Inkubator Bayi Berbasis Mikrokontroller Dilengkapi Sistem Telemetri

BAB III
PERANCANGAN
3.1.
Gambaran Umum Sistem
Sistem yang akan dirancang dan direalisasikan merupakan sebuah inkubator
bayi yang dilengkapi sistem telemetri dengan jaringan RS485. Secara umum, sistem
yang dibuat terdiri dari 8 bagian utama, yaitu:
1. Box / kotak inkubator
2. Modul pemanas dan pengendali pemanas
3. Modul pengendali mikro
4. Modul sensor
5. Modul komunikasi data
6. Modul tombol – tombol pengaturan dan indikator
7. Modul kipas penghisap dan penghembus
8. Modul emergency stop
Penyusunan bentuk dan kelengkapan sistem tersebut, mengacu pada bentuk dan
kelengkapan sistem inkubator yang sudah dibuat sebelumnya dan yang ada di pasaran.
Selain itu, sistem juga dapat dikategorikan dalam dua bagian, yaitu : bagian perangkat
keras yang terdiri dari modul – modul di atas dan bagian perangkat lunak yang
merupakan perangkat lunak pada pengendali mikro dan program antarmuka pada
komputer.
23
24
Gambar 3.1 Blok Diagram Alat Keseluruhan
3.2.
Perancangan dan Perealisasian Perangkat Keras
3.2.1. Box / Kotak Inkubator
Box / kotak inkubator dibentuk dengan dimensi panjang 100cm; lebar 60cm; dan
tinggi 75cm dengan bahan acrylic, aluminium, kayu triplek, dan aluminium foil. Ruang
utama kotak inkubator dibentuk seperti aquarium dengan bagian atas yang tertutup,
berbahan dasar acrylic, dan kerangka kotak yang terbuat dari aluminium. Kerangka dari
kotak inkubator ini berbahan aluminium, karena aluminium merupakan bahan yang kuat
dan cenderung lebih murah dari besi.
Sedangkan bagian bawah kotak yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan
rangkaian pemanas dan rangkaian pengendali, terbuat dari triplek dan kayu yang dilapisi
aluminium foil untuk mengurangi aliran panas yang terbuang, sehingga proses
penghangatan ruang utama inkubator menjadi lebih optimal.
25
3.2.2. Modul Pemanas dan Pengendali Pemanas
Perangkat keras pemanas yang digunakan pada inkubator ini adalah elemen
pemanas setrika dengan daya sekitar 300 watt dan sebuah kipas AC yang berfungsi
untuk menghembuskan udara panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas menuju
ruang utama inkubator. Elemen pemanas setrika dipilih sebagai sumber panas pada
inkubator ini karena dapat menghasilkan panas yang tinggi dalam waktu singkat. Selain
itu, elemen pemanas setrika mudah dicari dan harganya murah.
Akan tetapi elemen pemanas setrika memiliki kelemahan, yaitu memiliki
batasan suhu maksimal, sehingga apabila terlalu panas maka akan overheat dan pecah.
Oleh karena itu, digunakan LM 35 yang terhubung pada pengendali mikro untuk
memantau dan membatasi suhu kerja dari elemen pemanas setrika tersebut.
Inkubator ini dilengkapi sebuah rangkaian pengendali pemanas yang berfungsi
mengendalikan waktu on dan waktu off dari pemanas berdasarkan picuan dari modul
pengendali mikro, sehingga suhu pada inkubator tetap terjaga kestabilannya.
2k3
Gambar 3.2. Modul Kontrol Pemanas
Modul ini menggunakan TRIAC sebagai driver utama pemanas untuk
menggantikan fungsi saklar pemutus atau penyambung arus listrik yang besar. Gate dari
TRIAC dihubungkan ke Optocoupler / Optoisolator (MOC 3021) lalu ke pengendali
mikro untuk menentukan waktu pemicuan TRIAC. Pada modul ini, MOC 3021
26
digunakan untuk menghindari kemungkinan terhubungnya pengendali mikro secara
langsung dengan tegangan AC.
Pengendalian pemanas pada inkubator ini menggunakan metode kontrol on – off
dengan hysteresis.
