Perkembangan teknologi material telah melahirkan suatu material jenis baru yang dibangun secara bertumpuk dari beberapa lapisan. Material ini lah yang disebut material komposit. Material komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan dirancang untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya. Pada dasarnya, komposit dapat didefinisikan sebagai campuran makroskopik dari serat dan matriks. Serat merupakan material yang (umumnya) jauh lebih kuat dari matriks dan berfungsi memberikan kekuatan tarik. Sedangkan matriks berfungsi untuk melindungi serat dari efek lingkungan dan kerusakan akibat benturan.
Serat kaca (glass fibre) adalah material yang umum digunakan sebagai serat. Namun, teknologi komposit saat ini telah banyak menggunakan karbon murni sebagai serat. Serat karbon memiliki kekuatan yang jauh lebih baik dibanding serat kaca tetapi biaya produksinya juga lebih mahal. Komposit dari serat karbon memiliki sifat ringan dan juga kuat. Komposit jenis ini banyak digunakan untuk struktur pesawat terbang, alat-alat olahraga, dan terus meningkat digunakan sebagai pengganti tulang yang rusak.
Selain serat kaca, polimer yang biasanya menjadi matriks juga dapat dipakai sebagai serat atau penguat. Contohnya, kevlar merupakan serat polimer yang sangat kuat dan dapat meningkatkan toughness dari material komposit. Kevlar dapat digunakan sebagai serat dari produk komposit untuk struktur ringan yang handal, misalnya bagian kritis dari struktur pesawat terbang. Sebenarnya, material komposit bukanlah pengguaan asli dari kevlar. Kevlar dikembangkan untuk pengganti baja pada ban radial dan untuk membuat rompi atau helm antipeluru.
Sedangkan untuk matriks, kebanyakan material komposit modern menggunakan plastik thermosetting, yang biasanya disebut resin. Plastik adalah polimer yang mengikat serat dan membantu menentukan sifat fisik dari material komposit yang dihasilkan. Plastik termosetting berwujud cair tetapi akan mengeras dan menjadi rigid ketika dipanaskan. Plastik ini memiliki tahanan terhadap serangan zat kimia yang baik meskipun berada pada lingkungan ekstrim.
Untuk tujuan khusus, digunakan matriks dari keramik, karbon dan logam. Contohnya, keramik digunakan untuk material komposit yang didesain bekerja pada temperatur sangat tinggi dan karbon digunakan untuk produk yang menerima gaya gesek seperti bearing dan gir.
Pada material komposit dikenal istilah lamina dan laminate. Lamina adalah satu lembar komposit dengan satu arah serat tertentu, sedangkan laminate adalah gabungan beberapa lamina. Laminate dibuat dengan cara memasukkan pre-preg lamina ke dalam autoclave selama selang waktu tertentu dan dengan tekanan serta temperatur tertentu pula. Auroclave adalah suatu alat semacam oven bertekanan untuk menggabungkan lamina.
Dibanding dengan material konvensional keunggulan komposit antara lain yaitu memiliki kekuatan yang dapat diatur (tailorability), tahanan lelah (fatigue resistance) yang baik, tahan korosi, dan memiliki kekuatan jenis (rasio kekuatan terhadap berat jenis) yang tinggi.
Manfaat utama dari penggunaan komposit adalam mendapatkan kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan. Dengan memilih kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat membuat suatu material komposit dengan sifat yang tepat sama dengan kebutuhan sifat untuk suatu struktur tertentu dan tujuan tertentu pula.
Penerbangan modern, baik sipil maupun militer, adalah contoh utamanya. Keduanya akan menjadi sangat tidak efisien tanpa adanya material komposit. Material komposit canggih kini telah umum digunakan pada bagian sayap dan ekor, propeller, bilah rotor, dan juga struktur internal pesawat terbang. Selain aplikasi di industri dirgantara, dewasa ini material komposit telah banyak juga digunakan untuk badan mobil F1, alat-alat olahraga, struktur kapal dan industri migas.
Hambatan dalam aplikasi material komposit umumnya adalah soal biaya. Meskipun sering kali proses manufaktur material komposit lebih efisien, namun material mentahnya masih terlalu mahal. Material komposit masih belum bisa secara total menggantikan material konvensional seperti baja, tetapi dalam banyak kasus kita memiki kebutuhan akan hal itu. Tidak diragukan, dengan teknologi yang terus berkembang, pengunaan baru dari material komposit akan bermunculan. Kita belum melihat semua yang material komposit dapat lakukan.
Tampilkan postingan dengan label Teknologi. Tampilkan semua postingan
Tampilkan postingan dengan label Teknologi. Tampilkan semua postingan
Rabu, 10 Desember 2008
Sistem Kendali Fly by Wire
Pada beberapa dekade setelah Wright bersaudara melakukan penerbangan pertama, semua pesawat menggunakan sistem kendali mekanikal dan hidrolik. Pilot mengendalikan pesawat dengan menggunakan gaya langsung. Caranya adalah dengan menggerakan batang dan pedal kemudi yang terhubung dengan tali baja dan pushrod untuk menggerakkan control surfaces pada sayap dan ekor.
Ketika tenaga dari mesin dan kecepatan ditingkatkan, maka dibutuhkan gaya yang lebih besar, dan digunakanlah sistem hidolik untuk membantu. Sehingga, semua pesawat dengan ukuran besar dan performa tinggi memiliki sistem kendali terbang hidro-mekanikal. Sistem kendali terbang konvensional ini membatasi para perekayasa pesawat ketika melakukan konfigurasi dan desain dalam kaitannya dengan kestabilan terbang.
Dengan meningkatnya teknologi elektronika, muncul lah sebuah ide untuk membuat suatu sistem kendali terbang elektronik. Pada sistem kendali terbang elektronik ini, kawat baja dan pushrod digantikan oleh kabel yang jauh lebih ringan. Selain itu, dengan sistem kendali elektronik, perekayasa pesawat lebih fleksibel dalam menentukan konfigurasi, ukuran, dan penempatan komponen. Sistem kendali terbang elektronik ini lah yang kemudian dikenal dengan nama fly-by-wire system.
Fly-by-wire adalah suatu sistem kendali pesawat yang menggunakan sirkuit elektronik untuk mengirimkan input pengendalian dari pilot ke motor yang menggerakkan control surface seperti flap, aileron, dan rudder. Dalam sistem kendali fly-by-wire ini tidak ada lagi penghubung hidroulik maupun mekanikal secara langsung antara pilot dengan control surface pada pesawat. Digital fly-by-wire (DFBW) menggunkan sistem kendali terbang elektronik yang dipasangkan dengan komputer digital untuk menggantikan sistem kendali mekanikal konvensional.
Dengan menambahkan sebuah komputer digital antara pilot dan pesawat, maka banyak sekali keuntungan yang didapat. Fly-by-wire membuat pesawat lebih ringan karena ia telah mengeliminasi sekian banyak sistem mekanikal hidrolik. Selain itu, pesawat juga memiliki kemampuan bermanuver lebih baik karena komputer dapat melakukan penyesuaian sikap pesawat ratusan kali lebih baik tiap detiknya dibanding manusia. Hal ini membuat penumpang pesawat dapat terbang dengan lebih lembut dan efisiensi bahan bakar yang lebih baik. Pada pesawat militer, fly-by-wire menjadikan pesawat lebih tahan terhadap kerusakan akibat pertempuran dibanding sistem kendali konvensional. Fly-by-wire juga membutuhkan perawatan yang lebih sedikit dibanding sistem kandali pendahulunya.
Sistem kendali fly-by-wire dibangun untuk meninterpretasikan keinginan pilot dalam pengendalian dan kemudian menterjemahkannya dalam aksi yang terjadi pada control surface pesawat, dimana proses pemindahan ini juga melibatkan faktor lingkungan. Pada sistem kendali konvensional, ketika pilot menarik control column maka flap elevator akan naik secara proporsional dengan sejauh mana pilot menarik control column. Sedangkan pada sistem kendali fly-by-wire, pergerakan flap elevator umumnya juga proporsional, tetapi komputer dapat melakukan penyesuaian jika dilingkungan terbang terjadi turbulen. Rasio antara control column di tangan pilot dengan gerakan flap di sayap bukan lah 1:1, ini bukan lagi hubungan langsung.
