Model pengontrol suhu ruangan dengan pengendali logika fuzzy - USD Repository
TUG
GAS AKH
HIR
MOD
DEL PEN
ENGONT
NTROL SUHU
S
R
RUANG
GAN
DEN
NGAN PENGEN
P
ENDALI LOGIK
IKA FUZZ
ZZY
Diajukan
kan untuk Me
Memenuhii Salah
S
Satu
tu Syarat
Memp
mperoleh Ge
Gelar Sarjana
ana Teknikk pada
p
Program
P
St
Studi Teknik
nik Elektro
Fak
akultas Sain
in dan Tekno
nologi Unive
iversitas San
anata Dharm
rma
di
disusun oleh:
h:
TJIN
JIN YATMIK
IKO
NIM
IM: 04511400
001
PROGR
GRAM STU
UDI TEKN
NIK ELEK
EKTRO
FAKUL
ULTAS SAI
AINS DAN
N TEKNOL
OLOGI
UNIV
IVERSITAS
AS SANAT
TA DHARM
RMA
YOG
GYAKART
RTA
2008
FINAL
AL PROJE
JECT
AIR CONDIT
C
ITIONIN
ING MOD
ODEL WIITH FUZ
UZZY
LO
LOGIC
C
CONTRO
ROLLER
R
Presente
nted as onee oof the requi
uirement to obtain
Sarjana Teknik
Te
Degr
egree in Elec
lectrical Engi
ngineering
Scien
ience and Technology
Tec
y Faculty
F
San
Sanata Dharm
arma Univers
ersity
by:
TJIN
JIN YATMIK
IKO
Studentt N
Number: 045
45114001
ELE
LECTRICA
AL ENGIN
INEERING
G STUDY PROGRA
AM
SCIENCE
CE AND TE
TECHNOLO
LOGY FAC
ACULTY
SAN
NATA DHA
HARMA UNIVERSIT
UN
SITY
YOG
GYAKART
RTA
2008
LEMBAR 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 karya ilmiah.
Yogyakarta, 28 Juli 2008
Penulis
Tjin Yatmiko
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
INTISARI
Pendingin ruangan saat ini masih banyak yang menggunakan refrigeran
yang mengandung klor (Cl) seperti freon atau CFC (Chlorofluorocarbon). Zat
tersebut ternyata tidak ramah lingkungan. Zat-zat tadi dapat merusak lapisan ozon
di atmosfer bumi dan berdampak pemanasan global.
Pada penelitian ini penulis menggunakan termoelektrik sebagai komponen
utama untuk mendinginkan ruangan. Data dari sensor suhu dan sensor kecepatan
kipas melalui ADC internal di ubah ke digital dan diproses lebih lanjut untuk
dibandingkan dengan nilai setpoint dan akan dihasilkan suatu nilai error.
Kemudian nilai error ini akan diolah sesuai dengan aturan logika fuzzy
menggunakan mikrokontroler ATmega8535. Data yang diolah akan ditampilkan
ke LCD dan komputer. Data yang ditampilkan ke komputer menggunakan
komunikasi serial. Data disimpan dalam format excel sehingga dapat diolah
dengan mudah dalam bentuk grafik. Data-data tersebut diolah menggunakan
Visual Basic 6.0.
Dari hasil pengujian dan analisa, alat ini dapat mengendalikan suhu model
ruangan dan kecepatan kipas dengan tingkat kesalahan (steady state error) kurang
dari 5%.
Kata Kunci : termoelektrik, mikrokontroler AVR, Logika Fuzzy
ABSTRACT
Nowadays, most of air conditioning use refrigerant contains chlorine (CL)
such as freons or CFC (Chlorofluorocarbon). They bring harmful effects to the
environment. They can destroy ozone layer in the atmosphere and cause global
warming.
Thermoelectric is used in this research as the main component to
refrigerate the room. The data from temperature and velocity censors are changed
into digital form through internal ADC. Then they are processed to compare with
the set point values. The results are error values. Those error values will be
processed using ATmega8535 microcontroller agree with fuzzy logic rules. The
processed data will be displayed on the LCD and the computer. In the computer
the serial communication is used to transfer data. The data are stored in excel
format to be processed easily into graph. They are processed using Visual Basic
6.0.
From the test and analytical results, the device is able to control the mode
room temperature and the fan velocity with the steady state error less than 5 %.
Keywords : thermoelectric, microcontroller, fuzzy logic
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis
berjudul “Model Pengontrol Suhu Ruangan Dengan Pengendali Logika Fuzzy
(Air Conditioning Model With Fuzzy Logic Controller)”
Karya tulis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.
Penulisan skripsi ini didasarkan pada hasil-hasil yang penulis dapatkan selama
tahap perancangan, pembuatan dan pengujian alat.
Penulisan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Untuk itu,
penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua penulis yang telah memberikan semangat dan doa yang tak
pernah putus sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Ibu B. Wuri Harini, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I karya tulis yang
telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk membimbing penulis.
3. Bapak Ir. Tjendro, selaku dosen pembimbing II karya tulis yang telah
meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk membimbing penulis.
4. Bapak Ir. Bayu Primawan, M. Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
5. Romo Ir. Greg. Heliarko SJ.,SS.,BST.,MA.,MSC Selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
6. Rekan-rekan yang telah memberikan dukungan kepada penulis dalam
pengerjaan karya tulis ini: Emerita Setyowati (Fisika UGM), Henry Rawung
(TE’04), Willi (TE’04), Sevriady (TE’04), Suci Apsari (TE’04), Ni Made Juli
Artuti (TE’04), Yustina (TE’04).
7. Segenap dosen dan laboran Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.
8. Segenap karyawan sekretariat Fakultas Teknik.
9. Teman-teman mahasiswa jurusan Teknik Elektro dan semua pihak yang tidak
dapat disebutkan satu persatu atas setiap bantuannya.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan dari
penulisan karya tulis ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat
membangun sangat penulis harapkan.
Akhir kata, semoga skripsi ini berguna bagi semua pihak dan dapat
menjadi bahan kajian lebih lanjut.
Yogyakarta, 28 Juli 2008
Penulis
Tjin Yatmiko
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL.........................................................................................
i
HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INGGRIS....................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING...................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI...........................................................
iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA.........................................
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN....................................................................
vi
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH……………………………………………………………………….
vii
INTISARI.........................................................................................................
viii
ABSTRACT........................................................................................................
ix
KATA PENGANTAR......................................................................................
x
DAFTAR ISI....................................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR........................................................................................
xvii
DAFTAR TABEL.............................................................................................
xxiii
DAFTAR LAMPIRAN.....................................................................................
xxv
BAB I. PENDAHULUAN ..............................................................................
1
1.1
Judul ......................................................................................................
1
1.2
Latar Belakang Masalah ………………………………………………
1
1.3
Tujuan dan Manfaat ..............................................................................
3
1.4
Batasan Masalah ...................................................................................
3
xii
1.5
Metodologi Penelitian............................................................................
4
1.6
Sistematika Penulisan ...........................................................................
5
BAB II. DASAR TEORI ..................................................................................
7
2.1.
Termoelektrik ........................................................................................
7
2.2
Rangkaian Elektronis ............................................................................
9
2.2.1 Penguat Non-Inverting ..............................................................
9
2.2.2 Komparator ...............................................................................
9
2.2.3 Frequency-to-Voltage Converters..............................................
10
2.2.4 Sensor Suhu LM35…………………………………………….
11
2.2.5 Opto-Couple……………………………………………………
11
2.2.6 Transistor Konfigurasi Darlington ……………………………
11
2.2.7 MOSFET Sebagai Saklar ……………………………………..
12
Mikrokontroler AVR Seri ATmega8535 .....………………………….
13
2.3.1 Gambaran Umum …………………...…………………………
13
2.3.2 Fitur ATmega8535 [7]…………………………………………
13
2.3.3 Peta Memori ..........……………………………………………
14
2.3.4 Interupsi ………………….……………………………………
14
2.3.5 Timer /Counter……...…………………………………………
16
2.3.6 ADC (Analog To Digital Converter)………………………….
18
2.3.7 Komunikasi Serial ATMega8535 …………………………….
20
2.3.
xiii
2.4.
LCD HD44780 [ 7 ] ………………………………………………..…
26
2.4.1 Proses Menampilkan Karakter di LCD …………………….....
27
2.5.
Keypad……...………………………………………………………….
27
2.6
Komunikasi Serial RS232 ……….…………………………………....
28
2.7 Konfigurasi Serial DB-9 ………………………………………………….
30
2.8
Visual Basic ………………………………………………………......
33
2.8.1 Penggunaan Komponen Timer ………………………………....
33
2.8.2 Penggunaan Komponen Label ………………………………….
34
2.8.3 Penggunaan Komponen TextBox ...…………………………….
34
2.8.4 Penggunaan Komponen Command Button……………………..
35
2.8.5 Pengaksesan dengan menggunakan Kontrol MSComm …..……
35
Sistem Kendali Fuzzy ............................................................................
36
2.9.1 Himpunan Klasik (crisp) ...........................................................
36
2.9.2 Logika Fuzzy .............................................................................
38
2.9.3 Fusifikasi (fuzzification) ............................................................
39
2.9.4 Inferensi .....................................................................................
41
2.9.5 Komposisi ..................................................................................
42
2.9.6 Defusifikasi (defuzzification) .....................................................
42
2.9.7 Logika Fuzzy dalam Teknik Kendali ........................................
43
Tanggapan Transien …….……………………………………………..
50
2.9.
2.10
BAB III. RANCANGAN PENELITIAN .........................................................
52
3.1
52
Diagram Blok ........................................................................................
xiv
3.2
3.3
Perancangan Perangkat Keras ...............................................................
55
3.2.1 Pengkondisi sinyal.....................................................................
55
3.2.1.1 Penguat Non-Inverting..................................................
55
3.2.1.2 Opto-coupler sebagai Sensor Kecepatan Motor ............
57
3.2.1.3 Komparator ……………………………………………
58
3.2.1.4 Frequency-to-Voltage Converters .................................
58
3.2.2 Driver Kipas …………………………………………………..
59
3.2.3 Penguat Daya …………………………………………………
61
3.2.4 Antarmuka Mikrokontroler ATmega8535 dengan HD44780…
62
3.2.5 Keypad ………………………………………………………..
63
Perancangan Perangkat Lunak ..............................................................
64
3.3.1 Perancangan Program pada Mikrokontroler .............................
64
3.3.1.1 Tampilan Awal Program ...............................................
65
3.3.1.2 Meminta Masukan Data ................................................
66
3.3.1.3 Pengolahan Data ………………………………………
67
3.3.1.4 Subrutin Baca ADC ……………………………….......
68
3.3.1.5 Fuzzy …………………………………………………..
69
3.3.1.6 Keypad …………………………………………….......
70
3.3.2 Perancangan Membership ……………………….........
71
3.3.3 Perancangan Perangkat Lunak Pada Visual Basic 6.0 ..
72
3.3.3.1 Program Form Eksekusi ………………………………
72
3.3.3.2 Interupsi Timer …………………………......................
72
3.3.3.3 Interupsi Commond Button Untuk Form Eksekusi .......
73
xv
3.3.3.4 Interupsi Commond Button Untuk Form Pembuka .......
76
3.3.3.5 Menampilkan Data ke Visual Basic ..............................
77
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN …….………………………………
78
4.1
Hasil Pengujian Terhadap Plant ………………………………………
78
4.2
Hasil Pengujian Terhadap Plant Dengan Gangguan ...……………….
84
4.2
Tampilan Pada LCD …………………………………………….........
87
4.3
Pengujian Terhadap program di VB 6.0 ………………………...........
88
4.4
Hasil Pengujian Terhadap Pengkondisi Sinyal Sensor ……………….
91
4.4.1 Penguat Non-Inverting ……………………………………….
91
4.1.2 Driver Kipas …………………………………….…………….
92
4.1.3 Frequency-to-Voltage Converters……………………………..
95
4.1.4 Penguat Daya …………………………………….……….......
96
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN………………………………...........
97
5.1 Kesimpulan ………………………..………………………………...........
97
5.2 Saran ………………………………………………………………...........
97
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xvi
DAFTAR GAMBAR
1.
Gambar 2-1 Efek peltier yang terjadi pada rangkaian tertutup dari dua
batang logam berbeda bahan .................................................................
2.
8
Gambar 2-2 Potongan melintang sambungan termoelektrik dengan
sepasang semikonduktor tipe “P” dan tipe “N” ....................................
8
3.
Gambar 2-3 Penguat non-inverting ......................................................
9
4.
Gambar 2-4 Komparator ......................................................................
10
5.
Gambar 2-5 Rangkaian Frequency-to-Voltage Converters dengan IC
LM331 [18] ……………………………………………………………
10
6.
Gambar 2-6 Transistor dengan konfigurasi dharlington .......................
12
7.
Gambar 2-7 Rangkaian MOSFET sebagai switching ...........................
12
8.
