756-1751-1-pb.pdf

ISSN : 2086‐9479

Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu

PERANCANGAN KONTROL OTOMATIS TEMPERATUR RUMAH KACA BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51 Yudhi Gunardi1,Firmansyah2

1,2

Jurusan Elektro, Universitas Mercu Buana Jl. Meruya Selatan, Kebun Jeruk - Jakarta Barat. Telepon: 021-5857722 (hunting), 5840816 ext. 2600 Fax: 021-5857733 Email: [email protected]

Abstrak

-

Kontrol

otomatis

memanfaatkan sensor serta aktuator-

temperatur rumah kaca merupakan

aktuator

sebuah aplikasi sistim temperature

temperatur pada ruang kaca.

suhu

Kata kunci : Kontrol otomatis,

otomatis

pada

sebuah

untuk

rumah\ruangan tertentu.Untuk dapat

temperatur,

menjalankan

mikrokontroller

temperature

fungsi

otomatis

tersebut

digunakan

beberapa macam sensor sebagai

mengendalikan

sensor

LM

35,

PENDAHULUAN

suatu sistim indranya dan beberapa

Seiring perkembangan teknologi

actuator sebagi sistim pendingin

yang semakin canggih, banyak kita

ruangan.

temukan

System yang digunakan berbasis

suatu system yang dikontrol secara

pengendali mikro ( mikrokontroller )

otomatis. Sebagai contoh adalah

AT89S51.

penerangan

dimana

temperatur

peralatan-peralatan

jalan

raya,

atau

seleksi

ruangan akan dikendalikan secara

barang pada industri-industri yang

otomatis oleh mikrokontroler, Untuk

umumnya

input

mikrokontroler

dipasang

berjalan dan tentu saja masih banyak

heater

dengan

tegangan

lagi contoh yang dapat diambil.

220volt/300Watt. Sebagai pemanas

Beberapa contoh yang disebutkan

ruangan dan sensor LM 35 berfungsi

tadi bertujuan untuk membantu dan

sebagai

meringankan

input

untuk

menditeksi

menggunakan

pekerjaan

ban

manusia

panas pada ruangan. Untuk output

sehari-hari

mikrokontroler dipasang 2 buah fan

meningkatkan

yang berfungsi sebagai pengatur

efektifitas dari suatu perkerjaan,

udara panas pada ruangan.

baik dari segi waktu, tenaga dan

Pada akhirya dengan sebuah sistem

biaya. Disini peneliti ingin mencoba

kontrol

yang

baik

Vol.4 No.3 September 2013

dan

juga efisiensi

untuk dan

akan

122

ISSN : 2086‐9479

Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu

mengangkat judul Kontrol Otomatis

2. Memahami

sistem

Temperature Rumah Kaca, karena

otomatisasi berikut cara kerja

peneliti

pengaturan

menganggap

control

ini

temperature

banyak sekali manfaatnya dalam

ruangan

kehidupan manusia, terutama dalam

menggunakan

bidang pertanian atau perkebunan.

rangkaian sederhana

Karena

banyak

sekali

species

tanaman yang ada di Indonesia yang

dengan sensor

dan

Pembatasan Masalah Pada

penelitian

ini,

sudah hampir punah dan perlu

diperlukan batasan masalah agar

dilakukan

dan

pembahasan tidak terlalu luas dan

pengembangbiakan secara intensif

menyimpang dari topik. Pembatasan

sehingga akan didapatkan hasil yang

masalah

maksimal. Dalam peralatan atau

sebagai berikut:

system

1. IC pengendali mikro AT89S51

pelestarian

control

otomatis

dapat

yang

diberikan

dipergunakan mikrokontroller, PLC

sebagai

atau PC sebagai otak atau unit

rancangan ini.

adalah

pengendali

pada

control dalam peralatan atau system

2. IC konverter ADC0804 sebagai

tersebut. Dalam laporan ini peneliti

pengubah sinyal masukan analog

akan menggunakan mikrokontroller

menjadi sinyal keluaran digital.

sebagai unit control dalam system

3. Pembahasan

control otomatis rumah kaca

temperature,

Tujuan Penelitian

relay.

