RANCANG BANGUN PENGATUR SUHU AIR PADA SISTEM VALVE BERBASIS FUZZY LOGIC CONTROLLER
SKRIPSI
DisusunOleh :
NANANG SULISTYO SUSENO NIM : 201010130311060
JURUSAN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2015
RANCANG BANGUN PENGATUR SUHU AIR PADA SISTEM VALVE BERBASIS FUZZY LOGIC CONTROLLER
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1 (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
DisusunOleh :
NANANG SULISTYO SUSENO NIM : 201010130311060
JURUSAN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2015
LEMBAR PERSEMBAHAN Yang Utama dari Segalanya... Sembah sujud serta syukur kepada Allah SWT atas karunia serta kemudahan yang Engkau berikan sehingga skripsi yang sederhana ini dapat terselesaikan. Sholawat serta salam selalu terlimpahkan keharibaan Rasullah Muhammad SAW. Karya Tulis Ilmiah saya persembahkan untuk mereka yang telah hadir dalam memberikan semangat dan dukungan dalam perjalanan hidup saya, kepada: Ayah dan Ibu tercinta ( Suseno & Siti Habibah ), terima kasih atas semuanya yang senantiasa memberikan perhatian dan kasih sayang serta selalu mendo’akan dan memberikan motivasi yang besar untuk pantang menyerah dan selalu sabar dalam menyelesaikan semua tugas termasuk dalam penyusunan Karya Tulis Ilmiah ini. Terlebih kasih untuk ayah, aku tau walaupun kini engkau sudah tidak bisa bicara lagi namun anakmu ini tau dari tatapan matamu engkau selalu mendoakan yang terbaik untukku,Semoga Allah selalu menyertai kita, Amin Ya Rabbal Alamin. Adik-adikku tersayang ( Leny anggraeni S, Ferry Wijayanto S, Vriscy yudianto S, Yeni Lestari S), terima kasih atas semuanya, atas dukungan, do’a dan perhatiannya. Semoga selalu dan selamanya kita tetap bisa untuk saling mengingatkan dan mendukung satu sama lain serta membanggakan orang tua. Dosen Pembimbing Tugas Akhirku... Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, M.T dan Bapak Ilham Pakaya, S.T selaku dosen pembimbing, terima kasih banyak karena telah sabar saya membantu selama ini, dinasehati, diajari, diberikan banyak pengalaman. Saya tidak akan lupa atas bantuan dan kesabaran Ibu dan bapak. Sahabat-sahabatku serumah (Fathurozi, Ahmad Baiturahman, Erik Ardiansyah) serta sahabat seperjuangan (Ahmad M. Zamzami, Bayu Jatmika, Angga D. Prasetiyo, Dion Dwi S, & M. Rizky Kaisupy) dan seluruh keluarga besar Elektro B 2010 yang telah memberikan dukungan, motivasi dan semangat kepada saya, sukses untuk kita semua dan semoga Allah SWT menyertai kita semua
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh Segala puji syukur senantiasa tercurahkan kehadirat Allah SWT yang maha Pengasih lagi Maha Penyayang dan junjungan Nabi besar kita Nabi Muhammad SAW yang senantiasa menganugerahkan nikmat dan rahmat serta karunianya kepada kami, sehingga penulis sanggup menyelesaikan penyusunan Karya Tulis Ilmiah ini dengan judul ‘‘RANCANG BANGUN PENGATUR SUHU AIR PADA SISTEM VALVE BERBASIS
FUZZY LOGIC CONTROLLER’’.
Penulisan Karya Tulis Ilmiah ini merupakan salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Elektro Universitas Muhammadiyah Malang. Dalam menyusun Karya Tulis Ilmiah ini, penulis terus berusaha dengan sepenuh hati dan pemikiran kritis untuk menyajikan hasil terbaik dan menyumbangkan wacana keilmuan untuk berbagai pihak. Namun, dengan penuh kesadaran dan kerendahan hati penulis menyadari bahwa Karya Tulis Ilmiah ini tidak lepas dari kesalahan dan kekeliruan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari berbagai pihak agar proposal ini menjadi lebih baik lagi. Keberhasilan penulis dalam menyelesaikan Karya Tulis Ilmiah ini tidak lepas dari peran berbagai pihak, oleh karena itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua penulis yang telah memberi kasih sayang, dukungan baik moril maupun materil sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT selaku Ketua Jurusan Elektro Universitas Muhammadiyah Malang. 3. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan dalam penyusunan skripsi ini.
