TUGAS AKHIR ALAT UKUR SUHU DENGAN SENSOR TERMOKOPEL BERBASIS MIKROKONTROLER PIC16F877

  

TUGAS AKHIR

ALAT UKUR SUHU DENGAN SENSOR TERMOKOPEL

BERBASIS MIKROKONTROLER PIC16F877

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro

  Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Disusun oleh

  

KRISTIANTO WIDIATMOKO

NIM: 015114021

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2007

  

FINAL PROJECT

THERMOMETER INSTRUMENT USING THERMOCOUPLE BASED ON

PIC16F877 MICROCONTROLLER

Submitted as Partial Fulfillment Of The Requirement for

Sarjana Teknik Degree In Electrical Engineering

  

By:

KRISTIANTO WIDIATMOKO

NIM: 015114021

DEPARTMENT ELECTRICAL ENGINEERING

  

FACULTY OF MATHEMATIC, SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

  

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING

TUGAS AKHIR

ALAT UKUR SUHU DENGAN SENSOR TERMOKOPEL

BERBASIS MIKROKONTROLER PIC16F877

KRISTIANTO WIDIATMOKO

NIM: 015114021

  Telah disetujui pada tanggal __ April 2007 oleh Pembimbing I

  B. Djoko Untoro S. Ssi., MT Pembimbing II

  Martanto, ST, MT

  

LEMBAR PENGESAHAN

ALAT UKUR SUHU DENGAN SENSOR TERMOKOPEL

BERBASIS MIKROKONTROLER PIC16F877

Disusun oleh:

KRISTIANTO WIDIATMOKO

  

NIM: 015114021

  Pada tanggal 3 Februari 2007 dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan Panitia Penguji

  Nama Lengkap Tanda Tangan

  Ketua : Ir. Th. Prima Ari Setiyani, M.T Sekretaris : B. Djoko Untoro S. Ssi., MT Anggota : Augustinus Bayu Primawan, S.T.,M.Eng Anggota : Martanto, ST, MT

  Yogyakarta, ____________2007 Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

  Dekan Fakultas Teknik Ir Greg Heliarko SJ SS BST MT Msc . . , ., ., ., ., .

  

Pernyataan Keaslian Karya

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain kecuali yang telah disebutkan dalam daftar pustaka sebagaimana layaknya sebuah karya tulis.

  Yogyakarta, _________________2007 Penulis

  MOTTO

PRACTICE MAKE PERFECT

  Karya ini kupersembahkan untuk:

Tuhan Yesus Kristus sang Juru

Selamat

Ayah , Ibu dan Adikku Desi yang

sangat aku kasihi serta saudara -

saudaraku yang selalu menyayangiku

Semua teman – teman dan sahabatku….. Almamaterku…

  

Intisari

  Dalam otomotif, suhu dari sebuah mesin sangat mempengaruhi kinerja dari _o sebuah mesin. Gas buang dari mesin bakar suhunya dapat mencapai 500 _o

  C, untuk itu dibutuhkan sebuah alat ukur suhu yang dapat mengukur hingga 500 C.

  Tugas akhir ini membahas perancangan alat ukur suhu dengan sensor termokopel tipe K dan diproses menggunakan mikrokontroler PIC16F877 dan hasilnya di tampilkan pada LCD 16x2. Suhu dikonversi oleh termokopel menjadi _{o o} tegangan, sebesar 0 mV pada suhu 0 C hingga 19,7 mV pada suhu 500

  C. Hasil konversi dikuatkan 253x melalui pengkondisi sinyal kemudian tegangan keluaran dari pengkondisi sinyal diolah oleh mikrokontroler PIC16F877 dan hasilnya ditampilkan melalui LCD 16x2.

  Hasil dari perancangan ini adalah alat ukur suhu yang mampu untuk _{o o} mengukur suhu hingga 500 C dengan resolusi 0,5 C.

  Kata kunci : Termokopel, Aplikasi Mikrokontroler

  

Abstract

In automotive, engine temperature influences engine performances. Engine _o exhaust temperature can reach 500

  C, therefore temperature measurement was needed. This final project are discussed about thermometer instrument using

thermocouple type K and processed by PIC16F877 microcontroller and displayed

_o

by 16x2 LCD. Temperature converted by Thermocouple to 0 mV at 0 C and 19,7 mV

_o at 500

  C. The convertion result gained 253x by signal conditioner, Then Signal

conditioner output processed by PIC16F877 microcontroller and displayed by 16x2

LCD. _{o o} Finally This equipment is able to measure upto 500 C with 0,5 C resolution.

  Keywords: Thermocouple, microcontroller.

  

Kata Pengantar

  Dengan memanjatkan puji dan syukur kepada Allah Bapa dan Yesus Kristus, atas segala rahmat-Nya sehingga dengan pertolongan dan petunjuk-Nya akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

  Skripsi ini diberi judul : Alat Ukur Suhu Dengan Sensor Termokopel

  

Berbasis Mikrokontroler PIC16F877. Penulisan skripsi ini didasarkan pada hasil-

  hasil yang penulis peroleh mulai dari perancangan, pembuatan alat sampai pada pengujian alat yang diajukan, juga kemungkinan pengembangannya.

  Penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis hingga terselesaikannya skripsi ini. Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada :

  1. Bapak Djoko Untoro Suwarno, S.Si., MT selaku Pembimbing I yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk membimbing dalam proses penyusunan Tugas akhir ini dari awal sampai selesai.

  2. Bapak Martanto, S.T.,M.T. selaku pembimbing II yang juga telah bersedia membimbing dan mengarahkan sehingga karya ini dapat selesai dan berhasil sesuai yang diharapkan.

  3. Ibu Ir. Th. Prima Ari Setiyani., M.T. selaku penguji.

  4. Bapak Augustinus Bayu Primawan, S.T., M.T. selaku penguji.

  5. Mas Broto, mas Mardi, mas Rony, mas Hardi, mbak Viany, mas Suryo, yang telah membantu dalam penyediaan alat di laboratorium dan literatur.

  6. Bapak dan Ibu Dosen jurusan Teknik Elektro yang telah membagi dan mengajarkan banyak ilmu kepada penulis.

  7. Bapak, Ibu dan adikku Desi, terimakasih atas doa dan dukungannya selama ini

  8. Tim Hibahku Andre dan Franki, “terima kasih banyak,. tanpa kalian karya ini tidak akan jadi”

  9. Semua tim PHK pak Tjendro cs ( Andry, Galuh, Nandy, Marta, Butet), pak Is cs ( Bowo, Ari, Danang, Joko, Sulis, Yayuk, Hernomo, Tatang, Liong) maju terus dab..

  10. Ika, Anink, Yoseph, Iwuk, Krisna, Petrus, Iink dan semua Mudika ALOYSIUS GONZAGA, terima kasih atas doanya….

  11. Temanku Ririn, Ndoko, Oscar, Agung, Broto, Made, Ulin, Yuli dan semua anak – anak JMC.

  12. Ledul, Lolok, Badala, Adin yang selalu memberi semangat kepada penulis… …

  13. Anak – anak kos Tangkadas ( Heri, Sigit, Purba, Fandy, Sinung, Widi, Wawan, Andy, Charles dan Purba) yang telah banyak memberi bantuan

  14. Teman – teman operator warnet SECOND HOME ko Aan, ko Dennis, cik Tanti, Mamata, Efan, Dony, Jackson, Tyo, Amos, Yulius, dan teman – teman operator yang lain thanxs.

  Penulis menyadari bahwa dalam karya tulis ini masih banyak kekurangannya dan jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang dapat membangun dari berbagai pihak. Sehingga penulis dapat lebih maju dan lebih baik dari sekarang.

  Akhirnya penulis berharap dan berdoa, semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

  Yogyakarta 31 juni 2007 Penulis

  Kristianto Widiatmoko

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ................................................................................... i HALAMAN JUDUL (INGGRIS)................................................................ ii HALAMAN PERSETUJUAN..................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN...................................................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA...................................................... v HALAMAN MOTTO ................................................................................. vi HALAMAN PERSEMBAHAN.................................................................. vii

  INTISARI..................................................................................................... viii ABSTRACT................................................................................................. ix KATA PENGANTAR ................................................................................ x DAFTAR ISI................................................................................................ xiii DAFTAR TABEL........................................................................................ xvii DAFTAR GAMBAR................................................................................... xviii BAB I. PENDAHULUAN ..........................................................................

  1 I.1 Judul..............................................................................................

  1 I.2 Latar Belakang .............................................................................

  1 I.3 Tujuan dan manfaat Penelitian.....................................................

  2 I.4 Batasan masalah............................................................................

  2 I.5 Metodologi penelitian...................................................................

  2 I.6 Sistematika penulisan...................................................................

  3 BAB II. DASAR TEORI.............................................................................

  5

  2.1 Skala Suhu ....................................................................................

  9 2.4 Analisis Statistik...........................................................................

  14 2.6 Penguat Tak Membalik.................................................................

  13 2.5 Termokopel...................................................................................

  12 2.4.7 Koefisien korelasi................................................................

  11 2.4.6 Kesalahan baku penaksiran..................................................

  11 2.4.5 Regresi Linier.......................................................................

  10 2.4.4 Deviasi Standar....................................................................

  10 2.4.3 Penyimpangan Rata-rata (Average Deviation)....................

  9 2.4.2 Penyimpangan Terhadap Nilai Rata – rata..........................

  9 2.4.1 Nilai Rata – rata (Arithmatic mean).....................................

  8 2.3.7 Linearitas.............................................................................

  5 2.2 Metode Pengukuran Suhu ...........................................................

  8 2.3.6 Threshold ............................................................................

  8 2.3.5 Repeatability ( kemampuan mengulang )............................

  8 2.3.4 Resolusi ( kemampuan membaca skala ).............................

  8 2.3.3 Sensitivitas ( Kepekaan).......................................................

  7 2.3.2 Akurasi ( ketepatan).............................................................

  7 2.3.1 Presisi (ketelitian)................................................................

