TUGAS AKHIR
Alat Pengontrol Suhu Air Otomatis Menggunakan ATMega 8535 Untuk Membunuh Bakteri E.Coli
Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Disusun Oleh :
Nama
: Era Oktaviani
NIM
: 41407120064
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UIVERSITAS MERCUBUANA JAKARTA 2009
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini, Nama
: Era Oktaviani
N.I.M
: 41407120064
Jurusan
: Teknik Elektro
Fakultas
: Teknologi Industri
Judul Skripsi : Alat Pengontrol Suhu Air Otomatis Menggunakan ATMega 8535 Untuk Membunuh Bakteri E.Coli Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata dikemudian hari penulisan Skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana. Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan.
Penulis,
( Era Oktaviani )
LEMBAR PENGESAHAN
Alat Pengontrol Suhu Air Otomatis Menggunakan ATMega 8535 Untuk Membunuh Bakteri E.Coli
Disusun Oleh : Nama
: Era Oktaviani
NIM
: 41407120064
Program Studi
: Teknik Elektro
Peminatan
: Teknik Elektronika
Mengetahui,
Pembimbing
Ketua Program Studi/
Koordinator TA
( Dr. Ir. Andi Adriansyah, M. Eng)
(Ir. Yudhi Gunardi, MT)
ABSTRAKS WATER TEMPERATURE CONTROL AUTOMATIC WITH ATMEGA 8535 THAT CAN KILL E.COLI BACTERIA
Microorganism is expanded in a nature, and for the food is rarely sterilize, but generally the food was soiled with many microorganism. Food can changes physically or chemically because of the gowth of microorganism, that never we think before. The food is not suitable to be consume, one of ways to avoid the growth of microorganism food and water is accurately heating. The heatingcan certify the microba was gone, so need some elements knowledge to influences the growth of microorganism that is the temperature. The skripsi is explaining about the design of water temperature control automatic with ATMega 8535 that can pregnant and kill pathogrn microba that is E.Coli bacteria. Water temperature contro automatic is 60°C dan 75°C. ADC wil be read the temperature sensor then if the temperature that we choosed is lower, the heater will be ON. The heater will ON through until rising the temperature that we choosed after that will be OFF automatically and timer will count down until the time is over. During the timer still higher than 0 the temperature will be held. From this speciement ,is known that the error of measuring the temperature is ±0,97°C or 2,630%. So with this percentage can be told this appliance is well done.
Key word : E.Coli, temperature
ABSTRAKS ALAT PENGONTROL SUHU AIR OTOMATIS MENGGUNAKAN ATMEGA 8535 UNTUK MEMBUNUH BAKTERI E.COLI
Mikroorganisme tersebar luas di alam dan sebagai akibatnya produk pangan jarang sekali yang steril, tetapi umumnya tercemar oleh berbagai jenis mikroorganisme. Pertumbuhan mikroorganisme dalam bahan pangan dapat mengakibatkan perubahan fisik atau kimia yang tidak diinginkan , sehingga bahan pangan tidak layak dikonsumsi. Salah satu cara untuk mencegah pertumbuhan mikroorganisme pada bahan makanan dan minuman yaitu dengan pemanasan yang tepat. Agar proses pemanasan dapat menjamin mikroba target dibunuh, maka perlu pengetahuan tentang faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhannya salah satunya adalah suhu. Tugas Akhir ini, merancang alat otomatis pengontrol suhu air dengan menggunakan ATMega 8535 yang dapat mencegah dan membunuh mikroba pathogen yaitu bakteri E. coli. Alat pengontrol suhu air otomatis ini dirancang menggunakan 2 pilihan mode suhu kerja yaitu 60ºC dan 75 ºC. ADC akan membaca sensor suhu, kemudian jika suhunya kurang dari yang dipilih maka heater akan “ON”. Heater akan “ON” terus sampai mencapai suhu yang dipilih tersebut, kemudian jika suhunya sudah lebih dari suhu yang dipilih, maka heater akan “OFF” dan timer akan aktif menghitung mundur sampai waktunya habis dan buzzer akan aktif. Selama waktu timer masih lebih besar dari 0, maka suhu akan tetap dipertahankan. Dari hasil percobaan, diketahui bahwa kesalahan rata-rata pengukuran suhu adalah ± 0.97 ºC atau 2.630 %. Sehingga dengan nilai tersebut dapat dikatakan alat bekerja dengan baik.
Kata kunci : E. coli, suhu
KATA PENGANTAR
Segala puji dan rasa cinta penuh kesyukuran hanya bagi Allah yag maha tinggi. Shalawat dan salam semoga selalu dilimpahkan kepada Rasulullah SAW, keluarga dan para sahabatnya. Alhamdulillah atas hidayah, rahmat dan karunia dari Allah SWT penulis dapat meyelesaikan Tugas Akhir ini. Laporan Tugas Akhir yang berjudul “Alat Pengontrol Suhu Air Otomatis Menggunakan ATMega 8535 Untuk Membunuh Bakteri E. Coli” adalah tugas mata kuliah akhir semester 4 program pendidikan Strata I jurusan Teknik Elektro peminatan Teknik Elektronika Universitas Mercu Buana. Dalam pembuatan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah membantu, yaitu : 1.
Bapak Ir. Torik Husein, MT, sebagai Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana;
2.
Bapak Ir. Yudhi Gunardi, MT, sebagai Ketua Program Studi Teknik Elektro;
3.
Bapak Dr. Ir. Andi Adriansyah, M. Eng, sebagai dosen pembimbing yang telah banyak
membantu penulis dan meluangkan waktunya dalam
pembuatan dan penyelesaian Tugas Akhir ini; 4.
Seluruh dosen Jurusan Teknik Elektro dan pegawai di Universitas Mercu Buana;
5.
Kedua orang tua (Papa dan Mama) atas doa, kasih sayang, dukungan, dan bantuannya selama penulis menempuh pendidikan S1 ini.
6.
Kakak tercinta (Abang Iwan) atas doa, dukungan dan materi yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini;
7.
Adik-adikku,
Yosi
Diana
buat
dukungannya
dan
Raihan
buat
senyumannya. 8.
Astraworld, perusahaan tempat penulis bekerja yang sudah memberikan kesempatan dan mendukung dalam penyelesaian Tugas Akhir ini;
9.
Kak Yudi, terimkasih banyak buat bantuannya dari awal penulis merancang alat hingga penyelesaikan Tugas Akhir ini;
10.
Teman – teman seperjuangan T. Elektro angkatan 12 yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu, terimakasih buat kebersamaannya selama menuntut ilmu di kampus Mercu Buana;
11.
Teman – teman kostan (Mba Nita, Dela, Mba Dwi, Erina) buat perhatian dan dukungannya selama penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini;
12.
Rekan – rekan lain yang namanya tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Dalam pembuatan tugas akhir ini penulis menyadari begitu banyak
kekurangan dan kesalahan dalam penyajian maupun penulisan. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis kembali mengucapkan terimakasih kepada orang – orang yang telah membantu dalam penulisan Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya.