Gambar 2-8 Register MCUCR[7]........................................................
15
9.
Gambar 2-9. Register GICR[7].............................................................
15
10.
Gambar 2-10 Register TCCR0[7] ………………………….................
16
11.
Gambar 2-11 Register TCCR1B[7] …………………………………..
17
12.
Gambar 2-12 Register TCCR2[7] …………………………………….
17
13.
Gambar 2-13 Register ADMUX[7] .....................................................
18
14.
Gambar 2-14 Format data ADC dengan ADLAR=0 [7] ....................
18
15.
Gambar 2-15 Format data ADC dengan ADLAR=1 [7] ....................
19
16.
Gambar 2-16 Register ADCSRA[7].....................................................
19
17.
Gambar 2-17 Pin LCD HD44780 …………………………………….
26
18.
Gambar 2-18 Rangkaian keypad ...........................................................
28
19.
Gambar 2-19 Level Tegangan RS 232[14,15] ………………………..
29
20.
Gambar 2-20 Konfigurasi IC MAX232 ………………………………
29
21.
Gambar 2-21 Circuit Diagram MAX 232 …………………………….
30
22.
Gambar 2-22 Konfigurasi Serial DB-9[14]..………………………….
30
23.
Gambar 2-23 Himpunan klasik dingin, sejuk dan panas ......................
37
24.
Gambar 2-24. Tahapan proses dalam logika fuzzy[10] ........................
39
25.
Gambar 2-25. Fungsi keanggotaan variabel masukan suhu_ruangan ...
40
26.
Gambar2-26. Metode defusifikasi dengan Height[12].........................
43
27.
Gambar 2-27 Arsitektur pengendali Fuzzy[11,13]..............................
44
28.
Gambar 2-28. Arsitektur umum sistem pengendali fuzzy [11,13].......
45
29.
Gambar 2-29. Aturan-aturan kendali untuk pengendali fuzzy sederhana
secara umum[11,13]..………………………………………………….
46
30.
Gambar 2-30 Membership input error dengan 7 membership(e n ) …..
47
31.
Gambar 2-31 Membership input perubahan error dengan 7 membership
(Ce n ) …………………………………………………………………
47
32.
Gambar 2-32 Membership output dengan 7 membership ( u) ………
48
33.
Gambar 2-33 Contoh proses fusifikasi dan defusifikasi ……………..
49
34.
Gambar 2-34 Kurva tanggapan tangga satuan menunjukkan td, tr, Mp, dan
ts ………………………………………………………………………
51
35.
Gambar 3-1 Diagram blok rancangan …………………………………
52
36.
Gambar 3-2 Rancangan blok diagram closed loop pengendali yang
37.
digunakan ……………………………………………………………..
54
Gambar 3-3Bentuk fisik model ruangan yang digunakan ...................
54
38.
Gambar 3-4 Rancangan rangkaian penguat non-inverting sebagai buffer
untuk sensor suhu ……………………………………………………..
39.
Gambar 3-5 Rancangan rangkaian penguat non-inverting sebagai buffer
pada output untuk mengendalikan penguat daya ……………………..
40.
56
Gambar 3-6 Rancangan rangkaian penguat non-inverting sebagai buffer
pada output untuk mengendalikan driver kipas ………………………
41.
55
56
Gambar 3-7 (a) Rancangan rangkaian opto-coupler, (b) bidang untuk
memantukan dan menyerap cahaya …………………………………..
57
42.
Gambar 3-8 Rancangan rangkaian komparator ………………………
58
43.
Gambar 3-9 Rancangan rangkaian Precision Frequency-to-Voltage
Converter dengan 2 pole ….. …………………………………………
59
44.
Gambar 3-10 Rancangan rangkaian driver kipas DC ...........................
60
45.
Gambar 3-11 (a) Karakteristik Output MOSFET seri IRF740, (b)
Rancangan rangkaian penguat daya menggunakan MOSFET ………..
46.
Gambar 3-12 Rancangan rangkaian antarmuka mikrokontroler
ATmega8535 dengan HD44780 ..........................................................
47.
61
62
Gambar 3-13 Rancangan rangkaian antarmuka mikrokontroler
ATmega8535 dengan keypad ...............................................................
63
48.
Gambar 3-14 Diagram alir kerangka utama program ...........................
64
49.
Gambar 3-15 Diagram alir tampilan awal pada LCD ..........................
65
50.
Gambar 3-16 (a) Contoh tampilan identitas penulis, (b)Contoh tampilan
51.
LCD menunggu input dari keypad ……………………………………
65
Gambar 3-17 Diagram alir minta masukan ……………………………
66
52.
Gambar 3-18 Diagram alir Pengolahan Data ………………………………..
53.
Gambar 3-19 (a) contoh tampilan keluaran sensor pada LCD, (b) contoh
67
tampilan jika setpoint dipanggil ………………………………………
68
54.
Gambar 3-20 Diagram alir subrutin baca ADC ……………………….
68
55.
Gambar 3-21 Diagram alir fuzzy ……………………………………..
69
56.
Gambar 3-22 Diagram alir keypad ……………………………………
70
57.
Gambar 3-23 Membership error dan perubahan error ………………..
71
58.
Gambar 3-24 Membership output yang digunakan untuk suhu ……….
71
59.
Gambar 3-25 Membership output yang digunakan untuk kipas ………
71
60.
Gambar 3-26 Diagram alir program utama untuk visual basic 6.0 …….
72
61.
Gambar 3-27 (a) Diagram alir program interupsi timer mengambil data
dari serial, (b) Diagram alir program interupsi timer untuk menyimpan
data ke exel, (c) Diagram alir program interupsi timer untuk menghitung
berapa kali mikrokontroller mengirimkan data per-detik ....................
62.
73
Gambar 3-28 (a) Diagram alir interupsi commond button”mulai”, (b)
Diagram alir interupsi commond button”berhenti”, (c) Diagram alir
interupsi commond button”selesai”, (d) Diagram alir interupsi commond
button”back”, (e) Diagram alir interupsi commond button”refresh”, (f)
Diagram alir interupsi commond button”simpan” ................................
74
63.
Gambar 3-29 Rencana tampilan Form eksekusi Visual Basic 6.0 …….
75
64.
Gambar 3-30 (a) Diagram alir interupsi commond button”mulai” , (b)
65.
Diagram alir interupsi commond button”Keluar” .................................
76
Gambar 3-31 Rencana tampilan Form Pembuka Visual Basic 6.0 ……
76
66.
Gambar 3-32 Diagram alir menampilkan data ke Visual Basic 6.0 ….
77
67.
Gambar 4-1 Bentuk plant yang digunakan ……………………………
79
68.
Gambar 4-2 Grafik output suhu model ruangan dengan set point suhu =
18°C dengan kecepatan kipas1000 rpm (resolusi waktu =200mS) …..
69.
Gambar 4-3 Grafik output suhu model ruangan dengan set point suhu =
20°C dengan kecepatan kipas1000 rpm (resolusi waktu =200mS)……
70.
85
Gambar 4-10 Grafik tangapan sistem yang diberi gangguan (setpoint suhu
= 25°C dengan kecepatan kipas = 1000 rpm)…………………………
77.
85
Gambar 4-9 Grafik tangapan sistem yang diberi gangguan (setpoint suhu =
20°C dengan kecepatan kipas = 1000 rpm)……………………………
76.
83
Gambar 4-8 Grafik tangapan sistem yang diberi gangguan (setpoint suhu =
18°C dengan kecepatan kipas = 1000 rpm)…………………………...
75.
82
Gambar 4-7 Grafik output suhu model ruangan dengan set point suhu =
20°C dengan kecepatan kipas 800 rpm (resolusi waktu =200mS)……
74.
82
Gambar 4-6 Grafik output suhu model ruangan dengan set point suhu =
20°C dengan kecepatan kipas 800 rpm (resolusi waktu =200mS)..…..
73.
81
Gambar 4-5 Grafik output suhu model ruangan dengan set point suhu =
18°C dengan kecepatan kipas 800 rpm (resolusi waktu =200mS)……
72.
81
Gambar 4-4 Grafik output suhu model ruangan dengan set point suhu =
25°C dengan kecepatan kipas1000 rpm (resolusi waktu =200mS).…..
71.
80
Gambar 4-11 Hasil tampilan pada LCD (a) Tampilan LCD saat supply
dihidupkan, (b) Tampilan LCD setelah 1,5 detik, (c) Tampilan LCD saat
86
diberi input dari keypad, (d) Tampilan LCD saat program pertama kali
melakukan proses pengolahan data, (e) Tampilan LCD untuk sensor..
87
78.
Gambar 4-12 Tampilan Form Pembuka……………………………….
88
79.
Gambar 4-13 Tampilan Form eksekusi………………………………..
89
80.
Gambar 4-14 Contoh data yang disimpan di komputer pada alamat
“E:\skripsiku\data\data1” dengan nama file “da1” dalam format excel.
89
81.
Gambar 4-15 Contoh data yang disimpan pada microsoft exel 2007…
90
82.
Gambar 4-16 Grafik output kecepatan kipas dc sebagai blower dengan set
point = 1000 rpm (resolusi waktu =200mS)…………………………..
83.
Gambar 4-17 Grafik output kecepatan kipas dc sebagai blower dengan set
point = 900 rpm (resolusi waktu =200mS)……………………………
84.
93
Gambar 4-18 Grafik output kecepatan kipas dc sebagai blower dengan set
point = 800 rpm (resolusi waktu =200mS)…………………………....
85.
92
94
Gambar 4-13 (a) dan (b) Keluaran pengkondisi sinyal terhadap masukan
dari sensor kipas……………………………………………………….
95
DAFTAR TABEL
1.
Tabel 2-1 Beberapa Setting Kondisi yang Menyebabkan Interupsi
Eksternal1[7]..........................................................................................
2.
Tabel 2-2 Beberapa Setting Kondisi yang Menyebabkan Interupsi
Eksternal 2[7].........................................................................................
3.
17
Tabel 2-5 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber
clock[7]………………………………………………………………..
6.
16
Tabel 2-4 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber
clock[7]….…………………………………………………………….
5.
15
Tabel 2-3 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber
clock[7]………………………………………………………………..
4.
15
17
Tabel 2-6 Beberapa setting kondisi untuk memilih tegangan
referensi[7]……………………………………………………………
18
7.
Tabel 2-7 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC[7]..............
20
8.
Tabel 2.8 UCSRA (USART Control and Status Register A)[7].….…..
21
9.
Tabel 2.9 UCSRB (USART Control and Status Register B)[7]………
22
10.
Tabel 2.10 UCSRC (USART Control and Status Register C)[7]….….
24
11.
Tabel 2.11 Penentuan Mode Paritas[7]…………………………..……
24
12.
Tabel 2.12 Konfigurasi Pin dan Nama Sinyal Konektor Serial DB-9
[14]…………………………………………………………………….
31
13.
Tabel 2.13 Nama Register Beserta Alamatnya [14]…………………..
32
14.
Tabel 2-14. Aturan-aturan kendali fuzzy secara umum[11,13]…….…
47
15.
Tabel 2-15 Aturan-aturan kendali fuzzy secara umum[11] ……………
48
16.
Tabel 3-1 Hasil pengujian driver kipas………………………………..
60
17.
Tabel 3.2 Keluran keypad yang diterjemahkan oleh mikrokontroler..
62
18.
Tabel 4-1 Data perbandingan nilai td,tr,tp,ts,Mp dan SSE dengan
kecepatan kipas 800 rpm dan 1000rpm……………………………….
19.
83
Tabel 4.2 Hasil pengujian terhadap pengkondisi sinyal yang akan
digunakan ……………………………………………………………..
91
20.
Tabel 4.3 Hasil pengujian tegangan keluaran ke penguat daya ……....
91
21.
Tabel 4.5 Data pengukuran driver kipas …………………………..….
94
22.
Tabel 4.4 Hasil pengujian Frequency-to-Voltage Converters Penguat Daya
………………………………………………………………………....
23.
95
Table 4.6 Hasil pengujian keluaran penguat daya (Supply 24V dan beban =
2 buah termoelektrik yang dirangkai seri)…………….……………….
96
DAFTAR LAMPIRAN
1.
LAMPIRAN RANGKAIAN LENGKAP……………………………..
L1
2.
LAMPIRAN LISTING PROGRAM………………………………….
L2
3.
LAMPIRAN DATA SHEET………………………………………….
L3
4.
LAMPIRAN CARA PENGGUNAAN ALAT………………………..
L4
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Judul
Model Pengontrol Suhu Ruangan dengan Pengendali Logika Fuzzy (Air
Conditioning Model With Fuzzy Logic Controller).
1.2
Latar Belakang Masalah
Pendingin ruangan cukup sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
Pendingin
ruangan
mengandung
klor
(Cl)
seperti
freon
atau
CFC
(Chlorofluorocarbon). Zat tersebut ternyata tidak ramah lingkungan[1]. Zat-zat
tadi dapat merusak lapisan ozon di atmosfer bumi dan berdampak pemanasan
global.