3.2.3. Modul Pengendali Mikro
Pengendali mikro yang digunakan merupakan pengendali mikro keluarga AVR
tipe ATmega8535. Pengendali mikro ini akan digunakan untuk mengendalikan
beberapa modul yang lain, yaitu:
1. Modul sensor SHT 11 dan LM35; mengendalikan dan menerima serta
mengolah data yang dihasilkan.
2. Modul pengendali pemanas; mengendalikan waktu pemicuan TRIAC.
3. Modul komunikasi data berbasis RS485; menerima perintah dari
personal komputer dan mengirim data sesuai perintah.
4. Modul LCD dan LED indikator; menampilkan nilai suhu dan
kelembaban ruang utama inkubator pada LCD dan menampilkan status
kerja inkubator melalui LED indikator.
5. Modul tombol pengaturan; menerima masukan nilai suhu acuan.
6. Modul buzzer; memberikan peringatan apabila terdapat kesalahan pada
sistem.
7. Modul kipas penghisap dan penghembus; mengendalikan kipas untuk
sirkulasi udara.
27
Gambar 3.3. Schematic Rangkaian Pengendali Inkubator
Berikut beberapa fungsi konfigurasi pin yang dipakai :
PORT Pengendali Mikro
Fungsi
PORT A.0
Terhubung pada keluaran penguat non inverting
PORT B.0
Terhubung pada Fan penghisap panas
PORT B.1
Terhubung pada Fan penghembus panas
PORT B.2
Terhubung pada clock sensor SHT 11
PORT B.3
Terhubung pada pin data sensor SHT 11
PORT B.4
Terhubung pada LED hijau
PORT B.5
Terhubung pada LED merah
PORT B.6
Terhubung pada LED kuning
PORT B.7
Terhubung pada buzzer
PORT C
Terhubung pada LCD
PORT D.0
Terhubung pada RS 485 (pin receiver)
PORT D.1
Terhubung pada RS 485 (pin transmitter)
28
PORT D.2
Terhubung pada switch pengatur alamat inkubator
PORT D.3
Terhubung pada push button (tombol Lock Temp)
PORT D.4
Terhubung pada push button (tombol Up Temp)
PORT D.5
Terhubung pada push button (tombol Down Temp)
PORT D.6
Sebagai pemicu TRIAC
PORT D.7
Terhubung pada RS 485 (pin direction)
Tabel 3.1 Konfigurasi PORT Pengendali Mikro
PORT A
Port A.0 dihubungkan dengan keluaran dari rangkaian penguat non – inverting
yang memperkuat tegangan keluaran LM 35 untuk dikonversi menjadi sinyal digital
menggunakan ADC pada pengendali mikro. Hasil konversi tersebut digunakan sebagai
acuan bagi pengendali mikro untuk menjaga elemen pemanas agar tidak overheat.
PORT B
PORT B.0 dan PORT B.1 dihubungkan pada kipas penghisap dan penghembus
yang berfungsi untuk mengatur sirkulasi udara. PORT B.2 dihubungkan dengan pin
Clock dan PORT B.3 dengan pin Data SHT11. Pin SCK berfungsi untuk sinkronisasi
koneksi antara pengendali mikro dengan SHT11 dan pin DATA berfungsi untuk
transfer data masuk atau keluar dari SHT 11. PORT B.4 – B.6 terhubung pada LED
indikator, LED hijau menandakan inkubator bekerja normal, LED kuning menandakan
terjadi over temperature, dan LED merah menandakan adanya kerusakan pada pemanas.
PORT B.7 terhubung pada buzzer sebagai indikator adanya error pada inkubator.
PORT C
Sebagai penampil dari suhu dan kelembaban ruang utama inkubator yang diukur
melalui sensor SHT11 digunakan LCD karakter 20x2 yang terhubung pada pengendali
mikro PORT C.
29
PORT D
PORT D.0 dihubungkan pada pin receiver RS485 dan PORT D.1 dihubungkan
pada pin transmitter RS485. PORT D.2 terhubung pada sebuah switch yang berfungsi
mengatur pengalamatan inkubator, dalam pengujian modul RS 485. PORT D.3 – D.5
terhubung pada tombol – tombol pengaturan yang berfungsi untuk lock temperature, up
temperature dan down temperature. PORT D.6 dihubungkan pada rangkaian pengendali
pemanas, sebagai picu untuk mengendalikan TRIAC dan PORT D.7 dihubungkan pada
control pin RS 485 untuk mengatur RS 485 bertindak sebagai pengirim atau penerima
data.
