Rancang Bangun Sistem Pengatur Kecepatan Motor Untuk Menjaga Kehomogenan Suhu Pada Miniatur Tangki Berpengaduk Dengan Metode Proportional Berbasis Mikrokontroleratmega 328
i
RANCANG BANGUN SISTEM PENGATUR KECEPATAN
MOTOR UNTUK MENJAGA KEHOMOGENAN SUHU PADA
MINIATUR TANGKI BERPENGADUK DENGAN METODE
PROPORTIONAL BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 328
SKRIPSI
Diajukan Oleh :
JEPRI PURWANTO
140821019
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKAN DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
ii
RANCANG BANGUN SISTEM PENGATUR KECEPATAN
MOTOR UNTUK MENJAGA KEHOMOGENAN SUHU PADA
MINIATUR TANGKI BERPENGADUK DENGAN METODE
PROPORTIONAL BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 328
SKRIPSI
Diajukan Untuk MelengkapiTugas dan Memenuhi Syarat
Mencapai GelarSarjanaSains
JEPRI PURWANTO
140821019
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
i
PERSETUJUAN
Judul
: Rancang Bangun Sistem Pengatur Kecepatan
MotorUntukMenjaga Kehomogenan Suhu Pada
Miniatur Tangki Berpengaduk Dengan Metode
Proportional Berbasis Mikrokontroler Atmega 328
Kategori
: Skripsi
Nama
: Jepri Purwanto
Nomor Induk Mahasiswa : 140821019
Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Januari 2017
Pembimbing I
Prof.Dr.MarhaposanSitumorang
NIP.195510301980031003
Diketahui/disetujioleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS
NIP.195903101987031002
Universitas Sumatera Utara
ii
PERNYATAAN
RANCANG BANGUN SISTEM PENGATUR KECEPATAN
MOTOR UNTUK MENJAGA KEHOMOGENAN SUHU PADA
MINIATUR TANGKI BERPENGADUK DENGAN METODE
PROPORTIONAL BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 328
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah karya sendiri, kecuali beberapa kutipan
dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Januari 2017
Jepri Purwanto
140821019
Universitas Sumatera Utara
iii
PENGHARGAAN
Alhamdulillahirobbil’alamin,
Segala puji dan syukur bagi Allah SWT yang telah melimpahkan barokah,
rahmat, hidayah-Nya dan menganugerahkan kemudahan serta kelancaran
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul Rancang Bangun
Sistem Pengatur Kecepatan Motor Untuk Menjaga Kehomogenan Suhu Pada
Miniatur
Tangki
Berpengaduk
Dengan
Metode
Proportional
Berbasis
Mikrokontroler Atmega 328 Dengan Kompiler Arduino. Tak lupa juga sholawat
dan salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad
Sallallahu’alaihiwassalam sang pembawa petunjuk dan selalu menjadi inspirasi
dan teladan bagi penulis.
Demi kelancaran dalam penyelasaian laporan skripsi ini tidak terlepas dari
bantuan berbagai pihak terutama khususnya kepada kedua orang tua tercinta
Bapak Suparno,Sp dan Ibunda Sri Sudharsih sertakakakku tercinta Median
Sefiherawati dan Tiwi Utami, terimakasih atas doa restu dan dukungannya, yang
telah memberikan bantuan moril maupun materil, semangat dan do’a yang begitu
besar kepada penulissejak dari awal mulai perkuliahan sampai penulis hingga
dapat mnyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa tersusunnya skripsi ini dari Do’a, perhatian,
bimbingan, motivasi dan dukungan berbagai pihak, sehingga dengan keikhlasan
dan kerendahan hati pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Prof.Dr. Marhaposan Situmorang,sebagai dosen pembimbing yang
telah membantu penulis dalam memberikan kritik dan bimbingannya
kepada penulis selama penulis mengerjakan skripsi ini.
2. Bapak dosen penguji, Drs. Kurnia Brahmana,M.Si, Drs. Takdir Tamba ,
M.Eng.Sc, Drs.Herli Ginting Prof.Dr.Marhaposan Situmorang, yang telah
memberikan kritik dan bimbingannya kepada penulis selama penulis
mengerjakan skripsi ini.
3. Bapak ketua jurusan Fisika Extensi Drs. Herli Ginting, MS atas komentar
berserta saran terhadap penulisan skripsi ini.
Universitas Sumatera Utara
iv
4. Bang Johaiddin Saragih, M.Si, sebagai staf pegawai Departemen Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara yang telah memberikan saran dan masukkan kepada penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini.
5. Kepada Unit Kegiatan Mahasiswa (UKM) Robotik Sikonek Universitas
Sumatera Utara, sebagai wadah penulis belajar ilmu elektronika
memberikan dukungan semangat
kepada
penulis selama penulis
mengerjakan skripsi ini.
