Pemantau dan Penjaga Kestabilan Suhu Ruangan Menggunakan Mikrokontroler Cecep Nugraha Sobandi1, Erfan Subiyanta2,Sugeng Suprijadi3 1 Mahasiswa Teknik Elektro Universitas17 Agustus1945 Cirebon 2,3 Dosen Teknik Elektro Universitas17 Agustus1945 Cirebon email: [email protected], [email protected], 3 [email protected] Abstrak—Telah dibuat suatu sistem pemantau dan penjaga kestabilan suhu ruang menggunakan sensor LM35 berbasis mikrokontroler yang dirancang untuk memudahkan dalam memantau dan penjaga suhu ruang. Sistem ini terdiri dari sensor suhu LM35, Fan DC, Logging Shield dan lcd, dan sistem arduino. Pemantauan suhu ruang akan ditampilkan melalui LCD dan Log Suhu akan Tersimpan dalam memori sd card. Sensor LM35 diletakkan pada salah satu sudut miniatur ruangan digunakan untuk mengetahui suhu yang terdeteksi pada miniatur ruangan tersebut. Data dari sensor akan ditampilkan pada LCD dan data suhu yang terukur akan tersimpan tiap 3 (tiga) menit di memori sd card. Kipas atau fan yang terdapat dalam suatu ruangan digunakan untuk mempertahankan agar suhu tetappada kisaran setpoint yang ditentukan, semakin tinggi suhu maka kipas akan semakin cepat. Kata kunci Arduino,Lcd :Sensor Suhu berbasis opensource sehingga sangat sulit untuk membuatnya.Oleh karena itu, dalam penelitian pembuatan alat ini penulis menggunakan sensor suhu dengan kode LM35 dengan tipe LM35DZ, dimana range suhu yang terukurnya cukup lebar dan memiliki akurasi yang cukup tinggi serta tergolong ekonomis. Serta penulis juga menggunakan Arduino uno yang merupakan pengendali mikro single-board yang bersifat open-source dan LCD sebagai display. Dalampenelitian ini penulis membuat sebuah alat pemantau dan penjaga kestabilan suhu ruangan dengan menggunakan mikrokontroler arduino uno yang akan ditampilkannya dengan menggunakan LCD dan log suhu akan tersimpan di memori. Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dibuatlah Tugas Besar ini dengan judul ―Pemantau dan penjaga kestabilan suhu miniatur ruangan menggunakan mikrokontroler‖. LM35,Mikrokontroler II. DASAR TEORI Abstract—Has created a system of monitoring and guard the stability at room temperature using LM35 sensor-based microcontroller designed to make it easier to monitor and guard room temperature. The system consists of a temperature sensor LM35, Fan DC, Logging Shield and lcd, and arduino system. Monitoring the temperature of the room will be displayed through the LCD and Log Temperature will be Stored in memory sd card. LM35 sensors placed at one corner of the miniature room is used to determine the temperature that is detected in the room miniature. Data from the sensors will be displayed on the LCD and the measured temperature data will be stored every three (3) minutes in sd memory card. Fan is contained in a room used to keep the temperature remains in the range of specified setpoint, the higher the temperature, the fan will be faster. A. Arduino Uno Jenis yang ini adalah yang paling banyak digunakan.Terutama untuk pemula sangat disarankan untuk menggunakan Arduino Uno.Banyak sekali referensi yang membahas Arduino Uno. Versi yang terakhir adalah Arduino Uno R3 (Revisi 3), menggunakan ATMEGA328 sebagai Microcontroller, memiliki 14 pin I/O digital dan 6 pin input analog. Untuk pemograman cukup menggunakan koneksi USB type A to To type B. Sama seperti yang digunakan pada USB printer. Gambar 2.1 Arduino Uno Keywords: LM35 temperature sensor, microcontroller Arduino, Lcd I. PENDAHULUAN Pada era modern ini, perkembangan teknologi elektronika berkembang dengan pesat.Salah satu komponen elektronika yang berkembang pesat tersebut adalah sensor dan pengendali mikro singleboard.Meskipun terdapat beraneka ragam sensor, kebanyakan sensor terutama sensorsuhu memilikirentangterukur yang sempit serta akurasi yang rendah namun memiliki biaya yang tinggi.Disamping itu, terdapat banyak pengendali mikro single-board yang tidak Tabel 2. 