Untuk membuat sistem pendingin dengan langsung memanfaatkan energi
listrik tanpa harus memakai bahan pendingin dapat dilakukan dengan cara
membuat termoelektrik.
Termoelektrik efek Peltier yang ditemukan Jean Charles Athanase Peltier
pada tahun 1834 kemudian dinamakan efek Peltier.
Salah satu kelebihan lain dari refrigerator jenis ini adalah selain ramah
lingkungan, juga tidak berisik dan dapat dibuat dalam ukuran yang kecil.
Namun timbul permasalahan yaitu Pendingin Peltier bekerja pada prinsip
pemompaan panas yang bekerja menggunakan sangat banyak daya listrik[2],
sedangkan sistem peltier juga menghasilkan panas sehingga juga diperlukan
heatsink dan fan untuk sistem peltier.
Kelebihan yang dimiliki oleh kontroler dengan logika fuzzy adalah mudah
diperbaiki, dan yang lebih penting lagi memberikan pengendalian yang sangat
baik serta murah [3]. Dalam perspektif yang lebih luas, pengendali fuzzy ternyata
sangat bermanfaat pada aplikasi-aplikasi sistem identifikasi dan pengendalian illstructured, dengan linieritas dan invariansi waktu tidak bisa ditentukan dengan
pasti, karakteristik proses mempunyai faktor lag, dan dipengaruhi oleh derau acak.
Bentuk sistem seperti ini jika dipandang sistem konvensional sangat sulit untuk
dimodelkan.
Saat ini logika fuzzy telah berhasil menerobos kendala-kendala yang dulu
pernah ditemui dan segera menjadi basis teknologi tinggi. Penerapan teori logika
ini dianggap mampu menciptakan sebuah revolusi dalam teknologi. Sebagai
contoh, mulai tahun 90-an para manufaktur industri yang bergerak di bidang
Distributed Control System (DCSs), Programmable Controllers (PLCs), dan
Microcontrollers (MCUs) telah menyatukan sistem logika fuzzy pada barang
produksi dan memiliki prospek ekonomi yang baik. Pada saat yang bersamaan,
pertumbuhan yang luar biasa terjadi pada industri perangkat lunak yang
menawarkan kemudahan penggunaan logika fuzzy dan penerapan logika fuzzy
pada setiap aspek kehidupan sehari-hari.
Pada penelitian sebelumnya sudah pernah dilakukan penelitian oleh
penulis mengenai pengunaan model pengontrol suhu ruangan dengan kontroler
fuzzy dengan sistem pendingin menggunakan termoelektrik. Namun dalam
penelitian sebelumnya hasil yang diperoleh masih belum baik, karena pada
penelitian sebelumnya masih deperoleh steady state error sebesar 4,42%-9,03%
dengan overshoot sebesar 11.06% - 32.5%[4]. Sehingga pada penelitian ini akan
memperbaiki hasil penelitian yang sebelumnya. Pada penelitian ini suhu yang
diatur hanya pada suhu 18°C-25°C.
1.3
Tujuan dan Manfaat:
Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan Model pengontrol suhu ruangan
dengan menggunakan kontroler fuzzy.
Manfaat yang akan dicapai adalah:
1. Untuk masyarakat umum
Masyarakat akan memperoleh suatu pendingin ruangan yang stabil dan
mudah dalam perbaikan dan perawatan, serta ramah lingkungan.
2. Untuk perkembangan ilmu pengetahuan
a.
Menambah literatur aplikasi bersama antara devais, elektronika
analog, elektronika digital dan mikrokontroler.
b. Menambah satu aplikasi dari kontroller fuzzy.
1.4
Batasan Masalah :
Pembahasan perancangan model pengontrol suhu ruangan dengan logika
fuzzy lebih difokuskan dalam batasan-batasan masalah sebagai berikut:
1. Menggunakan kontroller Fuzzy dengan mikrokontroller AVR seri
ATMega8535.
2. Jumlah Membership 7.
3. Bahasa pemprogaman menggunakan AVR GCC
bawaan dari AVR
studio4 dengan kompiler WinAVR.
4. Sistem mengontrol kecepatan putaran kipas dan suhu ruangan
5. Suhu ruangan dibatasi pada suhu 18-25°C
6. Kecepatan kipas dibatasi pada 800-1000 rpm.
7. Input berupa nilai suhu dan kecepatan kipas yang diinginkan
8. Output berupa tampilan suhu ruangan dan kecepatan putaran kipas dengan
LCD
9. Ukuran model 30x20x30 cm untuk bagian luar dan 25x15x25 cm untuk
bagian dalam.
10. Sensor yang digunakan adalah LM35 sebagai sensor suhu dan
optocoupler sebagai sensor kecepatan kipas.
11. Pendingin menggunakan termoelektrik dan kipas DC.
12. Program VB 6.0 hanya sebagai program bantuan untuk menyimpan data.
13. Pengujian gangguan dilakukan dengan membuka pintu model ruangan
selama 10 detik.
1.5
Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah mengumpulkan
sejumlah referensi atau literatur dari perpustakaan, internet dan sebagainya,
kemudian menyusun perancangan dan melakukan serangkaian percobaan untuk
merealisasikan perancangan.
Pengujian dilakukan dengan memberikan gangguan pada sistem dengan
cara membuka dan menutup pintu pada model, mengambil data melalui sensor
dan menganalisis bagaimana kontrol fuzzy menangani gangguan yang diberikan.
Hasil yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah menghasilkan suatu
kontroller fuzzy yang handal dan bisa memberikan pengendalian yang sangat baik
untuk mengontrol suhu ruangan, serta memperbaiki hasil penelitian sebelumnya.
1.6
Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini memiliki sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
BAB ini berisi latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat penelitian,
batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II : DASAR TEORI
BAB ini berisi studi pustaka tentang landasan teori penelitian:
termoelektrik,
mikrokontroler
Atmega8535,
rangkaian
elektronika
yang
digunakan, Visual Basic 6.0, sistem kendali fuzzy dan tanggapan transien.
BAB III : RANCANGAN PENELITIAN
BAB ini berisi tentang diagram blok perancangan, perancangan perangkat
keras (hardware) dan perancangan perangkat lunak (software) dari peralatan yang
akan dibuat.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
BAB ini berisi hasil perancangan perangkat keras, data hasil pengujian,
analisis data dan pembahasan.
BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN
BAB ini berisi tentang kesimpulan akhir dan saran-saran penulis tentang
alat yang dibuat.
BAB II
DASAR TEORI
2.1.
Termoelektrik
Termoelektrik merupakan sebuah fenomena terjadinya perubahan sifat-
sifat termodinamika menjadi sifat-sifat elektrik dan sebaliknya[1]. Dua buah
batang dari bahan logam yang berbeda disambungkan pada kedua ujungnya
sehingga membentuk sebuah rangkaian tertutup. Ketika salah satu ujung
dipanaskan maka pada rangkaian tertutup tersebut akan mengalir arus. Fenomena
ini dinamakan efek Seebeck, karena ditemukan oleh Thomas Seebeck pada tahun
1821.
Begitu pula bila dilakukan hal yang sebaliknya, yaitu jika rangkaian
tertutup dari dua batang logam berbeda bahan yang disambungkan tersebut
dialirkan arus listrik. Pada salah satu ujung sambungan akan menyerap kalor,
sehingga menjadi hangat dan pada ujung sambungan lainnya akan terasa dingin.
Fenomena ini ditemukan Jean Charles Athanase Peltier pada tahun 1834, sehingga
dinamakan efek Peltier.
Efek Peltier inilah yang menjadi dasar bagi refrigerator termoelektrik.
Dengan menempatkan ujung dari sambungan yang menyerap kalor pada ruang
yang akan didinginkan, maka ruang tersebut lama-kelamaan akan menjadi dingin
akibat kalor dipindahkan ke tempat lain hanya menggunakan energi elektrik tanpa
melibatkan refrigeran apapun.
Salah
satu
rangkaian
refrigerator
termoelektrik
adalah
dengan
menggunakan bahan semikonduktor. Penggunaan bahan semikonduktor tipe-p dan
tipe-n adalah untuk memperluas permukaan dari tempat penyerapan dan pelepasan
kalor dapat dilihat pada gambar 2-1 dan gambar 2-2.
Gambar 2-1 Efek peltier yang terjadi pada rangkaian tertutup dari dua
batang logam berbeda bahan.
Gambar 2-2 Potongan melintang sambungan termoelektrik dengan
sepasang semikonduktor tipe “P” dan tipe “N”
Ketika elektron berpindah dari bahan tipe P ke bahan tipe N melalui suatu
sambungan elektrik, elektron melompat ke energi yang lebih tinggi dengan
menyerap energi panas (pada sisi dingin). Secara berlanjut melalui kisi-kisi bahan,
elektron mengalir dari bahan tipe N ke bahan tipe P melalui suatu sambungan
elektrik, sambil melepaskan keadaan energi panas yang melemah ke bagian sisi
panas.
2.2
Rangkaian Elektronis
2.2.1
Penguat Non-Inverting
Untuk memperbesar suatu sinyal yang kecil tanpa mengubah fasanya,
maka diperlukan suatu rangkaian penguat non-inverting, Rangkaian ini
ditunjukkan pada gambar 2-3.
Gambar 2-3 Penguat non-inverting
Nilai tegangan keluaran (Vout) dapat dirumuskan sebagai berikut[5,6]:
Vout = (1+
Rf
) vin
R
(2.1)
Dengan penguatan tegangan (Av) sebagai berikut:
Av = (1+
2.2.2
Rf
)
R
(2.2)
Komparator
Ketika masukan lebih tinggi daripada suatu batasan tertentu, keluaran
komparator tinggi. Bila masukan berada di bawah batasan lain (batas bawah),
maka keluarannya rendah. Rangkaian ini disebut komparator karena keluarannya
akan berubah bila nilai masukannya lebih tinggi atau lebih rendah dari V ref nya.
Rangkaian komparator dan kurva karakteristiknya ditunjukkan pada gambar 2-4.
Gambar 2-4 Komparator
Nilai tegangan keluaran (Vout) dapat dirumuskan sebagai berikut [5,6]:
2.2.3
Vin > Vref maka Vout = +Vsat
Vin < Vref maka Vout = -Vsat
(2.3)
(2.4)
Vin = Vref
(2.5)
maka Vout = 0
Frequency-to-Voltage Converters
Frequency-to-Voltage Converters digunakan untuk mengubah sinyal
berupa frekuensi menjadi sinyal DC.
Frequency-to-Voltage Converters
menggunakan rangkaian dengan IC LM331 yang bekerja dengan supply 4.5-15V.
mampu mengkonversi sinyal frekuensi hingga 10KHz. Rangkaian frekuensi yang
umum menggunakan IC LM331 dapat dilihat pada gambar 2-5.
Gambar 2-5 Rangkaian Frequency-to-Voltage Converters dengan IC LM331[18]
Keluran tegangan dapat dirumuskan sebagai berikut [18]:
Vout = -fin . 2,09V .
2.2.4
RL
. (Rt . Ct)
Rs
(2.6)
Sensor Suhu LM35
Sensor suhu memiliki kemampuan untuk mengetahui suhu ruangan dalam
skala °C dengan keluaran tegangan 10mV untuk setiap °C. Dapat bekerja dengan
supply 4-35V. Rentang suhu yang mampu diukur oleh sensor adalah dari -5°C s/d
150°C [19].
2.2.5
Opto-Couple
Opto-couple merupakan sensor yang biasanya terdiri dari LED IR dan
fototransistor[20]. Bekerja dengan mendeteksi ada tidaknya cahaya IR yang mengenai
fototransistor.
2.2.6 Transistor Konfigurasi Darlington
Transistor konfigurasi darlington ini digunakan untuk memperoleh
yang
besar, sehingga dengan arus (IB) yang kecil transistor dapat menarik arus(IC)
yang besar. Transistor konfigurasi darlington ditunjukkan oleh gambar 2-10.
Dengan IB yang kecil diperoleh IC yang besar sehingga transistor
konfigurasi darlington ini dapat digunakan sebagai saklar untuk mengendalikan
kecepatan putaran kipas yang dapat dikontrol menggunakan PWM.
IC =
IB. 1. 2
(2.7)
Gambar 2-6 Transistor dengan konfigurasi dharlington[6]
2.2.7 MOSFET Sebagai Saklar
Rangkaian MOSFET sebagai saklar ditunjukkan oleh gambar 2.16.
Gambar 2-7 Rangkaian MOSFET sebagai switching
.
MOSFET mampu menangani arus dan tegangan yang lebih besar
dibandingkan dengan transistor biasa dan hampir tidak diperlukannya arus pada
Gate untuk dapat bekerja, karena besarnya ID dipengaruhi oleh besarnya VGS. Jika
digunakan sebagai saklar, maka besarnya ID dibatasi oleh besarnya beban, dengan
IDL maksimal adalah:
IDL =
VCC
RL
(2.8)
2.3.
