Implementasi Miniatur Heat-Dry Chamber Berbasis Arduino.
i
Implementasi Miniatur Heat-Dry Chamber berbasis Arduino
Disusun Oleh:
Rizky Haditya Prasetyo (0922040)
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia
Email : rizkyhaditya@gmail.com
ABSTRAK
Pengujian fiber optik menggunakan Heat-Dry Chamber pada PT Telkom
menjadi ide dibuatnya miniatur Heat-Dry Chamber tersebut,dibuatnya miniatur
Heat-Dry Chamber karena Heat-Dry Chamber yang dipakai oleh PT telkom
untuk pengujian fiber optik penyebaran suhunya belum merata.
Pada Tugas Akhir ini dirancang dan direalisasikan miniatur Heat-Dry
Chamber yang dapat melakukan penyebaran suhu secara merata dengan
menggunakan pengontrolan PID pada aplikasinya dan fitur untuk menyimpan data
suhu yaitu modul SD Card, Arduino menjadi mikrokontroler yang berguna untuk
mengontrol setpoint yang telah ditentukan.
Perancangan miniatur Heat-Dry Chamber telah berhasil
diimplementasikan dengan penyebaran suhu yang merata dan didapat tuning PID
yang memiliki respon paling baik yaitu dengan ; Kp= 70, Ki= 3 dan Kd = 6 dan
memiliki error pada tiap setpoint yang telah diujikan sebesar ±2ºC.
.
(2)
Implementation of Miniature Heat-Dry Chamber based on Arduino
Compiled By: Rizky Haditya (0922040)
Major of Electrical Engineering, Faculty of Technique, Maranatha Christian University Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia
Email : Rizkyhaditya@gmail.com
ABSTRACT
Testing of fiber optic using Heat-Dry Chamber in PT Telkom being an idea in this project to made miniature Heat-Dry Chamber which can make a uniform temperature,because of in PT Telkom the distributed temperature its not good at all.
In this paper is designed and implemented a miniature Heat-Dry Chamber that can do to disseminate the temperature is evenly distributed by using controlling PID in its application and feature to keep the temperature data is module SD Card, Arduino its a microcontroller to control setpoint that has been determined.
Design miniature Heat-Dry Chamber has been successfully implemented with the deployment of a uniform temperature and obtained tuning PID has the best response is to; Kp = 70, Ki = 3 and Kd = 6 and has an error at each setpoint which has been tested by ± 2 ° C.
(3)
iv DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR ... vii
BAB I PENDAHULUAN I.1 LATAR BELAKANG MASALAH ... 1
I.2 RUMUSAN MASALAH ... 1
I.3 TUJUAN PENELITIAN ... 2
I.4 BATASAN MASALAH ... 2
I.5 SPESIFIKASI ALAT ... 2
I.6 SISTEMATIKA PENULISAN ... 3
BAB II LANDASAN TEORI II.1 SENSOR SUHU LM 35 ... 4
II.2 TRANSISTOR TIP 122 ... 6
II.3 ARDUINO UNO ... 7
II.3.1 RINGKASAN SPESIFIKASI ARDUINO UNO ... 8
II.4 SOFTWARE ARDUINO ... 12
II.5 RESISTOR SEBAGAI HEATER ... 13
II.6 MODUL SD CARD ... 14
II.7 KONTROLER PID ... 15
II.7.1 KONTROLER PROPORSIONAL ... 16
II.7.2 KONTROLER INTEGRATIF ... 17
II.7.3 KONTROLER DERIVATIF ... 18
II.7.4 PID TRIAL AND ERROR ... 21
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT III.1 PERANCANGAN PERANGKAT KERAS ... 22
(4)
III.3 DIAGRAM ALIR PADA SISTEM ... 26
III.4 PENEMPATAN HEATER DAN SENSOR ... 29
III.5 PERANCANGAN PID ... 31
III.6 REALISASI MINIATUR HEAT-DRY CHAMBER ... 35
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS IV.1 PENGUJIAN SUHU PADA SETPOINT 30º CELCIUS ... 36