6. Kepada PT.International Cargo Surveyor,
Bapak Fauzi Amir, Ibu
Rosmida, Abangda Salidin Maha, Abangda Andri Arif, Bapak Safril
Alamsyah, Dan Bapak Ade Hafitri yang telah memberikan bimbingannya,
baik saran, moril dan meluangkan waktunya kepada penulis untuk
menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Abangda Dwi Budi Prasetyo,ST “the professor”, yang telah membantu
penulis dalam berdiskusi ketika penulis mengalami kesulitan dalam
menyelesaikan skripsi ini.
8. Kepada Pak De Arifin yang sudah membantu mengerjakan mekanik Tugas
akhir penulis dan tidak sungkan-sungkan untuk memberikan masukan
motivasi dan bimbingan sampai pada akhir penyelesaian tugas akhir ini.
9. Bapak Sindu Artovan dan Bapak Maimun Effendi, Syukur Pane yang telah
memberikan dukungan yang luar biasa kepada penulis.
10. Tim (WSN) Wireless Sensor Network Dwi Budi Prasetyo,ST , Roby
Yetsun Jaya S.Si. Fadly Tomi S.Kom yang telah memberikandukungan
yang luar biasa kepada penulis
11. Teman-teman seperjuangan yang sudah susah senang sama-sama selama
kuliah di jurusan fisika ini, Nuril Akhyar S.Si, Dian Hermaya S.Si,
Muhammad Irsan S.Si, Abdullah Nasution S.Si, Juli Suhartika S.Si, Devi
Larasati S.Si, Ketty S.Si, AbralS.Si dan Junita S.Si Putri Puspita S.Si.
12. Teman-teman Metrologi, Fadhly, Cahya, Ocak, Anie, Nisa, Astrid,
Vadhya, Adinda dan lain-lain yang telah memberikan semangat kepada
penulis.
Universitas Sumatera Utara
v
13. Kepada seluruh alumni mahasiswa/i D-III Metrologi dan Instrumentasi
angkatan 2011 alhamdulillah sebagian dari kita sudah sarjana dan kita
doakan semoga yang lain cepat menyusul
14. Teruntuk yang spesial, yang jauh disana yang sudah memantu dan yang
selalu terus mendoakan secara diam-diam terimah kasih untuk semuanya
semoga dan semoga saja kita bisa bertemu di tempat yang Allah janjikan
terhadap dua insan yang selalu menjaga diri nya dari fitnah wanita,
menjaga pandangan dari setiap wanita.
15. Dan semua pihak yang telah membantu penulis namun tidak dapat
disebutkan satuper satu.Jazakumullah khairan katsiran
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan skripsi ini masih
jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari
pembaca yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini menjadi ibadah yang baik bagi penulis dan menjadi
ilmu yang bermanfaat bagi pembaca. Amin Yaa Rabbal’alamin
Medan, Febuari
2017
Hormat Saya,
Penulis
Universitas Sumatera Utara
vi
ABSTRAK
Keberhasilan proses pengolahan suatu bahan dalam proses industri sangat
bergantung kepada efektifitas pengadukan dan pencampuran zat cair memiliki
kehomogenan merata dalam suatu proses untuk mengeluarkan suatu produk. Oleh
karena itu dalam tugas akhir ini dirancang miniature sistim tangka berpengaduk
yang menggunakan mikrokontroler sebagai sistem kendali. Penggunaan Software
Arduino sebagai compiler pemrograman dan Software LabView sebagai antar
mukan menggunakan usb TTL serial interface danLcdsebagai display pembacaan
untuk memonitoring Sistem. Sistem kendali ini memanfaatkan control
proportional sebagai penguat kecepatan motor yang dipengaruhi oleh selisih nilai
pembacaan sensor suhu DS18B20 atas dengan bawah.
Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa terjadi perubahan kecepatan
motor dengan nilai perbedaan sensor atas dan bawah sebesar >= 1°C. Perubahan
kecepatan motor akan semakin besar dan signifikan jika terjadi perbedaan suhu
semakin besar berbanding lurus dengan besar nilai konstanta proportionalnya
yang mengakibatkan waktu tempuh yang semakin cepat untuk menghomogenkan
suhu pada miniatur tangki. Untuk proses kalibrasi sensor DS18B20 sudah sesuai
atau dengan kata lain masih masuk dalam batas kesalahan yang di izinkan dalam
aturan FOSFA untuk jenis karakteristik minyak cpo.
Universitas Sumatera Utara
vii
ABSTRACT
The success of Materials Processing An industrial process very depending
shown to the effectiveness of the stirring and mixing the liquid has uniform
homogeneity hearts A review process for issuing a Product. Therefore hearts
singer designed Final miniaturized system tangka That stirred using a
microcontroller as control systems. Use Arduino Software as a programming
compiler and Software LabView as an mukan using usb TTL serial interface and
LCD display as a readout for review monitoring system. Singer Control Systems
utilizing a proportional amplifier control motor speed Yang influenced by
temperature sensor readings Value difference DS18B20 with differences Down.
Testing of the findings showed that the change occurred motorized speed
with Value Difference sensor differences And Bottom of> = 1 ° C. Changes speed
motor will be more big and significant IF Happen The big temperature difference
is proportional with big Constant value proportionalnya The result takes Yang
Quickly getting to the review homogenize temperature AT miniature tank. To
review DS18B20 sensor Calibration Process Already accordance with the word lie
or stillsign hearts Limit Mistakes in FOSFA Rules allow for a review hearts type
cpo oil characteristics.
