TUGAS PAPER

”KENDALI SUHU DENGAN IC LM35”Disusun sebagai Tugas Mata Kuliah Dasar Sistem Kontrol

Dosen : Dr. I Made Sudana, M.Pd.

Universitas Negeri Semarang

Disusun oleh :

Nama : Alex Susanto

NIM : 5301413004

Rombel : I (Satu)

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

SEMARANG

2015

A.

Kendali OtomatisEkspansi atau kontraksi padatan,cairan, atau gas,

perubahan resistansi listrik konduktor dan semikonduktor, ggl

termolistrik, dan perubahan arus pada sambungan dioda dan

transistor semikonduktor merupakan beberapa contoh sifat-sifat

bahan yang berubah apabila temperatur berubah, serta dapat

digunakan sebagai dasar untuk pembuatan sensor

suhu/temperatur.

Ada berapa contoh sensor temperatur yang sering digunakan

seperti lempengan bimetal, cairan dalam thermometer gelas,

detektor temperatur resistansi (RTD, resistance temperature detector),

thermistor, termokopel, serta termodioda dan transistor. Dari

beberapa contoh tersebut yang akan dibahas lebih focus yaitu

mengenai sensor suhu menggunakan termodioda dan transistor.

Ketika temperatur dari suatu bahan semikonduktor yang

ditambahkan dengan zat tak murni (doped semiconduktor) berubah,

maka mobilitas pembawa muatannya berubah. Akibatnya, apabila

sebuah sambungan p-n memiliki beda potensial, maka arus yang

mengalir akan melewati sambungan merupakan fungsi dari

temperatur. Sambungan semacam ini bersama-sama dengan

rangkaian potensial sinyal,dipasok dalam bentuk IC, contohnya

LM3911 dapat digunakan sebagai sensor temperatur yang akan

menghasilkan tegangan keluaran yang berbanding lurus dengan

temperatur. Serupa pula, transistor dapat digunakan sebagai

sensor temperatur. Sensor temperatur IC yang menggunakan

transistor adalah LM35. Sensor ini memberikan keluaran yang

merupakan fungsi linier dari temperatur, 10 mV/°C jika dicatu

dengan tegangan 5 V.

LM 35 merupakan sensor temperatur yang menggunakan chip

Silikon sebagai

elemen pendeteksi. LM35 mempunyai variabel output tegangan.

Meskipun rentang

kerja terbatas dalam rentang suhu -55 oC sampai 1500C tetapi

keunggulannya yaitu

menghasilkan output yang linier. Kelebihannya antara lain:

perbandingan antara

suhu dengan tegangan output yang linier, range output tinggi, harga

murah.

Kelemahannya antara lain: maksimum temperature sensing 1000.

IC Analog to Digital Converter 0804 (ADC 0804)

Rangkain atau chip ADC (Analog to Digital Converter 0804) berfungsi

untuk

mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Umumnya chip

ADC 8 bit digunakan

untuk mengubah rentang sinyal analog 0-5 V menjadi level

digital 0-225 untuk ADC

8 bit. ADC 0804 termasuk dalam keluarga ADC0804 yang IC CMOS

8-bit dengan

prinsip konversi successive-approximation. Pengubah Analog ke Digital

(A/D)

berfungsi untuk mengkonversikan besaran analog menjadi besaran

digital.

Tegangan analog yang tak diketahui dimasukkan ke dalam pengubah

A/D, dan akan

muncul keluaran biner yang bersangkutan. Keluaran biner

tersebut akan berbanding

lurus dengan masukan analog. Sebagai tambahan tegangan referensi

input dapat

di-adjust agar dapat menerjemahkan analog yang kecil sehingga

dapat dikontrol

dalam 8-bit resolution.

IC LM 7805

LM7805 adalah regulator untuk mendapat tegangan 5 volt, 7812

regulator

tegangan 12 volt dan seterusnya, sedangkan seri 79XX misalnya

adalah 7905 dan

7912 yang berturut-turut adalah regulator dengan tegangan

negatif 5 volt dan 12

volt. IC LM7805 (Integrated Circuit LM7805 ) merupakan

regulator untuk mendapat

tegangan 5 Volt. Komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan

pembatas arus

(current limilter) dan juga pembatas suhu (thermal shutdown). Komponen

ini

memiliki 3 pin (kaki). Selain dari regulator tegangan tetap

ada juga IC regulator yang

tegangannya dapat diatur. Prinsipnya sama dengan regulator OP-

amp yang

dikemas dalam satu IC misalnya LM317 untuk regulator variable

positif dan LM337

untuk regulator variabel negatif. Beda Resistor R1 dan R2 ada

di luar IC, sehingga

tegangan keluaran dapat diatur melalui resistor eksternal

tersebut.

