PENGENDALI SUHU AIR BERBASIS RANGKAIAN DIGITAL

PENGENDALI SUHU AIR
BERBASIS RANGKAIAN DIGITAL
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro

Oleh:
Nama : Andi Wicaksono
NIM : 025114048

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2007

i

WATER TEMPERATURE CONTROLLER

BASED ON DIGITAL CIRCUIT

FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Electrical Engineering Study Program

By:
Name : Andi Wicaksono
Student ID Number : 025114048

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2007

ii

iii

iv

v

HALAMAN PERSEMBAHAN

Kupersembahkan karya tulis ini kepada :

” Tuhan Yesus Kristus terkasih,
Bapak dan Ibu Tercinta,
Kedua saudaraku Esti dan Ica tercinta,
Keluarga besarku tercinta,
Kekasihku tersayang,
Teman-temanku elektro 2002,
Almamaterku Teknik Elektro USD ”

vi

HALAMAN MOTTO

“ Dari berbagai permasalahan yang ada pasti ada
satu jalan keluarnya,
walaupun untuk menyelesaikannya diperlukan
perjuangan”

“ Ubahlah suatu hambatan menjadi suatu
tantangan, dan
suatu kegagalan menjadi suatu awal dari
keberhasilan”

vii

INTISARI
Sistem Pengendali Suhu Air Berbasis Rangkaian Digital ini merupakan suatu
usaha memperoleh suhu air dengan mengaplikasikan rangkaian digital. Rangkaian
elektronik dari sistem Pengendali Suhu Air Berbasis Rangkaian Digital ini terdiri
dari beberapa bagian utama yaitu : (1) sensor suhu, (2) rangkaian set point, (3)
pengondisi sinyal, (4) pengubah tegangan analog ke digital, (5) komparator, (6)

kontroler, (7) penggerak, (8) plan/pemanas, dan (9) rangkaian penampil.
Pada penerapan pengendalian ini suhu akan dibatasi dengan beberapa nilai set
point yaitu : set point I: 40°C, set point II: 70°C, dan set point III: 90°C. Jadi pada
saat set point I: 40°C ditekan, maka plan/pemanas akan menyala menghasilkan suhu
sebesar 40°C dan suhu tersebut akan dipertahankan sesuai dengan perbandingan nilai
biner antara set point dengan sensor sama dimana plan/pemanas akan mati, dan suhu
perlahan-lahan akan turun sehingga perbandingan nilai biner menjadi berbeda maka
plan/pemanas akan hidup sampai nilai biner antara set point dengan sensor sama .
Pada saat sistem dilakukan pengujian, dapat diketahui bahwa perangkat
elektronis yang dibuat sudah dapat digunakan sebagai piranti pengendali untuk
mengatur batasan suhu air yang diinginkan.
Kata kunci : suhu air, rangkaian digital, pengendali

viii

Abstract
This Digital Connecting Structure-based Water Temperature Controlling
System is an excretion to get the determined water temperature by applying the
digital connecting structure. The electronic circuit of Digital Connecting Structurebased Water Temperature Controlling System is divided into several main parts: (1)
the temperature sensor, (2) set point connecting structure, (3) signal conditioner, (4)

analog to digital conversion, (5) comparator, (6) controller, (7) driver, (8) heater,
and (9) projector circuit.
In applying this controlling system, the temperature is limited with several set
point: set point I: 40°C, set point II: 70°C, and set point III: 90°C. Therfore,
whwnever set point I: 40°C is pressed, it will turn on the heater cusing 40°C
temperature and the temperature will be kept appropriately in accordance to the
comparison between binary value and set point using the same sensor in which the
heater is turned off and the temperature will slowly decrease, so that the comparison
of the binary value will be different. Thus, the heater will be turned on until the
binary value of the set point and the sensor reach the same value.
When the system was tested, can be known that periperal electronis which
made have earned to be used as controller apparatus to arrange wanted water
temperature constrain
Keywords: water temperature, digital connecting system, controller.

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa, karena atas

Anugerah-Nya penulis akhirnya dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan
lancar.
Dalam proses penulisan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa ada begitu
banyak pihak yang telah memberikan perhatian dan bantuan dengan caranya masingmasing sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin
mengucapkan terima kasih antara lain kepada :
1. Tuhan Yesus atas penyertaan dan bimbingannya.
2. Bapak Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas
Teknik.
3. Bapak Augustinus Bayu Primawan, S.T., M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro.
4. Ibu B. Wuri Harini, S.T., M.T. selaku pembimbing I atas ide-ide yang berguna,
bimbingan, dukungan, saran dan kesabaran bagi penulis dari awal sampai tugas
akhir ini bisa selesai.
5. Ibu Ir. Th Prima Ari Setyani, M.T. selaku pembimbing II yang telah bersedia
meluangkan waktu serta memberikan bimbingan dan saran yang tentunya sangat
berguna untuk tugas akhir ini.

x

6. Mas Balung yang selalu memberi ide dan dukungan yang begitu besar

peranannya sehingga Tugas Akhir ini dapat saya selesaikan dengan baik, hanya
Tuhan yang bisa membalas kebaikannya.
7. Seluruh dosen teknik elektro atas ilmu yang telah diberikan selama penulis
menimba ilmu di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
8. Bapak dan Ibu tercinta atas semangat, doa serta dukungan secara moril maupun
materiil.
9. Kedua saudaraku, Esti dan Ica atas dukungan, cinta, bantuan yang sangat
berguna.
10. Kekasihku tersayang, atas segala waktu, bantuan dan dukungannya.
11. Teman-teman elektro ”2002” : Nango, Dhanny, Bhul’s, Gepeng, Deri, Plenthonx,
Memet, Lambe’z, Roby, Broto, Wawan, Hari, P-K, Lele, Dhika, Sinung, Oscar,
Ido, Kobo, Ari W, Denny, Yoga, Koten, Ahok, Iyok, Erick, Andi S, Alex, Pandu,
Heri S dan teman-teman seperjuangan lain yang tidak dapat saya sebutkan satu
persatu di sini. Saya ucapkan banyak terima kasih atas dukungannya.
12. Dan seluruh pihak yang telah ambil bagian dalam proses penulisan tugas akhir ini
yang terlalu banyak jika disebutkan satu-persatu.
Dengan rendah hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih kurang dari
sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini
sangat diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua
pihak. Terima kasih.

