Akuisisi data untuk modul praktikum kendali = Data acquisition for control module - USD Repository

  

TUGAS AKHIR

AKUISISI DATA UNTUK MODUL PRAKTIKUM KENDALI

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

Program Studi Teknik Elektro

Oleh

ANDI NUGROHO

  

NIM : 065114002

  PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2011

  

FINAL PROJECT

DATA ACQUISITION FOR CONTROL MODUL

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  

In Study Program of Electrical Engineering

ANDI NUGROHO

NIM : 065114002

  ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2011

  

HALAMAN PERSETUJUAN

TUGAS AKHIR

AKUISISI DATA UNTUK MODUL PRAKTIKUM KENDALI

(DATA ACQUISITION FOR CONTROL MODUL)

  

Oleh :

ANDI NUGROHO

NIM : 065114002

  

Telah disetujui oleh :

Pembimbing Martanto, S.T., M.T. Tanggal :22 Agustus 2011

  

HALAMAN PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

AKUISISI DATA UNTUK MODUL PRAKTIKUM KENDALI

(DATA ACQUISITION FOR CONTROL MODUL)

oleh :

  ANDI NUGROHO NIM : 065114002

  Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji Pada tanggal: 23 Agustus 2011

  Dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan Panitia Penguji

  Nama Lengkap Tanda Tangan Ketua : Ir. Prima Ari Setiayani, M.T ……………………..

  Martanto, S.T., M.T.

  Anggota : …………………….. Anggota : Petrus Setyo Prabowo S.T.,M.T ……………………..

  Yogyakarta, Agustus 2011

  Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Dekan Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T.

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA PERNYATAAN KEASLIAN KARYA PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya atau bagian orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka atau bagian orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka atau bagian orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah. sebagaimana layaknya karya ilmiah. sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, 22 Agustus 2011 Yogyakarta, 22 Agustus 2011 Yogyakarta, 22 Agustus 2011 Penulis Penulis Penulis

  Andi Nugroho Andi Nugroho Andi Nugroho

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

  Motto :

Sekali Layar Terkembang Pantang Balik Belakang

  Skripsi Ini Kupersembahkan Untuk Yesus Kristus Pembimbingku yang setia Papa dan Mama tercinta

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS AKADEMIS AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama Nama Nama : Andi Nugroho : Andi Nugroho : Andi Nugroho Nomor Mahasiswa Nomor Mahasiswa Nomor Mahasiswa : 065114002 : 065114002 : 065114002

  Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan memberikan kepada Perpustakaan memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul : Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul : Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

AKUISISI DATA UNTUK MODUL PRAKTIKUM KENDALI AKUISISI DATA UNTUK MODUL PRAKTIKUM KENDALI AKUISISI DATA UNTUK MODUL PRAKTIKUM KENDALI

  beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis terbatas dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis terbatas dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. mencantumkan nama saya sebagai penulis. mencantumkan nama saya sebagai penulis.

  Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 22 Agustus 2011 Yogyakarta, 22 Agustus 2011 Yogyakarta, 22 Agustus 2011

  Andi Nugroho Andi Nugroho Andi Nugroho

  

INTISARI

  Dalam dunia pendidikan sekarang ini khususnya teknik elektro ada banyak praktikum salah satunya praktikum kendali. Praktikum kendali yang akan dibahas berupa praktikum pengendali posisi dengan PID (Proportional Integral Derivative controller). Dalam praktikum kendali sering terjadi kesalahan pencatatan data karena praktikan mencatat data menggunakan cara manual berupa mengamati perubahan nilai tegangan

  output, setpoint, dan feedback menggunakan multimeter.

  Akuisisi data merupakan cara untuk merekam data tegangan dari modul praktikum kendali. Akuisisi data menggunakan pengondisi sinyal untuk menurunkan tegangan dari modul PID agar tegangan sesuai dengan masukan pada ADC (Analog to Digital Conversion) mikrokontroller. ADC berfungsi untuk merubah ke dalam format digital. Data digital tersebut kemudian dikirimkan ke komputer diikuti dengan pengkonversian menjadi tegangan seperti pada modul PID. Data yang telah direkam akan ditampilkan pada grafik dan disimpan dalam Microsoft Excel.

