TUGAS AKHIR PENGERING KERTAS DAUR ULANG BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
TUGAS AKHIR
PENGERING KERTAS DAUR ULANG BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
NANCY FEBRILA EKO
NIM : 065114015
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
FINAL PROJECT
RECYCLE PAPER DRYER BASE ON
MICROCONTROLLER ATMEGA 8535
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree In Electrical Engineering
NANCY FEBRILA EKO
NIM : 065114015
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2011
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 23 Juni 2011 Nancy Febrila Eko
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO
Imagination is more important than knowledge.Knowledge is limited. Imagination encircles the world.
Albert Einstein Tugas Akhir ini kupersembahkan untuk… TuhanYesuspelindungku Papi dan Mami tercinta Adikku tersayang
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Nancy Febrila Eko Nomor Mahasiswa : 0645114015
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
PENGERING KERTAS DAUR ULANG BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me-ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Pada tanggal : 23 Juni 2011 Yang menyatakan (Nancy Febrila Eko)
INTISARI
Kertas merupakan sarana yang digunakan pada hampir semua lembaga/institusi baik pemerintah maupun swasta tidak terkecuali lembaga pendidikan. Hal akan berdampak pada meningkatnya volume limbah kertas yang dihasilkan dan secara tidak langsung akan memboroskan penggunaan sumberdaya alam hutan (kayu). Daur ulang kertas merupakan salah satu alternatif untuk mengurangi limbah kertas. Pada proses daur ulang secara konvensional, pengeringan mengandalkan cahaya matahari. Pada proses daur ulang pada skala besar pengeringan dilakukan dengan mesin besar yang canggih. Mengingat keadaan cuaca yang semakin tidak menentu, sedangkan daur ulang biasanya dilakukan pada skala kecil menegah, maka diperlukan sebuah alat pengering yang dapat digunakan pada skala rumahan. Berdasarkan pemikiran awal seperti tersebut, maka pada tugas akhir ini dilakukan perancangan dan pembuatan pengering kertas daur ulang berbasis mikrokontroler AVR ATmega 8535.
Pada perancangan digunakan mikrokontroler sebagai pengolah data suhu menggunakan kendali Proposional Integral (PI) dan sebagai pengendali tegangan yang akan mengendalikan heaterdan blower. Sistem pemanas kertas daur ulang hanya perlu diberikan nilai suhu yang akan digunakan untuk memanaskan kertas. Pemanas bekerja secara otomatis ketika semua syarat keamanan penggunaan alat sudah terpenuhi. Sistem pemanas bekerja menggunakan prinsip kerja pengendali PI. Dengan sistem pengendali yang memiliki umpan balik, diharapkan panas yang dihasilkan oleh heater dapat lebih optimal. Panas pada heater dikendalikan dengan keluaran PWM dari mikrokontroler yang dimasukkan ke rangkaian dimmer sebagai pengubah ke tegangan AC. Pengendalian yang sama juga digunakan untuk mengendalikan blower input sehingga semakin tinggi panas yang dihasilkan oleh heater semakin cepat pula blower berputar. Apabila set point yang diinginkan sudah dapat tercapai,maka heater dan blower input akan mati, jika terjadi over
shoot pada suhu atau suhu yang dihasilkan lebih tinggi dari set point yang diharapkan
maka blower output akan aktif dan mengeluarkan udara panas pada sistem. Sistem akan terus bekerja hingga satu siklus proses pencetakan selesai.
Dari hasil penelitian didapatkan pemanas yang akan bekerja secara otomatis untuk memanaskan bubur kertas. Blower yang digunakan mempercepat siskulasi udara pada oven. Pengeringan yang dilakukan dapat mengurangi kadar air pada bubur kertas. Kata kunci : Kertas, mikrokontroler AVR ATmega 8535, heater, blower, LM35.
ABSTRAC
Paper is the tool used in almost all agencies / institutions both public and private educational institutions are no exception. This will impact on the increasing volume of paper waste generated and will indirectly wasted use of forest resources (timber – the wood). Recycling paper is one alternative to reduce paper waste. In conventional recycling processes, relying on the sun drying. In the recycling process on a large scale drying is done by large sophisticated machines. Given the state of the increasingly erratic weather, while recycling is usually done on small-medium scale, it would require a dryer that can be used on a home scale. Based on initial thoughts like these, then at the end of the task is done the design and manufacture of recycled paper dryers based ATmega 8535 AVR microcontroller.
