2008/09/18

Sistem Akuisisi Data Suhu Menggunakan Mikrokontroller AT89S51 Dengan Penampil LCD

Ini adalah makalah dari seorang teman yang ingin mengabadikan tugas makalahnya diblog saya yang mana makalahnya membahas tentang perancangan sistem akuisisi data suhu yang menggunakan komponen-komponen dasar berupa sebuah sensor suhu, mikrokontroller dan LCD sebagai fasilitas penampil. dengan ini saya ucapkan banyak-banyak terima kasih kepada mas Jaenal Arifin, ST yang telah berkenan dan mengijinkan makalah ini ditampilkan diblog ini dan bagi teman - teman yang lain yang kiranya berminat untuk menampilkan makalah atau Tugas Akhirnya diblog ini silahkan kirimkan Makalah atau Tugas Akhir anda kealamat Email saya : Joaldera@Gmail.com ...Terima kasih

Sistem Akuisisi Data Suhu Menggunakan Mikrokontroller AT89S51 Dengan Penampil LCD
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.

Kata kunci : Akuisisi data suhu, Sensor suhu LM35, Mikrokontroller AT89S51




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.

1.2.1 Tujuan
- Merancang sistem akuisisi data suhu untuk kemudian ditampilkan di LCD dengan menggunakan Mikrokontroller AT89S51.
- Untuk memenuhi tugas mata kuliah Komponen Sitem Kontrol pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro.


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

II. DASAR TEORI

2.1.1 Sensor Suhu LM 35
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°C) tranduser ini mampu mengeluarkan tegangan 250mV dan 1,5V pada suhu 150°C dengan kenaikan sebesar 10mV/°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.

Tegangan pada Rf dapat dinyatakan sebagai

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



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.

Gambar 3. Penguat differensial.

2.3 Rangkaian Analog to Digital Converter (ADC)
ADC pada rancangan ini digunakan untuk mengubah masukan analog keluaran sensor suhu yang sudah dikuatkan menjadi data digital 8 bit. Tipe ADC yang digunakan adalah ADC 0804 pada mode kerja free running. Rangkaian free running ADC 0804 ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Rangkaian Free running ADC.

Untuk membuat mode kerja ADC 0804 menjadi free running, maka harus diketahui bagaimana urutan pemberian nilai pada RD dan WR serta perubahan nilai pada INTR . Urutan pemberian nilai pada WR, RD perubahan nilai pada INTR ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Pemberian nilai pada RD dan WR serta perubahan nilai pada INTR


Mode kerja free running ADC diperoleh jika RD dan CS dihubungkan ke ground agar selalu mendapat logika 0 sehingga ADC akan selalu aktif dan siap memberikan data. Pin WR dan INTR dijadikan satu karena perubahan logika INTR sama dengan perubahan logika pada WR, sehingga pemberian logika pada WR dilakukan secara otomatis oleh keluaran INTR.
Nilai tegangan masukan (Vx) dari sebuah adc secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut:

dimana: Vx = tegangan masukan
Vref = tegangan referensi
Sedangkan resolusi dari sebuah adc secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut:
R7
dimana: ∆V = resolusi
Vref = tegangan referensi
n = jumlah bit

2.4 Mikrokontroller AT89S51

Gambar 5. Mikrokontroller AT89S51
Keterangan :
Vcc : Suplai Tegangan
GND : Ground atau pentanahan
RST : Masukan reset. Kondisi logika ‘1’ selama siklus mesin saat osilator bekerja dan akan mereset mikrokontroler yang bersangkutan.
Fungsi - fungsi Port :
Port 0 : Merupakan port paralel 8 bit open drain dua arah. Bila digunakan untuk mengakses memori luar, port ini akan memultipleks alamat memori dengan data.
Port 1 : merupakan port paralel 8 bit dua arah yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan.
Port 2 : merupakan port paralel selebar 8 bit dua arah. Port ini melakukan pengiriman byte alamat bila dilakukan pengaksesan memori eksternal.
P3.0 : Saluran masukan serial
P3.1 : Saluaran keluaran serial
P3.2 : Interupsi eksternal 0
P3.3 : Interupsi eksternal 1
P3.4 : Masukan eksternal pewaktu / pencacah 0
P3.5 : Masukan eksternal pewaktu / pencacah 1
P3.6 : Sinyal tanda baca memori data ekstrenal.
P3.7 : Sinyal tanda tulis memori data eksternal.