  Akuisisi data untuk pembacaan tegangan pada modul PID berhasil dibuat. Data tegangan berhasil direkam dan ditampilkan dalam bentuk grafik, namun skala dan pewaktuannya masih kurang sempurna sehingga adanya overshoot belum terlihat. Tegangan pada multi-meter lebih tinggi dari pada tegangan akuisisi data dengan galat 0,125%.

  Kata kunci: akuisisi data, ADC, mikrokontroller, Excel.

  

ABSTRACT

Education today, there are various practicum one of them is control practicum.

  Control practicum that will be discussed in this paper is practicum position controller with PID (Proportional Integral Derivative controller). Error data recording frequently occur on control practicum when manually recorded by observing changes in the value of output voltage, setpoint and feedback using multi-meters.

  Data acquisition is a way to record data voltage from control module practicum. data acquisition using signal conditioner to get a lower voltage from PID module adjust to ADC (Analog to Digital Conversion) microcontroller acceptable voltage. The input from PID module will be converted into digital format by ADC. Digital data is transmitted into computer followed by voltage conversion as PID module’s voltage. The recorded data will be shown on the graphic and stored in Microsoft Excel.

  Data acquisition on data recording in PID module has been succeed. Voltage data captured and displayed in graphic, but the scale and its timing is still is not perfect so that the overshoot has not been seen. Voltage on multi-meters higher than the voltage data acquisition with error 0.125%.

  Keywords: data acquisition, ADC, microcontroller, Excel.

KATA PENGANTAR

KATA PENGANTAR

KATA PENGANTAR

  2. Bapak Martanto, S.T., M.T. , Selaku dosen pembimbing yang menyumbangkan pemikiran, ide, tenaga dan memberikan saran serta kritik yang membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini dari awal hingga selesai.

  Andi Nugroho

  Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul “Akuisisi Data Untuk

  Modul Praktikum Kendali”.

  Penulis menyadari mulai dari proses perancangan, pengujian alat dan proses penyusunan skripsi ini tidak dapat lepas dari bantuan, dorongan, dan bimbingan berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Kedua orang tua tercinta. Terimakasih atas doa, perhatian, dukungan dan kesabaran dalam mendidik penulis.

  4. Valencia Nancy Febrila Eko. Terimakasih atas dukungan dan motivasinya.

  3. Seluruh dosen Progran Studi Teknik Elektro dan laboran Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ilmu dan membantu selama perkuliahan.

  Terimakasih atas bantuannya. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, kelemahan dan jauh dari sempurna. Oleh karena itu dengan segenap kerendahan hati, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan tugas akhir ini. Terimakasih.

  5. Teman-teman Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma angkatan 2006.

  Terimakasih atas bantuannya. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, kelemahan dan jauh dari sempurna. Oleh karena itu dengan segenap kerendahan hati, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan tugas akhir ini. Terimakasih.

  Yogyakarta, 22 Agustus 2011 Penulis

  Andi Nugroho

  Yogyakarta, 22 Agustus 2011 Penulis

  Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul “Akuisisi Data Untuk

  Modul Praktikum Kendali”.

  Terimakasih atas bantuannya. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, kelemahan dan jauh dari sempurna. Oleh karena itu dengan segenap kerendahan hati, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan tugas akhir ini. Terimakasih.

  Penulis menyadari mulai dari proses perancangan, pengujian alat dan proses penyusunan skripsi ini tidak dapat lepas dari bantuan, dorongan, dan bimbingan berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Kedua orang tua tercinta. Terimakasih atas doa, perhatian, dukungan dan kesabaran dalam mendidik penulis.

  2. Bapak Martanto, S.T., M.T. , Selaku dosen pembimbing yang menyumbangkan pemikiran, ide, tenaga dan memberikan saran serta kritik yang membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini dari awal hingga selesai.

  3. Seluruh dosen Progran Studi Teknik Elektro dan laboran Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ilmu dan membantu selama perkuliahan.