Yogyakarta, 20 September 2007

xi

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .......................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN........................................................................ iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .................................. v
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................... vi
HALAMAN MOTTO .................................................................................... vii
INTISARI ....................................................................................................... viii
ABSTRACT .................................................................................................... ix
KATA PENGANTAR.................................................................................... x
DAFTAR ISI................................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xvi

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xix

BAB I. PENDAHULUAN
1.1

Judul…………………………………………………………………… 1

1.2

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

1.3

Perumusan Masalah ............................................................................... 2

xii

1.4

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

1.5

Tujuan Penulisan.................................................................................... 3

1.6

Manfaat Penulisan.................................................................................. 3

1.7

Metodologi Penelitian ............................................................................ 3

1.8

Sistematika Penulisan ............................................................................ 4

BAB II. DASAR TEORI
2.1

Sensor Temperature LM35 .................................................................... 5

2.2

Gerbang-gerbang Logika ....................................................................... 6

2.3

2.2.1

Gerbang Logika AND ............................................................... 6

2.2.2

Gerbang Logika OR .................................................................. 7

2.2.3

Gerbang Logika NOT ............................................................... 8

2.2.4

Gerbang Logika NAND ............................................................ 8

2.2.5

Gerbang Logika NOR ............................................................... 9

2.2.6

Gerbang Logika OR-Eksklusif.................................................. 9

2.2.7

Gerbang Logika NOR-Eksklusif............................................... 10

Set point.................................................................................................. 11
2.3.1

Pembagi Tegangan .................................................................... 11

2.3.2

Buffer Tegangan ........................................................................ 12

2.4

ADC(Analog to Digital Converter) ...................................................... 13

2.5

Karakteristik Dasar Alat Pengendali...................................................... 17

2.6

Triac ....................................................................................................... 18

2.7

Solid-State Relay(Optoisolator)............................................................. 20

xiii

2.8

Pengkode BCD ke tujuh segmen ........................................................... 23

2.9

Penampil Tujuh Segmen........................................................................ 25

2.10 Pengondisi Sinyal .................................................................................. 28
2.11 Tanggapan Sistem ................................................................................. 28
2.12 Metode Ziegler-Nichols ....................................................................... 30

BAB III PERANCANGAN
3.1

Diagram Blok ........................................................................................ 33

3.2

Plan Pengendali Suhu Air...................................................................... 34

3.3

Sensor LM35 ......................................................................................... 35

3.4

Set point ................................................................................................. 37
3.4.1

Pembagi Tegangan .................................................................... 37

3.4.2

Buffer Tegangan ....................................................................... 39

3.5

Antarmuka Set Point dengan ADC0804................................................ 40

3.6

Analog to Digital Converter (ADC 0804) ............................................. 40

3.7

Antarmuka LM35 dengan ADC0804 .................................................... 43

3.8

Pembanding (Comparator) Sebagai Kontroler...................................... 44

3.9

Driver .................................................................................................. 45

3.10 Pengkode BCD ke Tujuh Segmen ......................................................... 47
3.11 Pengondisi Sinyal .................................................................................. 49

BAB IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
4.1

Perangkat keras .................................................................................... 50

xiv

4.1.1 Cara kerja perangkat keras ........................................................ 51
4.2

Hasil Pengujian Sistem ........................................................................ 52
4.2.1 Pengujian Set Point 40oC ........................................................... 52
4.2.2 Pengujian Set Point 70 oC .......................................................... 56
4.2.3 Pengujian Set Point 90 oC .......................................................... 59
4.2.4 Perbandingan Respon Hasil Pengujian ...................................... 63

4.3

Pengamatan Rangkaian Pengondisi Sinyal .......................................... 64

4.4

Pengamatan Rangkaian ADC............................................................... 66

4.5

Pengamatan Rangkaian Pembanding ................................................... 67

4.6

Pengamatan Rangkaian Driver……………… .................................... 68

4.7

Pengamatan Rangkaian BCD ke Tujuh Segmen ………..................... 70

4.8

Pengamatan Tampilan Tujuh Segmen ................................................. 71

BAB V. Kesimpulan dan Saran
5.1

Kesimpulan

...................................................................................... 73

5.2

Saran

...................................................................................... 74

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xv

DAFTAR GAMBAR

Halaman
Gambar 2.1

Pin koneksi LM 35......................................................................... 5

Gambar 2.2.a Sistem pensaklaran gerbang logika AND...................................... 6
Gambar 2.2.b Gerbang logika AND..................................................................... 6
Gambar 2.3.a Sistem pensaklaran gerbang logika OR......................................... 7
Gambar 2.3.b Gerbang logika OR........................................................................ 7
Gambar 2.4.a Sistem pensaklaran gerbang logika NOT...................................... 8
Gambar 2.4.b Gerbang logika NOT...................................................................... 8
Gambar 2.5 Gerbang logika NAND.................................................................... 9
Gambar 2.6 Gerbang logika NOR...................................................................... 9
Gambar 2.7 Gerbang OR-eksklusif................................................................... 10
Gambar 2.8 Gerbang NOR-eksklusif.............................................................. 10
Gambar 2.9 Rangkaian pembagi tegangan ...................................................... 12
Gambar 2.10 Konfigurasi buffer tegangan ........................................................ 12
Gambar 2.11 Diagram blok pengubah analog ke digital.................................... 13
Gambar 2.12 Konfigurasi pin-pin IC ADC 0804............................................... 13
Gambar 2.13 Bentuk fisik triac.......................................................................... 18
Gambar 2.14 Kurva karakteristik triac.............................................................. 20

xvi

Gambar 2.15 Skema dari MOC30XX (SSR) .................................................... 22
Gambar 2.16 IC 4511......................................................................................... 25
Gambar 2.17 Tujuh ruas LED............................................................................ 25
Gambar 2.18 Untai penampil tujuh segmen....................................................... 26

Gambar 2.19 Bentuk bilangan desimal tampilan tujuh segmen......................... 27
Gambar 2.20 Rangkaian pengkondisi sinyal...................................................... 28
Gambar 2.21 Kurva respon tangga satuan yang menunjukkan td, tr, tp
Mp, dan ts...................................................................................... 30
Gambar 2.22 Kurva respons tangga satuan yang memperlihatkan 25% ,
lonjakan. maksimum..................................................................... 31
Gambar 2.23 Respon tangga satuan sistem......................................................... 31
Gambar 3.1 Diagram blok pengendali suhu air berbasis rangkaian digital........ 33
Gambar 3.2 Papan tampilan dan set point.......................................................... 34
Gambar 3.3 Plan................................................................................................. 34
Gambar 3.4 Input dan output tegangan pada sensor suhu LM35....................... 35
Gambar 3.5 Rangkaian pembagi tegangan dan buffer........................................ 39
Gambar 3.6 Antarmuka set point dengan ADC 0804......................................... 40
Gambar 3.7 Rangkaian ADC.............................................................................. 43
Gambar 3.8 Antarmuka sensor LM 35 dengan ADC 0804................................ 43
Gambar 3.9 Gambar pembanding (komparator) 4 bit........................................ 45
Gambar 3.10 Interfacing triac dengan rangkaian MOC 3021........................... 46
Gambar 3.11 Pengkode BCD ke tujuh segmen.................................................. 48

xvii

Gambar 3.12 Rangkaian pengondisi sinyal........................................................ 50
Gambar 4.1 Perangkat keras............................................................................... 51
Gambar 4.2 Grafik pengamatan sensor untuk set point 40 oC............................ 53
Gambar 4.3 Respon sistem untuk set point 40 oC............................................... 55
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara waktu dan suhu untuk set point 70 oC...... 57
Gambar 4.5 Respon sistem untuk set point 70 oC............................................... 59
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara waktu dan suhu untuk set point 90 oC...... 61
Gambar 4.7 Respon sistem untuk set point 90 oC............................................... 62

xviii

DAFTAR TABEL

Halaman
Tabel 2.1 Tabel kebenaran gerbang logika............................................................ 11