In the design of a microcontroller is used as a data processor temperature using a proportional integral control (PI) and as a voltage controller that will control the heater and blower. Recycled paper heating system only needs to be given the value of temperature that will be used to heat the paper. Heater works automatically when all safety requirements are met using the tool. Heating system works using the principle of the PI controllers. With a system that has a feedback controller, is expected to heat generated by the heater can be optimized. Heat on the heater is controlled by the PWM output of microcontroller that is inserted into the dimmer circuit as a modifier to AC voltage. The same control used for controlling the blower so that the higher the heat input generated by the heater the faster spinning blower. When the desired set point is achieved, then the heater and blower input will die, if there is over shoot on the temperature or the temperature of the resulting set point is higher than expected then the blower output will be active and remove the hot air in the system. The system will continue to work until one cycle of the printing process is complete.
Research results obtained from the heater that will work automatically to heat the pulp. Blowers are used to accelerate the air circulationin the oven. Drying is done to reduce the water content of pulp.
Keywords: Paper, ATmega 8535 AVR microcontroller, heater, blower, LM35.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikantugas akhir dengan PENGERING KERTAS DAUR ULANG BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535.
Adapun penulisan laporan ini tidak terlepas dari keterlibatan dan interaksi dengan banyak pihak yang dengan ketulusan hati mau membantu, membimbing dan memberi motivasi. Dengan kerendahan hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Ayah untuk segala masukannya dan ibu atas dukungan dan doa.
2. Adikku yang selalu menghibur dan menyemangati, ‘you’re my inspiration’.
3. Ibu B.Wuri Harini, S.T.,M.T., selaku dosen pembimbing I yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, semangat, pengetahuan, kritik dan saran dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
4. Seluruh dosen teknik elektro dan laboran yang telah banyak memberikan pengetahuan kepada penulis selama kuliah.
5. Teman kelompok tugas akhir Atika S.T., Fernando S.T. dan Ratno S.T., ‘saat terindah bersama kalian di tempat tertinggi’.
6. Bapak satpam dan pegawai kampus yang senantiasa membantu dan memperlancar penulis keluar masuk ruang tugas akhir.
7. Teman dan kakak Teknik Elektro angkatan 2003, 2004 dan 2006, terutama Andi N yang kurepotkan, kak Ginting yang selalu memberi semangat.
8. Sahabatku Novreny, Imanuela dan Danang, terimakasih kalian selalu ada untukku.
9. Semua pihak yang terlibat yang tidak dapat penulis sebutkan satu demi satu, terima kasih atas dukungannya Dengan kerendahan hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini sangant diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Terima kasih.
Yogyakarta, 23 Juni 2011
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL.................................................................................. i
TITLE PAGE ............................................................................................. ii
HALAMAN PERSETUJUAN.................................................................. iii
HALAMAN PENGESAHAN.................................................................... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA.............................. v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO...................................... vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA vii ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS................................. viii INTISARI................................................................................................... ix ABSTRACT................................................................................................ x KATA PENGANTAR................................................................................
DAFTAR ISI............................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR.................................................................................. xiv
DAFTAR TABEL...................................................................................... xviBAB I. PENDAHULUAN 1.1. Tujuan..........................................................................................
1 1.2. Latar Belakang............................................................................
2 1.3. Batasan Masalah..........................................................................
3 1.4. Metodologi Penelitian.................................................................
3 1.5. Sistematika Penulisan..................................................................
4
BAB II. DASAR TEORI 2.1. Mikrokontroler ATmega 8535....................................................
5 2.1.1. Fitur.................................................................................
6 2.1.2. Peta Memori....................................................................
6 2.1.3. Timer /Counter................................................................
7 2.1.4. ADC (Analog To Digital Converter)...............................
9 2.2. Sensor suhu LM 35.....................................................................
12 2.3. Keypad.........................................................................................
12 2.4. Penguat Daya..............................................................................
14 2.5. Thyristor......................................................................................
14 2.6. Heater..........................................................................................
16 2.7. Blower.........................................................................................
17 2.8. Pengendali Proportional Integral...............................................
19 2.8.1. Pengendali Proportional.................................................
19 2.8.2. Pengendali Integral.........................................................
20 2.8.3. Pengendali Proportional Integral....................................
21 2.9. Tuning Kontroler dengan Metode Ziegler-Nichols.....................
22 BAB III. RANCANGAN DAN PENELITIAN 3.1. Sistem Pencetak Kertas Daur Ulang...........................................
25 3.2. Perancangan Perangkat Keras.....................................................
28 3.2.1. Perancangan Catu Daya................................................
29 3.2.2. Perancangan Pengendali Tegangan AC........................
29 3.2.3. Keypad..........................................................................