4. Bapak Ilham Pakaya, ST selaku Dosen Pembimbing II yang juga telah memberikan bimbingan dalam penyusunan skripsi ini. 5. Bapak dan Ibu dosen pengajar serta para staff karyawan jurusan Teknik Elektro UMM. 6. Teman – teman seperjuanganku di kelas Elektro B, terima kasih atas semua kisah suka dan dukanya. Karena kalian adalah keluargaku juga. 7. Dan semua pihak yang telah membantu kelancaran penulis dalam penyusunan skripsi ini. Akhir kata penulis berharap agar skripsi ini bisa bermanfaat bagi seluruh Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro pada khususnya, dan bagi para pembaca umumnya. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dan kesalahan dalam skripsi ini, oleh karena itu kritik dan saran yang membangun akan sangat diharapkan oleh penulis demi sempurnanya skripsi ini.
Malang, 8 Agustus 2015
Penulis
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN ..........................................................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN ...........................................................................
iii
SURAT PERNYATAAN ...............................................................................
iv
ABSTRAK ......................................................................................................
v
ABSTRACT ....................................................................................................
vi
LEMBAR PERSEMBAHAN ........................................................................
vii
KATA PENGANTAR ....................................................................................
viii
DAFTAR ISI ...................................................................................................
x
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
xv
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
xvi
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .......................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ..................................................................
2
1.3 Batasan Masalah.....................................................................
2
1.4 Maksud dan Tujuan ................................................................
2
1.5 Sistematika Penulisan ............................................................
3
DASAR TEORI 2.1 Dasar Sistem Pengaturan........................................................
4
2.1.1 Karakterisitik Sistem Kontrol.....................................
5
2.2 Dasar Fuzzy Logic .................................................................
6
2.3 Struktur Kontroller Logika Fuzzy ..........................................
19
2.4 Snsor Suhu LM35 ..................................................................
20
2.5 Penguat Sinyal (OP Amp) .....................................................
21
2.6 Mikrokontroller ATMEGA16 ...............................................
22
2.6.1 ADC Internal ATMEGA16 .......................................
24
2.7 PWM (Pulse With Modulation) .............................................
25
2.8 Motor Servo ..........................................................................
26
2.9 Solenoid ................................................................................
27
BAB III
2.10 Sensor jarak Infrared .............................................................
28
2.11 LCD (Liquit Cristal Display) ................................................
30
PERANCANGAN 3.1 Umum.....................................................................................
35
3.2 Diagram Perancangan Mekanik .............................................
36
3.3 Diagram Blok Sistem .............................................................
37
3.4 Perancangan Perangkat Keras ................................................
39
3.4.1
Perancangan Sensor Suhu LM35 + pengondisi sinyal ..........................................................................
3.4.2
BAB IV
39
Perancangan Sensor Jarak Infrared menggunakan SHARP GP2Y0A02 ...................................................
41
3.4.3
Perancangan LCD 16X2 ............................................
41
3.4.4
Perancangan Keypad 3x4 ...........................................
43
3.4.5
Perancangan Rangkaian Driver Solenoid...................
44
3.4.6
Perancangan Rangkaian Motor DC servo ..................
45
3.4.7
Perancangan Rangkaian Minimm sistem ATMEGA16 ................................................................
46
3.5 Perancangan perangkat lunak .................................................
47
3.5.1
Perancangan Fuzzy Logic ..........................................
47
3.5.2
Algoritma Pembacaan ADC Internal ATMEGA16 ...
50
3.5.3
Algoritma Pembacaan Suhu LM35 ............................
51
3.5.4
Algorima Pembacaan Jarak Sensor Infrared GP2Y0A02 .................................................................
53
3.5.5
Algoritma Tulis Instruksi LCD ..................................
53
3.5.6
Algoritma Pembacaan Keypad 3x4 ............................
54
3.5.7
Algoritma Proses Fuzzy Logic ...................................
55
3.5.8
Algoritma Perangkat Lunak Keseluruhan ..................
56
PENGUJIAN 4.1 Pengujian LCD .......................................................................