Maksud dan tujuan perancangan

4. Pembahasan

tentang

sensor

kelembaban,

tentang

dan

rangkaian

serta pembuatan alat yang berjudul

kendali untuk motor listrik arus

“Kontrol

Temperatur

searah ( DC ) dan rangkain

Rumah Kaca “ antara lain adalah

kendali untuk arus bolak balik (

sebagai berikut:

AC ).

Otomatis

1. Mengetahui dan memahami proses

5. Perangkat

pengendalian

digunakan

pengendali

assembler.

menggunakan

lunak

yang

berupa

bahasa

mikro (microcontroller).

Vol.4 No.3 September 2013

123

ISSN : 2086‐9479

Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu

PERENCANAAN DAN

dibandingkan terhadap sinyal-sinyal

REALISASI SISTEM

terhadap algoritma, dimana tahapan-

Dalam perencanaan sistem “Kontrol

tahapan

Otomatis

sebagai berikut.

Temperature

Rumah

Kaca” dibagi menjadi 2 bagian

1.

yang

Dugaan

dilakukan

pertama

adalah

dilakukan

penting berdasarkan prinsip kerja

terhadap bit yang pertama yaitu

alat dan komponen yang digunakan.

dugaan

bilangan

Diantaranya

10000000,

sehingga

Perencanaan

Input

akan

biner “switch

Sistim, Perencanaan Output Sistim

tree”

Perancangan Input Sistim

tegangan sebesar (128/256) X 5

ADC0804.

Volt

= 2,5

mengeluarkan

Volt.

Tegangan

ADC yang digunakan pada unit

sebesar 5 Volt diperoleh dari

ini adalah jenis pendekatan berturut-

selisih antara tegangan tegangan

turut (Successive Approximation).

referensi positif (5 Volt) dan

Pada ADC 0804, konversi dimulai

tegangan referensi negatif (0

dari bit yang paling berbobot pada

Volt).

registernya dan akan dikonversi dan

2. Pada akhir siklus pertama, SAR

hasilnya dibandingkan komparator.

(Successive

Apabila lebih besar dari sinyal

Register)

akan

analog, maka bit tersebut bernilai

keluaran

dari

“0”, dan apabila bit tersebut diset

(comparator).

“1”. ADC ini mempunyai 1 saluran

masukan yang diduga (Va) lebih

analog dan 8 saluran digital yang

besar dari atau sama dengan

dihubungkan ke Port 3 pengontrol

tegangan dugaan (Vo), maka

mikro AT89S51.

SAR akan memberikan kode

ADC 0804 disusun dari 256 R “resistor

ladder”.

Jaringan

Approximation memeriksa pembanding Jika

tegangan

biner 1 pada bit pertama dan

kerja

kedua

tegangan

tersebut

resistor berfungsi sebagai pembagi

diselisihkan untuk dijadikan nilai

tegangan

Va yang baru.

yang

(SAR=Successive

dikontrol

SAR

Approximation)

3.

Jika tegangan masukan (Va)

untuk mengeluarkan sinyal dugaan.

lebih kecil dari tegangan dugaan

Sinyal

Vo,

dugaan

ini

Vol.4 No.3 September 2013

kemudian

maka

SAR

akan

124

ISSN : 2086‐9479

Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu

memberikan kode biner 0 pada

untuk mikrokontroler. Aktuator (

bit pertama dan kedua tegangan

motor ) digunakan sebagai output

tersebut tidak diselisihkan. Nilai

dari mikrokontoler.

Va

yang baru adalah sama

dengan nilai Va yang lama.

Port 2 dan port 3 dari mikrokontroler digunakan sebagai

Dugaan selanjutnya dilakukan

input, yaitu output dari sensor dan

terhadap bit kedua yaitu dengan

limit switch terhubung langsung

bilangan biner kedua 01000000,

dengan port 0 dan port 1. Besar

sehingga”switch

akan

tegangan output dari sensor maupun

V0

limit switch sesuai dengan logika

sebesar (64/256) X 5 Volt = 1,25

TTL, sehingga mikrokontroler dapat

Volt.

langsung

4.

mengeluarkan

tree” tegangan

Pada rangkaian ini, pembangkit

sensor

memproses dan

limit

input

switch

dari untuk

clock ADC 0804 diberikan resistor

mendapatkan perintah output yang

(R) sebesar 10 KΩ, dan kapasitor

tepat sehingga robot dapat bergerak

sebesar 100 pF, sehingga frekuensi

sesuai dengan program yang telah

osilatornya adalah

dibuat.