30 3.2.4. Mikrokontroler ATmega 8535......................................
31 3.3. Perancangan perangkat lunak......................................................
32 3.3.1. Pembagian Port Atmega 8535.......................................
32 3.3.2. Perancangan Program....................................................
32
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Perancangan.......................................................................
37 4.2. Prinsip dan Cara Kerja................................................................
38 4.2.1. Pengujian Heater Open Loop........................................
39 4.2.2. Pengujian sensor LM35................................................
40 4.3. Analisa Perangkat Lunak............................................................
41 4.4. Data Pengujian Sistem................................................................
44 4.4.1. Set Point=50°C..............................................................
44 4.4.2. Set Point=60°C..............................................................
46 4.4.3. Set Point=80°C..............................................................
47 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan..................................................................................
48 5.2. Saran............................................................................................
48 DAFTAR PUSTAKA...................................................................................
49
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konfigurasi pin Atmega 8535..................................................
15
8
8
9
10
10
11
12
13
14
15
15
16
7
16
18
18
18
18
19
20
22
23
23
25
7
5
Gambar 2.2 Konfigurasi Memori Data........................................................Gambar 2.15 Simbol TRIAC.......................................................................Gambar 2.3 Register TCCR0.......................................................................Gambar 2.4 Register TCCR01A..................................................................Gambar 2.5 Register TCCR1B....................................................................Gambar 2.6 Register TCCR2.......................................................................Gambar 2.7 Register ADMUX....................................................................Gambar 2.8 Format data ADC dengan ADLAR=0.....................................Gambar 2.10 Register ADCSRA.................................................................Gambar 2.11 Keypad matrik 4x3.................................................................Gambar 2.12 konfigurasi saklar keypad 4x3................................................Gambar 2.13 Rangkaian penguat daya dengan transformator.....................Gambar 2.14 Bentuk Fisik & Simbol Thrystor............................................Gambar 2.16 Karakteristik triac...................................................................Gambar 3.2 Flow chart sistem pencetak kertas daur ulang.........................Gambar 2.17 Rangkaian triac untuk mengatur putaran motor ac................Gambar 2.17 Heater.....................................................................................Gambar 2.19 Fan, Blower dan Impeler........................................................Gambar 2.20 Fan.........................................................................................Gambar 2.21 Blower....................................................................................Gambar 2.22 Impeler...................................................................................Gambar 2.23 Respon output terhadap masukan P.......................................Gambar 2.24 Respon output terhadap masukan I........................................Gambar 2.25 Kurva respons tangga satuan yang memperlihatkan 25 % lonjakan maksimum.....................................................................................Gambar 2.26 Respon tangga satuan sistem..................................................Gambar 2.27 Kurva Respons berbentuk S...................................................Gambar 3.1 Sistem otomasi pencetak kertas daur ulang.............................26
Gambar 3.4 Rangkaian Catu Daya...............................................................34
30
31
31
32
32
33
34
35
29
36
37
38
38
39
45
45
46
30
29
Gambar 3.5 Blok diagram sistem pemanas..................................................Gambar 3.14 Flow Chart Sistem Input........................................................Gambar 3.6 Rangkaian Penguat Daya.........................................................Gambar 3.7 Rangkaian Inverter Dengan TRIAC........................................Gambar 3.8 Keypad......................................................................................Gambar 3.9 Minimum sistem.......................................................................Gambar 3.10 Pembagian Port Pada Mikrokontroler....................................Gambar 3.11 Blok Diagram Perancangan Program.....................................Gambar 3.12 Flow Chart Sistem Pencetak..................................................Gambar 3.13 Flow Chart Sistem Standby...................................................Gambar 3.15 Flow Chart Sistem Safety.......................................................Gambar 4.8 Grafik suhu pengujian SP 80°C................................................Gambar 3.16 Flow chart Sistem Pengendali Suhu......................................Gambar 4.1 Hasil akhir sistem otomasi pencetak kertas daur ulang...........Gambar 4.2 Rak dan loyang pencetak.........................................................Gambar 4.3 Rangkaian Elektronis...............................................................Gambar 4.4 Grafik heater dengan pengujian open loop..............................Gambar 4.5 Keluaran PI dengan SP 50°C...................................................Gambar 4.6 Perbandingan suhu dengan SP 50°C........................................Gambar 4.7 Keluaran PI dengan SP 60°C...................................................47
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clock...........