58
4.1.1 Tujuan ...........................................................................
58
4.1.2 Peralatan Yang Digunakan ...........................................
58
4.1.3 Langkah-langkah Pengukuran ......................................
58
4.1.4 Rangkaian Pengujian LCD ...........................................
59
4.1.5 Hasil Pengujian .............................................................
59
4.1.6 Analisa ..........................................................................
60
4.2 Pengujian ADC ......................................................................
60
4.2.1 Tujuan Pengukuran .......................................................
60
4.2.2 Peralatan Yang Digunakan ...........................................
60
4.2.3 Langkah-langkah Pengukuran ......................................
60
4.2.4 Rangkaian Pengujian ADC ...........................................
61
4.2.5 Data Hasil Pengujian ....................................................
61
4.2.6 Analisa ..........................................................................
62
4.3 Pengujian Sensor Suhu LM35................................................
63
4.3.1 Tujuan Pengukuran .......................................................
63
4.3.2 Peralatan Yang Digunakan ...........................................
63
4.3.3 Langkah-Langkah Pengukuran .....................................
63
4.3.4 Diagram Pengujian .......................................................
63
4.3.5 Data Hasil Pengujian ....................................................
63
4.3.6 Analisa Data..................................................................
65
4.4 Pengujian Rangkaian Pengondisi Sinyal ................................
66
4.4.1 Tujuan Pengukuran .......................................................
66
4.4.2 Peralatan Yang Digunakan ...........................................
66
4.4.3 Langkah-Langkah Pengukuran .....................................
66
4.4.4 Diagram Pengujian .......................................................
66
4.4.5 Data Hasil Pengukuran .................................................
66
4.4.6 Analisa ..........................................................................
68
4.5 Pengujian Keypad Matrix 3X4...............................................
69
4.5.1 Tujuan ...........................................................................
69
4.5.2 Peralatan Yang Digunakan ...........................................
69
4.5.3 Langkah-Langkah Pengukuran .....................................
69
4.5.4 Rangkaian Pengujian keypad ........................................
69
4.5.5 Data Hasil pengujian.....................................................
70
BAB V
4.5.6 Analisa ..........................................................................
70
4.6 Pengujian Sensor jarak Infrared SR2Y0A02 .........................
71
4.6.1 Tujuan pengukuran .......................................................
71
4.6.2 Peralatan Yang Digunakan ...........................................
71
4.6.3 Langkah-Langkah Pengujian ........................................
71
4.6.4 Diagram pengujian........................................................
71
4.6.5 Hasil pengujian .............................................................
72
4.6.6 Analisa ..........................................................................
72
4.7 Pengujian driver Solenoid valve dan driver Motor Servo ......
73
4.7.1 Tujuan pengukuran .......................................................
73
4.7.2 Peralatan Yang Digunakan ...........................................
73
4.7.3 Langkah-Langkah Pengukuran .....................................
73
4.7.4 Rangkaian Pengujian Solenoid dan Motor Servo .........
73
4.7.5 Hasil pengujian .............................................................
74
4.7.6 Analisa pengujian .........................................................
74
4.8 Pengujian Keseluruhan...........................................................
75
4.8.1 Tujuan pengukuran .......................................................
75
4.8.2 Peralatan Yang Digunakan ...........................................
75
4.8.3 Langkah-Langkah Pengukuran .....................................
75
4.8.4 Data Hasil Pengujian ....................................................
75
4.8.5.1 Data Hasil Pengujian SP 36 .............................
76
4.8.5.2 Data Hasil Pengujian SP 37 .............................
78
4.8.5.3 Data Hasil Pengujian SP 38 .............................
80
4.8.5.4 Data Hasil Pengujian SP 39 .............................
82
4.8.5.5 Data Hasil Pengujian SP 40 .............................
84
4.8.5.6 Data Hasil Pengujian SP 41 .............................
86
4.8.5.7 Data Hasil Pengujian SP 42 .............................
88
4.8.5 Analisa pengujian .........................................................
90
PENUTUP 5.1 Kesimpulan ............................................................................
92
5.2 Saran ......................................................................................
93
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Simbol Terminal I/O LCD ...............................................................
31
Tabel 2.2 Perintah - Perintah M1632 ...............................................................
32
Tabel 3.1 Pin LCD ...........................................................................................