  7 2.3 Karakteristik alat ukur...................................................................

  7 2.2.3 Metode Lempeng Bimetal ...................................................

  6 2.2.2 Metode Hambatan................................................................

  6 2.2.1 Metode Ekspansi...............................................................

  16

  2.7 LCD...............................................................................................

  18 2.8 Mikrokontroler PIC16F877...........................................................

  22

2.8.1 ALU (Arithmatic Logic Unit)..............................................

  23 2.8.2 Memori Program..................................................................

  23 2.8.3 Program counter...................................................................

  24 2.8.4 Register Status......................................................................

  24 2.8.5 Pembangkit Clock - Oscilator..............................................

  24 2.8.6 Unit I/O................................................................................

  24 2.8.7 Timer....................................................................................

  24 2.8.8 Analog to Digital Converter (ADC)....................................

  25 2.8.8.1 Register ADCON0...................................................

  25 2.8.8.2 Register ADCON1...................................................

  26 2.8.8.3 Register ADRESH dan ADRESL............................

  27 2.8.9 USART................................................................................

  27 2.8.10 Instruksi – instruksi PIC16F877........................................

  27 2.8.11 Register Status....................................................................

  29 BAB III. Perancangan Peralatan..................................................................

  32 3.1 Perancangan ADC ........................................................................

  33 3.1.1 Inisialisasi ADC....................................................................

  33 3.1.2 Konversi ADC......................................................................

  34 3.2 Perancangan Pengkondisi Sinyal..................................................

  34 3.3 Perancangan LCD ........................................................................

  37 3.3.1 Tampilan LCD ....................................................................

  38

  3.4 Diagram Alir.................................................................................

  39 BAB IV. HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN ............................

  41 4.1 Hasil Pengukuran Dengan Media Uap Air...................................

  41 4.3 Pengujian Dengan Media Api.......................................................

  46 4.4 Pengujian Dengan Media Es.........................................................

  46 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .....................................................

  48 5.1 Kesimpulan...................................................................................

  48 5.2 Saran..............................................................................................

  48 DAFTAR PUSTAKA..................................................................................

  49 LAMPIRAN

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sensitivitas Termoelectric dari beberapa material yang dikombinasikan dengan platinum pada suhu 0

  ^o C (32 ^o F)..........

  16 Tabel 2.2 Pin pada LCD HD44780U........................................................

  21 Tabel 2.3 konfigurasi kontrol bit port A/D................................................

  27 Tabel 2.4 Tabel instruksi PIC16F877........................................................

  28 Tabel 3.1 Tabel tegangan keluaran termokopel tipe K terhadap temperatur (referensi termokopel 0 ^o C).....................................

  34 Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Suhu Dengan Media Uap Air..............

  41 Tabel 4.2 Tabel komputasi kecocokan alat ukur ...............................................

  44 Tabel 4.3 Data hasil pengujian dengan media api.....................................

  46 Tabel 4.4 Data hasil pengujian dengan media es......................................

  47

  DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Termokopel ........................................................................

  15 Gambar 2.2 Penguat tak pembalik...........................................................

  17 Gambar 2.3 Display LCD 2 × 16 karakter...............................................

  19 Gambar 2.4 Mikrokontroler PIC16F877..................................................

  22 Gambar 2.5 Arsitektur mikrokontroler PIC16F877.................................

  22 Gambar 3.1 Diagram blok sensor suhu....................................................

  33 Gambar 3.2 Grafik perubahan emf termokopel Tipe K terhadap suhu.....

  35 Gambar 3.3 Rangkaian akhir pengkondisi sinyal.....................................

  37 Gambar 3.4 Rangkaian LCD....................................................................

  38 Gambar 3.5 Tampilan nama dan nomor mahasiswa................................

  38 Gambar 3.6 Tampilan hasil pengukuran suhu..........................................

  39 Gambar 3.7 Diagram alir program utama................................................

  39 Gambar 4.1 Grafik hubungan suhu terukur terhadap suhu referensi.......

  43

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Judul

  Alat ukur suhu dengan sensor suhu termokopel berbasis mikrokontroler PIC16F877.

  1.2.Latar Belakang Masalah Pengukuran merupakan kegiatan yang sangat penting untuk mengetahui kuantitas, kualitas suatu benda dalam sebuah penelitian. Salah satu faktor atau besaran yang dipakai untuk mengetahui kuantitas, kualitas serta kemampuan suatu benda tersebut adalah suhu. Suhu sangat berpengaruh hampir di tiap percobaan atau penelitian.

  Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma mempunyai sebuah mesin bakar yang saat ini dipakai untuk penelitian oleh fakultas teknik mesin. Dalam penelitian mesin bakar tersebut mereka membutuhkan sebuah alat untuk mengukur suhu gas buang hasil pembakaran, pelumas serta suhu mesin, untuk itu mereka _o membutuhkan alat ukur suhu yang dapat mengukur suhu hingga 500

  C. karena alasan itulah maka pada tugas akhir kali ini kami membuat alat ukur suhu _{o o o} Laboratorium yang dapat mengukur suhu dari 0 C hingga 500 C dengan resolusi 0,5 C .