9
40
24
13
12
10
9
8
Tabel 2.2 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clock...........Tabel 4.2 Perbandingan suhu.......................................................................Tabel 4.1 Pengujiansensor LM35................................................................Tabel 2.7 Penalaan paramater PID dengan metode kurva reaksi.................Tabel 2.6 Konfigurasi keypad......................................................................Tabel 2.5 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC.........................Tabel 2.4 Beberapa setting kondisi untuk memilih tegangan referensi.......Tabel 2.3 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clock...........46
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pemanasan global menyebabkan terjadinya perubahan iklim, atau tepatnya perubahan beberapa variabel iklim suhu udara dan curah hujan.Perubahan Iklim merupakan global saat ini. Indonesia pun tidak terlepas dari pengaruh perubahan iklim tersebut [1]. Oleh karena itu, perlu upaya semua pihak untuk memperlambat laju perubahan iklim yang sudah tidak dapat dihindari lagi.
Sebagai lembaga yang peduli terhadap perubahan iklim Climate Change Center (3C) mengadakan Kegiatan Paperless Generation, kegiatan ini berupaya membentuk generasi yang berhemat dan mengurangi konsumsi kertas. Diharapkan melalui kegiatan ini dapat mengurangi laju perubahan iklim.[2]
Kondisi yang ada selama ini menunjukkan bahwa hampir semua lembaga/institusi baik pemerintah maupun swasta tidak terkecuali lembaga pendidikan sangat boros dalam pemakaian kertas. Meskipun limbah kertas mudah hancur namun sampah-sampah tersebut akan berdampak pada meningkatnya volume limbah yang dihasilkan, dimana pada gilirannya akan memperpendek usia Tempat Pembuangan Akhir (TPA). Secara tidak langsung hal ini akan memboroskan penggunaan sumberdaya alam hutan (kayu).[3] Daur ulang kertas merupakan salah satu alternatif untuk mengurangi limbah kertas.
Proses daur ulang kertas meliputi beberapa tahapan, yaitu: pembuatan bubur kertas, pencetakan, dan pengeringan. Pada pembuatan kertas daur ulang bagian terpenting dalam proses produksi yang menentukan kualitas kertas ditentukan pada saat pencetakan dan pengeringan kertas. Pengeringan kertas dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain dengan dianginkan atau mengandalkan cahaya matahari saat pengeringan.
Daur ulang kertas sebagian besar dilakukan oleh kelompok usaha ekonomi kecil dan menengah. Dengan keadaan cuaca yang tidak menentu dewasa ini membuat usaha ekonomi kecil yang menggantungkan penggunaan matahari sebagai sarana pengering tidak dapat berproduksi sebagaimana sebelumnya. Beberapa diantaranya berusaha menggantikan proses pengeringan dengan menggunakan oven sama seperti yang digunakan pada oven untuk membuat kue, baik yang menggunakan listrik maupun kompor sebagai sumber pemanasnya.
Sejalan dengan perkembangan teknologi di era globalisasi dewasa ini yang semakin modern, pemerintah mencanangkan pembangunan di bidang industri dan teknologi sehingga sumbangan kreatifitas dan daya pikir dapat memberikan sesuatu yang berguna untuk memajukan dunia industri kreatif. Dalam perkembangan teknologi yang semakin modern, banyak hal yang sudah mulai tergantikan dengan sistem otomasi yang dapat lebih mengefisiensi kerja dan waktu. Sistem otomasi tersebut penggunaanya dapat diterapkan dalam kehidupan sehari – hari, bahkan dapat pula diterapkan dalan berbagai bidang ilmu yang lain.
Pemanas yang ada di pasaran selama ini tidak memperhatikan kualitas panas yang dihasilkan oleh pemanas terhadap objek yang dipanaskan dan hanya mengandalkan timer sebagai pewaktu mulai dan selesainya suatu proses.
Berdasarkan pemikiran awal seperti tersebut, maka pada tugas akhir ini dilakukan perancangan dan pembuatan pengering kertas daur ulang berbasis mikrokontroler AVR ATmega 8535. Pada perancangan digunakan mikrokontroler sebagai pengolah data suhu menggunakan kendali Proposional Integral (PI) dan sebagai pengendali tegangan yang akan mengendalikan heater dan blower. Sistem pemanas kertas daur ulang hanya perlu diberikan nilai suhu yang akan digunakan untuk memanaskan kertas. Pemanas bekerja secara otomatis ketika semua syarat keamanan penggunaan alat sudah terpenuhi. Sistem pemanas bekerja menggunakan prinsip kerja pengendali PI. Dengan sistem pengendali yang memiliki umpan balik, diharapkan panas yang dihasilkan oleh heater dapat lebih optimal. Panas pada heater dikendalikan dengan keluaran PWM dari mikrokontroler yang dimasukkan ke rangkaian inverter sebagai pengubah ke tegangan AC. Pengendalian yang sama juga digunakan untuk mengendalikan blower input sehingga semakin tinggi panas yang dihasilkan oleh heater semakin cepat pula blower berputar. Apabila set point yang diinginkan sudah dapat tercapai,maka heater dan blower input akan mati, jika terjadi over
shoot pada suhu atau suhu yang dihasilkan lebih tinggi dari set point yang diharapkan
maka blower output akan aktif dan mengeluarkan udara panas pada sistem. Sistem akan terus bekerja hingga satu siklus proses pencetakan selesai.