1 Spesifikasi Arduino Uno 75 Mikrokontroler Tegangan pengoperasian Tegangan input yang disarankan Batas tegangan input Jumlah pin I/O digital Jumlah pin input analog Arus DC tiap pin I/O Arus DC untuk pin 3.3V Memori Flash SRAM EEPROM Clock Speed tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. ATmega328 5V 7-12V Meskipun tegangansensorini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan ke sensor adalah sebesar 5 volt, sehinggadapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (selfheating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5ºC pada suhu 25 ºC. 6-20V 14 (6 di antaranya menyediakan keluaran PWM) 6 40 Ma 50 Ma 32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 KB digunakan oleh bootloader 2 KB (ATmega328) 1 KB (ATmega328) 16 MHz B. Bahasa Pemrograman C Bahasa Pemrograman C diciptakan dan dikembangkan oleh Brian Kernighan dan Denis Ritchie di Bell Research Labs.Bahasa Pemrograman C secara khusus diciptakan dengan tujuan agar para programmer (orang yang membuat programkomputer) dapat mengakses seluruh internal register. I/O slots dan absolute address dari sebuah komputer. Pada awal tahun 1960-an, sistem operasi komputer mulai menjadi jauh lebih kompleks dari sebelum sistem operasi dibuat karena ada pengenalan multi terminal dan kemampuan multi prosessor.Pada saat itu, sistem operasi diciptakan menggunakanbahasa assembly (bahasa pemrograman tingkat rendah).Di mana banyak pengembang menyadari bahwa suatu sistem operasi dapat dikembangkan lebih lagi, tidak cukup hanya menggunakan bahasa assembly.Asalmula Bahasa C yang dimplementasikan pada Digital Equipment Corporation PDP-7. Pada perkembangan setelah itu Bahasa Pemrograman C digunakan untuk mengimplementasikan Sistem Operasi Unix. Bahasa C atau C++ adalah suatu bahasa pemrograman.Bahasa C termasuk sebagai bahasa pemrograman tingkat menengah, agar bahasa C bisa dipelajari dengan lebih mudah karena mudah dimengerti tetapi mempunyai kemampuan yang tinggi.Bahasa C bisa digunakan untuk merekayasa program untuk segala kebutuhan, baik untuk aplikasi bisnis, matematis atau bahkan game.Bahasa Pemrograman C telah mengalami banyak evolusi sejak awal diciptakanya hingga saat ini. Saat ini, banyak Bahasa Pemrograman yang merupakan jenis dari Bahasa C seperti: C ++, Java Script, PHP, Java, perl dan lain sebagainya. Bisa juga dibilang bahasa C adalah induk dari bahasa pemrograman saat ini. Gambar diatas menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajat celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut: * VLM35= Suhu 10mV D. Kabel USB tipe A-B Bus Beruntut Semesta (USB) (bahasa Inggris : Universal Serial Bus) adalah standar bus serial untuk perangkat penghubung, biasanya kepada komputer namun juga digunakan diperalatan lainnya seperti konsol permainan, ponsel dan PDA. Sistem USB mempunyai desain yang asimetris, yang terdiri dari pengontrol host dan beberapa peralatan terhubung yang berbentuk pohon dengan menggunakan peralatan hub yang khusus. C. Sensor Suhu LM35 Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubahbesaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang Desain USB ditujukan untuk menghilangkan perlunya penambahan expansion card ke ISA komputer atau bus PCI, dan memperbaiki kemampuan plug-andplay (pasang-dan-mainkan) dengan memperbolehkan peralatan – peralatan ditukar atau ditambah ke sistem 76 tanpa perlu mereboot komputer. Ketika USB dipasang, Ia langsung dikenal sistem komputer dan memproses devicedriver yang diperlukan untuk menjalankannya. Pada Perancangan dan Implementasi Pengontrol Suhu Ruangan dengan Menggunakan Sensor LM35 Berbasis Mikrokontroler ArduinoUno, kabel USB digunakan sebagai port penghubung ke Komputer yang nantinya akan berfungsi sebagai catu daya. membuat Kristal terlihat lebih gelap dari penglihatan mata manusia sehingga bentuk titik atau bar