BAB III
PERANCANGAN ALAT
3.1 Diagram Blok
Alat ini dibuat untuk dapat mengkarakterisasi Elemen Peltier TEC-12706 dalam melakukan proses kerja yang terbalik dari pada fungsi awal komponen.
Fungsi kerja yang dimaksudkan ialah dalam menghasilkan energi listrik dari perbedaan suhu yang terjadi pada kedua sisi dari Elemen Peltier, dan berdasarkan
Efek Seebeck. Proses kerja dari alat tersebut dapat dilihat pada diagram blok berikut
T.DINGIN PELTIER
T.PANAS
TERMOKOPEL TERMOKOPEL
SENSOR ARUS
SENSOR TEGANGAN
MAX-6675 MAX-6675
MIKROKONTROL
RS-232
PC
Gambar 3.1 Diagram blok alat
Universitas Sumatera Utara
Seperti yang kita lihat pada gambar 3.1 adapun fungsi dari pada setiap komponen seperti berikut :
1. Termokopel : mengukur nilai suhu pada kedua sisi elemen Peltier dan
mengirimkannya kepada dekoder agar diteruskan ke mikrokontrol 2.
MAX-6675 : ADC untuk termokopel agar data yang dihasilkan termokopel dapat dibaca oleh mikrokontrol
3. Sensor tegangan : untuk menghitung nilai tegangan yang dihasilkan
oleh elemen Peltier dan mengirimnya ke mikrokontrol untuk diolah 4.
Sensor arus : untuk menghitung nilai arus yang dihasilkan oleh elemen Peltier dan mengirimnya ke mikrokontrol untuk diolah
5. Mikrokontrol : pusat kendali data alat yang diterima dari termokopel,
sensor tegangan dan sensor arus 6.
RS-232 : dekoder untuk mengubah data dari mikrokontrol agar dapat ditampilkan pada PC
7. PC : Interface untuk user agar dapat melihat nilai data yang dihasilkan
oleh setiap sensor
3.2 Rancang bangun alat 3.2.1 Rangkaian Sensor Arus ACS 712
Untuk mengukur arus keluaran pada alat ini, digunakan IC ACS712-30A. IC tersebut merupakan sensor arus dengan kapasitas maksimum 30 Ampere. IC
ACS712-30A memiliki rate tegangan output yang linier terhadap arus input. Pada 0 Ampere, tegangan output terukur pada setengah dari tegangan supply. Dari
tegangan supply 5v terukur tegangan output ACS sebesar 2,5v DC pada input 0A. Untuk arus AC, tegangan output ACS memiliki output sinyal sinus dengan
DC refference sebesar ½ Vcc. Sensor arus yang digunakan pada rangkaian ini adalah sensor arus
ACS712, yang dapat dideteksi besarnya nilai arus dari -5 A sampai 5 A. Sensor arus ACS712 dapat digunakan pada pengukuran arus AC atau DC didunia
industri, otomotif, komersil dan sistem komunikasi. Pada umumnya sensor ini digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched – mode power
supplies, dan proteksi beban berlebih. IP+ dan IP- dari pin ACS 712 terhubung pada rangkaian yang akan diukur niai arusnya. Kapasitor 1µF digunakan sebagai
Universitas Sumatera Utara
filter sensor arus, sedangkan kapasitor 0,1 µF digunakan sebagai filter pada sumber tegangan VCC. Sensor arus dicatu oleh tegangan 5v yang terhubung ke
VCC. Keluaran sensor arus, Vout terhubung ke rangkaian pengkondisi sinyal sensor arus. Berikut ini adalah gambar rangkaian dari sensor arus ACS712:
IP+ IP+
IP- IP-
1
2
3
4 Vcc
Vout FLTR
GND
ACS712
+5V C
BYP
0,1µF
C
f
1nF IP
Gambar 3.2 Rangkaian Sensor Arus
Saat tidak ada arus yang terdeteksi pada sensor arus AC712, maka keluaran sensor adalah 2,5 V. Saat arus mengalir dari IP+ ke IP-, maka keluaran
akan lebih dari 2,5 V. Sebaliknya ketika arus listrik mengalir dari IP- Ke IP+, maka keluaran akan kurang dari 2,5 V. Pada pendeteksi arus -5A sampai dengan
5A, pengkondisi sinyal sensor arus mengubah level tegangan keluaran sensor arus 1,5V – 3,5V ke dalam level tegangan masukan ADC mikrokontroler 0V-5,0V.
3.2.2 Rangkaian Sensor Tegangan
Sensor tegangan yang digunakan pada alat ini adalah sensor tegangan analog yang berupa sebuah rangkaian dasar elektronik yaitu rangkaian pembagi
tegangan. Rangkaian pembagi tegangan atau voltage divider biasanya digunakan untuk membuat suatu tegangan referensi dari sumber tegangan yang lebih besar,
titik tegangan referensi pada sensor, untuk memberi bias pada komponen aktif. Rangkaian pembagi tegangan pada dasarnya dapat dibuat dengan dua buah resitor,
contoh rangkaian dasar pembagi tegangan yang digunakan pada alat dengan Vout atau output dari tegangan sumber V
1
menggunakan resistor pembagi tegangan yaitu R1 dan R2 seperti pada gambar berikut:
Universitas Sumatera Utara
Tegangan Keluaran dari Elemen Peltier
Ke mikrokontrol
pin ADC
GND R1= 1K
R2= 1K
Gambar 3.3 Rangkaian Pembagi tegangan sensor tegangan
Pada rangkaian sensor tegangan ini digunakan resistor 1K Ω dengan alasan agar
keluaran dari pada sensor tegangan analog ini sesuai dengan syarat input dari pada IC mikrokontroler atmega-8535 yang digunakan. Perhitungan yang digunakan
pada pembacaan sensor ini adalah : �
���
=
�
�
��
�
1
+ �
2
�
��
2
3.1 dengan pemberian faktor pengali pada program kendali mikrokontroller maka
akan di dapat pembacaan real pada sensor tegangan analog ini.