42
Tabel 3.2 Pin Antarmuka mikrokontroller dan Kypad.....................................
44
Tabel 3.3 Pembuatan Label Membership Function Output Kran Air Panas....
49
Tabel 3.4 Rules untuk Output Kran Air Panas .................................................
50
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Input Output ADC .................................................
61
Tabel 4.2 Perbandingan Ouput dengan Perhitungan ADC ..............................
62
Tabel 4.3 Error Pengujian sensor LM35 ..........................................................
65
Tabel 4.4 Pengujian Rangkaian Pengondisi Sinyal .........................................
68
Tabel 4.5 Pengujian Jarak SR2Y0A02 ............................................................
72
Tabel 4.6 Pengujian Driver Solenoid ULN2003 ..............................................
74
Tabel 4.7 Pengujian Motor Servo ....................................................................
74
Tabel 4.8 Pengujian Karakteristik tiap Suhu....................................................
90
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Blok diagram sistem pengaturan. (A) sistem open-loop, (B) sistem close-loop ...................................................................
4
Gambar 2.2
Kurva Tanggapan Satuan ............................................................
6
Gambar 2.3
Proses Fuzzifikasi ........................................................................
7
Gambar 2.4
Contoh Pemberian Angka Pada Fuzzy Label ..............................
9
Gambar 2.5
Bentuk-Bentuk Umum Membership Function ............................
9
Gambar 2.6
Point Slope Representation.......................................................
Gambar 2.7
Lookup Representation ................................................................ 11
Gambar 2.8
Contoh Input Membership Function ........................................... 11
Gambar 2.9
Contoh Fuzzy Rules Dan Bagian-Bagiannya .............................. 12
10
Gambar 2.10 Proses Rule Evaluation ................................................................ 13 Gambar 2.11 Contoh Matrik Rule ..................................................................... 15 Gambar 2.12 Contoh Evaluasi Degree of Membership Function Tiap Rule .
16
Gambar 2.13 Proses Defuzzification ................................................................. 17 Gambar 2.14 Pemotongan Pada Output membership Function ........................ 18 Gambar 2.15 Sistem Kendali Fuzzy .................................................................. 20 Gambar 2.16 Rangkaian Sensor Suhu LM35 .................................................... 21 Gambar 2.17 Rangkaian Operational Amplifier ............................................
22
Gambar 2.18 Arsitektur ATMega 16 ................................................................ 23 Gambar 2.19 Block diagram ADC internal ....................................................... 24 Gambar 2.20 Gelombang keluaran PWM ......................................................... 26 Gambar 2.21 Motor Servo ................................................................................. 26 Gambar 2.22 Struktur Fungsi Solenoid Valve .................................................. 27 Gambar 2.23 pantulan cahaya infrared...........................................................
28
Gambar 2.24 Bentuk fisik sensor infrared type sharp GP2Y0A02YK ..........
29
Gambar 2.25 karakteristik Vout terhadap jarak sensor sharp GP2Y0A02YK . 29 Gambar 2.26 LCD M1632 Standard ................................................................. 30 Gambar 3.1
Diagram Perancangan Keseluruhan ............................................ 36
Gambar 3.2
Blok Diagram Sistem Keseluruhan ............................................. 37
Gambar 3.3
Blok Diagram Perancangan Kontrol Suhu ...............................
Gambar 3.4
Diagram pengkondisi sinyal ........................................................ 39
38
Gambar 3.5
Rangkaian pengondisi sinyal LM35 ............................................ 40
Gambar 3.6
sensor jarak infrared GP2Y0A02 ................................................ 41
Gambar 3.7
Rangkaian LCD 16X2 ................................................................. 42
Gambar 3.8
Perancangan keypad matrik 3x4.................................................. 43
Gambar 3.9
Rangkaian driver solenoid ........................................................
45
Gambar 3.10 Rangkaian motor servo ................................................................ 46 Gambar 3.11 Rangkaian Minimum Sistem ATMEGA16 ................................. 47 Gambar 3.12 Membership Function Untuk Input Error .................................... 48 Gambar 3.13 Membership Function Untuk Input D_Error ............................... 48 Gambar 3.14 Membership Function Untuk Output Kran Panas ....................... 49 Gambar 3.15 flowchart pembacaan ADC internal .........................................
