bab ii dasar teori -...

Bab II Dasar Teori

Laporan Tugas Akhir| Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 4

Set Point Output

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Pengertian Sistem Pengukuran dan Kontrol

Pengukuran adalah suatu proses kegiatan yang bertujuan untuk

menentukan nilai suatu besaran dalam bentuk angka. Pada umumnya sistem

pengukuran dapat dibagi menjadi tiga elemen utama yaitu sensor/transducer,

pengkondisi sinyal, dan display

Variabel/objek

Gambar 2.1 Diagram blok sistem pengukuran

Dalam alur proses pengukuran pertama adalah sensor atau transducer,

sensor atau transducer berfungsi sebagai alat ukur. Kemudian dari sensor masuk

ke pengkondisi sinyal, pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengolah sinyal yang

dihasilkan oleh sensor atau transducer agar sinyal tersebut bisa digunakan untuk

mengaktifkan display, display berfungsi menampilkan hasil dari proses

pengkondisi sinyal.

Sistem kontrol adalah sistem yang terdiri dari beberapa elemen sistem

yang dapat mengendalikan atau mengatur suatu besaran tertentu. Komponen-

komponen yang terdapat dalam sistem kontrol dapat lebih mudah digambarkan

dengan diagram blok.

Gambar 2.2 Diagram blok sistem kontrol

Sensor/ Transducer Display

Kontrolerer

Aktuator Plant

Feedback

Pengkondisi sinyal

Bab II Dasar Teori


Dari diagram blok sistem kontrol alur perjalanannya adalah,

Set Point: Nilai dari controlled variable yang diinginkan

Error detector: Pembanding set point dengan sinyal feedback, dan

menghasilkan sinyal output yang sesuai dengan perbedaan tersebut

Kontroler: “Otak” dari sistem. Ia menerima error sebagai input dan

menghasilkan sinyal kontrol yang menyebabkan controlled variable

menjadi sama dengan set point

Aktuator: alat yang secara fisik melakukan keinginan kontroler dengan

suntikan energi tertentu

Plant: Proses tertentu yang dikontrol oleh sistem

Output: Variabel aktual yang diawasi dan dijaga pada nilai tertentu

yang diinginkan di dalam proses.

Feedback: Output dari measurement device.

2.2 Mikrokontroler Arduino

Arduino adalah platform prototipe elekronik open-source, yang

berdasarkan perangkat keras dan lunak yang fleksibel dan mudah digunakan.

Arduino diperuntukan bagi seniman, desainer, hobiis dan siapa pun yang tertarik

untuk membuat alat yang interaktif.

Arduino secara fisik adalah mikrokontroler. Arduino adalah perangkat

keras berbentuk rangkaian elektronik dengan ukuran yang kecil dan berfungsi

sebagai kontroler. Dihubungkan dengan sensor yang akan memberikan informasi

keadaan obyek atau lingkungan di sekitarnya, kemudian mengolah informasi

tersebut lalu menghasilkan suatu aksi. Proses ini akan dilakukan berulang- ulang.

Dalam tugas akhir ini penulis menggunakan board mikrokontroler Arduino Mega

2560 R3

2.2.1 Arduino Mega 2560

Arduino mega 2560 adalah piranti mikrokontroler menggunakan

ATmega2560. Modul ini memiliki 54 digital input atau output. Dimana 14 pin

Bab II Dasar Teori


digunakan untuk PWM output dan 16 pin digunakan sebagai analog input, 4 pin

untuk UART, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, power jack ICSP header,

dan tombol reset. Modul ini memiliki segala yang dibutuhkan untuk memprogram

mikrokontroler seperti kabel USB dan catu daya melalui adaptor atau batterai.

Semua ini diberikan untuk mendukung pemakain mikrokontroler Arduino, hanya

terhubung ke komputer dengan kabel USB atau listrik dengan adaptor dari AC ke

DC atau batterai untuk memulai pemakaian. Arduino Mega kompatibel dengan

shiled yang dirancang untuk Arduino Duemilanove, Decimila maupun UNO.

Gambar 2.3 Arduino Mega 2560 (sumber: arduino.cc)

Spesifikasi :

Mikrokontroler : ATmega 2560

Operating Voltage : 5V

Input Voltage (recommended): 7 – 12 V

Input Voltage (limits) : 6 – 20 V

Digital I/O Pins : 54 (15 PWM output)

Analog Input Pins : 16

DC current for I/O pin : 40 mA

DC current for 3.3 V pin : 50 mA

Flash Memory :256 KB (8 KB digunakan untuk bootloader)

SRAM : 8 KB

EEPROM : 4 KB

Bab II Dasar Teori


Clock Speed : 16 MHz

2.2.2 Shield Arduino

Shield adalah istilah untuk modul tambahan pada mikrokontroler Arduino.