Digital fly-by-wire (DFBW) pertama kali diujicobakan pada pesawat F-8 Crusader dengan nomor ekor NASA 802. Pesawat ini diawaki oleh Gary Krier dari Edwards Air-Force Base, California. Hasil uji coba ini menvalidasi suatu konsep utama sistem kendali terbang elektronik yang saat ini digunakan hampir di semua pesawat terbang dengan performa tinggi, baik pesawat militer maupun pesawat transport sipil. Sistem kendali terbang DFBW saat ini juga digunakan pada pesawat antariksa NASA, space shuttle.
Digital fly-by-wire saat ini digunakan di berbagai jenis pesawat, mulai dari F/A-18 hingga Boeing 777 dan space shuttle. Pesawat N250 yang dulu pernah dibuat IPTN dan sempat terbang di Paris Air Show 1998 juga mengadopsi sistem kendali fly-by-wire. Saat itu, N250 adalah pesawat pertama dikelasnya yang memakai sistem kendali fly-by-wire.
Saat ini konsep sistem kendali berbasis elektronik seperti fly-by-wire mulai diaplikasikan juga pada mobil-mobil modern. Pada mobil modern, telah terpasang sebuah perangkat elektronik yang menghubungkan antara pedal rem dengan pemegang kampas rem. Perangkat elektronik ini diprogram untuk dapat mendeteksi dan menghindari kondisi roda terkunci (locking wheels) saat pengereman yang dapat mengakibatkan mobil hilang kendali. Di era teknologi elektronik selanjutnya, penggunaan konsep kendali fly-by-wire dapat dipastikan akan semakin meluas.
Ketika tenaga dari mesin dan kecepatan ditingkatkan, maka dibutuhkan gaya yang lebih besar, dan digunakanlah sistem hidolik untuk membantu. Sehingga, semua pesawat dengan ukuran besar dan performa tinggi memiliki sistem kendali terbang hidro-mekanikal. Sistem kendali terbang konvensional ini membatasi para perekayasa pesawat ketika melakukan konfigurasi dan desain dalam kaitannya dengan kestabilan terbang.
Dengan meningkatnya teknologi elektronika, muncul lah sebuah ide untuk membuat suatu sistem kendali terbang elektronik. Pada sistem kendali terbang elektronik ini, kawat baja dan pushrod digantikan oleh kabel yang jauh lebih ringan. Selain itu, dengan sistem kendali elektronik, perekayasa pesawat lebih fleksibel dalam menentukan konfigurasi, ukuran, dan penempatan komponen. Sistem kendali terbang elektronik ini lah yang kemudian dikenal dengan nama fly-by-wire system.
Fly-by-wire adalah suatu sistem kendali pesawat yang menggunakan sirkuit elektronik untuk mengirimkan input pengendalian dari pilot ke motor yang menggerakkan control surface seperti flap, aileron, dan rudder. Dalam sistem kendali fly-by-wire ini tidak ada lagi penghubung hidroulik maupun mekanikal secara langsung antara pilot dengan control surface pada pesawat. Digital fly-by-wire (DFBW) menggunkan sistem kendali terbang elektronik yang dipasangkan dengan komputer digital untuk menggantikan sistem kendali mekanikal konvensional.
Dengan menambahkan sebuah komputer digital antara pilot dan pesawat, maka banyak sekali keuntungan yang didapat. Fly-by-wire membuat pesawat lebih ringan karena ia telah mengeliminasi sekian banyak sistem mekanikal hidrolik. Selain itu, pesawat juga memiliki kemampuan bermanuver lebih baik karena komputer dapat melakukan penyesuaian sikap pesawat ratusan kali lebih baik tiap detiknya dibanding manusia. Hal ini membuat penumpang pesawat dapat terbang dengan lebih lembut dan efisiensi bahan bakar yang lebih baik. Pada pesawat militer, fly-by-wire menjadikan pesawat lebih tahan terhadap kerusakan akibat pertempuran dibanding sistem kendali konvensional. Fly-by-wire juga membutuhkan perawatan yang lebih sedikit dibanding sistem kandali pendahulunya.
Sistem kendali fly-by-wire dibangun untuk meninterpretasikan keinginan pilot dalam pengendalian dan kemudian menterjemahkannya dalam aksi yang terjadi pada control surface pesawat, dimana proses pemindahan ini juga melibatkan faktor lingkungan. Pada sistem kendali konvensional, ketika pilot menarik control column maka flap elevator akan naik secara proporsional dengan sejauh mana pilot menarik control column. Sedangkan pada sistem kendali fly-by-wire, pergerakan flap elevator umumnya juga proporsional, tetapi komputer dapat melakukan penyesuaian jika dilingkungan terbang terjadi turbulen. Rasio antara control column di tangan pilot dengan gerakan flap di sayap bukan lah 1:1, ini bukan lagi hubungan langsung.
Digital fly-by-wire (DFBW) pertama kali diujicobakan pada pesawat F-8 Crusader dengan nomor ekor NASA 802. Pesawat ini diawaki oleh Gary Krier dari Edwards Air-Force Base, California. Hasil uji coba ini menvalidasi suatu konsep utama sistem kendali terbang elektronik yang saat ini digunakan hampir di semua pesawat terbang dengan performa tinggi, baik pesawat militer maupun pesawat transport sipil. Sistem kendali terbang DFBW saat ini juga digunakan pada pesawat antariksa NASA, space shuttle.
Digital fly-by-wire saat ini digunakan di berbagai jenis pesawat, mulai dari F/A-18 hingga Boeing 777 dan space shuttle. Pesawat N250 yang dulu pernah dibuat IPTN dan sempat terbang di Paris Air Show 1998 juga mengadopsi sistem kendali fly-by-wire. Saat itu, N250 adalah pesawat pertama dikelasnya yang memakai sistem kendali fly-by-wire.
Saat ini konsep sistem kendali berbasis elektronik seperti fly-by-wire mulai diaplikasikan juga pada mobil-mobil modern. Pada mobil modern, telah terpasang sebuah perangkat elektronik yang menghubungkan antara pedal rem dengan pemegang kampas rem. Perangkat elektronik ini diprogram untuk dapat mendeteksi dan menghindari kondisi roda terkunci (locking wheels) saat pengereman yang dapat mengakibatkan mobil hilang kendali. Di era teknologi elektronik selanjutnya, penggunaan konsep kendali fly-by-wire dapat dipastikan akan semakin meluas.
RRA : Solusi Atasi Stress Corrosion Cracking
Aluminium adalah material yang banyak sekali digunakan untuk konstruksi, mulai dari sepeda, otomotif, kapal laut hingga pesawat udara. Keunggulan material aluminium adalah berat jenisnya yang ringan dan kekuatannya yang dapat ditingkatkan sesuai dengan kebutuhan. Kekuatan aluminium biasanya ditingkatkan dengan cara paduan (alloying) dan memberi perlakuan panas (heat treatment).
Kebanyakan material aluminium ditingkatkan kekuatannya dengan suatu mekanisme penguatan bahan logam yang disebut precipitation hardening. Dalam precipitation hardening harus ada dua fasa, yaitu fasa yang jumlahnya lebih banyak disebut matriks dan fasa yang jumlahnya lebih sedikit disebut precipitate. Mekanisme penguatan ini meliputi tiga tahapan, yaitu solid solution treatment : memanaskan hingga diatas garis solvus untuk mendapatkan fasa larutan padat yang homogen, quenching : didingan dengan cepat untuk mempertahankan struktur mikro fasa padat homogen agar tidak terjadi difusi, dan aging : dipanaskan dengan temperatur tidak terlalu tinggi agar terjadi difusi fasa alpha pada jarak pendek membentuk precipitate.
