SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176
Daftar Isi
RANCANGAN SISTEM TRANDUSER SUHU BERBASIS MIKROPROSESOR Z80 SUDIONO
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281 Telepon 0274-484085,489716, Faksimili 0274-489715 E-mail:
[email protected] Abstrak RANCANGAN SISTEM TRANDUSER SUHU BERBASIS MIKROPROSESOR Z80. Telah dibuat sistem tranduser suhu berbasis mikroprosesor Z80. Sebagai sensor temperatur menggunakan sebuah dioda IN4148. Tegangan keluaran rangkaian tranduser dihubungkan ke PIO Z80 melalui antarmuka berupa ADC dan ditampilkan pada penampil MPF-I dengan dikendalikan oleh program secara terpisah. Dari hasil pengujian serta perhitungan dengan metode regresi linier diperoleh hasil kelinearan sebesar 98% dan kesalahan 2%. Kata-kata kunci: sistem tranduser suhu, mikroprosessor
Abstract DESIGN SYSTEM OF TEMPERATURE TRANDUCER BASE ON Z80 MICROPROCESSOR. Have been made system of temperature tranducer base on Z80 microprocessor. As temperature sensor use a IN4148 diode. Voltage output of tranducer circuit interfaced to PIO Z80 through ADC and displayed of MPF-I with controlled by program separately. From result of examination and also the calculation with method of regresi linear obtained by result of linearity equal to 98% and error 2% Keywords: temperature tranducer system, microprocessor
PENDAHULUAN
r----------------------------------, I
Terdapat banyak metode yang dikembangkan untuk mengukur suhu suatu obyek, diantaranya dengan menggunakan perangkat semikonduktor·[1] Perangkat semikonduktor dapat digunakan untuk megukur suhu suatu obyek dengan respon yang baik tetapi mempunyai keterbatasan dalam jangkauannya. Untuk mengubah besaran suhu ke besaran listrik (tegangan) dibutuhkan sebuah sensor dan rangkaian elektronik yang membentuk sebuah tranduser. Dioda IN4148 merupakan semikonduktor yang dapat digunakan sebagai sensor suhu dengan akurasi 2 mVjOe. Pada makalah ini dibahas tentang antarmuka tranduser suhu berbasis mikroprosesor Z80 seperti ditunjukkan pada Gambar 1 yang dapat dikembangkan sebagai sistem pemantau temperatur"
Sudiono
303
I I Ke PIO MPF·I
Gambar 1. Blok Diagram Sistem Tranduser Suhu
Rangkaian Tranduser : Sebagai sensor suhu digunakan dioda silikon tipe IN4148 yang banyak dijumpai di pasaran dan mudah dipasang terpisah dari bagian rangkaian lainnya. Dioda ini diberi prategangan maju seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Tegangan maju yang jatuh pada dioda akan turun sekitar 2 mV untuk setiap kenaikan suhu sebesar 1°C. Karena koefisien suhu negatif ini tetap konstan tanpa dipengaruhi suhu ruangan yang sebenarnya, maka skala
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176 rangkaian tranduser tersebut akan linier. Tegangan referensi untuk ICI diberikan oleh IC2 melalui R5 dan PI. Variasi tegangan maju yang jatuh pada dioda sebagai hasil dari
perubahan suhu menyebabkan keluaran ICI berubah. [2,4] Apabila suhu turon tegangan jatuh pada dioda akan bertambah sehingga tegangan keluaran rangkaian akan naik.
Gambar 2. Rangkaian Tranduser Suhu 2.
Analog to Digital Converter (ADC) ADC merupakan rangkaian yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Beberapa cara pengubahan sinyal analog menjadi sinyal digital diantaranya adalah successive approximations. Cara ini sering digunakan dengan mikroprosesor, karena mempunyai kecepatan tinggi, resolusi tinggi dan harganya relatif murah·[5]
3.
Membangun rangkaian ADC ditunjukkan pada Gambar 3. Menghubungkan sistem ditunjukkan pada Gambar 1.
Sistem
tranduser
03 04 05 06 07
1.
Vrefl2 Vill+
2.
GlKR
3.
R
IC
suhu
berbasis
Mikroprosesor Z80 terdiri atas perangkat keras dan perangkat lunak. Metode pengerjaan adalah sebagai berikut :
vcc 00 01 02
seperti
METODE
Rancangan Perangkat Lunak
WR
seperti
[3]
Membuat rancangan perangkat lunak untuk Z80 PIa berupa diagram alir seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Membuat program dalam bahasa rakitan seperti ditunjukkan pada lampiran 1. Memasukkan program dalam bentuk bahasa mesin ke mikroprosesor Z80 kemudian dijalankan.
c
INT
gild Gambar 3. Rangkaian ADC Rancangan Perangkat Keras 1.
