TUGAS AKHIR - Pengendali ketinggian air berbasis rangkaian digital - USD Repository

  

TUGAS AKHIR

PENGENDALI KETINGGIAN AIR BERBASIS

RANGKAIAN DIGITAL

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

Program Studi Teknik Elektro

Disusun Oleh :

ANTONIUS ADI NUGROHO

  

NIM : 025114059

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2007

  

WATER LEVEL CONTROLLER

BASED ON DIGITAL CIRCUIT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  

In Electrical Engineering Study Program

By:

Name : Antonius Adi Nugroho

  

Student Number : 025114059

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2007

HALAMAN PERSETUJUAN TUGAS AKHIR PENGENDALI KETINGGIAN AIR BERBASIS RANGKAIAN DIGITAL (WATER LEVEL CONTROLLER BASED ON DIGITAL

  CIRCUIT)

  Disusun oleh Antonius Adi Nugroho

  NIM : 025114059 Telah disetujui oleh :

  Dosen Pembimbing I (B. Wuri Harini, S.T., M.T.) Tanggal :_____________________ Dosen Pembimbing II (Ir. Tjendro) Tanggal:_____________________

  

HALAMAN PENGESAHAN

PENGENDALI KETINGGIAN AIR BERBASIS RANGKAIAN

DIGITAL

  Dipersiapkan dan disusun oleh :

  

Antonius Adi Nugroho

  NIM : 025114059 Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji

  Pada tanggal : 17 Oktober 2007 dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan Panitia Penguji

  Nama Lengkap Tanda Tangan Ketua : Martanto, S.T., M.T. .....................................

  Sekretaris : B. Wuri Harini, S.T., M.T. ..................................... Anggota : Damar Widjaja, S.T., M.T. ..................................... Anggota : Ir. Tjendro .....................................

  Yogyakarta, November 2007

   Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Dekan

  Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M. Sc.

MOTO DAN PERSEMBAHAN

  

life full of problem in details

there is liking is sorrowful

don't have ever surendered

there no stain don't learn

  Kupersembahkan Karya ini : Unt uk Tuhan Yesus Kr i st us

Unt uk Bapak, Ibu, mbak Ika, Eyang kakung dan Al m Eyang Ut i yang

sangat kuci nt ai Unt uk Semua t eman dan sahabat ku

Ter i makasi h at as segal a kesabar an dan ci nt a kasi h yang sel al u di ber i kan

pada penul i s.

  

Pengendali Ketinggian Air Berbasis Rangkaian Digital

Nama : Antonius Adi Nugroho

NIM : 025114059

  

INTISARI

  Dalam tugas akhir ini akan dipaparkan tentang Sistem Pengendali Ketinggian Air Berbasis Rangkaian Digital yang dapat digunakan untuk mengatur ketinggian air dengan mengaplikasikan rangkaian digital. Rangkaian Pengendali Ketinggian Air Berbasis Rangkaian Digital ini terdiri dari beberapa bagian utama yaitu : (1) sensor, (2) rangkaian set point, (3) rangkaian pengondisi sinyal, (4) pengubah tegangan analog ke digital, (5) komparator, (6) kontroler, (7) penggerak, (8) plan (dua buah tangki), dan (9) rangkaian penampil.

  Pengendali Ketinggian Air Berbasis Rangkaian Digital diimplementasikan dengan menggunakan sistem kalang tertutup. Masukan untuk pengendali adalah hasil selisih antara set point dengan keluaran sensor, selisih tersebut nantinya digunakan untuk mengendalikan pompa air agar hidup atau mati. Pada penerapan alat ini, pengendalian ketinggian air dibatasi dengan nilai set point yaitu 3 cm, 5 cm, 7 cm, dan 9 cm. Dalam pemilihan set point digunakan 4 buah saklar yang tiap-tiap saklar memiliki nilai yang berbeda-beda.

  Pada saat dilakukan pengujian dapat diketahui bahwa sistem stabil dan telah bekerja dengan baik sesuai dengan perancangan. Diperoleh hasil yang memiliki nilai steady-state error sebesar 4,44%, akan tetapi nilai tersebut masih dalam batas nilai toleransi yang diijinkan.

  Kata kunci : ketinggian air, rangkaian digital, pengendali

  

Water Level Controller Based on Digital Circuit

Name : Antonius Adi Nugroho

Student Number : 025114059

ABSTRACT

  This final project will describe Water Level Controller based on digital circuit. The electronic circuit of Digital Connecting Structure-based Water Level Controller System is divided into several main parts: (1) sensor, (2) set point, (3) signal conditioning, (4) analog to digital converter, (5) comparator, (6) controller, (7) actuator, (8) plant, and (9) display.

  Water Level Controller based on digital circuit was implemented with close-loop system. The input controllers are the different between set point and sensor’s output. That different will used to controlled water pump condition. In application’s project, water level controller uses set point’s values are 3 cm, 5 cm, 7 cm and 9 cm. to choose set point’s value used 4 selections button that have different value.

  During testing the project will known that the system is constant and worked properly with the design project. This final project has got steady-state error value 4, 44 %, but the value was tolerated. Keyword: water level, digital circuit, controller.