Tabel 2.2 Macam-macam MOC30XX................................................................... 22

Tabel 2.3 Karakteristik masukan dan keluaran BCD............................................. 24

Tabel 2.4 segmen yang aktif untuk setiap angka desimal...................................... 27

Tabel 3.1 Konversi suhu ke tegangan pada sensorLM35...................................... 36
Tabel 4.1 Hasil pengambilan data untuk set point 40 oC...................................... 52
Tabel 4.2 Hasil pengambilan data untuk set point 70 oC...................................... 56
Tabel 4.3 Hasil pengambilan data untuk set point 90 oC...................................... 60

Tabel 4.4 Data Maximum overshoot, Delay Time, Rise Time, Settling Time
dan Steady-state Error........................................................................... 63
Tabel 4.5 Hasil pengukuran tegangan keluaran sensor dan pengkondisi sinyal..... 65
Tabel 4.6 Hasil pengamatan input dan output ADC............................................... 66
Tabel 4.7 Hasil pengamatan output NAND pada pembanding .............................. 67

xix

Tabel 4.8 Hasil pengamatan rangkaian driver (MOC 3021).................................. 69
Tabel 4.9 Hasil pengamatan rangkaian BCD ke tujuh segmen puluhan................ 70
Tabel 5.0 Hasil pembacaan percobaan tampilan untuk suhu 90°C........................ 72

xx

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Judul.
Pengendali Suhu Air Berbasis Rangkaian Digital

1.2 Latar Belakang Masalah.
Di dalam kehidupan sehari-hari

manusia pasti sering mendengar kata

”heater” di mana kata tersebut berasal dari bahasa asing yang berarti pemanas dan
Heater tersebut dapat diperoleh di supermarket-supermarket. Perangkat elektronik
tersebut sering digunakan manusia untuk mempermudah dan mempercepat suatu
proses pemanasan air tawar namun dengan suhu yang tidak dapat ditentukan oleh si
pengguna. Pengguna hanya bisa mengetahui bahwa suhu air ± 100 derajat celcius,
saat air telah mendidih. Di dalam sistem pengendali suhu air berbasis rangkaian
digital dibuat dengan beberapa nilai set point supaya dapat memperoleh suhu air
yang diinginkan, dimana set point suhu air yang diinginkan meliputi : 40 oC, 70 oC,
dan 90oC. Alat tersebut selain dirancang untuk mendapatkan suhu air yang diinginkan
sesuai dengan nilai set point, juga sebagai suatu pemodelan pengendalian suhu yang
aman, praktis dan murah.

1

2

1.3. Perumusan Masalah.
Di dalam pembuatan pengendali suhu air ini muncul beberapa perumusan
masalah diantaranya sebagai berikut :
a.

Apakah di dalam pemilihan komponen yang tepat dapat mempengaruhi proses
perancangan pengendali alat ini ?

b.

Apakah kinerja sistem sudah sesuai dengan yang diharapkan ?

c.

Apakah suhu air yang ditetapkan sudah sesuai dengan set point ?

1.4. Batasan Masalah.
Dalam pembuatan Tugas Akhir dengan judul Pengendali Suhu Air Berbasis
Rangkaian Digital dibatasi pada masalah-masalah sebagai berikut :
a.

Pengukuran suhu dengan menggunakan sensor temperatur LM35

b.

Proses pengubahan sinyal dari sinyal analog ke sinyal digital dengan
menggunakan ADC0804.

c.

Pemanas(Heater) akan dihidupkan dan dimatikan secara otomatis oleh suatu
penggerak(driver) dimana digunakan suatu komponen MOC 3021.

d.

Dipakai untuk kenaikan suhu yang ditentukan yakni : 40 oC, 70 oC, dan 90oC.

e.

Hanya untuk memanaskan air sebanyak 1liter di dalam plant dan suhu air awal
yaitu ±28 oC.

3

1.5. Tujuan penelitian.
Tujuan pembuatan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
Membuat perangkat elektronis berbasis Rangkaian Digital sebagai piranti
pengendali yang dapat digunakan untuk mengatur batasan temperatur suhu air yang
diinginkan.

1.6. Manfaat Penelitian.
Pembuatan pengendali suhu air berbasis Rangkaian Digital ini supaya dapat
mempermudah dalam mengatur batasan suhu air yang diinginkan. Sehingga apabila
pemakai menginginkan keadaan air yang bersuhu konstan dapat mempergunakan
peralatan ini.

1.7. Metodologi Penelitian.
Penulis melakukan penelitian dengan melakukan metodologi sebagai berikut:
a.

Mengumpulkan referensi dan literatur dari perpustakaan dan internet.

b.

Pembuatan plant yang terkonsep.

c.

Pengambilan data dari plant.

d.

Perancangan pengendali sesuai dengan yang diinginkan.

e.

Implementasi dari pengendali dan plant.

f.

Pengujian.

g.

Penyusunan laporan.

4

1.8. Sistematika penulisan
Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I

Pendahuluan
Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat
dari penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian, serta
sistematika penulisan

BAB II

Dasar Teori
Bab ini berisi tentang dasar teori yang digunakan untuk membuat
Pengendali suhu air yang disertai dengan penjelasan.

BAB III

Rancangan Penelitian
Bab ini berisi tentang rancangan peralatan yang dibuat,
pemilihan komponen, serta penjelasan singkat tentang cara kerja
peralatan.

BAB IV

Hasil dan Pembahasan
Bab ini berisi tentang pembahasan dan analisis mengenai hasil
penelitian yang telah dilaksanakan.

BAB V

Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi tentang kesimpulan dan spesifikasi peralatan yang
dibuat serta saran-saran untuk perbaikan alat dan penilitian
selanjutnya.