Mikrokontroler AVR Seri ATmega8535
2.3.1
Gambaran Umum
Mikrokontroller AVR Seri ATmega8535
memiliki arsitektur Reduced
Instruction Set Computing (RISC) 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam
kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian intruksi dieksekusi dalam satu siklus
clock[7].
2.3.2
Fitur ATmega8535[7]
Kapabilitas detail dari ATmega8535 adalah sebagai berikut :
a. Mikrokontroler AVR berkemampuan tinggi.
b. Didesain berdaya rendah dan semua operasi bersifat statis.
c. Memory flash sebesar 8K – bytes.
d. EEPROM sebesar 512 bytes.
e. SRAM internal sebesar 512 bytes.
f. Dua buah timer / counter 8 – bit.
g. Satu buah timer / counter 16 – bit.
h. PWM (Pulse Width Modulation) sebanyak 4 (empat) kanal (channels).
i.
ADC (Analog – to – Digital Converter) internal dengan fidelitas 10 –
bit sebanyak 8 channels.
j.
Portal komunikasi serial (USART)
k. Analog comparator internal.
l.
Enam pilihan mode sleep penghemat penggunaan daya listrik.
m. Tegangan operasi 2,7-5,5V (untuk ATmega8535L) dan 4,5-5,5V
(untuk ATmega8535).
n. Kecepatan maksimal 16 MHz.
o. Antarmuka SPI.
p. Unit interupsi internal dan eksternal.
q. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D
r. ATmega8535terdiri dari 40-pin PDIP, 44-lead TQFP dan 44-pad MLF.
2.3.3
Peta Memori
AVR ATMega memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori
progaram yang terpisah[7]. Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah
register umum, 64 buah register I/O, yaitu $00 sampai $1F, dan 512 byte SRAM
Internal.
2.3.4
Interupsi
Interupsi adalah kondisi yang membuat CPU berhenti dari rutinitas yang
sedang dikerjakan (rutin utama) untuk mengerjakan rutin lain (rutin interupsi). Di
dalam AVR ATmega sendiri memiliki 21 sumber interupsi internal dan
eksternal[7].
Pada AVR terdapat 3 pin untuk interupsi eksternal, yaitu INT0, INT1, dan
INT2. Interupsi eksternal dapat dibangkitkan apabila terdapat perubahan logika 0
pada pin interupsi. Pengaturan kondisi keadaan yang menyebabkan terjadinya
interupsi eksternal diatur oleh register MCUCR (MCU Control Register) yang
terlihat seperti gambar 2-8.
Gambar 2-8 Register MCUCR[7]
Tabel 2-1 Beberapa Setting Kondisi yang Menyebabkan Interupsi Eksternal1[7]
ISC11
0
0
ISC10
0
1
1
0
1
1
DESKRIPSI
Logika 0 pada pin INT1 menyebabkan interupsi
Perubahan logika pada pin INT1 menyebabkan
interupsi
Perubahan kondisi 1 ke 0 pada pin INT1
menyebabkan interupsi
Perubahan kondisi 0 ke 1 pada pin INT1
menyebabkan interupsi
Tabel 2-2 Beberapa Setting Kondisi yang Menyebabkan Interupsi Eksternal 2[7]
ISC01
0
0
ISC00
0
1
1
0
1
1
DESKRIPSI
Logika 0 pada pin INT0 menyebabkan interupsi
Perubahan logika pada pin INT0 menyebabkan
interupsi
Perubahan kondisi 1 ke 0 pada pin INT0
menyebabkan interupsi
Perubahan kondisi 0 ke 1 pada pin INT0
menyebabkan interupsi
Pemilihan pengaktifan interupsi eksternal diatur oleh register GIRC (General
Interrupt Control Register) yang terlihat seperti gambar 2-9:
Gambar 2-9 Register GICR[7]
Bit penyusun register GICR dapat dijelaskan sebagai berikut :
a. Bit INT1 = 1 maka interrupt eksternal 1 aktif.
b. Bit INT0 = 1 maka interrupt eksternal 0 aktif.
c. Bit INT2 = 1 maka interrupt eksternal 2 aktif.
2.3.5
Timer /Counter
AVR ATmega8535 memiliki tiga buah timer, yaitu Timer / Counter 0 (8 bit),
Timer / Counter 1 (16 bit), Timer / Counter 2 (8 bit).
a. Timer / Counter 0
Pengaturan diatur oleh TCCR0 (Timer / Counter Control Register0) yang
dapat dilihat pada gambar 2-10 dan tabel 2-4.
Gambar 2-10 Register TCCR0[7]
Tabel 2-3 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clock[7]
CS02
0
0
0
0
1
1
1
1
CS01 CS00
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
Description
Timer / Counter berhenti (tidak aktif)
Clock tanpa prescaling
Clock / 8
Clock / 64
Clock / 256
Clock / 1024
Sumber clock berasal dari pin T0. clock dengan falling edge
Sumber clock berasal dari pin T0. clock dengan rising edge
b. Timer / Counter 1
Pengaturan diatur oleh TCCR1B (Timer / Counter Control Register 1B)
yang dapat dilihat pada gambar 2-11 dan tabel 2-5.
Gambar 2-11 Register TCCR1B[7]
Tabel 2-4 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clock[7]
CS12
0
0
0
0
1
1
1
1
CS11 CS10
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
Description
Timer / Counter berhenti (tidak aktif)
Clock tanpa prescaling
Clock / 8
Clock / 64
Clock / 256
Clock / 1024
Sumber clock berasal dari pin T1. clock dengan falling edge
Sumber clock berasal dari pin T1. clock dengan rising edge
c. Timer / Counter 2
Pengaturan diatur oleh TCCR2 (Timer / Counter Control Register2) yang
dapat dilihat pada gambar 2-12 dan tabel 2-6
Gambar 2-12 Register TCCR2[7]
Tabel 2-5 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clock[7]
CS22 CS21 CS20 Description
0
0
0
0
1
10
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Timer / Counter berhenti (tidak aktif)
Clock tanpa prescaling
Clock / 8
Clock / 32
Clock / 64
Clock / 128
Clock / 256
Clock / 1024
2.3.6
ADC (Analog To Digital Converter)
Proses inisialisasi ADC meliputi proses penentuan clock, tegangan
referensi, format output data, dan mode pembacaan. Register yang perlu diset
nilainya adalah ADMUX (ADC Multiplexer Selection Register), ADCSRA (ADC
Control and Status Register A), dan SFIOR (Special Function IO Register).
ADMUX merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan tegangan
referensi ADC, format data Output, dan saluran ADC yang digunakan.
Konfigurasinya seperti gambar 2-13:
Gambar 2-13 Register ADMUX[7]
Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. REFS[1..0]
merupakan
bit
pengatur
tegangan
referensi
ADC
ATMega8535.
Tabel 2-6 Beberapa setting kondisi untuk memilih tegangan referensi[7]
REFS[1..0]
00
01
10
11
Mode tegangan referensi
Berasal dari pin AREF
Berasal dari pin AVCC
Tidak digunakan
Berasal dari tegangan referensi internal sebesar 2,56V
b. ADLAR merupakan bit pemilih mode data keluaran ADC. Penjelasannya
dapat dilihat pada gambar 2-14 dan gambar 2-15:
Gambar 2-14 Format data ADC dengan ADLAR=0 [7]
Gambar 2-15 Format data ADC dengan ADLAR=1 [7]
c. MUX[4..0] merupakan bit pemilih saluran pembacaan ADC. Dengan nilai
awal 00000 , maka bila nilai MUX tidak diubah secara otomatis kanal
ADC yang dipilih adalah ADC0, sedangkan untuk pemilihan kanal yang
lain dilakukan dengan mengubah settingan MUX.
d. ADCSRA merupakan register 8 bit yang berfungsi melakukan manajemen
sinyal kontrol dan status dari ADC. ADCSRA memiliki susunan seperti
gambar 2-16.
Gambar 2-16 Register ADCSRA [7]
Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. ADEN merupakan bit pengatur aktivasi ADC. Bernilai awal 0. Jika
bernilai 1, maka ADC aktif.
b. ADSC merupakan bit penanda mulainya konversi ADC. Bernilai awal 0
selama konversi ADC akan bernilai 1, sedangkan jika konversi telah
selesai, akan berniai 0.
c. ADATE merupakan bit pengatur aktivasi picu otomatis operasi ADC.
Bernilai awal 0. Jika berjilai 1, operasi konversi ADC akan dimulai pada
saat transisi positif dari sinyal picu yang dipilih. Pemilihan sinyal picu
menggunakan bit ADTS pada register SFIOR.
d. ADIF merupakan bit penanda akhir suatu konversi ADC. Bernilai awal 0.
Jika bernilai 1, maka donversi ADC pada suatu saluran telah selesai dan
data siap diakses.
e. ADIE merupakan bit pengatur aktivasi interupsi yang berhubungan dengan
akhir konversi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1 dan jika sebuah
konversi ADC telah selesai, sebuah interupsi akan dieksekusi.
f. ADPS[2..0] merupakan bit pengatur clock ADC. Bernilai awal 000 yang
berarti frekuensi ADC menyelesaikan konversi adalah setengah dari
frekuensi osilator yang digunakan. Sedangkan jika diinginkan frekuensi
yang lebih rendah dapat dilakukan dengan mengubah nilai settingan ADPS
yang dapat dilihat pada tabel 2-7.
Tabel 2-7 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC [7]
ADPS[2..0]
000
001
010
011
100
101
110
111
2.3.7
Frekuensi ADC
Frekuesi osilator/2
Frekuesi osilator/2
Frekuesi osilator/4
Frekuesi osilator/8
Frekuesi osilator/16
Frekuesi osilator/32
Frekuesi osilator/64
Frekuesi osilator/128
Komunikasi Serial ATMega8535
ATMega8535 telah dilengkapi Universal Synchronous and Asynchronous
serial Receiver and Transmitter (USART). Melalui USART dapat dilakukan
komunikasi secara serial dengan komputer atau perangkat lainnya[7]. Sistem
USART ATMega8535 memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan
sistem UART, yaitu :
1. Operasi full duplex
2. Mode operasi asinkron dan sinkron
3. Mendukung komunikasi multiprosesor
4. Mode kecepatan transmisi berorde Mbps
Komunikasi USART dilakukan melalui pin RXD (PD0) dan TXD (PD1)
serta pin XCK (PB0) untuk komunikasi synchronous . Untuk mengontrol USART
digunakan register UCSRA, UCSRB dan UCSRC ( USART Control and Status
Register A,B,C ) dan UBRR ( USART Baud Rate Register ).
UCSRA (USART Control and Status Register A)
• RXC – USART Receive Complete, bit ini akan aktif jika ada data masuk.
• TCX – USART Transmit Complete, bit ini akan aktif pada saat selesai
melakukan pengiriman data.
Tabel 2-8 UCSRA (USART Control and Status Register A)[7]
Bit
7
RXC
Read/Write
R
Initial Value
0
•
6
TXC
R/W
0
5
UDRE
R
1
4
FE
R
0
3
DOR
R
0
2
PE
R
0
1
U2X
R/W
0
0
MPCM
R/W
0
UDRE – USART Data Register Empty, bit ini menandakan transmitter
siap untuk menerima data.
•
FE – Framing Error, bit ini akan aktif jika terdapat error saat menerima
data.
•
DOR – Data OveRun, bit ini akan aktif jika ada data yang masuk namun
register UDR penuh ( belum dibaca ).
•
PE – Parity Error, bit ini akan aktif jika terdapat error parity saat
menerima data.
•
U2X – Double USART Transmission Speed, bit ini digunakan untuk
men-doubel kecepatan baud rate.
•
MPCM – Multiprocessor Communication Mode
UCSRB (USART Control and Status Register B )
Tabel 2-9 UCSRB (USART Control and Status Register B)[7]
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
Read/Write
Initial Value
RXCIE
R/W
0
TXCIE
R/W
0
UDRIE
R/W
0
RXEN
R/W
0
TXEN
R/W
0
UCSZ2
R/W
0
RXB8
R
0
TXB8
R/W
0
UCSRB merupakan register 8 bit pengatur aktivasi penerima dan pengirim
USART.
•
RXCIE – USART Receive Complete Interrupt Enable, mengatur aktivasi
interupsi penerimaan data serial. Bernilai awal 0 sehingga proses
penerimaan data berdasar pada sistem pooling. Jika bernilai 1 dan jika bit
RXC pada UCSRA bernilai 1, interupsi penerimaan data serial akan
dieksekusi.
•
TXCIE – USART Transmit Complete Interrupt Enable, mengatur
aktivasi interupsi pengiriman data serial. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1
dan jika bit pada TXC pada UCSRA bernilai 1, interupsi pengiriman data
serial akan dieksekusi.