HALAMAN 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 kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.”

  Yogyakarta, Oktober 2007 Antonius Adi Nugroho

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala kasih karunia, anugerah, dan berkat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tugas akhir ini dengan baik.

  Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dan dorongan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini dengan segala kerendahan hati dan penuh hormat, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

  1. Romo Ir. Greg. Heliarko SJ.,SS.,BST.,MA.,MSC selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak A. Bayu Primawan, S.T., M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Ibu B. Wuri Harini, S.T., M.T. dan Ir. Tjendro selaku pembimbing I dan II atas segala pemikiran, waktu dan tenaganya dalam membimbing dan mengarahkan penulis dari awal hingga akhir.

  4. Seluruh dosen Teknik Elektro yang tidak dapat di sebutkan satu persatu, yang telah mendidik dan membimbing penulis selama

  5. Seluruh Staf & Laboran Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma yang sudah memberikan bantuan selama proses pembuatan karya tugas akhir ini.

  6. Kedua orang tua penulis yang telah memberikan doa, dorongan moril maupun material, kasih dan kesabaran yang tak pernah putus sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

  7. Kakakku Ika yang telah memberi doa dan dukungan penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

  8. Ma Prend in da MARCOPOLO : Gepenk, Memet, Bhule, Andex, Deri, Nango, Lambe, Ahok, Nonox, Denny, Nova. I Love U ALL!!

  9. Keluarga besar Pak Wakidi dan alm Ibu, Iksan, mas Yudi dan keluarga, terima kasih sudah menerima penulis dan berhubungan baik dengan penulis.

  10. Pembimbing III-ku : Nangok dan Wawan terimakasih atas waktu dan pemikiran yang telah banyak membantu penulis selama proses penulisan tugas akhir ini.

  11. Teman-teman teknik Elekro’02: Kobo, Sumanto, Erik, Oscar, Iyok, Roby, Koh Andis, Sinung, Lele, Hari, Koten, Ido, Danny, Denny, Yoga. Selalu semangat teman!!

  12. Teman-teman mahasiswa jurusan Teknik Elekro dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas setiap bantuannya.

  Penulis menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan dari penulisan tugas akhir ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan.

  Akhir kata penulis berharap agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun pembaca semuanya.

  Yogyakarta, Oktober 2007 Penulis

  DAFTAR ISI

  Halaman

  HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN........................................................................ iv HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN........................................... v

  INTISARI ....................................................................................................... vi ABSTRACT .................................................................................................... vii HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .................................. viii KATA PENGANTAR.................................................................................... ix DAFTAR ISI................................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xvi DAFTAR TABEL .......................................................................................... xix

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

  1.1 Judul ............................................................................................ 1

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

  1.3 Tujuan dan Manfaat ..................................................................... 2

  1.4 Perumusan Masalah ..................................................................... 3

  1.5 Batasan Masalah .......................................................................... 3

  1.6 Metodologi Penelitian ................................................................. 4

  1.7 Sistematika Penulisan................................................................... 5

  BAB II DASAR TEORI ................................................................................ 6

  2.1 Sistem Kontrol ............................................................................. 6

  2.2 Transduser dan Sensor ................................................................ 7

  2.3 ADC (Analog to Digital Converter)............................................. 8

  2.3.1 Parameter ADC ................................................................. 9

  2.4 Gerbang-gerbang Logika.............................................................. 10

  2.4.1 Gerbang AND ................................................................... 11

  2.4.2 Gerbang OR ....................................................................... 12

  2.4.3 Gerbang NOT .................................................................... 13

  2.4.4 Gerbang NAND ................................................................ 14

  2.4.5 Gerbang NOR .................................................................... 15

  2.5 Pembanding .................................................................................. 17

  2.6 Triac ............................................................................................. 19

  2.7 Penggerak ( Driver ) Motor.......................................................... 21

  2.8 Optoisolator ................................................................................. 21

  2.9 Peraga LED Tujuh Segmen.......................................................... 22

  2.10 Penggerak/Pengkode BCD-ke-Tujuh Segmen ............................. 23

  2.11 Buffer Tegangan ........................................................................... 24

  2.12 Differential Amplifier (Penguat Selisih)....................................... 24

  2.13 Non inverting Ampilfier ............................................................... 25

  2.14 Tanggapan Sistem ........................................................................ 25

  

BAB III PERANCANGAN .......................................................................... 28

  3.1 Diagram Blok ............................................................................... 28

  3.2 Plant Pengendali Ketinggian Air ................................................. 28

  3.3 Sensor Ketinggian Air .................................................................. 29

  3.4 Rangkaian Pengkondisi Sinyal..................................................... 31

  3.5 Set Point ...................................................................................... 35

  3.6 ADC 0804 .................................................................................... 36

  3.7 Rangkaian Kontroler .................................................................... 37

  3.8 BCD to 7 segment ........................................................................ 38

  