BAB II
DASAR TEORI

2.1 Sensor Temperature LM35
Sensor merupakan perangkat elektronik yang dapat difungsikan
sebagai pengubah besaran fisik(suhu) menjadi besaran listrik(tegangan) [1].
Pembuatan sensor temperature bergantung pada pemanfaatan beberapa
material yang mengalami perubahan sebagai fungsi perubahan temperature.
Suatu pendekatan telah dikembangkan dimana perbedaan tegangan
basis dan emitter dari dua transistor yang bekerja pada kerapatan arus yang
berbeda sebagai ukuran temperature. Pin koneksi sensor LM 35 ditunjukkan
pada gambar 2.1 berikut ini :

Gambar 2.1 Pin koneksi LM 35.
Sensor LM 35 ini mempunyai tegangan masukan sebesar 4V sampai
20V. Dan sensor tersebut menghasilkan tegangan keluaran sebesar 0 mV + 10
mV/ oC.

5

6

2.2 Gerbang-gerbang Logika
Gerbang logika adalah suatu rangkaian logika dengan satu atau beberapa
masukan dan satu keluaran dengan sinyal keluaran hanya terjadi untuk
kombinasi-kombinasi sinyal masukan tertentu [3]. Gerbang logika merupakan
rangkaian yang dirancang untuk menghasilkan fungsi-fungsi logika dasar seperti
AND, OR, dan NOT. Empat gerbang logika yang lain yang bermanfaat dapat
dibuat dari piranti dasar ini. Gerbang-gerbang tersebut diantaranya gerbang
NAND, gerbang NOR, gerbang OR-eksklusif, dan gerbang NOR-eksklusif.

2.2.1 Gerbang Logika AND
Rangkaian gerbang AND adalah gerbang logika yang memiliki
masukan dua atau lebih dan memiliki satu keluaran. Gerbang AND
mempunyai keluaran tinggi jika semua masukannya tinggi, sebaliknya jika
salah satu atau semua masukannya berlogika rendah maka keluarannya
berlogika rendah [2]. Perhatikan gambar 2.2a, bila salah satu dari saklar
tersebut tidak terhubung, maka tidak ada arus yang akan mengalir pada
rangkaian. Gerbang yang diperlihatkan pada gambar 2.2b merupakan gerbang
logika AND.

7

Gambar 2.2 Gerbang logika AND : ( a ) sistem pensaklaran; ( b ) sistem
pensaklaran dengan menggunakan transistor
Tabel kebenaran gerbang AND dapat dilihat pada tabel 2.1.
2.2.2 Gerbang Logika OR
Gerbang logika OR dianalogikan dengan sistem pensaklaran yang
dipasang secara parallel. Perhatikan gambar 2.3a, bila salah satu dari saklar
tersebut tidak terhubung, maka akan ada arus yang mengalir melalui cabang
yang lain pada rangkaian. Gerbang OR akan menghasilkan keluaran tinggi
bila

pada

satu

atau

beberapa

masukannya

berada

dalam

kondisi

tinggi.Gerbang yang diperlihatkan pada gambar 2.3b merupakan gerbang
logika OR yang menggunakan 2 ( dua ) buah transistor yang dipasang secara
paralel.

Gambar 2.3 Gerbang logika OR : ( a ) sistem pensaklaran; ( b ) sistem
pensaklaran dengan menggunakan transistor.
Tabel kebenaran gerbang OR dapat dilihat pada tabel 2.1.

8

2.2.3 Gerbang Logika NOT
Gerbang logika NOT disebut juga inverter( pembalik ). Gerbang
logika ini hanya memiliki sebuah masukan dan sebuah keluaran. Perhatikan
gambar 2.4a, bila saklar dalam keadaan tertutup, maka relai tidak akan bekerja.
Sebaliknya, bila saklar dalam keadaan terbuka, maka relai akan bekerja dan
membuat arus mengalir pada rangkaian. Gerbang yang diperlihatkan pada gambar
2.4b merupakan gerbang logika NOT yang menggunakan sebuah transistor
sebagai saklar.

Gambar 2.4 Gerbang logika NOT : ( a ) sistem pensaklaran; ( b ) sistem
pensaklaran dengan menggunakan transistor.

Tabel kebenaran gerbang NOT dapat dilihat pada tabel 2.1.
2.2.4 Gerbang Logika NAND
Gerbang logika NAND seperti gerbang AND dengan penambahan
inverter pada keluaran. Simbol dari gerbang logika NAND yaitu gerbang
logika AND dengan lingkaran kecil pada keluarannya seperti yang
ditunjukkan pada gambar 2.5 di bawah ini.

9

Gambar 2.5 Gerbang NAND

Tabel kebenaran gerbang NAND dapat dilihat pada tabel 2.1.
2.2.5 Gerbang Logika NOR
Gerbang logika NOR seperti gerbang OR dengan penambahan inverter
pada keluarannya. Simbol dari gerbang logika NOR yaitu gerbang logika OR
dengan lingkaran kecil pada keluarannya seperti yang ditunjukkan pada
gambar 2.6 di bawah ini.

Gambar 2.6 Gerbang NOR

Tabel kebenaran gerbang NOR dapat dilihat pada tabel 2.1.
2.2.6 Gerbang Logika OR-Eksklusif
Gerbang OR-eksklusif sering kali disingkat sebagai XOR, dimana
hanya akan berlogika 1 bila mempunyai satuan bilangan ganjil(01 dan 10) dan
akan berlogika 0 bila mempunyai satuan bilangan genap(00 dan 11). Gerbang
logika XOR dapat disusun dengan menggunakan gerbang AND, gerbang OR

10

dan inverter(pembalik). Untuk lebih jelasnya dapat ditunjukkan pada gambar
2.7 di bawah ini.

Gambar 2.7 Gerbang OR-eksklusif

Tabel kebenaran gerbang OR-eksklusif dapat dilihat pada tabel 2.1.
2.2.7 Gerbang Logika NOR-Eksklusif
Gerbang logika NOR-eksklusif(XNOR) seperti gerbang XOR dengan
penambahan inverter pada keluarannya. Berbeda dengan XOR yang
merupakan pendeteksi satuan bilangan ganjil. Gerbang XNOR mendeteksi
satuan bilangan genap, dimana hanya akan berlogika 1 bila mempunyai satuan
bilangan genap(00 dan 11) dan akan berlogika 0 bila mempunyai satuan
bilangan ganjil(01 dan 10). Simbol dari gerbang logika NOR-eksklusif yaitu
gerbang logika XOR dengan lingkaran kecil pada keluarannya seperti yang
ditunjukkan pada gambar 2.8 di bawah ini.

Gambar 2.8 Gerbang NOR-eksklusif

11

Tabel kebenaran gerbang NOR-eksklusif dapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Tabel kebenaran gerbang logika

MASUKAN
A

KELUARAN

B

AND

OR

NAND

NOR

XOR

NOT

XNOR

0

0

0

0

1

1

0

1

A
1

1

0

0

1

1

0

1

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

2.3 Set Point
Set Point adalah harga yang diinginkan bagi variabel yang dikontrol
selama pengontrolan [7]. Rangkaian set point terdiri dari rangkaian pembagi
tegangan dan buffer.
2.3.1 Pembagi Tegangan
Rangkaian pembagi tegangan merupakan rangkaian yang
dibangun dari susunan potensiometer dan resistor, dengan konfigurasi
seperti pada gambar 2.9.