•
UDRIE – USART Data Register Empty Interrupt Enable, mengatur
aktivasi interupsi yang berhubungan dengan kondisi bit UDRE pada
UCSRA. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1 maka interupsi akan terjadi han
GAS AKH
HIR
MOD
DEL PEN
ENGONT
NTROL SUHU
S
R
RUANG
GAN
DEN
NGAN PENGEN
P
ENDALI LOGIK
IKA FUZZ
ZZY
Diajukan
kan untuk Me
Memenuhii Salah
S
Satu
tu Syarat
Memp
mperoleh Ge
Gelar Sarjana
ana Teknikk pada
p
Program
P
St
Studi Teknik
nik Elektro
Fak
akultas Sain
in dan Tekno
nologi Unive
iversitas San
anata Dharm
rma
di
disusun oleh:
h:
TJIN
JIN YATMIK
IKO
NIM
IM: 04511400
001
PROGR
GRAM STU
UDI TEKN
NIK ELEK
EKTRO
FAKUL
ULTAS SAI
AINS DAN
N TEKNOL
OLOGI
UNIV
IVERSITAS
AS SANAT
TA DHARM
RMA
YOG
GYAKART
RTA
2008
FINAL
AL PROJE
JECT
AIR CONDIT
C
ITIONIN
ING MOD
ODEL WIITH FUZ
UZZY
LO
LOGIC
C
CONTRO
ROLLER
R
Presente
nted as onee oof the requi
uirement to obtain
Sarjana Teknik
Te
Degr
egree in Elec
lectrical Engi
ngineering
Scien
ience and Technology
Tec
y Faculty
F
San
Sanata Dharm
arma Univers
ersity
by:
TJIN
JIN YATMIK
IKO
Studentt N
Number: 045
45114001
ELE
LECTRICA
AL ENGIN
INEERING
G STUDY PROGRA
AM
SCIENCE
CE AND TE
TECHNOLO
LOGY FAC
ACULTY
SAN
NATA DHA
HARMA UNIVERSIT
UN
SITY
YOG
GYAKART
RTA
2008
LEMBAR 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 karya ilmiah.
Yogyakarta, 28 Juli 2008
Penulis
Tjin Yatmiko
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
INTISARI
Pendingin ruangan saat ini masih banyak yang menggunakan refrigeran
yang mengandung klor (Cl) seperti freon atau CFC (Chlorofluorocarbon). Zat
tersebut ternyata tidak ramah lingkungan. Zat-zat tadi dapat merusak lapisan ozon
di atmosfer bumi dan berdampak pemanasan global.
Pada penelitian ini penulis menggunakan termoelektrik sebagai komponen
utama untuk mendinginkan ruangan. Data dari sensor suhu dan sensor kecepatan
kipas melalui ADC internal di ubah ke digital dan diproses lebih lanjut untuk
dibandingkan dengan nilai setpoint dan akan dihasilkan suatu nilai error.
Kemudian nilai error ini akan diolah sesuai dengan aturan logika fuzzy
menggunakan mikrokontroler ATmega8535. Data yang diolah akan ditampilkan
ke LCD dan komputer. Data yang ditampilkan ke komputer menggunakan
komunikasi serial. Data disimpan dalam format excel sehingga dapat diolah
dengan mudah dalam bentuk grafik. Data-data tersebut diolah menggunakan
Visual Basic 6.0.
Dari hasil pengujian dan analisa, alat ini dapat mengendalikan suhu model
ruangan dan kecepatan kipas dengan tingkat kesalahan (steady state error) kurang
dari 5%.
Kata Kunci : termoelektrik, mikrokontroler AVR, Logika Fuzzy
ABSTRACT
Nowadays, most of air conditioning use refrigerant contains chlorine (CL)
such as freons or CFC (Chlorofluorocarbon). They bring harmful effects to the
environment. They can destroy ozone layer in the atmosphere and cause global
warming.
Thermoelectric is used in this research as the main component to
refrigerate the room. The data from temperature and velocity censors are changed
into digital form through internal ADC. Then they are processed to compare with
the set point values. The results are error values. Those error values will be
processed using ATmega8535 microcontroller agree with fuzzy logic rules. The
processed data will be displayed on the LCD and the computer. In the computer
the serial communication is used to transfer data. The data are stored in excel
format to be processed easily into graph. They are processed using Visual Basic
6.0.
From the test and analytical results, the device is able to control the mode
room temperature and the fan velocity with the steady state error less than 5 %.
Keywords : thermoelectric, microcontroller, fuzzy logic
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis
berjudul “Model Pengontrol Suhu Ruangan Dengan Pengendali Logika Fuzzy
(Air Conditioning Model With Fuzzy Logic Controller)”
Karya tulis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.
Penulisan skripsi ini didasarkan pada hasil-hasil yang penulis dapatkan selama
tahap perancangan, pembuatan dan pengujian alat.
Penulisan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Untuk itu,
penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua penulis yang telah memberikan semangat dan doa yang tak
pernah putus sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Ibu B. Wuri Harini, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I karya tulis yang
telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk membimbing penulis.
3. Bapak Ir. Tjendro, selaku dosen pembimbing II karya tulis yang telah
meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk membimbing penulis.
4. Bapak Ir. Bayu Primawan, M. Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
5. Romo Ir. Greg. Heliarko SJ.,SS.,BST.,MA.,MSC Selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
6. Rekan-rekan yang telah memberikan dukungan kepada penulis dalam
pengerjaan karya tulis ini: Emerita Setyowati (Fisika UGM), Henry Rawung
(TE’04), Willi (TE’04), Sevriady (TE’04), Suci Apsari (TE’04), Ni Made Juli
Artuti (TE’04), Yustina (TE’04).
7. Segenap dosen dan laboran Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.
8. Segenap karyawan sekretariat Fakultas Teknik.
9. Teman-teman mahasiswa jurusan Teknik Elektro dan semua pihak yang tidak
dapat disebutkan satu persatu atas setiap bantuannya.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan dari
penulisan karya tulis ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat
membangun sangat penulis harapkan.
Akhir kata, semoga skripsi ini berguna bagi semua pihak dan dapat
menjadi bahan kajian lebih lanjut.
Yogyakarta, 28 Juli 2008
Penulis
Tjin Yatmiko
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL.........................................................................................
i
HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INGGRIS....................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING...................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI...........................................................
iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA.........................................
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN....................................................................
vi
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH……………………………………………………………………….
vii
INTISARI.........................................................................................................
viii
ABSTRACT........................................................................................................
ix
KATA PENGANTAR......................................................................................
x
DAFTAR ISI....................................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR........................................................................................
xvii
DAFTAR TABEL.............................................................................................
xxiii
DAFTAR LAMPIRAN.....................................................................................
xxv
BAB I. PENDAHULUAN ..............................................................................
1
1.1
Judul ......................................................................................................
1
1.2
Latar Belakang Masalah ………………………………………………
1
1.3
Tujuan dan Manfaat ..............................................................................
3
1.4
Batasan Masalah ...................................................................................
3
xii
1.5
Metodologi Penelitian............................................................................
4
1.6
Sistematika Penulisan ...........................................................................
5
BAB II. DASAR TEORI ..................................................................................
7
2.1.
Termoelektrik ........................................................................................
7
2.2
Rangkaian Elektronis ............................................................................
9
2.2.1 Penguat Non-Inverting ..............................................................
9
2.2.2 Komparator ...............................................................................
9
2.2.3 Frequency-to-Voltage Converters..............................................
10
2.2.4 Sensor Suhu LM35…………………………………………….
11
2.2.5 Opto-Couple……………………………………………………
11
2.2.6 Transistor Konfigurasi Darlington ……………………………
11
2.2.7 MOSFET Sebagai Saklar ……………………………………..
12
Mikrokontroler AVR Seri ATmega8535 .....………………………….
13
2.3.1 Gambaran Umum …………………...…………………………
13
2.3.2 Fitur ATmega8535 [7]…………………………………………
13
2.3.3 Peta Memori ..........……………………………………………
14
2.3.4 Interupsi ………………….……………………………………
14
2.3.5 Timer /Counter……...…………………………………………
16
2.3.6 ADC (Analog To Digital Converter)………………………….
18
2.3.7 Komunikasi Serial ATMega8535 …………………………….
20
2.3.
xiii
2.4.
LCD HD44780 [ 7 ] ………………………………………………..…
26
2.4.1 Proses Menampilkan Karakter di LCD …………………….....
27
2.5.
Keypad……...………………………………………………………….
27
2.6
Komunikasi Serial RS232 ……….…………………………………....
28
2.7 Konfigurasi Serial DB-9 ………………………………………………….
30
2.8
Visual Basic ………………………………………………………......
33
2.8.1 Penggunaan Komponen Timer ………………………………....
33
2.8.2 Penggunaan Komponen Label ………………………………….
34
2.8.3 Penggunaan Komponen TextBox ...…………………………….
34
2.8.4 Penggunaan Komponen Command Button……………………..
35
2.8.5 Pengaksesan dengan menggunakan Kontrol MSComm …..……
35
Sistem Kendali Fuzzy ............................................................................
36
2.9.1 Himpunan Klasik (crisp) ...........................................................
36
2.9.2 Logika Fuzzy .............................................................................
38
2.9.3 Fusifikasi (fuzzification) ............................................................
39
2.9.4 Inferensi .....................................................................................
41
2.9.5 Komposisi ..................................................................................
42
2.9.6 Defusifikasi (defuzzification) .....................................................
42
2.9.7 Logika Fuzzy dalam Teknik Kendali ........................................
43
Tanggapan Transien …….……………………………………………..
50
2.9.
2.10
BAB III. RANCANGAN PENELITIAN .........................................................
52
3.1
52
Diagram Blok ........................................................................................
xiv
3.2
3.3
Perancangan Perangkat Keras ...............................................................
55
3.2.1 Pengkondisi sinyal.....................................................................
55
3.2.1.1 Penguat Non-Inverting..................................................
55
3.2.1.2 Opto-coupler sebagai Sensor Kecepatan Motor ............
57
3.2.1.3 Komparator ……………………………………………
58
3.2.1.4 Frequency-to-Voltage Converters .................................
58
3.2.2 Driver Kipas …………………………………………………..
59
3.2.3 Penguat Daya …………………………………………………
61
3.2.4 Antarmuka Mikrokontroler ATmega8535 dengan HD44780…
62
3.2.5 Keypad ………………………………………………………..
63
Perancangan Perangkat Lunak ..............................................................
64
3.3.1 Perancangan Program pada Mikrokontroler .............................
64
3.3.1.1 Tampilan Awal Program ...............................................
65
3.3.1.2 Meminta Masukan Data ................................................
66
3.3.1.3 Pengolahan Data ………………………………………
67
3.3.1.4 Subrutin Baca ADC ……………………………….......
68
3.3.1.5 Fuzzy …………………………………………………..
69
3.3.1.6 Keypad …………………………………………….......
70
3.3.2 Perancangan Membership ……………………….........
71
3.3.3 Perancangan Perangkat Lunak Pada Visual Basic 6.0 ..
72
3.3.3.1 Program Form Eksekusi ………………………………
72
3.3.3.2 Interupsi Timer …………………………......................
72
3.3.3.3 Interupsi Commond Button Untuk Form Eksekusi .......
73
xv
3.3.3.4 Interupsi Commond Button Untuk Form Pembuka .......
76
3.3.3.5 Menampilkan Data ke Visual Basic ..............................
77
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN …….………………………………
78
4.1
Hasil Pengujian Terhadap Plant ………………………………………
78
4.2
Hasil Pengujian Terhadap Plant Dengan Gangguan ...……………….
84
4.2
Tampilan Pada LCD …………………………………………….........
87
4.3
Pengujian Terhadap program di VB 6.0 ………………………...........
88
4.4
Hasil Pengujian Terhadap Pengkondisi Sinyal Sensor ……………….
91
4.4.1 Penguat Non-Inverting ……………………………………….
91
4.1.2 Driver Kipas …………………………………….…………….
92
4.1.3 Frequency-to-Voltage Converters……………………………..
95
4.1.4 Penguat Daya …………………………………….……….......
96
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN………………………………...........
97
5.1 Kesimpulan ………………………..………………………………...........
97
5.2 Saran ………………………………………………………………...........
97
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xvi
DAFTAR GAMBAR
1.
Gambar 2-1 Efek peltier yang terjadi pada rangkaian tertutup dari dua
batang logam berbeda bahan .................................................................
2.
8
Gambar 2-2 Potongan melintang sambungan termoelektrik dengan
sepasang semikonduktor tipe “P” dan tipe “N” ....................................
8
3.
Gambar 2-3 Penguat non-inverting ......................................................
9
4.
Gambar 2-4 Komparator ......................................................................
10
5.
Gambar 2-5 Rangkaian Frequency-to-Voltage Converters dengan IC
LM331 [18] ……………………………………………………………
10
6.
Gambar 2-6 Transistor dengan konfigurasi dharlington .......................
12
7.
Gambar 2-7 Rangkaian MOSFET sebagai switching ...........................
12
8.
Gambar 2-8 Register MCUCR[7]........................................................
15
9.