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 40

  4.1 Cara Kerja dan Cara Pengoperasian Alat ...................................... 40

  4.2 Data Pengamatan .......................................................................... 41

  4.2.1 Data Pengamatan untuk Set Point 1 ................................... 43

  4.2.2 Data Pengamatan untuk Set Point 2 ................................... 45

  4.2.3 Data Pengamatan untuk Set Point 3 ................................... 48

  4.2.4 Data Pengamatan untuk Set Point 4 ................................... 51

  4.2.5 Data Pengamatan untuk Set Point 1 (Sistem dikenai gangguan) ................................................ 55

  4.2.6 Data Pengamatan untuk Set Point 2 (Sistem dikenai gangguan) ................................................ 58

  4.2.7 Data Pengamatan untuk Set Point 3 (Sistem dikenai gangguan) ................................................ 61

  4.2.8 Data Pengamatan untuk Set Point 4 (Sistem dikenai gangguan) ................................................ 64

  4.2.9 Perbandingan Sistem dengan gangguan dan tanpa gangguan.68

  4.3 Pengamatan Keluaran ADC dan Set Point .................................. 68

  4.3.1 Perbandingan Data Pengukuran ADC dengan Perancangan 70

  4.3.2 Perbandingan Pengamatan Perancangan dan Plant .......... 70

  4.4 Pengamatan Rangkaian Pembanding .......................................... 71

  4.5 Pengamatan Driver Motor............................................................ 72

  

BAB V PENUTUP ......................................................................................... 73

  5.1 Kesimpulan .................................................................................. 73

  5.2 Saran ............................................................................................ 73

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.11 Bentuk fisik triac ................................................................. 19Gambar 2.18 Konfigurasi buffer tegangan ................................................ 24

  BCD 8421 ............................................................................ 24

Gambar 2.17 Masukan desimal dari papan tombol(keyboard) ke suatu kodeGambar 2.16 Diagram blok pendekode ..................................................... 23Gambar 2.15 Bentuk bilangan desimal tampilan tujuh segmen ................ 23Gambar 2.14 Peraga LED tujuh segmen ................................................... 22Gambar 2.13 Konfigurasi dari MOC302X ................................................ 22Gambar 2.12 Kurva karakteristik triac...................................................... 20

  IC 74LS85............................................................................ 19

Gambar 2.1. Diagram blok sistem kontrol ............................................... 6

  Gambar 2.10

Gambar 2.9 Pembanding 4 bit menggunakan gerbang XOR .................. 18Gambar 2.8 Simbol logika standar gerbang XOR dua masukan ............. 17Gambar 2.7 Gerbang NOR ...................................................................... 16Gambar 2.6 Gerbang NAND ................................................................... 14Gambar 2.5 Gerbang NOT ...................................................................... 13Gambar 2.4 Gerbang OR ......................................................................... 13Gambar 2.3 Gerbang AND ...................................................................... 12

  Gambar 2.2.a Simbol Potensiometer .......................................................... 8 Gambar 2.2.b Perbandingan hambatan RA dan RB pada potensiometer ... 8

Gambar 2.19 Rangkaian Differential Amplifier ........................................ 24Gambar 2.20 Rangkaian Non Inverting Amplifier..................................... 25

  Gambar 3.9

Gambar 4.7 Tanggapan sistem untuk set point kedua (5cm) .................. 47Gambar 4.6 Grafik ketinggian air terhadap waktu untuk set point 5 cm. 47Gambar 4.5 Tampilan set point 2 saat saklar 2 diaktifkan ..................... 46Gambar 4.4 Tanggapan sistem untuk set point 1 (3 cm) ........................ 44Gambar 4.3 Grafik ketinggian air terhadap waktu untuk set point 3 cm. 44

  40 Gambar 4.2 Tampilan set point 1 saat saklar 1 diaktifkan ...................... 43

Gambar 4.1 Perangkat Keras Pengendali Ketinggian Air Berbasis Rangkaian Digital ................................................................Gambar 3.10 BCD to 7 segment dan 7 segmen ......................................... 39

  IC 74LS85 sebagai kontroler ............................................... 38

Gambar 3.8 Kaki-kaki IC ADC 0804 ...................................................... 37Gambar 2.21 Kurva respon tangga satuan yang menunjukkan td, tr,Gambar 3.7 Rangkaian set point.............................................................. 36Gambar 3.6 Rangkaian ADC................................................................... 34Gambar 3.5 Rangkaian Pengondisi Sinyal .............................................. 34Gambar 3.4 Grafik tegangan keluaran terhadap ketinggian air............... 31Gambar 3.3 Rangkaian sensor ................................................................. 30Gambar 3.2 Plant ketinggian air.............................................................. 29Gambar 3.1 Diagram blok perancangan pengendali ketinggian air ........ 28Gambar 2.22 Gambar steady-state error (e ss ) .......................................... 27

  tp,Mp, dan ts ........................................................................ 27

