Sistem Akuisisi Data Suhu Menggunakan Mikrokontroller At89s51

Sistem Akuisisi Data Suhu Menggunakan Mikrokontroller AT89S51 - Dengan Penampilan LCD Written by Jaenal Arifin Sunday, 18 January 2009 05:29 - Last Updated Sunday, 18 January 2009 11:13

Abstrak Makalah ini membahas perancangan sistem akuisisi data suhu yang menggunakan komponen-konponen dasar berupa sebuah sensor suhu, mikrokontroller dan LCD sebagai fasilitas penampil. Sistem akuisisi data suhu menjadi satu hal yang sangat penting dalam kegiatan perindustrian, karena merupakan sebagian kecil dari sebuah proses kontrol. Berkenaan dengan pentingnya sistem, maka dilakukan perancangan sistem akusisi data suhu yang mampu melakukan kegiatan monitoring suhu suatu plant. Data yang akan diukur merupakan sebuah besaran fisis temperature sehingga untuk dapat diolah dan ditampilkan dalam bentuk sistem elektris digunakan sensor suhu LM35 yang mampu mengkonversi besaran tersebut dengan kenaikan 10mV/ºC. Untuk dapat merancang sistem maka pertama kali dilakukan proses mengubah suhu menjadi tegangan analog menggunakan sensor suhu LM35. Setelah melalui proses pengkondisian sinyal dengan cara dikuatkan, tegangan analog diubah menjadi data digital menggunakan ADC 0804. Data digital yang diperoleh kemudian diolah oleh Mikrokontroller AT89S51 dan ditampilkan, sehingga didapatkan suatu informasi mengenai suhu plant dengan satuan ºC pada sebuah LCD. Dari perancangan sistem akuisisi data suhu didapatkan hasil bahwa sistem ini memiliki kemampuan untuk mengukur suhu dari 25ºC sampai 100ºC dengan error rata-rata penunjukan suhu sebesar 0,2125°C. I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem Instrumentasi yang berbentuk akuisisi data telah dipergunakan secara luas dalam kegiatan perindustrian, karena merupakan bagian dari proses kontrol. Pengukuran besaran fisis adalah salah satu langkah dalam akuisisi data. Temperatur merupakan salah satu besaran fisis yang sering dipakai dalam suatu sistem kontrol baik hanya untuk sistem monitoring saja atau untuk proses pengendalian lebih lanjut. Dalam kaitannya dengan hal tersebut, maka kami membuat sebuah alat pendeteksi suhu yang dapat di kontrol oleh sebuah mikrokontroller. Dengan menampilkan suatu hasil pengukuran secara digital, pemantauan terhadap proses dapat dilakukan dengan lebih mudah.

1.2 Tujuan 1. " Merancang sistem akuisisi data suhu untuk kemudian ditampilkan di LCD dengan menggunakan Mikrokontroller AT89S51. 2. " Untuk memenuhi tugas mata kuliah Komponen Sitem Kontrol pada Jurusan Teknik

1/6

Sistem Akuisisi Data Suhu Menggunakan Mikrokontroller AT89S51 - Dengan Penampilan LCD Written by Jaenal Arifin Sunday, 18 January 2009 05:29 - Last Updated Sunday, 18 January 2009 11:13

Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro.

1.3 Batasan Masalah

Dalam pembuatan tugas ini penulis membatasi permasalahan sebagai berikut : 1. Range akuisisi data adalah 25ºC sampai dengan 100ºC. 2. Data pengukuran ditampilkan pada sebuah LCD sebagai peralatan monitoring tanpa melakukan proses pengendalian. 3. Konfigurasi ADC diatur secara free running.

II. DASAR TEORI

2.1 Sensor Suhu LM35

Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM 35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam C, LM 35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor seperti pada gambar 1.

Gambar 1. LM 35 basic temperature sensor

Vout dari LM 35 ini dihubungkan dengan ADC (Analog To Digital Converter). Dalam suhu kamar (25 o C) tranduser ini mampu mengeluarkan tegangan 250mV dan 1,5V pada suhu 150 o C dengan kenaikan sebesar 10mV/ o

2/6

Sistem Akuisisi Data Suhu Menggunakan Mikrokontroller AT89S51 - Dengan Penampilan LCD Written by Jaenal Arifin Sunday, 18 January 2009 05:29 - Last Updated Sunday, 18 January 2009 11:13

C.

2.2 Penguat Operasional (Operasional Amplifier)

Penguat operasional adalah rangkaian terpadu (IC) yang mempunyai 5 buah terminal dasar. Dua terminal untuk catu daya, 2 yang lain digunakan untuk isyarat masukan yang berupa masukan membalik (-) dan masukan tak membalik (+) serta 1 terminal untuk keluaran.