dapat dilihat dari perbedaan latar belakang. Pada LMB162 \A terdapat register data dan register perintah. Proses akses data ke atau dari register data akan mengakses ke CGRAM, DDRAM atau CGROM bergantung pada kondisi Address Counter, sedangkan proses akses data ke atau dari Register perintah akan mengakses Instruction Decoder (dekoder instruksi) yang akan menentukan perintah – perintah yang akan dilakukan oleh LCD. E. Data Logging Shield Data Logging Shield adalah shield untuk Arduino yang berfungsi menambahkan fitur logging / pencatatan log ke dalam memori SDcard.Shield ini memiliki 1 slot untuk memasang memori SDcard danbuiltin RTC DS1307. F. FAN Fan atau kipas merupakan alat pendingin, pada penelitian ini, fan merupakan salah satu pembentukfaktor suhu yang diinginkan. Fan yang digunakan adalah motor dc5V. H. SD Card SDCard adalah kartu memori non-volatile yang dikembangkan olehSD Card Association yang digunakan dalam perangkat portable.Saat ini,teknologi microSD sudahdigunakanolehlebihdari400 merek produk serta dianggap sebagai standar. G. LCD ( Liquid Cristal Display ) Display LCD sebuah liquid crystal atau perangkat elektronik yang dapat digunakan untuk menampilkan angka atau teks. Ada dua jenis utama layar LCD yang dapat menampilkan numeric (digunakan dalam jam tangan, kalkulator, dll) dan menampilkan teks alfa numeric (sering digunakanpadamesinfotokopidan telepon genggam). Dalam menampilkan numerik ini Kristal yang dibentuk menjadi bar, dan dalam menampilkan alfanumerik Kristal hanya diatur kedalam pola titik. Setiap Kristal memiliki sambungan listrik individu sehingga dapat dikontrol secara independen. Ketika Kristal off '(yakni tidak ada arus yang melalui kristal) cahaya Kristal terlihat sama dengan bahan latar belakangnya, sehingga Kristal tidak dapat terlihat. Namun ketika arus listrik melewati kristal, itu akan merubah bentuk dan menyerap lebih banyak cahaya. Hal ini Keluarga SDCard yang lain terbagi menjadi SDSC yang kapasitas maksimum resminya sekitar 2 GB, meskipun beberapa ada yang sampai 4GB. SDHC (High Capacity) memiliki kapasitas dari 4GB sampai 32GB. Dan SDXC (Extended Capacity) kapasitasnya diatas 32GB hingga maksimum 2TB. Keberagaman kapasitas seringkali membuat kebingungan karena masing-masing protokol komunikasi sedikit berbeda. Dari sudut pandang perangkat, semua kartu ini termasukkedalam keluarga SD. SD adapter memungkinkan konversi fisik kartu SD yang lebih kecil untuk bekerja dislot fisik yang lebih besar dan pada dasarnya ini adalah alat pasif yang menghubungkan pin dari SDCard yang kecil kepin adaptor SDCard yang lebih besar. 77 1) III. PERANCANGAN PERANGKAT KERAS DAN LUNAK A. Studi Literatur 2) Mempelajari tentang pemrograman sofware arduino uno dalam penunjang software aplikasi sistem kendali. Mempelajari tentang desain rangkain. Mempelajari tentang teknik interface antara input dan output arduino dengan sensor suhu LM35 sebagai input dan tampilan di lcd, Penyimpanan data suhu di Sdcard.Kipas/fan yang dapat diatur kecepatan sebagai outputnya. 3) 4) B. Perancangan Sistem Rangkaian pemantau dan penjaga suhu ruangan berbasis microcontroller dirancang sebagai sistem kontrol yang bekerja secara otomatis dengan lup tertutup (otomatic clossed-loop control system). Sistem ini berfungsi sebagai penstabil suhu ruangan yang bekerja otomatis berdasarkan set point suhu yang telah ditentukan.Microcontrollersebagaipengendali, mendapatkan masukan set point suhu dari program yang telah di upload kedalamnya. Setpoint suhu tersebut merupakan suhu ruangan yang akan terus dipertahankan, yang memiliki batas atas dan batas bawah. Bila suhu ruangan atau sama dengan suhu batas bawah maka sebagai kendali kipas tidak dipeintahkan untuk bekerja. Saat suhu ruangan mulai melebihi suhu batas bawah maka kipas akan bekerja. Semakin panas suhu ruangan semakin besar pula putaran kipas untuk menurunkan suhu ruangan.Bila di tinjau secara diagram blok, rangkaian pemantau daan pengendali ruangan berbasis microcontroller di bagi menjadi 3 (tiga) blok, yaitu blok masukan, blok proses dan blok kluaran, yang masing – masing blok terdiri dari beberapa komponen. 