3.2.4. Modul Sensor
Sensor yang dipakai adalah sensor suhu dan kelembaban SHT 11 dan sensor
suhu LM35. Sensor SHT 11 dipilih untuk mengukur suhu dan kelembaban pada ruang
utama inkubator karena mudah digunakan dan dapat mengukur kelembaban sekaligus
mengukur temperatur dengan keluaran digital.
SHT11 bekerja pada jangkauan 0-100% RH (Relative Humidity) dengan akurasi
±3.0%. SHT11 juga bekerja pada jangkauan temperatur berkisar -40°C hingga 125°C
dengan akurasi ±0.4°C.
Gambar 3.4 Sensor SHT11
Response time yang dibutuhkan untuk mendeteksi kelembaban adalah 8 detik
(typical) dan untuk mendeteksi suhu, waktu yang dibutuhkan minimal 5 detik, maksimal
30 detik.
30
Data hasil pengukuran SHT 11 masih berupa data 8/12/14 bit, sehingga harus
dikonversi terlebih dahulu ke nilai fisik sebelum ditampilkan.
Tabel 3.2. Pengukuran Kelembaban
SORH
C1
C2
C3
12bit
-4
0.0405
-2.8*10-6
8bit
-4
0.648
-7.2*10-6
=
+
.
+
.
² ………………… (3.1)
Data yang diterima berupa 8/12 bit diatas merupakan
dijumlahkan dengan beberapa koefisien diatas sehingga didapat RH
yang akan
.
Tabel 3.3. Pengukuran Suhu
VDD
d1 [C]
d1 [F]
SOT
d2[C]
d2[F]
5V
-40.00
-40.00
14bit
0.01
0.018
12bit
0.04
0.072
4V
-39.75
-39.50
3.5V
-39.66
-39.35
3V
-39.60
-39.28
2.5V
-39.55
-39.23
Temperature =
+
.
…………………………… (3.2)
Data yang diterima berupa 12/14 bit diatas merupakan
yang akan
dijumlahkan dengan beberapa koefisien diatas sehingga didapat nilai fisik temperatur.
Selain SHT 11, pada inkubator ini juga digunakan sensor suhu LM 35 sebanyak
dua buah. LM 35 yang pertama digunakan untuk memantau suhu kerja elemen
pemanas. Tegangan keluaran hasil pengukuran LM 35 akan dikuatkan menggunakan
rangkaian penguat non – inverting, kemudian di konversi menggunakan ADC dari
pengendali mikro. Data hasil konversi tersebut akan menjadi acuan bagi pengendali
mikro untuk mengatur kerja dari elemen pemanas, sehingga elemen pemanas tidak
31
overheat dan pecah. Sedangkan LM 35 yang kedua digunakan pada modul emergency
stop.
3.2.5. Modul Komunikasi Data
Modul komunikasi data digunakan untuk membangun sebuah jaringan
komunikasi data antara pengendali mikro yang ada di inkubator dengan personal
komputer, sehingga suhu dan kelembaban inkubator dapat dipantau melalui komputer.
Pada modul komunikasi data ini digunakan RS 485.Akan tetapi pada modul ini
tetap dibutuhkan RS 232, karena RS 485 tidak dapat secara langsung dihubungkan pada
komputer karena adanya perbedaan aras tegangan. RS 232 digunakan untuk
mengkonversi aras tegangan TTL dari RS 485 menjadi aras tegangan yang dapat
diterima oleh komputer.
Gambar 3.5. Jaringan Half Duplex RS 485 [14]
Pada rangkaian di atas, terdapat resistor pull up bernilai 470Ω yang terhubung
pada pin A dan pull down bernilai 470Ω yang terhubung pada pin B dari RS485.
32
Resistor tersebut berfungsi untuk memastikan tegangan pada pin A bernilai minimal
0,3V lebih positif dibandingkan dengan pin B saat tidak ada satupun driver enable dari
RS 485 di jaringan yang aktif, karena apabila tidak ada satupun driver RS 485 yang
aktif maka aras tegangan masukan pada penerima tidak dapat ditentukan. Apabila
penerima mendeteksinya sebagai logika low (0), maka penerima tersebut akan mengira
bahwa itu merupakan start bit sehingga penerima akan mencoba untuk membaca data.