F=

Port 0 dan port 1 dari

1 1.1RC

1 F= = 6,06KHz 4 (1.1x10 )(100 x10 −12 )

Frekuensi (Clock) F=758 KHz Mikrokontroller AT89S51 Pada rangkaian minimum system terdiri dari empat buah jalur I/O. Pin 1 s.d 8 adalah port 1.0 s.d port 1.7,

mikrokontroler digunakan sebagai output,

tersebut terhubung dengan driver untuk menggerakkan aktuator. Perancangan Output Sistim Rangkaian Pengendali Fan & Exhaust pada saat input katoda LED

port ini digunakan sebagai input masukan sinyal yang berasal dari rangkaian

ADC 0804 Blok kedua

adalah mikrokontroler. Blok ketiga adalah driver motor dan blok ke empat adalah aktuator. Sensor dan limit switch digunakan sebagai input

Vol.4 No.3 September 2013

yaitu pin-pin dari port

dari Opto Coupler ( Input 1 ) mendapatkan

logika

0,

maka

transistor dari Opto Coupler akan aktif, sehingga arus akan mengalir dari

colektor

menuju

ground,

sehingga terdapat tegangan pada

125

ISSN : 2086‐9479

Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu

resistor 10kΩ. Tegangan pada gate akan

menyebabkan

konduksi,

sehingga

Rangkaian Pengendali Heater Pada saat input katoda LED

MOSFET arus

akan

dari Opto Coupler

mendapatkan

mengalir dari tegangan sumber 12 V

logika 0, maka arus akan mengalir

melalui Fan menuju ground. Dengan

dari Vcc melalui LED menuju pin

kata lain MOSFET seperti saklar

Input

yang tertutup. Aliran arus pada

Ground. Sehingga

lilitan/kumparan menyebabkan

berfungsi

sebagai

transistor dari

Fan

akan

Opto Coupler akan aktif, sehingga

induksi

pada

arus akan mengalir dari colektor

Fan

yang

menuju ground, sehingga terdapat

lilitan/kumparan menghasilkan

yang

medan

magnet,

tegangan

pada

resistor

10kΩ.

sehingga Fan akan berputar. Untuk

Tegangan tersebut berfungsi sebagai

merubah arah putaran Fan, maka

teganga gerbang bagi MOSFET,

Input 2 pada kaki katoda dari Opto

sehingga MOSFET bekerja atau

Copler diberikan logika 0, sehingga

konduksi

atau

LED

tertutup,

sehingga

akan

menyala

untuk

sebagai

saklar

arus

akan

mengaktifkan transistor dari Opto

mengalir dari sumber tegangan 12V

Coupler. Arus akan mengalir dari

melalui Koil Relay menuju ground.

Vcc menuju ground, sehingga akan

Arus listrik yang melalui koil akan

terdapat

menimbulkan

tegangan

pada

resistor

induksi

listrik

10kΩ. Tegangan tersebut digunakan

sehingga akan menghasilkan medan

untuk membias transistor, sehingga

magnet

transistor akan konduksi. Dengan

merubah posisi kontak Relay yang

kata lain, transistor seperti saklar

pada

yang tertutup. Sehingga arus akan

menjadi NO, dengan kata lain Relay

mengalir dari tegangan sumber 12 V

menjadi sebuah saklar. Sehingga

melalui koil relai menuju ground.

arus akan mengalir dari tegangan

Pada koil relai akan timbul induksi

sumber 220V menuju Heater dan

yang menghasilkan medan magnet.

Heater

Medan magnet ini akan merubah

pemanas

posisi kontak dari relai, sehingga

ruangan

yang

awalnya

akan untuk

berfungsi

pada

untuk

posisi

bekerja

NC

sebagai

menaikkan

suhu

arah putaran Fan akan berubah.

