13 BAB III DESAIN DAN PERANCANGAN 3.1 Perancangan Sistem

13
BAB III
DESAIN DAN PERANCANGAN
3.1 Perancangan Sistem
Aplikasi ini membahas tentang penggunaan IC AT89S51 untuk kontrol
suhu pada peralatan bantal terapi listrik. Untuk mendeteksi suhu bantal terapi
digunakan sensor suhu LM35. Keluaran sensor suhu LM35 yang masih berupa
data analog kemudian diubah menjadi data digital oleh ADC0804.
Mikrokontroler mengolah data digital tersebut kemudian hasilnya ditampilkan
ke LCD. Saklar push button digunakan untuk menghidupkan dan mematikan
LCD serta mengatur suhu pada kondisi tertentu sesuai keinginan pemakai
bantal terapi. Suhu default diatur pada 32ºC untuk suhu rendah dan 35ºC
untuk suhu tingginya. Ketika suhu berada di bawah 32ºC relay akan menyala
dan ketika suhu di atas 35ºC relay mati. Batas rendah dan tinggi suhu dapat
diatur dengan saklar mode, up dan down.
Relay
LM35
Saklar
Catu
daya
ADC
0804
Mikrokontroller
AT89S51
Bantal
Tareapi
LCD
Push Button
Gambar 3.1 Blok Sistem Kontrol Suhu Bantal Terapi
Keterangan blok Sistem Kontrol Suhu Bantal Terapi:
1. LM35
LM35 merupakan sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi suhu
bantal terapi.
13
14
2. ADC0804
Untuk mengubah tegangan analog yang dihasilkan sensor LM35
menjadi tegangan digital, digunakan ADC 0804.
3. Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroller sebagai pusat pengontrol alat-alat yang digunakan.
Semua komponen seperti ADC, LCD, push button terhubung ke
mikrokontroller.
4. LCD (Liquid Crystal Display)
Digunakan untuk menampilkan hasil konversi suhu dari LM35.
5. Saklar dan Push Button
Saklar ON-OFF digunakan untuk menghidupkan atau mematikan alat
pemanas. Push button digunakan untuk mengatur suhu dari bantal terapi.
6. Relay
Relay merupakan komponen yang berfungsi sebagai saklar elektrik
untuk mengontrol suhu pada bantal terapi. Relay yang digunakan sebesar
12 Volt.
7. Bantal Terapi
Merupakan alat terapi yang berbentuk bantal terbuat dari pasir kuarsa
dan ramuan khas negri Tiongkok.
8. Catu Daya
Alat ini menggunakan trafo sebagai catu daya untuk menurunkan
tegangan 220 Volt menjadi 12 Volt sesuai yang dibutuhkan. Trafo juga
berfungsi mengubah tegangan AC (bolak-balik) menjadi tegangan DC
(searah).
3.2 Analisis Kebutuhan
Dalam pembuatan alat kontrol suhu ini membutuhkan beberapa perangkat
hardware, software, dan alat-alat pendukung, antara lain:
15
3.2.1 Hardware
a. Blok Sensor
Sensor yang digunakan adalah sensor suhu LM35. LM35
memiliki impedansi output yang rendah sekitar 0,1 ohm untuk beban
1mA, output yang linier 10mV/C, serta hanya membutuhkan supply
arus sebesar 60 µA, yang berarti panas yang diakibatkan oleh LM35
itu sendiri sangat rendah serta tegangan operasi dari 4-30 volt.
b. Blok ADC
Merupakan rangkaian konversi besaran analog ke digital (Analog
Digital Converter atau ADC). Sesuai namanya, rangkaian ini
berfungsi untuk mengubah besaran analog yang dihasilkan sensor
suhu LM35 menjadi besaran digital untuk diproses mikrokontroller.
c. Blok Mikrokontroller
Rangkaian
ini
menggunakan
IC
AT89S51
merupakan
mikrokontroller keluaran ATMEL. Pada alat ini mikrokontroller
berfungsi untuk mengontrol semua peralatan yang terhubung ke IC
AT89S51 tersebut. Salah satunya yaitu mengubah data biner yang
dihasilkan ADC0804 menjadi desimal. LCD akan menampilkan hasil
pengolahan data tersebut.
d. Blok Relay
Relay
merupakan
komponen
yang
bekerja
secara
elektromagnetik-mekanik untuk keperluan switching. Pada saat coil
relay tidak diberi tegangan, maka yang terhubung singkat adalah
contact Normally Close (NC). Sedangkan contact Normally Open
(NO) mengalami hubung terbuka.
e. Blok Display
Display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display)
untuk menampilkan hasil akhir dari pengolahan data oleh
mikrokontroller yang berupa suhu dari bantal terapi.
