PERANC CANGAN DAN D PEM MBUATAN N SISTEM M PENGE ENDALIA AN DAN PEMANTA AUAN SUH HU BOIL LER BERB BASIS AT TMEGA8 LAPOR RAN TUGA AS AKHIR Disusun Sebagai Salah h Satu Syaraat Untuk M Menyelesaikaan Pro ogram Diplooma 3 oleh:
MUHAMM M MAD DIKCII ISKANDA AR NIM M: 1005041027
PANJJI SUKMA A A.RORON NG NIM: 10005041033
PATY YAR HUTAH HAEAN NIIM:10050411034
PROGRA AM STUD DI TEKNIIK ELEKT TRONIKA A JU URUSAN N TEKNIK K ELEKTR RO PO OLITEKN NIK NEGE ERI MED DAN MEDAN N 2013
ABSTRAK
Dewasa ini, perkembangan teknologi elektronika di bidang industri telah maju begitu pesat, hal tersebut memunculkan berbagai sistem yang didasari otomatisasi. Salah satu otomatisasi yang dibutuhkan dalam bidang industri adalah otomatisasi dalam pengendalian suhu tangki boiler, dimana boiler tersebut membutuhkan suhu yang stabil. Maka dari itu, dibutuhkan pengendalian dan pemantauan yang baik agar suhu dari boiler tersebut tetap stabil. Namun, human error dapat menjadi salah satu penyebab suhu menjadi tidak stabil dan dapat menimbulkan keadaan yang berbahaya bagi operator tangki boiler. Namun, hal tersebut sudah diatasi dengan sebuah sistem yang dapat bekerja secara otomatis. Sistem tersebut mengendalikan dan memantau suhu boiler secara otomatis sehingga mengurangi tingkat human error. Dari hal tersebut, penulis merancang sebuah sistem dimana sistem tersebut mensimulasikan sistem yang sudah ada. Sistem ini menggunakan sebuah mikrokontroler sebagai otak utama dari sistem, serta sebuah sensor pengukur suhu, sebuah heater, dan sebuah kipas sebagai pendingin,
Kata kunci: Boiler, mikrokontroler, human error.
ABSTRACT
Nowadays, technology development in industry had greatly grown, that thing bring out many systems that based by automation. One of the automation that needed by the industry is controlling the temperature of a boiler, that needed a stable temperature. Because of that, need a good controlling and monitoring in order to keep the stability of the boiler’s temperature. Nevertheless, human error is just one thing that may cause
the temperature become unstable dan may bring out a
dangerous condition for the boiler’s operator. However, that thing had been solved by a system that can work automatically. The system monitors and controls the boiler’s temperature automatically so it can decrease the human error level. Hence the writer is designing a system that simulate the existed system. This system use a microcontroller as the main brain of the system, a sensor for measuring the temperature, a heater, and a fan as a cooler. Keyword : Boiler, microcontroller, human error.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkah, rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir serta menyelesaikan penulisan laporan ini. Laporan Tugas Akhir yang berjudul “Perancangan Dan Pembuatan Sistem Pengendalian dan Pemantauan Suhu Boiler Berbasis Atmega8”yang di susun untuk memenuhi syarat kelulusan Akademik dan untuk menyelesaikan pendidikan Program Diploma 3 Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis banyak menghadapi masalah dan kesulitan. Namun, atas bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak maka Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak M. Syahruddin, S.T. M.T. selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Ibu Ir. Hj. Rina Anugrahwaty, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Berman P. Panjaitan, S.T. M.T. selaku Kepala Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Drs. Ansharuddin, M.T. selaku dosen pembimbing. 5. Bapak Zumhari, S.T. M.T. selaku Kepala Bengkel Program Studi Teknik Elektronika. 6. Bapak Ir. Akhairuddin, selaku Kepala Laboratorium Program Studi Teknik Elektronika. 7. Bapak Ahmad Hidayat, S.T. M.T. selaku dosen wali EK-6A. 8. Seluruh staf pengajar dan pegawaiyang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini khususnya Bapak Harris Aminuddin, SST. M.T. 9. Seluruh keluarga khususnya kedua orang tua yang selalu mendukung baik moril maupun materil serta yang selalu mendoakan untuk kelancaran tugas akhir ini. 10. Teman-teman seperjuangan di kelas 6A yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini khususnya kepada Yudi Muchtar PK Siregar, Tumpal Samosir, Murfadillah dan Exkel M. Tarigan. 11. Rekan-rekan di Program Studi Teknik Elektronika yang juga turut membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.