Gambar 4.8 Tampilan set point 3 saat saklar 3 diaktifkan ..................... 49Gambar 4.9 Grafik ketinggian air terhadap waktu untuk set point 7 cm. 50Gambar 4.10 Tanggapan sistem untuk set point 3 (7 cm) ........................ 50Gambar 4.11 Tampilan set point 4 saat saklar 4 diaktifkan ...................... 52Gambar 4.12 Grafik ketinggian air terhadap waktu untuk set point 9 cm. 53Gambar 4.13 Tanggapan sistem untuk set point 4 (9cm) .......................... 53Gambar 4.14 Grafik ketinggian air terhadap waktu untuk set point 3 cm. 56Gambar 4.15 Tanggapan sistem untuk set point 1 (3cm) .......................... 57Gambar 4.16 Grafik ketinggian air terhadap waktu untuk set point 5 cm. 59Gambar 4.17 Tanggapan sistem untuk set point 2 (5 cm) ......................... 60Gambar 4.18 Grafik ketinggian air terhadap waktu untuk set point 7 cm. 62Gambar 4.19 Tanggapan sistem untuk set point 3 (7 cm) ......................... 62Gambar 4.20 Grafik ketinggian air terhadap waktu untuk set point 9 cm. 65Gambar 4.21 Tanggapan sistem untuk set point 4 (9 cm) ......................... 66

  

DAFTAR TABEL

Halaman ....

Tabel 4.1 Perbandingan keluaran sensor pada saat perancangan dan keluaran sensor pada perangkat keras......................................... 42Tabel 4.8 Pengamatan untuk Set Point 5 cm .............................................. 59Tabel 4.7 Pengamatan untuk Set Point 3 cm .............................................. 56

  

Error ........................................................................................... 54

Tabel 4.6 Data Delay Time, Rise Time, Settling Time dan Steady-stateTabel 4.5 Pengamatan untuk Set Point 9 cm .............................................. 52Tabel 4.4 Pengamatan untuk Set Point 7 cm .............................................. 49Tabel 4.3 Pengamatan untuk Set Point 5 cm .............................................. 46Tabel 4.2 Pengamatan untuk Set Point 3 cm .............................................. 43Tabel 3.3 Tabel ketinggian air dan keluaran digital ................................... 35Tabel 2.1 Tabel kebenaran gerbang AND .................................................. 12Tabel 3.2 Tegangan keluaran rangkaian pengkondisi sinyal ...................... 31Tabel 3.1 Data pengukuran awal ................................................................ 30Tabel 2.7 Segmen yang aktif untuk setiap angka desimal .......................... 23Tabel 2.6 Tabel kebenaran XOR dua masukan .......................................... 18Tabel 2.5 Tabel kebenaran gerbang OR dan gerbang NOR ....................... 17Tabel 2.4 Tabel kebenaran gerbang AND dan gerbang NAND ................. 15Tabel 2.3 Tabel kebenaran gerbang NOT................................................... 14Tabel 2.2 Tabel kebenaran gerbang OR ..................................................... 13Tabel 4.9 Pengamatan untuk Set Point 7 cm .............................................. 61Tabel 4.10 Pengamatan untuk Set Point 9 cm .............................................. 64Tabel 4.11 Data Delay Time, Rise Time, Settling Time dan Steady-state

  Error dengan sistem dikenai gangguan ...................................... 67

Tabel 4.12 Hasil pengambilan data ADC untuk setiap perubahan kenaikan nilai .............................................................................. 69Tabel 4.13 Keluaran set point .......................................................................

  69 Tabel 4.14 Perbandingan ADC ..................................................................... 70 Tabel 4.15 Perbandingan perancangan dengan plant ...................................

  71 Tabel 4.16 Keluaran IC pembanding 74ls85 ................................................ 71 Tabel 4.17 Masukan dan keluaran rangkaian driver.....................................

  72

BAB I PENDAHULUAN

  1.1. Judul

  Pengendali Ketinggian Air Berbasis Rangkaian Digital

  1.2. Latar Belakang Masalah

  Air memegang peranan penting dalam kehidupan manusia sehari-hari. Air tidak hanya digunakan sebagai air minum tetapi juga digunakan untuk keperluan lainnya, seperti mandi, memasak mencuci dan sebagainya. Mengingat pentingnya air bagi kehidupan manusia, banyak rumah-rumah menggunakan tangki penampungan air. Pada umumnya tangki penampungan air ini diletakkan pada sebuah tempat yang lebih tinggi, sehingga dibutuhkan sebuah pompa air untuk mengisi tangki tersebut. Hal ini sering menimbulkan masalah ketika hendak mengisi tangki tersebut karena kita tidak dapat mengetahui dengan pasti volume air yang sudah berada dalam tangki. Seringkali air yang dimasukkan sudah melewati batas daya tampung tangki sehingga banyak air yang terbuang sia-sia.

  Hal ini tidak saja menyebabkan pemborosan penggunaan air tetapi juga pemborosan biaya listrik yang harus dikeluarkan untuk mengaktifkan pompa air.

  Untuk mensiasati hal tersebut diperlukan sebuah sistem pengendalian secara otomatis.

  Pengendalian adalah sebuah proses pengaturan baik itu alat, produksi, hasil produksi, dan lain-lain sehingga dapat bekerja secara efektif dan efisien.

