2086‐9479 PERANCANGAN KONTROL OTOMATIS

Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN : 2086‐9479
PERANCANGAN KONTROL OTOMATIS TEMPERATUR RUMAH
KACA BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51
Yudhi Gunardi1,Firmansyah2
Jurusan Elektro, Universitas Mercu Buana
Jl. Meruya Selatan, Kebun Jeruk - Jakarta Barat.
Telepon: 021-5857722 (hunting), 5840816 ext. 2600 Fax: 021-5857733
Email: [email protected]
1,2
Abstrak
-
Kontrol
otomatis
memanfaatkan sensor serta aktuator-
temperatur rumah kaca merupakan
aktuator
sebuah aplikasi sistim temperature
temperatur pada ruang kaca.
suhu
Kata kunci : Kontrol otomatis,
otomatis
pada
sebuah
untuk
rumah\ruangan tertentu.Untuk dapat
temperatur,
menjalankan
mikrokontroller
temperature
fungsi
otomatis
tersebut
digunakan
beberapa macam sensor sebagai
mengendalikan
sensor
LM
35,
PENDAHULUAN
suatu sistim indranya dan beberapa
Seiring perkembangan teknologi
actuator sebagi sistim pendingin
yang semakin canggih, banyak kita
ruangan.
temukan
System yang digunakan berbasis
suatu system yang dikontrol secara
pengendali mikro ( mikrokontroller )
otomatis. Sebagai contoh adalah
AT89S51.
penerangan
dimana
temperatur
peralatan-peralatan
jalan
raya,
atau
seleksi
ruangan akan dikendalikan secara
barang pada industri-industri yang
otomatis oleh mikrokontroler, Untuk
umumnya
input
mikrokontroler
dipasang
berjalan dan tentu saja masih banyak
heater
dengan
tegangan
lagi contoh yang dapat diambil.
220volt/300Watt. Sebagai pemanas
Beberapa contoh yang disebutkan
ruangan dan sensor LM 35 berfungsi
tadi bertujuan untuk membantu dan
sebagai
meringankan
input
untuk
menditeksi
menggunakan
pekerjaan
ban
manusia
panas pada ruangan. Untuk output
sehari-hari
mikrokontroler dipasang 2 buah fan
meningkatkan
yang berfungsi sebagai pengatur
efektifitas dari suatu perkerjaan,
udara panas pada ruangan.
baik dari segi waktu, tenaga dan
Pada akhirya dengan sebuah sistem
biaya. Disini peneliti ingin mencoba
kontrol
yang
baik
Vol.4 No.3 September 2013
dan
juga
efisiensi
untuk
dan
akan
142
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
mengangkat judul Kontrol Otomatis
ISSN : 2086‐9479
2. Memahami
sistem
Temperature Rumah Kaca, karena
otomatisasi berikut cara kerja
peneliti menganggap control ini
pengaturan
banyak sekali manfaatnya dalam
ruangan
kehidupan manusia, terutama dalam
menggunakan
bidang pertanian atau perkebunan.
rangkaian sederhana
Karena
banyak
sekali
species
tanaman yang ada di Indonesia yang
temperature
dengan
sensor
dan
Pembatasan Masalah
Pada
penelitian
ini,
sudah hampir punah dan perlu
diperlukan batasan masalah agar
dilakukan
dan
pembahasan tidak terlalu luas dan
pengembangbiakan secara intensif
menyimpang dari topik. Pembatasan
sehingga akan didapatkan hasil yang
masalah
maksimal. Dalam peralatan atau
sebagai berikut:
system
1. IC pengendali mikro AT89S51
pelestarian
control
otomatis
dapat
yang
diberikan
dipergunakan mikrokontroller, PLC
sebagai
pengendali
atau PC sebagai otak atau unit
rancangan ini.
adalah
pada
control dalam peralatan atau system
2. IC konverter ADC0804 sebagai
tersebut. Dalam laporan ini peneliti
pengubah sinyal masukan analog
akan menggunakan mikrokontroller
menjadi sinyal keluaran digital.
sebagai unit control dalam system
3. Pembahasan
tentang
sensor
control otomatis rumah kaca
temperature, kelembaban, dan
Tujuan Penelitian
relay.