Membangun rangkaian tranduser seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- SATAN
suhu
304
Sudiono
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DES EMBER 2006 ISSN 1978-0176
157 107 60 93 152 145 139 126 150 147 133 137 63 99 85 78 70 54 100 65 70 75 85 95 50 90 Termometer MPF-1 MPF-1 113 55 Cacah Cacah 80 161 Tabell Hasil Pengukuran Suhu Air(1) (0G) 35 15 20 25 30 45 40 50 10 0 (0G)
Termometer
Y = A + BX •
JNISIALISASI
PORT
A SBG M.4.SUKAc\'
• 111SHLISASI PORT B SBG MASUKA,\' DA1\' KEWARAN
KONVERSI DATA MENJADI BCD
(2)
HASIL DAN PEMBAHASAN Unjuk ketja peralatan diuji untuk mengukuran suhu air dari O°C s.d. 100°C. Sebagai acuan digunakan termometer digital. Langkah-Iangkah pengukuran suhu adalah sebagai berikut : 1. Memasukkan sensor suhu (dioda IN4148) ke dalam es yang sedang mencair. 2. Menera rangkaian agar pada suhu O°C tegangan keluaran rangkaian tranduser 0 Volt. 3. Mengukur dan mencatat hasil pengukuran suhu yang ditunjukkan oleh termometer digital dan mikroprosesor. 4. Menaikkan suhu menjadi 5°C dengan cara dipanaskan kemudian mencatat hasil pengukuran yang ditunjukkan oleh termometer digital dan mikroprosesor. Setelah dilakukan uji unjuk kerja kemudian dilakukan pengolahan data untuk mengetahui linieritas alat terhadap perubahan suhu menggunakan metode regresi linier seperti ditunjukkan pada Persamaan (1), (2), (3), dan (4). Hasil pmgukuran suhu air dapat dilihat pada Tabel1.
A = _L_Y_-_B.L_X n
(3)
Koefisien korelasi
dengan X adalah suhu air dalam satuan °c, dan Y adalah cacah MPF-1. Harga X, Y, XY, X2, dan y2 selengkapnya seperti ditunjukkan pada Tabel 2. Berdasarkan Persamaan (2), (3), dan (4) diperoleh A = 175,75, gradien (B) = -1,2, dan koefisien korelasi (r) = -0,98, sehingga dapat dikatakan bahwa antarmuka tranduser suhu ini mempunyai linieritas sebesar 98 % dan kesalahan 2% serta respon berbanding terbalik. Setiap kenaikan suhu 5°C cacahan turon sebesar 6 cacah. Grafik hubungan antara cacah mikroprosesor Z80 versus perubahan suhu ditunjukkan pada Gambar 5 dengan persamaan garis Y = A + BX adalah 175,75 + (-1,2)X = 175,75 -1,2X Tabel2. Harga X, Y, XY,
x
X2,
dan y2
147 225 yXy Y2 161 157 152 150 3675 2280 3000 1570 25921 24649 21609 23104 22500 0X2 100 400 625
25 10 15 020
Sudiono
305
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- SATAN
SEMINAR NASIONAL II SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176 2259
mempunyai linieritas 98% dan kesalahan serta responnya berbanding terbalik.
63 50 5670 10000 3969 107 137 70 6300 4360 7225 1600 12769 =97450 2=71725 =280725 54 5130 5000 9025 2916 2500 8100 139 113 126 145 133 99 93 85 78 6435 6510 6375 6240 5950 6420 4865 5480 5985 6215 21025 3600 2500 3025 2025 4225 4900 6400 5625 1225 19321 18769 11449 15876 17689 900 7225 6084 4900 9801 8649 LXY LX ""~30 ~ ~LY= ~LY2 ~ ~ ~ ~ ~ ~ IJ
GO
Suhu air (Celdus)
0 180 Air vs Cacah MPF-l Gambar 5. Grafik Suhu ~ 120
2%
DAFTAR PUSTAKA SUMARSONO, 1989. "Pembuatan perala tan monitor temperatur dan ke1embaban udara (T, RH), PATN-BATAN, Yogyakarta. HUGHES FREDRICK W., 1990 Panduan Op-amp, Gramedia, Jakarta. SUTRISNO , Teknik Mikroprosesor, Majalah Elex No.8, 9 dan 12, Gramedia, Jakarta 1. BORGMAN, 1985, Termometer Linier, 301 Rangkaian Elektronika, Gramedia, Jakarta,. ANONIM, 1985, ADC, Majalah Elektron, No. 28, 1985, HME, Handung. TANYAJAWAB
Pertanyaan : 1.