  Sistem pengendalian ini berhubungan erat dengan kinerja semua unsur yang ada

  2 dalam dunia industri. Efisiensi produksi umumnya dianggap sebagai kunci sukses. Efisiensi produksi meliputi area yang luas, antara lain mengurangi kontrol manual yang dilakukan oleh manusia (otomatisasi dan mesinisasi produksi), mempertinggi laju produksi, menurunkan biaya produksi.

  Salah satu proses pengendali elektronis adalah pengendali ketinggian permukaan air menggunakan rangkaian digital. Pengendalian ketinggian air dalam suatu bak air ini meliputi beberapa komponen penting, yaitu: pompa air, bak air, sensor ketinggian air, dan kran pembuangan. Pengendalian ketinggian air dengan rangkaian digital ini merupakan pengendali dengan kalang tertutup. Untuk itulah dalam tugas akhir ini, penulis menyajikan sebuah alat yang berfungsi untuk mengatur tingkat ketinggian air dengan basis rangkaian digital. Rangkaian ini memudahkan kita untuk mengatur tingkat ketinggian air dengan menggunakan tombol atau saklar. Penulis memberi judul “Pengendali Ketinggian Air Berbasis Rangkaian Digital”.

1.3. Tujuan dan Manfaat

  Adapun tujuan pembuatan alat ini yaitu mengendalikan ketinggian air berbasis rangkaian digital.

  Adapun manfaat dari pembuatan alat ini adalah:

  a. Penulis dapat membuat rangkaian pengendali dengan gerbang- gerbang logika digital dasar.

  b. Sebagai alat bantu pengendali ketinggian otomatis air pada tangki penampungan air.

  3

1.4. Perumusan masalah

  Dengan melihat tujuan dan latar belakang yang ada, maka permasalahan yang dapat dirumuskan pada pembuatan alat ini adalah sebagai berikut: a. Apakah pengendali ketinggian air yang dibuat dengan rangkaian digital ini akan memiliki tingkat keakuratan yang tinggi? b. Apakah pemilihan komponen yang tepat dalam proses perancangan akan mempengaruhi keakuratan pengendalian dalam praktek?

c. Apakah sistem yang dirancang dapat bekerja dengan baik?

1.5. Batasan Masalah

  Alat yang digunakan sebagai penampil dan pengendali ketinggian air ini mempunyai batasan-batasan sebagai berikut: a. Sistem menggunakan dua tangki, tangki 1 sebagai sumber dan tangki 2 sebagai obyek yang dikendalikan.

  b. Sistem menggunakan potensiometer sebagai sensor ketinggian air.

  c. Sistem menggunakan kran air yang dikendalikan secara manual untuk mengurangi volume air pada tangki 2.

  d. Sistem menggunakan 4 set point sebagai batas sensor ketinggian air.

  e. Aktuator yang digunakan dalam sistem adalah pompa air.

  f. Sistem mengunakan rangkaian digital dengan gerbang-gerbang logika digital dasar sebagai pengendali.

  g. Pengendali on-off dengan rangkaian digital

  4

1.6. Metodologi Penelitian

  Metodologi yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dalam pembuatan alat yaitu: a. Pengumpulan data dan informasi baik itu dari internet maupun perpustakaan yang berhubungan dengan alat yang akan dibuat yang nantinya diharapkan dapat membantu dalam proses-proses selanjutnya.

  b. Perancangan plant. Pembuatan perencanaan miniatur dari alat yang akan dibuat. Dalam perancangan plant ini gambar dibuat dengan komputer kemudian dibuat secara nyata.

  c. Pengambilan data plant. Pengambilan data pada plant ini berhubungan dengan set point sensor yang akan digunakan dalam perancangan, sehingga set point yang dirancang sesuai dengan yang diinginkan.

  d. Perancangan kendali. Dalam perancangan kendali berhubungan dengan pembuatan rangkaian digital yang akan digunakan sebagai pengendali sistemnya. Perancangan rangkaian digital menggunakan software Microcap 8.0 dan Orcad 9.0.

  e. Implementasi.

  f. Pengujian.

  g. Pembuatan laporan penelitian.

  5

1.7. 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 penelitian selanjutnya.

BAB II DASAR TEORI II.1 Sistem Kontrol Sistem kontrol tidak dapat dilepaskan dari kehidupan masyarakat

  modern. Peranannya dapat terlihat mulai dari peluncuran roket, penerbangan pesawat ulang-alik, pengaturan kerja mesin-mesin di pabrik, sampai pemakaian alat-alat elektronik rumah tangga.

  Pembahasan sistem kontrol dengan umpan balik lazimnya menyangkut lima elemen dasar, seperti terlihat pada diagram blok gambar

2.1. Kelima elemen itu ialah: variabel input sebagai referensi (R); variabel

  output yang dikontrol (C); pengukuran output dan umpan balik pada input

  (H); elemen pembanding (E); serta elemen pengontrol (G). Analisis matematis teori kontrol menggunakan fungsi alih untuk membahas kelakuan atau respons sistem, dengan cara membandingkan nilai sinyal output (C) dengan sinyal input-nya (R) [1].