1.2. Tujuan dan Manfaat
Tujuan yang ingin dicapai adalah
menghasilkan suatu sistem pengering kertas yang pengeringan kertas dapat menjadi lebih tepat, sesuai dengan panas yang dikehendaki dalam sebuah proses pengeringan kertas. Sehingga proses produksi tidak lagi terkendala oleh cuaca yang tidak menentu.
Manfaat yang akan didapat dalam perancangan dan pembuatan alat ini yaitu :
1. Memberikan sumbangan perangkat baru bagi masyarakat industri kreatif yang diadaptasi dari sistem pengeringan kertas daur ulang tradisional.
2. Menjadikan mikrokontroler sebagai perangkat elektronis yang mudah diaplikasikan sebagai pengendali pada berbagai kasus dan bidang kehidupan.
1.3. Batasan Masalah
Tugas akhir pengering kertas berbasis mikrokontoler ini adalah bagian dari sistem pencetak kertas daur ulang. Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Objek pengaturan adalah suhu pengering kertas dengan kisaran ukur antara 27°C hingga 100°C b. Aktuator pengatur panas yang digunakan berupa heater dan blower.
c. Instrumen pengendali menggunakan mikrokontroler AVR ATmega 8535.
d. Input diberikan melalui keypad dan dapat dilihat melalui LCD.
e. Sensor yang digunakan adalah sensor suhu.
1.4. Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian yang digunakan dalam pembuatan skripsi terdiri dari beberapa tahapan sebagai berikut:
1. Pengumpulan literatur; yaitu mengumpulkan dan mempelajari berbagai informasi yang relevan dengan penelitian yang berasal dari buku pustaka, makalah, catatan kuliah, dan internet.
2. Wawancara dan pengamatan; yakni melakukan wawancara dengan ahli yang terlibat langsung dalam proses daur ualang kertas dan pengamatan proses pengerjaan kertas daur ulang secara manual.
3. Perancangan peralatan menggunakan teori yang ada untuk mendapatkan karakteristik yang sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan.
4. Pengujian karakteristik pemanas dan sensor – sensor yang akan digunakan.
5. Pembuatan hardware sistem pencetak kertas daur ulang dan menguji aliran panas yang dihasilkan.
6. Pembuatan software dengan konstanta pemanasan yang sudah didapat dari pengujian yang sebelumnya.
7. Pengujian kinerja sistem secara keseluruhan serta mengambil data dari hasil pengujian.
8. Analisis dan penyimpulan hasil percobaan.
1.5. Sistematika Penulisan
Agar skripsi ini lebih mengarah pada permasalahan dan membuat keteraturan dalam penyusunan dan penulisannya maka dibuat dalam beberapa bab, sebagai berikut :
BAB I. PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang, tujuan dan manfaat, pembatasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II. DASAR TEORI Bab ini berisi dasar teori mengenai intensitas pengendali PI, perangkat keras utama yaitu mikrokontroler Atmega8535 dan perangkat keras pendukung seperti sensor, dan aktuator.
BAB III. RANCANGAN PENELITIAN Bab ini berisi rancangan perangkat keras maupun perangkat lunak. BAB IV. DATA DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi hasil pengujian perangkat keras maupun lunak disertai analisis hasil pengujian. BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dan saran yang dapat dipergunakan untuk penelitian lebih lanjut.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1. Mikrokontroler ATmega 8535
Mikrokontroller ATmega8535 [5] merupakan mikrokontroller generasi AVR (Alf and
Vegard’s Risk processor). Mikrokontroller AVR memiliki arsitektur RISC (Reduced
Instruction Set Computing) 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-
bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock.Gambar 2.1 Konfigurasi pin ATmega 8535Konfigurasi pin ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.1. Secara fungsional konfigurasi pin ATmega8535 sebagai berikut :
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.
2. GND merupakan pin ground.
3. Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.
4. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus untuk Timer/Counter, Komparator analog, dan SPI.
5. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus untuk TWI, Komparator analog, dan Timer Oscilator.
6. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus untuk Komparator analog, Interupsi eksternal, dan Komunikasi serial.
8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
2.1.1. Fitur
Keistimewaan dari ATmega8535 adalah sebagai berikut : 1. Mikrokontroler AVR berkemampuan tinggi.
2. Didesain berdaya rendah dan semua operasi bersifat statis.
3. Memory flash sebesar 8K – bytes.
4. EEPROM sebesar 512 bytes.
5. SRAM internal sebesar 512 bytes.
6. Dua buah timer / counter 8 – bit.
7. Satu buah timer / counter 16 – bit.
8. PWM (Pulse Width Modulation) sebanyak 4 (empat) kanal (channels).
9. ADC (Analog – to – Digital Converter) internal dengan fidelitas 10 – bit sebanyak 8 channels.
10. Portal komunikasi serial (USART) 11. Analog comparator internal.
12. Enam pilihan mode sleep penghemat penggunaan daya listrik.
13. Tegangan operasi 2,7-5,5V (untuk ATmega8535L) dan 4,5-5,5V (untuk ATmega8535).
14. Kecepatan maksimal 16 MHz.
15. Antarmuka SPI.
16. Unit interupsi internal dan eksternal.
17. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D 18. ATmega8535terdiri dari 40-pin PDIP, 44-lead TQFP dan 44-pad MLF.
2.1.2. Peta Memori
Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 register umum,64 buah register I/O,dan 512 byte SRAM Internal.Register keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus unutk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 hingga $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register, timer/counter, fungsi – fungsi I/O, dan sebagainya. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F. Konfigurasi memori data ditunjukkan pada gambar 2.2 di bawah ini.
Gambar 2.2. Konfigurasi Memori Data2.1.3. Timer /Counter
AVR ATmega8535 memiliki tiga buah timer, yaitu Timer / Counter 0 (8 bit), Timer / Counter 1 (16 bit), Timer / Counter 2 (8 bit).
a. Timer / Counter 0
Pengaturan diatur oleh TCCR0 (Timer / Counter Control Register0) yang dapat dilihat pada gambar 2.3dan tabel 2.1.
Gambar 2.3. Register TCCR0Bit 7 – FOC0: Force Output Compare Bit 6,3-WGM01:WGM00 : Waveform generation Unit Bit 5,4 – COM1:COM00 : Compare Match Output Mode Bit 2,1,0 – CS02,CS01,CS00 : Clock select Ketiga bit tersebut memilih sumber clok yang akan digunakan oleh Timer/Counter .
Berikut Tabelnya:
Tabel 2.1. Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clockb. Timer / Counter 1 Timer/Counter1 adalah 16 Bit Timer/Counter yang memungkinkan program pewaktuan lebih akurat .
Pengaturan pada Timer/Counter1 diatur melalui Register TCCR1A (Timer / Counter
Control Register 1A), gambar 2.4
Gambar 2.4. Register TCCR1APengaturan diatur oleh Register TCCR1B (Timer / Counter Control Register 1B) yang dapat dilihat pada gambar 2.5 dan tabel 2.2.
Gambar 2.5. Register TCCR1BTabel 2.2. Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clockc. Timer / Counter 2 Pengaturan diatur oleh TCCR2 (Timer / Counter Control Register2) yang dapat dilihat pada gambar 2.6 dan tabel 2.3.
Gambar 2.6. Register TCCR2Tabel 2.3. Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clockADC (Analog To Digital Converter) 2.1.4.
Proses inisialisasi ADC meliputi proses penentuan clock, tegangan referensi, format
output data, dan mode pembacaan. Register yang perlu diset nilainya adalah ADMUX
(ADC Multiplexer Selection Register), ADCSRA (ADC Control and Status Register A), dan SFIOR (Special Function IO Register).
ADMUX merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan tegangan referensi ADC, format data Output, dan saluran ADC yang digunakan. Konfigurasinya seperti gambar 2:7
Gambar 2.7. Register ADMUXBit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut: a. REFS[1..0] merupakan bit pengatur tegangan referensi ADC ATMega8535.