Karena cara menggunakan modul tambahan pada Arduino adalah dengan cara

menumpuk dibagian atas board mikrokontroler Arduino, maka diberi istlah shield.

2.2.2.1 LCD Shield

LCD shield Arduino merupakan LCD yang dapat dipasang langsung diatas

board Arduino, tanpa menyolder dan tanpa kabel. LCD shield ini menggunakan

Chip HDD44780 dan merupakan LCD karakter 16 x 2 berwarna putih dengan

lampu backlight berwarna biru.

Gambar 2.4 LCD Shield Arduino (sumber: www.dfrobot.com)

2.2.2.2 SD Module

SD module shield dari DFR robot merupakan break out board untuk

standar SD card. Modul ini berfungsi untuk penyimpanan data.

Spesifikasi

http://www.dfrobot.com/

Bab II Dasar Teori


Gambar 2.5 SD module (sumber: www.dfrobot.com)

Dapat digunakan untuk SD card dan Micro SD (TF) card Terdapat slot untuk SD card Kompatibel dengan mikrokontroler Arduino Bisa digunakan dengan berbagai jenis mikrokontroler

2.2.3 Bahasa Program Arduino

Arduino menggunakan bahasa program dengan bahasa C. Bahasa ini

sudah dipermudah dengan menggunakan fungsi- fungsi yang sederhana sehingga

pemula pun bisa mempelajarinnya dengan cukup mudah. Berikut adalah

penjelasan singkat mengenai karakter bahasa C dan software Arduino.

1. Struktur

Setiap pemrograman Arduino (sketch) mempunyai dua buah fungsi yang harus

terdapat dalam setiap bahasa pemrograman pada Arduino.

void setup ( ) { }

Semua kode didalam kurung kurawal akan dijalankan hanya satu kali

ketika program Arduino dijalankan untuk pertama kalinya.

void loop ( ) { }

Fungsi ini akan dijalankan setelah setup (fungsi void setup) selesai.

Setelah dijalankan satu kali fungsi ini akan dijalankan lagi, dan secara

terus menerus sampai catu daya dilepaskan.

2. Syntax

Berikut ini adalah elemen bahasa C yang dibutuhkan untuk format penulisan

// (komentar satu baris)

Bab II Dasar Teori


Kadang diperlukan untuk memberi catatan pada diri sendiri apa arti kode-

kode yang dituliskan pada beberapa baris sebagai komentar. Semua hal

yang terletak di antara dua simbol tersebut akan diabaikan oleh program.

/* */ (komentar banyak baris)

Digunakan untuk membuat banyak catatan yang dapat dituliskan pada

beberapa baris sebagai komentar. Semua hal yang terletak di antara dua

simbol tersebut akan diabaikan oleh program.

{ } (kurung kurawal)

Digunakan untuk mendefinisikan kapan blok program mulai berakhir

(digunakan juga pada fungsi dan pengulangan).

; (titik koma)

Setiap baris kode harus diakhiri dengan tanda titik koma (jika ada titik

koma yang hilang maka program tidak akan bisa dijalankan).

3. Variabel

Sebuah program secara garis besar dapat didefinisikan sebagai instruksi untuk

memindahkan angka dengan cara yang cerdas. Variabel inilah yang digunakan

untuk memindahkannya.

int(integer)

Digunakan untuk menyimpan angka dalam 2 byte (16 bit). Tidak

mempunyai angka desimal dan menyimpan nilai dari -32.768 dan 32.767.

long(long)

Digunakan ketika integer tidak mencukupi lagi. Memakai 4 byte (32 bit)

dari memori (RAM) dan mempunyai rentang dari -2.147.483.648 dan

2.147. 483. 646.

boolean(boolean)

Variabel sederhana yang digunakan untuk menyimpan nilai TRUE (benar)

atau ELSE (salah). Sangat berguna karena hanya menggunakan 1 bit dari

RAM.

float(float)

Bab II Dasar Teori


Digunakan untuk angka desimal (floating point). Memakai 4 byte (32 bit)

dari memori (RAM) dan mempunyai rentang dari -3,4028235E+38 dan

3,4028235E+38.

char(character)

Menyimpan 1 karakter menggunakan kode ASCII (misalnya „A‟ = 65)

Hanya memakai 1 byte (8 bit) dari RAM.

4. Operator Matematika

Operator matematika digunakan untuk manipulasi angka (bekerja seperti

matematika yang sederhana).

=

Membuat sesuatu menjadi sama dengan nilai yang lain (misalnya: x=10*2,

x sekarang sama dengan 20).

%

Menghasilkan sisa dari hasil pembagian suatu angka dengan angka yang

lain (misalnya: 12% 10, ini akan menghasilkan angka 2).