12. Teman-teman di kost Jl. Sei Padang, No. 110 yang juga telah membantu penulis baik berupa moril ataupun materil. Penulis menyadari bahwa di dalam pembuatan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun demi perbaikan dan kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, 3 September 2013 Hormat Kami,
Penulis
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PERSETUJUAN……………………………………………………………
i
LEMBAR PENGESAHAN………………………………………………………......... ii ABSTRAK……………………………………………………………………………... iii KATA PENGANTAR…………………………………………………………………. v DAFTAR ISI…………………………………………………………………………... vii DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………………... x DAFTAR TABEL……………………………………………………………………... xii DAFTAR LAMPIRAN………………………………………………………………... xiii BAB 1 PENDAHULUAN……………………………………………………………... 1 1.1
Latar Belakang Masalah………………………………………………….. 1
1.2
Perumusan Masalah……………………………………………………… 1
1.3
Batasan Masalah…………………………………………………………. 2
1.4
Tujuan……………………………………………………………………. 2
1.5
Metode Penulisan………………………………………………………… 2
1.6
Sistematika Penulisan…………………………………………………….. 3
BAB 2 DASAR TEORI………………………………………………………………... 4 2.1
Sistem Minimum Arduino………………………………………………... 4
2.2
Mikrokontroler ATMega8………………………………………………... 5
2.2.1
Arsitektur ATMega8……………………………………………………... 6
2.2.1.1 Peta Memori……………………………………………………………… 8 2.2.1.2 Flash Memori…………………………………………………………….. 8 2.2.1.3 SRAM……………………………………………………………………. 8 2.2.1.4 EEPROM………………………………………………………………… 8
2.2.1.5 Register (SREG)………………………………………………………….. 8 2.2.1.6 Status Register……………………………………………………………. 9 2.2.2
Konfigurasi Pin ATMega8……………………………………………….. 9
2.3
Kristal…………………………………………………………………….. 11
2.4
Power Supply…………………………………………………………….. 13
2.4.1
Rangkaian Regulator……………………………………………………... 13
2.5
LCD LMB162A………………………………………………………….. 15
2.6
IC MAX 232……………………………………………………………… 17
2.6.1
Dual Charge-Pump Voltage Converter…………………………………... 18
2.6.2
Driver RS232……………………………………………………………... 18
2.6.3
Receiver RS232…………………………………………………………... 18
2.7
Optocoupler MOC3023…………………………………………………... 19
2.8
Motor DC………………………………………………………………… 21
2.9
Sensor Suhu IC LM35……………………………………………………. 24
2.10
TRIAC……………………………………………………………………. 26
2.11
Boiler……………………………………………………………………... 28
BAB 3 PERANCANGAN SISTEM…………………………………………………… 31 3.1
Spesifikasi Sistem………………………………………………………... 31
3.1.1
Perancangan Sistem………………………………………………………. 31
3.2
Fungsi Masing-masing Blok……………………………………………... 32
3.3
Perancangan Perangkat Sistem…………………………………………… 33
3.3.1
Catu Daya………………………………………………………………… 34
3.3.2
Rangkaian Mikrokontroler ATMega8……………………………………. 36
3.3.3
Pengubah Sinyal RS232 ke TTL………………………………………… 37
3.3.4
Peraga LCD……………………………………………………………… 38
3.4
Driver MOC302X………………………………………………………... 39
3.5
Software Pendukung……………………………………………………... 40
3.5.1
Arduino ISP……………………………………………………………… 41
3.6
Flow Chart………………………………………………………………... 42
BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA………………………………………………... 44 4.1
Pengujian Power Supply…………………………………………………. 44
4.2
Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATMega8………………………… 45
4.3
Pengujian Rangkaian Display LCD……………………………………… 48
4.4
Pengujian Suhu Menggunakan Sensor IC LM35………………………… 49
BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN………………………………………………....... 52 5.1
Simpulan…………………………………………………………………. 52
5.2
Saran……………………………………………………………………… 53
DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………………….. 54 LAMPIRAN…………………………………………………………………………… 55
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Board Arduino Uno…………………………………………………...