Dengan adanya resistor pull up dan pull down yang menjaga tegangan pada pin A
minimal 0,3V lebih positif dibandingkan dengan tegangan pada pin B, maka level
tegangan masukan pada penerima akan berlogika high (1) [14].
Sedangkan resistor 120 Ω pada rangkaian di atas berfungsi sebagai termination.
Resistor termination berfungsi untuk mencocokan impedansi dari penerima dengan
impedansi dari jalur transmisi yang digunakan. Saat impedansi pada penerima tidak
cocok dengan impedansi dari jalur transmisi yang digunakan, maka sinyal yang
ditransmisikan tidak sepenuhnya diserap karena sebagian sinyal yang ditransmisikan
akan terpantul kembali menuju jalur transmisi. Jika impedansi pada pengirim, jalur
transmisi, dan beban pada penerima cocok, maka penyimpangan sinyal akibat adanya
pemantulan sebagian sinyal yang ditransmisikan dapat dikurangi. Nilai dari impedansi
pada jalur transmisi tergantung pada jenis kabel yang digunakan, setiap jenis kabel
memiliki karakteristik impedansi yang berbeda – beda. Namun untuk jenis kabel pada
umumnya, impedansinya bernilai 120Ω [17].
Modul komunikasi data ini memiliki ground yang saling terhubung, sehingga
pada masa peralihan dapat muncul tegangan tinggi diantara ground yang saling
terhubung dan menimbulkan arus ground. Spesifikasi dari RS 485 merekomendasikan
33
penggunaan resistor 100 Ω yang dipasang seri dengan jalur sinyal ground, untuk
membatasi arus ground tersebut [17].
3.2.6. Modul Tombol – Tombol Pengaturan, LCD dan LED Indikator
Tombol – tombol pengaturan digunakan sebagai antarmuka bagi pemakai untuk
mengatur nilai suhu yang dikehendaki pada inkubator. Rangkaian tombol menggunakan
push button dengan salah satu kaki dihubungkan pada masukan pengendali mikro dan
kaki yang lain dihubungkan dengan ground. Dengan demikian, saat tombol ditekan
maka kaki pada masukan pengendali mikro akan mendapatkan logika ‘0’.
Modul penampil pada inkubator ini menggunakan LCD karakter 20x2 yang akan
menampilkan suhu dan kelembaban pada ruang utama inkubator, suhu dari elemen
pemanas, dan suhu yang dikehendaki pengguna. Modul penampil ini terhubung pada
pengendali mikro PORT C.
LED indikator digunakan sebagai indikator status kerja dari inkubator. Saat LED
hijau menyala, menandakan inkubator bekerja dengan normal. Sedangkan LED kuning
menandakan terjadinya over temperature, dan LED merah menandakan adanya
kerusakan pada elemen pemanas. Apabila terjadi suatu kesalahan pada sistem inkubator,
maka terdapat juga buzzer yang akan berbunyi untuk memberi peringatan.
3.2.7. Modul Kipas Penghisap dan Penghembus
Modul kipas penghisap dan penghembus ini berupa kipas DC yang terhubung
dengan pengendali mikro yang digunakan untuk membantu sirkulasi udara pada
inkubator. Sirkulasi udara sangat dibutuhkan untuk dapat menjaga suhu di dalam
inkubator tetap stabil.
Kipas penghisap berfungsi untuk menghisap udara panas dari ruang pemanas
yang ada di bagian bawah inkubator, menuju ruang utama inkubator. Sehingga waktu
34
pemanasan yang dibutuhkan dapat menjadi lebih singkat. Kipas penghisap ini akan
selalu aktif dibawah kendali pengendali mikro saat kondisi suhu ruang inkubator lebih
kecil dari suhu yang dikehendaki pengguna.
Sedangkan kipas penghembus berfungsi untuk membuang panas yang berlebih
dalam ruang inkubator, saat sistem mendeteksi nilai suhu pada ruang inkubator melebihi
nilai suhu yang dikehendaki pengguna.
Kedua kipas tersebut dikendalikan pengendali mikro ATMega 8535 dengan
antarmuka transistor sebagai saklar. Transistor yang digunakan adalah transistor tipe
NPN seri c828.