51
Gambar 3.16 Flowchart pembacaan sensor suhu LM35 ................................... 52 Gambar 3.17 flowchart pembacaan sensor jarak infrared ................................. 53 Gambar 3.18 flowchart penulisan LCD ............................................................ 54 Gambar 3.19 flowchart pembacaan keypad dengan sistem matrik ................... 54 Gambar 3.20 flowchart proses fuzzy logic ........................................................ 56 Gambar 3.21 flowchart perangkat lunak keseluruhan ....................................
57
Gambar 4.1
Rangkaian Pengujian LCD .......................................................... 59
Gambar 4.2
Pengujian LCD ............................................................................ 59
Gambar 4.3
Rangkaian pengujian ADC internal............................................. 61
Gambar 4.4
Diagram Pengukuran ................................................................... 63
Gambar 4.5
Pengujian sensor suhu LM35 menggunakan AVO dan software ....................................................................................
64
Gambar 4.6
Pengujian sensor suhu LM35 menggunakan AVO dan software 64
Gambar 4.7
Grafik perbandingan tegangan suhu dari teori dan praktek......... 65
Gambar 4.8
Diagram pengukuran pengkondisi sinyal .................................... 66
Gambar 4.9
Foto Pengujian input pengondisi sinyal ...................................... 67
Gambar 4.10 Foto Pengujian output pengondisi sinyal .................................... 67 Gambar 4.11 Rangkaian Pengujian keypad ...................................................
69
Gambar 4.12 Pengujian Keypad .....................................................................
70
Gambar 4.13 Pengujian sensor jarak SR2Y0A02 ............................................. 71 Gambar 4.14 Rangkaian Pengujian Driver Solenoid Dan Motor Servo ........... 73
Gambar 4.15 Respon suhu SP 36 terhadap waktu proses fuzzy ....................... 77 Gambar 4.16 Respon suhu SP 37 terhadap waktu proses fuzzy ....................... 79 Gambar 4.17 Respon suhu SP 38 terhadap waktu proses fuzzy ....................... 81 Gambar 4.18 Respon suhu SP 39 terhadap waktu proses fuzzy ....................... 83 Gambar 4.19 Respon suhu SP 40 terhadap waktu proses fuzzy ....................... 85 Gambar 4.20 Respon suhu SP 41 terhadap waktu proses fuzzy ....................... 87 Gambar 4.21 Respon suhu SP 42 terhadap waktu proses fuzzy ....................... 89
DAFTAR PUSTAKA
Atmel, 2003.ATMega 16. http://www.alldatasheet.com/ [diunduh September 2014] Klir, George J., 1995. Fuzzy Sets and Fuzzy Logics :Theory and Applications, NJ : Prentice Hall. National
Semiconductor,
LM35.
http://pdf.datasheetcatalog.com/
[diunduh
September 2014]. Syahul, Galih Rahayu, 2013. Sistem pengontrolan Distribusi Air dan Pemantauan Temperatur Air Berbasis Android Smartphone. Telekontran. 01(02). Sakawa, M., 1993. Fuzzy Sets and Interactive Multiobjective Optimisation, Plenum Press, London. Saad, O. M. and Abdulkader, M. F., 2002. On the solution of bicriterion integer nonlinear fractional programs with fuzzy parameters in the objective functions, The Journal of Fuzzy Mathematics 10 (1), 1-7. Sudradjat, S., 2007. The weighted possibilistic mean variance and covariance of fuzzy numbers, accepted, inclusion in JAQM Fall. Naba, Agus dan Miyashita, kazuo. 2005. Gradient-Based Tuning Off Fuzzy Contrloller With Approximated Evaluation Function, Proceeding Of The 11th International Fuzzy Systems Assosiation (IFSA) World Congress, Beijing, China. Bart Kosko,1992. Neural Networkand Fuzzy Systems: A Dynamical Systems Approach To Machine Intelegence, Prentice-hall, inc. Sudradjat S, 1995. Pengantar Dasar Analisis dan Perancangan Sistem, Diktat kuliah, Jurusan Teknik dan Manajemen Industri, Unjani,Bandung. L. Jouffe, 1998. Fuzzy Inference System Learning By Reinforcement Method, IEEE Trans. Syst., Man, Cybern. C, 28(03), pp. 338.355.