Maksud dan tujuan perancangan
4. Pembahasan tentang rangkaian
serta pembuatan alat yang berjudul
kendali untuk motor listrik arus
“Kontrol
Temperatur
searah ( DC ) dan rangkain
Rumah Kaca “ antara lain adalah
kendali untuk arus bolak balik (
sebagai berikut:
AC ).
Otomatis
5. Perangkat
lunak
yang
pengendalian
digunakan
berupa
bahasa
pengendali
assembler.
1. Mengetahui dan memahami
proses
menggunakan
mikro (microcontroller).
Vol.4 No.3 September 2013
143
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN : 2086‐9479
PERENCANAAN DAN
dibandingkan terhadap sinyal-sinyal
REALISASI SISTEM
terhadap algoritma, dimana tahapan-
Dalam perencanaan sistem “Kontrol
tahapan
Otomatis
sebagai berikut.
Temperature
Rumah
Kaca” dibagi menjadi 2 bagian
1.
yang
dilakukan
adalah
Dugaan pertama dilakukan
penting berdasarkan prinsip kerja
terhadap bit yang pertama yaitu
alat dan komponen yang digunakan.
dugaan
bilangan
biner
Diantaranya
10000000,
sehingga
“switch
Perencanaan
Input
Sistim, Perencanaan Output Sistim
tree”
akan
mengeluarkan
Perancangan Input Sistim
tegangan sebesar (128/256) X 5
ADC0804.
Volt = 2,5 Volt. Tegangan
ADC yang digunakan pada unit
sebesar 5 Volt diperoleh dari
ini adalah jenis pendekatan berturut-
selisih antara tegangan tegangan
turut (Successive Approximation).
referensi positif (5 Volt) dan
Pada ADC 0804, konversi dimulai
tegangan referensi negatif (0
dari bit yang paling berbobot pada
Volt).
registernya dan akan dikonversi dan
2. Pada akhir siklus pertama, SAR
hasilnya dibandingkan komparator.
(Successive
Approximation
Apabila lebih besar dari sinyal
Register)
akan
analog, maka bit tersebut bernilai
keluaran
dari
“0”, dan apabila bit tersebut diset
(comparator).
“1”. ADC ini mempunyai 1 saluran
masukan yang diduga (Va) lebih
analog dan 8 saluran digital yang
besar dari atau sama dengan
dihubungkan ke Port 3 pengontrol
tegangan dugaan (Vo), maka
mikro AT89S51.
SAR akan memberikan kode
memeriksa
pembanding
Jika
tegangan
biner 1 pada bit pertama dan
ADC 0804 disusun dari 256 R
“resistor ladder”. Jaringan kerja
kedua
resistor berfungsi sebagai pembagi
diselisihkan untuk dijadikan nilai
tegangan
Va yang baru.
yang
(SAR=Successive
dikontrol
SAR
Approximation)
3.
tegangan
tersebut
Jika tegangan masukan (Va)
untuk mengeluarkan sinyal dugaan.
lebih kecil dari tegangan dugaan
Sinyal
Vo,
dugaan
ini
Vol.4 No.3 September 2013
kemudian
maka
SAR
akan
144
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN : 2086‐9479
memberikan kode biner 0 pada
untuk mikrokontroler. Aktuator (
bit pertama dan kedua tegangan
motor ) digunakan sebagai output
tersebut tidak diselisihkan. Nilai
dari mikrokontoler.
Va yang baru adalah sama
dengan nilai Va yang lama.
Port 2 dan port 3 dari
mikrokontroler digunakan sebagai
Dugaan selanjutnya dilakukan
input, yaitu output dari sensor dan
terhadap bit kedua yaitu dengan
limit switch terhubung langsung
bilangan biner kedua 01000000,
dengan port 0 dan port 1. Besar
sehingga”switch
akan
tegangan output dari sensor maupun
V0
limit switch sesuai dengan logika
sebesar (64/256) X 5 Volt = 1,25
TTL, sehingga mikrokontroler dapat
Volt.
langsung
4.
mengeluarkan
tree”
tegangan
Pada rangkaian ini, pembangkit
sensor
memproses
dan
limit
input
switch
dari
untuk
clock ADC 0804 diberikan resistor
mendapatkan perintah output yang
(R) sebesar 10 KΩ, dan kapasitor
tepat sehingga robot dapat bergerak
sebesar 100 pF, sehingga frekuensi
sesuai dengan program yang telah
osilatornya adalah
dibuat.