5) 6) 7) 8) C. Perancangan dan pembuatan perangkat keras (HARDWARE) Dalam perancangan pemantau dan pengatur suhu ruangan ini menggunakan arduino uno sebagai dasar utamanya, sehingga diperlukan sebuah modul arduino uno sebagai otak dasarnya. Perancangan perangkat keras ini dilakukan untuk tercipta sebuah alat yang bisa memantau dan mengatur suhu serta dapat menyimpan data suhu yang terbaca. Untuk perancangan hardware pemantau dan pengatur suhu pada miniatur ruangan menggunakan mikrokontroller diperlukan : Power Supply : Power supply 12 Vdc berfungsii sebagai sumber tegangan ke rangkaian Arduino, Driver Motor, dan Fan Arduino : Arduino yang berisi mikrokontroller ini menggunakan Arduino UNO R3 yang digunakan untuk mengolah data dari input dan menghasilkan output yang diinginkan dari program yang telah dibuat. LM35: Sensor suhu lm35 berfungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. LCD (Liquid Crystal Display): LCD berfungsi menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler. Shield Data Logger : Shield Data Logger atau SD Modul merupakan solusi untuk mengirim data ke SDcard. Shield Data Logeer dapat dihubungkan ke Arduino maupun mikrokontroler lainnya, sehinggabermanfaat untuk menambah kapasitas tempat penyimpanan data dan pencatatan data Sd Card : Sd Card berfungsi sebagai tempat penyimpanan data hasil input yang terbaca kemudian di simpan. Fan/Kipas : Fan/Kipas berfungsi mengeluarkan panas dan menggantinya dengan udara segar kedalam ruangan. Driver Fan/Kipas : Berfungi untuk mengendalikan kecepatan Fan atau kipas. Gambar 3.2 Skema Rangkaian 78 IV. suhu yang diinginkan dan menggunakan hydrayer, sebagai pemanas sensor suhu dan thermometer di beri jarak ± 10 cm. PENGUJIAN DAN ANALISA HASIL PERCOBAAN A. Pengujian Awal sensor LM35 Tabel 4.2Sensor Suhu Data logger Dengan Termometer Sensor suhu LM 35 digunakan untuk mengukur temperatur baterai ,untuk interface sensor tersebut ke mikrokontroller langsung dikoneksikan dengan pin VCC ,GND dan data analog hasil pembacaan sensor ,untuk interface sensor LM35 tidak digunakan komponen tambahan seperti resistor dan kapasitor, Sensor suhu LM35 akan memberikan input analog yang kemudian akan dikonversikan kedalam bentuk digital. No Datasuhu TeganganOutput 1 26,54°C 0,26V 2 27,38°C 3 28,56°C 0,27V Sensor 0,28V 4 29,14°C 0,29V 5 30,11°C 0,3V 6 30,19°C 0,31V 7 31,32°C 0,32V 8 32,97°C 0,33V 9 35,11°C 0,34V 10 36,41°C 0,35V Waktu (Menit) Suhu Yang terbaca (0C) Suhu LM35 Suhu Thermometer 1 27,05ºC 27ºC 2 31,05ºC 31ºC 3 36,10ºC 35ºC 4 38,37ºC 38ºC 5 40,25ºC 40ºC 6 41.94 ºC 42ºC 7 42,01 ºC 43ºC 8 47,71 ºC 47ºC 9 49,21 ºC 50ºC 10 53.41 ºC 54ºC Dari Tabel4.3 didapatkan grafik perbandingan pembacaan sensor dan pembacaan thermometer merupakan grafikper Sensornya. Tabel 4. 1 Pengujian nilai input LDR C. Pengujian Sistem Pengujian ini digunakan untuk kecocokan antara pembacaan data dari mengetahui pembacaan sensor melalui lcddan data yang terekam pada sd card menggunakan komunikasi serial, perekaman data ini diambil 10 sample untuk diuji tingkat kecocokan data pembacaan sensor melalui lcd dan data yang terekam Grafik 4.2 Hasil Pengujian Sensor pada sd card. B. Pengkalibrasian Sensor Suhu Data logger Dengan Termometer Pengambilan data ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar perbandingan antara suhu yang dibaca oleh sensor LM35 pada dengan suhu yang terbaca oleh termometer. Serta lama waktu untuk mencapai suhu yang diinginkan dengan suhu awal 25ºC. Pada tabel 4.3 dibawah ini akan ditunjukan besarnya perbandingan suhu antara yang dibaca sensor dengan termometer dan lama waktu untuk mencapai batasan Tabel 4.3Pengamatan