AT89S51 adalah sebuah mikrokontroller 8 bit terbuat dari CMOS, yang berkonsumsi daya rendah dan mempunyai kemampuan tinggi. Mikrokontroller ini memiliki 4Kbyte In-System Flash Programmable Memory, RAM sebesar 128 byte, 32 input/output, watchdog timer, dua buah register data pointer, dua buah 16 bit timer dan counter, lima buah vektor interupsi, sebuah port serial full-duplex, osilator on-chip, dan rangkaian clock.
AT89S51 dibuat dengan teknologi memori non-volatile dengan kepadatan tinggi oleh ATMEL. Mikrokontroller ini cocok dengan instruksi set dan pinout 80C51 standart industri.
Flash on-chip memungkinkan memori program untuk diprogram ulang dengan programmer memory nonvolatile yang biasa.

III. PERANCANGAN SISTEM



3.1 Perancangan Perangkat Keras

Gambar 6. Diagram blok sistem akuisisi suhu

3.1.1 Sensor Suhu ( LM35 )
Sensor suhu LM35 berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang berupa suhu menjadi besaran elektris tegangan. Sensor ini memiliki parameter bahwa setiap kenaikan 1ºC tegangan keluarannya naik sebesar 10mV dengan batas maksimal keluaran sensor adalah 1,5 V pada suhu 150°C.
Pada perancangan kita tentukan keluaran adc mencapai full scale pada saat suhu 100°C, sehingga saat suhu 100°C tegangan keluaran transduser (10mV/°C x 100°C) = 1V.
Dari pengukuran secara langsung saat suhu ruang, keluaran LM35 adalah 0.3V (300mV ). Tegangan ini diolah dengan menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal agar sesuai dengan tahapan masukan ADC.

3.1.2 Pengkondisi Sinyal
Pengkondisi sinyal berfungsi untuk menguatkan tegangan keluaran sensor suhu LM35 agar mampu diproses pada peralatan selanjutnya dalam hal ini oleh ADC 0804.
Diinginkan bahwa pengukuran suhu dapat dilakukan pada range 25°C – 100°C, sedangkan saat suhu kamar LM35 sudah mengeluarkan tegangan sebesar 0,3V, sehingga untuk dapat mengatur agar masukan ADC sebesar 0V pada suhu ruang, ditambahkan sebuah penguat differensial dengan konfigurasi sebagai berikut :

Gambar 7. Penguat differensial.

Keluaran penguat differensial dikuatkan lagi dengan rangkaian penguat non inverting dengan konfigurasi seperti pada gambar 6.
Dengan Vin = 1V pada 100°C dan Vout yang diinginkan sebesar 5V (Vx) maka dapat dihitung nilai tahanan untuk penguat non-inverting sebagai 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 ( ADC 0804 )
Perancangan untuk rangkaian adc digunakan mode free running. Mode ini dipilih karena waktu konversi adc jauh lebih cepat terhadap tingkat perubahan suhu dari plant, sehingga setiap kali suhu berubah, adc selalu telah selesai melakukan konversi data sehingga data sudah valid untuk dicuplik.
Untuk ADC 0804 dengan jumlah bit sebesar 8 bit dan Vref = 5V maka resolusinya (∆V) = 5 x 2-8 = 19,53mV.
Masukan tegangan analog adc yang berasal dari keluaran pengkondisi sinyal saat full scale dengan nilai sebesar Vx dapat dihitung sebagai berikut:

dengan demikian saat tegangan masukan adc 4,9804 keluaran adc akan bernilai FFH.

3.1.4 Mikrokontroller ( AT89S51 )
Data digital 8 bit dari ADC diambil oleh mikokontroller melalui Port 2 ( P2.0-P2.7 dihubung dengan DB0-DB7 ). Sedangkan data masukan untuk penampil LCD dikeluarkan melalui Port 1 ( P1.0-P1.7 dihubung dengan D0-D7 ). Untuk mengontrol kaki RS dan E pada LCD mikrokontroller memanfaatkan kaki P3.6 dan P3.7
Proses pengambilan data dan pengolahan data dapat dilihat dalam gambar 7. Data yang diambil dari P2 dikalibrasi terlebih dahulu, setelah dikalibrasi data tersebut kemudian diubah ke dalam kode ASCII supaya tertampil angka 0-100 pada LCD, jika tidak diubah maka yang tertampil adalah angka 0-255.