  4. Valencia Nancy Febrila Eko. Terimakasih atas dukungan dan motivasinya.

  5. Teman-teman Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma angkatan 2006.

  Yogyakarta, 22 Agustus 2011 Penulis

  4. Valencia Nancy Febrila Eko. Terimakasih atas dukungan dan motivasinya.

  Andi Nugroho

  Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul “Akuisisi Data Untuk

  Modul Praktikum Kendali”.

  Penulis menyadari mulai dari proses perancangan, pengujian alat dan proses penyusunan skripsi ini tidak dapat lepas dari bantuan, dorongan, dan bimbingan berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Kedua orang tua tercinta. Terimakasih atas doa, perhatian, dukungan dan kesabaran dalam mendidik penulis.

  2. Bapak Martanto, S.T., M.T. , Selaku dosen pembimbing yang menyumbangkan pemikiran, ide, tenaga dan memberikan saran serta kritik yang membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini dari awal hingga selesai.

  3. Seluruh dosen Progran Studi Teknik Elektro dan laboran Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ilmu dan membantu selama perkuliahan.

  5. Teman-teman Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma angkatan 2006.

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ......................................................................................................... i

TITLE PAGE

  ...................................................................................................................... ii

  

HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................................... iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................................ v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTO HIDUP .................................................. vi

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS .................................................................................... vii

  

INTISARI ....................................................................................................................... viii

ABSTRACT

  ..................................................................................................................... ix

  

KATA PENGANTAR ................................................................................................... x

DAFTAR ISI .................................................................................................................. xi

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... xiv

DAFTAR TABEL .......................................................................................................... xvii

BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................................. 1

  1.1 Latar Belakang ........................................................................................................... 1

  1.2 Tujuan dan Manfaat ................................................................................................... 2

  1.3 Batasan Masalah ........................................................................................................ 2

  1.4 Metodologi Penelitian ................................................................................................ 2

  

BAB II. DASAR TEORI ................................................................................................ 4

  2.1 Pembagi Tegangan ................................................................................................... 4

  2.2 Penguat Operasional .................................................................................................. 5

  2.2.1. Penguat Operasional sebagai Penguat pembalik (Inverting) ............................ 5

  2.2.2. Penguat Operasional sebagai rangkaian penjumlah (summing)....................... 5

  2.3 Mikrokontroler ATMega8535 .................................................................................... 6

  2.3.1. Analog to Digital Converter (ADC)……………………………………….. 7

  2.3.2. Universal Synchronous and Asynchronous serial

  Receiver and Transmitter (USART)……………..………………………… 10

  2.4 Komunikasi Serial ...................................................................................................... 12

  2.5 Visual Basic ................................................................................................................14

  

BAB III. RANCANGAN .................................................................................................. 17

  3.1 Proses Kerja Sistem Akuisisi Data ............................................................................. 17

  3.2 Perancangan Perangkat Keras (hardware) ................................................................. 17

  3.2.1. Perancangan Pengondisi Sinyal................................................................... 18

  3.2.1.1. Pengondisi Sinyal Untuk Setpoint ..................................................... 18

  3.2.1.2. Pengondisi Sinyal Untuk Feedback................................................... 19

  3.2.1.3. Pengondisi Sinyal Untuk Output ....................................................... 19

  3.2.2. Perancangan Switch………………….………………………..............….. 22

  3.2.3. Perancangan RS-232………...……………….............................................22

  3.2.4. Perancangan Minimum Sistem ……………………………………………23

  3.3 Perancangan Perangkat Lunak ................................................................................... 25

  3.3.1. Diagram Alir Program Mikrokontroler ATMega8535 ................................25

  3.3.2. Diagram Alir Program Microsoft Visual Basic ……………...................... 26

  

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................... 29

  

4.1 Bentuk Fisik Akuisisi Data .................................................................................................. 29

  

4.2 Pengujian Rangkaian Pengondisi Sinyal ............................................................................... 30

  4.2.1. Rangkaian Pengondisi Sinyal Untuk Output ......................................................... 30 4.2.2.

  .................................................... 33

  Rangkaian Pengondisi Sinyal Untuk Feedback

  4.2.2.