Jakarta, November 2009
Hormat saya,
Era Oktaviani
DAFTAR ISI
Halaman Judul.......................................................................................................... i Halaman Pernyataan................................................................................................ ii Halaman Pengesahan ............................................................................................. iii Abstraksi ................................................................................................................ iv Kata Pengantar ....................................................................................................... vi Daftar Isi............................................................................................................... viii Daftar Tabel ........................................................................................................... xi Daftar Gambar....................................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .................................................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 2 1.3 Batasan Masalah.................................................................................... 2 1.4 Tujuan Penelitian .................................................................................. 2 1.5 Metode Penelitian.................................................................................... ..................................................................................................................... 2
1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................... 3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Teori Dasar Eschericia Coli .............................................................................. 4 2.1.1 Suhu ................................................................................................... 4 2.2 Sensor Suhu LM 35............................................................................... 7 2.3 Konsep Dasar Op-Amp ......................................................................... 9 2.3.1 Rangkaian Penguat Non Inverting ................................................... 10 2.4 Mikrokontroler ATMega 8535............................................................ 11 2.4.1 Mikrokontroler AVR........................................................................ 11 2.4.2 Arsitektur ATMega 8535 ................................................................. 13 2.4.3 Fitur ATMega 8535 ......................................................................... 14 2.4.4 Konfigurasi PIN AVR ATMega 8535 ............................................ 15 2.4.5 Peta Memory ATMega 8535............................................................ 16 2.4.6 Status Register (SREG) .................................................................. 17 2.5 Display (LCD 2x16) .......................................................................... 19 2.6 Opto Triac MOC 3041 ........................................................................ 21 2.7 Transistor ............................................................................................ 21 2.8 Triac BT 136 ....................................................................................... 24 2.8.1 Prinsip Kerja Dimmer ...................................................................... 25
BAB III RANCANG BANGUN 3.1 Prinsip Kerja Sistem............................................................................ 26 3.1.1 Blok Diagram dan Fungsinya .......................................................... 26 3.2 Perangkat Keras .................................................................................. 28
3.2.1 Perancangan LM 35 ......................................................................... 29 3.2.2 Rangkaian Penguat Tegangan .......................................................... 30 3.2.3 Rangkaian Kontroler ........................................................................ 31 3.2.4 Rangkaian Driver ............................................................................. 32 3.2.5 Rangkaian Buzzer ............................................................................ 33 3.3 Perangkat Lunak.................................................................................. 34
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM 4.1 Hasil Rancang Bangun........................................................................ 36 4.2 Pengujian............................................................................................. 37 4.2.1 Pengujian Blok LM 35..................................................................... 37 4.2.2 Pengujian Sistem Keseluruhan......................................................... 38 4.3 Analisa Sistem..................................................................................... 42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 43 5.2 Saran.................................................................................................... 43
Daftar Pustaka Lampiran
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1
Nilai Sasaran dan Batas Kritis
6
Tabel 2.2
Jenis Mikrokontroler AVR
12
Tabel 2.3
Pin LCD dan Fungsinya
20
Tabel 4.1
Pengujian Blok LM 35
37
Tabel 4.2(a)
Pengujian Sistem Keseluruhan (mode 60ºC)
40
Tabel 4.2(b)
Pengujian Sistem Keseluruhan (mode 75ºC)
41
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1
Pengaruh Suhu pada Pertumbuhan Bakteri
7
Gambar 2.2
Rangkaian LM 35
8
Gambar 2.3
Bentuk fisik LM 35
8
Gambar 2.4
Simbol Komponen Standar Op-Amp
9
Gambar 2.5
Penguat Kontrol
9
Gambar 2.6
Rangkaian Penguat Non Inverting
10
Gambar 2.7
Alur Program CodeVision
13
Gambar 2.8
Blok Diagram Fungsional ATMega 8535
13
Gambar 2.9
Konfigurasi kaki (pin) ATMega 8535
15
Gambar 2.10 Memori Data AVR ATMega 8535
16
Gambar 2.11 Memori Program AVR ATMega 8535
17
Gambar 2.12 Status Register ATMega 8535
17
Gambar 2.13 Blok Diagram LCD
19
Gambar 2.14 Hubungan Port B dengan LCD
19
Gambar 2.15 Susunan Kaki Opto Triac MOC 3041
21
Gambar 2.16 Simbol Sirkit untuk Transistor
21
Gambar 2.17 Karakteristik arus kolektor terhadap Vce pada transistor
22
Gambar 2.18 Transistor Sebagai Saklar
23
Gambar 2.19 Rangkaian Triac
24
Gambar 2.20 Daerah Kerja Triac
25
Gambar 2.21 Sinyal ramp yang sinkron dengan fasa jala-jala PLN
25
Gambar 3.1
Blok Diagram Sistem
26
Gambar 3.2
Skematik Diagram Perangkat Keras
28
Gambar 3.3
Rangkaian LM 35
29
Gambar 3.4
Rangkaian Penguat Non Inverting 2x
30
Gambar 3.5
Rangkaian Kontroler ATMega 8535
31
Gambar 3.6
Rangkaian Driver
32
Gambar 3.7
Rangkaian Buzzer
33
Gambar 3.8
Diagram Alir Program Mikrokontroler
34
Gambar 4.1(a) Tampak Depan Perangkat Keras Sistem
36
Gambar 4.1(b) Tampak Belakang Perangkat Keras Sistem
36
Gambar 4.2
Blok Diagram Letak Pengujian Sistem
38
Gambar 4.3
Pengujian Sistem Secara Keseluruhan
39
Gambar 4.4(a) Grafik Hasil Pengujian Sistem Keseluruhan (mode 60ºC)
40
Gambar 4.4(b) Grafik Hasil Pengujian Sistem Keseluruhan (mode 75 ºC) 41
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG Mikroorganisme tersebar luas di alam dan sebagai akibatnya produk pangan jarang sekali yang steril, tetapi umumnya tercemar oleh berbagai jenis mikroorganisme. Pertumbuhan mikroorganisme dalam bahan pangan dapat mengakibatkan perubahan fisik atau kimia yang tidak diinginkan, sehingga bahan pangan tersebut tidak layak dikonsumsi. Salah satu cara untuk mencegah pertumbuhan mikroorganisme pada bahan makanan dan minuman yaitu dengan pemanasan yang tepat. Escherichia coli (E.coli) merupakan salah salah satu mikroorganisme pathogen hidup yang mematikan yang terdapat dalam makanan dan minuman. Apabila ikut termakan oleh manusia akan menimbulkan gejala-gejala penyakit. Bakteri E. coli penyebarannya melalui air, makanan, dan manusia. Pengaruh suhu berperan penting dalam pertumbuhan mikroba tersebut. Apabila kondisi lingkungan tidak sesuai, maka mikroba pun tidak dapat hidup.
Hasil penelitian pada makanan dan minuman jajanan terhadap kontaminasi mikroba ini telah banyak dilakukan seperti di Bogor dan diperoleh hasil bahwa pada minuman jajanan yang mengandung total bakteri yang cukup tinggi, rata-rata sebesar 105 CFU (Colony Forming Unit)/ml, dan diantaranya ada yang mengandung 105 coliform MPN/ml dan 103 faecal coliform MPN/ml. Tingginya kontaminasi tersebut menunjukkan air yang tidak bersih dan tidak adanya perlakuan pemanasan sebelumnya (Winarno, 1997). Agar proses pemanasan dapat menjamin mikroba target dibunuh, maka perlu pengetahuan tentang faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhannya salah satunya adalah suhu. Tugas Akhir ini, akan merancang alat otomatis pengontrol suhu air dengan menggunakan ATMega 8535 yang dapat mencegah dan membunuh mikroba pathogen yaitu bakteri E.coli. 1.2 PERUMUSAN MASALAH Tugas Akhir ini akan menjawab pertanyaan, bagaimana merencanakan dan membuat suatu alat otomatis yang dapat mengontrol suhu air sehingga dapat membunuh bakteri E. coli yang merugikan manusia. Dimana jangkauan suhu yang akan diolah oleh sistem ini adalah 10oC - 100 oC. 1.3 BATASAN MASALAH Mengingat banyaknya permasalahan yang akan timbul, maka sistem ini dirancang hanya untuk mengontrol suhu air yang dapat membunuh E. coli secara fisiknya saja yang didasarkan pada teori dasar yang sudah ada tanpa harus melakukan pengecekan di laboratorium biologi. 1.4 TUJUAN Tujuan yang ingin dicapai adalah agar dapat membuat alat otomatis pengontrol suhu air untuk pembunuh bakteri E. coli dimana nilai derajat suhunya dapat disetting sesuai dengan bahan makanan atau minuman yang akan dimasak dan setiap kenaikan derajat suhunya dapat terlihat/ terbaca. 1.5 METODE PENULISAN
Adapun metode penulisan yang digunakan dalam menyusun dan menganalisa tugas akhir ini adalah: a. Studi literatur yang berhubungan dengan teori dasar pada perancangan dan pembuatan alat ini b. perencanaan dan pembuatan alat c. Merencanakan peralatan baik software maupun hardware untuk diujikan pada bahan makanan sebagai objeknya.