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR ISI
Persetujuan .................................................................................................... i
Pernyataan ..................................................................................................... ii
Penghargaan .................................................................................................. iii
Abstrak ........................................................................................................... vi
Abstract ........................................................................................................... vii
Daftar Isi …………………………………………………………………… viii
Daftar Tabel ................................................................................................... x
Daftar Gambar .............................................................................................. xi
Daftar Singkatan ............................................................................................ xii
Daftar Lampiran ..................................................................................... …... xiii
Bab 1 Pendahuluan .......................................................................................
1.1 Latar Belakang ................................................................................
1.2 Rumusan Masalah ...........................................................................
1.3 Batasan Masalah ..............................................................................
1.4 Tujuan Penelitian .............................................................................
1.5 Manfaat penelitian ...........................................................................
1.6 Metodologi Penelitian .....................................................................
1.7 Sistematika Penulisan ......................................................................
1
1
3
3
4
4
4
5
Bab 2 Tinjauan Pustaka ...............................................................................
2.1 Dinamika dan Model Kontrol Proses Industri ................................
2.2 Perpindahan Aliran Panas ................................................................
2.3 Minyak CPO (Crude palm Oil) .......................................................
2.4 Mikrokontroler ATMega328 ..........................................................
2.4.1 Arduino ...................................................................................
2.4.2 Board Arduino Nano ...............................................................
2.4.3 Pemrograman Arduino ............................................................
2.5 Komponen Pendukung Sistem .........................................................
2.5.1 Driver Motor ..........................................................................
2.5.2 Sensor Optocoupler Modul Speed...........................................
2.5.3 Relay........................................................................................
2.5.4 LCD (liquid Crystal Display) ..................................................
2.6 Komponen Sistem Tangki Berpengaduk .........................................
2.6.1 Sensor Suhu DS18B20 .........................................................
2.6.2 Motor DC .............................................................................
2.6.3 Propeller Kipas .....................................................................
2.6.4 Heater ...................................................................................
2.7 LabVIEW .........................................................................................
2.7.1 Front Panel LabVIEW ...........................................................
7
7
13
14
16
19
20
23
28
29
29
31
32
33
34
35
36
37
32
39
Universitas Sumatera Utara
ix
Bab 3 Metodologi Penelitian .........................................................................
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ..........................................................
3.2 Peralatan, Bahan dan Komponen ....................................................
3.2.1 Peralatan ...............................................................................
3.2.1 Bahan Dan Komponen .........................................................
3.3 Diagram Blok ..................................................................................
3.3.1 Diagram Blok Penelitian ........................................................
3.3.2 Diagram Blok Perancangan Sistem ........................................
3.4 Perancangan Miniatur Tangki Berpengaduk ..................................
3.4.1 Power Suplay ..........................................................................
3.4.2 Rangkaian Sensor DS18B20 ...................................................
3.4.3 Display LCD ...........................................................................
3.4.4 Relay Dan Heater/pemanas .....................................................
3.4.5 Optocoupler Speed Module .....................................................
3.4.6 Motor DC ................................................................................
41
41
41
41
42
43
43
44
46
47
47
48
49
49
50
Bab 4 Pembahasan Dan Hasil Pengujian ....................................................
4.1 Pengujian Arduino dan LCD ...........................................................
4.2 Pengujian Sensor DS18B20 .............................................................
4.3 Pengujian Motor Dc ........................................................................
4.3.1 Penentuan Nilai pwm Minimum .............................................
4.3.2 Pengujian menentukan nilai pwm VS rpm .............................
4.3.3 Pengujian Waktu tempuh Sampai Suhu homogen ..................
4.3.4 Pengujian waktu tempuh rpm awal→ rpm akhir ...................
4.4 Pengujian Monitoring menggunakan Sofware LabView ................
53
51
52
56
56
57
58
58
63
Bab 5 Kesimpulan dan Saran ...................................................................... 64
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 60
5.2 Saran ............................................................................................... 61
Daftar Pustaka ............................................................................................... 62
Lampiran ........................................................................................................ 67
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.FOSFA Heating Themperature Recommendation ...........................
Tabel 2.2.Konfigurasi fungsi Port B ................................................................
Tabel 2.3.Konfigurasi fungsi Port C ................................................................
Tabel 2.4.Konfigurasi fungsi Port D ................................................................
Tabel 2.5.Fungsi kaki/PIN LCD 16x2 .............................................................
Tabel 4.1.Data hasil kalibrasi terhadap thermometer digital ...........................
Tabel 4.2.Data penentuan nilai pwm minimum ...............................................
Tabel 4.3.Data pwm VS rpm ............................................................................
Tabel 4.4.Data pengujian waktu tempuh rpm awal → rpm akhir kp:50 .........
15
18
18
19
33
53
54
55
57
Universitas Sumatera Utara
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Digram blok model proses...........................................................