16
f. Blok Aplikasi Alat
Aplikasi dari alat pengontrol suhu ini berupa bantal terapi yang
merupakan alat terapi panas tubuh.
g. Blok Catu Daya
Catu daya digunakan untuk mengubah tegangan AC menjadi
tegangan DC. Catu daya yang digunakan adalah trafo.
3.2.2 Software
a. Protel
Software yang digunakan untuk menggambar layout PCB.
b. Ms. Office Visio
Software yang digunakan untuk menggambar flowchart dari alat
yang dibuat.
c. AEC_ISP
Software yang digunakan untuk mengambil file program dengan
ekstensi HEX untuk diproses dan dijalankan oleh mikrokontroller.
d. ASM51
Digunakan untuk mengubah file program yang semula berkstensi
ASM menjadi HEX agar dapat diproses oleh mikrokontroller.
e. Notepad
Software untuk penulisan program.
3.2.3 Alat-alat Pendukung
a. Solder
Digunakan untuk menyambung komponen dengan memanaskan
timah patri.
b. Bor
Digunakan untuk membuat lubang pada PCB.
c. Multimeter
Alat untuk mengukur besarnya tegangan, arus dan resistensi.
17
d. Obeng
Alat untuk merapatkan mur,terdiri dari obeng plus dan minus.
e. Cutter
Digunakan untuk memotong PCB dan chase.
f. Tang
Alat ini digunakan untuk memotong dan mengelupas kabel
maupun memotong kaki komponen.
3.3 Perancangan Perangkat Keras dan Rangka Kontrol Suhu Bantal Terapi
3.3.1 Diagram Alir
Dalam pembuatan alat kontrol suhu ini ada beberapa tahap yang harus
dilakukan. Tahap yang dilakukan antara lain merancang rangkaian yang
digunakan dan menggambar layout PCB. Dalam satu papan PCB dibuat
rangkaian sistem minimum AT89S51 yang dihubungkan dengan rangkaian
ADC0804 dan LCD. Tahap berikutnya setelah semua rangkaian selesai dibuat
dan komponen dirangkai adalah melakukan pengujian keseluruhan rangkaian
tersebut. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem sudah
bekerja dengan baik atau tidak. Hasil pengujian dicatat sebagai data yang
berupa hasil pengukuran suhu bantal terapi yang ditampilkan di LCD.
Berikut diagram alir dari tahap pembuatan alat kontrol suhu:
18
Gambar 3.2 Diagram Alir
3.3.2 Perancangan Perangkat Keras
Ada tujuh rangkaian untuk perancangan perangkat keras alat
kontrol suhu bantal terapi ini. Rangkaian perangkat keras dibuat dengan
software protel.
a. Rangkaian ADC0804
Rangkaian ADC0804 dihubungkan dengan komponen-komponen
elektronika seperti kapasitor, resistor, dan resistor pack. Input ADC
(Vin+) akan dihubungkan dengan sensor suhu LM35 sedangkan
outputnya (pin 11-18) dihubungkan dengan mikrokontroller.
19
Gambar 3.3 Rangkaian ADC0804
b. Rangkaian Catu Daya
Catu daya yang digunakan adalah trafo step down yang berfungsi
menurunkan tegangan 220 Volt dari PLN menjadi 12 Volt. Arus yang
dihasilkan trafo masih berupa arus AC (bolak-balik) akan diubah
menjadi arus DC (searah) oleh rangkaian penyearah yang terdiri dari
empat buah dioda dan difilter oleh kapasitor. LM7805 digunakan
untuk menstabilkan tegangan agar menjadi 5 Volt sesuai kebutuhan
mikrokontroller.
20
Gambar 3.4 Rangkaian Catu Daya
c. Rangkaian LM35
Sensor suhu LM35 ada tiga pin, yaitu pin Vs yang dihubungkan
dengan VCC, pin Vout yang dihubungkan dengan Vin ADC (sebagai
masukan pada ADC) dan pin ground yang dihubungkan dengan
ground.