3.2.3 Rangkaian Max - 232
RS-232 merupakan standar komunikasi serial yang didefinisikan sebagai antarmuka antara perangkat terminal data. Agar PC dan mikrokontroller dapat
terhubung maka diperlukan interface RS - 232 yang berfungsi sebagai interface mikrokontroller. Oleh karena itu diperlukan port serial yaitu port DB9. Kemudian
DB9 dihubungkan dengan rangkaian konverter atau pengubah. Dalam rangkaian ini IC yang digunakan adalan IC Max - 232.
Pin 2 pada serial DB9 merupakan receiver yang dihubungkan ke pin 14 IC MAX 232 yang merupakan transmitter atau keluaran. Pin 3 pada DB9 merupakan
transmitter yang dihubungkan dengan Pin 13 IC MAX 232 sebagai receiver atau masukan dan pin 5 pada DB9 dihubungkan ke ground. Pin 12 pada IC MAX 232
terhubung ke PortD1 dan pin 11 terhubung ke PortD0. Pin 2 dan 6 pada IC MAX 232 dihubungkan ke ground.
Universitas Sumatera Utara
Berikut merupakan gambar dari rangkaian Max - 232 :
1 2
3 4
5
6 7
8 9
8 13
7 14
X1 R2IN
R1IN T2OUT
T1OUT R2OUT
R1OUT T2IN
T1IN 9
12 MIKROKONTROL
10 11
5 4
C2+ C2-
10 µF
3 1
10 µF
6
2 10
µF
10 µF
MAX-232
C1- C1+
V+ V-
GND
GND
Gambar 3.4 Rangkaian Max - 232
Karakteristik MAX - 232 adalah sebagai berikut : 1.
Logika 1 disebut mark terletak antara tegangan -3 Volt hingga -25 Volt. 2.
Logika 0 disebut space terletak antara tegangan +3 Volt hingga +25 Volt. Daerah tegangan antara -3 Volt hingga +3 Volt adalah invalid level, yaitu
daerah tegangan yang tidak memiliki level logika yang pasti sehingga harus dihindari. Demikian juga level tegangan lebih negatif dari -25 Volt atau lebih
positif dari +25 Volt juga harus dihindari karena tegangan tersebut dapat merusak line driver pada saluran RS232.
3.2.4 RANGKAIAN MAX 6675
IC MAX6675 adalah IC ADC Analog Digital Converter untuk termokopel dengan pengiriman data sebesar 12 BIT. IC MAX6675 menjadi
penghubung termokopel dengan mikrokontrol sebagai sebuah interface dan juga mengubah dan memfilter masukan dari termokopel yang disertakan juga dengan
kontrol logika. Adapun rangkaian standar dari MAX6675 adalah sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
SO MSO
SCK SCK
CS SSB
T+ T-
MAX6675
MIKROKONTROL 0,1µF
GND VCC
AT 8535
Gambar 3.5 rangkaian standar MAX-6675
Pada max 6675 juga sudah terdapat pengkondisi sinyal untuk mengubah sinyal dari termokopel menjadi tegangan yang sesuai dengan kriteria dari input channel
dari ADC. Masukkan dari T+ dan T- terhubung ke sirkuit yang ada pada max 6675 yang berfungsi untuk mengurangi noise-noise yang ikut masuk bersamaan
dengan input dari termokopel. Sebelum diubah tegangan dari termokopel menjadi temperatur yang ekuivalent, max 6675 melakukan penyelarasan terhadap sisi
dingin termokopel dengan sebuah acuan 0
o
C virtual milik max 6675. Untuk tipe termokopel tipe-K tegangan berubah 41µV
o
C, ditunjukkan dengan persamaan dibawah ini maka Vout dari pada termokopel yang akan dibaca oleh IC MAX-
6675 adalah : ���� = 41 �� ℃
� ∗ 5 ∗ �
�
− �
���
3.2 Dimana :
Vout : Tegangan keluaran termokopel µV T
R
: Temperatur pada ujung termokopel T
amb
: Temperatur udara sekitar
o
C
Universitas Sumatera Utara
3.2.5 RANGKAIAN ATMEGA-8535
Gambar 3.6 rangkaian atmega-8535
Rangkaian mikrokontrol inilah yang akan menjadi pusat kontrol semua kendali data, baik data yang masuk ataupun keluar. Rangkaian ini menggunakan
kristal 16MHz sebagai sumber clocknya agar IC mikrokontrol atmega-8535 memiliki kecepatan respon baca data yang cukup cepat dan rangkaian
mikrokontrol inilah yang mengatur data keluaran yang akan dibaca oleh interface PC, dengan menggunakan IC MAX-232 sebagai penghubung. Pada tampilan
data pada komputer digunakan program Visual Basic sebagai data loggernya.
Universitas Sumatera Utara
3.3 Diagram Alir Pengujian
Gambar 3.7 Diagram Alir sistem kerja alat
Mul
Sisi panas alat di bakar dengan kompor tembak dan sisi dingin alat diberi es
batu untuk memberikan beda suhu
Mikrokontrol menyimpan data yang diterima sebelum dikirim pada komputer
Alat mengirimkan data berupa T. Panas, T. Dingin, tegangan dan
arus ke mikrokontrol
Mikrokontrol mengirim data yang sudah diolah ke komputer melalui RS-232
Data yang dikirim melalui RS-232 oleh mikrokontrol dikumpulkan dan disimpan dalam bentuk
tabel oleh komputer menggunakan software visual
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian alat