  ......................................................... 35

  Rangkaian Pengondisi Sinyal untuk Setpoin

  

4.3 Pengujian Rangkaian MAX232.................................................................................. 37

  4.4 Pembahasan Mikrokontroler....................................................................................... 38

  4.5 Pembahasan Visual Basic .......................................................................................... 38

  4.6 Pembahasan Data Hasil Pengujian Sistem ................................................................. 39

  

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................................................... 42

  

5.1 Kesimpulan ........................................................................................................................... 42

  

5.2 Saran ..................................................................................................................................... 42

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................

  43 ................................................................................................................................. 44 LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

  Konfigurasi UCSRC

Gambar 3.3 Rangkaian pengondisi sinyal setpoint ....................................................... 18Gambar 3.2 Skema pengondisi sinyal 1 ........................................................................ 18Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Akuisisi Data.......................................................... 17Gambar 2.15 Komponen dalam toolbox.......................................................................... 16

  .............................................................................. 14

  Interface program Visual

  Gambar 2.14

Gambar 2.13 Konfigurasi MAX 232 .................................................................................. 14Gambar 2.12 Konfigurasi konektor DB9 ............................................................................ 13

  ..................................................................................... 12

  Gambar 2.11

Gambar 1.1 Blok model perancangan ........................................................................... 2Gambar 2.10 Konfigurasi UCSRB ..................................................................................... 11Gambar 2.9 Konfigurasi UBRR ....................................................................................... 11Gambar 2.8 Register ADCSRA..................................................................................... 8Gambar 2.7 Format data ADC dengan ADLAR=1 ....................................................... 8Gambar 2.6 Format data ADC dengan ADLAR=0 ....................................................... 8Gambar 2.5 Register ADMUX...................................................................................... 7Gambar 2.4 Konfigurasi pin IC ATMega 8535............................................................. 6Gambar 2.3 Rangkaian penjumlah ................................................................................ 6Gambar 2.2 Penguat inverting ....................................................................................... 5Gambar 2.1 Rangkaian Pembagi Tegangan .................................................................. 4Gambar 3.4 Skema pengondisi sinyal 2 ........................................................................ 19Gambar 3.5 Skema pengondisi sinyal 3 ........................................................................ 19Gambar 3.6 Grafik karakteristik pengondisi sinyal....................................................... 20Gambar 3.7 Rangkaian pengondisi sinyal output.......................................................... 21Gambar 3.8 Rancangan switch pullup .......................................................................... 22Gambar 3.9 Perancangan RS232 ...................................................................................26Gambar 3.10 Perancangan minimum sistem ...................................................................25Gambar 3.11 Rangkaian reset .........................................................................................25Gambar 3.12 Rangkaian osilator .....................................................................................25Gambar 3.13 Diagram Alur Program mikrokontroler ATMega8535 .............................26Gambar 3.14 Tampilan Program Visual ..........................................................................27Gambar 3.15 Diagram Alir Program Microsoft Visual Basic .........................................28Gambar 4.1 Tampilan Luar Perangkat Keras Akuisisi Data .........................................29Gambar 4.2 Tampilan Dalam Perangkat Keras Akuisisi Data ......................................30Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Data Tegangan Input Dan Tegangan Perhitungan

  Pengondisi Sinyal Untuk Output................................................................32

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Data Tegangan Input Dan Tegangan

  Pengukuran Pengondisi Sinyal Untuk Output ...........................................32

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Tegangan Input Dan Tegangan Pengukuran

  Pengondisi Sinyal Untuk Feedback ...........................................................34

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Tegangan Input Dan Tegangan Perhitungan

  Pengondisi Sinyal Untuk Feedback ...........................................................34

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Tegangan Input Dan Tegangan Pengukuran

  Pengondisi Sinyal Untuk Setpoin...............................................................36

Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Tegangan Input Dan Tegangan Perhitungan

  Pengondisi Sinyal Untuk Setpoin...............................................................36