4
Gambar 2.2 Kabel USB Board Arduino Uno………………………………………
5
Gambar 2.3 Mikrokontroler ATMega8……………………………………………..
6
Gambar 2.4 Blok Diagram Mikrokontroler ATMega8…………………………….
7
Gambar 2.5 Konfigurasi Pin ATMega8…………………………………………....
9
Gambar 2.6 Simbol dan Bentuk Fisik Kristal……………………………………... 12 Gambar 2.7 Rangkaian Ekuivalen Kristal…………………………………………. 12 Gambar 2.8 Lengkung Resonansi Kristal………………………………………….. 13 Gambar 2.9 Rangkaian Fixed Voltage Regulator Power Supply DC……………… 14 Gambar 2.10 Blok Rangkaian Dalam IC Regulator 78XX………………………..
14
Gambar 2.11 Modul dari LCD…………………………………………………….. 15 Gambar 2.12 Konfigurasi Pin LCD………………………………………………... 16 Gambar 2.13 Konfiguasi Pin IC MAX232………………………………………… 17 Gambar 2.14 Typical Operasi Rangkaian………………………………………….. 19 Gambar 2.15 Bentuk Fisik MOC3023…………………………………………….. 20 Gambar 2.16 Konstruksi Motor DC……………………………………………….. 21 Gambar 2.17 Konstruksi Magnet Motor DC………………………………………. 21 Gambar 2.18 Penentuan Arah Gaya Pada Kawat Berarus Di Medan Magnet…….
23
Gambar 2.19 LM35………………………………………………………………… 24 Gambar 2.20 Rangkaian Pengukur Suhu…………………………………………... 24 Gambar 2.21 Bentuk Fisik LM35………………………………………………….. 25 Gambar 2.22 Konstruksi Simbol TRIAC………………………………………….. 27
Gambar 2.23 Bentuk Fisik dan Simbol TRIAC………………………………….... 27 Gambar 2.24 Boiler Bentuk Keseluruhan………………………………………….. 29 Gambar 3.1 Blok Diagram…………………………………………………………. 32 Gambar 3.2 Diagram Sistem Keseluruhan…………………………………………. 34 Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply……………………………………………... 35 Gambar 3.4 Sistem Minimum ATMega8………………………………………….. 36 Gambar 3.5 Rangkaian RS232…………………………………………………….. 38 Gambar 3.6 Rangkaian Display LCD……………………………………………... 38 Gambar 3.7 Skema dalam MOC302X……………………………………………... 39 Gambar 3.8 Rangkaian Dasar MOC302X…………………………………………. 40 Gambar 3.9 Software Arduino ISP………………………………………………… 41 Gambar 3.10 Flow Chart Program..………………………………………………... 42 Gambar 4.1 IC Regulator…………………………………………………………... 44 Gambar 4.2 Rangkaian Mikrokontroler……………………………………………. 46 Gambar 4.3 Kurva Pengukuran Suhu Boiler……………………………………….. 51
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Deskripsi Arduino Uno…………………………………………………..
5
Tabel 2.2 Spesifikasi IC Regulator LM78XX…………………………………….. 14 Tabel 4.1 Tabel Tegangan IC 7805………………………………………………... 45 Tabel 4.2 Tabel Tegangan IC 7812………………………………………………... 45 Tabel 4.3 Tabel Tegangan Pin Mikrokontroler ATMega8………………………… 47 Tabel 4.4 Tabel Tegangan Pin LCD……………………………………………….. 49 Tabel 4.5 Pengukuran Suhu dan Kondisi Heater dan Fan…………………………. 50
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Halaman
1. Program Keseluruhan Sistem …………………………………………………. 55 2. Rangkaian Keseluruhan………………………………………………………... 57 3. Gambar Alat…………………………………………………………………… 58 4. Datasheet ATMega8…………………………………………………………… 59 5. Datasheet Transistor 2N3055………………………………………………….. 80 6. Datasheet IC LM35……………………………………………………………. 83 7. Datasheet BTA12……………………………………………………………… 92 8. Datasheet IC MAX232………………………………………………………… 98 9. Datasheet LCD 16x2…………………………………………………………... 117
