Mikrokontroler Modul Sensor Termokopel

3.2.1 Mikrokontroler

Alat yang dirancang menggunakan mikrokontroler keluarga AVR jenis ATmega32 sebagai pengendali utama. Mikrokontroler ini berfungsi sebagai pengendali penerimaan dan pengolahan data dari sensor termokopel, pengendali modul pemanas, dan menampilkan grafik perubahan suhu terhadap waktu pada modul penampil. Gambar 3.2 menunjukkan untai modul mikrokontroler, sedangkan untuk Alokasi port-port mikrokontroler ditunjukkan pada Tabel 3.1. Tabel 3.1 Alokasi pin mikrokontroler Port pengendali mikrokontroler Fungsi Port A0 dan A1 Sebagai ADC untuk membaca output sensor Port A2-A5 Sebagai masukan untuk keypad 4x4 Port A6 Backlight LCD grafik Port A7 Reset LCD grafik Port B0-B2 dan B4 Sebagai masukan untuk keypad 4x4 Port B3 Terhubung dengan SSR Port C0-C7 Terhubung pada LCD grafik Port D2-D5 dan D7 Terhubung pada LCD grafik Gambar 3.2 Untai Modul Mikrokontroler.

3.2.2 Modul Sensor Termokopel

Untuk kepentingan pemantauan suhu oven reflow, dibutuhkan sensor suhu presisi yang dapat bekerja pada suhu yang cukup tinggi. Termokopel digunakan sebagai sensor suhu karena mampu bekerja pada suhu yang cukup ekstrim berkisar antara -400°C sampai 1300°C, harga yang terjangkau, dan tidak membutuhkan sumber daya dalam pengoperasiannya. Sinyal keluaran dari termokopel umumnya sangat kecil serta memiliki noise yang cukup besar. Contohnya, perbandingan nilai tegangan keluaran terhadap perubahan suhu untuk termokopel tipe K adalah sebesar 0,4 mV°C. Agar sinyal dapat memenuhi syarat untuk diolah pada proses selanjutnya, misalnya sebagai masukan pada Analog to Digital Converter ADC diperlukan rangkaian yang mampu mengatur range tegangan dan menghasilkan sinyal linier serta bebas noise. Gambar 3.3 Termokopel yang dipakai sebagai sensor suhu [8] Pada perancangan digunakan penguat instrumentasi untuk menguatkan tegangan keluaran termokopel, karena mampu menerima sinyal masukan dengan impedansi yang rendah, memiliki penguatan yang stabil, merupakan penguat loop tertutup dengan masukan diferensial, serta penguatannya dapat diatur tanpa mempengaruhi nisbah penolakan modus bersama Common Mode Rejection Ratio . Dengan keunggulan-keunggulan yang dimiliki, penguat instrumentasi dapat digunakan sebagai rangkaian pengkondisi sinyal untuk sinyal rendah dan mengandung noise. IC INA114AP programmable gain-single resistor instrumentation amplifier , digunakan untuk menguatkan tegangan keluaran dari sensor suhu termokopel karena memiliki fitur sebagai berikut: 1. Low offset voltage: maksimum 50µV 2. Low drift: maksimum 0,25µV°C 3. Low input bias current: maksimum 2nA 4. High Common-Mode Rejection 5. Input over-voltage protection: ±40V 6. Memiliki range penguatan yang lebar yaitu 1-10.000. Besar penguatan dari IC INA114AP ditentukan oleh nilai hambatan R g . Adapun rumus dari penguatan IC INA114AP adalah sebagai berikut: 50 1 g k G R Ω = + 3.1 dimana: G = Nilai penguatan 1-1000 g R = Gain resistor ohm Dalam menentukan besar penguatan dari untai penguat instrumentasi, ada dua hal yang perlu diperhatikan, yaitu: 1. Nilai tegangan keluaran termokopel pada temperatur minimum dan maksimum dari oven yang akan dirancang, sehingga dapat disesuaikan dengan range tegangan referensi dari ADC yang digunakan pada perancangan dipakai ADC internal ATmega32 dengan tegangan referensi dari 0-5 Volt. 2. Besar penguatan disesuaikan dengan nilai resistor yang tersedia di pasaran. Gambar 3.4 Untai penguat termokopel menggunakan penguat instrumentasi INA114AP Nilai resistor g R yang digunakan pada rangkaian penguat instrumentasi adalah 120 dengan toleransi sebesar 1. Sesuai dengan persamaan 3.1, maka besar penguatan dari untai penguat instrumentasi adalah: 50 1 120 k G Ω = + Ω 1 416, 66 = + 417, 66 = Posisi sensor termokopel pada oven yang dirancang, tepat dibawah ceramic infrared heater , tegak lurus terhadap arah radiasi, dengan jarak sekitar 2 cm. Hal ini dilakukan dengan harapan termokopel dapat menerima perpindahan panas secara radiasi dari elemen pemanas dengan baik. -V 4 IN+ 3 IN- 2 OUT 6 REF 5 RG 1 RG 8 +V 7 U1 INA114AP 120 R Gain VCC VEE 100nF C1 100nF C2 rmocouple- rmocouple+ 1 2 ATMega32 Header 2 Gambar 3.5 Posisi dari termokopel pada oven yang dirancang

3.2.3 Modul Pemanas