Relay

Relay merupakan suatu Komponen (rangkain) elektronika yang

bersifat

elektronis dan sederhana serta tersusun oleh saklar, lilitan,

dan poros besi. Cara

kerja Komponen ini dimulai pada saat mengalirnya arus listrik

melalui koil, lalu

membuat medan magnet sekitarnya sehingga dapat merubah posisi

saklar yang ada

di dalam relay tersebut, sehingga menghasilkan aruslistrik

yang besar.

Mikrokontroller At89S51

Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc prosesor) memiliki

arsitektur RISC 8

bit, di mana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-

bits word) dan sebagian

besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock,

berbeda dengan instruksi

MCS 51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja itu

terjadi karena kedua

jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang

berbeda. AVR berteknologi

RISC (Reduced Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS

51 berteknologi

CISC (Complex Instruction Set Computing). Secara umum, AVR

dapat

dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga Attiny, keluarga

AT90Sxx, keluarga

ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing –

masing kelas

adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Oleh karena itu,

dipergunakan salah satu

AVR produk Atmel, yaitu ATMega8535. Selain mudah didapatkan

dan lebih murah

ATMega8535 juga memiliki fasilitas yang lengkap. Untuk tipe

AVR ada 3 jenis yaitu

AT Tiny, AVR klasik, AT Mega. Perbedaannya hanya pada

fasilitas dan I/O yang

tersedia serta fasilitas lain seperti ADC, EEPROM dan lain

sebagainya.

Software

Secara umum, sebuah robot digerakan dengan menggunakansebuah

program yang dimasukkan ke dalam mikrokontroller. Program yang

dijalankan oleh

mikro controller tersusun dari bahasa pemrograman tingkat

rendah (low level

language) atau disebut juga bahasa mesin. agar pembuatan program

lebih mudah

dipahami manusia, maka diperlukan bahasa pemrograman tingkat

itnggi (high level

language), salah satunya adalah bahasa pemrograman Basic. Bahasa

tingkat tinggi

tersebut kemudian decompile dengan menggunakan software

pendukung sehingga

mempunyai output yang dikenal oleh mesin.

B. Analitis Teoritis

IC LM35 adalah sensor suhu yang dirancang secara khusus

untuk menghasilkan tegangan

output sebesar 10 mV setiap perubahan 1 ºC. Perubahan output LM35

tersebut mempunyai tingkat kelinieran yang tinggi. Untuk

mendapatkan pembacaan suhu yang linier yaitu setiap perubahan

10 mV tegangan output LM35 akan memberikan pembacaan 1 ºC pada

display maka perlu dilakukan penyesuaian tegangan referensi pada

ADC 7107.

Apabila setiap perubahan output LM35 sudah mampu memberikan

perubahan suhu sebesar 1ºC maka sistem sudah mampu memberikan

pembacaan yang teliti meskipun tidak dikalibrasi. Besarnya

tegangan referensi dapat ditentukan dengan perhitungan sebagai

berikut dengan menggunkan persamaan (2.38):

Vref = Vlm35x256

Vref = 10mVx256

Vref = 2,56 Volt

Untuk membuktikan kelinieran ouput LM35 terhadap setiap

perubahan suhu yang ditampilkan pada display maka dilakukanlah

sejumlah pengukuran seperti yang ditunjukkan pada tabel 1:

No Output LM35 Pembacaan Alat Pembacaan termo

(Volt) (°C) (°C)1 1,0 102 1,5 153 2,0 204 2,5 25 255 3,5 35 35,56 4,0 40 417 5,0 50 508 6,0 60 619 6,5 65 6610 7,0 70 7011 7,5 75 7512 8,0 80 80Berdasarkan pengukuran tersebut terlihat bahwa setiap

perubahan 10 mV akan menghasilkan perubahan suhu sebesar 1 ºC.

Hal ini tentu saja mengindikasikan bahwa output LM35 adalah

linier. Grafik hasil pengukuran tersebut dapat dilihat pada

Gambar dibawah ini:

Untuk mementukan tegangana keluaran dari LM 35 terhadp suh

yang terbaca dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Jika

data suhu yang terbaca oleh alat 25°C sehingga tegangan

keluaraan LM35 dapat dihitung dengan persamaan

Tegangan _terukur = Temperatur x 10 ml

= 25 x 10

= 250 ml ≈ 2,5 Volt

Gb. Grafik Perubahan Output LM35 Terhadap Pembacaan Display

Analisis Kekuatan Pompa Untuk Memopa Air

Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan kecepatan

pompa untuk memompa air

kedalam bak dengan spesifikasi pompa yang digunakan adalah

pompa dengan kekuatan tegangan 220 VAC dengan daya yang

digunakan 6 Watt Hmax:0,5 m dan FL:400L/h dihasilkan kekuatan

pompa untuk mengalirkan air per detiknya adalah 100 ml/detik.