Data yang Terekam No 1 2 3 4 79 Data pembacaan sensor melalui LCD 27,05ºC 31,05ºC 36,10ºC 38,37ºC Data pembacaan sensor yang masuk ke SD Card 27,05ºC 31,05ºC 36,10ºC 38,37ºC Keterangan Data Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil 5 6 7 8 9 10 40,25ºC 41.94 ºC 42,01 ºC 47,71 ºC 49,21 ºC 53.41 ºC 4) Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil 40,25ºC 41.94 ºC 42,01 ºC 47,71 ºC 49,21 ºC 53.41 ºC jika suhu >=46 maka kipas / fan dalam keadaan bekerja dengan dengan mode SP (Speed) 13dengan kecepatan 225 Rpm. Berikut ini adalah tabel hasil pengamatan yang dilakukan : Tabel 4.5 Pengujian Kipas / Fan No Data pembacaan sensor melalui LCD Kipas / Fan 1 28 Off 2 30 Off 3 33 On Datalogger temperature ini bekerja pada tegangan 4 39 On sumber antara 5–12Volt. Data yang direkam berupa 5 44 On 6 47 On Pada 4.5 tabel diatas menggambarkan bahwa data antara pembacaan sensor melalui LCD dan data yang masuk ke sdcard memiiki tingkat kecocokan 100% yang menandakan bahwa system write data sensor ke SDCard bekerja dengan baik. D. Outputfile Dalam pengujian sistem ini dibahas juga sample perekaman data dan kapasitas penggunaan sd card , data temperatur melalui pembacaan sensor LM35 , jumlah sample perekaman datayang dilakukan adalah Speed Kipas Speed 0 Speed 0 Speed 1 Speed 1 Speed 2 Speed 3 Keterangan Data Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil Berhasil 3 menit Berikut ini merupakan sample file dari Data logger, sample didapatkan saat merekam suhu ruangan selama15 menit dengan log data perdetik. menggunakan LM5, sample file tersimpan didalam SD card berkapasitas 1GB denganformat file CSV. Gambar 4.5 Pemantau dan Pengendali Suhu Ruangan V. PENUTUP A. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian tugas akhir ini maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : Gambar 4.4 Hasil Pengujian Alat 1. E. Pengujian Kipas / Fan Kipas / Fan dengan data set point yang di tentukan : 1) jika suhu < =31 maka kipas / fan dalam keadaan tidak bekerja 2) jika suhu >=32 dan <=36 maka kipas / fan dalam keadaan bekerja dengan dengan mode SP (Speed) 1 dengan kecepatan 60 Rpm 3) jika suhu >=37 dan <=45 maka kipas / fan dalam keadaan bekerja dengan dengan mode SP (Speed) 2 dengan kecepatan 150 Rpm 2. 3. 4. 80 Telah diimplementasikan dengan baik sesuai perancangan sistem pemantau dan pengatur suhu ruang menggunakan sensor LM35 berbasis Arduino Uno. Pada sistem ini pemantauan suhu ruangan dapat dilihat dengan menggunakan LCD dan Data yang tersimpan di SD Card. Pengatur suhu ruang agar stabil dilakukan oleh Kipas / Fan yang dapat mengatur kecepatan sesuai dengan setpoint yang telah ditentukan. Data log gerini menyimpan data3 (tiga) Menit pembacaan data sensor suhu LM35. B. Saran Dari hasil tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan mungkin untuk dilakukan pengembangan lebih lanjut. Diantaranya adalah : 1. Semoga prototipe alat ini dapat dapat diaplikasikan pada kebutuhan di Industri . [7] https://www.arduino.cc (diakses tanggal 5 juni 2016) [8] http://playground.Arduino.cc (diakses tanggal 21 juni 2016) [9] http://elektronika-dasar.web.id (diakses tanggal 7 juli 2016) REFERENSI [1] Anonim, 2016 Sensor Suhu LM35, http://www.engineersgarage.com/electronic components/lm35-sensor-datasheet [2] Masruchin, Widayanti, 2010, Sistem Kendali Suhu Ruang Berbasis Mikrokontroler AT89S51, http://papers.sttnbatan.ac.id/prosiding/2010/51.pdf [3] National Semiconductor . 2000.LM35 Precision Centigrade Temprature Sensors. (Online), (http://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/8866/NSC/LM35.html, diakses 8 September 2010) [4] Rama Okta Wiyagi, Riyanto, 2011, Sistem Monitoring Suhu Ruang Server Berbasis Web dengan MenggunakanEZ430, [5] Tim Skripsi, 2016Pedoman PenulisanSkripsi. Fakultas TeknikUniversitas17Agustus 1945 [6] http://id.wikipedia.org/wiki/arduino(diakses tanggal 1 juni 2016) 81