+

Penjumlahan

-

Pengurangan

*

Perkalian

/

Pembagian

5. Operator pembanding

Digunakan untuk membandingkan nilai logika.

==

Sama dengan (misalnya: 12 == 10 adalah FALSE (salah) atau 12 == 12

adalah TRUE (benar)).

!=

Sama dengan (misalnya: 12! = 10 adalah TRUE (benar) atau 12 != 12

adalah FALSE (salah).

Bab II Dasar Teori


<

Lebih kecil dari (misalnya: 12 < 10 adalah FALSE (salah) atau 12 < 12

adalah FALSE (salah) atau 12 < 14 adalah TRUE (benar)).

>

Lebih besar dari (misalnya: 12 > 10 adalah TRUE (benar) atau 12 >12

adalah FALSE (salah) atau 12 > 14 adalah FALSE (salah)).

6. Struktur pengaturan

Program sangat tergantung pada pengaturan apa yang akan dijalankan berikutnya,

berikut ini adalah elemen dasar pengaturan.

1. if .. else, dengan format seperti berikut ini:

2. if (kondisi) {}

3. else if (kondisi) {}

4. else {}

Dengan struktur seperti diatas program akan menjalankan kode yang ada didalam

kurung kurawal jika kondisinya TRUE, dan jika tidak FALSE maka akan diperiksa

apakah kondisi pada else if dan jika kondisinya FALSE maka kode pada else yang

akan dijalankan.

1. for, dengan format seperti berikut ini:

for(int i = o;i < #pengulangan; i++) {}

Digunakan bila ingin melakukan pengulangan kode didalam kurung kurawal

beberapa kali, ganti #pengulangan dengan jumlah pengulangan yang diinginkan.

Melakukan perhitungan ke atas dengan i++ atau ke bawah dengan i--.

7. Digital

1. pinMode(pin, mode)

Digunakan untuk menetapkan mode dari suatu pin, pin adalah nomor pin yang

akan digunakan dari 0 – 19 (pin analog 0 – 5 adalah 14 -19). Mode yang bisa

digunakan adalah input atau output.

2. digitalWrite(pin, value)

Ketika sebuah pin ditetapkan sebagai output, pin tersebut dapat dijadikan HIGH

(ditarik menjadi 5 volts) atau LOW (diturunkan menjadi ground).

3. digitalRead(pin)

Bab II Dasar Teori


Ketika sebuah pin ditetapkan sebagai input maka anda dapat menggunakan kode

ini untuk mendapatkan nilai pin tersebut apakah HIGH (ditarik 5 volts) atau LOW

(diturunkan menjadi ground).

8. Analog

1. analogWrite(pin, value)

Beberapa pin pada Arduino mendukung PWM (pulse width modulation) yaitu pin

3, 5, 6, 9, 10, 11. Pin ini dapat merubah pin hidup (on) atau mati (off) dengan

sangat cepat sehingga membuatnya dapat berfungsi seperti keluaran analog. Nilai

pada format kode tersebut adalah angka antara 0 (0% duty cycle ~ 0V) dan 255

(100% duty cycle ~ 5V).

2. analogRead(pin)

Ketika pin analog ditetapkan sebagai input maka pin tersebut dapat membaca

keluaran voltasenya. Keluarannya berupa angka antara 0 (untuk 0 volts) dan 1.024

(untuk 5 volts).

2.2.4 Software Arduino

Arduino diciptakan untuk pemula bahkan yang tidak memiliki basic

bahasa pemrograman sama sekali, karena untuk pemrograman Arduino

menggunakan bahasa C Arduino yang telah dipermudah melalui library

(arduino.cc).

Arduino menggunakan software processing yang digunakan untuk menulis

program kedalam Arduino. Processing sendiri merupakan penggabungan antara

bahasa C++ dan java software. Software Arduino ini dapat di-instal diberbagai

operating system (OS) seperti: LINUX, Mac OS, dan Windows. Software

(Integrated Development Environment) IDE Arduino terdiri dari tiga bagian

yaitu :

1. Editor program, untuk menulis dan mengedit program dalam bahasa

processing. Listing program pada Arduino disebut sketch.

2. Compiler, modul yang berfungsi mengubah bahasa processing (kode

program) kedalam kode biner karena kode biner adalah satu- satunya

bahsa program yang dipahami oleh microcontroller.

Bab II Dasar Teori


3. Uploader, modul yang berfungsi memasukan kode biner kedalam memori

microcontroller.

Gambar 2.6 Software Arduino

Struktur perintah Arduino secara garis besar terdiri dari dua bagian yaitu

void setup dan void loop. Void setup berisi perintah yang akan dieksekusi hanya

satu kali sejak Arduino dihidupkan sedangkan void loop berisi perintah yang akan

dieksekusi berulang- ulang selama Arduino dinyalakan.