F=
1
1.1RC
1
F=
= 6,06 KHz
4
(1.1x10 )(100 x10 −12 )
Frekuensi (Clock) F=758 KHz
Mikrokontroller AT89S51
Pada rangkaian minimum system
terdiri dari empat buah jalur I/O. Pin
1 s.d 8 adalah port 1.0 s.d port 1.7,
Port 0 dan port 1 dari
mikrokontroler digunakan sebagai
output,
tersebut terhubung dengan driver
untuk menggerakkan aktuator.
Perancangan Output Sistim
Rangkaian Pengendali Fan &
Exhaust
pada saat input katoda LED
port ini digunakan sebagai input
masukan sinyal yang berasal dari
rangkaian ADC 0804 Blok kedua
adalah mikrokontroler. Blok ketiga
adalah driver motor dan blok ke
empat adalah aktuator. Sensor dan
limit switch digunakan sebagai input
Vol.4 No.3 September 2013
yaitu pin-pin dari port
dari Opto Coupler ( Input 1 )
mendapatkan
logika
0,
maka
transistor dari Opto Coupler akan
aktif, sehingga arus akan mengalir
dari
colektor
menuju
ground,
sehingga terdapat tegangan pada
145
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
resistor 10kΩ. Tegangan pada gate
akan
menyebabkan
ISSN : 2086‐9479
Rangkaian Pengendali Heater
Pada saat input katoda LED
MOSFET
akan
dari Opto Coupler mendapatkan
mengalir dari tegangan sumber 12 V
logika 0, maka arus akan mengalir
melalui Fan menuju ground. Dengan
dari Vcc melalui LED menuju pin
kata lain MOSFET seperti saklar
Input
yang tertutup. Aliran arus pada
Ground. Sehingga
lilitan/kumparan
konduksi,
sehingga
menyebabkan
yang
berfungsi
sebagai
transistor dari
Fan
akan
Opto Coupler akan aktif, sehingga
induksi
pada
arus akan mengalir dari colektor
Fan
yang
menuju ground, sehingga terdapat
lilitan/kumparan
menghasilkan
arus
medan
magnet,
tegangan
pada
resistor
10kΩ.
sehingga Fan akan berputar. Untuk
Tegangan tersebut berfungsi sebagai
merubah arah putaran Fan, maka
teganga gerbang bagi MOSFET,
Input 2 pada kaki katoda dari Opto
sehingga MOSFET bekerja atau
Copler diberikan logika 0, sehingga
konduksi
atau
LED
tertutup,
sehingga
akan
menyala
untuk
sebagai
arus
saklar
akan
mengaktifkan transistor dari Opto
mengalir dari sumber tegangan 12V
Coupler. Arus akan mengalir dari
melalui Koil Relay menuju ground.
Vcc menuju ground, sehingga akan
Arus listrik yang melalui koil akan
terdapat
menimbulkan
tegangan
pada
resistor
induksi
listrik
10kΩ. Tegangan tersebut digunakan
sehingga akan menghasilkan medan
untuk membias transistor, sehingga
magnet
transistor akan konduksi. Dengan
merubah posisi kontak Relay yang
kata lain, transistor seperti saklar
pada awalnya pada posisi NC
yang tertutup. Sehingga arus akan
menjadi NO, dengan kata lain Relay
mengalir dari tegangan sumber 12 V
menjadi sebuah saklar. Sehingga
melalui koil relai menuju ground.
arus akan mengalir dari tegangan
Pada koil relai akan timbul induksi
sumber 220V menuju Heater dan
yang menghasilkan medan magnet.
Heater
Medan magnet ini akan merubah
pemanas untuk menaikkan suhu
posisi kontak dari relai, sehingga
ruangan
yang
akan
berfungsi
bekerja
untuk
sebagai
arah putaran Fan akan berubah.