  1.3.Tujuan dan Manfaat Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dari pembuatan alat ukur ini yaitu: pengembangan alat ukur suhu berbasis mikrokontroler untuk mengukur suhu gas buang pada mesin bakar Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma. Manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini yaitu:

  1. Tersedianya alat ukur suhu untuk laboratorium 2. Mempermudah perolehan data dalam pengukuran di laboratorium.

  3. Tersedianya literatur dalam perancangan alat ukur menggunakan sensor termokopel.

  1.4.Batasan Masalah _{o o o} Dalam penelitian ini akan dirancang sebuah alat ukur suhu dari 100 C hingga 500 C dengan resolusi 0.5 C. Sensor suhu yang digunakan adalah termokopel tipe K dengan unit pengolah sebuah mikrokontroler PIC16F877. Hasil pengukuran dapat ditampilkan di LCD 2X16

  1.5.Metodologi Penelitian Tahap – tahap yang dilakukan untuk memperoleh hasil sesuai dengan tujuan penelitian adalah sebagai berikut:

  1. Menentukan obyek yang akan diukur (karakteristik dari obyek).

  2. Menentukan komponen yang akan digunakan yang sesuai dengan karakteristik dari obyek.

  3. pengumpulan dokumen pendukung, berupa buku – buku dan data sheet yang berhubungan dengan kompenen yang akan digunakan pada perancangan.

  4. Perancangan untuk menyelesaikan masalah, berupa perhitungan matematis dan menentukan nilai – nilai yang akan digunakan

  5. Implementasi dari perancangan.

  6. Pengambilan data dengan melakukan pengukuran di Laboratorium

  7. Pengolahan data dengan membandingkan hasil pengukuran dengan hasil perhitungan matematis.

  8. Penyajian data dengan grafik dari hasil percobaan dan perhitungan matematis dan statistik

  9. Penulisan laporan.

  .

1.6.Sistematika Penulisan

  Penulis melakukan penelitian dengan merancang alat dan mengambil data alat yangg telah dirancang tersebut. Laporan penelitian dibagi menjadi 5 Bab yangsecara singkat dapat dijelaskan sebagai berikut:

  

BAB I memuat pendahuluan yang berisi latar belakang penelitian, batasan

  masalah, tujuan dan manfaat penelitian, metodologi penelitian, serta sistematika penulisan laporan

  BAB II berisi dasar teori yang dipakai oleh penulis untuk melakukan penelitian BAB III berisi tentang perancangan alat yang terdiri dari diagram blok, perhitungan nilai komponen, gambar tiap rangkaian beserta diagram alir program. BAB IV berisi data hasil percobaan alat yang telah dibuat beserta pembahasannya.

BAB V berisi kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan serta saran yang dianggap perlu.

BAB II DASAR TEORI

  2.1.Skala Suhu Satuan yang dipakai untuk menyatakan temperatur adalah derajat, yang paling umum dipakai adalah derajat Celcius, yang biasa disingkat dengan ^o

  C. Ada pula satuan ^o Kelvin dan ^o Fahrenheit, masing-masing disingkat sebagai ^o K dan ^o

  F. Pada skala Celcius titik nol sama dengan titik beku air, sedangkan titik didih air berada pada skala“100 ^o” . Pada keadaan yang lebih dingin dari pada air beku, skala ditandai dengan angka negatif.

  Untuk skala suhu Fahrenheit, suhu beku air adalah 32 ^o F ( tiga puluh dua derajat Fahrenheit ) dan suhu didih air berada pada 212 ^o

  F, keduanya pada tekanan atmosfir standar (1013 millibar). Ada 180 derajat skala Fahrenheit diantara titik beku dan titik didih, dibandingkan terhadap 100 skala Celcius, sehingga 1 skala Fahrenheit mewakili hanya

  180 100

  , atau

  9

  5 dari perubahan suhu sejauh satu derajat Celcius. Untuk mengubah suhu dari derajat Celcius ke derajat Fahrenheit, harus diperhatikan bahwa suatu suhu Celcius ( T C ) adalah besar derajat Celcius diatas titik beku. Besar derajat Fahrenheit diatas titik beku adalah

  5

  9 dari suhu Celcius, Tetapi, titik beku pada skala Fahrenheit adalah 32 ^o

  F. Sehingga untuk memperoleh suhu

  9 Fahrenheit sebesar T F yang sebenarnya, kalikan nilai Celcius dengan lalu _o 5 tambahkan 32 , atau dapat dituliskan:

  9 _o

  T F = T C + 32

  (2.1)

  5 Untuk mengubah Fahrenheit ke Celcius, turunkan persamaan (2.1) untuk memperoleh T C , dan didapatkan persamaan: 5 _o T C = ( T F – 32 ).

  (2.2)

  9 Skala suhu Kelvin, dinamai untuk menghargai fisikawan Inggris Lord Kelvin (1824 – 1907). Satuannya tetap sama besar seperti pada skala Celcius, tetapi harga _o nol digeser sehingga 0 K = 273,15 C atau

  T K = T C + 273,15

  (2.3) Pada khasanah SI, “derajat” tidak digunakan pada skala Kelvin; suhu 293 Kelvin dibaca sebagai “293 Kelvin”, bukan “293 derajat Kelvin”.