Tabel 2.4 Beberapa setting kondisi untuk memilih tegangan referensib. ADLAR merupakan bit pemilih mode data keluaran ADC. Penjelasannya dapat dilihat pada gambar 2.8 dan gambar 2.9 :
Gambar 2.8 Format data ADC dengan ADLAR=0 c. MUX[4..0] merupakan bit pemilih saluran pembacaan ADC. Dengan nilai awal 00000 , maka bila nilai MUX tidak diubah secara otomatis kanal ADC yang dipilih adalah ADC0, sedangkan untuk pemilihan kanal yang lain dilakukan dengan mengubah settingan MUX.d. ADCSRA merupakan register 8 bit yang berfungsi melakukan manajemen sinyal kontrol dan status dari ADC. ADCSRA memiliki susunan seperti gambar 2.10
Gambar 2.10 Register ADCSRABit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. ADEN merupakan bit pengatur aktivasi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1, maka ADC aktif.
b. ADSC merupakan bit penanda mulainya konversi ADC. Bernilai awal 0 selama konversi ADC akan bernilai 1, sedangkan jika konversi telah selesai, akan berniai 0.
c. ADATE merupakan bit pengatur aktivasi picu otomatis operasi ADC. Bernilai awal 0.
Jika berjilai 1, operasi konversi ADC akan dimulai pada saat transisi positif dari sinyal picu yang dipilih. Pemilihan sinyal picu menggunakan bit ADTS pada register SFIOR.
d. ADIF merupakan bit penanda akhir suatu konversi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1, maka donversi ADC pada suatu saluran telah selesai dan data siap diakses.
e. ADIE merupakan bit pengatur aktivasi interupsi yang berhubungan dengan akhir konversi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1 dan jika sebuah konversi ADC telah selesai, sebuah interupsi akan dieksekusi.
f. ADPS[2..0] merupakan bit pengatur clock ADC. Bernilai awal 000 yang berarti frekuensi ADC menyelsaikan konversi adalah setengah dari frekuensi osilator yang digunakan. Sedangkan jika diinginkan frekuensi yang lebih rendah dapat dilakukan dengan mengubah nilai settingan ADPS yang dapat dilihat pada tabel 2.5
Tabel 2.5 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC Tabel 2.5 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC Tabel 2.5 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC2.2. Sensor suhu LM 35
2.2. Sensor suhu LM 35
2.2. Sensor suhu LM 35
Sensor suhu merupakan komponen elektronik yang berfungsi merubah besaran suhu Sensor suhu merupakan komponen elektronik yang berfungsi merubah besaran suhu Sensor suhu merupakan komponen elektronik yang berfungsi merubah besaran suhu menjadi besaran tegangan listrik. Sensor suhu LM35 digunakan untuk mengetahui menjadi besaran tegangan listrik. Sensor suhu LM35 digunakan untuk mengetahui menjadi besaran tegangan listrik. Sensor suhu LM35 digunakan untuk mengetahui besarnya suhu ruangan. Karakteristik sensor LM 35 adalah sebagai berikut: besarnya suhu ruangan. Karakteristik sensor LM 35 adalah sebagai berikut: besarnya suhu ruangan. Karakteristik sensor LM 35 adalah sebagai berikut: 1.
1. Tegangan yang dihasilkan oleh output sensor sebanding dengan nilai perubahan Tegangan yang dihasilkan oleh output sensor sebanding dengan nilai perubahan Tegangan yang dihasilkan oleh output sensor sebanding dengan nilai perubahan suhu, dengan linearitas 10 mV untuk setiap perubahan suhu 1°C, dengan error suhu, dengan linearitas 10 mV untuk setiap perubahan suhu 1°C, dengan error suhu, dengan linearitas 10 mV untuk setiap perubahan suhu 1°C, dengan error ±¼°C. ±¼°C. ±¼°C.
1.
2.
2. Jangkauan (range) suhu yang mampu dirasakan oleh LM35 adalah dari -55°C Jangkauan (range) suhu yang mampu dirasakan oleh LM35 adalah dari -55°C Jangkauan (range) suhu yang mampu dirasakan oleh LM35 adalah dari -55°C sampai dengan 150°C. sampai dengan 150°C. sampai dengan 150°C.
2.
3.
3.
3. Dapat bekerja pada tegangan 4 – 30 V. Dapat bekerja pada tegangan 4 – 30 V. Dapat bekerja pada tegangan 4 – 30 V.
4.
4.
4. Arus yang diperlukan kurang dari 60 μA. Arus yang diperlukan kurang dari 60 μA. Arus yang diperlukan kurang dari 60 μA.
5.
5. Impedansi output rendah. Impedansi output rendah. Impedansi output rendah.
5.