IV.2 PENGUJIAN SUHU PADA SETPOINT 50º CELCIUS ... 37
IV.3 PENGUJIAN SUHU PADA SETPOINT 70º CELCIUS ... 39
IV.4 PENGUJIAN SETPOINT YANG DIUBAH-UBAH ... 40
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 KESIMPULAN ... 42
V.2 SARAN ... 42
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A PROGRAM ARDUINO UNO LAMPIRAN B DATA LOGGER SUHU
(5)
vi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Ringkasan Spesifikasi Arduino Uno ... 8
Tabel 2.2 Wiring SD Card dengan Arduino... 15
Tabel 2.2 Efek Pengontrolan P,I dan D... 19
Tabel 3.1 Hubungan pin Arduino dengan Modul SD Card ... 24
Tabel 3.2 Hubungan pin Arduino dengan Sensor LM-35 ... 24
Tabel 3.3 Tabel Tuning PID yang Akan Diuji ... 32
Tabel 3.4 Tabel Ringkasan Kp,Ki dan Kd yang Telah Diuji ... 34
Tabel 4.1 Tabel Respon Sistem Sesuai dengan Setpoint yang Ditentukan ... 41
(6)
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Spesifikasi dan Pin-pin pada LM-35 ... 4
Gambar 2.2 TIP 122 ... 6
Gambar 2.3 Board Arduino ... 7
Gambar 2.4 Sketch Arduino ... 13
Gambar 2.5 Resistor Keramik ... 14
Gambar 2.6 Modul SD Card ... 14
Gambar 2.7 Respon sistem perubahan Kp,Ki dan Kd ... 20
Gambar 3.1 Blok Diagram dari Sistem ... 22
Gambar 3.2 Skematik Rangkaian ... 23
Gambar 3.3 Rangkaian Transistor dan Heater ... 25
Gambar 3.4 Diagram Alir Utama ... 26
Gambar 3.5 Diagram Alir Subrutin “CEK SD CARD” ... 27
Gambar 3.6 Dagram Alir Subrutin “Kontrol Suhu dengan PID”... 28
Gambar 3.7 Bagian Alas Penempatan Heater ... 29
Gambar 3.8 Bagian Samping Penempatan Heater ... 30
Gambar 3.9 Penempatan Sensor ... 30
Gambar 3.10 Respon Kontroller Suhu on/off ... 31
Gambar 3.11 Respon Sistem dengan Kp=50,Ki = 1 dan Kd = 0 ... 32
Gambar 3.12 Respon Sistem dengan Kp=60, Ki= 2 dan Kd= 2 ... 33
Gambar 3.13 Respon Sistem dengan Kp=70, Ki= 3 dan Kd= 4 ... 33
Gambar 3.14 Respon Sistem dengan Kp=80, Ki= 4 dan Kd= 6 ... 34
Gambar 3.15 Miniatur Heat-Dry Chamber ... 35
Gambar 4.1 Grafik Respon Sistem Pada Suhu Rata-rata setpoint 30ºC ... 36
Gambar 4.2 Grafik Respon Suhu Tiap-tiap Sensor Setpoint 30ºC ... 37
Gambar 4.3 Grafik Respon Sistem Pada Suhu Rata-rata setpoint 50ºC ... 38
Gambar 4.4 Grafik Respon Suhu Tiap-tiap Sensor Setpoint 50ºC ... 38
Gambar 4.5 Grafik Respon Sistem Pada Suhu Rata-rata setpoint 70ºC ... 39
Gambar 4.6 Grafik Respon Suhu Tiap-tiap Sensor Setpoint 70ºC ... 40
(7)
1 BAB I
PENDAHULUAN
1. 1 Latar Belakang Masalah
Ilmu pengetahuan yang berkembang pesat banyak menciptakan teknologi baru yang banyak memudahkan manusia dalam segala aspek contohnya di bidang industri,dalam dunia industri sangat dibutuhkan alat-alat untuk menguji kelayakan dan ketahanan produk yang telah dibuat agar produk tersebut uji pakai sesuai dengan ketentuan yang telah dibuat secara internasional/nasional. Sebagai contohnya pada PT Telkom,fiber optik yang dimiliki oleh PT Telkom harus di uji terlebih dahulu agar mengetahui apakah kabel fiber optik tersebut layak atau tidak untuk dipakai maka fiber optik diuji dengan diberi gangguan panas dengan range maximal , alat yang digunakan untuk mengetes fiber optik tersebut adalah Heat-Dry Chamber tetapi Heat-Dry Chamber yang digunakan pada PT Telkom belum sepenuhnya menghasilkan suhu yang merata.