Gambar 4.9 Terminal v1.9.............................................................................................37Gambar 4.10 Tampilan Program Visual Basic................................................................38Gambar 4.11 Tampilan Kesalahan Port ..........................................................................39Gambar 4.12 Grafik Data pada Visual Basic...................................................................39Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Data Dari Alat Dan Pengukuran

  Pada Modul Kendali PID.......................................................................... 41

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Beberapa setting kondisi untuk memilih tegangan referensi ......................... 8Tabel 2.2 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC …………………….…...... 9Tabel 2.3 Rumus Perhitungan UBRR ................................................................................ 10

  Konfigurasi pin dan Nama Bagian Konektor serial DB9

  Tabel 2.4 ...................................... 13

Tabel 3.1 Nama Komponen Program Visual ...................................................................... 27Tabel 4.1 Data Tegangan Keluaran Pengondisi Sinyal Untuk Output........................... 31Tabel 4.2 Data Tegangan Keluaran Pengondisi Sinyal Untuk Feedback ...................... 33Tabel 4.3 Data Tegangan Keluaran Pengondisi Sinyal Untuk Setpoint......................... 35Tabel 4.4 Data Pengukuran Menggunakan Alat............................................................. 40Tabel 4.5 Data Pengukuran Menggunakan Multimeter..................................................40

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Jurusan Teknik Elektro Sanata Dharma memiliki banyak praktikum salah satunya yaitu praktikum kendali yang merupakan cara untuk memahami konsep kendali. Praktikum kendali yang akan dibahas berupa praktikum pengendali posisi dengan PID (Proportional Integral Derivative controller). Dalam praktikum kendali sering terjadi kesalahan pencatatan data karena praktikan mencatat data menggunakan cara manual berupa mengamati perubahan nilai tegangan output, setpoint, dan feedback menggunakan multimeter dan stop watch untuk mengamati perubawan waktu. Jadi dalam praktikum dibutuhkan minimal 3 (tiga) orang, satu untuk mencatat data, satu lagi untuk mengamati perubahan nilai tegangan pada multimeter, dan yang terakhir untuk mengamati perubahan waktu menggunakan stop watch, karena setiap praktikan melakukan hal yang berbeda maka sering terjadi salah komunikasi antar praktikan yang mengakibatkan kesalahan perekaman data.

  Berdasarkan hal di atas, penulis ingin membuat suatu sistem untuk merekam data dari modul kendali PID. Sistem ini menggunakan mikrokontroler dengan memanfaatkan fitur ADC untuk pengambilan data berupa nilai tegangan untuk dikirimkan ke PC (Personal Computer) dan data diproses menggunakan perangkat lunak Visual Basic untuk ditampilkan dalam grafik. Berbeda dengan akuisisi data sebelumnya yang menggunakan ADC0804 [1] dan sistem akuisisi data sebelumnya ada yang menggunakan mikrokontroler ATMEGA8535 tetapi menggunakan LabVIEW sebagai visualisasi pada PC [2]. Sistem akuisisi data ini lebih praktis karena ADC dan prosesor didalam satu IC (Integrated Circuit) dan lebih user friendly.

  Sistem yang akan dibuat akan bekerja saat praktikan ingin merekam nilai tegangan

  

output, setpoint, dan feedback dari modul praktikum kendali dengan cara mengaktifkan

hardware dan software. Mikrokontroler akan membaca nilai tegangan dan mengirimkan

  ke PC dalam bentuk data dengan menggunakan RS 232 kemudian data akan diproses menjadi grafik menggunakan Visual Basic dan data akan disimpan pada Microsoft Excel.

  2

  1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian

  Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan suatu sistem yang dapat merekam nilai tegangan dan menampilkan dalam grafik dari modul praktikum kendali PID, sehingga dalam melakukan percobaan mendapatkan data yang akurat. Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mengurangi kesalahan pengambilan data saat praktikum kendali PID.