Gambar 2.2. Manipulasi MV dilakukan oleh kontroler lewat penggerak ........
Gambar 2.3. Penggerak dapat dianggap sebagai bagian tak terpisahkan .........
Gambar 2.4. PID blok diagram ........................................................................
Gambar 2.5. Blok diagram untuk pengendali proportional ..............................
Gambar 2.6. Proportional band dari kontroler proportional .............................
Gambar 2.7. Sebelum diberi Kp .......................................................................
Gambar 2.8. Setelah diberi Kp .........................................................................
Gambar 2.9. Konfigurasi pin mikrokontroler ATMega328 SMD....................
Gambar 2.10.Architecture ATmega328 ...........................................................
Gambar 2.11.Papan/Board Arduino Nano .......................................................
Gambar 2.12.Tampilan pemrograman Arduino dengan Software Arduino .....
Gambar 2.13.Modul driver motor L293D ........................................................
Gambar 2.14a Rangkaian dasar Sensor Optocoupler .....................................
Gambar 2.14bSensor Optocoupler module speed ............................................
Gambar 2.15LCD (Liquid Crystal Display) 16x .............................................
Gambar 2.16a Keterangan kaki-kaki IC DS18B20 ..........................................
Gambar 2.16bPackaging waterproff sensor DS18B20 ....................................
Gambar 2.17Motor DC ....................................................................................
Gambar 2.18a Pengaduk jenis baling-baling ...................................................
Gambar 2.18bDaun dipertajam ........................................................................
Gambar 2.18cBaling-baling kapal ...................................................................
Gambar 2.19.Heater/pemanas ..........................................................................
Gambar 2.20.Front Panel LabVIEW ................................................................
Gambar 2.21.Block Diagram NI VISA ............................................................
Gambar 3.1. Tahapan-tahapan yang dilalui dalam Penyusunan Skripsi ..........
Gambar 3.2. Diagram Blok Perancangan Sistem .............................................
Gambar 3.3. Gambar Rangkaian keseluruhan sistem tangki berpengaduk ......
Gambar 3.4. Gambar rancangan miniatur tangki berpengaduk ........................
Gambar 3.5. Adaptor AC-DC 12V Arduino. ...................................................
Gambar 3.6. Skematik rangkain sensor DS18B20. ..........................................
Gambar 3.7. Skematik rangkaian LCD. ...........................................................
Gambar 3.8. Rangkaian skematik relay dan heater pemanas. ..........................
Gambar 3.9. Rangkaian skematik sensor optocoupler. ....................................
Gambar 3.9. Rangkaian Motor dc dan driver motor L298. ..............................
Gambar 4.1. Listing program pengujian LCD. ................................................
Gambar 4.2. Gambar pengujian LCD. .............................................................
Gambar 4.3. Grafik data hasil kalibrasi Sensor DS Atas dan Bawah...............
Gambar 4.4. Diagram alir control proportional. ...............................................
Gambar 4.5. Waktu tempuh dengan nillai 75 pwm. .........................................
Gambar 4.6. Waktu tempuh dengan nillai 80 pwm. .........................................
Gambar 4.7. Waktu tempuh dengan nillai 85 pwm. .........................................
Gambar 4.8. Waktu tempuh dengan nillai 90 pwm ..........................................
Gambar 4.9. Waktu tempuh dengan nillai 100 pwm. .......................................
8
8
8
10
10
12
12
16
17
19
21
24
29
30
30
32
35
35
35
37
37
37
38
39
39
39
44
45
46
47
48
48
49
49
50
51
52
53
56
58
58
50
50
50
Universitas Sumatera Utara
xii
DAFTAR SINGKATAN
CPO = crude palm oil
FOSFA = Federation of Oils, Seeds and Fats Associations
RBDPO = Refined Bleached and Deodorized Palm Oil
BHA = Butil Hidroksi Anisol
BHT = Butil Hidroksitoluena
LabVIEW = Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench
DC = Direct Current
PID = Proportional Integral Derivative
LED = Light Emiting Diode
I/O = Input/Output
AC = Alternating Current
DC = Direct Current
IPDT = Integerating Plus Dead Time
FOPDT= First Order Plus Dead Time
MV= Manipulated Variable
CISC= Completed Instruction Set Computer
RISC= Reduce Instruction Set Computer
EEPROM= Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
PWM= Pulse Width Modulation
ALU= Arithmatic Logic unit
DIP= Dual Inline Package
IDE= Integrated Development Environment
RS= Register select
RW = Read Write
GGL=Gaya Gerak Listrik
GUI= graphical User Interface
BPS= bit per second
VISA=The Virtual Instrument Software Architecture
Universitas Sumatera Utara
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Skematik keseluruhan rangkaian ..................................................
Lampiran 2 Flowchart sistem tangki berpengaduk..........................................
Lampiran 3 Listing program dengan software Arduino IDE ..........................
Lampiran 4 Gambar alat secara keseluruhan dan saat pengujian ....................
Lampiran 5 Datasheet Arduino Nano ..............................................................