Maka pada tugas akhir ini dibuatlah miniatur Heat-Dry Chamber yang nantinya dapat diterapkan pada PT Telkom dengan penyebaran suhu yang hampir merata.
1.2 Perumusan Masalah
1. Bagaimana cara merancang pengendalian suhu Heat-Dry Chamber? 2. Bagaimana cara penerapan pengendalian suhu berbasis Heat-Dry
(8)
2 BAB I PENDAHULUAN
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan yang akan dicapai dalam penelitian ini, yaitu : 1. Implementasi Heat-dry Chamber.
2. Menganalisa distribusi suhu.
3. Membuat pengontrolan untuk Heat-Dry Chamber. 4. Melihat respon pengontrolan PID.
1.4 Batasan Masalah
Pembatasan masalah pada tugas akhir ini meliputi : 1. Pengendalian menggunakan Arduino Uno.
2. Range suhu pada Heat-Dry Chamber . 3. Maximum kesalahan pembacaan (error) ± .
4. Metode pengontrolan yang dipakai PID trial and error. 5. Memakai bahasa pemograman Arduino IDE.
1.5 Spesifikasi Alat
1. 4 Sensor suhu (LM35)
2. 4 heater (Resistor Keramik ) 3. Rangkaian transistor TIP 122
4. Dimensi Heat-Dry Chamber 27cm x 27cm dengan tinggi 30 cm 5. SD Card.
(9)
3 BAB I PENDAHULUAN
Universitas Kristen Maranatha 1.6 Sistematika Penulisan
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan laporan tugas akhir.
BAB II LANDASAN TEORI
Pada bab ini dijelaskan teori-teori penunjang yang diperlukan dalam merealisasikan dan merancang miniatur Heat-Dry Chamber berbasis arduino berupa prinsip kerja sensor,spesifikasi heater dan spesifikasi arduino.
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI
Pada bab ini menjelaskan perancangan dan realisasi dari miniatur sistem pengontrolan Heat-Dry Chamber, alat penguji ketahan fiber optik dalam suhu panas yang merata terdiri dari rangkaian desain skematik, perangkat keras, modul sd card dan arduino uno
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA
Pada bab ini ditampilkan data-data berupa kestabilan suhu yang telah dicapai oleh alat tersebut.
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang simpulan-simpulan yang didapat dari keseluruhan perancangan dan realisasi dari miniatur sistem pengontrolan Heat-Dry Chamber. Lalu bab ini juga berisi saran yang diberikan untuk penelitian lebih lanjut oleh pihak lain.
(10)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini penulis akan menyatakan kesimpulan dari tugas akhir ini, serta memberikan saran untuk dapat mengembangkan tugas akhir ini selanjutnya
5.1 KESIMPULAN
Kesimpulan dari tugas akhir implementasi miniatur Heat-Dry Chamber berbasis arduino adalah sebagai berikut :
1. Implementasi Heat-Dry Chamber dengan suhu yang merata telah berhasil dengan memiliki error ±2ºC pada setpoint 30ºC , ±1ºC pada setpoint 50ºC dan ±0,5ºC pada suhu 70ºC.
2. Tuning PID dengan cara trial and error telah berhasil dilakukan dengan acuan kontroller on/off.
3. Berdasarkan analisis data, pengontrolan suhu tidak akan mengalami osilasi apabila diatur dari suhu rendah ke suhu yang lebih tinggi sesuai dengan setpoint-nya,tetapi akan terjadi osilasi apabila dari suhu yang tinggi ke suhu yang lebih rendah sesuai dengan setpoint-nya.
5.2SARAN
Saran yang diberikan untuk pengembangan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Agar tuning PID lebih presisi digunakan tuning yang lebih baik seperti metode ziegler nichols.
2. Pengembangan pada miniatur Heat-Dry Chamber ini agar dilakukan teknik pengontrolan yang lain seperti Fuzzy logic karena teknik pengontrol menggunakan Fuzzy logic banyak diterapkan untuk pengontrolan suhu.
(11)
DAFTAR PUSTAKA
1. PID (http://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller diakses 15 Mei 2014) 2. Ogata, Katsuhiko, 1997, Teknik Kontrol Automatik, Jilid 1 dan 2, Edisi
Kedua, Erlangga: Jakarta.