  1.3. Batasan Masalah

  Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :

  a. Pembacaan nilai tegangan setpoint yang memiliki rentang 0 sampai 12V, nilai tegangan output yang memiliki rentang -12 sampai 12V, dan nilai tegangan umpan balik (tegangan keluaran pada sensor) yang memiliki rentang 0 sampai 12V dari modul praktikum PID.

  b. Menggunakan mikrokontroler AVR seri ATMega 8535

  c. Menggunakan RS232 sebagai komunikasi serial antara komputer dengan mikrokontroler d. Menggunakan Visual Basic untuk mengolah data dan menampilkan dalam grafik

  e. Menyimpanan data pada Microsoft Excel

  1.4. Metodologi Penelitian

  Penulisan skripsi menggunakan metode :

  a. Pengumpulan bahan-bahan referensi berupa buku-buku dan jurnal-jurnal mengenai penguat operasional, AVR ATMega8535, RS232, dan Visual Basic.

  b. Perancangan subsistem hardware dan software. Tahap ini bertujuan untuk mencari bentuk model yang optimal dari sistem yang akan dibuat dengan mempertimbangkan dari berbagai faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan. Untuk blok model yang akan dirancang dapat dilihat pada gambar

  1.1. Setpoint

  Pengondisi

  Mikrokontroler

  PC Feedback sinyal

  Output Gambar 1.1 Blok model perancangan.

  3

  c. Pembuatan subsistem hardware dan software. Berdasarkan Gambar 1.1 rangkaian akan bekerja apabila tombol start pada hardware dan software di-on-kan. Rangkaian pengondisi sinyal akan mengkonversi tegangan dari modul agar dapat dibaca oleh ADC pada mikrokontroler. PC akan mengolah data yang dikirim dari mikrokontroler dan menyajikannya sebagai sebuah informasi d. Proses pengambilan data. Teknik pengambilan data dilakukan dengan cara membaca nilai tegangan output, setpoint, dan feedback dari modul praktikum kendali menggunakan ADC dari mikrokontroler. Setelah itu mikrokontroler mengirimkan data tegangan ke PC dan disimpan di Microsoft Excel e. Analisa dan penyimpulan hasil percobaan. Analisa data dilakukan dengan mengecek keakuratan data terhadap nilai tegangan dari modul praktikum. Dengan cara membandingkan antara data di komputer dengan tegangan pada modul praktikum dan perancangan. Penyimpulan hasil percobaan dapat dilakukan dengan menghitung persentase error yang terjadi.

BAB II DASAR TEORI Bab ini membahas tentang pembagi tegangan, operasi opamp, mikrokontroler ATMega8535, komunikasi serial, dan pemrograman visual. Bab ini juga membahas Analog to Digital Converter (ADC)

2.1 Pembagi Tegangan

  Sebuah susunan dari dua atau lebih resistor yang terhubung seri dinamakan pembagi tegangan [3]. Rangkaian ini digunakan untuk menyatakan tegangan pada satu dari beberapa resistor yang diserikan [4]. Rangkaian pembagi tegangan dapat dilihat pada

Gambar 2.1 dibawah ini;

  Gambar 2.1.Rangkaian Pembagi Tegangan Dalam gambar 2.1 dapat diketahui tegangan pada resistor 2 dengan menggunakan

  KVL(Kirchhoff Voltage Law) dan hukum Ohm pada persamaan (2.1) [4] dari persamaan ( dapat menentukan arus ) yang masuk pada rangkaian seperti dalam persaman (2.2).

  = + = = ( ) + + (2.1)

  1

  2

  1

  2

  1

  2

  (2.2)

  = _{1 2} Jadi dari persamaan ini didapatkan persamaan(2.3).

  = = (2.3)

2.2 Penguat Operasional

2.3.1 Penguat Operasional Sebagai Penguat Pembalik (Inverting)

  Penguat adalah suatu rangkaian yang menerima sebuah tegangan di masukannya dan mengeluarkan tegangan yang tidak berubah polaritasnya tetapi lebih besar [5]. Jadi penguat pembalik adalah rangakaian penguat yang tegangan keluarannya di balik dari masukannya, Rangkaian penguat operasional sebagai penguat pembalik dapat di lihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. penguat inverting

  Berikutnya, di asumsikan arus masukan nol, arus Iin mengalir ketitik persimpangan dititik masukan inverting. Namun, karena tidak ada arus yang masuk atau keluar dari op- amp, maka arus harus mengalir melalui Rf . sehingga menghasilkan tegangan pada Rf, seperti pada persamaan (2.4)