2.3 Sensor

Sensor adalah jenis tranduser yang dapat mengubah besaran mekanis,

magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. D Sharon,

dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk

mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu

energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi

mekanik dan sebagainya. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat

melakukan pengukuran. Dalam tugas akhir ini penulis menggunakan sensor

thermocouple tipe k, Sensor LM35 DZ.

2.3.1 Sensor Thermocouple

Thermocouple adalah sensor temperatur yang banyak digunakan untuk

mengubah perbedaan temperatur suatu benda menjadi perubahan tegangan listrik

(voltase). Thermocouple terdiri atas dua logam yang berbeda (tingkat kepadatan

Bab II Dasar Teori


elektron berbeda) yang satu ujungnya digabung menjadi satu. Sambungan logam

pada termokopel terdiri dari dua sambungan, yaitu :

Reference Junction ( Cold Junction ) merupakan sambungan acuan yang

suhunya dijaga konstan dan biasanya diberi suhu yang dingin.

Measuring Junction ( Hot Junction ) merupakan sambungan yang dipakai

untuk mengukur suhu atau disebut juga sambungan panas.

Dalam tugas akhir ini penulis menggunakan sensor thermocouple tipe K dan

penguatnya IC AD595.

Gambar 2.7 Sistem Pengukuran Temperatur dengan Thermocouple

AD595 cold junction thermocouple tipe K

AD595 adalah amplifier-compensator linier yang terdapat pada suatu chip

monolitas yang menghasilkan keluaran 10mV/C secara langsung dari

thermocouple. Cold junction dapat digunakan untuk memperkuat tegangan

kompensasinya secara langsung, dengan mengubah menjadi celcius transducer

dengan suatu keluaran voltase impedansi rendah. Berikut ini adalah implementasi

AD595 dengan thermocouple tipe K

Bab II Dasar Teori


Gambar 2.8 Rangkaian thermocouple dengan AD595 (sumber: data sheet AD595)

2.3.2 Sensor LM 35 DZ

Sensor LM35 DZ adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk

mengubah besaran temperatur menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan.

Gambar 2.9 Sensor temperatur LM 35 (sumber: data sheet LM35)

Adapun prinsip kerja IC temperatur sensor LM 35 DZ adalah sebagai berikut :

• Temperatur lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka

terhadap temperatur .

Bab II Dasar Teori


• temperatur lingkungan ini diubah menjadi tegangan listrik oleh rangkaian

di dalam IC, dalam proses tersebut perubahan temperatur berbanding lurus

dengan perubahan tegangan output.

• Pada seri LM35 DZ

Vout=10 mV/oC

Tiap perubahan 1oC akan menghasilkan perubahan tegangan output

sebesar 10mV

Sedangkan kelemahan dan kelebihan LM 35 adalah sebagai berikut :

• Rentang temperatur antara -55 sampai +150 oC

• Low self-heating, sebesar 0.08 oC

• Vout=10 mV/oC (Tiap kenaikan 1oC akan menghasilkan kenaikan

tegangan output sebesar 10mV)

2.4 Relay

DI-Relay 2 adalah modul relay SPDT (Single Pole Double Throw) yang

memiliki ketahanan yang baik terhadap arus dan tegangan yang besar, baik dalam

bentuk AC maupun DC. Aplikasi driver relay ini adalah sebagai electronic-switch

yang dapat digunakan untuk mengendalikan ON/OFF peralatan listrik berdaya

besar.

Gambar 2.10 DI-Relay 2 (sumber: depokinstruments.com)

Bab II Dasar Teori


2.5 Sistem Refrigerasi Miniatur Hujan Salju Buatan

Sistem refrigerasi miniatur hujan salju menggunakan dua sistem refrigerasi

kompresi uap, dan 1 sistem pompa air. Dalam pembuatan salju temperatur kabin

didinginkan hingga temperatur -20 OC dan temperatur air didinginkan hingga

temperatur 1 OC. setelah temperatur kabin dan temperatur air tercapai maka

pompa air menyala dan menyemburkan butiran air ke dalam kabin. Butiran air

yang tersembur ke dalam kabin akan berubah menjadi salju.

abin Ai

gambar 2.11 Sistem refrigerasi miniatur hujan salju

Dalam tugas akhir ini penulis akan membuatkan sistem kontrol pada alat

miniatur hujan salju buatan. Sistem yang dikontrol adalah sistem refrigerasi untuk

kabin dan sistem refrigerasi untuk kabin air.

Kabin air

Kompressor Kompressor

TXV

Sight glass Liquid receiver

Kondensor

Kondensor

Filter Dryer

Strainer

Liquid receveir

Nozzle

Pompa Air

Evaporator

Evaporator

Kabin

bab ii dasar teori -...

Documents