2.3. Keypad
2.3. Keypad
2.3. Keypad
Gambar 2.11 Keypad matrik 4x3 Gambar 2.11 Keypad matrik 4x3 Gambar 2.11 Keypad matrik 4x3Sebuah keypad pada dasarnya adalah saklar-saklar push button yang disusun secara Sebuah keypad pada dasarnya adalah saklar-saklar push button yang disusun secara Sebuah keypad pada dasarnya adalah saklar-saklar push button yang disusun secara
dan tiga kolom. Keypad berfungsi sebagai input dalam aplikasi elektronik. Memiliki seperti
gambar 2.12 konfigurasi 4 baris (output scanning) dan 3 kolom (input scanning).Gambar 2.12 konfigurasi saklar keypad 4x3Dari konfigurasi keypad seperti gambar di atas maka dapat dilihat bahwa saklar terbagi menjadi 2 buah kelompok, menjadi baris dan kolom hal ini bertujuan agar masukkan yang dapat dikodekan dapat lebih banyak dibandingkan dengan data output dari keypad itu sendiri. Karena terdapat 4 baris dan 3 kolom maka terdapat 12 konfigurasi yang terbaca. Untuk mempermudah pembacaan maka dapat dilihat pada tabel 2.6 berikut.
Tabel 2.6 Konfigurasi keypad2.4. Penguat Daya
Dengan menggunakan transformator, penguatan dari masukan yang bernilai kecil dapat diperkuat sehingga dapat menjalankan sebuah beban keluaran. Penguat daya dengan transformator yang tergandeng dengan keluaran dapat memperkuat daya yang hilang akibat tahanan-dalam sebuah alat jauh lebih besar dari pada tahanan dalam sebuah beban [6].
Gambar 2.13 adalah sebuah penguat daya dengan transformator.Gambar 2.13 Rangkaian penguat daya dengan transformatorKetika suatu pulsa dengan tegangan yang mencukupi diberikan ke kaki basis transistor Q6, transistor akan saturasi dan tegangan dc Vcc akan terlihat di sepanjang lilitan primer transformator, yang akan memberikan tegangan pulsa pada lilitan sekunder transformator yang langsung diberikan pada gerbang triac dan terminal katoda. Ketika tegangan pulsa masukan sama dengan nol, transistor Q6 akan tersumbat dan tegangan dengan polaritas terbalik akan menginduksi lilitan primer dari transformator dan membuat dioda Dm tersambung. Arus karena energi magnetik transformator akan menghilang melalui Dm ke nol. Selama masa transien itu, tegangan balik terjadi pada lilitan sekunder [7].
2.5. Thyristor Thyristor [8] dikembangkan oleh Bell Laboratories tahun 1950-an dan mulai
digunakan secara komersial oleh General Electric tahun 1960an. Thyristor adalah komponen semikonduktor empat lapisan berstruktur pnpn dengan tiga pn junction. Thyristor memiliki tiga kaki, yaitu Anoda, Katoda dan Gate. Juga dikenal ada dua jenis Thyristor dengan P-gate dan N-gate gambar 2.14.
Gambar 2.14. : Bentuk Fisik & Simbol ThrystorTriac adalah thyristor yang konduktif pada dua arah. Triac merupakan sebuah komponen yang mampu bekerja pada dua arah (bidirectional), maka tidak perlu penamaan dengan menggunakan anoda dan katoda. Gambar 2.15 adalah simbol dari sebuah triac.
Gambar 2.15 Simbol TRIAC2
1
Jika terminal MT positif terhadap MT , triac dapat di-on-kan dengan memberikan1
2
1
sinyal gerbang positif antara G dan MT . Jika terminal MT negatif terhadap MT maka
1
triac dapat di-on-kan dengan memberikan sinyal pulsa negatif antara G dan MT . Tidak perlu memiliki kedua sinyal gerbang positif dan negatif dan triac dapat dihidupkan baik oleh sinyal gerbang positif maupun negative.
Gambar 2.16. Karakteristik triac Karakteristik V-I dari triac diberikan Gambar 2.16. Arus I, disebut holding current adalah arus minimun yang dibutuhkan untuk mempertahankan triac tetap on. Triac merupakan komponen yang simetris dan mampu memberikan perfomansi yang sama pada daerah kerja kuadran III dari grafik dengan kerja kuadran I, sehingga Triac dapat dioperasikan di kuadran I (tegangan dan arus gerbang positif) atau di kuadran III (arus dan tegangan gerbang negatif).Gambar 2.17 adalah rangkaian triac yang digunakan untuk mengatur putaran motor ac.Rangkaian RC yang tersusun seri adalah sebuah rangkaian snubber. Snubber berfungsi untuk memberikan tambahan arus saat arus yang mengalir dari triac belum mampu menggerakan motor ac.
Gambar 2.17 Rangkaian triac untuk mengatur putaran motor acPersamaan untuk mendapatkan nilai R dan C adalah
, ×
[2.1]
= , ×
[2.2]
=