Vol.4 No.3 September 2013

126

ISSN : 2086‐9479

Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu

dimana receiver menerima sinyal

Analisa

Rangkaian

Pengendali

pantul dari objek yang dikirimkan

exhaust Dengan Relai

oleh transmitter. Pada saat sensor

Dari data hasil pengujian rangkaian

mendeteksi

pengendali

objek

maka

output

motor

DC

12

Volt

rangkaian sensor akan berlogika ”0”

dengan

dan sebaliknya pada saat sensor

pada tabel 4.3 diperoleh data bahwa

tidak

pada saat motor berputar :

mendeteksi

objek

maka

relay yang diperlihatkan

rangkaian sensor akan berlogika ”1”.

Motor

Rangkaian LCD

outputnya adalah 11,8 V (logik ‘1’

LCD yang digunakan dalam perancangan

ini

adalah

16x2

karakter.

),dan

Berputar:

Motor

outputnya

Tegangan

Mati

:

Tegangan

adalah 0,02 V ( logik

‘0’). Dengan dengan

membandingkan

mekanisme

perencanaan

kerja motor dengan relay yang PENGUJIAN

DAN ANALISA

diperlihatkan

pada

tabel

4.2,

tegangan ini masih dalam batas yang

DATA Untuk membuktikan bahwa alat

ditentukan yaitu antara tegangan 10

ini bekerja dengan baik maka alat ini

V sampai dengan 12 V. , dapat

perlu dilakukan pengujian-pengujian

disimpulkan

yang mana pengujian tersebut sangat

pengendali motor DC 12 V tersebut

berguna

sesuai dengan perencanaan yang

untuk

mengetahui

bahwa

rangkaian

keakuratan alat ini.

diharapkan.

Data Hasil Pengujian Alat

Pengujian Rangkaian Heater

Pengujian Rangkaian Exhaust

Tabel Hasil Pengukuran

Tabel Hasil Pengukuran

Rangkaian Heater INPUT

Rangkaian Exhaust

LOGIK INPUT LOGIK MOTOR

KONDISI MOTOR

TEGANGAN

KONDISI

MOTOR

EXHAUST

0,02 Volt

OFF

0,08 Volt

MATI

4,40 Volt

ON

11,80Volt

HIDUP

Vol.4 No.3 September 2013

HEATER

KONDISI HEATER

TEGANGAN

KONDISI

HEATER

HEATER

0,03 Volt

OFF

0,0 Volt

MATI

4,25 Volt

ON

220 Volt

HIDUP

127

ISSN : 2086‐9479

Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu

Analisa

Rangkaian

Pengendali

Dari

hasil

tegangan

Heater Dengan Relai

pengujian

keluaran

diketahui

sensor

naik

Dari data hasil pengujian

sebesar 50mV untuk setiap 5°C atau

rangkaian pengendali Heater 220

10mV/°C, maka sensor telah bekerja

Volt

dengan baik.

dengan

diperlihatkan

relay pada

yang 4.6

Pengujian Perubahan Suhu Udara

diperoleh data bahwa pada saat

didalam Rumah Kaca Terhadap

motor berputar :

Waktu

Motor Berputar

tabel

:

Tegangan

outputnya adalah 220 V ( logik ‘1’ ), dan Motor Mati

:

Tegangan

outputnya adalah 0,0 V ( logik ‘0’ ). Dengan

membandingkan

Tabel Hasil Pengukuran Setting Suhu

Suhu Awal

Suhu Akhir

Respon Time

(oC)

(oC)

(oC)

(s)

31

30

31

2,22

32

31

32

1,14

33

32

33

2,22

34

33

34

3,38

Heater

35

34

35

2,16

dengan motor Dc , tegangan ini

36

35

36

1,13

37

36

37

2,24

38

37

38

2,10

mekanisme

perencanaan

masih dalam batas yang ditentukan yaitu antara tegangan 210 V sampai

Sehingga dapat dianalisa perubahan

dengan 220 V. , dapat disimpulkan

suhu

bahwa rangkaian pengendali Heater

menggunakan rumus sebagai berikut

tersebut sesuai dengan perencanaan

terhadap

waktu

dengan

n

∑

Xi i =1 n

X Perubahan / 1o C

=

Pengujian Sensor LM 35

X perubahan /1° C

=

Tabel Hasil Pengukuran Sensor

1,14 + 2,22 + 3,38 + 2,16 + 1,13 +

LM35

2,24 + 2,10 /8

yang diharapkan.