  (2.4)

  = = =

  Karena masukan inverting op-amp adalah virtual ground , tegangan keluaran adalah –Rf, maka rumus keluaran op-amp di dapat seperti persamaan (2.5) (2.5)

  = −

  

2.3.2 Penguat Operasional sebagai rangkaian penjumlah pembalik

(inverting summing)

  Penguat operasional penjumlah pembalik dalam gambar 2.2 adalah rangkaian elektronika yang mengalikan masukan dengan gain tegangan tetap dan hasil-hasilnya dijumlahan [5]. Penjumlah pembalik juga dapat mengubah polaritas sinyal menjadi kebalikan dari input dengan persamaan (2.6) dan (2.7).

Gambar 2.3. rangkaian penjumlah

  2 = − + ⋯ +

• 1

  (2.6)

  1

  2 Saat R 1 = R 2 =….=R =R f , maka: n

  = −( + ⋯ + ) (2.7) +

  1

  2

2.3 Mikrokontroler ATMega8535

  Mikrokontroler AVR menggunakan arsitektur Reduced Instruction Set Computing (RISC) yang mempunyai lebar bus data 8 bit [6]. Pada ATMega8535 memiliki konfigurasi

  pin seperti ditunjukkan Gambar 2.6. Fungsi pin-pin ATMega 8535 sebagai berikut :

Gambar 2.4. Konfigurasi pin IC ATMega 8535 [6] b. GND merupakan pin ground.

  c. Port A (PA0-PA7) merupakan pin input/output (I/O) dua arah dan pin input ADC.

  d. Port B (PB0-PB7) merupakan pin input/output (I/O) dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, komparator analog, dan SPI.

  e. Port C (PC0-PC7) merupakan pin input/output (I/O) dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan Timer Oscilator.

  f. Port D (PD0-PD7) merupakan pin input/output (I/O) dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.

  g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk melakukan reset pada mikrokontroler.

  h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin input untuk clock eksternal. i. AVCC merupakan pin input tegangan untuk ADC. j. AREF merupakan pin input tegangan referensi untuk ADC

2.3.1 Analog to Digital Converter (ADC)

  ATmega8535 menyediakan fasilitas ADC dengan resolusi 10 bit. ADC ini dihubungkan dengan channel Analog Multiplexer yang memungkinkan terbentuk 8 input tegangan single-ended yang masuk melalui pin pada PortA.

  ADC memiliki pin supply tegangan analog yang terpisah yaitu AVCC. Besarnya tegangan AVCC adalah ±0.3V dari VCC. Tegangan referensi ADC dapat dipilih menggunakan tegangan referensi internal maupun eksternal. Jika menggunakan tegangan referensi internal, bisa dipilih on-chip

  

internal reference voltage yaitu sebesar 2.56V atau sebesar AVCC. Jika menggunakan

tegangan referensi eksternal, dapat dihubungkan melalui pin AREF.

  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 2.5.

Gambar 2.5. Register ADMUX

  Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:

  a. REFS[1..0] merupakan bit pengatur tegangan referensi ADC ATMega8535.untuk pemilihan mode dapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1. Beberapa setting kondisi untuk memilih tegangan referensi

  REFS1 REFS0 Mode tegangan referensi Berasal dari pin AREF

  1 Berasal dari pin AVCC

  1 Tidak digunakan

  1

  1 Berasal dari tegangan referensi internal sebesar 2,56V

  b. ADLAR merupakan bit pemilih mode data keluaran ADC. Penjelasannya dapat dilihat pada gambar 2.6 dan gambar 2.7.

Gambar 2.6. Format data ADC dengan ADLAR=0Gambar 2.7. Format data ADC dengan ADLAR=1

  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 2.8.

Gambar 2.8. Register ADCSRA Bit 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 2.2.