1.6 SISTEMATIKA PENULISAN Sistematika penulisan dalam tugas akhir ini terdiri dari 5 bab, yaitu: BAB I : PENDAHULUAN Berisi latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan pembahasan, metodologi pembahasan, sistematika penulisan dan relevansi dari penulisan tugas akhir ini. BAB II : TEORI PENDUKUNG Membahas tentang teori dasar dari sensor LM 35 dan teori dasar dari bakteri E. coli, rangkaian penguat tegangan, mikrokontroller ATMega 8535, hardware dan teori dasar alat-alat pendukung lainnya. BAB III : PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT Membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem secara keseluruhan. BAB IV : PENGUJIAN ALAT Berisi tentang uji coba alat yang telah dibuat, pengoperasian dan spesifikasi alat. BAB V : PENUTUP Merupakan kesimpulan dari pembahasan pada bab-bab sebelumnya dan kemungkinan pengembangan alat.
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 TEORI DASAR ESCHERICIA COLI (E.coli) Bakteri E. coli secara normal terdapat pada alat pencernaan manusia dan hewan (feses). Beberapa galur atau strain dari bakteri ini tidak berbahaya, namun ada
yang
menyebabkan
penyakit
diare
pada
manusia
yang
disebut
Enteropatogenik E. coli (EEC/EPEK). Ada 2 golongan EEC, yang pertama adalah EEC yang memproduksi racun pada usus kecil dan menimbulkan sakit seperti kolera dengan gejala diare, muntah-muntah dan dehidrasi. Golongan kedua adalah EEC yang menyebabkan infasiv, colitis seperti disentri, dengan gejala infeksi seperti demam, dingin, sakit kepala, kejang perut dan diare berair. Bakteri ini relatif sangat sentitif terhadap panas dan dapat diinaktifkan pada suhu pasteurisasi atau selama pemasakanan makanan. Awalnya Eschericia disebut Aerobacter yang merupakan bakteri koliform yaitu bakteri yang sering digunakan dalam uji sanitasi air dan susu. Jenis Eschericia hanya mempunyai satu spesies yaitu E. coli, dan secara normal terdapat pada alat pencernaan manusia dan hewan (feses).
2.1.1 Suhu Suhu adalah salah satu faktor lingkungan terpenting yang mempengaruhi pertumbuhan dan kehidupan mikroorganisme. Berdasarkan suhu optimum pertumbuhannya, mikroorganisme dapat dibedakan atas tiga grup, yaitu: o
(a) Psikrofilik: adalah mikroba yang dapat tumbuh pada suhu 0 C, dengan suhu o
o
optimum 5-15 C, dan suhu maksimum sekitar 20 C o
(b) Mesofilik: adalah mikroba yang tumbuh baik pada suhu 20-45 C. Kapang dan Khamir pada umumnya tergolong dalam mikroba mesofilik. (c) Termofilik: adalah mikroba yang dapat tumbuh pada suhu yang relatif tinggi o
o
dengan suhu minimum 25 C, suhu optimum 45-55 C, dan suhu maksimum 55-60 o
C. Beberapa bakteri termofilik bahkan masih dapat hidup dan tumbuh pada suhu o
o
75 C dan bakteri ini sangat resisten terhadap pemanasan (121 C selama 60 menit). Contoh bakteri dari kelompok ini adalah Bacillus thermosaccharolyticum. E. coli tumbuh pada suhu antara 10 – 40 oC, dengan suhu optimum 37 oC. pH optimum untuk pertumbuhannya adalah 7.0 – 7.5, dengan pH minimum 4.0, maksimum 9.0. Bakteri ini relatif sangat sentitif terhadap panas dan dapat diinaktifkan pada suhu pasteurisasi atau selama pemasakanan makanan. Menurut Forsythe dan Hayes (1998), suhu untuk aspek pemasakan merupakan batas kritis sejak dapat diketahui dapat membunuh bakteri vegetatif yang patogen. Makanan dianjurkan untuk dimasak sampai suhu 72 oC sekurang – kurangnya selama 2 menit agar dapat mengurangi mikroba pathogen sampai tingkat aman/ tidak berarti. Makanan yang sering terkontaminasi adalah susu, air minum, daging ayam, daging sapi, daging babi selama penyembelihan, ikan dan makanan – makanan hasil laut lainnya, telur dan produk lahannya, sayuran, buah – buahan, dan sari buah. Sebagian besar mikroba patogen bawaan makanan masuk dalam kelas mesofilik dengan suhu pertumbuhan optimum sekitar suhu tubuh 37 oC. Di negara
berkembang yang beriklim tropis, makanan bisa disimpan pada suhu paling tinggi 37 oC. Mikroba patogen mesofilik akan tumbuh dengan cepat pada suhu ini, meskipun juga dapat tumbuh pada suhu dibawah 20
o
C. Umumnya suhu
pertumbuhan mikroba pathogen ini sekitar 8 oC, jika makanan disimpan dibawah 10 oC maka mikroba akan tumbuh sangat lambat atau tidak sama sekali. Berbagai bakteri pertumbuhannya sangat dipengaruhi oleh suhu, dan gambar 2.1 menyajikan pengaruh suhu pada pertumbuhan bakteri. Tabel 2.1 Nilai Sasaran dan Batas Kritis Bahaya
Tindakan
Nilai Sasaran
Batas Kritis
Pencegahan Pertumbuhan Pengendalian suhu Bekukan daging -17 oC sampai -20 o mikroba dalam pada suhu -18 oC C daging mentah
Bertahannya mikroba pangan
Waktu dan suhu Proses pemanasan 74 oC sampai 76 dalam pemanasan tepat
yang harus
menjamin
o
C
suhu bagian pusat dari pangan adalah 75 oC
Selain batas kritis, digunakan juga batas operasional untuk memberikan zona penahan atau zona tindakan untuk manajemen proses. Batas tersebut didesain agar saat memastikan bahwa keamanan makanan tidak berpengaruh, hanya sedikit penyimpangan dalam pelaksanaan proses pemanasan adalah 72 oC selama 2 menit, maka batas operasional dapat ditetapkan 75 oC selama 10 menit.
Sumber lain menyatakan bakteri E. coli adalah mikroba pathogen hidup yang dapat berkembang biak pada suhu kamar 22o – 37o C dan mati pada suhu 60o C selama 30 menit.