Gambar 3.5 Rangkaian LM35
21
d. Rangkaian Mikrokontroller AT89S51
Pin mikrokontroller dihubungkan dengan dengan beberapa
komponen elektronika sesuai fungsi masing-masing pin. Pin X1 dan
X2 dihubungkan dengan kristral osilator dan dua buah kapasitor
(keramik) bernilai 33pF. Pin RESET dihubungkan dengan resistor 22K
dan kapasitor 1uF. Masing-masing komponen tersebut terhubung ke
VCC dan ground. Port 0 pada mikrokontroller dihubungkan dengan
resistor pack.
Gambar 3.6 Rangkaian Mikrokontroller AT89S51
e. Rangkaian LCD
Data yang akan ditampilkan ke LCD terhubung ke Port 2
mikrokontroller. Pin 3 pada LCD (VLCD) dihubungkan ke Variable
Resistor (VR) untuk mengatur kecerahan LCD.
22
Gambar 3.7 Rangkaian LCD
f. Rangkaian Push Button
Rangkaian push button ini terdiri dari tiga buah saklar mode, up
dan down. Saklar up dan down digunakan untuk mengatur batas bawah
dan batas atas suhu,saklar mode digunakan untuk mengaktifkan cursor
saat akan mengatur suhu.
Gambar 3.8 Rangkaian Saklar Mode, Up, Down
23
g. Rangkaian relay
Dalam alat ini relay berfungsi sebagai saklar otomatis. Relay terdiri
dari suatu lilitan dan switch mekanik. Switch mekanik akan bergerak
jika ada arus listrik yang mengalir melalui lilitan. Bila dialiri arus
listrik relay terhubung berarti relay dalam keadaan Normally Open
(NO) sedangkan jika tidak dialiri arus listrik relay terhubung baerarti
dalam keadaan Normally Close (NC). Dalam pembuatan alat ini
digunakan relay 12 Volt.
Gambar 3.9 Rangkaian Relay
3.3.3 Mencetak PCB
Pola dan gambar jalur rangkaian PCB yang telah dibuat dengan
protel kemudian dicetak melalui tahapan-tahapan berikut:
Mencetak gambar layout PCB yang telah jadi pada kertas.
a. Penyablonan secara langsung di atas papan PCB.
b. PCB yang sudah disablon dilarutkan ke dalam campuran H2O2, HCl,
air dengan perbandingan 1:1:4. campuran larutan tersebut harus
diletakkan di wadah selain logam.
c. Rendam PCB dan goyang-goyangkan wadah larutan yang berisi PCB
agar lapisan tembaga yang tidak tertutup pola jalur PCB dapat
terkikis habis lebih cepat.
24
d. Setelah pola jalur terlihat jelas, bersihkan PCB dengan air untuk
menghilangkan sisa larutan.
e. Proses pelubangan PCB menggunakan bor PCB.
f. Untuk menghilangkan bekas pola jalur PCB digunakan tiner/bensin.
g. PCB dilapisi dengan cairan minyak dammar (gondorukem) untuk
mempermudah penyolderan.
3.3.4 Perancangan Alat
Perancangan alat yaitu dengan pemilihan wadah untuk keseluruhan
rangkaian yang telah dibuat. Alat yang sudah jadi tempatkan di
tupperware yang sesuai ukuran.
ADC0804
Relay
Sensor S.mode
IC AT89S51
LCD
S.up
S.down ON/OFF
Gambar 3.10 Rangka Alat
3.4 Perancangan Perangkat Lunak
Dalam perancangan perangkat lunak dibuat flowchart dari sistem kerja
alat. Berikut flowchartnya:
25
26
Gambar 3.11 Flowchart Sistem Kerja Alat
3.5 Tahap Penyelesaian
Setelah
rangkaian alat selesai dibuat, kemudian dilakukan langkah-
langkah untuk penyelesaiannya yaitu:
a. Menggabungkan keseluruhan rangkaian dan meletakkannya dalam sebuah
wadah yang sesuai ukuran rangkaian.
b. Penulisan program di notepad kemudian memasukkan program ke dalam
IC AT89S51. Langkah ini dilakukan setelah semua alat dipasang dengan
benar.
c. Melakukan uji coba alat yang telah berisi program untuk memastikan
bahwa alat tersebut dapat bekerja dan berjalan dengan baik sesuai yang
diinginkan.