  2.2.Metode Pengukuran Suhu Pengukuran suhu dapat dilakukan dengan beberapa metode, diantaranya:

  2.2.1.Metode Ekspansi Termometer cairan dalam kaca terdiri dari pipa kapiler dengan suatu gelembung yang berisi suatu cairan ( biasanya cairan Raksa ). Maka ketika suhu berubah, volume cairan berekspansi dari kaca dan gelembung karena perbedaan dalam koefisien ekspansi suhu antara kaca dan fluida. Perubahan deferensial dalam volume menyebabkan cairan mengisi pipa kapiler. Suatu skala yang dilekatkan pada kaca digunakan untuk menandai perubahan cairan pada pipa kapiler terhadap suhu.

  2.2.2.Metode Hambatan Termometer hambatan terdiri atas suatu elemen sensor yang memperlihatkan suatu perubahan dalam hambatan ketika terjadi perubahan suhu. Dua jenis sensor yang biasanya digunakan adalah RTD (Resistance Temperatur Detector) dan termistor.

  2.2.3.Metode Lempeng Bimetal Termometer ini terdiri dari dua buah lembaran logam dengan bahan yang berbeda dan saling direkatkan. Ketika dipanaskan, salah satu logam berekspansi lebih jauh dibandingkan logam lainnya, sehingga gabungan lembaran akan melengkung jika suhu berubah.

  2.3.Karakteristik Alat Ukur Dalam pengukuran digunakan istilah – istilah yang menentukan karakteristik suatu alat ukur, antara lain:

  2.3.1.Presisi (ketelitian) Presisi merupakan suatu ukuran kemampuan untuk mendapatkan hasil pengukuran serupa. Dengan memberikan suatu harga tertentu bagi sebuah variabel, ketelitian (presisi) merupakan suatu ukuran tingkatan yang menunjukkan perbedaan hasil pengukuran pada pengukuran – pengukuran yang dilakukan secara berurutan.

  2.3.2.Akurasi (ketepatan) Akurasi merupakan sifat kedekatan pembacaan alat ukur dengan nilai sebenarnya dari variabel yang diukur. Akurasi ditentukan dengan cara mengkalibrasi dengan kondisi operasi tertentu.

  2.3.3.Sensitivitas (kepekaan) sensitivitas merupakan perubahan terkecil dari masukan yang mempengaruhi keluaran.

  Output ∆

  S= (2.4)

  Input ∆

  2.3.4.Resolusi (kemampuan membaca skala) Resolusi merupakan perubahan terkecil dari keluaran yang masih bisa dibedakan.

  2.3.5.Repeatability (kemampuan mengulangi)

  Repeatability adalah sebagai ukuran deviasi dari hasil uji nilai rata – rata. Hal

  ini mengindikasikan kedekatan diantara sejumlah pengukuran yang dilakukan secara berulang dengan kondisi yang sama.

2.3.6.Treshold

  Treshold merupakan nilai minimum perubahan masukan yang tidak dapat diamati atau dideteksi, bila masukannya berangsur – angsur bertambah dari nol.

  2.3.7.Linearitas Linearitas merupakan kemampuan untuk menghasilkan ukuran alat ukur yang menghasilkan keluaran yang secara linear. Dalam hal ini, dapat didefinisikan dengan persamaan berikut ini:

  y = mx + c

  (2.5) keterangan : y = nilai – nilai taksiran untuk variabel tak bebas x = nilai variabel bebas m = kemiringan (slope) c = offset

  2.4.Analisis Statistik Analisis statistik terhadap data pengukuran adalah untuk menentukan penentuan ketidakpastian hasil pengujian akhir secara analisis. Hasil dari suatu pengukuran dengan metode tertentu dapat diramalkan berdasarkan contoh (data sampel), tanpa memiliki informasi atau keterangan yang lengkap mengenai semua faktor – faktor gangguan.

  Agar cara–cara statistik dan keterangan yang diberikan bermanfaat, biasanya diperlukan sejumlah pengukuran banyak.

  2.4.1.Nilai Rata-rata (Arithmatic Mean) Nilai yang paling mungkin dari suatu variabel yang diukur adalah nilai rata – rata dari semua pembacaan yang dilakukan. Pendekatan paling baik akan diperoleh bila jumlah pembacaan untuk suatu besaran sangat banyak. Secara teoritis, pembacaan yang tak berhingga akan memberikan hasil paling baik, walaupun dalam prakteknya hanya dapat dilakukan pengukuran yang terbatas. Nilai rata – rata diberikan oleh persamaan:

  x x x ....... x ₁

^{2 3 n x} ∑

  = (2.6)

  x = n n

  Dimana _{1 2 n} x = nilai rata –rata x ,x ,x = pembacaan yang dilakukan n = jumlah pembacaan

2.4.2.Penyimpangan Terhadap Nilai Rata-rata

  Penyimpangan (deviasi) adalah selisih antara suatu pembacaan terhadap nilai ₁ rata- rata dalam sekelompok pembacaan. Jika penyimpangan pembacaan pertama x adalah d ^{1 , penyimpangan pembacaan kedua x 2 adalah d 2 dan seterusnya, maka} penyimpangan terhadap nilai rata-rata adalah:

  d ^{1 = x 1 2 = x 2 n = x n}

  (2.7)

• - x d – x x d - x

  perlu dicatat bahwa penyimpangan terhadap nilai rata – rata boleh positif atau negatif dan jumlah aljabar semua penyimpangan tersebut harus nol.