  G C R ∑ H Gambar 2.1. Diagram blok sistem kontrol.

  7

II.2 Transduser dan Sensor

  Transduser adalah alat yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Transduser dapat dibagi menjadi dua kelas: transduser input dan transduser output.

  Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan sering berfungsi untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor adalah jenis transduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik.

  Salah satu komponen elektronika yang dapat digunakan sebagai transduser posisi hambatan adalah potensiometer. Potensiometer adalah suatu hambatan yang dapat diubah nilai resistansinya dengan cara mekanik (memutar/menggeser). Potensiometer terdiri atas sebuah jalur atau track yang mempunyai resistansi menyeluruh yang konstan dengan sebuah penyapu (wiper) yang dapat bergerak sambil tetap bersentuhan dengan jalur atau track. Ada dua macam potensiometer yang biasa digunakan dalam elektronika, yaitu: 1. Potensiometer yang hambatannya berubah sesuai dengan skala logaritmis.

2. Potensiometer yang hambatannya berubah sesuai dengan skala linear.

  Pada rangkaian elektronika potensiometer memiliki lambang, seperti pada gambar 2.2 (a).

  8

  Vout

Gambar 2.2 (a) Simbol potensiometer, (b) Perbandingan hambatan RA dan RB pada potensiometer.

  Besarnya tegangan keluaran Vout pada potensiometer ditentukan oleh perbandingan RA dan RB seperti pada persamaan (2.1) di bawah ini yang sesuai dengan gambar 2.2 (b) [2].

  RA

  (2.1)

  Vout = Vin x

• RA RB

II.3 ADC (Analog to Digital Converter)

  Salah satu komponen penting dalam sistem akuisisi data adalah pengubah besaran analog ke digital atau disebut juga ADC (Analog to Digital Converter).

  Pengubah ini akan mengubah besaran-besaran analog menjadi bilangan-bilangan digital sehingga bisa diproses dengan komputer. Peranan pengubah ini menjadi semakin penting karena sekarang sudah bisa didapatkan komputer-komputer yang "real time". Perubahan-perubahan satuan fisis bisa dengan cepat ditanggapi oleh komputer.

  Contoh aplikasi ADC ini bisa kita lihat misalnya pada voltmeter digital, sampling suara dengan komputer, sehingga suara dapat disimpan secara digital dalam disket, dan kamera digital.

  9 Konsep pengubah analog ke digital ini adalah sampling (mengambil contoh dalam waktu tertentu) kemudian mewakilinya dengan bilangan digital dengan batas yang sudah diberikan.

II.3.1 Parameter ADC

  Kuantitas penting dalam ADC adalah rentang tegangan terkecil yang tidak dapat mengubah hasil konversi. Rentang tegangan ini sering disebut dengan Minimal Representable Voltage (MRV) atau LSB,

  n

  (2.2)

  MRV = LSB = FS / 2

  dengan LSB menunjukkan nilai analog dari suatu Least Significant Bit (LSB), dan FS (Full Scale) adalah nilai maksimum dari tegangan referensi.

  Karena semua tegangan dalam jangkauan ini diwakili oleh bilangan biner yang sama, maka akan terdapat ketidakpastian konversi sebesar ± LSB untuk setiap pengubahan. Masalah ini dapat dikurangi dengan menambah jumlah bit pada output pengubah.

   Output maksimum suatu ADC tidak berada pada nilai FS akan

  tetapi pada 7/8 FS. Misalkan sebuah ADC 3 bit ideal, akan mempunyai LSB sebesar 1/8 FS. Jangkauan input akan dikuantisasikan pada delapan tingkat dari 0 sampai 7/8 kali FS.

  Terdapat berbagai cara mengubah sinyal analog ke digital, dalam pekerjaan ini dipakai metode pendekatan berturutan atau succesive

  approximation . Karena ADC dengan jenis ini sudah banyak di pasaran

  dalam bentuk chip sehingga mempermudah pemakaian. Metode ini

  10 didasari pada pendekatan sinyal input dengan kode biner dan kemudian berturut-turut memperbaiki pendekatan ini untuk setiap bit pada kode sampai didapatkan pendekatan yang paling baik. Untuk meyimpan kode biner pada setiap tahapan dalam proses digunakan Succesive

  Approximation Register (SAR).

  Konversi diawali dari Most Significant Bit (MSB) diset tinggi, ini identik dengan memperkirakan nilai input adalah FS. Komparator akan membandingkan output DAC (Digital to Analog Converter) dengan tegangan input dan memerintahkan pengendali untuk mematikan MSB jika perkiraan mula-mula ternyata lebih besar dari tegangan input. Pada periode

  clock selanjutnya pengendali menyalakan MSB berikutnya, kemudian

  kembali membandingkan output dari DAC dengan sinyal input. Proses ini terus diulang sampai pada LSB. Setelah sampai pada tahap ini nilai konversi yang berada pada SAR adalah pendekatan yang terbaik dari sinyal input. Dalam proses ini diambil asumsi bahwa sinyal input konstan selama konversi [3].