Lampiran 6 Datasheet Sensor DS18B20 ..........................................................
68
69
70
74
77
77
Universitas Sumatera Utara
RANCANG BANGUN SISTEM PENGATUR KECEPATAN
MOTOR UNTUK MENJAGA KEHOMOGENAN SUHU PADA
MINIATUR TANGKI BERPENGADUK DENGAN METODE
PROPORTIONAL BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 328
SKRIPSI
Diajukan Oleh :
JEPRI PURWANTO
140821019
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKAN DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
ii
RANCANG BANGUN SISTEM PENGATUR KECEPATAN
MOTOR UNTUK MENJAGA KEHOMOGENAN SUHU PADA
MINIATUR TANGKI BERPENGADUK DENGAN METODE
PROPORTIONAL BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 328
SKRIPSI
Diajukan Untuk MelengkapiTugas dan Memenuhi Syarat
Mencapai GelarSarjanaSains
JEPRI PURWANTO
140821019
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
i
PERSETUJUAN
Judul
: Rancang Bangun Sistem Pengatur Kecepatan
MotorUntukMenjaga Kehomogenan Suhu Pada
Miniatur Tangki Berpengaduk Dengan Metode
Proportional Berbasis Mikrokontroler Atmega 328
Kategori
: Skripsi
Nama
: Jepri Purwanto
Nomor Induk Mahasiswa : 140821019
Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Januari 2017
Pembimbing I
Prof.Dr.MarhaposanSitumorang
NIP.195510301980031003
Diketahui/disetujioleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS
NIP.195903101987031002
Universitas Sumatera Utara
ii
PERNYATAAN
RANCANG BANGUN SISTEM PENGATUR KECEPATAN
MOTOR UNTUK MENJAGA KEHOMOGENAN SUHU PADA
MINIATUR TANGKI BERPENGADUK DENGAN METODE
PROPORTIONAL BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 328
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah karya sendiri, kecuali beberapa kutipan
dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Januari 2017
Jepri Purwanto
140821019
Universitas Sumatera Utara
iii
PENGHARGAAN
Alhamdulillahirobbil’alamin,
Segala puji dan syukur bagi Allah SWT yang telah melimpahkan barokah,
rahmat, hidayah-Nya dan menganugerahkan kemudahan serta kelancaran
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul Rancang Bangun
Sistem Pengatur Kecepatan Motor Untuk Menjaga Kehomogenan Suhu Pada
Miniatur
Tangki
Berpengaduk
Dengan
Metode
Proportional
Berbasis
Mikrokontroler Atmega 328 Dengan Kompiler Arduino. Tak lupa juga sholawat
dan salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad
Sallallahu’alaihiwassalam sang pembawa petunjuk dan selalu menjadi inspirasi
dan teladan bagi penulis.
Demi kelancaran dalam penyelasaian laporan skripsi ini tidak terlepas dari
bantuan berbagai pihak terutama khususnya kepada kedua orang tua tercinta
Bapak Suparno,Sp dan Ibunda Sri Sudharsih sertakakakku tercinta Median
Sefiherawati dan Tiwi Utami, terimakasih atas doa restu dan dukungannya, yang
telah memberikan bantuan moril maupun materil, semangat dan do’a yang begitu
besar kepada penulissejak dari awal mulai perkuliahan sampai penulis hingga
dapat mnyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa tersusunnya skripsi ini dari Do’a, perhatian,
bimbingan, motivasi dan dukungan berbagai pihak, sehingga dengan keikhlasan
dan kerendahan hati pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Prof.Dr. Marhaposan Situmorang,sebagai dosen pembimbing yang
telah membantu penulis dalam memberikan kritik dan bimbingannya
kepada penulis selama penulis mengerjakan skripsi ini.
2. Bapak dosen penguji, Drs. Kurnia Brahmana,M.Si, Drs. Takdir Tamba ,
M.Eng.Sc, Drs.Herli Ginting Prof.Dr.Marhaposan Situmorang, yang telah
memberikan kritik dan bimbingannya kepada penulis selama penulis
mengerjakan skripsi ini.
3. Bapak ketua jurusan Fisika Extensi Drs. Herli Ginting, MS atas komentar
berserta saran terhadap penulisan skripsi ini.
Universitas Sumatera Utara
iv
4. Bang Johaiddin Saragih, M.Si, sebagai staf pegawai Departemen Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara yang telah memberikan saran dan masukkan kepada penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini.
5. Kepada Unit Kegiatan Mahasiswa (UKM) Robotik Sikonek Universitas
Sumatera Utara, sebagai wadah penulis belajar ilmu elektronika
memberikan dukungan semangat
kepada
penulis selama penulis
mengerjakan skripsi ini.
6. Kepada PT.International Cargo Surveyor,
Bapak Fauzi Amir, Ibu
Rosmida, Abangda Salidin Maha, Abangda Andri Arif, Bapak Safril
Alamsyah, Dan Bapak Ade Hafitri yang telah memberikan bimbingannya,
baik saran, moril dan meluangkan waktunya kepada penulis untuk
menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Abangda Dwi Budi Prasetyo,ST “the professor”, yang telah membantu
penulis dalam berdiskusi ketika penulis mengalami kesulitan dalam
menyelesaikan skripsi ini.