  2.4.3.Penyimpangan Rata-rata (Average Deviation) Deviasi rata –rata adalah suatu indikasi ketepatan instrumen – instrumen yang digunakan untuk pengukuran. Menurut definisi, deviasi rata – rata adalah penjumlahan nilai – nilai mutlak dari penyimpangan – penyimpangan dibagi jumlah pembacaan. Deviasi rata – rata dapat dinyatakan dengan:

  d d d ...... d _{1 2 3 n d}

  ∑

  D = (2.8)

  = n n

  2.4.4.Deviasi Standar

  Deviasi standar (root mean square) merupakan salah satu cara untuk menganalisis kesalahan – kesalahan acak secara statistik. Deviasi standar dari jumlah data terbatas didefinisikan sebagai akar dari penjumlahan semua penyimpangan (deviasi). Setelah dikuadratkan dibagi dengan banyak pembacaan.

  Tetapi dalam praktek, jumlah penjumlahan yang mungkin adalah terbatas. Deviasi standar untuk sejumlah data terbatas adalah: _{2 2 2 2 2}

  d d d d .... d _{1 2 3 n t}

  

∑

  (2.9)

  σ = = n

  1 n

  1

  − −

  2.4.5.Regresi Linier

  Untuk mempermudah melakukan perumusan dan analisis hubungan dua kejadian, maka dua kejadian tersebut dilambangkan dengan variabel – variabel, yaitu kejadian pertama dilambangkan dengan variabel X dan kejadian kedua dilambangkan dengan variabel Y.

  Yang dimaksud dengan garis regresi atau regresi adalah garis lurus atau garis linear yang merupakan garis taksiran atau perkiraan untuk mewakili pola hubungan antara variabel X dengan variabel Y. dalam hal ini X disebut variabel bebas dan Y di sebut variabel tak bebas. _^ Garis regresi mempunyai persamaan yang umum yaitu sebagai berikut:

  (2.10)

  Y = a + bX _^ Y = adalah nilai – nilai taksiran untuk variabel tak bebas Y X = niai – nilai variabel bebas

  a = intersep ( pintasan) bilamana X = 0 b = koefisien arah atau slope dari garis regresi Dalam hal ini a dan b disebut koefisien regresi tersebut persamaan regresi yang paling baik dari sebaran data adalah regresi yang mempunyai total kuadrat kesalahan atau total kuadrat selisih atau total kuadrat error yang paling minimum.Untuk memperoleh total kuadrat error yang paling minimum tersebut dipakai metode kuadrat minimum ( last square method ). Dengan metode ini, persamaan regresi linier akan mempunyai total kuadrat error minimum bilamana koefisien a dan b dihitung dengan rumus berikut ₂

  n

  XY

  X Y −

  ∑ ∑ ∑ b

  = ₂ ²

  (2.11)

  n

  X X − ( )

  ∑ ∑  

  Y

  X ∑ ∑ a b

  (2.12)

  = −   n n

   

2.4.6.Kesalahan baku penaksiran

  _^ Kesalahan baku penaksiran atau disebut juga standard error of estimate oleh

  Y a bX =

• kesalahan ini menunjukkan ukuran menyeluruh dari pencaran titik-titik

  (X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3), …….,(Xn,Yn) disekitar garis regresi. Rumus dari kesalahan baku penaksiran : ₂ Y a Y b

  XY − −

  (2.13)

  ∑ ∑ ∑ S _{^ Y X} = n

  2.4.7.Koefisien Korelasi Salah satu teknik statistik yang kerapkali digunakan untuk mencari hubungan antara dua variabel adalah teknik korelasi. Dua variabel yang hendak diselidiki hubungannya itu biasa diberi kode variabel X dan variabel Y. bilamana kenaikan nilai variabel X selalu disertai kenaikan nilai variabe Y, dan sebaliknya turunnya nilai variabel X selalu diikuti oleh turunnya nilai variabel Y, maka hubungan seperti itu disebut hubungan yang positif. Akan tetapi sebaliknya bilamana niliai variabel X yang rendah selalu diikuti oleh variabel Y yang tinggi, hubungan antara kedua varibel itu disebut hubungan negatif. Ada juga kemungkinan bahwa dua variabel tidak mempunyai hubungan itu tidak mampunyai hubungan. Dua variabel disebut tidak mempunyai hubungan atau dalam istilah teknis statistik dikatakan mempunyai hubungan yang nihil, bilamana kenaikan variabel yang satu kadang-kadang desertai turunnya nilai variabel lainnya, dan kadang – kadang diikuti oleh kenikan nilai variabel yang lain itu.