Jangkauan penggunaan tersebut ?
2.
Apa aplikasi Bapaten)
dari
alat
(range)
transducer
ini ? (mulyono,
Jawaban : KESIMPULAN : Setelah dilakukan pengujian dan pembahasan terhadap rancangan sistem tranduser suhu berbasis rnikroprosesor Z80 maka dapat disimpulkan bahwa sistem tranduser suhu berbasis mikroprosesor Z80 ini EI IN OB80 FB Ambil data Machine 0383 3E01 3ECF 3E4F 0382 Label Comment keluaran LO LO 3EFE 3E8E 3E97 0383 Aktitkan CPU melalui PIO LAMPIRAN 1tutupi(mask) . dan A, 80 A,01 kontrolbitkeluar 0, masuk A,4F A,8E A,FE A,97 Aktitkan interupsi CPU CF IInis.port nis.portA sbg masukan Opcode (83),A (82),A Operand (portB). BOUT sbg kontrolinterupsiport bitAO B 1 197A Addr
Program PIO
Sudiono 306
1. Jangkauan tranducer adalah ± 0-300°C. 2. Implementasi/aplikasinya adalah untuk mengukur suhu lingkungan dan untuk memanfaatkan fasilitas I/O.
IC2 01 R5 R8 R3 R6 R7 = R4 199F
Tr= BC547 IN4148 =47k =4k7 = 820 100k 1k =2k7 10k = LM 741 723 27 IX 20E9 01 1A F5 E1 OM 21021B OE18 0603 SIAP1 LD BCD3 CB16 10FB BCD1 8F RL LD 21041B BCD2 0604 3600 SIAP1 AF 7E LD AAlamat XOR DDE5 05 E5 HL DE PUSH CD7806 0678 C5 SEGM 11051 C9 C1 F1 DE AF BC BpF JR LD AF PUSH 0602 SEGM 00 DE 77 HL C POP INC DJNZ LD LD 0021001 CD2406 SCAN1 CALL LD 100 DDE1 10F9 BCD2 23 HL IX INC CDB019 32021B SEMINAR NASIONAL II Puter biner ADC ke kiri Alamat BCD biner 1B05 1B02 -byte 1B07 1B04 PUSH C39319 1993 BC RET 21001A 13 DEC POP 19BO A,A HL,1B02 C,18 B,03 B,04 1B04 NZ, DE, BCD3 1B05 DL,1AOO IX,1AOO HL, 1B02 Panggil HEX7SG B,02 (HL) (HL),OO (HL) B B Bersihkan C jumlah jumlah byte bit flag biner biner BCD HL Display sebagai buffer isi penunjuk diisi 00 IX ala mat DE Selamatkan register BC A, (DE) register AF (HL), A DE Byte Bit jumlah penunjuk berikutnya berikutnya byte alamat BCD BCD Ambil 7segmen Alamat kembali berikutnya hingga di isi Akumulator 1AOOregister kali 1A05 jadi decimal 19BO ala mat prog. konversi Simpan data di Teruskan hingga 22-1B02 HL Teruskan hingga 16 bit Teruskan Simpan hingga kembali byte SDM NUKLIR ISSN 1978-0176 YOGYTEKNOLOGI AKART A, 21-22 DESEMBER 2006
IC1 C1
1995 P1 = P2
Sudiono
307
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN
SEMINAR
NASIONAL
II
SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006 ISSN 1978-0176
LAMPlRAN
3. DAFTAR
RANGKAIAN
KOMPONEN
ADC
R= 10k C= 150pF IC LAMPIRAN
= ADC0804
4.
Tabel Fungsi P2 Sinyal NC
No. Pin
Sinyal
1
21
PBO
2
NC
22
PB1
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
NC
23
PB2
NC NC
24
25
PB3 PB4
NC
26
PB5
PA7
27
PB6
PA6
28
PB7
PA5
29
NC
PM
30
GND
GND
31
CKlTRGO
PA3
32
CKlTRG1
PA2
33
CKlTRG2
PA1
34
CKlTRG3
15
PAO
35
ZCfTOO
16 17 18
ASTB
36
ZCfT01
BSTB
37
ZCfT02
ARDY
38
PIOIEO
19
BRDY
39
CTC lEI
20
NC
40
NC
No. Pin
Daftar Isi Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN
308
Sudiono