2.2.1 Penguat Tak Membalik (Non-inverting Amplifier)

Penguat tak membalik merupakan suatu penguat dimana tegangan keluarannya atau Vo mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukan atau Vi. Rangkaian penguat tak membalik ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Penguat tak membalik

Arus i mengalir ke Ri karena impedansi masukan op - amp sangat besar sehingga tidak ada arus yang mengalir pada kedua terminal masukannya. Tegangan pada Ri sama dengan Vi karena perbedaan tegangan pada kedua terminal masukannya mendekati 0 V.

3/6

Sistem Akuisisi Data Suhu Menggunakan Mikrokontroller AT89S51 - Dengan Penampilan LCD Written by Jaenal Arifin Sunday, 18 January 2009 05:29 - Last Updated Sunday, 18 January 2009 11:13

Tegangan pada R f dapat dinyatakan sebagai

Tegangan keluaran Vo didapat dengan menambahkan tegangan pada Ri yaitu Vi dengan tegangan pada Rf yaitu V Rf .

2.2.2 Penguat Differensial

Penguat differensial merupakan suatu penguat dimana tegangan keluarannya atau Vo merupakan hasil selisih antara kedua buah tegangan masukan pada terminal inverting dan non-invertingnya. Rumus umum yang berlaku untuk penguat differensial adalah sebagai berikut :

Rangkaian penguat differensial ditunjukkan pada Gambar 3.

4/6

Sistem Akuisisi Data Suhu Menggunakan Mikrokontroller AT89S51 - Dengan Penampilan LCD Written by Jaenal Arifin Sunday, 18 January 2009 05:29 - Last Updated Sunday, 18 January 2009 11:13

Gambar 3.rancangan Penguat differensial Rangkaian Analog Digital Converter ADC yang pada pada sudah mode kerja dikuatkan freeto running. ini menjadi digunakan Rangkaian data digital untuk (ADC) free mengubah 8 bit.running Tipe ADC masukan ADCyang 0804 analog digunakan ditunjukkan keluaran adalah pada sensor ADC Gambar suhu 08044.

Gambar 4.-RD Rangkaian FreeADC running ADC. Untuk urutan nilai pada membuat pemberian , -WR mode nilaiperubahan kerja pada -RD nilai dan 0804 pada -WR menjadi serta -INTRfree perubahan ditunjukkan running,nilai maka pada pada Tabel harus -INTR. 1. diketahui Urutanbagaimana pemberian Tabeltegangan 1 Pemberian nilai pada -RD dan -WR serta perubahan nilai pada -INTR Mode mendapat -INTR -WR, sehingga kerja dijadikan logika freemasukan pemberian satu running 0 sehingga karena ADC logika perubahan ADC diperoleh pada akan -WR jika selalu logika -RD dilakukan aktif -ITNR dandan -CS sama secara siap dihubungkan dengan memberikan otomatis perubahan oleh kedata. ground keluaran logika Pin agar -WR -INTR. pada selalu dan Nilai (Vx) dari sebuah adc secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut: dimana: Vx = tegangan Vref= tegangan referensi Sedangkan resolusi darimasukan sebuah adc secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut: dimana: 2.4 Mikrokontroller AT89S51