Gambar 2.1 Pengaruh suhu pada Pertumbuhan Bakteri
2.2 SENSOR SUHU LM 35
LM 35 adalah sensor temperatur yang paling banyak digunakan untuk praktek, karena selain harganya yang cukup murah, linieritasnya lumayan bagus karena memiliki tegangan keluaran yang linier terhadap suhu dalam satuan Celcius. LM 35 memiliki keuntungan lebih daripada sensor suhu yang linier terhadap satuan Kelvin, karena tidak perlu mengurangi tagangan outputnya untuk memperoleh skala satuan Celcius yang tepat. LM 35 tidak membutuhkan kalibrasi eksternal yang menyediakan akurasi ±¼oC pada temperatur ruangan dan ¾oC pada kisaran -55 sampai +150oC. LM 35 dimaksudkan untuk beroperasi pada -55 hingga +150oC. Sensor LM 35 umumnya akan naik sebesar 10mV setiap kenaikan 1oC (300mV pada 30oC). LM 35 memiliki karakteristik antara lain : 1. Kalibrasi langsung dalam satuan Celcius 2. Tegangan keluaran linier + 10,0 mV/ oC 3. Supply tegangan 4 – 30 Volt 4. Jangkauan suhu -55 oC sampai + 155 oC 5. Impedansi output rendah 0,1 Ω untuk beban 1 mA.
Gambar 2.2 Rangkaian LM 35
Gambar 2.3 Bentuk Fisik LM 35
2.3 KONSEP DASAR OP-AMP Op-Amp merupakan piranti solid state yang mampu mengindera dan memperkuat sinyal masukan baik AC maupun DC. Untuk menghasilkan suatu sinyal yang kuat dalam peralatan tarnsducer maupun sensor biasanya juga dipergunakan sebuah rangkaian penguat Op-Amp. Bentuk Op-Amp standar adalah seperti gambar dibawah ini :
Gambar 2.4 Simbol Kompoenen Standar Op-Amp Seperti yang tampak pada gambar bahwa sejumlah besar Op-Amp terdiri dari; Masukan diferensial dengan dua terminal. Terminal masukan membalik (inverting) yang dinyatakan dengan tanda (-). Tegangan DC atau AC yang diberikan pada masukan ini akan digeser fasanya 180° pada keluaran. Dan, terminal masukan tak membalik (non inverting) yang dinyatakan dengan tanda
(+).Tegangan DC atau AC yang diberikan pada masukan ini akan sefasa dengan keluaran. Sebuah terminal keluaran dan terminal catu daya rangkap (+) dan (-). Kegunaan Op-Amp dibuktikan dalam penerapannya pada berbagai tipe rangkaian, salah satunya untuk rangkaian penguat terkontrol seperti yang diperlihatkan dalam gambar 2.5.
Gambar 2.5 Penguat terkontrol Penguatan tegangan op-amp terkontrol, perbandingan Rf terhadap Rin menentukan penguatan tegangan rangkaian yang mana besarnya dapat dihitung dengan persamaan rumus: Av = −
Rf Rin
........................ (2.1)
Salah satu fungsi yang penting dalam rangkaian op-amp adalah hubungan polaritas masukan terhadap keluaran, yaitu: bila masukan inverting lebih positif dibandingkan dengan masukan noninverting, maka keluaran akan negative dan bila masukan inverting lebih negative dari masukan noninverting maka keluaran akan menjadi positif.
2.3.1 Rangkaian Penguat Non Inverting Seperti yang terlihat dalam rangkaian penguat inverting gambar 2.6, pada rangkaian ini umpan balik yang digunakan untuk mengatur penguatan tetap diberikan pada masukan inverting, tapi Vin diberikan pada masukan non
inverting. Hal ini menyebabkan tegangan keluaran akan sefasa dengan tegangan masukannya. Dalam rangkaian tersebut Rf dan Rin membentuk jaringan pembagi resistif guna memberikan tegangan umpan balik (Vi) yang diperlukan pada masukan inverting. Dalam hal ini tegangan umpan balik (Vi) dibentuk pada Rin.
Gambar 2.6 Rangkaian Penguat Non Inverting Persamaan matematik untuk rangkaian diatas dapat dinyatakan sebagai berikut: VIN = −
Rin Vout Rf + Rin
Vout = [1+
Av =
Rf ] Vin Rin
Vout Rf = [1+ ] VIin Rin
dimana: Vi = tegangan masukan Vo = tegangan keluaran Av = penguatan tegangan
.................... (2.2)
.................... (2.3)
.................... (2.4)
2.4 MIKROKONTROLER ATMEGA 8535 2.4.1 Mikrokontroler AVR Atmel
sebagai
salah satu
vendor
yang mengembangankan dan
memasarkan produk mikroelektronika telah menjadi suatu teknologi standar bagi para desainer system elektronika masa kini. Dengan perkembangan terakhir, yaitu generasi AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor), para desainer sistem elektronika telah diberi suatu teknologi yang memiliki kapabilitas yang amat maju, tetapi dengan biaya ekonomis yang cukup minimal. Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bit word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus klock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus klock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced Intruktion Set Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex Intruktion Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masingmasing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang dipergunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Tabel 2.2 Jenis Mikrokontroler AVR Mikrokontroler AVR
Memori
Tipe
Jumlah Pin
Flash
EEPROM
SRAM
TinyAVR
8 - 32
1 - 2K
64 - 128
0 - 128
AT90Sxx
20 - 44
1 – 8k
128 - 512
0 – 1k
ATMega
32 - 64
8 – 128k
512 – 4k
512 – 4k
Pemograman mikrokontroler AVR dapat menggunakan low level language
(assembly) dan high level language (C, Basic, Pascal, JAVA, dll) tergantung compiler yang digunakan. Bahasa Assembler mikrokontroler AVR memiliki kesamaan instruksi, sehingga jika pemograman satu jenis mikrokontroler AVR sudah dikuasai, maka akan dengan mudah mengusai pemograman keseluruhan mikrokontroler jenis AVR, namun bahasa assembler relatif lebih sulit dipelajari dari pada bahasa C, untuk pembuatan suatu proyek yang besar akan memakan waktu yang lama, serta penulisan programnya akan panjang. Sedangkan Bahasa C memiliki keunggulan dibandingkan bahasa assembler yaitu independent terhadap
hardware serta lebih mudah untuk menangani project yang besar. Bahasa C memiliki keuntungan – keuntungan yang dipunyai oleh bahasa mesin (assembly), hampir semua operasi yang dapat dilakukan oleh bahasa mesin, dapat dilakukan oleh bahasa C dengan penyusunan program yang lebih sederhana dan mudah. Bahasa C sendiri sebenarnya terletak diantara bahasa pemrograman tingkat tinggi dan assembly. Pada praktik pemrograman, mikrokontroler AVR yang digunakan yaitu ATMega 8535 dan software compiler-nya menggunakan CodeVisionAVR dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.7 Alur Program CodeVision 2.4.2 Arsitektur ATMEGA 8535 ATMega 8535 mempunyai arsitektur seperti yang diperlihatkan pada
gambar 2.8 berikut.
Gambar 2.8 Blok Diagram Fungsional ATMega8535 Dari gambar 2.8 tersebut dapat dilihat bahwa ATMega8535 memiliki bagian sebagai berikut: 1. Saluran I/O sebanyak 32 buah yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. 2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran. 3. Tiga buah timer/Counter dengan kemampuan perbandingan. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register. 5. Watchdog Timer dengan osilator internal. 6. SRAM sebesar 512 byte. 7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write.
8. Unit interupsi internal dan eksternal. 9. Port antarmuka SPI 10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 11. Antarmuka komparator analog. 12. Port USART untuk komunikasi serial.
2.4.3 Fitur ATMEGA 8535 Fitur – fitur yang dimiliki 8535 sebagai berikut : 1. Mikrokontroler AVR 8 bit yang memiliki kemampuan tinggi, dengan daya rendah. 2. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16MHz. 3. Memiliki kapasitas Flash memori 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte dan SRAM 1 KByte 4. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. 5. CPU yang terdiri dari atas 32 buah register. 6. Unit interupsi internal dan eksternal.