8. Kepada Pak De Arifin yang sudah membantu mengerjakan mekanik Tugas
akhir penulis dan tidak sungkan-sungkan untuk memberikan masukan
motivasi dan bimbingan sampai pada akhir penyelesaian tugas akhir ini.
9. Bapak Sindu Artovan dan Bapak Maimun Effendi, Syukur Pane yang telah
memberikan dukungan yang luar biasa kepada penulis.
10. Tim (WSN) Wireless Sensor Network Dwi Budi Prasetyo,ST , Roby
Yetsun Jaya S.Si. Fadly Tomi S.Kom yang telah memberikandukungan
yang luar biasa kepada penulis
11. Teman-teman seperjuangan yang sudah susah senang sama-sama selama
kuliah di jurusan fisika ini, Nuril Akhyar S.Si, Dian Hermaya S.Si,
Muhammad Irsan S.Si, Abdullah Nasution S.Si, Juli Suhartika S.Si, Devi
Larasati S.Si, Ketty S.Si, AbralS.Si dan Junita S.Si Putri Puspita S.Si.
12. Teman-teman Metrologi, Fadhly, Cahya, Ocak, Anie, Nisa, Astrid,
Vadhya, Adinda dan lain-lain yang telah memberikan semangat kepada
penulis.
Universitas Sumatera Utara
v
13. Kepada seluruh alumni mahasiswa/i D-III Metrologi dan Instrumentasi
angkatan 2011 alhamdulillah sebagian dari kita sudah sarjana dan kita
doakan semoga yang lain cepat menyusul
14. Teruntuk yang spesial, yang jauh disana yang sudah memantu dan yang
selalu terus mendoakan secara diam-diam terimah kasih untuk semuanya
semoga dan semoga saja kita bisa bertemu di tempat yang Allah janjikan
terhadap dua insan yang selalu menjaga diri nya dari fitnah wanita,
menjaga pandangan dari setiap wanita.
15. Dan semua pihak yang telah membantu penulis namun tidak dapat
disebutkan satuper satu.Jazakumullah khairan katsiran
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan skripsi ini masih
jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari
pembaca yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini menjadi ibadah yang baik bagi penulis dan menjadi
ilmu yang bermanfaat bagi pembaca. Amin Yaa Rabbal’alamin
Medan, Febuari
2017
Hormat Saya,
Penulis
Universitas Sumatera Utara
vi
ABSTRAK
Keberhasilan proses pengolahan suatu bahan dalam proses industri sangat
bergantung kepada efektifitas pengadukan dan pencampuran zat cair memiliki
kehomogenan merata dalam suatu proses untuk mengeluarkan suatu produk. Oleh
karena itu dalam tugas akhir ini dirancang miniature sistim tangka berpengaduk
yang menggunakan mikrokontroler sebagai sistem kendali. Penggunaan Software
Arduino sebagai compiler pemrograman dan Software LabView sebagai antar
mukan menggunakan usb TTL serial interface danLcdsebagai display pembacaan
untuk memonitoring Sistem. Sistem kendali ini memanfaatkan control
proportional sebagai penguat kecepatan motor yang dipengaruhi oleh selisih nilai
pembacaan sensor suhu DS18B20 atas dengan bawah.
Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa terjadi perubahan kecepatan
motor dengan nilai perbedaan sensor atas dan bawah sebesar >= 1°C. Perubahan
kecepatan motor akan semakin besar dan signifikan jika terjadi perbedaan suhu
semakin besar berbanding lurus dengan besar nilai konstanta proportionalnya
yang mengakibatkan waktu tempuh yang semakin cepat untuk menghomogenkan
suhu pada miniatur tangki. Untuk proses kalibrasi sensor DS18B20 sudah sesuai
atau dengan kata lain masih masuk dalam batas kesalahan yang di izinkan dalam
aturan FOSFA untuk jenis karakteristik minyak cpo.
Universitas Sumatera Utara
vii
ABSTRACT
The success of Materials Processing An industrial process very depending
shown to the effectiveness of the stirring and mixing the liquid has uniform
homogeneity hearts A review process for issuing a Product. Therefore hearts
singer designed Final miniaturized system tangka That stirred using a
microcontroller as control systems. Use Arduino Software as a programming
compiler and Software LabView as an mukan using usb TTL serial interface and
LCD display as a readout for review monitoring system. Singer Control Systems
utilizing a proportional amplifier control motor speed Yang influenced by
temperature sensor readings Value difference DS18B20 with differences Down.
Testing of the findings showed that the change occurred motorized speed
with Value Difference sensor differences And Bottom of> = 1 ° C. Changes speed
motor will be more big and significant IF Happen The big temperature difference
is proportional with big Constant value proportionalnya The result takes Yang
Quickly getting to the review homogenize temperature AT miniature tank. To
review DS18B20 sensor Calibration Process Already accordance with the word lie
or stillsign hearts Limit Mistakes in FOSFA Rules allow for a review hearts type
cpo oil characteristics.