Gambar 5. Mikrokontroller AT89S51 Keterangan VccPERANCANGAN Suplai GND Ground RST :biasa. :nonvolatile :on-chip Tegangan atau reset. pentanahan Kondisi logika '1' selama siklus mesin saat osilator bekerja dan akan mereset mikrokont Fungsi Port0 Merupakan Port1 Port2 merupakan P3.0 P3.1 Saluran P3.2 P3.3 Interupsi P3.4 P3.5 Masukan P3.6 P3.7 Sinyal : tanda -dan fungsi masukan keluaran eksternal eksternal port baca tulis Port paralel serial memori serial memori 0pewaktu 1 : dua 8 selebar bit data data /dua open pencacah ekstrenal. ekstrenal. 8instruksi arah bit drain dua yang dua 08arah. 1 dapat arah. Port digunakan Bila ini melakukan digunakan untuk untuk pengiriman berbagai mengakses keperluan. byte alamat memori bila luar, dilakukan port ini rendah Programmable register serial full-duplex, data adalah mempunyai pointer, Memory, sebuah osilator kemampuan RAM on-chip, mikrokontroller buah sebesar 16 dan bit tinggi. timer rangkaian 128 bit dan byte, Mikrokontroller terbuat counter, 32 clock. input/output, dari lima CMOS, ini buah memiliki watchdog yang vektor 4Kbyte berkonsumsi interupsi, timer, In-System dua sebuah daya buah Flash port AT89S51 Mikrokontroller dibuat ini dengan cocok dengan teknologi memori set non-volatile dan pinout dengan 80C51 kepadatan standart industri. tinggi oleh ATMEL. Flash memungkinkan memori program untuk diprogram ulang dengan programmer mory me yang III. SISTEM 3.1 Perancangan Perangkat Keras Gambar 6. Diagram blok sistem akuisisi suhu 3.1.1 Sensor Suhu (100°C LM35 )menggunakan Sensor elektris keluarannya suhu 150°C. tegangan. suhu naik LM35 sebesar Sensor berfungsi ini 10mV memiliki untuk dengan mengubah parameter batas besaran bahwa fisis setiap keluaran yang kenaikan berupa sensor 1ºC suhu adalah tegangan menjadi 1,5 V pada besaran Pada sehingga perancangan saat suhu kita tentukan tegangan keluaran keluaran adc mencapai transduser full (10mV/°C scale pada xsehingga 100°C) suhu =untuk 1V. 100°C, Dari Tegangan tahapan pengukuran masukan ini diolah secara ADC. dengan langsung saat suhu rangkaian ruang, keluaran pengkondisi LM35 sinyal adalah agar 0.3V sesuai (300mV dengan ). 3.1.2 Pengkondisi Sinyal Pengkondisi mampu diproses sinyal pada berfungsi peralatan untuk selanjutnya menguatkan dalam tegangan hal ini oleh keluaran ADC sensor 0804. suhu LM35 agar differensial Diinginkan saat mengatur suhu agar kamar bahwa dengan masukan LM35 pengukuran konfigurasi sudah ADC mengeluarkan sebesar suhu sebagai dapat 0V berikut pada dilakukan tegangan :maksimal suhu pada ruang, sebesar range ditambahkan 0,3V, 25°C - saat 100°C, sebuah sedangkan penguat dapat 7. Penguat differensial. Keluaran5V konfigurasi sebesar :Gambar penguat seperti (Vx) maka differensial pada dapat gambar dihitung dikuatkan 6. Dengan nilai lagi tahanan Vin dengan = 1V untuk rangkaian padapenguat 100°C penguat non-inverting dan Vout non yang inverting sebagai diinginkan dengan berikut Jika Ri = 1K maka, Rf = 4K dalam aplikasi digunakan potensiometer 50K untuk Rf Gambar 8. Penguat non_inverting. 3.1.3 Analog to Digital Converter (sebesar ADC 0804 ) dan Perancangan konversi suhu untuk berubah, dicuplik. adc jauh untuk adc lebih selalu rangkaian cepat telahterhadap adc selesai melakukan tingkat perubahan konversi free running. suhu sehingga Mode plant, inisehingga data dipilihsudah karena valid waktu kali Untuk ADC 0804 dengan jumlah bitdigunakan 8 mode bit Vref =data 5Vdari maka resolusinya : setiap Masukannilai dengan tegangan sebesaranalog Vx dapat adc dihitung yang berasal sebagai dariberikut: keluaran pengkondisi sinyal saat full scale demikian saat masukan adc 4,9804 keluaran adc akan bernilai FFH. 3.1.4 digital Mikrokontroller (tegangan AT89S51 )oleh Data dengan P1.0-P1.7 mikrokontroller DB0-DB7 dihubung 8P2 bitmemanfaatkan dari ).supaya Sedangkan dengan ADC diambil D0-D7 kaki data P3.6 ). masukan Untuk mikokontroller dan mengontrol P3.7 untuk penampil melalui kaki jika RS Port LCD dan 2gambar dikeluarkan (EP2.0-P2.7 pada dihubung melalui Port ke 1( tertampil Proses diambil dalam kode pengambilan dari adalah ASCII dikalibrasi angka data 0-255. terlebih dan tertampil pengolahan dahulu, angka setelah 0-100 data dapat pada dikalibrasi dilihat LCD, data dalam tidak tersebut diubah kemudian 7.LCD maka Data yang yang diubah