Tegangan Suhu

keluaran

X perubahan /1° C

2,22 +

= 17 8

15˚C

0,15

20˚C

0,20

25˚C

0,25

Artinya lamanya perubahan suhu

30˚C

0,30

35˚C

0,35

terhadap waktu adalah ±3 detik

40˚C

0,40

secon setiap satu derajatnya.

45˚C

0,45

50˚C

0,50

Pengujian Sistim Keseluruhan

Vol.4 No.3 September 2013

X perubahan /1° C

= ±3 detik

128

ISSN : 2086‐9479

Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu

Pengujian keseluruhan

dilakukan

sistem

X error /1° C

dengan

+

= -0.2 + 0.1 + 0

menempatkan sensor LM35 dan

-0,3 + 0,4 + 0,5 /6

termometer dalam plant suhu yang

X error /1° C

sama

kemudian

antara

suhu

tertampil

= 0,4˚C 6

membandingkan

penunjukan

pada

LCD

yang

X error /1° C

= ± 0.0666666

terhadap

Dari data hasil pengujian rangkaian

penunjukan suhu pada termometer

Sensor Lm 35 yang diperlihatkan

selama 10 menit.

pada tabel 4.9 dapat disimpulkan

Tabel Hasil Pengukuran

bahwa

Tampilan

tampilan

suhu

suhu

lcd

termometer

rangkaian

Sensor

LM35

tersebut bekerja dengan baik dan error

sesuai dengan perencanaan yang diharapkan

35˚C

34,8˚C

-0,2˚C

36˚C

36,1˚C

0,1˚C

37˚C

37˚C

0˚C

38˚C

37,7˚C

-0,3˚C

Berdasarkan

39˚C

39˚C

0,4˚C

pengujian

40˚C

40,6˚C

0,5˚C

∑ error

Hasil

percobaan

menunjukkan

memiliki error rata-rata sebesar 0,06666°C, nilai ini didapat dengan menjumlahkan semua nilai error dari

dan

data-data

hasil hasil

perhitungan serta data-data yang

pengujian

dibagi

diperoleh

rumus

beberapa

sumber

dan realisasi sistem, maka dapat disimpulkan 1. Untuk

sensor

temperature,

LM35 merupakan salah satu

jumlah

pilihan yang cukup baik dalam adalah

pengukuran

sebagai

temperature.

Dikarenakan

berikut.

relatif

Sehingga dapat dianalisa perubahan suhu terhadap waktu

=

2.

murah,

yang

liniearitasnya

Agar

penyebaran

suhu

disetiap titik enclosure mendapatkan suhu

Vol.4 No.3 September 2013

harganya

lumayan bagus.

dengan

menggunakan rumus sebagai berikut X error /1° C

dari

yang digunakan dalam perencanaan

pengujian ( 6 kali ). Secara

data-data

0,4˚C

bahwa sistem akuisisi data suhu

setiap

KESIMPULAN

yang

merata

diperlukan

129

Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu

ISSN : 2086‐9479

tambahan kipas sebagi pendukung proses penyebaran suhu. Disamping itu

juga

peletakan

heater

haru

ditempatkan pada posisi yang benar, sehingga desain bentuk

perlu

diperhitungkan

peletakan

komponen

enclosure

dari

dan

kontrol

otomatis temperatur rumah kaca.

DAFTAR PUSTAKA [1] Nalwan, P. Andi, Teknik Antar Muka

dan

Pemrograman

Mikrokontroler

AT89C51,

ELEX

KOMPUTINDO,

MEDIA

PT.

Jakarta, 2003. [2]

Depari,

Rangkaian

Ganti.

Drs,

Teori

Elektronika,

Sinar

Baru Bandung, Bandung, 1986. [3] Coughlin, Robert and Federick Driscoll, Penguat Operasional dan Rangkaian

Terpadu

Linier,

Jakarta : Erlangga. [4]

Ogata,

Kontrol

Katsuhiko,

Otomatik,

Teknik Jilid

1,

Erlangga, Jakarta, 1991

Vol.4 No.3 September 2013

130