B
1

12

Gambar 2.9 Rangkaian Pembagi Tegangan
Untuk persamaan Vout ditentukan sebagai berikut :

Vout =

R2
xVcc ……….............….....(2.1)
R 1 + R2

2.3.2 Buffer Tegangan
Buffer tegangan berfungsi untuk mempertahankan tegangan
output agar tidak terbebani oleh beban. Nilai amplitudo tegangan
output sama dengan nilai amplitudo tegangan input yang diberikan.
Konfigurasi buffer tegangan seperti pada gambar 2.10.

Gambar 2.10 Konfigurasi Buffer Tegangan

13

2.4 ADC (Analog to Digital Converter)
Pengubah sinyal analog ke sistem digital disebut pengkode atau
encoder [2]. Gambar 2.11 memperlihatkan diagram blok pengubah analog ke
digital yang dapat memberikan gambaran mengenai pengubahan sinyal analog
ke digital.

Gambar 2.11 Diagram blok pengubah analog ke digital
Dari diagram blok gambar 2.11, masukan berupa sinyal listrik analog
yang harus diubah menjadi keluaran biner dari bit paling rendah (LSB) sampai
ke bit yang paling tinggi (MSB).
Konfigurasi pin-pin IC ADC 0804 dapat dilihat pada gambar 2.12

Gambar 2.12 Konfigurasi pin-pin IC ADC 0804

14

Pada gambar 2.12 ditunjukkan konfigurasi pin-pin IC ADC 0804.
Fungsi masing-masing pin tersebut adalah sebagai berikut:
1. Pin1 dan pin 2 (CS dan RD).
Jika CS rendah dan RD tinggi, maka pin 11 sampai 18 (D0 – D7)
mengambang dan tidak mengeluarkan data digital.
2. Pin 3 (WR).
Merupakan sinyal konversi. Jika WR rendah, konversi mengalami
reset dan jika WR tinggi maka konversi segera dimulai.
3. Pin 4 dan pin 19 (Clk In dan Clk R)
Frekuensi detak konverter harus terletak dalam daerah frekuensi 100
KHz sampai 1460 KHz. Clk In dapat diturunkan dari detak CPU. Jika
sistem beroperasi pada detak frekuensi lebih besar daripada 800 KHz
maka dapat diturunkan dengan menyambung rangkaian RC antara Clk
In dan Clk R untuk mendapatkan frekuensi yang diinginkan dan dapat
dirumuskan sebagai berikut:
1
⎞ ………............…..... (2.2)
fClk = ⎛⎜
⎟
⎝ 1,1 × R × C ⎠
4. Pin 5 (INTR)
Sinyal INTR merupakan sinyal selesai konversi. Bila INTR bernilai
tinggi maka hal itu akan menandakan konversi dimulai, dan sebaliknya
jika INTR bernilai rendah maka hal itu menandakan konversi telah
selesai.

15

5. Pin 6 [Vin(+)].
Merupakan tegangan masukan analog positif.
6. Pin 7 [Vin(-)].
Merupakan tegangan masukan analog negatif.
7. Pin 8 dan 10 (Agnd dan Vgnd).
Pin 8 merupakan pin Agnd dan pin 10 merupakan Vgnd. Kedua pin ini
harus dihubungkan ke tanah (ground).
8. Pin 9 (Vref/2).
Merupakan tegangan masukan analog maksimum, yaitu tegangan yang
menghasilkan suatu keluaran digital maksimum FFH. Apabila pin 9 ini
tidak dihubungkan maka Vref bernilai sama dengan tegangan catu
(Vcc).
9. Pin 11 – 18 (D7 – D0)
Pin 11 – 18 atau D7 – D0 merupakan keluaran ADC yang
berupa sinyal digital.
10. Pin 20 (Vcc)
Sebagai masukan tegangan catu maksimum sebesar 5 volt.
Hal-hal yang juga perlu diperhatikan dalam penggunaan ADC ini
adalah tegangan maksimum yang dapat dikonversikan oleh ADC dari
rangkaian pengkondisi sinyal, resolusi, pewaktu eksternal ADC, tipe keluaran,
ketepatan dan waktu konversinya.

16

Beberapa karakteristik penting ADC :
1.

Waktu konversi

2.

Resolusi

3.

Ketidaklinieran

4.

Akurasi
Sesuai dengan rumusan pada data sheet ADC 0804, frekuensi clock

dan waktu konversi dengan konfigurasi typical pada datasheet.
f clock =

Tc =

1
1,1 × R x C
1
...............................................................................(2.3)
fclock

Resolusi ADC dinyatakan dengan persamaan 2.3.
Resolusi =

Vref(+ ) - Vref(-)
255

.................................................................(2.4)

Keterangan :
Resolusi = Ketelitian ADC
Vref(+)

= Referensi tegangan atas

Vref(-)

= Referensi tegangan bawah

Sesuai dengan penggunaan typical pada datasheet ADC 0804 dengan
=1,275 volt.

V reff
2

17

Level =

Tegangan konversi
...........................................................(2.5)
Resolusi ADC

Perubahan ADC tiap bit dinyatakan dengan persamaan 2.5.
Tegangan konversi = Level x Resolusi ADC..............................................(2.6)
Dengan konfigurasi kaki 7 (Vin(-)) mendapat masukan tegangan
referensi bawah sebesar 0Volt, dan kaki 9 (Vref/2) mendapat masukan tegangan
sebesar

1,275
Vref/2 =

Volt.

Dari

hal

itu

diperoleh

persamaan

:

Vref( + ) - Vref(-)
..................................................................(2.7)
2

2.5 Karakteristik Dasar Alat Pengendali.
Suatu alat pengendali dirancang untuk menjalankan suatu perintah
masukan dan kemudian menjalankan sesuai dengan perintah masukan tersebut
[6]. Untuk menjalankan perintah masukan, suatu alat pengendali harus
mempunyai suatu kemampuan mengolah atau menterjemahkan perintah secara
tepat dan benar. Dalam pengerjaan tugas akhir ini, perintah diolah dan
dikendalikan oleh suatu rangkaian digital yang kemudian hasil dari pengolah
tersebut dijalankan oleh penggerak dalam hal ini penggerak yang dimaksud
adalah driver.
Alat pengendali akan dinyatakan bekerja secara baik apabila mampu
menjalankan perintah secara benar dan proses jalan perintah harus sesuai
dengan syarat yang ditetapkan. Selain hal di atas faktor waktu juga

18

mempengaruhi baik atau tidak suatu alat pengendali. Yang dimaksud dengan
faktor waktu disini adalah kemampuan alat untuk menjalankan perintah secara
cepat dan tepat, yakni jika diberi perintah maka alat akan langsung
menjalankan perintah pada saat itu juga.
Jadi suatu alat kendali akan dinyatakan mampu bekerja secara baik
jika alat tersebut mampu menjalankan perintah masukan sesuai dengan
perintah yang diberikan dan perintah tersebut dijalankan oleh alat tersebut
dengan cepat. Disamping itu harus mempunyai ketepatan yang baik yaitu
sesuai atau mendekati dengan perancangan, dan juga mempunyai keakuratan
yang baik. Keakuratan ditentukan dengan cara mengkalibrasi alat tersebut
sesuai dengan syarat yang telah ditentukan.