+
Kipas
_
mikro
3k3Ω
C828
Gambar 3.6. Rangkaian Antarmuka Kipas
Pada transistor sebagai saklar, transistor digunakan dengan mengatur agar
transistor berganti – ganti kondisi antara kondisi tersumbat (cut off) dan jenuh
(saturation). Kondisi tersumbat terjadi saat IB = 0 A atau tidak ada arus masukan pada
kaki basis sehingga IC = 0 A sesuai dengan persamaan:
………………………………………………………
(3.3)
Dengan demikian kipas tidak bekerja saat transistor dalam kondisi tersumbat,
karena tidak ada arus yang mengalir pada kipas.
Sedangkan kondisi jenuh terjadi saat IB = IB(saturasi), VBE = 0,8V dan VCE =
VCE(saturasi) ≈ 0 Volt. Karena VCE ≈ 0 V, maka tegangan kipas = VCC. Saat dilakukan
35
pengukuran, masing – masing kipas menggunakan arus sebesar 0,15A, sehingga nilai IC
= 0,15A.
Dari nilai IC tersebut dapat dihitung IB(saturasi) sebagai berikut:
IB =
IB =
………………………………………………………… (3.4)
,
IB(saturasi) = 1,153mA
Dan RB dapat dihitung sebagai berikut:
…………………………………………………… (3.5)
RB =
RB =
,
,
,
RB = 3,599 kΩ
Dengan demikian, nilai maksimal resistor yang dapat digunakan rangkaian
antarmuka transistor sebagai saklar pada modul kipas sebesar 3,599kΩ, sedangkan
resistor yang digunakan bernilai 3,3kΩ. Kondisi kipas aktif atau non aktif dikendalikan
dengan mengatur tegangan keluaran dari pengendali mikro yang terhubung pada
antarmuka transistor sebagai saklar. Saat tegangan keluaran pengendali mikro berlogika
‘0’ maka kipas akan non aktif, karena tegangan VBB = 0 Volt sehingga transistor dalam
keadaan tersumbat. Sedangkan saat keluaran pengendali mikro berlogika ‘1’ maka kipas
akan aktif, karena VBB = 4,95 Volt sehingga transistor dalam keadaan jenuh.
3.2.8. Modul Emergency Stop
Inkubator bayi ini dilengkapi dengan modul emergency stop, yang berfungsi
sebagai fasilitas keamanan tambahan pada inkubator. Modul emergency stop ini
memiliki sistem sendiri, sehingga apabila terjadi suatu error pada pengendali mikro,
36
modul ini akan tetap aktif dan akan memutuskan aliran tegangan pada pengendali mikro
serta memberikan peringatan menggunakan buzzer.
Modul ini juga menggunakan sebuah sensor suhu LM 35 untuk memantau panas
dari elemen pemanas. Oleh karena itu, jika pengendali mikro melakukan kesalahan
dalam mengendalikan pemanas yang menyebabkan pemanas tetap aktif, meskipun telah
melampaui batas aman yang telah dijadikan acuan pada pengendali mikro, modul ini
akan mendeteksi dan menanganinya dengan cara memutuskan aliran tegangan ke
pengendali mikro. Dengan demikian pemanas juga akan non aktif.
Modul ini dirancang agar tetap menghubungkan sumber catu daya 5 Volt pada
pin Vcc pengendali mikro melalui sebuah relay, selama suhu dari pemanas tidak lebih
dari 94°C. Relay dikendalikan menggunakan rangkaian antarmuka transistor sebagai
saklar dengan transistor yang digunakan adalah transistor tipe NPN seri c828. Tegangan
masukan dari rangkaian antarmuka transistor berasal dari keluaran DFF (Delay Flip
Flop).
Gambar 3.7. Rangkaian Antarmuka Pengendali Relay
Saat dilakukan pengukuran, ternyata relay menggunakan arus sebesar 40 mA,
sehingga nilai IC = 40mA.
Dari nilai IC tersebut dapat dihitung IB(saturasi) sebagai berikut:
IB =
………………………………………………………… (3.6)
37
IB =
,
IB(saturasi) = 0,307 mA
Dan RB dapat dihitung sebagai berikut:
RB =
RB =
…………………………………………………… (3.7)
,
,
,
RB = 13,324 kΩ
Dengan demikian, nilai maksimal resistor yang dapat digunakan rangkaian
antarmuka transistor sebagai saklar pada modul ini sebesar 13,324 kΩ, sedangkan
resistor yang digunakan bernilai 13kΩ.