Paduan aluminium kekuatan tinggi seperti Al-7075, 7050, dan 2024 yang banyak dipakai pada struktur pesawat terbang memiliki kekurangan dan keterbatasan, khususnya pada kombinasi kekuatan dan tahanan retaknya. Al-7075 memiliki tahan yang buruk terhadap korosi jenis exfoliation dan stress-corrosion-cracking (SCC), khususnya jika mengalami perlakuan panas T6. SCC adalah retak merambat yang terjadi pada lingkungan korosif karena adanya tegangan. Pada Al-7075, tahanan terhadap SCC dapat ditingkatkan melalui overaging misalnya dengan memberi perlakuan panas T73. Perlakuan panas T73 merupakan perlakuan panas dengan two stage aging, yaitu pada temperatur konstan 121°C dan konstan 171°C. Namun, pemberian perlakuan panas T73 dapat menurunkan kekuatan hingga 10-15 % dari kekuatan maksimum yang dapat dicapai melalui perlakuan panas T6.
Solusi untuk meningkatkan tahanan SCC dan tahanan retak (fracture toughness) dengan tetap mempertahankan kekuatan dari perlakuan panas T6 adalah dengan menerapkan Retrogression dan reaging (RRA). RRA adalah suatu cara baru perlakuan panas (heat treatment) yang diterapkan pada paduan aluminium yang mengalami precipitation hardening . RRA ini dapat dilakukan pada paduan aluminium kekuatan tinggi seri 7xxx (dengan bahan paduan Al-Mg-Zn-Cu ). Melalui RRA maka akan didapatkan paduan aluminium dengan kekuatan pada perlakuan panas T6 dan tahanan SCC sebagaimana perlakuan panas T73.
Retrogression and Reaging dapat dilakukan dengan tahap-tahap berikut :
1. Solution heat treatmment pada suhu 470°C
2. Quenching pada temperatur ruang
3. Artificial aging selama 24 jam pada temperatur 120°C
4. Retrogression, yaitu pemanasan singkat (sekitar 40 menit) pada temperatu tinggi (200-280 °C)
5. Quenching , kemudian Re-aging seperti pada T6, yaitu dengan temperatur 120°C selama 24 jam
Langkah 1 s.d. 3 adalah tahapan pada perlakuan panas T6.
Prosedur diatas menunjukkan bahwa material yang dihasilkan memiliki sifat kekutan tarik dan tahanan retak material sama dengan hasil perlakuan panas T6 namun dengan tahanan stress-corrosion-cracking yang meningkat.
Namun demikian, RRA tidak hanya meningkatkan kekuatan material, tetapi konduktivitas elektrik material juga meningkat seiring bertambahnya waktu retrogression. Hasil eksprerimen menunjukkan konduktivitas elektrik meningkat secara proporsional terhadap tahanan SCC ketika dilakukan aging seperti pada perlakuan panas T6.
RRA heat treatment saat ini dipakai dalam pengembangan beberapa paduan aluminium, antara lain adalah seri 7150 dan 7055. Kedua paduan ini memiliki banyak aplikasi pada struktur pesawat udara. Contohnya adalah struktur upper wing Boeing-777 yang dibuat dari lempengan aluminium 7055-T7751 dan ekstrusi T77511.
Kebanyakan material aluminium ditingkatkan kekuatannya dengan suatu mekanisme penguatan bahan logam yang disebut precipitation hardening. Dalam precipitation hardening harus ada dua fasa, yaitu fasa yang jumlahnya lebih banyak disebut matriks dan fasa yang jumlahnya lebih sedikit disebut precipitate. Mekanisme penguatan ini meliputi tiga tahapan, yaitu solid solution treatment : memanaskan hingga diatas garis solvus untuk mendapatkan fasa larutan padat yang homogen, quenching : didingan dengan cepat untuk mempertahankan struktur mikro fasa padat homogen agar tidak terjadi difusi, dan aging : dipanaskan dengan temperatur tidak terlalu tinggi agar terjadi difusi fasa alpha pada jarak pendek membentuk precipitate.
Paduan aluminium kekuatan tinggi seperti Al-7075, 7050, dan 2024 yang banyak dipakai pada struktur pesawat terbang memiliki kekurangan dan keterbatasan, khususnya pada kombinasi kekuatan dan tahanan retaknya. Al-7075 memiliki tahan yang buruk terhadap korosi jenis exfoliation dan stress-corrosion-cracking (SCC), khususnya jika mengalami perlakuan panas T6. SCC adalah retak merambat yang terjadi pada lingkungan korosif karena adanya tegangan. Pada Al-7075, tahanan terhadap SCC dapat ditingkatkan melalui overaging misalnya dengan memberi perlakuan panas T73. Perlakuan panas T73 merupakan perlakuan panas dengan two stage aging, yaitu pada temperatur konstan 121°C dan konstan 171°C. Namun, pemberian perlakuan panas T73 dapat menurunkan kekuatan hingga 10-15 % dari kekuatan maksimum yang dapat dicapai melalui perlakuan panas T6.
Solusi untuk meningkatkan tahanan SCC dan tahanan retak (fracture toughness) dengan tetap mempertahankan kekuatan dari perlakuan panas T6 adalah dengan menerapkan Retrogression dan reaging (RRA). RRA adalah suatu cara baru perlakuan panas (heat treatment) yang diterapkan pada paduan aluminium yang mengalami precipitation hardening . RRA ini dapat dilakukan pada paduan aluminium kekuatan tinggi seri 7xxx (dengan bahan paduan Al-Mg-Zn-Cu ). Melalui RRA maka akan didapatkan paduan aluminium dengan kekuatan pada perlakuan panas T6 dan tahanan SCC sebagaimana perlakuan panas T73.
Retrogression and Reaging dapat dilakukan dengan tahap-tahap berikut :
1. Solution heat treatmment pada suhu 470°C
2. Quenching pada temperatur ruang
3. Artificial aging selama 24 jam pada temperatur 120°C
4. Retrogression, yaitu pemanasan singkat (sekitar 40 menit) pada temperatu tinggi (200-280 °C)
5. Quenching , kemudian Re-aging seperti pada T6, yaitu dengan temperatur 120°C selama 24 jam
Langkah 1 s.d. 3 adalah tahapan pada perlakuan panas T6.
Prosedur diatas menunjukkan bahwa material yang dihasilkan memiliki sifat kekutan tarik dan tahanan retak material sama dengan hasil perlakuan panas T6 namun dengan tahanan stress-corrosion-cracking yang meningkat.
Namun demikian, RRA tidak hanya meningkatkan kekuatan material, tetapi konduktivitas elektrik material juga meningkat seiring bertambahnya waktu retrogression. Hasil eksprerimen menunjukkan konduktivitas elektrik meningkat secara proporsional terhadap tahanan SCC ketika dilakukan aging seperti pada perlakuan panas T6.
RRA heat treatment saat ini dipakai dalam pengembangan beberapa paduan aluminium, antara lain adalah seri 7150 dan 7055. Kedua paduan ini memiliki banyak aplikasi pada struktur pesawat udara. Contohnya adalah struktur upper wing Boeing-777 yang dibuat dari lempengan aluminium 7055-T7751 dan ekstrusi T77511.
