
56789/24870/3/Chapter%20II.pdf
AVR,
(Diakses tanggal 30 Mei 2012)
Badan
Pengurus ITB
30
Jurnal Monitor, Vol. 1, No. 1, Juli 2012
http://semacamm.blogspot.com/2011/06/ pengertian-proteus.html
(Diakses
tanggal 30 Mei 2012) http://qqworkshop.blogspot.com/2011_09_01 _archive.html (Diakses tanggal 25 Mei 2012) http://www.robotelectronics.co.uk/acatalog/LCD_Disp lays.html (Diakses tanggal 01 Juli 2012)
31