7. Port USART untuk komunikasi serial. 8. Fitur Peripheral.
2.4.4 Konfigurasi Pin AVR ATMEGA 8535 Konfigurasi pin ATMEGA 8535 dengan kemasan 40 pin DIP (Dual Inline
Package) dapat dilihat pada gambar 2-8. Dari gambar dibawah dapat dijelaskan fungsi dari masing – masing pin ATMEGA 8535 sebagai berikut : 1. VCC merupakan Pin yang berfungsi sebagai pin masukan catudaya 2. GND merupakan Pin Ground 3. Port A (PA0...PA7) merupakan pin I/O dan pin masukan ADC
4. Port B (PB0...PB7) merupakan pin I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus yaitu Timer/Counter, komparator Analog dan SPI 5. Port C (PC0...PC7) merupakan port I/O dan pin yang mempunyai fungsi khusus, yaitu komparator analog dan Timer Oscillator 6. Port D (PD0...PD1) merupakan port I/O dan pin fungsi khusus yaitu komparator analog dan interrupt eksternal serta komunikasi serial 7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler 8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal 9. AVCC merupakan pin masukan untuk tegangan ADC 10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi untuk ADC
Gambar 2.9 Konfigurasi kaki (pin) ATMEGA 8535 2.4.5 Peta Memory ATMEGA 8535 AVR ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM Internal.
Register keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler mempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 hingga $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti control register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O, dan sebaginya. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F. Konfigurasi memori data ditunjukan pada Gambar 2.10 dibawah ini. Register Umum
Alamat
R0
$0000
R1
$0001
….
……
R30
$001E
R31
$001F
Register I/O $00
$0020
$01
$0021
….
……
$3E
$005E
$3F
$005F
SRAM Internal $0060 $0061 …… $025E $025F (RAMEND)
Gambar 2.10 Memori Data AVR ATMega 8535 Memori program yang terletak pada Flash Perom tersusun dalam word atau 2 byte karena setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32bit. AVR ATMega8535 memiliki 4KByte x 16 Bit Flash Perom dengan alamat mulai dari $000 sampai $FFF. AVR tersebut memiliki 12 bit Program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi Flash.
Gambar 2.11 Memori Program AVR ATMega8535 Selain itu AVR ATmega 8535 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8-bit sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF. 2.4.6 Status Register (SREG)
Status Register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU mikrokontroler. Bit
7
6 I
5 T
H
4
3 S
2 V
1 N
0 Z
C
SREG
ReadWrite Initial Value
A/W
A/W
0
0
A/W 0
A/W 0
A/W
A/W
0
0
A/W 0
A/W 0
Gambar 2.12 Status Register Atmega 8535 a. Bit 7 – 1: Global Interrupt Enable Bit harus diset untuk meng-enable interupsi. Setelah itu, Anda dapat mengaktifkan interupsi mana yang akan Anda gunakan dengan cara mengenable bit control register yang bersangkutan secara individu. Bit akan di-clear apabila tetrjadi suatu interupsi yang dipicu oleh hardware, dan bit tidak akan mengizinkan terjadinya interupsi, serta akan diset kembali olah instruksi RETI. b. Bit 6 – T: Bit Copy Storage Instruksi BLD dan BST menggunakan bit –T sebagi sumber atau tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR dapat disalin ke bit T menggunakan instruksi BST, dan sebaliknya bit-T dapat disalin kembali kesuatu bit dalam register GPR menggunakan instruksi BLD. c. Bit 5 – H: Half Carry Flag d. Bit 4 – S: Sign Bit Bit-S merupakan hasil operasi EOR antar falag-N (negatif) dan flag V (komplemen dua overflow). e. Bit 3 – V: Two’s Complement Overflow Flag Bit berguna untuk mendukung operasi aritmatika. f. Bit 2 – N: Negative Flag Apabila suatu operasi menghasilkan bilangan negative, maka falg-N akan diset. g. Bit 1 – Z: Zero Flag Bit akan diset bila hasil operasai yang diperolah adalah nol. h. Bit 0 – C: Carry Flag
Apabila suatu operasi menghasilkan carry, maka bit akan diset
2.5 DISPLAY (LCD 2x16) LCD adalah suatu display dari bahan cairan kristal yang pengoperasiannya menggunakan sistem dot matriks. LCD banyak digunakan sebagai display dari alat-alat elektronika seperti kalkulator, multitester digital, jam digital dan sebagainya.
Gambar 2.13 Blog Diagram LCD LCD dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroler AVR ATmega 8535. LCD yang digunakan dalam percobaan adalah LCD 2x16, lebar display 2 baris 16 kolom, yang mempunyai 16 pin konektor, yang didefinisikan sebagai berikut :
Gambar 2.14 Hubungan Port B dengan LCD
Tabel 2.3 Pin LCD dan Fungsinya PIN
Nama Pin
Fungsi
1
VSS
Ground voltage
2
VCC
+5V
3
VEE
Contast voltage
4
RS
Register Select 0 = Instruction Register 1 = Data Register
5
R/W
Read/White, 0 = write mode 1 = read mode
6
E
Enable 0 = start to lacht data to LCD character 1 = disable
7
DB0
Data bit ke-0 (LSB)
8
DB1
Data bit ke-1
9
DB2
Data bit ke-2
10
DB3
Data bit ke-3
11
DB4
Data bit ke-4
12
DB5
Data bit ke-5
13
DB6
Data bit ke-6
14
DB7
Data bit ke-7 (MSB)
15
BPL
Back Plane Light
16
GND
Ground voltage
2.6 OPTO TRIAC MOC 3041 Sebuah kopling elektronik opto (atau kopel secara optik), pada dasarnya terdiri dari transistor foto dan dioda emisi cahaya (LED) yang dikemas dalam satu kemasan. Kopling elektronik opto MOC 3041 tersusun dari dioda emisi cahaya dengan sebuah TRIAC, dan dilengkapi dengan detektor pelintas nol (Zero
crossing detector).
Gambar 2.15 Susunan Kaki Opto Triac MOC 3041
2.7 TRANSISTOR Transistor merupakan alat dengan tiga terminal seperti yang diperlihatkan oleh simbol sirkit pada gambar 2.16. Setelah bahan semikonduktor diolah, terbentuklah bahan semikonduktor jenis p dan n. Walaupun proses pembuatannya sangat banyak, pada dasarnya transistor merupakan tiga lapis gabungan kedua jenis bahan tadi, yaitu PNP dan NPN. Transistor PNP Jenis PNP diperlihatkan dalam gambar 2.16(a) dan jenis NPN diperlihatkan dalam gambar 2.16(b). Prinsip kerja kedua tipe ini sama, perbedaannya hanyalah keberadaannya dalam kondisi panjaran DC.
(a) Transistor Jenis PNP
(b) Transistor Jenis NPN
http://1.bp.blogspot.com/_Tc7xKjEn0c/RuELLfwcNBI/AAAAAAAAAKI/CiuXlzsM77w/s1600-h/gbr+1.JPGGambar 2.16
Simbol Sirkit untuk Transistor
Gambar
dibawah
memperlihatkan
karakteristik
keluaran
yang
menghubungkan arus Ic dengan tegangan Vce untuk harga arus Ib tertentu. Kurva ini menyajikan hubungan antara arus masukan di satu sisi dan arus serta tegangan keluaran di sisi yang lain. Parameter yang sangat penting bagi transistor adalah penguat arus DC, yang dikenal sebagai penguat arus statis hfe. Ini adalah penguatan transistor pada keadaan stasioner, yaitu tanpa sinyal masukan. Tidak mempunyai satuan (karena suatu perbandingan).