Akusisi Data Suhu Menggunakan MikroKontroler
Sistem Akuisisi Data Suhu Menggunakan Mikrokontroller AT89S51 Dengan Penampil LCD
Oleh: Jaenal Arifin,ST
Abstrak
Makalah ini membahas perancangan sistem akuisisi data suhu yang menggunakan komponen-konponen dasar berupa sebuah sensor suhu, mikrokontroller dan LCD sebagai fasilitas penampil. Sistem akuisisi data suhu menjadi satu hal yang sangat penting dalam kegiatan perindustrian, karena merupakan sebagian kecil dari sebuah proses kontrol. Berkenaan dengan pentingnya sistem, maka dilakukan perancangan sistem akusisi data suhu yang mampu melakukan kegiatan monitoring suhu suatu plant. Data yang akan diukur merupakan sebuah besaran fisis temperature sehingga untuk dapat diolah dan ditampilkan dalam bentuk sistem elektris digunakan sensor suhu LM35 yang mampu mengkonversi besaran tersebut dengan kenaikan 10mV/ºC. Untuk dapat merancang sistem maka pertama kali dilakukan proses mengubah suhu menjadi tegangan analog menggunakan sensor suhu LM35. Setelah melalui proses pengkondisian sinyal dengan cara dikuatkan, tegangan analog diubah menjadi data digital menggunakan ADC 0804. Data digital yang diperoleh kemudian diolah oleh Mikrokontroller AT89S51 dan ditampilkan, sehingga didapatkan suatu informasi mengenai suhu plant dengan satuan ºC pada sebuah LCD. Dari perancangan sistem akuisisi data suhu didapatkan hasil bahwa sistem ini memiliki kemampuan untuk mengukur suhu dari 25ºC sampai 100ºC dengan error rata-rata penunjukan suhu sebesar 0,2125°C.
Kata kunci : Akuisisi data suhu, Sensor suhu LM35, Mikrokontroller AT89S51
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sistem Instrumentasi yang berbentuk akuisisi data telah dipergunakan secara luas dalam kegiatan perindustrian, karena merupakan bagian dari proses kontrol. Pengukuran besaran fisis adalah salah satu langkah dalam akuisisi data. Temperatur merupakan salah satu besaran fisis yang sering dipakai dalam suatu sistem kontrol baik hanya untuk sistem monitoring saja atau untuk proses pengendalian lebih lanjut.
Dalam kaitannya dengan hal tersebut, maka kami membuat sebuah alat pendeteksi suhu yang dapat di kontrol oleh sebuah mikrokontroller. Dengan menampilkan suatu hasil pengukuran secara digital, pemantauan terhadap proses dapat dilakukan dengan lebih mudah.
1.2.1 Tujuan
Merancang sistem akuisisi data suhu untuk kemudian ditampilkan di LCD dengan menggunakan Mikrokontroller AT89S51.
1.3 Batasan Masalah
Dalam pembuatan tugas ini penulis membatasi permasalahan sebagai berikut :
1. Range akuisisi data adalah 25 ºC sampai dengan 100 ºC.
2. Data pengukuran ditampilkan pada sebuah LCD sebagai peralatan monitoring tanpa melakukan proses pengendalian.
3. Konfigurasi ADC diatur secara free running.
II. DASAR TEORI
2.1.1 Sensor Suhu LM 35
Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM 35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam °C, LM 35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor. Vout dari LM 35 ini dihubungkan dengan ADC (Analog To Digital Converter). Dalam suhu kamar (25°C) tranduser ini mampu mengeluarkan tegangan 250mV dan 1,5V pada suhu 150°C dengan kenaikan sebesar 10mV/°C.
2.2 Penguat Operasional (Operasional Amplifier)
Penguat operasional adalah rangkaian terpadu (IC) yang mempunyai 5 buah terminal dasar. Dua terminal untuk catu daya, 2 yang lain digunakan untuk isyarat masukan yang berupa masukan membalik (-) dan masukan tak membalik (+) serta 1 terminal untuk keluaran.
2.2.1 Penguat Tak Membalik (Non-inverting Amplifier)
Penguat tak membalik merupakan suatu penguat dimana tegangan keluarannya atau Vo mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukan atau Vi. Arus i mengalir ke Ri karena impedansi masukan op – amp sangat besar sehingga tidak ada arus yang mengalir pada kedua terminal masukannya. Tegangan pada Ri sama dengan Vi karena perbedaan tegangan pada kedua terminal masukannya mendekati 0 V.
i = (2.5)
Tegangan pada Rf dapat dinyatakan sebagai
VRf = I Rf = (2.6)
Tegangan keluaran Vo didapat dengan menambahkan tegangan pada Ri yaitu Vi dengan tegangan pada Rf yaitu VRf.
Vo = Vi + Vi (2.7)
2.2.2 Penguat Differensial
Penguat differensial merupakan suatu penguat dimana tegangan keluarannya atau Vo merupakan hasil selisih antara kedua buah tegangan masukan pada terminal inverting dan non-invertingnya.
2.3 Rangkaian Analog to Digital Converter (ADC)
ADC pada rancangan ini digunakan untuk mengubah masukan analog keluaran sensor suhu yang sudah dikuatkan menjadi data digital 8 bit. Tipe ADC yang digunakan adalah ADC 0804 pada mode kerja free running. Untuk membuat mode kerja ADC 0804 menjadi free running, maka harus diketahui bagaimana urutan pemberian nilai pada dan perubahan nilai pada.
Mode kerja free running ADC diperoleh jika dan dihubungkan ke ground agar selalu mendapat logika 0 sehingga ADC akan selalu aktif dan siap memberikan data. Pin dan dijadikan satu karena perubahan logika sama dengan perubahan logika pada , sehingga pemberian logika pada dilakukan secara otomatis oleh keluaran .
2.4 Mikrokontroller AT89S51
AT89S51 adalah sebuah mikrokontroller 8 bit terbuat dari CMOS, yang berkonsumsi daya rendah dan mempunyai kemampuan tinggi. Mikrokontroller ini memiliki 4Kbyte In-System Flash Programmable Memory, RAM sebesar 128 byte, 32 input/output, watchdog timer, dua buah register data pointer, dua buah 16 bit timer dan counter, lima buah vektor interupsi, sebuah port serial full-duplex, osilator on-chip, dan rangkaian clock.
AT89S51 dibuat dengan teknologi memori non-volatile dengan kepadatan tinggi oleh ATMEL. Mikrokontroller ini cocok dengan instruksi set dan pinout 80C51 standart industri.
Flash on-chip memungkinkan memori program untuk diprogram ulang dengan programmer memory nonvolatile yang biasa.
Keterangan :
Vcc : Suplai Tegangan
GND : Ground atau pentanahan
RST : Masukan reset. Kondisi logika ‘1’ selama siklus mesin saat osilator bekerja dan akan mereset mikrokontroler yang bersangkutan.
Fungsi - fungsi Port :
Port 0 : Merupakan port paralel 8 bit open drain dua arah. Bila digunakan untuk mengakses memori luar, port ini akan memultipleks alamat memori dengan data.
Port 1 : merupakan port paralel 8 bit dua arah yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan.
Port 2 : merupakan port paralel selebar 8 bit dua arah. Port ini melakukan pengiriman byte alamat bila dilakukan pengaksesan memori eksternal.
P3.0 : Saluran masukan serial
P3.1 : Saluaran keluaran serial
P3.2 : Interupsi eksternal 0
P3.3 : Interupsi eksternal 1
P3.4 : Masukan eksternal pewaktu / pencacah 0
P3.5 : Masukan eksternal pewaktu / pencacah 1
P3.6 : Sinyal tanda baca memori data ekstrenal.
P3.7 : Sinyal tanda tulis memori data eksternal.
III. PERANCANGAN SISTEM
3.1 Perancangan Perangkat Keras
3.1.1 Sensor Suhu ( LM35 )
Sensor suhu LM35 berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang berupa suhu menjadi besaran elektris tegangan. Sensor ini memiliki parameter bahwa setiap kenaikan 1ºC tegangan keluarannya naik sebesar 10mV dengan batas maksimal keluaran sensor adalah 1,5 V pada suhu 150°C.
Pada perancangan kita tentukan keluaran adc mencapai full scale pada saat suhu 100°C, sehingga saat suhu 100°C tegangan keluaran transduser (10mV/°C x 100°C) = 1V.
Dari pengukuran secara langsung saat suhu ruang, keluaran LM35 adalah 0.3V (300mV ). Tegangan ini diolah dengan menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal agar sesuai dengan tahapan masukan ADC.