2.6 Triac
Triac atau AC switch, merupakan saklar arus bolak–balik bentuk
trioda (mempunyai 3 elektroda) [4]. Gambar 2.13 adalah bentuk fisik triac.
Pada dasarnya triac terdiri dari dua SCR (Silicon Controlled Rectifier) yang
terpasang paralel/berlawanan, dan dilengkapi dengan elektroda (pintu/gate).

Gambar 2.13 Bentuk fisik triac

19

Keunggulan triac adalah dapat digunakan untuk mengatur daya dalam
batas–batas lebih lebar, artinya dengan triac arus dapat mengalir ke arah bolak
– balik, triac dipakai untuk pengaturan daya gelombang penuh, triac juga
dapat dipakai untuk pengemudian arus yang relative besar, dari sumber
berdaya kecil dan keunggulannya adalah mudah dan sederhana dalam
pemakaian. Triac mempunyai tiga terminal; dua terminal utama yakni MT1
dan MT2 serta satu gerbang G (gate). Terminal MT1 dan MT2 dirancang
demikian sebab aliran arus adalah dua arah.
Jika terminal MT1 dan MT2 diberi tegangan AC dan gate dalam
kondisi mengambang maka tidak ada arus yang dilewatkan oleh triac sampai
pada tegangan breakover triac tercapai. Pada kondisi ini triac OFF. Pada saat
gate diberi arus positif atau negatif maka tegangan breakover ini akan turun.
Semakin besar nilai arus yang masuk ke gate maka semakin rendah tegangan
breakover-nya. Pada kondisi ini triac menjadi ON selama tegangan pada
MT1 dan MT2 di atas nol volt. Apabila tegangan pada MT1 dan MT2 sudah
mencapai nol volt maka kondisi kerja triac akan berubah dari ON ke OFF.
Ketika triac sudah menjadi OFF kembali, triac akan selamanya OFF sampai
ada arus trigger ke gate dan tegangan MT1 dan MT2 melebihi tegangan
breakover-nya. Pada gambar 2.14 memperlihatkan daerah kerja triac.

20

Gambar 2.14 Kurva karakteristik triac

2.7 Solid-State Relay(Optoisolator).
Pada relai yang berjenis relai solid state(solid-state relay = SSR) ini
tidak mempunyai kumparan dan kontak sesungguhnya dibandingkan dengan
relai elektromekanis(Electromechanics relay = EMR) [4]. Sebagai pengganti
digunakan alat penghubungan semikonduktor seperti transistor bipolar,
MOSFET, SCR, atau triac, misalnya MOC 30XX seperti pada gambar 2.15.
Solid-state Relay tidak mempunyai bagian yang berputar, relai tersebut tahan
terhadap goncangan dan getaran serta ditutup rapat terhadap kotoran dan

21

kelembaban. SSR merupakan aplikasi pada pengisolasian rangkaian kontrol
tegangan-rendah dari rangkaian beban-daya-tinggi. Dioda yang memancarkan
cahaya(LED) yang digabungkan pada rangkaian input menyala mengeluarkan
cahaya apabila kondisi pada rangkaian benar-benar untuk mengaktifkan relai.
Cahaya LED pada fototransistor, yang kemudian menghantar, menyebabkan
arus trigger diberikan pada triac.

Solid-state Relay dapat digunakan untuk mengontrol beban ac atau dc.
Jika relai dirancang untuk mengontrol beban ac, digunakan triac untuk
menghubungkan ke beban (heater). Tegangan kontrol untuk SSR dapat arus
searah dan bolak-balik, dan biasanya berkisar antara 3 sampai 32 V untuk DC
dan 80 dan 280 V untuk AC. Arus beban maksimum mencapai 50 A adalah
mungkin pada ukuran kerja tegangan beban (heater) 120, 240, dan 480 Vac.
Pada sebagian besar aplikasi, SSR digunakan sebagai perantara antara
rangkaian kontrol tegangan rendah dengan tegangan beban(heater) ac yang
lebih tinggi. Macam-macam MOC beserta karakteristik arus dan tegangan
dapat di lihat pada tabel 2.2.

SSR mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan EMR.
SSR lebih terpercaya dan mempunyai umur pemakaian yang lebih panjang.
karena SSR tidak mempunyai bagian yang berputar, dapat juga digabungkan
dengan rangkaian transistor dan sirkuit ic. SSR tidak banyak menimbulkan

22

interferensi elektromagnetis. SSR lebih tahan terhadap goncangan dan
terhadap getaran, mempunyai waktu respon yang lebih cepat.

Gambar 2.15 Skema dari MOC30XX (SSR)
Tabel 2.2 Macam-macam MOC30XX

23

2.8 Pengkode BCD ke tujuh segmen
Pengkode

merupakan

suatu

penerjemah

kode

[5].

Pengkode

merupakan rangkaian logika gabungan dengan beberapa masukan dan
keluaran. Kebanyakan berisi 20 sampai 50 gerbang. Kebanyakan pengkode
dipaketkan dalam paket IC tunggal.

Untuk menyalakan tampilan tujuh segmen, keluaran sistem digital
harus diubah ke dalam isyarat yang sesuai. Masukan dari sistem digital
biasanya dalam bentuk sandi biner (BCD) sehingga harus diubah menjadi
isyarat tujuh jalur untuk menyalakan masing-masing segmen. Perubahan ini
dilakukan oleh pengkode BCD ke tujuh segmen. Jika karakter 1 akan
ditampilkan, maka jalur keluaran B, C akan berlogika 1 untuk menghidupkan
LED yang sesuai dengan segmen B, C. Jalur yang lain tetap 0. Jika karakter 2
akan ditampilkan maka jalur keluaran A, B, D, E, G akan di-set berlogika 1
untuk menghidupkan LED yang sesuai dengan segmen A, B, D, E, G. Jalur
yang lain tetap berlogika 0. Jika karakter 3 akan ditampilkan maka jalur
keluaran A, B, C, D, G akan berlogika 1 untuk menghidupkan LED yang
sesuai dengan segmen A, B, C, D, G. Jalur yang lain tetap berlogika 0. Jika
karakter 4 akan ditampilkan maka jalur keluaran B, C, F, G akan berlogika 1
untuk menghidupkan LED yang sesuai dengan segmen B, C, F, G. Jalur yang
lain tetap berlogika 0. Tabel 2.3 menunjukkan jalur-jalur yang harus
diaktifkan untuk membentuk karakter yang dimaksud.