  Biasanya besar kecilnya hubungan dinyatakan dalam bilangan. Bilangan yang menyatakan besar-kecilnya hubungan itu disebut koefisien hubungan atau koefisien korelasi. Koefisien korelasi itu bergerak antara 0,000 sampai +1,000 atau diantara 0,000 sampai-1,000, tergantung kepada arah korelasi, nihil, positif atau negatif.koefisien yang bertanda positif menunjukkan arah korelasi positif, koefisien negatif menunjukkan arah korelasi yang negatif, sedang koefisien yang bernilai 0,000 menunjukkan tidak adanya korelasi antara X dan Y.

  Koefisien korelasi pearson dicari dengan rumusan matematis sebagai berikut:

  n

  XY

  X Y −

  ∑ ∑ ∑ r

  = _{2 2 2 2} (2.14) n X ( X ) n Y ( Y )

  { − }{ − } ∑ ∑ ∑ ∑

  Perbandingan antara variasi yang dijelaskan dengan variasi total yaitu _{^ 2} ( Y Y ) ₂ −

  ∑

  (2.15)

  r = ₂

  ( Y Y )

  − ₂ ∑ ₂ r disebut koefisien determinasi, jika tidak terdapat variasi yang dijelaskan maka ₂ r = 0. jika r = 1 maka tidak terdapat variasi yang tidak dijelaskan. Dalam keadaan – ₂ keadaan yang lain perbandingan tersebut terletak antara 0 dan 1, yaitu 0<r <1.

2.5.Termokopel

  Termokopel adalah sebuah sensor suhu yang terdiri dari sepasang kawat logam berbeda dihubungkan bersama – sama pada satu ujung (ujung pengindera atau ujung panas) dan berakhir pada ujung lain (titik referensi atau ujung dingin) yang dipertahankan pada suatu temperatur konstan (temperatur referensi). Bila antara ujung pengindera dan titik referensi terdapat perbedaan temperatur, akan menghasilkan tegangan yang sangat kecil yang disebut electromotive force (emf), seperti ditunjukkan pada gambar 2.1 Logam A emf

  Ujung panas Temperatur referensi

  Logam B

Gambar 2.1. Termokopel

  Efek yang terjadi pada termokopel ini ditemukan oleh Thomas J. Seebeck pada tahun 1822, sehingga dinamakan efek Seebeck. emf yang dihasilkan dapat dirumuskan sebagai berikut: _{T 2}

  ε = (Q A – Q B )∂T (2.16) _T ∫ ₁ dengan : ε : emf yang dihasilkan dalam volt

  T1, T2 : Suhu sambungan dalam Celcius

  Q A , Q B : konstanta perpindahan panas untuk logam A dan B

  Persamaan (2.16) menunjukkan bahwa emf yang dihasilkan proposional dengan perbedaan suhu dan perbedaan konstanta aliran panas, sehingga persamaan (2.16) dapat ditulis kembali menjadi:

  ε = α ( T1 – T2) (2.17)

  

Volt

  dengan α adalah konstanta dalam = Q A –Q B (2.18)

  

Celcius

Tabel 2.1. Sensitivitas Termoelectric dari beberapa material yang dikombinasikan o o dengan platinum pada suhu 0 C (32

  F)

  Q (konstanta material) Material _{o o} μV/ C μV/ F

  Bismuth -72 -40 Constantan -35 -19,4 Nickel -15 -8,3 Alumel -13,6 -7,6

  Nisil -10,7 -5,9 Platinum Mercury +0,6 0,3 Carbon +3 +1,7

  Alumunium +3,5 +1,9 Lead +4 +2,2 Silver +6,5 +3,6 Copper +6,5 +3,6

  Gold +6,5 +3,6 Tungsten +7,5 +4,2 Nicrosil +15,4 +8,6 Iron +18,5 +10,3

  Chromel +25,8 +14,3 Germanium +300 +167 Silicon +440 +244

  Tellurium +500 +278 Selenium +900 +500

  Konstanta perpindahan panas untuk jenis logam yang digunakan dalam pembuatan Termokopel dapat dilihat pada tabel 2.1.

  2.6.Penguat Tak Pembalik

Gambar 2.2 adalah sebuah penguat tak membalik, yaitu tegangan keluaran mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukannya Ei = V o ,

  R

  I R Ia= I x

  ~o

  V E

Gambar 2.2. Penguat tak pembalik

  Karena tegangan antara terminal (+) dan terminal (-) idealnya adalah 0, maka kedua pasak tersebut berada pada potensial yang sama, sehingga :

  E _i

  I = (2.19)

  R ₁ Arus masukan ke terminal (-) opamp dapat diabaikan. Karenanya, I mengalir

  melalui R f dan penurunan tegangan melintasi R f dinyatakan oleh VR f dan dinyatakan sebagai: _{f f} R _f

  VR = I(R ) = x Ei (2.20)