3.1.2 Pengkondisi Sinyal
Pengkondisi sinyal berfungsi untuk menguatkan tegangan keluaran sensor suhu LM35 agar mampu diproses pada peralatan selanjutnya dalam hal ini oleh ADC 0804.
Diinginkan bahwa pengukuran suhu dapat dilakukan pada range 25°C – 100°C, sedangkan saat suhu kamar LM35 sudah mengeluarkan tegangan sebesar 0,3V, sehingga untuk dapat mengatur agar masukan ADC sebesar 0V pada suhu ruang, ditambahkan sebuah penguat differensial.
Keluaran penguat differensial dikuatkan lagi dengan rangkaian penguat non inverting. Dengan Vin = 1V pada 100°C dan Vout yang diinginkan sebesar 5V (Vx) maka dapat dihitung nilai tahanan untuk penguat non-inverting sebagai berikut :
Jika Ri = 1K maka, Rf = 4K dalam aplikasi digunakan potensiometer 50K untuk Rf.
3.1.3 Analog to Digital Converter ( ADC 0804 )
Perancangan untuk rangkaian adc digunakan mode free running. Mode ini dipilih karena waktu konversi adc jauh lebih cepat terhadap tingkat perubahan suhu dari plant, sehingga setiap kali suhu berubah, adc selalu telah selesai melakukan konversi data sehingga data sudah valid untuk dicuplik.
Untuk ADC 0804 dengan jumlah bit sebesar 8 bit dan Vref = 5V maka resolusinya (∆V) = 5 x 2-8 = 19,53mV.
Masukan tegangan analog adc yang berasal dari keluaran pengkondisi sinyal saat full scale dengan nilai sebesar Vx dapat dihitung sebagai berikut:
dengan demikian saat tegangan masukan adc 4,9804 keluaran adc akan bernilai FFH.
3.1.4 Mikrokontroller ( AT89S51 )
Data digital 8 bit dari ADC diambil oleh mikokontroller melalui Port 2 ( P2.0-P2.7 dihubung dengan DB0-DB7 ). Sedangkan data masukan untuk penampil LCD dikeluarkan melalui Port 1 ( P1.0-P1.7 dihubung dengan D0-D7 ). Untuk mengontrol kaki RS dan E pada LCD mikrokontroller memanfaatkan kaki P3.6 dan P3.7
Proses pengambilan data dan pengolahan data dapat dilihat dalam gambar 7. Data yang diambil dari P2 dikalibrasi terlebih dahulu, setelah dikalibrasi data tersebut kemudian diubah ke dalam kode ASCII supaya tertampil angka 0-100 pada LCD, jika tidak diubah maka yang tertampil adalah angka 0-255.
IV. PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Pengujian setiap blok
4.1.1 Pengujian LM35
Sensor suhu LM35 diuji dengan cara memberikan catu 5V dan memberikan pemanasan secara tidak langsung, sedangkan tegangan keluaran langsung diamati dengan voltmeter. Dari pengujian didapatkan data sebagai berikut.
Tabel 2. Hasil pengujian sensor LM35
Suhu Tegangan keluaran
35°C 0.35
40°C 0.40
45°C 0.45
50°C 0.51
55°C 0.55
60°C 0.65
65°C 0.71
70°C 0.76
Dari hasil pengujian diketahui tegangan keluaran sensor naik sebesar 50mV untuk setiap 5°C atau 10mV/°C, maka sensor telah bekerja dengan baik.
4.1.2 Pengujian rangkaian pengkondisi sinyal
Pengujian rangkaian pengkondisi sinyal dilakukan dengan cara memberikan tegangan berubah-ubah pada bagian masukan penguat akhir ( penguat non inverting ) kemudian mengukur keluarannya untuk kemudian dihitung tingkat penguatan tegangan.
Tabel 3. Hasil pengujian pengkondisi sinyal
Vin Vout Av = ( Vout/Vin )
0,1V 0,5V 5
0,2V 1V 5
0,3V 1,5V 5
0,4V 2V 5
0,5V 2,5V 5
0,6V 3V 5
0,7V 2,5V 5
Dari data tabel diketahui bahwa tingkat penguatan tegangan rangkaian pengkondisi sinyal adalah 5 kali, maka rangkaian telah dapat bekerja dengan baik.
4.1.3 Pengujian ADC 0804
Pengujian dilakukan dengan cara memberi tegangan masukan pada ADC dan mencatat data digital keluaran yang dihasilkan melalui tampilan led 8 bit.
Tabel 4. Hasil pengujian ADC.
Tegangan masukan Data digital
0,6 v 23 H
1,2 v 41 H
1,8 v 62 H
2,6 v 8D H
3,4 v B7 H
4 v DF H
4,2 v EF H
4,9 v FF H
Data hasil pengujian ADC menunjukkan bahwa komponen ini dapat bekerja dengan baik.
4.1.4 Pengujian Software
Pengujian software meliputi pengujian program akuisi data suhu dan kalibrasi data akuisisi terhadap tampilan suhu pada LCD. Proses pengujiannya dilakukan dengan melihat secara visual data digital yang tertampil pada led indikator yang merupakan data yang diakuisisi dan membanding hasil tampilan suhu di LCD.
Tabel 5. Hasil pengujian tampilan suhu
Data Digital Suhu tertampil Suhu terhitung
25 H 35°C 35,294°C
43 H 44°C 44,117°C
63 H 53°C 53,823°C
8D H 66°C 66,470°C
B7 H 78°C 78,823°C
DF H 90°C 90,588°C
EF H 95°C 95,294°C
FF H 100°C 100°C
Dari tabel diketahui bahwa antara suhu tertampil di LCD dengan suhu hasil perhitungan terdapat perbedaan dalam hal ketelitian, dimana suhu tertampil di LCD adalah nilai bulat tanpa menampilkan nilai dibelakang koma, sedangkan suhu terhitung adalah sebagai patokan suhu yang harus tertampil. Penghilangan nilai koma ini bertujuan untuk memudahkan proses pembuatan program, namun dengan konsekuensi adanya tingkat error suhu tertampil akibat penghilangan tersebut. Software telah dapat mengkalibrasi data digital dan menampilkan nilai suhu dari suatu plant, maka software telah dapat bekerja dengan baik.
4.2 Pengujian sistem keseluruhan
Pengujian sistem keseluruhan dilakukan dengan menempatkan sensor LM35 dan termometer dalam plant suhu yang sama kemudian membandingkan antara suhu penunjukan yang tertampil pada LCD terhadap penunjukan suhu pada termometer selama 30 menit.
Tabel 6. Hasil pengujian sistem
Tampilan suhu
LCD Tampilan suhu termometer Error
30°C 29,7°C 0,3°C
32°C 32°C 0°C
34°C 34°C 0°C
37°C 37,5°C 0,5°C
40°C 40°C 0°C
45°C 45,6°C 0,6°C
46°C 46°C 0°C
47°C 46,7°C 0,3°C
error 1,7°C
Hasil percobaan menunjukkan bahwa sistem akuisisi data suhu memiliki error rata-rata sebesar 0,2125°C, nilai ini didapat dengan menjumlahkan semua nilai error dari setiap pengujian dibagi jumlah pengujian ( 8 kali ).
V. PENUTUP
5.1.1 Kesimpulan
Dari hasil perancangan dan pembuatan perangkat sistem akuisisi suhu dapat disimpulkan hal – hal sebagai berikut :
1. Hasil pengujian ADC menunjukkan bahwa untuk masukan sebesar 4,9V data digital sudah mencapai FFh, maka akan mengakibatkan terjadinya kesalahan penunjukkan suhu dimana saat tegangan masukan 4,9V suhu tertampil sudah mencapai 100°C.
2. Error rata-rata penunjukan suhu pada sistem akuisisi data suhu adalah 0,2125°C.
3. LM35 memiliki tegangan keluaran sensor dengan kenaikan sebesar 50 mV untuk setiap 5°C atau 10 mV/°C, maka sensor memiliki kenaikan yang cukup linier.