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR ISI
Persetujuan .................................................................................................... i
Pernyataan ..................................................................................................... ii
Penghargaan .................................................................................................. iii
Abstrak ........................................................................................................... vi
Abstract ........................................................................................................... vii
Daftar Isi …………………………………………………………………… viii
Daftar Tabel ................................................................................................... x
Daftar Gambar .............................................................................................. xi
Daftar Singkatan ............................................................................................ xii
Daftar Lampiran ..................................................................................... …... xiii
Bab 1 Pendahuluan .......................................................................................
1.1 Latar Belakang ................................................................................
1.2 Rumusan Masalah ...........................................................................
1.3 Batasan Masalah ..............................................................................
1.4 Tujuan Penelitian .............................................................................
1.5 Manfaat penelitian ...........................................................................
1.6 Metodologi Penelitian .....................................................................
1.7 Sistematika Penulisan ......................................................................
1
1
3
3
4
4
4
5
Bab 2 Tinjauan Pustaka ...............................................................................
2.1 Dinamika dan Model Kontrol Proses Industri ................................
2.2 Perpindahan Aliran Panas ................................................................
2.3 Minyak CPO (Crude palm Oil) .......................................................
2.4 Mikrokontroler ATMega328 ..........................................................
2.4.1 Arduino ...................................................................................
2.4.2 Board Arduino Nano ...............................................................
2.4.3 Pemrograman Arduino ............................................................
2.5 Komponen Pendukung Sistem .........................................................
2.5.1 Driver Motor ..........................................................................
2.5.2 Sensor Optocoupler Modul Speed...........................................
2.5.3 Relay........................................................................................
2.5.4 LCD (liquid Crystal Display) ..................................................
2.6 Komponen Sistem Tangki Berpengaduk .........................................
2.6.1 Sensor Suhu DS18B20 .........................................................
2.6.2 Motor DC .............................................................................
2.6.3 Propeller Kipas .....................................................................
2.6.4 Heater ...................................................................................
2.7 LabVIEW .........................................................................................
2.7.1 Front Panel LabVIEW ...........................................................
7
7
13
14
16
19
20
23
28
29
29
31
32
33
34
35
36
37
32
39
Universitas Sumatera Utara
ix
Bab 3 Metodologi Penelitian .........................................................................
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ..........................................................
3.2 Peralatan, Bahan dan Komponen ....................................................
3.2.1 Peralatan ...............................................................................
3.2.1 Bahan Dan Komponen .........................................................
3.3 Diagram Blok ..................................................................................
3.3.1 Diagram Blok Penelitian ........................................................
3.3.2 Diagram Blok Perancangan Sistem ........................................
3.4 Perancangan Miniatur Tangki Berpengaduk ..................................
3.4.1 Power Suplay ..........................................................................
3.4.2 Rangkaian Sensor DS18B20 ...................................................
3.4.3 Display LCD ...........................................................................
3.4.4 Relay Dan Heater/pemanas .....................................................
3.4.5 Optocoupler Speed Module .....................................................
3.4.6 Motor DC ................................................................................
41
41
41
41
42
43
43
44
46
47
47
48
49
49
50
Bab 4 Pembahasan Dan Hasil Pengujian ....................................................
4.1 Pengujian Arduino dan LCD ...........................................................
4.2 Pengujian Sensor DS18B20 .............................................................
4.3 Pengujian Motor Dc ........................................................................
4.3.1 Penentuan Nilai pwm Minimum .............................................
4.3.2 Pengujian menentukan nilai pwm VS rpm .............................
4.3.3 Pengujian Waktu tempuh Sampai Suhu homogen ..................
4.3.4 Pengujian waktu tempuh rpm awal→ rpm akhir ...................
4.4 Pengujian Monitoring menggunakan Sofware LabView ................
53
51
52
56
56
57
58
58
63
Bab 5 Kesimpulan dan Saran ...................................................................... 64
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 60
5.2 Saran ............................................................................................... 61
Daftar Pustaka ............................................................................................... 62
Lampiran ........................................................................................................ 67
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.FOSFA Heating Themperature Recommendation ...........................
Tabel 2.2.Konfigurasi fungsi Port B ................................................................
Tabel 2.3.Konfigurasi fungsi Port C ................................................................
Tabel 2.4.Konfigurasi fungsi Port D ................................................................
Tabel 2.5.Fungsi kaki/PIN LCD 16x2 .............................................................
Tabel 4.1.Data hasil kalibrasi terhadap thermometer digital ...........................
Tabel 4.2.Data penentuan nilai pwm minimum ...............................................
Tabel 4.3.Data pwm VS rpm ............................................................................
Tabel 4.4.Data pengujian waktu tempuh rpm awal → rpm akhir kp:50 .........
15
18
18
19
33
53
54
55
57
Universitas Sumatera Utara
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Digram blok model proses...........................................................
Gambar 2.2. Manipulasi MV dilakukan oleh kontroler lewat penggerak ........