3. Prinsip Kerja Transistor ( http://komponenelektronika.biz/cara-kerja-transistor.html di akses 20 Agustus 2014)
4. Oxer, Jonathan Blemings, Hugh, Pratical Arduino. 5. Modul SD Card
(http://rndc.or.id/wiki/index.php?title=Menggunakan_Modul_SD_Card_L C_Studio_Pada_Arduino diakses 20 Agustus 2014)
6.
(1)
vii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Spesifikasi dan Pin-pin pada LM-35 ... 4
Gambar 2.2 TIP 122 ... 6
Gambar 2.3 Board Arduino ... 7
Gambar 2.4 Sketch Arduino ... 13
Gambar 2.5 Resistor Keramik ... 14
Gambar 2.6 Modul SD Card ... 14
Gambar 2.7 Respon sistem perubahan Kp,Ki dan Kd ... 20
Gambar 3.1 Blok Diagram dari Sistem ... 22
Gambar 3.2 Skematik Rangkaian ... 23
Gambar 3.3 Rangkaian Transistor dan Heater ... 25
Gambar 3.4 Diagram Alir Utama ... 26
Gambar 3.5 Diagram Alir Subrutin “CEK SD CARD” ... 27
Gambar 3.6 Dagram Alir Subrutin “Kontrol Suhu dengan PID”... 28
Gambar 3.7 Bagian Alas Penempatan Heater ... 29
Gambar 3.8 Bagian Samping Penempatan Heater ... 30
Gambar 3.9 Penempatan Sensor ... 30
Gambar 3.10 Respon Kontroller Suhu on/off ... 31
Gambar 3.11 Respon Sistem dengan Kp=50,Ki = 1 dan Kd = 0 ... 32
Gambar 3.12 Respon Sistem dengan Kp=60, Ki= 2 dan Kd= 2 ... 33
Gambar 3.13 Respon Sistem dengan Kp=70, Ki= 3 dan Kd= 4 ... 33
Gambar 3.14 Respon Sistem dengan Kp=80, Ki= 4 dan Kd= 6 ... 34
Gambar 3.15 Miniatur Heat-Dry Chamber ... 35
Gambar 4.1 Grafik Respon Sistem Pada Suhu Rata-rata setpoint 30ºC ... 36
Gambar 4.2 Grafik Respon Suhu Tiap-tiap Sensor Setpoint 30ºC ... 37
Gambar 4.3 Grafik Respon Sistem Pada Suhu Rata-rata setpoint 50ºC ... 38
Gambar 4.4 Grafik Respon Suhu Tiap-tiap Sensor Setpoint 50ºC ... 38
Gambar 4.5 Grafik Respon Sistem Pada Suhu Rata-rata setpoint 70ºC ... 39
Gambar 4.6 Grafik Respon Suhu Tiap-tiap Sensor Setpoint 70ºC ... 40
(2)
1 BAB I
PENDAHULUAN
1. 1 Latar Belakang Masalah
Ilmu pengetahuan yang berkembang pesat banyak menciptakan teknologi baru yang banyak memudahkan manusia dalam segala aspek contohnya di bidang industri,dalam dunia industri sangat dibutuhkan alat-alat untuk menguji kelayakan dan ketahanan produk yang telah dibuat agar produk tersebut uji pakai sesuai dengan ketentuan yang telah dibuat secara internasional/nasional. Sebagai contohnya pada PT Telkom,fiber optik yang dimiliki oleh PT Telkom harus di uji terlebih dahulu agar mengetahui apakah kabel fiber optik tersebut layak atau tidak untuk dipakai maka fiber optik diuji dengan diberi gangguan panas dengan range maximal , alat yang digunakan untuk mengetes fiber optik tersebut adalah Heat-Dry Chamber tetapi Heat-Dry Chamber yang digunakan pada PT Telkom belum sepenuhnya menghasilkan suhu yang merata.
Maka pada tugas akhir ini dibuatlah miniatur Heat-Dry Chamber yang nantinya dapat diterapkan pada PT Telkom dengan penyebaran suhu yang hampir merata.
1.2 Perumusan Masalah
1. Bagaimana cara merancang pengendalian suhu Heat-Dry Chamber? 2. Bagaimana cara penerapan pengendalian suhu berbasis Heat-Dry
(3)
Universitas Kristen Maranatha 1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan yang akan dicapai dalam penelitian ini, yaitu : 1. Implementasi Heat-dry Chamber.