Gambar 9.didapatkan Flowchart program akuisisi data langsung suhu. IV. PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Pengujian setiap blok 4.1.1 Pengujian LM35 pengujian Sensor tidak langsung, suhu LM35 sedangkan diuji data dengan sebagai tegangan cara berikut. memberikan keluaran catu 5V diamati dan memberikan dengan voltmeter. pemanasan Dari secara Tabel 2. Hasil pengujian sensor LM35 Dari atau hasil 10mV/°C, pengujian maka diketahui sensor telah tegangan bekerja keluaran dengan sensor baik. naik sebesar 50mV) tegangan untuk setiap 5°C 4.1.2 Pengujian rangkaian pengkondisi sinyal mengukur Pengujian berubah-ubah keluarannya rangkaian pada bagian pengkondisi untuk masukan kemudian sinyal penguat dihitung dilakukan akhir tingkat dengan ( penguat penguatan cara non memberikan inverting tegangan. kemudian TabelPengujian 3. Hasil pengujian pengkondisi sinyal 4.1.3 ADCdengan 0804 digital Pengujian keluaran dilakukan yang dihasilkan cara melalui memberi tampilan tegangan led 8masukan bit. pada ADC dan mencatat data Tabelhasil 4. Hasil pengujian Data pengujian ADC ADC. menunjukkan bahwa komponen ini dapat bekerja dengan baik. 5/6

Sistem Akuisisi Data Suhu Menggunakan Mikrokontroller AT89S51 - Dengan Penampilan LCD Written by Jaenal Arifin Sunday, 18 January 2009 05:29 - Last Updated Sunday, 18 January 2009 11:13

Keterangan: data digital untuk proses perhitungan dalam bentuk desimal

Tabel 5. Hasil pengujian tampilan suhu Dari terdapat menampilkan yang pembuatan penghilangan suhu tabel harus dari perbedaan suatu diketahui tertampil. program, nilai tersebut. plant, dibelakang bahwa dalam namun Penghilangan maka Software hal antara software dengan koma, ketelitian, telah suhu nilai sedangkan konsekuensi telah dapat tertampil koma dimana dapat mengkalibrasi ini suhu suhu di bekerja bertujuan adanya LCD terhitung tertampil dengan dengan tingkat data untuk adalah di digital suhu baik. error memudahkan LCDpenunjukan hasil sebagai dan suhu adalah perhitungan tertampil nilai patokan proses bulat akibat suhu tanpa nilai 4.2 Pengujian sistem keseluruhan tertampil Pengujian dalam plant pada sistem suhu LCD keseluruhan yang terhadap sama kemudian penunjukan dilakukan membandingkan dengan suhu pada menempatkan termometer antara sensor suhu selama LM35 30menampilkan menit. dan termometer yang

Tabelpercobaan 6. Hasil jumlah Hasil 0,2125°C, pengujian nilaipengujian inimenunjukkan ( didapat 8 kali ).sistem dengan Secara bahwa rumus menjumlahkan sistem adalah akuisisi sebagai semua datanilai berikut. suhu error memiliki dari setiap error rata-rata pengujian sebesar dibagi V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan Dari hal sebagai hasil perancangan berikut :- and dan pembuatan perangkat sistem akuisisi suhu dapat disimpulkan hal sudah dimana Hasil mencapai saat pengujian FFh, ADC maka masukan menunjukkan akan 4,9V mengakibatkan suhu bahwa tertampil untuk terjadinya sudah masukan mencapai kesalahan sebesar 100°C. penunjukkan 4,9V data digital suhu 2. Error rata-rata penunjukan suhu pada sistem akuisisi data suhu adalah 0,2125°C. 3. 5°C atau LM35 10 memiliki mV/°C, tegangan maka sensor keluaran memiliki sensor kenaikan dengan yang kenaikan cukup linier. sebesar 50 mV untuk setiap 5.2 Saran 1. rangkaian Pada clipper bagian yang keluaran berfungsi akhir untuk rangkaian membatasi pengkondisi masukan sinyal ADC sebaiknya agar maksimal ditambahkan sebesar 5V. keluaran kecil. mempermudah diperkuat terlebih pengaturan dahulu nol sehingga dari rangkaian tegangan penguat referensi differensial pengurang sebaiknya tidak terlalu didapatkan Sumber tegangan tegangan yang referensi stabil. pengurang sebaiknya menggunakan diode zener agar 4. data suhu Untuk yang membuat lebih baik. tampilan data suhu lebih presisi maka dapat dibuat program kalibrasi DAFTAR PUSTAKA Coughlin, Robert Federick Driscoll, Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linier ,[1] Jakarta :LM35 Erlangga. [2] Malvino, Prinsip Prinsip Elektronika, Jakarta, Erlangga, 1996. [3] Malik, M, I,tegangan Anistardi, Bereksperimen dengan Mikrokontroler 8031, Komputindo, Gramedia Group, 1997. Jakarta, Elex Media [4] Putra, A, E, Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi, Media, 2002. Yogyakarta, Gava [5] Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Otomatik, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1991.

6/6