Gambar 2-9. Register GICR[7].............................................................
15
10.
Gambar 2-10 Register TCCR0[7] ………………………….................
16
11.
Gambar 2-11 Register TCCR1B[7] …………………………………..
17
12.
Gambar 2-12 Register TCCR2[7] …………………………………….
17
13.
Gambar 2-13 Register ADMUX[7] .....................................................
18
14.
Gambar 2-14 Format data ADC dengan ADLAR=0 [7] ....................
18
15.
Gambar 2-15 Format data ADC dengan ADLAR=1 [7] ....................
19
16.
Gambar 2-16 Register ADCSRA[7].....................................................
19
17.
Gambar 2-17 Pin LCD HD44780 …………………………………….
26
18.
Gambar 2-18 Rangkaian keypad ...........................................................
28
19.
Gambar 2-19 Level Tegangan RS 232[14,15] ………………………..
29
20.
Gambar 2-20 Konfigurasi IC MAX232 ………………………………
29
21.
Gambar 2-21 Circuit Diagram MAX 232 …………………………….
30
22.
Gambar 2-22 Konfigurasi Serial DB-9[14]..………………………….
30
23.
Gambar 2-23 Himpunan klasik dingin, sejuk dan panas ......................
37
24.
Gambar 2-24. Tahapan proses dalam logika fuzzy[10] ........................
39
25.
Gambar 2-25. Fungsi keanggotaan variabel masukan suhu_ruangan ...
40
26.
Gambar2-26. Metode defusifikasi dengan Height[12].........................
43
27.
Gambar 2-27 Arsitektur pengendali Fuzzy[11,13]..............................
44
28.
Gambar 2-28. Arsitektur umum sistem pengendali fuzzy [11,13].......
45
29.
Gambar 2-29. Aturan-aturan kendali untuk pengendali fuzzy sederhana
secara umum[11,13]..………………………………………………….
46
30.
Gambar 2-30 Membership input error dengan 7 membership(e n ) …..
47
31.
Gambar 2-31 Membership input perubahan error dengan 7 membership
(Ce n ) …………………………………………………………………
47
32.
Gambar 2-32 Membership output dengan 7 membership ( u) ………
48
33.
Gambar 2-33 Contoh proses fusifikasi dan defusifikasi ……………..
49
34.
Gambar 2-34 Kurva tanggapan tangga satuan menunjukkan td, tr, Mp, dan
ts ………………………………………………………………………
51
35.
Gambar 3-1 Diagram blok rancangan …………………………………
52
36.
Gambar 3-2 Rancangan blok diagram closed loop pengendali yang
37.
digunakan ……………………………………………………………..
54
Gambar 3-3Bentuk fisik model ruangan yang digunakan ...................
54
38.
Gambar 3-4 Rancangan rangkaian penguat non-inverting sebagai buffer
untuk sensor suhu ……………………………………………………..
39.
Gambar 3-5 Rancangan rangkaian penguat non-inverting sebagai buffer
pada output untuk mengendalikan penguat daya ……………………..
40.
56
Gambar 3-6 Rancangan rangkaian penguat non-inverting sebagai buffer
pada output untuk mengendalikan driver kipas ………………………
41.
55
56
Gambar 3-7 (a) Rancangan rangkaian opto-coupler, (b) bidang untuk
memantukan dan menyerap cahaya …………………………………..
57
42.
Gambar 3-8 Rancangan rangkaian komparator ………………………
58
43.
Gambar 3-9 Rancangan rangkaian Precision Frequency-to-Voltage
Converter dengan 2 pole ….. …………………………………………
59
44.
Gambar 3-10 Rancangan rangkaian driver kipas DC ...........................
60
45.
Gambar 3-11 (a) Karakteristik Output MOSFET seri IRF740, (b)
Rancangan rangkaian penguat daya menggunakan MOSFET ………..
46.
Gambar 3-12 Rancangan rangkaian antarmuka mikrokontroler
ATmega8535 dengan HD44780 ..........................................................
47.
61
62
Gambar 3-13 Rancangan rangkaian antarmuka mikrokontroler
ATmega8535 dengan keypad ...............................................................
63
48.
Gambar 3-14 Diagram alir kerangka utama program ...........................
64
49.
Gambar 3-15 Diagram alir tampilan awal pada LCD ..........................
65
50.
Gambar 3-16 (a) Contoh tampilan identitas penulis, (b)Contoh tampilan
51.
LCD menunggu input dari keypad ……………………………………
65
Gambar 3-17 Diagram alir minta masukan ……………………………
66
52.
Gambar 3-18 Diagram alir Pengolahan Data ………………………………..
53.
Gambar 3-19 (a) contoh tampilan keluaran sensor pada LCD, (b) contoh
67
tampilan jika setpoint dipanggil ………………………………………
68
54.
Gambar 3-20 Diagram alir subrutin baca ADC ……………………….
68
55.
Gambar 3-21 Diagram alir fuzzy ……………………………………..
69
56.
Gambar 3-22 Diagram alir keypad ……………………………………
70
57.
Gambar 3-23 Membership error dan perubahan error ………………..
71
58.
Gambar 3-24 Membership output yang digunakan untuk suhu ……….
71
59.
Gambar 3-25 Membership output yang digunakan untuk kipas ………
71
60.
Gambar 3-26 Diagram alir program utama untuk visual basic 6.0 …….
72
61.
Gambar 3-27 (a) Diagram alir program interupsi timer mengambil data
dari serial, (b) Diagram alir program interupsi timer untuk menyimpan
data ke exel, (c) Diagram alir program interupsi timer untuk menghitung
berapa kali mikrokontroller mengirimkan data per-detik ....................
62.
73
Gambar 3-28 (a) Diagram alir interupsi commond button”mulai”, (b)
Diagram alir interupsi commond button”berhenti”, (c) Diagram alir
interupsi commond button”selesai”, (d) Diagram alir interupsi commond
button”back”, (e) Diagram alir interupsi commond button”refresh”, (f)
Diagram alir interupsi commond button”simpan” ................................
74
63.
Gambar 3-29 Rencana tampilan Form eksekusi Visual Basic 6.0 …….
75
64.
Gambar 3-30 (a) Diagram alir interupsi commond button”mulai” , (b)
65.
Diagram alir interupsi commond button”Keluar” .................................
76
Gambar 3-31 Rencana tampilan Form Pembuka Visual Basic 6.0 ……
76
66.
Gambar 3-32 Diagram alir menampilkan data ke Visual Basic 6.0 ….
77
67.
Gambar 4-1 Bentuk plant yang digunakan ……………………………
79
68.
Gambar 4-2 Grafik output suhu model ruangan dengan set point suhu =
18°C dengan kecepatan kipas1000 rpm (resolusi waktu =200mS) …..
69.
Gambar 4-3 Grafik output suhu model ruangan dengan set point suhu =
20°C dengan kecepatan kipas1000 rpm (resolusi waktu =200mS)……
70.
85
Gambar 4-10 Grafik tangapan sistem yang diberi gangguan (setpoint suhu
= 25°C dengan kecepatan kipas = 1000 rpm)…………………………
77.
85
Gambar 4-9 Grafik tangapan sistem yang diberi gangguan (setpoint suhu =
20°C dengan kecepatan kipas = 1000 rpm)……………………………
76.
83
Gambar 4-8 Grafik tangapan sistem yang diberi gangguan (setpoint suhu =
18°C dengan kecepatan kipas = 1000 rpm)…………………………...
75.
82
Gambar 4-7 Grafik output suhu model ruangan dengan set point suhu =
20°C dengan kecepatan kipas 800 rpm (resolusi waktu =200mS)……
74.
82
Gambar 4-6 Grafik output suhu model ruangan dengan set point suhu =
20°C dengan kecepatan kipas 800 rpm (resolusi waktu =200mS)..…..
73.
81
Gambar 4-5 Grafik output suhu model ruangan dengan set point suhu =
18°C dengan kecepatan kipas 800 rpm (resolusi waktu =200mS)……
72.
81
Gambar 4-4 Grafik output suhu model ruangan dengan set point suhu =
25°C dengan kecepatan kipas1000 rpm (resolusi waktu =200mS).…..
71.
80
Gambar 4-11 Hasil tampilan pada LCD (a) Tampilan LCD saat supply
dihidupkan, (b) Tampilan LCD setelah 1,5 detik, (c) Tampilan LCD saat
86
diberi input dari keypad, (d) Tampilan LCD saat program pertama kali
melakukan proses pengolahan data, (e) Tampilan LCD untuk sensor..
87
78.
Gambar 4-12 Tampilan Form Pembuka……………………………….
88
79.
Gambar 4-13 Tampilan Form eksekusi………………………………..
89
80.
Gambar 4-14 Contoh data yang disimpan di komputer pada alamat
“E:\skripsiku\data\data1” dengan nama file “da1” dalam format excel.
89
81.
Gambar 4-15 Contoh data yang disimpan pada microsoft exel 2007…
90
82.
Gambar 4-16 Grafik output kecepatan kipas dc sebagai blower dengan set
point = 1000 rpm (resolusi waktu =200mS)…………………………..
83.
Gambar 4-17 Grafik output kecepatan kipas dc sebagai blower dengan set
point = 900 rpm (resolusi waktu =200mS)……………………………
84.
93
Gambar 4-18 Grafik output kecepatan kipas dc sebagai blower dengan set
point = 800 rpm (resolusi waktu =200mS)…………………………....
85.
92
94
Gambar 4-13 (a) dan (b) Keluaran pengkondisi sinyal terhadap masukan
dari sensor kipas……………………………………………………….
95
DAFTAR TABEL
1.
Tabel 2-1 Beberapa Setting Kondisi yang Menyebabkan Interupsi
Eksternal1[7]..........................................................................................
2.
Tabel 2-2 Beberapa Setting Kondisi yang Menyebabkan Interupsi
Eksternal 2[7].........................................................................................
3.
17
Tabel 2-5 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber
clock[7]………………………………………………………………..
6.
16
Tabel 2-4 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber
clock[7]….…………………………………………………………….
5.
15
Tabel 2-3 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber
clock[7]………………………………………………………………..
4.
15
17
Tabel 2-6 Beberapa setting kondisi untuk memilih tegangan
referensi[7]……………………………………………………………
18
7.
Tabel 2-7 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC[7]..............
20
8.
Tabel 2.8 UCSRA (USART Control and Status Register A)[7].….…..
21
9.
Tabel 2.9 UCSRB (USART Control and Status Register B)[7]………
22
10.
Tabel 2.10 UCSRC (USART Control and Status Register C)[7]….….
24
11.
Tabel 2.11 Penentuan Mode Paritas[7]…………………………..……
24
12.
Tabel 2.12 Konfigurasi Pin dan Nama Sinyal Konektor Serial DB-9
[14]…………………………………………………………………….
31
13.
Tabel 2.13 Nama Register Beserta Alamatnya [14]…………………..
32
14.
Tabel 2-14. Aturan-aturan kendali fuzzy secara umum[11,13]…….…
47
15.
Tabel 2-15 Aturan-aturan kendali fuzzy secara umum[11] ……………
48
16.
Tabel 3-1 Hasil pengujian driver kipas………………………………..
60
17.
Tabel 3.2 Keluran keypad yang diterjemahkan oleh mikrokontroler..
62
18.
Tabel 4-1 Data perbandingan nilai td,tr,tp,ts,Mp dan SSE dengan
kecepatan kipas 800 rpm dan 1000rpm……………………………….
19.
83
Tabel 4.2 Hasil pengujian terhadap pengkondisi sinyal yang akan
digunakan ……………………………………………………………..
91
20.
Tabel 4.3 Hasil pengujian tegangan keluaran ke penguat daya ……....
91
21.
Tabel 4.5 Data pengukuran driver kipas …………………………..….
94
22.
Tabel 4.4 Hasil pengujian Frequency-to-Voltage Converters Penguat Daya
………………………………………………………………………....
23.
95
Table 4.6 Hasil pengujian keluaran penguat daya (Supply 24V dan beban =
2 buah termoelektrik yang dirangkai seri)…………….……………….
96
DAFTAR LAMPIRAN
1.
LAMPIRAN RANGKAIAN LENGKAP……………………………..
L1
2.
LAMPIRAN LISTING PROGRAM………………………………….
L2
3.
LAMPIRAN DATA SHEET………………………………………….
L3
4.
LAMPIRAN CARA PENGGUNAAN ALAT………………………..
L4
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Judul
Model Pengontrol Suhu Ruangan dengan Pengendali Logika Fuzzy (Air
Conditioning Model With Fuzzy Logic Controller).
1.2
Latar Belakang Masalah
Pendingin ruangan cukup sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
Pendingin
ruangan
mengandung
klor
(Cl)
seperti
freon
atau
CFC
(Chlorofluorocarbon). Zat tersebut ternyata tidak ramah lingkungan[1]. Zat-zat
tadi dapat merusak lapisan ozon di atmosfer bumi dan berdampak pemanasan
global.