Gambar 2.17 Karakteristik arus kolektor terhadap Vce pada transistor
Transistor NPN Kolektor dan emitter merupakan bahan semikonduktor jenis n dan lapisan diantaranya merupakan semikonduktor jenis p. Transistor bekerja dalam satu arah, yaitu dari kolektor menuju emitter, karena kedua terminal tersebut terbuat dari bahan yang sama. Pada dasarnya transistor dapat dianggap sebagai suatu piranti yang beroperasi karena adanya arus. Kalau alat mengalir ke dalam basis dan melewati sambungan basis emitter, suatu suplai positif pada kolektor akan menyebabkan arus mengalir antara kolektor dan emitter. Dua hal yang harus diperhatikan pada arus kolektor ini adalah: a. Untuk arus basis nol, arus kolektor turun sampai pada tingkat arus kebocoran, yaitu kurang dari 1 mikro Ampere dalam kondisi normal (untuk transistor dengan bahan dasar silicon).
b. Untuk arus basis tertentu, arus kolektor yang mengalir akan jauh lebih besar daripada arus basis itu. Arus kolektor tersebut dicapai dengan: Ic = hfe x Ib. Cara yang termudah untuk menggunakan sebuah transistor adalah sebagai sebuah saklar, artinya bahwa kita mengoperasikan transistor pada salah satu dari saturasi atau titik sumbat, tetapi tidak di tempat-tempat sepanjang garis beban. Jika sebuah transistor berada dalam keadaan saturasi, transistor tersebut seperti sebuah saklar yang tertutup dari kolektor ke emitter. Jika transistor tersumbat (cutoff), transistor seperti sebuah saklar yangterbuka.
Gambar 2.18. Transistor Sebagai Saklar Gambar
Gambar 2.18(a) menunjukkan rangkaian switching transistor. Penjumlahan tegangan sekitar loop input memberikan:
………………………..
(2.5)
Jika arus basis lebih besar atau sama dengan Ib (sat), titik kerja Q berada pada ujung atas garis beban (gambar 2.18. (b)). Dalam hal ini transistor bekerja pada ujung bawah dari garis beban, dan transistor terlihat seperti sebuah switch yang terbuka.
2.8 TRIAC BT 136 Triac merupakan komponen 3 elektroda: MT1, MT2, dan gate. Triac biasanya digunakan pada rangkaian pengendali, penyakelaran, dan rangkian pemicu/trigger. Oleh karena aplikasi triac yang demikian luas maka komponen triac biasanya mempunyai dimensi yang besar dan mampu diaplikasikan pada tegangan 100V sampai 800V dengan arus beban dari 0.5A sampai 40A.
Gambar 2.19 Rangkaian Triac Jika terminal MT1 dan MT2 diberi tegangan jala-jala PLN dan gate dalam kondisi mengambang maka tidak ada arus yang dilewatkan oleh triac (kondisi idel) sampai pada tegangan ‘break over’ triac tercapai. Kondisi ini dinamakan kondisi off triac. Apabila gate diberi arus positif atau negatif maka tegangan ‘break over’ ini akan turun. Semakin besar nilai arus yang masuk ke gate maka semakin rendah pula tegangan ‘break over’nya. Kondisi ini dinamakan sebagai
kondisi on triac. Apabila triac sudah ‘on’ maka triac akan dalam kondisi on selama tegangan pada MT1 dan MT2 di atas nol volt. Apabila tegangan pada MT1 dan MT2 sudah mencapai nol volt maka kondisi kerja triac akan berubah dari on ke off. Apabila triac sudah menjadi off kembali, triac akan selamanya off sampai ada arus trigger ke gate dan tegangan MT1 dan MT2 melebihi tegangan ‘break over’nya.
Gambar 2.20 Daerah Kerja Triac 2.8.1 Prinsip Kerja Dimmer Rangkaian Dimmer disajikan dalam 4 bagian utama. Bagian Ramp Generator, Bagian Pulse Control, Bagian Power Supply Triac, dan Bagian Triac. Bagian Ramp Generator berfungsi untuk menghasilkan pulsa-pulsa gigi gergaji (sinyal ramp) dengan frekuensi 120Hz dan sinkron dengan fasa tegangan jala-jala PLN.
Gambar 2.21 Sinyal Ramp yang Sinkron Dengan Fasa Jala-Jala PLN Sinkronisasi mutlak diperlukan karena untuk memicu/men-trigger triac harus pada saat triac dalam kondisi off dan tegangan PLN mulai tidak sama dengan nol VAC. Pada Bagian Ramp Generator ini diperlukan rangkaian zero crossing detector yang mendeteksi keadaan tegangan PLN = nol volt. Pada keadaan ini dihasilkan pulsa ramp yang akan turun secara linier selama 10ms.
BAB III RANCANG BANGUN
3.1 PRINSIP KERJA SISTEM Prinsip kerja sistem secara keseluruhan yaitu dimulai dari sensor LM 35 mendeteksi suhu dimana besaran derajat diubah menjadi besaran tegangan dan tegangan tersebut dikuatkan untuk mendapatkan besaran yang dapat diolah. Kemudian output penguatan tersebut dikondisikan sehingga outputnya dapat diolah oleh pengubah analog ke digital dalam mikrokontroler. Pengubah analog ke digital berfungsi mengubah besaran analog kebesaran digital dimana besaran digital dapat diolah oleh mikrokontroler. Mikrokontroler mengolah besaran input digital untuk mengendalikan output dan menampilkannya di display. Output yang dimaksud adalah heater dan tampilannya menggunakan LCD 2x16. Tampilan akan memberikan keterangan pada suhu 60 °C dan 75 °C.
3.1.1 Blok Diagram dan Fungsinya Diagram blok sistem keseluruhan pada perancangan alat ini dapat dilihat pada gambar 3.1 sebagai berikut :
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Secara keseluruhan, sistem dibagi menjadi tujuh bagian yaitu LM 35, rangkain penguat tegangan, input 1 dan input 2, kontroler, display, driver dan
heater, serta buzzer. Setiap bagian terdiri atas komponen-komponen utama dan pendukungnya. 1) LM 35 LM 35 adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mendeteksi suhu air. 2) Rangkaian penguat Rangkaian penguat pada system ini berfungsi untuk menguatkan tegangan yang dihasilkan oleh LM 35 agar memudahkan pembacaan pada input ADC sehingga pada 1 bit mewakili 1°C. 3) Input 1 dan input 2 Input 1 dan input 2 terdiri atas dua buah saklar push button yang berfungsi untuk memilih mode suhu kerja. 4) Kontroler Kontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega 8535 yang didalamnya sudah terdapat 8 kanal ADC dimana fungsinya untuk mengkonversi sinyal analog ke digital dari penguat dan memproses sinyal digital tersebut untuk ditampilkan pada LCD.
5) Driver dan Heater Driver yang digunakan pada system ini adalah triac BT 136 dan opto triac MOC 3041 sebagai pengkondisi sinyal untuk mengaktifkan heater. Heater berfungsi sebagai tempat/media pengukuran air. 6) Display Display berfungsi untuk menampilkan data-data yang telah diproses oleh mikrokontroler yaitu berupa nilai suhu, timer, dan status heater. 7) Buzzer Buzzer berfungsi sebagai penanda jika waktu telah habis.