5.2 Saran
1. Pada bagian keluaran akhir rangkaian pengkondisi sinyal sebaiknya ditambahkan rangkaian clipper yang berfungsi untuk membatasi masukan ADC agar maksimal sebesar 5V.
2. Untuk mempermudah pengaturan nol dari rangkaian penguat differensial sebaiknya keluaran LM35 diperkuat terlebih dahulu sehingga tegangan referensi pengurang tidak terlalu kecil.
3. Sumber tegangan referensi pengurang sebaiknya menggunakan diode zener agar didapatkan tegangan yang stabil.
4. Untuk membuat tampilan data suhu lebih presisi maka dapat dibuat program kalibrasi data suhu yang lebih baik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Coughlin, Robert and Federick Driscoll, Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linier, Jakarta : Erlangga.
[2] Malvino, Prinsip – Prinsip Elektronika, Jakarta, Erlangga, 1996.
[3] Malik, M, I, Anistardi, Bereksperimen dengan Mikrokontroler 8031, Jakarta, Elex Media Komputindo, Gramedia Group, 1997.
[4] Putra, A, E, Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi, Yogyakarta, Gava Media, 2002.
[5] Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Otomatik, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1991.
Oleh: Jaenal Arifin,ST
Abstrak
Makalah ini membahas perancangan sistem akuisisi data suhu yang menggunakan komponen-konponen dasar berupa sebuah sensor suhu, mikrokontroller dan LCD sebagai fasilitas penampil. Sistem akuisisi data suhu menjadi satu hal yang sangat penting dalam kegiatan perindustrian, karena merupakan sebagian kecil dari sebuah proses kontrol. Berkenaan dengan pentingnya sistem, maka dilakukan perancangan sistem akusisi data suhu yang mampu melakukan kegiatan monitoring suhu suatu plant. Data yang akan diukur merupakan sebuah besaran fisis temperature sehingga untuk dapat diolah dan ditampilkan dalam bentuk sistem elektris digunakan sensor suhu LM35 yang mampu mengkonversi besaran tersebut dengan kenaikan 10mV/ºC. Untuk dapat merancang sistem maka pertama kali dilakukan proses mengubah suhu menjadi tegangan analog menggunakan sensor suhu LM35. Setelah melalui proses pengkondisian sinyal dengan cara dikuatkan, tegangan analog diubah menjadi data digital menggunakan ADC 0804. Data digital yang diperoleh kemudian diolah oleh Mikrokontroller AT89S51 dan ditampilkan, sehingga didapatkan suatu informasi mengenai suhu plant dengan satuan ºC pada sebuah LCD. Dari perancangan sistem akuisisi data suhu didapatkan hasil bahwa sistem ini memiliki kemampuan untuk mengukur suhu dari 25ºC sampai 100ºC dengan error rata-rata penunjukan suhu sebesar 0,2125°C.
Kata kunci : Akuisisi data suhu, Sensor suhu LM35, Mikrokontroller AT89S51
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sistem Instrumentasi yang berbentuk akuisisi data telah dipergunakan secara luas dalam kegiatan perindustrian, karena merupakan bagian dari proses kontrol. Pengukuran besaran fisis adalah salah satu langkah dalam akuisisi data. Temperatur merupakan salah satu besaran fisis yang sering dipakai dalam suatu sistem kontrol baik hanya untuk sistem monitoring saja atau untuk proses pengendalian lebih lanjut.
Dalam kaitannya dengan hal tersebut, maka kami membuat sebuah alat pendeteksi suhu yang dapat di kontrol oleh sebuah mikrokontroller. Dengan menampilkan suatu hasil pengukuran secara digital, pemantauan terhadap proses dapat dilakukan dengan lebih mudah.
1.2.1 Tujuan
Merancang sistem akuisisi data suhu untuk kemudian ditampilkan di LCD dengan menggunakan Mikrokontroller AT89S51.
1.3 Batasan Masalah
Dalam pembuatan tugas ini penulis membatasi permasalahan sebagai berikut :
1. Range akuisisi data adalah 25 ºC sampai dengan 100 ºC.
2. Data pengukuran ditampilkan pada sebuah LCD sebagai peralatan monitoring tanpa melakukan proses pengendalian.
3. Konfigurasi ADC diatur secara free running.
II. DASAR TEORI
2.1.1 Sensor Suhu LM 35
Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM 35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam °C, LM 35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor. Vout dari LM 35 ini dihubungkan dengan ADC (Analog To Digital Converter). Dalam suhu kamar (25°C) tranduser ini mampu mengeluarkan tegangan 250mV dan 1,5V pada suhu 150°C dengan kenaikan sebesar 10mV/°C.
2.2 Penguat Operasional (Operasional Amplifier)
Penguat operasional adalah rangkaian terpadu (IC) yang mempunyai 5 buah terminal dasar. Dua terminal untuk catu daya, 2 yang lain digunakan untuk isyarat masukan yang berupa masukan membalik (-) dan masukan tak membalik (+) serta 1 terminal untuk keluaran.
2.2.1 Penguat Tak Membalik (Non-inverting Amplifier)
Penguat tak membalik merupakan suatu penguat dimana tegangan keluarannya atau Vo mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukan atau Vi. Arus i mengalir ke Ri karena impedansi masukan op – amp sangat besar sehingga tidak ada arus yang mengalir pada kedua terminal masukannya. Tegangan pada Ri sama dengan Vi karena perbedaan tegangan pada kedua terminal masukannya mendekati 0 V.
i = (2.5)
Tegangan pada Rf dapat dinyatakan sebagai
VRf = I Rf = (2.6)
Tegangan keluaran Vo didapat dengan menambahkan tegangan pada Ri yaitu Vi dengan tegangan pada Rf yaitu VRf.
Vo = Vi + Vi (2.7)
2.2.2 Penguat Differensial
Penguat differensial merupakan suatu penguat dimana tegangan keluarannya atau Vo merupakan hasil selisih antara kedua buah tegangan masukan pada terminal inverting dan non-invertingnya.
2.3 Rangkaian Analog to Digital Converter (ADC)
ADC pada rancangan ini digunakan untuk mengubah masukan analog keluaran sensor suhu yang sudah dikuatkan menjadi data digital 8 bit. Tipe ADC yang digunakan adalah ADC 0804 pada mode kerja free running. Untuk membuat mode kerja ADC 0804 menjadi free running, maka harus diketahui bagaimana urutan pemberian nilai pada dan perubahan nilai pada.
Mode kerja free running ADC diperoleh jika dan dihubungkan ke ground agar selalu mendapat logika 0 sehingga ADC akan selalu aktif dan siap memberikan data. Pin dan dijadikan satu karena perubahan logika sama dengan perubahan logika pada , sehingga pemberian logika pada dilakukan secara otomatis oleh keluaran .
2.4 Mikrokontroller AT89S51
AT89S51 adalah sebuah mikrokontroller 8 bit terbuat dari CMOS, yang berkonsumsi daya rendah dan mempunyai kemampuan tinggi. Mikrokontroller ini memiliki 4Kbyte In-System Flash Programmable Memory, RAM sebesar 128 byte, 32 input/output, watchdog timer, dua buah register data pointer, dua buah 16 bit timer dan counter, lima buah vektor interupsi, sebuah port serial full-duplex, osilator on-chip, dan rangkaian clock.
AT89S51 dibuat dengan teknologi memori non-volatile dengan kepadatan tinggi oleh ATMEL. Mikrokontroller ini cocok dengan instruksi set dan pinout 80C51 standart industri.
Flash on-chip memungkinkan memori program untuk diprogram ulang dengan programmer memory nonvolatile yang biasa.
Keterangan :
Vcc : Suplai Tegangan
GND : Ground atau pentanahan
RST : Masukan reset. Kondisi logika ‘1’ selama siklus mesin saat osilator bekerja dan akan mereset mikrokontroler yang bersangkutan.