2. Menganalisa distribusi suhu.
3. Membuat pengontrolan untuk Heat-Dry Chamber. 4. Melihat respon pengontrolan PID.
1.4 Batasan Masalah
Pembatasan masalah pada tugas akhir ini meliputi : 1. Pengendalian menggunakan Arduino Uno.
2. Range suhu pada Heat-Dry Chamber . 3. Maximum kesalahan pembacaan (error) ± .
4. Metode pengontrolan yang dipakai PID trial and error. 5. Memakai bahasa pemograman Arduino IDE.
1.5 Spesifikasi Alat
1. 4 Sensor suhu (LM35)
2. 4 heater (Resistor Keramik ) 3. Rangkaian transistor TIP 122
4. Dimensi Heat-Dry Chamber 27cm x 27cm dengan tinggi 30 cm 5. SD Card.
(4)
3 BAB I PENDAHULUAN
Universitas Kristen Maranatha 1.6 Sistematika Penulisan
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan laporan tugas akhir.
BAB II LANDASAN TEORI
Pada bab ini dijelaskan teori-teori penunjang yang diperlukan dalam merealisasikan dan merancang miniatur Heat-Dry Chamber berbasis arduino berupa prinsip kerja sensor,spesifikasi heater dan spesifikasi arduino.
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI
Pada bab ini menjelaskan perancangan dan realisasi dari miniatur sistem pengontrolan Heat-Dry Chamber, alat penguji ketahan fiber optik dalam suhu panas yang merata terdiri dari rangkaian desain skematik, perangkat keras, modul sd card dan arduino uno
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA
Pada bab ini ditampilkan data-data berupa kestabilan suhu yang telah dicapai oleh alat tersebut.
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang simpulan-simpulan yang didapat dari keseluruhan perancangan dan realisasi dari miniatur sistem pengontrolan Heat-Dry Chamber. Lalu bab ini juga berisi saran yang diberikan untuk penelitian lebih lanjut oleh pihak lain.
(5)
42 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini penulis akan menyatakan kesimpulan dari tugas akhir ini, serta memberikan saran untuk dapat mengembangkan tugas akhir ini selanjutnya
5.1 KESIMPULAN
Kesimpulan dari tugas akhir implementasi miniatur Heat-Dry Chamber berbasis arduino adalah sebagai berikut :
1. Implementasi Heat-Dry Chamber dengan suhu yang merata telah berhasil dengan memiliki error ±2ºC pada setpoint 30ºC , ±1ºC pada setpoint 50ºC dan ±0,5ºC pada suhu 70ºC.
2. Tuning PID dengan cara trial and error telah berhasil dilakukan dengan acuan kontroller on/off.
3. Berdasarkan analisis data, pengontrolan suhu tidak akan mengalami osilasi apabila diatur dari suhu rendah ke suhu yang lebih tinggi sesuai dengan setpoint-nya,tetapi akan terjadi osilasi apabila dari suhu yang tinggi ke suhu yang lebih rendah sesuai dengan setpoint-nya.
5.2SARAN
Saran yang diberikan untuk pengembangan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Agar tuning PID lebih presisi digunakan tuning yang lebih baik seperti metode ziegler nichols.
2. Pengembangan pada miniatur Heat-Dry Chamber ini agar dilakukan teknik pengontrolan yang lain seperti Fuzzy logic karena teknik pengontrol menggunakan Fuzzy logic banyak diterapkan untuk pengontrolan suhu.
(6)
DAFTAR PUSTAKA
1. PID (http://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller diakses 15 Mei 2014) 2. Ogata, Katsuhiko, 1997, Teknik Kontrol Automatik, Jilid 1 dan 2, Edisi
Kedua, Erlangga: Jakarta.
3. Prinsip Kerja Transistor (http://komponenelektronika.biz/cara-kerja-transistor.html di akses 20 Agustus 2014)
4. Oxer, Jonathan Blemings, Hugh, Pratical Arduino. 5. Modul SD Card
(http://rndc.or.id/wiki/index.php?title=Menggunakan_Modul_SD_Card_L C_Studio_Pada_Arduino diakses 20 Agustus 2014)
6.