Modul emergency stop ini menggunakan LM324 sebagai rangkaian penguat non
– inverting dan rangkaian komparator inverting dengan histeresis. Pada komparator
inverting dengan histeresis, jika nilai tegangan masukan lebih besar dari tegangan batas
atas (Upper Trip Point) maka tegangan keluaran komparator akan bernilai 0 Volt,
sedangkan jika nilai tegangan masukan lebih kecil dari tegangan batas bawah (Lower
Trip Point) maka tegangan komparator akan bernilai 3,5 Volt.
Oleh karena itu, tegangan keluaran dari komparator akan dibalikkan
menggunakan IC TTL seri 7400 (TTL gerbang NOT), sehingga saat tegangan keluaran
komparator bernilai 0 Volt, tegangan keluaran dari IC TTL seri 7400 akan berlogika ‘1’.
Sedangkan jika tegangan keluaran komparator bernilai 3,5 Volt, maka tegangan
keluaran dari IC TTL seri 7400 akan berlogika ‘0’. Tegangan keluaran dari TTL
gerbang NOT dihubungkan pada pin clock DFF (Delay Flip Flop) yang berfungsi
sebagai penahan (latch) nilai keluaran. Pin D dari DFF dihubungkan dengan VCC 5 Volt,
sehingga saat keluaran dari gerbang logika NOT berlogika ‘1’ maka pin clock dari DFF
akan mengalami rising edge dan keluaran dari DFF akan terus tertahan pada logika ‘1’.
38
Saat keluaran dari DFF terus tertahan pada logika ‘1’, maka rangkaian antarmuka
transistor sebagai saklar yang mengendalikan relay akan berada dalam keadaan jenuh
dan relay akan memutus tegangan catu daya 5 Volt yang menuju pin Vcc pada
pengendali mikro.
Modul emergency stop ini dirancang untuk membatasi suhu pemanas pada nilai
94°C, oleh karena itu dibutuhkan nilai VUTP (Upper Trip Point Voltage) pada
komparator yang sesuai untuk membatasi suhu kerja pemanas berdasarkan tegangan
keluaran dari LM 35. Mengacu pada karakteristik LM 35 yang tegangan keluarannya
akan naik 10mV tiap kenaikan suhu 1°C, maka saat suhu pemanas bernilai 94°C
tegangan keluaran LM 35 bernilai 0,94 Volt. Tegangan tersebut akan dikuatkan
menggunakan rangkaian penguat non – inverting terlebih dahulu dan dijadikan sebagai
nilai VUTP. Penguatan yang dipilih adalah penguatan tiga kali, sehingga tegangan
keluaran LM 35 yang bernilai 0,94 Volt akan dikuatkan menjadi 2,82 Volt. Nilai
tegangan tersebut sudah mencukupi kebutuhan untuk menjadi VUTP pada komparator
inverting dengan histeresis.
Gambar 3.8. Rangkaian Penguat Non Inverting dan Komparator Inverting dengan
Histeresis
39
Untuk mendapatkan penguatan tiga kali pada rangkaian penguat non – inverting,
maka nilai resistor yang digunakan dapat dicari dengan rumus sebagai berikut:
3
=
+ 1 ……………………………………………
=
Av =
(3.8)
+1
3-1 =
=2
Berdasarkan perhitungan di atas, nilai resistor R7 yang digunakan adalah 2kΩ
dan resistor R6 bernilai 1kΩ. Pada komparator inverting dengan histeresis, untuk
mendapatkan nilai VUTP, dibutuhkan tegangan referensi dan nilai penguatan umpan balik
yang sesuai.
Tegangan referensi pada komparator diperoleh menggunakan metode pembagian
tegangan dan dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Vref =
x V2 ………………………………………………
Vref =
x 5V
(3.9)
Vref = 2,5 Volt
Dengan diperolehnya nilai tegangan referensi pada komparator sebesar 2,5 Volt
dan tegangan jenuh pada LM 324 yang digunakan sebesar 3,5 Volt, serta rumus
perhitungan VUTP sebagai berikut:
VUTP = Vref + (B x Vjenuh) ………………………………………
(3.10)
Maka nilai penguatan umpan balik yang sesuai untuk mendapatkan nilai VUTP
sebesar 2,82 Volt dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
B=
–
……………………………………….………… (3.11)
40
2,82 Volt = 2,5 Volt + (B x 3,5 Volt)
2,82 Volt - 2,5 Volt = (B x 3,5 Volt)
0,32 Volt = (B x 3,5 Volt)
B=
,
,
B = 0,09
Untuk memperoleh penguatan umpan balik sebesar 0,09 pada komparator
inverting dengan histeresis, maka nilai resistor yang digunakan dapat dicari dengan
rumus sebagai berikut:
B
=
…………………………………………………… (3.12)
0,09 =
Berdasarkan perhitungan di atas, nilai resistor R2 yang digunakan adalah 10kΩ
dan resistor R1 bernilai 100kΩ.