  R ₁ Tegangan keluaran Vo didapat dengan menambahkan penurunan tegangan melintasi

  R ^{1 , yang adalah Ei, ke tegangan melintasi R f , yang adalah VR f :} _o R _f V = Ei + Ei

  (2.21)

  R ₁ Atau R   _f  

  1 Ei (2.22)

• V o =

  R ₁   Dengan menyusun kembali persamaan (2.31) untuk menyatakan penguatan tegangannya, kita dapatkan

  R Vo f

  Acl = = 1 + (2.23)

  E _{1 R 1}

2.7.LCD

  LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu tampilan (display) dari bahan cairan kristal yang dioperasikan dengan menggunakan sistem dot matriks. Pada perancangan alat ini digunakan Display LCD 16 × 2 karakter, yang artinya LCD ini memiliki 2 baris dan 16 kolom karakter, sehingga jumlah total karakter yang dapat ditampilkan sekaligus adalah sebanyak 32 karakter. Masing-masing karakter tersebut terbentuk dari susunan dot yang berukuran 8 baris dan 5 kolom dot.

  Jenis LCD yang digunakan dalam perancangan alat ini adalah LCD HD44780U. Untuk berhubungan dengan mikrokontroler atau perangkat elektronik lainnya, LCD HD44780U dengan berdasarkan panjang datanya mempunyai dua buah teknik antarmuka, yaitu antarmuka 4 bit dan antarmuka 8 bit. Pada teknik antarmuka 8 bit, data yang ditulis atau dibaca oleh mikrokontroler ke atau dari LCD dilakukan sekali proses, teknik ini membutuhkan 8 buah jalur data dalam proses antarmukanya sehingga juga membutuhkan 8 bit I/O pada mikrokontroler sebagai data bus (jalur data). Pada teknik antarmuka, 4 bit penulisan atau pembacaan data dilakukan sebanyak dua kali untuk 8 bit data, yaitu 4 bit untuk nibble atas (bit 7 hingga bit 4) dan dilanjutkan dengan nibble bawah (bit 3 hingga bit 0).

  LCD yang dipakai pada alat pencacah ini menggunakan sistem pengiriman data 8-bit dan diperlukan 10 jalur data untuk berhubungan dengan sistem mikrokontroler PIC16F877. Kesepuluh jalur data tersebut adalah :

  1. Delapan jalur data untuk mengirimkan data instruksi dan data karakter yang akan ditampilkan, kedelapan jalur tersebut secara berurutan yaitu kaki 7 (DB0), kaki 8 (DB1), kaki 9 (DB2), kaki 10 (DB3), kaki 11 (DB4), kaki 12 (DB5), kaki 13 (DB6), kaki 14 (DB7).

  2. Dua jalur lainnya adalah kaki 4 (RS/Register select), dan kaki 6 (E/Enable).

  Gambar LCD 2 x 16 dapat dilihat pada gambar 2

Gambar 2.3. Display LCD 2 × 16 karakter

  HD44780U memiliki beberapa bagian, yaitu:

  1. Register HD44780U memiliki dua buah register 8-bit, yaitu IR (Instruction

  Register) dan DR (Data Register). IR merupakan register yang hanya dapat ditulis

  untuk menyimpan kode-kode instruksi seperti clear display, cursor shift, dan juga untuk alamat dari DDRAM (display data RAM) ataupun CGRAM (Character ditulis maupun dibaca untuk penyimpanan sementara data yang akan ditulis atau dibaca dari atau kedalam DDRAM ataupun CGRAM.

  2. BF (Busy Flag) Jika BF berlogika ‘1’ maka driver HD44780U akan menjalankan operasi internal, sehingga instruksi selanjutnya tidak dapat dijalankan. Maka untuk dapat menjalankan instruksi selanjutnya perlu diperiksa apakah BF tersebut berlogika ‘0’, atau dapat juga dilakukan dimana pengiriman data selanjutnya dilakukan dalam waktu yang lebih lama dari waktu yang dibutuhkan untuk melakukan eksekusi instruksi data sebelumnya.

  3. AC (Address Counter) Fungsi AC adalah untuk mengalamati DDRAM dan juga CGRAM.

  4. DDRAM (Display Data RAM) DDRAM digunakan untuk menyimpan tampilan data yang direpresentasikan dalam bentuk 8-bit kode karakter. DDRAM memiliki kapasitas 80 × 8 bit atau jenis 80 karakter.

  5. CGROM (Character Generator ROM) CGROM merupakan RAM (Read Only Memory) berukuran 64 × 8 bit yang memungkinkan pemakai untuk memprogram bentuk karakter yang diinginkan.

  LCD yang digunakan adalah LCD buatan Hitachi dengan driver HD44780U yang memiliki 16 pin seperti yang ditunjukkan pada tabel (2.2)

Tabel 2.2 Pin pada LCD HD44780U

  10 DB3

  3. R/W (Read/Write), merupakan pin yang digunakan untuk mengaktifkan pengiriman dan pengambilan data ke dan dari LCD. Jika R/W berlogika ‘0’ maka akan diadakan pengiriman data ke LCD, jika R/W berlogika ‘1’ maka akan diadakan pengambilan data dari LCD.