Gambar 9. Flowchart program akuisisi data suhu.

IV. PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Pengujian setiap blok
4.1.1 Pengujian LM35
Sensor suhu LM35 diuji dengan cara memberikan catu 5V dan memberikan pemanasan secara tidak langsung, sedangkan tegangan keluaran langsung diamati dengan voltmeter. Dari pengujian didapatkan data sebagai berikut.

Tabel 2. Hasil pengujian sensor LM35
Dari hasil pengujian diketahui tegangan keluaran sensor naik sebesar 50mV untuk setiap 5°C atau 10mV/°C, maka sensor telah bekerja dengan baik.

4.1.2 Pengujian rangkaian pengkondisi sinyal
Pengujian rangkaian pengkondisi sinyal dilakukan dengan cara memberikan tegangan berubah-ubah pada bagian masukan penguat akhir ( penguat non inverting ) kemudian mengukur keluarannya untuk kemudian dihitung tingkat penguatan tegangan.

Tabel 3. Hasil pengujian pengkondisi sinyal


Dari data tabel diketahui bahwa tingkat penguatan tegangan rangkaian pengkondisi sinyal adalah 5 kali, maka rangkaian telah dapat bekerja dengan baik.

4.1.3 Pengujian ADC 0804
Pengujian dilakukan dengan cara memberi tegangan masukan pada ADC dan mencatat data digital keluaran yang dihasilkan melalui tampilan led 8 bit.

Tabel 4. Hasil pengujian ADC.

Data hasil pengujian ADC menunjukkan bahwa komponen ini dapat bekerja dengan baik
4.1.4 Pengujian Software
Pengujian software meliputi pengujian program akuisi data suhu dan kalibrasi data akuisisi terhadap tampilan suhu pada LCD. Proses pengujiannya dilakukan dengan melihat secara visual data digital yang tertampil pada led indikator yang merupakan data yang diakuisisi dan membanding hasil tampilan suhu di LCD terhadap rumus berikut ini.
R10
Keterangan: data digital untuk proses perhitungan dalam bentuk desimal

Tabel 5. Hasil pengujian tampilan suhu


Dari tabel diketahui bahwa antara suhu tertampil di LCD dengan suhu hasil perhitungan terdapat perbedaan dalam hal ketelitian, dimana suhu tertampil di LCD adalah nilai bulat tanpa menampilkan nilai dibelakang koma, sedangkan suhu terhitung adalah sebagai patokan suhu yang harus tertampil. Penghilangan nilai koma ini bertujuan untuk memudahkan proses pembuatan program, namun dengan konsekuensi adanya tingkat error suhu tertampil akibat penghilangan tersebut. Software telah dapat mengkalibrasi data digital dan menampilkan nilai suhu dari suatu plant, maka software telah dapat bekerja dengan baik.

4.2 Pengujian sistem keseluruhan
Pengujian sistem keseluruhan dilakukan dengan menempatkan sensor LM35 dan termometer dalam plant suhu yang sama kemudian membandingkan antara suhu penunjukan yang tertampil pada LCD terhadap penunjukan suhu pada termometer selama 30 menit.

Tabel 6. Hasil pengujian sistem

Hasil percobaan menunjukkan bahwa sistem akuisisi data suhu memiliki error rata-rata sebesar 0,2125°C, nilai ini didapat dengan menjumlahkan semua nilai error dari setiap pengujian dibagi jumlah pengujian ( 8 kali ). Secara rumus adalah sebagai berikut.


IV. PENUTUP
5.1.1 Kesimpulan
Dari hasil perancangan dan pembuatan perangkat sistem akuisisi suhu dapat disimpulkan hal – hal sebagai berikut :
1. Hasil pengujian ADC menunjukkan bahwa untuk masukan sebesar 4,9V data digital sudah mencapai FFh, maka akan mengakibatkan terjadinya kesalahan penunjukkan suhu dimana saat tegangan masukan 4,9V suhu tertampil sudah mencapai 100°C.
2. Error rata-rata penunjukan suhu pada sistem akuisisi data suhu adalah 0,2125°C.
3. LM35 memiliki tegangan keluaran sensor dengan kenaikan sebesar 50 mV untuk setiap 5°C atau 10 mV/°C, maka sensor memiliki kenaikan yang cukup linier.