24

Tabel 2.3 Karakteristik masukan dan keluaran BCD

Masukan BCD

Keluaran BCD yang
diaktifkan

Desimal

D

C

B

A

0

0

0

0

A,B,C,D,E,F

0

0

0

0

1

B,C

1

0

0

1

0

A,B,D,E,G

2

0

0

1

1

A,B,C,D,G

3

0

1

0

0

B,C,F,G

4

0

1

0

1

A,C,D,F,G

5

0

1

1

0

A,C,D,E,F,G

6

0

1

1

1

A,B,C

7

1

0

0

0

A,B,C,D,E,F,G

8

1

0

0

1

A,B,C,D,F,G

9

25

Contoh IC pengkode BCD ke tujuh segmen adalah IC 4511. IC
tersebut memiliki 4 masukan yang akan mengubah 4 bit masukan
tersebut

menjadi 7 buah isyarat tujuh jalur. IC 4511 mempunyai

keluaran aktif berlogika 0. Gambar IC 4511 ditunjukkan pada Gambar
2.16.

Gambar 2.16 IC 4511

2.9 Penampil Tujuh Segmen
Salah satu bentuk tampilan digital adalah penampil tujuh segmen, yang
terdiri atas tujuh ruas LED di mana dapat di lihat pada gambar 2.17 [5].

f
e

a
g

b
c

d
Gambar 2.17 Tujuh ruas LED

26

Menurut cara pemberian tegangan maka suatu tujuh segmen terdiri
dari dua macam, yaitu common anoda dan common katoda. Perbedaan antara
keduanya hanya terletak pada penyambungan antara LED yang terdapat pada
segmen yang satu dengan yang lain. Pada common anoda, anoda dari ketujuh
LED terhubung menjadi satu (Gambar 2.18a) sedangkan pada common
katoda, katoda dari ketujuh LED yang terhubung menjadi satu (Gambar
2.18b).

a) Common Anoda

b) Common Katoda

Gambar 2.18 Untai penampil tujuh segmen

Masukan tujuh segmen berupa berupa data biner BCD(Binary Coded
Decimal), 4 bit. Penampil tujuh segmen membentuk angka 0 sampai 9 dan
mengaktifkan fungsi tiap-tiap segmen seperti ditunjukkan gambar 2.19.

27

Gambar 2.19 Bentuk bilangan desimal tampilan tujuh segmen
Tabel 2.4 di bawah ini menunjukkan tabel segmen yang aktif untuk setiap
angka desimal.
Tabel 2.4 segmen yang aktif untuk setiap angka desimal
Desimal

Segmen yang aktif

0

A,B,C,D,E,F

1

B,C

2

A,B,D,E,G

3

A,B,C,D,G

4

B,C,F,G

5

A,C,D,F,G

6

A,C,D,E,F,G

7

A,B,C

8

A,B,C,D,E,F,G

9

A,B,C,D,F,G

28

2.10 Pengondisi Sinyal
Pengkondisi sinyal pada umumnya mencakup rangkaian penunjang
bagi tranduser[7]. Rangkaian ini dapat memberikan daya eksitasi, rangkaian
imbang, dan elemen kalibrasi. Pengkondisi sinyal digunakan untuk
memperkuat, memodifikasi, atau memilih bagian tertentu dari sinyal tersebut.
Salah satu contoh rangkaian pengkondisi sinyal yang sering digunakan adalah
rangkaian penguat yang terdiri dari hambatan Ri dan Rf seperti ditunjukkan
pada gambar 2.20

Gambar 2.20 Rangkaian pengondisi sinyal

2.11 Tanggapan Sistem
Sebagian besar sistem kontrol adalah sistem wawasan waktu; yang
berarti, sistem ini harus menunjukkan respon waktu yang dapat diterima[8].

29

Respon sistem kontrol sering menunjukkan osilasi teredam sebelum mencapai
keadaan tunak. Dalam menentukan karakteristik tanggapan system control
terhadap masukan tangga satuan, biasanya dicari parameter-parameter berikut:
1. Waktu Tunda ( Delay Time ), td
Yaitu waktu yang diperlukan tanggapan mencapai setengah harga akhir
yang pertama kali.
2. Waktu Naik ( Rise Time ), tr
Yaitu waktu yang diperlukan tanggapan untuk naik dari 10% hingga 90%
dari harga akhirnya.
3. Waktu Penetapan ( Settling Time ), ts
Yaitu waktu yang diperlukan kurva tanggapan dan menetap dalam daerah
disekitar harga akhir yang ukurannya ditentukan dengan persentase mutlak
dari harga akhir (biasanya 5% atau 2%).
4. Waktu Puncak (peak time), tp
Yaitu waktu yang diperlukan respon untuk mencapai puncak lewatan
pertamakali.
5. Lewatan maksimum (maximum overshoot), Mp
Yaitu harga puncak maksimum dari kurva respon yang diukur dari satu.
Jika harga keadaan tunak respon tidak sama dengan satu, maka biasa
digunakan persen lewatan maksimum.
Parameter ini didefinisikan sebagai

30

Persen lewatan maksimum =

c(t p ) − c(∞)
c (∞ )

× 100% .........................(2.7)

Besarnya (persen) lewatan maksimum secara langsung menunjukkan
kestabilan relatif sistem.
Untuk mengetahui karakteristik tanggapan system control terhadap
masukan tangga satuan dapat ditunjukkan contoh pada gambar 2.21.

Gambar 2.21 Kurva respon tangga satuan yang menunjukkan td, tr, tp,
Mp, dan ts

2.12 Metode Ziegler-Nichols
Ziegler-Nichols pertama kali memperkenalkan metodenya pada tahun
1942 [9]. Metode ini memiliki dua cara, metode osilasi dan kurva reaksi.
Kedua metode ditujukan untuk menghasilkan respon sistem dengan lonjakan

31

maksimum sebesar 25%. Gambar 2.22 memperlihatkan kurva respons tangga
satuan dengan lonjakan maksimum 25%.

Gambar 2.22 Kurva respons tangga satuan yang memperlihatkan 25%
lonjakan maksimum

Gambar 2.23 Respon tangga satuan sistem

32

Metode yang digunakan adalah metode kurva reaksi, di mana metode
kurva reaksi didasarkan terhadap reaksi sistem untaian terbuka. Plant sebagai
untaian terbuka dikenai sinyal fungsi tangga satuan, gambar 2.23
menunjukkan mengenai respon tangga satuan sistem.