Fungsi - fungsi Port :
Port 0 : Merupakan port paralel 8 bit open drain dua arah. Bila digunakan untuk mengakses memori luar, port ini akan memultipleks alamat memori dengan data.
Port 1 : merupakan port paralel 8 bit dua arah yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan.
Port 2 : merupakan port paralel selebar 8 bit dua arah. Port ini melakukan pengiriman byte alamat bila dilakukan pengaksesan memori eksternal.
P3.0 : Saluran masukan serial
P3.1 : Saluaran keluaran serial
P3.2 : Interupsi eksternal 0
P3.3 : Interupsi eksternal 1
P3.4 : Masukan eksternal pewaktu / pencacah 0
P3.5 : Masukan eksternal pewaktu / pencacah 1
P3.6 : Sinyal tanda baca memori data ekstrenal.
P3.7 : Sinyal tanda tulis memori data eksternal.
III. PERANCANGAN SISTEM
3.1 Perancangan Perangkat Keras
3.1.1 Sensor Suhu ( LM35 )
Sensor suhu LM35 berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang berupa suhu menjadi besaran elektris tegangan. Sensor ini memiliki parameter bahwa setiap kenaikan 1ºC tegangan keluarannya naik sebesar 10mV dengan batas maksimal keluaran sensor adalah 1,5 V pada suhu 150°C.
Pada perancangan kita tentukan keluaran adc mencapai full scale pada saat suhu 100°C, sehingga saat suhu 100°C tegangan keluaran transduser (10mV/°C x 100°C) = 1V.
Dari pengukuran secara langsung saat suhu ruang, keluaran LM35 adalah 0.3V (300mV ). Tegangan ini diolah dengan menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal agar sesuai dengan tahapan masukan ADC.
3.1.2 Pengkondisi Sinyal
Pengkondisi sinyal berfungsi untuk menguatkan tegangan keluaran sensor suhu LM35 agar mampu diproses pada peralatan selanjutnya dalam hal ini oleh ADC 0804.
Diinginkan bahwa pengukuran suhu dapat dilakukan pada range 25°C – 100°C, sedangkan saat suhu kamar LM35 sudah mengeluarkan tegangan sebesar 0,3V, sehingga untuk dapat mengatur agar masukan ADC sebesar 0V pada suhu ruang, ditambahkan sebuah penguat differensial.
Keluaran penguat differensial dikuatkan lagi dengan rangkaian penguat non inverting. Dengan Vin = 1V pada 100°C dan Vout yang diinginkan sebesar 5V (Vx) maka dapat dihitung nilai tahanan untuk penguat non-inverting sebagai berikut :
Jika Ri = 1K maka, Rf = 4K dalam aplikasi digunakan potensiometer 50K untuk Rf.
3.1.3 Analog to Digital Converter ( ADC 0804 )
Perancangan untuk rangkaian adc digunakan mode free running. Mode ini dipilih karena waktu konversi adc jauh lebih cepat terhadap tingkat perubahan suhu dari plant, sehingga setiap kali suhu berubah, adc selalu telah selesai melakukan konversi data sehingga data sudah valid untuk dicuplik.
Untuk ADC 0804 dengan jumlah bit sebesar 8 bit dan Vref = 5V maka resolusinya (∆V) = 5 x 2-8 = 19,53mV.
Masukan tegangan analog adc yang berasal dari keluaran pengkondisi sinyal saat full scale dengan nilai sebesar Vx dapat dihitung sebagai berikut:
dengan demikian saat tegangan masukan adc 4,9804 keluaran adc akan bernilai FFH.
3.1.4 Mikrokontroller ( AT89S51 )
Data digital 8 bit dari ADC diambil oleh mikokontroller melalui Port 2 ( P2.0-P2.7 dihubung dengan DB0-DB7 ). Sedangkan data masukan untuk penampil LCD dikeluarkan melalui Port 1 ( P1.0-P1.7 dihubung dengan D0-D7 ). Untuk mengontrol kaki RS dan E pada LCD mikrokontroller memanfaatkan kaki P3.6 dan P3.7
Proses pengambilan data dan pengolahan data dapat dilihat dalam gambar 7. Data yang diambil dari P2 dikalibrasi terlebih dahulu, setelah dikalibrasi data tersebut kemudian diubah ke dalam kode ASCII supaya tertampil angka 0-100 pada LCD, jika tidak diubah maka yang tertampil adalah angka 0-255.
IV. PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Pengujian setiap blok
4.1.1 Pengujian LM35
Sensor suhu LM35 diuji dengan cara memberikan catu 5V dan memberikan pemanasan secara tidak langsung, sedangkan tegangan keluaran langsung diamati dengan voltmeter. Dari pengujian didapatkan data sebagai berikut.
Tabel 2. Hasil pengujian sensor LM35
Suhu Tegangan keluaran
35°C 0.35
40°C 0.40
45°C 0.45
50°C 0.51
55°C 0.55
60°C 0.65
65°C 0.71
70°C 0.76
Dari hasil pengujian diketahui tegangan keluaran sensor naik sebesar 50mV untuk setiap 5°C atau 10mV/°C, maka sensor telah bekerja dengan baik.
4.1.2 Pengujian rangkaian pengkondisi sinyal
Pengujian rangkaian pengkondisi sinyal dilakukan dengan cara memberikan tegangan berubah-ubah pada bagian masukan penguat akhir ( penguat non inverting ) kemudian mengukur keluarannya untuk kemudian dihitung tingkat penguatan tegangan.
Tabel 3. Hasil pengujian pengkondisi sinyal
Vin Vout Av = ( Vout/Vin )
0,1V 0,5V 5
0,2V 1V 5
0,3V 1,5V 5
0,4V 2V 5
0,5V 2,5V 5
0,6V 3V 5
0,7V 2,5V 5
Dari data tabel diketahui bahwa tingkat penguatan tegangan rangkaian pengkondisi sinyal adalah 5 kali, maka rangkaian telah dapat bekerja dengan baik.
4.1.3 Pengujian ADC 0804
Pengujian dilakukan dengan cara memberi tegangan masukan pada ADC dan mencatat data digital keluaran yang dihasilkan melalui tampilan led 8 bit.
Tabel 4. Hasil pengujian ADC.
Tegangan masukan Data digital
0,6 v 23 H
1,2 v 41 H
1,8 v 62 H
2,6 v 8D H
3,4 v B7 H
4 v DF H
4,2 v EF H
4,9 v FF H
Data hasil pengujian ADC menunjukkan bahwa komponen ini dapat bekerja dengan baik.
4.1.4 Pengujian Software
Pengujian software meliputi pengujian program akuisi data suhu dan kalibrasi data akuisisi terhadap tampilan suhu pada LCD. Proses pengujiannya dilakukan dengan melihat secara visual data digital yang tertampil pada led indikator yang merupakan data yang diakuisisi dan membanding hasil tampilan suhu di LCD.
Tabel 5. Hasil pengujian tampilan suhu
Data Digital Suhu tertampil Suhu terhitung
25 H 35°C 35,294°C
43 H 44°C 44,117°C
63 H 53°C 53,823°C
8D H 66°C 66,470°C
B7 H 78°C 78,823°C
DF H 90°C 90,588°C
EF H 95°C 95,294°C
FF H 100°C 100°C
Dari tabel diketahui bahwa antara suhu tertampil di LCD dengan suhu hasil perhitungan terdapat perbedaan dalam hal ketelitian, dimana suhu tertampil di LCD adalah nilai bulat tanpa menampilkan nilai dibelakang koma, sedangkan suhu terhitung adalah sebagai patokan suhu yang harus tertampil. Penghilangan nilai koma ini bertujuan untuk memudahkan proses pembuatan program, namun dengan konsekuensi adanya tingkat error suhu tertampil akibat penghilangan tersebut. Software telah dapat mengkalibrasi data digital dan menampilkan nilai suhu dari suatu plant, maka software telah dapat bekerja dengan baik.