Gambar 2.3. Penggerak dapat dianggap sebagai bagian tak terpisahkan .........
Gambar 2.4. PID blok diagram ........................................................................
Gambar 2.5. Blok diagram untuk pengendali proportional ..............................
Gambar 2.6. Proportional band dari kontroler proportional .............................
Gambar 2.7. Sebelum diberi Kp .......................................................................
Gambar 2.8. Setelah diberi Kp .........................................................................
Gambar 2.9. Konfigurasi pin mikrokontroler ATMega328 SMD....................
Gambar 2.10.Architecture ATmega328 ...........................................................
Gambar 2.11.Papan/Board Arduino Nano .......................................................
Gambar 2.12.Tampilan pemrograman Arduino dengan Software Arduino .....
Gambar 2.13.Modul driver motor L293D ........................................................
Gambar 2.14a Rangkaian dasar Sensor Optocoupler .....................................
Gambar 2.14bSensor Optocoupler module speed ............................................
Gambar 2.15LCD (Liquid Crystal Display) 16x .............................................
Gambar 2.16a Keterangan kaki-kaki IC DS18B20 ..........................................
Gambar 2.16bPackaging waterproff sensor DS18B20 ....................................
Gambar 2.17Motor DC ....................................................................................
Gambar 2.18a Pengaduk jenis baling-baling ...................................................
Gambar 2.18bDaun dipertajam ........................................................................
Gambar 2.18cBaling-baling kapal ...................................................................
Gambar 2.19.Heater/pemanas ..........................................................................
Gambar 2.20.Front Panel LabVIEW ................................................................
Gambar 2.21.Block Diagram NI VISA ............................................................
Gambar 3.1. Tahapan-tahapan yang dilalui dalam Penyusunan Skripsi ..........
Gambar 3.2. Diagram Blok Perancangan Sistem .............................................
Gambar 3.3. Gambar Rangkaian keseluruhan sistem tangki berpengaduk ......
Gambar 3.4. Gambar rancangan miniatur tangki berpengaduk ........................
Gambar 3.5. Adaptor AC-DC 12V Arduino. ...................................................
Gambar 3.6. Skematik rangkain sensor DS18B20. ..........................................
Gambar 3.7. Skematik rangkaian LCD. ...........................................................
Gambar 3.8. Rangkaian skematik relay dan heater pemanas. ..........................
Gambar 3.9. Rangkaian skematik sensor optocoupler. ....................................
Gambar 3.9. Rangkaian Motor dc dan driver motor L298. ..............................
Gambar 4.1. Listing program pengujian LCD. ................................................
Gambar 4.2. Gambar pengujian LCD. .............................................................
Gambar 4.3. Grafik data hasil kalibrasi Sensor DS Atas dan Bawah...............
Gambar 4.4. Diagram alir control proportional. ...............................................
Gambar 4.5. Waktu tempuh dengan nillai 75 pwm. .........................................
Gambar 4.6. Waktu tempuh dengan nillai 80 pwm. .........................................
Gambar 4.7. Waktu tempuh dengan nillai 85 pwm. .........................................
Gambar 4.8. Waktu tempuh dengan nillai 90 pwm ..........................................
Gambar 4.9. Waktu tempuh dengan nillai 100 pwm. .......................................
8
8
8
10
10
12
12
16
17
19
21
24
29
30
30
32
35
35
35
37
37
37
38
39
39
39
44
45
46
47
48
48
49
49
50
51
52
53
56
58
58
50
50
50
Universitas Sumatera Utara
xii
DAFTAR SINGKATAN
CPO = crude palm oil
FOSFA = Federation of Oils, Seeds and Fats Associations
RBDPO = Refined Bleached and Deodorized Palm Oil
BHA = Butil Hidroksi Anisol
BHT = Butil Hidroksitoluena
LabVIEW = Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench
DC = Direct Current
PID = Proportional Integral Derivative
LED = Light Emiting Diode
I/O = Input/Output
AC = Alternating Current
DC = Direct Current
IPDT = Integerating Plus Dead Time
FOPDT= First Order Plus Dead Time
MV= Manipulated Variable
CISC= Completed Instruction Set Computer
RISC= Reduce Instruction Set Computer
EEPROM= Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
PWM= Pulse Width Modulation
ALU= Arithmatic Logic unit
DIP= Dual Inline Package
IDE= Integrated Development Environment
RS= Register select
RW = Read Write
GGL=Gaya Gerak Listrik
GUI= graphical User Interface
BPS= bit per second
VISA=The Virtual Instrument Software Architecture
Universitas Sumatera Utara
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Skematik keseluruhan rangkaian ..................................................
Lampiran 2 Flowchart sistem tangki berpengaduk..........................................
Lampiran 3 Listing program dengan software Arduino IDE ..........................
Lampiran 4 Gambar alat secara keseluruhan dan saat pengujian ....................
Lampiran 5 Datasheet Arduino Nano ..............................................................
Lampiran 6 Datasheet Sensor DS18B20 ..........................................................
68
69
70
74
77
77
Universitas Sumatera Utara