3.2 PERANGKAT KERAS Perangkat keras secara keseluruhan dibuat dengan menggunakan komponen-komponen sesuai dengan fungsi dari blok-blok system yang digambarkan pada gambar 3.1. Sensor suhu LM 35 sebagai pendeteksi suhu yang dihubungkan dengan rangkaian penguat Op-Amp. Kontroler yang digunakan adalah IC ATMega 8535 yang memiliki 32 bit terminal I/O. Kemudian pada bagian output digunakan sebuah Triac BT 136 dan opto triac MOC 3041 sebagai pengkondisi sinyal untuk mengaktifkan heater. Gambar 3.2 memperlihatkan skematik diagram dari perangkat keras sistem.
Gambar 3.2 Skematik Diagram Perangkat Keras Sistem 3.2.1 Perancangan LM 35 Sensor ini dirangkai Full-Centrigade Temperature Sensor agar bisa mendeteksi suhu dengan range maksimal yaitu dari -55 °C sampai 150 °C, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.3. Fungsi led 1 pada gambar dibawah hanya sebagai indikator.
Gambar 3.3 Rangkaian LM 35
Dicari R2? Diketahui : Vcc = 5 volt V led = 1.4 – 2 volt I led = 20 mA Jawab : R2 =
Vcc − Vled 5 − 2V = = 150 Ω Iled 20mA
Pada rangkaian diatas nilai Rs yang dipergunakan adalah 220 Ω
Range suhu yang digunakan : 0 – 100 °C Dari persamaan Vout = 10 mV/°C Suhu = 0 °C ; Vout = 10 mV/°C x 0 °C = 0 V Suhu = 100 °C ; Vout = 10 mV/°C x 100 °C = 1000 mV = 1 V Jadi kita dapatkan rentang tegangan keluarannya adalah Vout = 0 – 1 V. Fungsi dari variabel resistor 10K adalah untuk menyesuaikan tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian dengan suhu sebenarnya (kalibrasi).
3.2.2 Rangkaian Penguat Tegangan Fungsi dari penguat ini adalah untuk menguatkan sinyal analog keluaran dari sensor LM 35 sehingga dapat diperoleh ketelitian yang lebih pada Analog to Digital Converter (ADC) yang terdapat dalam mikrokontroller ATMega 8535. Dari rentang tegangan Vout = 0 – 1V, akan dikuatkan dalam rentang Vout = 0 – 2V. Sinyal dikuatkan sebesar 2 kali.
Rf +V
Rin Vo Vi -V
Gambar 3.4 Rangkaian Penguat non Inverting 2 kali
Dicari : Rf? Jawab : Av =
2=
Rf + 1 ; diset Rin = 1 KΩ Rin
Rf +1 1
Rf = 2 – 1 R f = 1 KΩ
Jadi nilai Rf yang dipergunakan pada rangkain ini adalah 1 KΩ.
3.2.3 Rangkaian Kontroler Kontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega 8535 yang didalamnya sudah terdapat 8 kanal ADC dimana fungsinya untuk mengkonversi sinyal analog ke digital dari penguat dan memproses sinyal digital tersebut untuk ditampilkan pada LCD.
Gambar 3.5 Rangkaian Kontroler dengan ATMega 8535
3.2.4 Rangkaian Driver Rangkaian output pada sistem ini terdiri dari dua bagian yaitu rangkaian opto triac, rangkaian triac dan snubber.
Gambar 3.6 Rangkaian Driver Dicari : R3? Diketahui : Vin
= 1,4 – 2 Volt
Iin
= 14 – 20 mA
Vs = Vcc = 5 Volt Jawab : R3 =
Vs − Vled 5 − 2V = = 150 Ω Iled 20mA
Pada rangkaian diatas nilai Rs yang dipergunakan adalah 220 Ω
3.2.5 Rangkain Buzzer Buzzer pada system ini digunakan sebagai penanda jika waktu telah habis, dimana rangkaiannya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.8 Rangkaian Driver Buzzer
Dicari : R6? Berdasarkan data dari datasheet, diketahui: Ic Saturasi = 10 mA
β = 100 Dihitung: Rb ? Jawab: 1) β =
Ic Ib
Ib =
2) Rb =
Ic 10mA = = 0.1 mA B 100
Vbb − Vbe Ib
=
5V − 0.7V 0.1mA
= 43kΩ Pada rangkaian Rd= R6 yang digunakan adalah 1 k Ω.
3.3 PERANGKAT LUNAK Pemrograman pada mikrokontroler dilakukan dengan membuat subrutinsubrutin sebagai berikut: inisialisasi port input dan output, inisialisasi ADC, inisialisasi LCD, pemilihan mode suhu kerja, mode suhu 60ºC, mode suhu 75ºC, pembaca suhu, penampil waktu pada LCD,
dan lain-lain.
Algoritma
pemprosesan data secara keseluruhan menggunakan mikrokontroler digambarkan pada gambar 3.9 Diagram alir program mikrokontroler .
Gambar 3.9 Diagram alir program mikrokontroler Penjelasan dari flowchart : Algoritma pemprosesan data secara keseluruhan adalah sebagai berikut: 1. Pertama, Inisialisasi port input dan output mikrokontroler yang dihubungkan dengan perangkat input maupun perangkat output, yaitu saklar push-button, buzzer, dan driver heater. 2. Menampilkan judul pada LCD dan menampilkan perintah untuk memilih mode suhu yang diinginkan.
3. Membaca input mode yang dipilih, jika mode 60ºC, maka ADC akan membaca sensor suhu, kemudian jika suhunya kurang dari 60ºC, maka heater akan “ON” . Heater akan “ON” terus sampai suhu mencapai 60ºC, kemudian jika suhunya suhunya sudah lebih dari 60ºC, maka heater akan “OFF” dan timer selama 10 menit akan aktif dan menghitung mundur sampai waktunya habis dan buzzer akan aktif. Selama waktu timer masih lebih besar dari 0, maka suhu akan tetap dipertahankan. Proses yang sama akan dilakukan untuk mode suhu 75ºC juga, hanya perbedaannya pada lamanya waktu yaitu 5 menit. 4. Setelah buzzer berbunyi, maka program akan berhenti.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
4.1 HASIL RANCANG BANGUN Berdasarkan rancang bangun pada Bab 3, maka dibuatlah sistem secara keseluruhan, dan hasilnya pada gambar 4.1(a) dan (b) memperlihatkan perangkat keras sistem tersebut.
Gambar 4.1 (a). Tampak Depan Perangkat keras sistem
Gambar 4.1(b). Tampak Belakang Perangkat keras sistem
4.2 PENGUJIAN
Pada sistem yang sudah dibuat kemudian dilakukan pengujian dengan mengamati hasil pengukuran dan mencatatnya pada tabel untuk dianalisa dan ditampilkan dalam bentuk grafik. Berikut adalah beberapa pengujian sistem, yaitu: 1. Mengukur tegangan keluaran sensor suhu LM35 2. Mengukur tegangan keluaran rangkaian penguat Op-Amp 3. Mengamati suhu yang terukur oleh sistem dan dilihat pada display LCD 4. Menguji sistem pada mode 1 yaitu dengan suhu kerja 60 ˚C, dan memperhatikan kondisi heater 5. Menguji sistem pada mode 2 yaitu dengan suhu kerja 75 ˚C, dan memperhatikan kondisi heater.
4.2.1 Pengujian Blok LM 35 Berdasarkan hasil pengujian dari blok LM 35 didapatlah nilai seperti yang diperlihatkan pada tabel 4.1 dibawah. Tabel 4.1Pengujian Blok LM 35 Hasil pembacaan termometer (˚C)
Output LM35 (mV)
40.05
Hasil pembacaan LCD (˚C)
Kesalahan (˚C)
Kesalahan (%)
400
40
0.05
0.125
38.9
387
38
0.90
2.314
38.5
377
37
1.50
3.896
36.8
368
36
0.80
2.174
35.9
357
35
0.90
2.507
35.7
354
34
1.70
4.762
Jumlah
5.85
15.777
Rata-rata
0.97
2.630
Jadi dari data hasil pengujian diatas didaptlah nilai kesalahan sebesar ±0.97˚C atau 2.630%.