4.2 Pengujian sistem keseluruhan
Pengujian sistem keseluruhan dilakukan dengan menempatkan sensor LM35 dan termometer dalam plant suhu yang sama kemudian membandingkan antara suhu penunjukan yang tertampil pada LCD terhadap penunjukan suhu pada termometer selama 30 menit.
Tabel 6. Hasil pengujian sistem
Tampilan suhu
LCD Tampilan suhu termometer Error
30°C 29,7°C 0,3°C
32°C 32°C 0°C
34°C 34°C 0°C
37°C 37,5°C 0,5°C
40°C 40°C 0°C
45°C 45,6°C 0,6°C
46°C 46°C 0°C
47°C 46,7°C 0,3°C
error 1,7°C
Hasil percobaan menunjukkan bahwa sistem akuisisi data suhu memiliki error rata-rata sebesar 0,2125°C, nilai ini didapat dengan menjumlahkan semua nilai error dari setiap pengujian dibagi jumlah pengujian ( 8 kali ).
V. PENUTUP
5.1.1 Kesimpulan
Dari hasil perancangan dan pembuatan perangkat sistem akuisisi suhu dapat disimpulkan hal – hal sebagai berikut :
1. Hasil pengujian ADC menunjukkan bahwa untuk masukan sebesar 4,9V data digital sudah mencapai FFh, maka akan mengakibatkan terjadinya kesalahan penunjukkan suhu dimana saat tegangan masukan 4,9V suhu tertampil sudah mencapai 100°C.
2. Error rata-rata penunjukan suhu pada sistem akuisisi data suhu adalah 0,2125°C.
3. LM35 memiliki tegangan keluaran sensor dengan kenaikan sebesar 50 mV untuk setiap 5°C atau 10 mV/°C, maka sensor memiliki kenaikan yang cukup linier.
5.2 Saran
1. Pada bagian keluaran akhir rangkaian pengkondisi sinyal sebaiknya ditambahkan rangkaian clipper yang berfungsi untuk membatasi masukan ADC agar maksimal sebesar 5V.
2. Untuk mempermudah pengaturan nol dari rangkaian penguat differensial sebaiknya keluaran LM35 diperkuat terlebih dahulu sehingga tegangan referensi pengurang tidak terlalu kecil.
3. Sumber tegangan referensi pengurang sebaiknya menggunakan diode zener agar didapatkan tegangan yang stabil.
4. Untuk membuat tampilan data suhu lebih presisi maka dapat dibuat program kalibrasi data suhu yang lebih baik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Coughlin, Robert and Federick Driscoll, Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linier, Jakarta : Erlangga.
[2] Malvino, Prinsip – Prinsip Elektronika, Jakarta, Erlangga, 1996.
[3] Malik, M, I, Anistardi, Bereksperimen dengan Mikrokontroler 8031, Jakarta, Elex Media Komputindo, Gramedia Group, 1997.
[4] Putra, A, E, Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi, Yogyakarta, Gava Media, 2002.
[5] Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Otomatik, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1991.
Sistem Organisasi Komputer Rangkaian Data Selektor (Enable)
Kita sering tertegun melihat kinerja sebuah jam digital di tangan kita yang mampu mencacah detik demi detik, atau odometer digital kendaraan kita yang mencacah kilometer demi kilometer atau timbangan digital yang maencacah gram demi gram, mesin otomatis pengisi bahan bakar mencacah liter demi liter bensin dan lain-lain. Mengapa piranti digital tersebut dapat mencacah? Mengapa piranti tersebut dapat meniru kita dalam mencacah sesuatu, 2 lliter bensin misalnya? Berikut ini kita akan membahas piranti digital yang mempunyai kemampuan mencacah yaitu piranti pencacah atau Counter.
Telah kita pelajari berbagai piranti digital dengan berbagai sifat, kegunaan dan prinsip kerja, yang meliputi : membentuk sistem analog menjadi digital, memutuskan bentuk operasi logika, menyimpan, dan menggeser. Piranti–piranti tersebut mempunyai satu kekurangan yaitu tidak dapat mencacah. Tetapi penggabungan dari berbagai macam piranti digital seperti : gerbang logika, Flip–flop, dan register dapat diciptakan sebuah piranti pencacah, yakni suatu piranti dengan kemampuan baru ; kemampuan mencacah, disamping kemampuannya sebagai pembentuk logika, menyimpan dan menggeser data. Jadi piranti pencacah terdiri dari : gerbang logika, Flip – flop dan register yang dibangun dengan suatu arsitektur umpan balik, sehingga mempunyai kemampuan baru, yaitu dapat mencacah. Pencacah atau counter merupakan rangkaian logika sekuensi yang berfungsi mencacah atau menghitung jumlah pulsa clock yang masuk. Menurut jumlah pulsa yang dapat dicacah, terdapat jenis pencacah modulo 2n, contohnya pencacah modulo 4, modulo 8 dan modulo 16.
Sedangkan menurut pengaktifan elemen penyimpanannya dan dalam hal ini elemen penyimpan penacah adalah flip-flop, terdapat pencacah jenis tak serempak atau pencacah tak singkron (asynchronous counter) dan pencacah serempak atau pencacah singkron (synchronous counter). Pada pencacah tak serempak, elemen-elemen penyusunnya yakni flip-flip bekerja secara tidak serempak ketika pencacah tersebut diberi input pulsa, dan pada pencacah serempak elemen-elemen penyusunnya bekerja secara bersama-sama ketika ada pulsa masuk ke inputnya. Prosedur perancangan kedua jenis pencacah tersebut agak berbeda. Untuk pencacah serempak prosedur perancangannya sama dengan prosedur perancangan rangkaian sekuensial. Sedangkan rangkaian pencacah tak serempak prosedur perancangannya lebih sederhana.
Telah kita pelajari berbagai piranti digital dengan berbagai sifat, kegunaan dan prinsip kerja, yang meliputi : membentuk sistem analog menjadi digital, memutuskan bentuk operasi logika, menyimpan, dan menggeser. Piranti–piranti tersebut mempunyai satu kekurangan yaitu tidak dapat mencacah. Tetapi penggabungan dari berbagai macam piranti digital seperti : gerbang logika, Flip–flop, dan register dapat diciptakan sebuah piranti pencacah, yakni suatu piranti dengan kemampuan baru ; kemampuan mencacah, disamping kemampuannya sebagai pembentuk logika, menyimpan dan menggeser data. Jadi piranti pencacah terdiri dari : gerbang logika, Flip – flop dan register yang dibangun dengan suatu arsitektur umpan balik, sehingga mempunyai kemampuan baru, yaitu dapat mencacah. Pencacah atau counter merupakan rangkaian logika sekuensi yang berfungsi mencacah atau menghitung jumlah pulsa clock yang masuk. Menurut jumlah pulsa yang dapat dicacah, terdapat jenis pencacah modulo 2n, contohnya pencacah modulo 4, modulo 8 dan modulo 16.
Sedangkan menurut pengaktifan elemen penyimpanannya dan dalam hal ini elemen penyimpan penacah adalah flip-flop, terdapat pencacah jenis tak serempak atau pencacah tak singkron (asynchronous counter) dan pencacah serempak atau pencacah singkron (synchronous counter). Pada pencacah tak serempak, elemen-elemen penyusunnya yakni flip-flip bekerja secara tidak serempak ketika pencacah tersebut diberi input pulsa, dan pada pencacah serempak elemen-elemen penyusunnya bekerja secara bersama-sama ketika ada pulsa masuk ke inputnya. Prosedur perancangan kedua jenis pencacah tersebut agak berbeda. Untuk pencacah serempak prosedur perancangannya sama dengan prosedur perancangan rangkaian sekuensial. Sedangkan rangkaian pencacah tak serempak prosedur perancangannya lebih sederhana.
Langganan:
Postingan (Atom)
Terima kasih telah mengunjungi blok ini
Postingan
Semua Komentar