Vol.4 No.3 September 2013
146
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
dimana receiver menerima sinyal
ISSN : 2086‐9479
Analisa
Rangkaian
Pengendali
pantul dari objek yang dikirimkan
exhaust Dengan Relai
oleh transmitter. Pada saat sensor
Dari data hasil pengujian rangkaian
mendeteksi
output
pengendali motor DC 12 Volt
rangkaian sensor akan berlogika ”0”
dengan relay yang diperlihatkan
dan sebaliknya pada saat sensor
pada tabel 4.3 diperoleh data bahwa
tidak
pada saat motor berputar :
objek
mendeteksi
maka
objek
maka
rangkaian sensor akan berlogika ”1”.
Motor
Rangkaian LCD
outputnya adalah 11,8 V (logik ‘1’
LCD yang digunakan dalam
perancangan
ini
adalah
16x2
karakter.
Berputar:
),dan
Motor
outputnya
Tegangan
Mati
:
Tegangan
adalah 0,02 V ( logik
‘0’).
Dengan
dengan
membandingkan
mekanisme
perencanaan
kerja motor dengan relay yang
PENGUJIAN
DAN ANALISA
diperlihatkan
pada
tabel
4.2,
tegangan ini masih dalam batas yang
DATA
Untuk membuktikan bahwa alat
ditentukan yaitu antara tegangan 10
ini bekerja dengan baik maka alat ini
V sampai dengan 12 V. , dapat
perlu dilakukan pengujian-pengujian
disimpulkan
yang mana pengujian tersebut sangat
pengendali motor DC 12 V tersebut
berguna
sesuai dengan perencanaan yang
untuk
mengetahui
bahwa
rangkaian
keakuratan alat ini.
diharapkan.
Data Hasil Pengujian Alat
Pengujian Rangkaian Heater
Pengujian Rangkaian Exhaust
Tabel Hasil Pengukuran
Tabel Hasil Pengukuran
Rangkaian Heater
INPUT
Rangkaian Exhaust
INPUT
LOGIK
MOTOR
LOGIK
KONDISI
MOTOR
TEGANGAN
KONDISI
MOTOR
EXHAUST
0,02 Volt
OFF
0,08 Volt
MATI
4,40 Volt
ON
11,80Volt
HIDUP
Vol.4 No.3 September 2013
HEATER
KONDISI
HEATER
TEGANGAN
KONDISI
HEATER
HEATER
0,03 Volt
OFF
0,0 Volt
MATI
4,25 Volt
ON
220 Volt
HIDUP
147
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
Analisa
Rangkaian
Pengendali
ISSN : 2086‐9479
Dari
hasil
tegangan
Heater Dengan Relai
pengujian
keluaran
diketahui
sensor
naik
Dari data hasil pengujian
sebesar 50mV untuk setiap 5°C atau
rangkaian pengendali Heater 220
10mV/°C, maka sensor telah bekerja
Volt
dengan baik.
dengan
diperlihatkan
relay
pada
yang
4.6
Pengujian Perubahan Suhu Udara
diperoleh data bahwa pada saat
didalam Rumah Kaca Terhadap
motor berputar :
Waktu
Motor Berputar
tabel
:
Tegangan
outputnya adalah 220 V ( logik ‘1’ ),
Tabel Hasil Pengukuran
Setting Suhu
Suhu Awal
o
dan Motor Mati
:
Tegangan
outputnya adalah 0,0 V ( logik ‘0’ ).
Dengan
membandingkan
Suhu Akhir
o
Respon Time
o
( C)
( C)
( C)
(s)
31
30
31
2,22
32
31
32
1,14
33
32
33
2,22
34
33
34
3,38
Heater
35
34
35
2,16
dengan motor Dc , tegangan ini
36
35
36
1,13
37
36
37
2,24
38
37
38
2,10
mekanisme
perencanaan
masih dalam batas yang ditentukan
yaitu antara tegangan 210 V sampai
Sehingga dapat dianalisa perubahan
dengan 220 V. , dapat disimpulkan
suhu
bahwa rangkaian pengendali Heater
menggunakan rumus sebagai berikut
tersebut sesuai dengan perencanaan
terhadap
waktu
dengan
n
Xi
i =1 n
∑
X Perubahan / 1o C
=
Pengujian Sensor LM 35
X perubahan /1° C
=
Tabel Hasil Pengukuran Sensor
1,14 + 2,22 + 3,38 + 2,16 + 1,13 +
LM35
2,24 + 2,10 /8
yang diharapkan.