33

BAB III
PERANCANGAN

3.1 Diagram Blok.
Gambar 3.1 menunjukkan diagram blok perancangan pengendali suhu air
berbasis rangkaian digital.

Gambar 3.1 Diagram blok pengendali suhu air berbasis rangkaian digital
Pengendalian suatu plan membutuhkan papan tombol sebagai pengontrol
manual. Papan tombol pengendali suhu air pada penelitian ini dirancang berisi :
tampilan set point, output sensor, power, dan saklar set point seperti ditunjukkan
pada gambar 3.2.

33

34

Gambar 3.2 Papan tampilan dan set point

3.2 Plan Pengendali Suhu Air.
Plan pengendali suhu air pada penelitian ini berupa heater yang mempunyai
daya sebesar 300Watt dan menggunakan tegangan AC masukan sebesar 220Volt.
Plan heater tersebut dapat ditunjukkan seperti gambar 3.3.

Tangki
air
Heater
air
220Vac
Gambar 3.3 Plan.

35

3.3 Sensor LM 35.
Sensor temperatur yang berjenis LM 35 memiliki konversi untuk setiap suhu
1ºC sama dengan tegangan ±10 mV. Sensor LM 35 ini bekerja dari suhu 0oC sampai
dengan 100 oC. Sensor temperature LM35 merupakan salah satu sensor yang
mempunyai proporsional linear terhadap oC. Konversi dari IC LM35 mengikuti
kaidah berikut: Setiap kenaikan suhu 1oC, tegangan keluaran dari IC naik 10 mV.
Sebagai contoh: Pada suhu kamar 25oC dan sensor LM 35 diberi tegangan 5 Volt
pada terminal-terminalnya ,maka tegangan keluarannya akan sebesar 250mV. Untuk
lebih jelas dapat ditunjukkan pada tabel 3.1. Sensor suhu LM35 menggunakan chip
silikon untuk elemen yang merasakan. Untuk input dan output tegangan pada sensor
suhu LM35 dapat ditunjukkan pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Input dan output tegangan pada sensor suhu LM35.

36

Tabel 3.1 Konversi suhu ke tegangan pada sensorLM35
Suhu
(oC}

Tegangan
(V)

28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62

0,288
0,298
0,308
0,318
0,328
0,338
0,348
0,358
0,368
0,378
0,388
0,398
0,408
0,418
0,428
0,438
0,448
0,453
0,462
0,475
0,486
0,499
0,505
0,516
0,527
0,534
0,545
0,554
0,563
0,574
0,582
0,593
0,6
0,612
0,621

Suhu
(oC}
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96

Tegangan
(V)
0,632
0,641
0,65
0,662
0,67
0,68
0,692
0,7
0,709
0,719
0,733
0,74
0,749
0,768
0,777
0,788
0,793
0,804
0,818
0,824
0,829
0,844
0,853
0,862
0,871
0,883
0,894
0,909
0,914
0,922
0,931
0,942
0,951
0,961

37

3.4 Set point
Set point berfungsi untuk menentukan batasan suhu air yang diinginkan.
Dalam perancangan rangkaian pendukung set point terdiri dari pembagi tegangan
dan buffer.

3.4.1 Pembagi Tegangan
Untuk mendapatkan nilai R1 dan R2 dengan Vout sesuai suhu yang
ditentukan dan tegangan catu sebesar 5 Volt, maka nilai R1 dan R2 dengan
mengacu persamaan 2.1 serta dari gambar 2.9 adalah sebagai berikut :
1. Set Poin I : Suhu 40oC dengan output tegangan 0,4V
Dipilih R2 = 1kΩ
Vout

0,4V

=

R2
× Vcc
R1 + R 2

=

1kΩ
x5V
R1 + 1kΩ

0,08R1 + 80Ω = 1kΩ
R1 =

1kΩ − 80Ω
0,08

= 11,5 kΩ

38

2. Set poin II : Suhu 70oC dengan output tegangan 0,7V
Dipilih R2 = 1kΩ
Vout

0,7 V
0,14R1+ 140Ω
R1

=

R2
× Vcc
R1 + R 2

=

1kΩ
x5V
R1 + 1kΩ

= 1 kΩ
=

1kΩ − 140Ω
0,14

= 6,14 kΩ
3. Set poin III : Suhu 90oC dengan output tegangan 0,9V
Dipilih R2 = 1kΩ
Vout

0,9 V

=

R2
× Vcc
R1 + R 2

=

1kΩ
x5V
R1 + 1kΩ

0,18R1 + 180Ω = 1 kΩ
R1

=

1kΩ − 180kΩ
0,18

= 4,5 kΩ
Bila nilai R2 masing-masing batasan suhu ditentukan 1 kΩ, maka nilai R1
masing-masing batasan suhu adalah 40oC = 11,5 kΩ, 70oC = 6,14 kΩ, 90oC = 4,5 kΩ.

39

Berhubung nilai resistor yang diperoleh tidak ada maka menggunakan resistor
variabel.

3.4.2 Buffer Tegangan
Untuk mempertahankan tegangan output agar tidak terbebani oleh
beban, maka tegangan keluaran perlu di buffer.
Berdasarkan rangkaian pendukung set point yaitu pembagi tegangan
dan

buffer,

maka

rangkaian

pembagi

tegangan

dan

dikonfigurasikan seperti pada gambar 3.6.

Gambar 3.5 Rangkaian pembagi tegangan dan buffer

buffer

dapat

40

3.5 Antarmuka Set Point dengan ADC0804
Dalam aplikasinya antarmuka antara sensor suhu set point dengan ADC 0804
dapat ditunjukkan pada gambar 3.5. Nilai resistor dan kapasitor yang digunakan
sesuai dengan aplikasi ADC 0804 pada datasheet ADC 0804.

Gambar 3.6 Antarmuka set point dengan ADC 0804

3.6 Analog to Digital Converter (ADC 0804)
ADC 0804 digunakan sebagai pengubah masukan analog menjadi keluaran
digital. ADC ini hanya membutuhkan dua komponen luar sebagai

pembangkit

frekuensi (Clk R dan Clk In) yaitu sebuah hambatan dan sebuah kapasitor. Bila
menggunakan R1 =10 KΩ dan C1 = 150 pF seperti yang digunakan dalam data sheet,

41

maka fclock dan waktu konversi(Tc) dapat dihitung besarnya menggunakan persamaan
(2.2) dan (2.3).
fclock =

1
1,1 × 10 KΩ × 150 pF

fclock = 606 KHz
Tc

=

1
fclock

=

1
606 KHz

=1,6501μs
Waktu konversi(Tc) yang dibutuhkan ADC untuk mengatur perubahan tiap bit
pada keluarannya sebesar 1,6501μs. Pada