II.4 Gerbang-gerbang Logika

  Gerbang logika adalah rangkaian yang menggunakan sinyal digital sebagai masukan dan keluarannya. Hal yang membuat rangkaian disebut sebagai gerbang adalah bahwa setiap keluaran tergantung sepenuhnya pada sinyal yang diberikan pada masukan-masukannya. Jika sinyal ini berubah, maka keluarannya juga berubah.

  11 Rangkaian digital yang menggunakan gerbang logika biasanya disusun sehingga keluarannya berlogika 1 hanya jika masukan terdapat sinyal masukan dalam kombinasi tertentu. Itu sebabnya rangkaian ini kadang-kadang disebut dengan rangkaian logika kombinasional.

  Kerja suatu rangkaian logika kombinasi standar, atau rangkaian apa saja yang dibuat dari unit-unit ini dapat digambarkan dengan dua cara. Salah satu cara ialah dengan menggunakan tabel kebenaran. Tabel kebenaran ini memperlihatkan keluaran yang diharapkan dari setiap kemungkinan kombinasi masukan, sehingga kerja rangkaian dapat segera diteliti. Cara lain adalah dengan aljabar Boole. Metoda ini jauh lebih ringkas, tetapi tidak begitu mudah dipahami oleh pemula.

  Aljabar Boole sudah ditemukan jauh sebelum komputer modern. Namanya diambil dari ilmuwan George Boole (1815-1864) yang merancangnya sebagai suatu metoda untuk mengubah pernyataan logika menjadi pernyataan aljabar. Tidak banyak manfaat yang dapat diambil dari karya ini, sampai tahuin 1938 ketika Shannon menemukan bahwa aljabar Boole dapat dipakai untuk menganalisis rangkaian relai yang melaksanakan operasi pensakelaran (yang sekarang kita kenal sebagai gerbang AND dan OR).

II.4.1 Gerbang AND

Gambar 2.3 memperlihatkan simbol, tabel kebenaran, dan pernyataan Boole untuk gerbang AND yang merupakan salah satu dari

  gerbang logika standar. Seperti yang diperlihatkan pada tabel kebenaran,

  12 keluaran gerbang AND akan berlogika 0, kecuali jika kedua masukan gerbang dengan dua masukan ini berada pada logika 1. Gerbang AND berguna untuk menguji kebenaran bilangan biner 1, dan dalam rangkaian dimana beberapa faktor kendali mengatur keluaran.

Gambar 2.3. Gerbang ANDTabel 2.1. Tabel kebenaran gerbang AND

  Masukan Keluaran B A Q 0 0

  0 1 1 0 1 1

  1 II.4.2 Gerbang OR Simbol, tabel kebenaran, dan pernyataan Boole untuk gerbang OR diperlihatkan pada gambar 2.4. Jenis gerbang OR ini menghasilkan logika

  1 dikeluaran jika salah satu atau kedua masukannya berada pada logika 1. umtuk masukan-masukan yang semua ditetapkan pada 0 keluarannya juga berada pada logika 0. sebuah gerbang OR akan dipakai jika terdapat masukan lebih dari satu untuk menghasilkan satu keluaran.

  13

Gambar 2.4. Gerbang ORTabel 2.2. Tabel Kebenaran Gerbang OR

  Masukan Keluaran B A Q 0 0

  0 1

  1 1 0 1 1 1

  1 II.4.3 Gerbang NOT Gerbang NOT, inverter, atau rangkaian pembuat komplemen, seperti pada gambar 2.5, hanya terdiri atas pembalik yang keluarannya merupakan kebalikan dari logika masukan. Inverter dapat diperlukan dalam suatu rangkaian jika gerbang sebelumnya meghasilkan keluaran yang polaritasnya tidak sesuai.

Gambar 2.5. Gerbang NOT

  14

Tabel 2.3. Tabel kebenaran gerbang NOT

  A Q 0 1 1 0

II.4.4 Gerbang NAND

  Gerbang NAND merupakan gerbang AND yang dihubungkan dengan suatu pembalik, seperti pada gambar 2.6. Masukan A dan B di- AND-kan untuk membentuk aljabar Boolean A · B kemudian, A · B dibalik dengan gerbamg NOT. Pada sisi kanan dari pembalik ditambahkan tanda strip diatas pada aljabar Boolean tersebut. Aljabar Boolean untuk

• A B

  keseluruhan rangkaian tersebut adalah = Y. Dalam hal ini dikatakan, bahwa rangkaian tersebut merupakan suatu not-AND atau rangkaian NAND.

Gambar 2.6. Gerbang NAND

  Simbol NAND merupakan suatu simbol NAND dengan gelembung kecil pada keluarannya. Gelembung tersebut disebut dengan suatu gelembung pembalik (invert bubble).

  15 Tabel kebenaran menggambarkan operasi yang tepat dari suatu logika. Tabel kebenaran suatu gerbang NAND yang akan menghasilkan 0

  (rendah) bila dibuka (bila semua masukan mendapat level logika 1) atau secara lebih jelasnya keluaran khas dari gerbang NAND adalah rendah apabila semua masukan tinggi. Tabel kebenaran gerbang NAND ditunjukkan pada tabel 2.4.