Tegangan
Suhu
keluaran
X perubahan /1° C
2,22 +
= 17
8
15˚C
0,15
20˚C
0,20
25˚C
0,25
Artinya lamanya perubahan suhu
30˚C
0,30
35˚C
0,35
terhadap waktu adalah ±3 detik
40˚C
0,40
secon setiap satu derajatnya.
45˚C
0,45
50˚C
0,50
Pengujian Sistim Keseluruhan
Vol.4 No.3 September 2013
X perubahan /1° C
= ±3 detik
148
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
Pengujian
keseluruhan
sistem
dilakukan
dengan
ISSN : 2086‐9479
X error /1° C
= -0.2 + 0.1 + 0
+
menempatkan sensor LM35 dan
-0,3 + 0,4 + 0,5 /6
termometer dalam plant suhu yang
X error /1° C
sama
kemudian
antara
suhu
tertampil
= 0,4˚C
membandingkan
penunjukan
pada
X error /1° C
= ± 0.0666666
terhadap
Dari data hasil pengujian rangkaian
penunjukan suhu pada termometer
Sensor Lm 35 yang diperlihatkan
selama 10 menit.
pada tabel 4.9 dapat disimpulkan
Tabel Hasil Pengukuran
bahwa
Tampilan
LCD
yang
6
tampilan
suhu
suhu
lcd
termometer
rangkaian
Sensor
LM35
tersebut bekerja dengan baik dan
error
sesuai dengan perencanaan yang
diharapkan
35˚C
34,8˚C
-0,2˚C
36˚C
36,1˚C
0,1˚C
37˚C
37˚C
0˚C
38˚C
37,7˚C
-0,3˚C
Berdasarkan
39˚C
39˚C
0,4˚C
pengujian
40˚C
40,6˚C
0,5˚C
∑ error
Hasil
0,4˚C
percobaan
menunjukkan
bahwa sistem akuisisi data suhu
memiliki error rata-rata sebesar
0,06666°C, nilai ini didapat dengan
menjumlahkan semua nilai error dari
setiap
pengujian
dibagi
KESIMPULAN
rumus
adalah
dan realisasi sistem, maka dapat
disimpulkan
1. Untuk
=
pilihan yang cukup baik dalam
pengukuran
sebagai
relatif
temperature.
harganya
murah,
yang
liniearitasnya
lumayan bagus.
dengan
2.
Agar
penyebaran
suhu
disetiap titik enclosure mendapatkan
suhu
Vol.4 No.3 September 2013
temperature,
LM35 merupakan salah satu
jumlah
menggunakan rumus sebagai berikut
X error /1° C
sensor
Dikarenakan
waktu
hasil
yang digunakan dalam perencanaan
Sehingga dapat dianalisa perubahan
terhadap
data-data
diperoleh dari beberapa sumber
berikut.
suhu
dan
hasil
perhitungan serta data-data yang
pengujian ( 6 kali ).
Secara
data-data
yang
merata
diperlukan
149
Jurnal Teknik Elektro, Universitas Mercu Buana
ISSN : 2086‐9479
tambahan kipas sebagi pendukung
proses penyebaran suhu. Disamping
itu
juga peletakan
heater haru
ditempatkan pada posisi yang benar,
sehingga
perlu
diperhitungkan
desain peletakan komponen dan
bentuk
enclosure
dari
kontrol
otomatis temperatur rumah kaca.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Nalwan, P. Andi, Teknik Antar
Muka
dan
Pemrograman
Mikrokontroler
AT89C51,
ELEX
KOMPUTINDO,
MEDIA
PT.
Jakarta, 2003.
[2]
Depari,
Rangkaian
Ganti.
Drs,
Teori
Elektronika,
Sinar
Baru Bandung, Bandung, 1986.
[3] Coughlin, Robert and Federick
Driscoll, Penguat Operasional dan
Rangkaian
Terpadu
Linier,
Jakarta : Erlangga.
[4]
Ogata,
Kontrol
Katsuhiko,
Otomatik,
Teknik
Jilid
1,
Erlangga, Jakarta, 1991
Vol.4 No.3 September 2013
150