Tabel 2.2. Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC

  ADPS[2..0] Frekuensi ADC 000 Frekuesi osilator/2 001 Frekuesi osilator/2 010 Frekuesi osilator/4 011 Frekuesi osilator/8 100 Frekuesi osilator/16 101 Frekuesi osilator/32 110 Frekuesi osilator/64

  111 Frekuesi osilator/128

2.3.2 Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and

  Transmitter (USART)

  USART dapat difungsikan sebagai transmisi data sinkron, dan asinkron. Sinkron berarti clock yang digunakan antara transmitter dan receiver satu sumber clock. Sedangakan asinkron berarti transmitter dan receiver mempunyai sumber clock sendiri- sendiri

  USART terbagi dalam tiga blok yaitu clock generator, transmiter , dan receiver [7]

  A. Clock Generator Berhubungan dengan transfer data (bout rate), register yang bertugas menentukan bout

  

rate adalah register pasangan UBRR. Untuk menghitung bout rate dapat dilihat pada table

2.3.

Tabel 2.3. Rumus Perhitungan UBRR

  Mode Operasi Rumus nilai UBRR

  Asinkron mode kecepatan normal (U2X=0) = − 1

  16 Asinkron mode kecepatan ganda (U2X=1) = − 1

  8 Sinkron = − 1

  2 B. USART Transmitter Berhubungan dengan pengiriman data pad pin TX. Perangakat yang sering digunakan seperti register UDR sebagai tempat penampung data yang akan ditransmisikan, flag TXC sebagai akibat dari data yang ditransmisikan telah sukses (complete), dan flag UDRE sebagai indikator jika UDR kosong dan siap untuk diisi data yang akan ditransmisikan lagi.

  C. USART Receiver Berhubungan dengan penerimaan data dari pin RX. Perangkat yang sering digunakan seperti register UDR sebagai tempat penampung data yang telah diterima, dan flag RXC sebagai indikator bahwa data telah sukses (complete) diterima.

  Dalam proses inisialisai ada beberapa buah register yang perlu diperhatikan antara lain UBRR, UCSRB, dan UCSRC. UBRR merupakan register 16 bit yang berfungsi melakukan penentuan kecepatan transmisi data yang digunakan UBRR dibagi menjadi dua seperti pada Gambar 2.9. Bit penyusun UBRR dapat dijelaskan sebagai berikut : a. URSEL merupakan bit pemilih antara akses UBRR dan UCSRC.

  b. UBRR[11..0] merupakan bit penyimpan konstanta kecepatan komunikasi serial.

  URSEL - - - UBRR[11..8] UBRRH UBRRL

  UBRR[7..0]

Gambar 2.9. Konfigurasi UBRR

  UBRRH menyimpan 4 bit data seting boud rate dan UBRRL menyimpan data bit sisa. Data yang dimasukkan ke UBRRH dan UBRRL dihitung sesuai Tabel 2.3. U2X merupakan merupakan bit pada register UCSRA.

  UCSRB merupkan register 8 bit yang mengatur aktivasi penerimaan dan pengiriman USART. Komposisi UCSRB seperti Gambar 2.10. Bit penyusun UCSRB dapat dijelaskan sebagai berikut : a. RXCIE mengatur aktivasi interupsi penerimaan data serial.

  b. TXCIE mengatur aktivasi interupsi pengiriman data serial.

  c. UDRIE mengatur aktivasi interupsi yang berhubungan dengan kondisi bit UDRE pada UCSRA.

  d. RXEN merupakan bit pengatur aktivasi penerima serial ATMega8535.

  e. TXEN merupakan bit pengatur aktivasi pengirim serial ATMega8535.

  f. UCSZ2 menentukan ukuran karakter serial yang dikirimkan.

  RXCIE TXCIE UDRIE RXEN TXEN UCSZ2 RXB8 TXB8

Gambar 2.10. Konfigurasi UCSRB UCSRC merupakan register 8 bit yang digunakan untuk mengatur mode dan kecepatan komuniksi serial. Komposisi UCSRC seperti pada Gambar 2.11. Bit penyusun UCSRC dapat dijelaskan sebagai berikut : a. URSEL merupakan bit pemilih akses antara UCSRC dan UBRR.

  b. UMSEL merupakan bit pemilih komunikasi serial antara sinkron dan asinkron.