3.3.
Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak
Kerja perangkat lunak dimulai dengan inisialisasi pengendali mikro dan
sinkronisasi antara sensor yang digunakan dengan pengendali mikro. Lalu pengendali
mikro akan terus menerus mengirim perintah pengukuran suhu dan kelembaban ruang
inkubator serta mengumpulkan data hasil pengukuran tersebut dari sensor SHT 11.
Selain itu pengendali mikro juga akan terus menerima keluaran dari sensor LM 35 yang
berfungsi memantau suhu dari elemen pemanas yang telah dikuatkan menggunakan
rangkaian penguat non – inverting, untuk di konversi menjadi data digital.
Hasil pengukuran dari kedua sensor tersebut kemudian dikonversi dan
ditampilkan pada LCD, selain itu pengendali mikro juga menyalakan LED indikator
untuk menandakan status kerja dari inkubator. Selanjutnya, inkubator telah siap untuk
menerima masukan nilai suhu yang dikehendaki pengguna berdasarkan tombol –
41
tombol pengaturan yang ditekan. Selama nilai suhu aktual pada inkubator masih lebih
besar dibandingkan dengan suhu acuan awal yang telah diprogramkan pada pengendali
mikro yaitu 28°C, maka pengendali mikro tidak akan mengaktifkan pemanas.
Saat pengguna telah menekan tombol lock temperature, artinya pengendali
mikro telah menerima nilai suhu acuan baru yang harus dicapai. Kemudian hasil
pengukuran sensor SHT 11 dibandingkan dengan nilai acuan dari pengguna tersebut
untuk digunakan oleh pengendali mikro sebagai acuan dalam mengendalikan pemanas
hingga tercapai kestabilan suhu sesuai dengan nilai acuan tersebut. Selain itu, hasil
pengukuran sensor LM 35 juga dijadikan acuan dalam mengendalikan pemanas.
Dengan menggunakan bantuan timer overflow interrupt, dilakukan pengecekan hasil
pengukuran sensor suhu LM 35 secara berkala, agar pengendali mikro dapat meng non
aktifkan pemanas, saat suhu dari pemanas sudah mencapai 85°C dan baru akan
diaktifkan kembali saat suhu dari pemanas mencapai nilai 83°C.
Pada perangkat lunak yang dibuat, timer overflow interrupt menjadi prioritas
utama. Oleh karena itu, apapun kondisinya, saat pemanas telah mencapai suhu 85°C,
pemanas akan di non aktifkan walaupun suhu aktual pada inkubator belum mencapai
nilai suhu acuan yang dikehendaki pengguna. Selain timer overflow interrupt, perangkat
lunak yang dibuat juga menggunakan USART Receiver Interrupt.
USART Receiver Interrupt berfungsi untuk melayani permintaan data dari
personal komputer yang terhubung pada inkubator melalui komunikasi serial. Saat
terdapat USART Receiver Interrupt, maka pengendali mikro akan menjalankan RX
Interrupt Service Routine. Pengendali mikro akan mengubah PORT D.7 yang
merupakan control pin RS 485 menjadi berlogika ‘1’, sehingga RS 485 bertindak
sebagai pengirim. Setelah RS 485 siap untuk mengirimkan data, pengendali mikro akan
42
mengambil data hasil pengukuran yang telah disimpan pada sebuah variabel, kemudian
data tersebut dikirimkan melalui RS 485. Setelah data selesai terkirim, pengendali
mikro kembali mengubah PORT D.7 menjadi logika ‘0’, sehingga RS 485 bertindak
sebagai penerima dan siap menerima permintaan data selanjutnya dari komputer.
TIMER
OVERFLOW
INTERRUPT
START
NO
SAKLAR ON ?