Untuk membuat sistem pendingin dengan langsung memanfaatkan energi
listrik tanpa harus memakai bahan pendingin dapat dilakukan dengan cara
membuat termoelektrik.
Termoelektrik efek Peltier yang ditemukan Jean Charles Athanase Peltier
pada tahun 1834 kemudian dinamakan efek Peltier.
Salah satu kelebihan lain dari refrigerator jenis ini adalah selain ramah
lingkungan, juga tidak berisik dan dapat dibuat dalam ukuran yang kecil.
Namun timbul permasalahan yaitu Pendingin Peltier bekerja pada prinsip
pemompaan panas yang bekerja menggunakan sangat banyak daya listrik[2],
sedangkan sistem peltier juga menghasilkan panas sehingga juga diperlukan
heatsink dan fan untuk sistem peltier.
Kelebihan yang dimiliki oleh kontroler dengan logika fuzzy adalah mudah
diperbaiki, dan yang lebih penting lagi memberikan pengendalian yang sangat
baik serta murah [3]. Dalam perspektif yang lebih luas, pengendali fuzzy ternyata
sangat bermanfaat pada aplikasi-aplikasi sistem identifikasi dan pengendalian illstructured, dengan linieritas dan invariansi waktu tidak bisa ditentukan dengan
pasti, karakteristik proses mempunyai faktor lag, dan dipengaruhi oleh derau acak.
Bentuk sistem seperti ini jika dipandang sistem konvensional sangat sulit untuk
dimodelkan.
Saat ini logika fuzzy telah berhasil menerobos kendala-kendala yang dulu
pernah ditemui dan segera menjadi basis teknologi tinggi. Penerapan teori logika
ini dianggap mampu menciptakan sebuah revolusi dalam teknologi. Sebagai
contoh, mulai tahun 90-an para manufaktur industri yang bergerak di bidang
Distributed Control System (DCSs), Programmable Controllers (PLCs), dan
Microcontrollers (MCUs) telah menyatukan sistem logika fuzzy pada barang
produksi dan memiliki prospek ekonomi yang baik. Pada saat yang bersamaan,
pertumbuhan yang luar biasa terjadi pada industri perangkat lunak yang
menawarkan kemudahan penggunaan logika fuzzy dan penerapan logika fuzzy
pada setiap aspek kehidupan sehari-hari.
Pada penelitian sebelumnya sudah pernah dilakukan penelitian oleh
penulis mengenai pengunaan model pengontrol suhu ruangan dengan kontroler
fuzzy dengan sistem pendingin menggunakan termoelektrik. Namun dalam
penelitian sebelumnya hasil yang diperoleh masih belum baik, karena pada
penelitian sebelumnya masih deperoleh steady state error sebesar 4,42%-9,03%
dengan overshoot sebesar 11.06% - 32.5%[4]. Sehingga pada penelitian ini akan
memperbaiki hasil penelitian yang sebelumnya. Pada penelitian ini suhu yang
diatur hanya pada suhu 18°C-25°C.
1.3
Tujuan dan Manfaat:
Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan Model pengontrol suhu ruangan
dengan menggunakan kontroler fuzzy.
Manfaat yang akan dicapai adalah:
1. Untuk masyarakat umum
Masyarakat akan memperoleh suatu pendingin ruangan yang stabil dan
mudah dalam perbaikan dan perawatan, serta ramah lingkungan.
2. Untuk perkembangan ilmu pengetahuan
a.
Menambah literatur aplikasi bersama antara devais, elektronika
analog, elektronika digital dan mikrokontroler.
b. Menambah satu aplikasi dari kontroller fuzzy.
1.4
Batasan Masalah :
Pembahasan perancangan model pengontrol suhu ruangan dengan logika
fuzzy lebih difokuskan dalam batasan-batasan masalah sebagai berikut:
1. Menggunakan kontroller Fuzzy dengan mikrokontroller AVR seri
ATMega8535.
2. Jumlah Membership 7.
3. Bahasa pemprogaman menggunakan AVR GCC
bawaan dari AVR
studio4 dengan kompiler WinAVR.
4. Sistem mengontrol kecepatan putaran kipas dan suhu ruangan
5. Suhu ruangan dibatasi pada suhu 18-25°C
6. Kecepatan kipas dibatasi pada 800-1000 rpm.
7. Input berupa nilai suhu dan kecepatan kipas yang diinginkan
8. Output berupa tampilan suhu ruangan dan kecepatan putaran kipas dengan
LCD
9. Ukuran model 30x20x30 cm untuk bagian luar dan 25x15x25 cm untuk
bagian dalam.
10. Sensor yang digunakan adalah LM35 sebagai sensor suhu dan
optocoupler sebagai sensor kecepatan kipas.
11. Pendingin menggunakan termoelektrik dan kipas DC.
12. Program VB 6.0 hanya sebagai program bantuan untuk menyimpan data.
13. Pengujian gangguan dilakukan dengan membuka pintu model ruangan
selama 10 detik.
1.5
Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah mengumpulkan
sejumlah referensi atau literatur dari perpustakaan, internet dan sebagainya,
kemudian menyusun perancangan dan melakukan serangkaian percobaan untuk
merealisasikan perancangan.
Pengujian dilakukan dengan memberikan gangguan pada sistem dengan
cara membuka dan menutup pintu pada model, mengambil data melalui sensor
dan menganalisis bagaimana kontrol fuzzy menangani gangguan yang diberikan.
Hasil yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah menghasilkan suatu
kontroller fuzzy yang handal dan bisa memberikan pengendalian yang sangat baik
untuk mengontrol suhu ruangan, serta memperbaiki hasil penelitian sebelumnya.
1.6
Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini memiliki sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
BAB ini berisi latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat penelitian,
batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II : DASAR TEORI
BAB ini berisi studi pustaka tentang landasan teori penelitian:
termoelektrik,
mikrokontroler
Atmega8535,
rangkaian
elektronika
yang
digunakan, Visual Basic 6.0, sistem kendali fuzzy dan tanggapan transien.
BAB III : RANCANGAN PENELITIAN
BAB ini berisi tentang diagram blok perancangan, perancangan perangkat
keras (hardware) dan perancangan perangkat lunak (software) dari peralatan yang
akan dibuat.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
BAB ini berisi hasil perancangan perangkat keras, data hasil pengujian,
analisis data dan pembahasan.
BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN
BAB ini berisi tentang kesimpulan akhir dan saran-saran penulis tentang
alat yang dibuat.
BAB II
DASAR TEORI
2.1.
Termoelektrik
Termoelektrik merupakan sebuah fenomena terjadinya perubahan sifat-
sifat termodinamika menjadi sifat-sifat elektrik dan sebaliknya[1]. Dua buah
batang dari bahan logam yang berbeda disambungkan pada kedua ujungnya
sehingga membentuk sebuah rangkaian tertutup. Ketika salah satu ujung
dipanaskan maka pada rangkaian tertutup tersebut akan mengalir arus. Fenomena
ini dinamakan efek Seebeck, karena ditemukan oleh Thomas Seebeck pada tahun
1821.
Begitu pula bila dilakukan hal yang sebaliknya, yaitu jika rangkaian
tertutup dari dua batang logam berbeda bahan yang disambungkan tersebut
dialirkan arus listrik. Pada salah satu ujung sambungan akan menyerap kalor,
sehingga menjadi hangat dan pada ujung sambungan lainnya akan terasa dingin.
Fenomena ini ditemukan Jean Charles Athanase Peltier pada tahun 1834, sehingga
dinamakan efek Peltier.
Efek Peltier inilah yang menjadi dasar bagi refrigerator termoelektrik.
Dengan menempatkan ujung dari sambungan yang menyerap kalor pada ruang
yang akan didinginkan, maka ruang tersebut lama-kelamaan akan menjadi dingin
akibat kalor dipindahkan ke tempat lain hanya menggunakan energi elektrik tanpa
melibatkan refrigeran apapun.
Salah
satu
rangkaian
refrigerator
termoelektrik
adalah
dengan
menggunakan bahan semikonduktor. Penggunaan bahan semikonduktor tipe-p dan
tipe-n adalah untuk memperluas permukaan dari tempat penyerapan dan pelepasan
kalor dapat dilihat pada gambar 2-1 dan gambar 2-2.
Gambar 2-1 Efek peltier yang terjadi pada rangkaian tertutup dari dua
batang logam berbeda bahan.
Gambar 2-2 Potongan melintang sambungan termoelektrik dengan
sepasang semikonduktor tipe “P” dan tipe “N”
Ketika elektron berpindah dari bahan tipe P ke bahan tipe N melalui suatu
sambungan elektrik, elektron melompat ke energi yang lebih tinggi dengan
menyerap energi panas (pada sisi dingin). Secara berlanjut melalui kisi-kisi bahan,
elektron mengalir dari bahan tipe N ke bahan tipe P melalui suatu sambungan
elektrik, sambil melepaskan keadaan energi panas yang melemah ke bagian sisi
panas.
2.2
Rangkaian Elektronis
2.2.1
Penguat Non-Inverting
Untuk memperbesar suatu sinyal yang kecil tanpa mengubah fasanya,
maka diperlukan suatu rangkaian penguat non-inverting, Rangkaian ini
ditunjukkan pada gambar 2-3.
Gambar 2-3 Penguat non-inverting
Nilai tegangan keluaran (Vout) dapat dirumuskan sebagai berikut[5,6]:
Vout = (1+
Rf
) vin
R
(2.1)
Dengan penguatan tegangan (Av) sebagai berikut:
Av = (1+
2.2.2
Rf
)
R
(2.2)
Komparator
Ketika masukan lebih tinggi daripada suatu batasan tertentu, keluaran
komparator tinggi. Bila masukan berada di bawah batasan lain (batas bawah),
maka keluarannya rendah. Rangkaian ini disebut komparator karena keluarannya
akan berubah bila nilai masukannya lebih tinggi atau lebih rendah dari V ref nya.
Rangkaian komparator dan kurva karakteristiknya ditunjukkan pada gambar 2-4.
Gambar 2-4 Komparator
Nilai tegangan keluaran (Vout) dapat dirumuskan sebagai berikut [5,6]:
2.2.3
Vin > Vref maka Vout = +Vsat
Vin < Vref maka Vout = -Vsat
(2.3)
(2.4)
Vin = Vref
(2.5)
maka Vout = 0
Frequency-to-Voltage Converters
Frequency-to-Voltage Converters digunakan untuk mengubah sinyal
berupa frekuensi menjadi sinyal DC.
Frequency-to-Voltage Converters
menggunakan rangkaian dengan IC LM331 yang bekerja dengan supply 4.5-15V.
mampu mengkonversi sinyal frekuensi hingga 10KHz. Rangkaian frekuensi yang
umum menggunakan IC LM331 dapat dilihat pada gambar 2-5.
Gambar 2-5 Rangkaian Frequency-to-Voltage Converters dengan IC LM331[18]
Keluran tegangan dapat dirumuskan sebagai berikut [18]:
Vout = -fin . 2,09V .
2.2.4
RL
. (Rt . Ct)
Rs
(2.6)
Sensor Suhu LM35
Sensor suhu memiliki kemampuan untuk mengetahui suhu ruangan dalam
skala °C dengan keluaran tegangan 10mV untuk setiap °C. Dapat bekerja dengan
supply 4-35V. Rentang suhu yang mampu diukur oleh sensor adalah dari -5°C s/d
150°C [19].
2.2.5
Opto-Couple
Opto-couple merupakan sensor yang biasanya terdiri dari LED IR dan
fototransistor[20]. Bekerja dengan mendeteksi ada tidaknya cahaya IR yang mengenai
fototransistor.
2.2.6 Transistor Konfigurasi Darlington
Transistor konfigurasi darlington ini digunakan untuk memperoleh
yang
besar, sehingga dengan arus (IB) yang kecil transistor dapat menarik arus(IC)
yang besar. Transistor konfigurasi darlington ditunjukkan oleh gambar 2-10.
Dengan IB yang kecil diperoleh IC yang besar sehingga transistor
konfigurasi darlington ini dapat digunakan sebagai saklar untuk mengendalikan
kecepatan putaran kipas yang dapat dikontrol menggunakan PWM.
IC =
IB. 1. 2
(2.7)
Gambar 2-6 Transistor dengan konfigurasi dharlington[6]
2.2.7 MOSFET Sebagai Saklar
Rangkaian MOSFET sebagai saklar ditunjukkan oleh gambar 2.16.
Gambar 2-7 Rangkaian MOSFET sebagai switching
.
MOSFET mampu menangani arus dan tegangan yang lebih besar
dibandingkan dengan transistor biasa dan hampir tidak diperlukannya arus pada
Gate untuk dapat bekerja, karena besarnya ID dipengaruhi oleh besarnya VGS. Jika
digunakan sebagai saklar, maka besarnya ID dibatasi oleh besarnya beban, dengan
IDL maksimal adalah:
IDL =
VCC
RL
(2.8)
2.3.