5.2 Saran
1. Pada bagian keluaran akhir rangkaian pengkondisi sinyal sebaiknya ditambahkan rangkaian clipper yang berfungsi untuk membatasi masukan ADC agar maksimal sebesar 5V.
2. Untuk mempermudah pengaturan nol dari rangkaian penguat differensial sebaiknya keluaran LM35 diperkuat terlebih dahulu sehingga tegangan referensi pengurang tidak terlalu kecil.
3. Sumber tegangan referensi pengurang sebaiknya menggunakan diode zener agar didapatkan tegangan yang stabil.
4. Untuk membuat tampilan data suhu lebih presisi maka dapat dibuat program kalibrasi data suhu yang lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA

[1]Coughlin, Robert and Federick Driscoll, Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linier, Jakarta : Erlangga.
[2]Malvino, Prinsip – Prinsip Elektronika, Jakarta, Erlangga, 1996.
[3]Malik, M, I, Anistardi, Bereksperimen dengan Mikrokontroler 8031, Jakarta, Elex Media Komputindo, Gramedia Group, 1997.
[4]Putra, A, E, Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi, Yogyakarta, Gava Media, 2002.
[5]Ogata, Katsuhiko, Teknik Kontrol Otomatik, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1991.




Name : Jaenal Arifin,ST
Home Address : Tegal, Jl.Brawijaya No.14 Gg.Muara 12 Rt.03/01 Central Java Phone: (0283)3318991
Letter Address : Jl. Tirto Husodo I/12 Pedalangan,Tembalang,Semarang
Phone : (024)7460129
Address Jakarta : Jl.Pembangunan Dalam 1 No. 30 Rt.05/Rw.01 Kelurahan Petojo utara,Kecamatan Gambir ,Jakarta Pusat (Belakang Gajah Mada Plasa)
Mobile Phone : 08883916203/081390833220
E-mail : Jaetoga@yahoo.com or Elektronika@telkom.net or Sikitty@plasa.com
My. Blog : http: //Jaetoga.blogs.friendster.com/well_come_to_my_blog/


  • Silahkan DownLoad : Pelatihan Mikro AT89s51-52
















  • 8 komentar:

    Anonim mengatakan...

    salam kenal....
    maaf,,Mas Jaenal Arifin,ST
    saya mau minta tolong sama mas..
    saya mau minta gambar keseluruhan rangkaian pengukuran suhu yang mas buat untuk Kerja praktek saya...
    kalo bisa beserta nilai tiap komponennya,dan mana yang lebih bagus...memakai AT89c51 atau AT89c52...
    kalo ada tolong kirim ke e-mile saya di satria_ituaja@yahoo.co.id

    terima kasih sebelum dan sesudahnya..

    tugas akhir mengatakan...

    Thanks banget ya bro, lagi cari data tentang tugas akhir nih.

    jemiro mengatakan...

    trims banget atas referensinya :D

    Agus papa Davin mengatakan...

    saya tertarik dengan judulnya,minta bantuaanya krim softcopynya buat referensi TA saya.Thx
    krim ke : ap_cool_abiz@yahoo.com

    Anonim mengatakan...

    All men dream, but not equally. Those who fancy by means of cimmerian dark in the dusty recesses of their minds, wake in the heyday to become aware of that it was conceitedness: but the dreamers of the epoch are rickety men, benefit of they may sketch on their dreams with exposed eyes, to cause them possible.

    Anonim mengatakan...

    The glory of great men should always be leisurely by the means they have utilized to buy it.

    Anonim mengatakan...

    Milieu an warning is not the strongest means of influencing another, it is the however means.

    Anonim mengatakan...

    Bang, saya dari mahasiswa politeknik negeri medan semester 5, saya mau minta bantuan abang untuk mencari judul TA kami. Mohon bantuan abang yaa, kalau ada tolong kirimkan ke loseviin_1011kacaribu@yahoo.co.id
    kalau boleh, kasih tau jugak kontak abang jugak yang bisa di hubungi ya.

    W-I-B

    Buku-Buku


    Masukkan Code ini K1-7FA1D9-2
    untuk berbelanja di KutuKutuBuku.com

    Baner

    Pesan

    Blog Archive

     

    Copyright © 2009 by Judul-Judul Tugas Akhir