SUHU PEMANAS
≥ 85°C ?
YES
INISIALISASI
PENGENDALI
MIKRO
Suhu Acuan ?
YES
AKTIFKAN
PEMANAS
RX
INTERRUPT
Penekanan Lock
Temperature?
YES
TERIMA PERINTAH
CEK SUHU DAN
KELEMBABAN
AKTUAL
YES
NO Suhu Aktual ≤
KEMBALI KE
PROGRAM UTAMA
NO
NO
YES
NON
AKTIFKAN
PEMANAS
TAMPILKAN DATA HASIL
PENGUKURAN PADA LCD
DAN NYALAKAN LED
INDIKATOR
SAKLAR OFF ?
SUHU PEMANAS
≤83°C ?
YES
INISIALISASI
SENSOR SHT11
NO
NO
SET PORT D.7 CONTROL PIN RS 485
BERLOGIKA ‘1’
KENDALIKAN PEMANAS
dan MENSTABILKAN
SUHU RUANG SESUAI
DENGAN SUHU ACUAN
KIRIM HASIL PENGUKURAN SUHU DAN
KELEMBABAN MELALUI KOMUNIKASI
SERIAL
NO
YES
Penenekanan Lock
Temperature?
NO
SAKLAR OFF ?
YES
SET PORT D.7 CONTROL PIN RS 485
BERLOGIKA ‘0’
KEMBALI KE PROGRAM UTAMA
END
Gambar 3.9. Diagram Alir Perangkat Lunak
43
KENDALIKAN
PEMANAS dan
MENSTABILkAN
SUHU
YES
SUHU ACUAN
28°C?
YES
SUHU AKTUAL
≤ 28°C?
NO
NO
YES
SUHU ACUAN
29°C?
YES
SUHU AKTUAL
≤ 29°C?
NO
SUHU ACUAN
30°C?
SUHU AKTUAL
≤ 30°C?
YES
NO
YES
SUHU AKTUAL
≤ 31°C?
YES
END
NO
NO
NO
Pemanas on
Kipas Penghisap on
Kipas Penghembus off
YES
Pemanas off
Kipas Penghisap off
Kipas Penghembus on
Pemanas on
Kipas Penghisap on
Kipas Penghembus off
Pemanas off
Kipas Penghisap off
Kipas Penghembus on
YES
YES
SUHU AKTUAL
≤ 36°C?
NO
YES
SUHU AKTUAL
≤ 35°C?
SUHU ACUAN
37°C?
SUHU ACUAN
32°C?
YES
NO
NO
Pemanas off
Kipas Penghisap off
Kipas Penghembus on
Pemanas on
Kipas Penghisap on
Kipas Penghembus off
SUHU AKTUAL
≤ 37°C?
SUHU AKTUAL
≤ 32°C?
YES
YES
NO
SUHU ACUAN
33°C?
YES
SUHU ACUAN
SUHU ACUAN
35°C?
34°C?
NO
YES
YES
SUHU AKTUAL
≤ 33°C?
YES
YES
SUHU AKTUAL
≤ 34°C?
NO
NO
Gambar 3.10. Diagram Alir Perangkat Lunak
Pemanas on
Kipas Penghisap on
Kipas Penghembus off
Pemanas off
Kipas Penghisap off
Kipas Penghembus on
Pemanas on
Kipas Penghisap on
Kipas Penghembus off
Pemanas on
Kipas Penghisap on
Kipas Penghembus off
Pemanas off
Kipas Penghisap off
Kipas Penghembus on
NO
NO
Pemanas on
Kipas Penghisap on
Kipas Penghembus off
Pemanas off
Kipas Penghisap off
Kipas Penghembus on
NO
NO
SUHU ACUAN
36°C?
Pemanas on
Kipas Penghisap on
Kipas Penghembus off
Pemanas off
Kipas Penghisap off
Kipas Penghembus on
NO
SUHU ACUAN
31°C?
Pemanas off
Kipas Penghisap off
Kipas Penghembus on
Pemanas off
Kipas Penghisap off
Kipas Penghembus on
NO
YES
Pemanas on
Kipas Penghisap on
Kipas Penghembus off
Pemanas on
Kipas Penghisap on
Kipas Penghembus off
Pemanas off
Kipas Penghisap off
Kipas Penghembus on