Tabel 2.4. Tabel kebenaran gerbang AND dan gerbang NAND

  Masukan Keluaran B A AND NAND 0 0 0 1

  0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0

  Gerbang NAND banyak dipakai dalam logika positif, sebab secara elektronik gerbang ini mudah dibuat. Sekarang ini, fungsi NAND telah menjadi gerbang universal dalam rangkaian digital, dan penggunaannya sangat luas dalam sistem digital.

II.4.5 Gerbang NOR

  Gerbang NOR merupakan gerbang OR yang dihubungkan dengan suatu pembalik, seperti pada gambar 2.7. Masukan A dan B di-OR-kan untuk membentuk aljabar Boolean A+B. kemudian, A+B dibalik dengan

  16 gerbang NOT. Pada sisi kanan dari pembalik ditambahkan tanda strip diatas pada aljabar Boolean tersebut. Aljabar Boolean untuk keseluruhan

• rangkaian tersebut adalah A B dalam hal ini dikatakan, bahwa rangkaian tersebut merupakan suatu not-OR atau rangkaian NOR.

Gambar 2.7. Gerbang NOR

  Simbol NOR merupakan suatu simbol NOR dengan gelembung kecil pada keluarannya. Gelembung tersebut disebut dengan suatu gelembung pembalik (invert bubble). Tabel kebenaran menggambarkan operasi yang tepat dari suatu logika. Tabel kebenaran suatu gerbang NOR yang akan menghasilkan 0 (rendah) bila dibuka (bila semua masukan mendapat level logika 1) atau secara lebih jelasnya keluaran khas dari gerbang NOR adalah rendah apabila semua masukan tinggi. Tabel kebenaran gerbang NOR ditunjukkan pada tabel 2.5.

  17

Tabel 2.5. Tabel kebenaran gerbang OR dan gerbang NOR

  Masukan Keluaran B A OR NOR 0 0 0 1

  0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

  Gerbang NOR banyak dipakai dalam logika positif, sebab secara elektronik gerbang ini mudah dibuat. Sekarang ini, fungsi NOR telah menjadi gerbang universal dalam rangkaian digital, dan penggunaannya sangat luas dalam sistem digital [4].

II. 5 Pembanding

  Gerbang XOR dua masukan mempunyai karakteristik bahwa jika kedua masukan sama, maka keluarannya ”0” (logika rendah). Jika masukan berbeda, maka keluarannya ”1” (logika tinggi). Gambar 2.8 adalah simbol logika standar untuk gerbang XOR dua masukan.

Gambar 2.8 Simbol logika standar gerbang XOR dua masukan

  18

Table 2.6. Tabel kebenaran XOR dua masukan

  A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

  Gerbang XOR merupakan gerbang gabungan antara gerbang NOT, gerbang AND , dan gerbang OR. Gabungan ketiga gerbang tersebut membentuk satu gerbang, yaitu gerbang XOR.

  Pembanding atau komparator adalah rangkaian yang membandingkan besaran masukan dengan suatu taraf referensi (atau dengan masukan lain) dan menghasilkan suatu perubahan keadaan di keluaran bila salah satu masukan melampaui yang lain. XOR merupakan pembanding yang paling sederhana.

  Pada pembanding yang digunakan untuk membandingkan dua data yang masing-masing terdiri dari 4 bit, dibutuhkan empat buah gerbang XOR. Untuk mendapatkan hasil akhir perbandingan, empat buah gerbang XOR dihubungkan pada sebuah gerbang AND seperti pada gambar 2.9. Bila keluaran dari ke empat buah gerbang XOR bernilai 1 maka keluaran gerbang AND juga akan tinggi atau bernilai 1.

Gambar 2.9 Pembanding 4 bit menggunakan gerbang XOR

  19 Contoh IC yang dapat membandingkan hingga 4 bit adalah IC 74LS85 yang ditunjukkan pada Gambar 2.10 IC 74LS85 memiliki 2 kelompok masukan, masing-masing kelompok terdiri dari 4 bit masukan. Pembanding yang besarnya 4 bit ini memberikan tiga keputusan (keluaran) terhadap dua kata 4 bit (masukan) yang dibandingkan yaitu A<B, A>B atau A=B.

  10 A0

  12 A1

  13 A2

  15 A3

  9 B0

  11 B1

  14 B2

  1 B3

  2

  7 A<Bi A<Bo

  3

  6 A=Bi A=Bo

  4

  5 A>Bi A>Bo

  

74LS85

Gambar 2.10 IC 74LS85

  Triac

II.6 Triac atau AC switch, merupakan saklar arus bolak–balik bentuk trioda

  (mempunyai 3 elektroda). Gambar 2.11 adalah bentuk fisik triac. Pada dasarnya

  

triac terdiri dari dua SCR (Silicon Controlled Rectifier) yang terpasang

paralel/berlawanan, dan dilengkapi dengan elektroda (pintu/gate).