Mikrokontroler AVR Seri ATmega8535
2.3.1
Gambaran Umum
Mikrokontroller AVR Seri ATmega8535
memiliki arsitektur Reduced
Instruction Set Computing (RISC) 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam
kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian intruksi dieksekusi dalam satu siklus
clock[7].
2.3.2
Fitur ATmega8535[7]
Kapabilitas detail dari ATmega8535 adalah sebagai berikut :
a. Mikrokontroler AVR berkemampuan tinggi.
b. Didesain berdaya rendah dan semua operasi bersifat statis.
c. Memory flash sebesar 8K – bytes.
d. EEPROM sebesar 512 bytes.
e. SRAM internal sebesar 512 bytes.
f. Dua buah timer / counter 8 – bit.
g. Satu buah timer / counter 16 – bit.
h. PWM (Pulse Width Modulation) sebanyak 4 (empat) kanal (channels).
i.
ADC (Analog – to – Digital Converter) internal dengan fidelitas 10 –
bit sebanyak 8 channels.
j.
Portal komunikasi serial (USART)
k. Analog comparator internal.
l.
Enam pilihan mode sleep penghemat penggunaan daya listrik.
m. Tegangan operasi 2,7-5,5V (untuk ATmega8535L) dan 4,5-5,5V
(untuk ATmega8535).
n. Kecepatan maksimal 16 MHz.
o. Antarmuka SPI.
p. Unit interupsi internal dan eksternal.
q. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D
r. ATmega8535terdiri dari 40-pin PDIP, 44-lead TQFP dan 44-pad MLF.
2.3.3
Peta Memori
AVR ATMega memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori
progaram yang terpisah[7]. Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah
register umum, 64 buah register I/O, yaitu $00 sampai $1F, dan 512 byte SRAM
Internal.
2.3.4
Interupsi
Interupsi adalah kondisi yang membuat CPU berhenti dari rutinitas yang
sedang dikerjakan (rutin utama) untuk mengerjakan rutin lain (rutin interupsi). Di
dalam AVR ATmega sendiri memiliki 21 sumber interupsi internal dan
eksternal[7].
Pada AVR terdapat 3 pin untuk interupsi eksternal, yaitu INT0, INT1, dan
INT2. Interupsi eksternal dapat dibangkitkan apabila terdapat perubahan logika 0
pada pin interupsi. Pengaturan kondisi keadaan yang menyebabkan terjadinya
interupsi eksternal diatur oleh register MCUCR (MCU Control Register) yang
terlihat seperti gambar 2-8.
Gambar 2-8 Register MCUCR[7]
Tabel 2-1 Beberapa Setting Kondisi yang Menyebabkan Interupsi Eksternal1[7]
ISC11
0
0
ISC10
0
1
1
0
1
1
DESKRIPSI
Logika 0 pada pin INT1 menyebabkan interupsi
Perubahan logika pada pin INT1 menyebabkan
interupsi
Perubahan kondisi 1 ke 0 pada pin INT1
menyebabkan interupsi
Perubahan kondisi 0 ke 1 pada pin INT1
menyebabkan interupsi
Tabel 2-2 Beberapa Setting Kondisi yang Menyebabkan Interupsi Eksternal 2[7]
ISC01
0
0
ISC00
0
1
1
0
1
1
DESKRIPSI
Logika 0 pada pin INT0 menyebabkan interupsi
Perubahan logika pada pin INT0 menyebabkan
interupsi
Perubahan kondisi 1 ke 0 pada pin INT0
menyebabkan interupsi
Perubahan kondisi 0 ke 1 pada pin INT0
menyebabkan interupsi
Pemilihan pengaktifan interupsi eksternal diatur oleh register GIRC (General
Interrupt Control Register) yang terlihat seperti gambar 2-9:
Gambar 2-9 Register GICR[7]
Bit penyusun register GICR dapat dijelaskan sebagai berikut :
a. Bit INT1 = 1 maka interrupt eksternal 1 aktif.
b. Bit INT0 = 1 maka interrupt eksternal 0 aktif.
c. Bit INT2 = 1 maka interrupt eksternal 2 aktif.
2.3.5
Timer /Counter
AVR ATmega8535 memiliki tiga buah timer, yaitu Timer / Counter 0 (8 bit),
Timer / Counter 1 (16 bit), Timer / Counter 2 (8 bit).
a. Timer / Counter 0
Pengaturan diatur oleh TCCR0 (Timer / Counter Control Register0) yang
dapat dilihat pada gambar 2-10 dan tabel 2-4.
Gambar 2-10 Register TCCR0[7]
Tabel 2-3 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clock[7]
CS02
0
0
0
0
1
1
1
1
CS01 CS00
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
Description
Timer / Counter berhenti (tidak aktif)
Clock tanpa prescaling
Clock / 8
Clock / 64
Clock / 256
Clock / 1024
Sumber clock berasal dari pin T0. clock dengan falling edge
Sumber clock berasal dari pin T0. clock dengan rising edge
b. Timer / Counter 1
Pengaturan diatur oleh TCCR1B (Timer / Counter Control Register 1B)
yang dapat dilihat pada gambar 2-11 dan tabel 2-5.
Gambar 2-11 Register TCCR1B[7]
Tabel 2-4 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clock[7]
CS12
0
0
0
0
1
1
1
1
CS11 CS10
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
Description
Timer / Counter berhenti (tidak aktif)
Clock tanpa prescaling
Clock / 8
Clock / 64
Clock / 256
Clock / 1024
Sumber clock berasal dari pin T1. clock dengan falling edge
Sumber clock berasal dari pin T1. clock dengan rising edge
c. Timer / Counter 2
Pengaturan diatur oleh TCCR2 (Timer / Counter Control Register2) yang
dapat dilihat pada gambar 2-12 dan tabel 2-6
Gambar 2-12 Register TCCR2[7]
Tabel 2-5 Konfigurasi bit clock select untuk memilih sumber clock[7]
CS22 CS21 CS20 Description
0
0
0
0
1
10
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Timer / Counter berhenti (tidak aktif)
Clock tanpa prescaling
Clock / 8
Clock / 32
Clock / 64
Clock / 128
Clock / 256
Clock / 1024
2.3.6
ADC (Analog To Digital Converter)
Proses inisialisasi ADC meliputi proses penentuan clock, tegangan
referensi, format output data, dan mode pembacaan. Register yang perlu diset
nilainya adalah ADMUX (ADC Multiplexer Selection Register), ADCSRA (ADC
Control and Status Register A), dan SFIOR (Special Function IO Register).
ADMUX merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan tegangan
referensi ADC, format data Output, dan saluran ADC yang digunakan.
Konfigurasinya seperti gambar 2-13:
Gambar 2-13 Register ADMUX[7]
Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. REFS[1..0]
merupakan
bit
pengatur
tegangan
referensi
ADC
ATMega8535.
Tabel 2-6 Beberapa setting kondisi untuk memilih tegangan referensi[7]
REFS[1..0]
00
01
10
11
Mode tegangan referensi
Berasal dari pin AREF
Berasal dari pin AVCC
Tidak digunakan
Berasal dari tegangan referensi internal sebesar 2,56V
b. ADLAR merupakan bit pemilih mode data keluaran ADC. Penjelasannya
dapat dilihat pada gambar 2-14 dan gambar 2-15:
Gambar 2-14 Format data ADC dengan ADLAR=0 [7]
Gambar 2-15 Format data ADC dengan ADLAR=1 [7]
c. MUX[4..0] merupakan bit pemilih saluran pembacaan ADC. Dengan nilai
awal 00000 , maka bila nilai MUX tidak diubah secara otomatis kanal
ADC yang dipilih adalah ADC0, sedangkan untuk pemilihan kanal yang
lain dilakukan dengan mengubah settingan MUX.
d. ADCSRA merupakan register 8 bit yang berfungsi melakukan manajemen
sinyal kontrol dan status dari ADC. ADCSRA memiliki susunan seperti
gambar 2-16.
Gambar 2-16 Register ADCSRA [7]
Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. ADEN merupakan bit pengatur aktivasi ADC. Bernilai awal 0. Jika
bernilai 1, maka ADC aktif.
b. ADSC merupakan bit penanda mulainya konversi ADC. Bernilai awal 0
selama konversi ADC akan bernilai 1, sedangkan jika konversi telah
selesai, akan berniai 0.
c. ADATE merupakan bit pengatur aktivasi picu otomatis operasi ADC.
Bernilai awal 0. Jika berjilai 1, operasi konversi ADC akan dimulai pada
saat transisi positif dari sinyal picu yang dipilih. Pemilihan sinyal picu
menggunakan bit ADTS pada register SFIOR.
d. ADIF merupakan bit penanda akhir suatu konversi ADC. Bernilai awal 0.
Jika bernilai 1, maka donversi ADC pada suatu saluran telah selesai dan
data siap diakses.
e. ADIE merupakan bit pengatur aktivasi interupsi yang berhubungan dengan
akhir konversi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1 dan jika sebuah
konversi ADC telah selesai, sebuah interupsi akan dieksekusi.
f. ADPS[2..0] merupakan bit pengatur clock ADC. Bernilai awal 000 yang
berarti frekuensi ADC menyelesaikan konversi adalah setengah dari
frekuensi osilator yang digunakan. Sedangkan jika diinginkan frekuensi
yang lebih rendah dapat dilakukan dengan mengubah nilai settingan ADPS
yang dapat dilihat pada tabel 2-7.
Tabel 2-7 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC [7]
ADPS[2..0]
000
001
010
011
100
101
110
111
2.3.7
Frekuensi ADC
Frekuesi osilator/2
Frekuesi osilator/2
Frekuesi osilator/4
Frekuesi osilator/8
Frekuesi osilator/16
Frekuesi osilator/32
Frekuesi osilator/64
Frekuesi osilator/128
Komunikasi Serial ATMega8535
ATMega8535 telah dilengkapi Universal Synchronous and Asynchronous
serial Receiver and Transmitter (USART). Melalui USART dapat dilakukan
komunikasi secara serial dengan komputer atau perangkat lainnya[7]. Sistem
USART ATMega8535 memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan
sistem UART, yaitu :
1. Operasi full duplex
2. Mode operasi asinkron dan sinkron
3. Mendukung komunikasi multiprosesor
4. Mode kecepatan transmisi berorde Mbps
Komunikasi USART dilakukan melalui pin RXD (PD0) dan TXD (PD1)
serta pin XCK (PB0) untuk komunikasi synchronous . Untuk mengontrol USART
digunakan register UCSRA, UCSRB dan UCSRC ( USART Control and Status
Register A,B,C ) dan UBRR ( USART Baud Rate Register ).
UCSRA (USART Control and Status Register A)
• RXC – USART Receive Complete, bit ini akan aktif jika ada data masuk.
• TCX – USART Transmit Complete, bit ini akan aktif pada saat selesai
melakukan pengiriman data.
Tabel 2-8 UCSRA (USART Control and Status Register A)[7]
Bit
7
RXC
Read/Write
R
Initial Value
0
•
6
TXC
R/W
0
5
UDRE
R
1
4
FE
R
0
3
DOR
R
0
2
PE
R
0
1
U2X
R/W
0
0
MPCM
R/W
0
UDRE – USART Data Register Empty, bit ini menandakan transmitter
siap untuk menerima data.
•
FE – Framing Error, bit ini akan aktif jika terdapat error saat menerima
data.
•
DOR – Data OveRun, bit ini akan aktif jika ada data yang masuk namun
register UDR penuh ( belum dibaca ).
•
PE – Parity Error, bit ini akan aktif jika terdapat error parity saat
menerima data.
•
U2X – Double USART Transmission Speed, bit ini digunakan untuk
men-doubel kecepatan baud rate.
•
MPCM – Multiprocessor Communication Mode
UCSRB (USART Control and Status Register B )
Tabel 2-9 UCSRB (USART Control and Status Register B)[7]
Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
Read/Write
Initial Value
RXCIE
R/W
0
TXCIE
R/W
0
UDRIE
R/W
0
RXEN
R/W
0
TXEN
R/W
0
UCSZ2
R/W
0
RXB8
R
0
TXB8
R/W
0
UCSRB merupakan register 8 bit pengatur aktivasi penerima dan pengirim
USART.
•
RXCIE – USART Receive Complete Interrupt Enable, mengatur aktivasi
interupsi penerimaan data serial. Bernilai awal 0 sehingga proses
penerimaan data berdasar pada sistem pooling. Jika bernilai 1 dan jika bit
RXC pada UCSRA bernilai 1, interupsi penerimaan data serial akan
dieksekusi.
•
TXCIE – USART Transmit Complete Interrupt Enable, mengatur
aktivasi interupsi pengiriman data serial. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1
dan jika bit pada TXC pada UCSRA bernilai 1, interupsi pengiriman data
serial akan dieksekusi.
•
UDRIE – USART Data Register Empty Interrupt Enable, mengatur
aktivasi interupsi yang berhubungan dengan kondisi bit UDRE pada
UCSRA. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1 maka interupsi akan terjadi han