4.2.2 Pengujian Sistem Keseluruhan Gambar 4.2 berikut adalah gambar skema pengujian sistem secara keseluruhan.
Gambar 4.2 Blok Diagram Letak Pengujian Sistem
Dengan melihat blok diagram pengujian sistem tersebut, kemudian dilakukan pengujian secara langsung pada sistem, seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.3 berikut yang memperlihatkan proses pengujian sistem, dimana untuk objek air yang diukur ditempatkan pada gelas dan sensor LM 35 serta heater dimasukan secara bersama sama. Volt meter pada gambar tersebut digunakan untuk mengukur tegangan keluaran dari LM35 dan tegangan keluaran pada Penguat Op-
Amp. Sedangkan termometer digunakan untuk mengkalibrasi suhu yang diukur oleh LM 35.
Gambar 4.3 Pengujian Sistem Secara Keseluruhan
Dari hasil pengujian sistem didapat data yang dapat dibaca pada tabel dibawah serta grafik fungsi suhu terhadap waktu pada pengujian suhu 60˚C dan 75˚C. Tabel 4.2 (a) dan (b) serta gambar 4.4(a) dan (b) merupakan hasil pengujian sistem secara keseluruhan.
Tabel 4.2(a) Pengujian Sistem Keseluruhan (mode:60°C) Waktu (menit)
Suhu (˚C)
Heater
Timer
Buzzer
0.0
32
ON
OFF
OFF
1.0
34
ON
OFF
OFF
2.0
36
ON
OFF
OFF
3.0
37
ON
OFF
OFF
4.0
39
ON
OFF
OFF
5.0
41
ON
OFF
OFF
6.0
43
ON
OFF
OFF
7.0
53
ON
OFF
OFF
8.0
67
OFF
ON
OFF
9.0
69
OFF
ON
OFF
10.0
70
OFF
ON
OFF
11.0
71
OFF
ON
OFF
12.0
70
OFF
ON
OFF
13.0
71
OFF
ON
OFF
14.0
70
OFF
ON
OFF
15.0
70
OFF
ON
OFF
16.0
70
OFF
ON
OFF
17.0
70
OFF
ON
ON
Gambar 4.4(a) Grafik hasil pengujian sistem secara keseluruhan.
Tabel 4.1(b) Pengujian Sistem Keseluruhan (mode: 75 ˚C) Waktu (menit)
Suhu (˚C)
Heater
Timer
Buzzer
0.0
31
ON
OFF
OFF
1.0
32
ON
OFF
OFF
2.0
33
ON
OFF
OFF
3.0
34
ON
OFF
OFF
4.0
36
ON
OFF
OFF
5.0
38
ON
OFF
OFF
6.0
40
ON
OFF
OFF
7.0
42
ON
OFF
OFF
8.0
44
ON
OFF
OFF
9.0
52
ON
OFF
OFF
10.0
67
ON
OFF
OFF
11.0
77
OFF
ON
OFF
12.0
77
OFF
ON
OFF
13.0
77
OFF
ON
OFF
14.0
76
OFF
ON
OFF
15.0
76
OFF
ON
ON
Gambar 4.4(b) Grafik hasil pengujian sistem secara keseluruhan.
4.3 ANALISA SISTEM Dari hasil pengujian sistem secara keseluruhan dapat dianalisa sebagai berikut : 1. Mode 60˚C Untuk mencapai suhu sebesar 60˚C diperlukan waktu ± 7.5 menit kemudian heater akan OFF dan timer mulai bekerja (hitung mundur selama 10 menit). 2. Mode 75˚C Untuk mencapai suhu sebesar 75˚C diperlukan waktu ± 10 menit kemudian heater akan OFF lalu timer mulai bekerja (hitung mundur selama 5 menit). 3. Dari data hasil pengujian didapatlah nilai kesalahan sebesar ±0.97 ˚C atau 2.630 %. 4. Alat ini berkerja dengan baik sesuai dengan spesifikasinya.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN Dari hasil pengujian alat pengontrol suhu air ini, didapatlah beberapa kesimpulan, yaitu: 1. Alat pengontrol suhu air otomatis ini dirancang menggunakan dua pilihanmode suhu yaitu 60ºC dengan settling timenya (Ts) selama 10 menit dan 75 ºC dengan settling timenya (Ts) selama 5 menit. 2. Dari hasil analisa system, untuk mencapai suhu sebesar 60 ºC diperlukan waktu ± 7.5 menit setelah itu heater akan OFF dan timer mulai bekerja (hitung mundur selama 10 menit). Sedangkan untuk mencapai suhu sebesar 75 ºC diperlukan waktu ±10 menit kemudian heater akan OFF lalu timer mulai bekerja (hitung mundur selama 5 menit). 3. Alat pengontrol suhu air ini dapat bekerja sesuai dengan spesifikasi dan teori pendukungnya yang digunakan untuk membunuh bakteri E.coli.
5.2 SARAN Alat pengontrol suhu air ini sudah berfungsi secara otomatis dimana suhunya sudah bias dikontrol amun sistemnya masing menggunakan system control ON/OFF. Sehingga dalam perkembangannya nanti alat pengontrol suhu air ini dapat dikembangkan dan dimodifikasi sesuai dengan kebutuhan dan perkembangan zaman.
DAFTARA PUSTAKA
Andrianto, Heri,. Juli 2008 Pemograman Mikrocontroller AVR ATMega 16. Bandung :Informatika Bandung. Coughlin, Robert,. 2004. Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linea. Jakarta : Erlangga Pusat Pendidikan dan Pelatihan Depkes. Bakteriologi Klinik. Jakarta http:///MicroholicManiaSekilasTentangMikrokontrolerATMEGA8535.htm, diakses pada tanggal 28 Juli 2009 http:///OptotriacMOC3041Belajarelektronika.komputer,mikrokontroler,pemogram anetc.htm, diakses pada tanggal 8 Juni 2009 http:///duniaelektronika.blogspot.com/2007/09/transistor.html,
diakses
pada
tanggal 8 Juni 2009 http:///MicroholicManiaDimmerLampCircuit(MenambahKeindahanPencahayaand iMalamhari).htm, diakses pada tanggal 8 Juni 2009
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Era Oktaviani, dilahirkan di Lampung, 16 Oktober 1984. Pendidikan yang telah ditempuh adalah SD Negeri 2 B. Kemuning Lampung Utara berijazah tahun 1996, SLTPN 4 B. Kemuning Lampung Utara berijazah tahun 1999, SMUN1 Natar Lampung Selatan berijazah tahun 2002. Politeknik Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Elektro, Program Studi Teknik Elektronika Industri tahun (2002 -2005) dengan judul Tugas Akhir Programmable Water Level Controller Menggunakan Mikrocontroller AT89S51 “Untuk Aplikasi 11 I/O (8 Input 3 Output). Kemudian penulis melanjutkan kuliah S1 di Universitas Mercubuana Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektronika dari (Maret 2008 – Desember 2009). Penulis menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul Alat
Pengontrol Suhu Air Otomatis Menggunakan ATMega 8535 Untuk Membunuh Bakteri E.Coli.
LAMPIRAN A LISTING PROGRAM
LAMPIRAN B RANGKAIAN SKEMATIK DAN LAYOUT PCB
LAMPIRAN C DATA SHEET