Analisis Perolehan waktu

Berdasarkan hasil pungujian volume dan waktu yang telah di

tentukan, alat pemanas ini dapat diketahui berapakan waktu

yang dipelukan untuk memanaskan air dengan volume yang telah

ditentukan . Dibawah ini adalah perolehan waktu untuk

memanaskan air per 40°C.

No Volume/30°C (ml)

Waktu(menit

)

Volume/35°C(ml)

Waktu(menit

)

Volume/40°C (ml)

Waktu(menit

)1 500 1,36 500 2,25 500 2,372 1000 1,50 1000 3,17 1000 4,063 1500 2,05 1500 4,09 1500 5,054 2000 2,45 2000 5,01 2000 6,15

Gambar 16 Perbandingan Pengukuran Alat dengan

Menurut data percobaaan Pemanasan per 0C/ detik dapat dihitung

dengan

Pemanasan per 30 °C/ detik = Volume/ t

Untuk volume = 500 / 96 = 5.20 °C/det

Untuk volume = 1000/110 = 9.09 °C/det

Untuk seterusnya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

diatas. Jadi rata-rata pemanasan yang terjadi per 30 °C tiap

detik mendapat perubahan suhu sekitar 8. 86 per °C/ detik.

Rata-rata pemanasan yang terjadi per 35 °C tiap detik mendapat

perubahan suhu sekitar 5.29 per °C/ detik. Rata-rata pemanasan

yang terjadi per 30 °C tiap detik mendapat perubahan suhu

sekitar 4.37 per °C/ detik.

Dari data dalam tabel diatas dapat diperoleh grafik

perbandingan perubahan pemanasan yang terjadi selama dalam

proses percobaan yang telah dilakukan dan dari hasil

perhitungan perbanbandingan data pemanasan yang terjadi

perdetik dapat digambarkan dalam grafik rata-rata perbandingan

pemanasan yang terjadi perdetik dari pemanasan masing-masing

suhu yang di ukur diantaranya pengukuran suhu 30 °C,35 °C dan

40 °C. dibawah ini adalah grafik dari percobaan dan

perhitungan analisis yang telah dilakukan.

Hal penting yang merupakan inti dari analisis yang dilakukan

adalah sebagai berikut ini,

1. Kepekaan dari sensor level air sangatlah berpengaruh dari

kepekaan relai untuk memutuskan saklar dalam keadaan normal

close.

2. Tegangan referensi merupakan faktor penting dalam memberikan

tegangan suplai pada konverter.

3. Batas pengukuran suhu dari alat pemanas otomatis ini adalah

150°C.

4. Tegangan catu daya yang stabil dapat diperoleh dengan IC

regulator. Dalam perancanagan ini IC regulator yang

digunakan adalah LM 7805 dan LM 7905 dengan input yang lebih

tinggi untuk menghindari hilangnya tegangan karena

penggunaan dioda bridge pada rangkaian catu daya.

5. Arus yang dibangkikan dapat tetap stabil dengan tegangan

yang stabil. Dalam rangkaian pembangkit arus, tegangan

stabil diperoleh dengan IC LM 7805. Selain itu tahanan yang

digunakan juga harus baik dan tidak mudah mengalami

perubahan nilai.

C.

Rangkaian Lengkap

Gambar Rangkaian lengkap Aplikasi LM 35

Gambar rangkaian 3 ½ digit A/D converter

Gambar rangkaian pengukuran suhu

Gambar rangkaian skema comparator

Gambar rangkaian transduser

Gambar rangkaian power supply

D.

Cara Kerja AlatUntuk mempermudah memahami bagaimana cara kerja alat, maka

akan disajikan secara terperinci fungsi dari masing-masing

blok rangkaian seperti yang sudah tersaji pada gambar. Adapaun

masing-masing blok tersebut adalah sebagai berikut:

1. Rangkaian pendeteksi air.

2. Rangkaian 3 ½ digit converter

3. Rangkaian pengatur suhu

4. Rangkaian comparator

5. Rangkaian regulator / power supply

6. Rangkaian tranduser.

Rangakain Pendeteksi Level Air.

Rangakaian di bentuk oleh IC ULN2803 dengan 4 inputan

NAND.dengan andanya sensor yang dimasukan kedalam air maka

level air yang akan di kendalikan dapat terdeteksi berapa

ketinggian air yang di maksud tersebut. Saat sensor A dan B

saling terhubung di karenakan air yang masuk kedalam bak

penampungan maka sensor tesebut memberikan masukan ke dalam IC

4093 yang bermkasud memberikan sinyal masukan duakali untuk

mengaliarkan listrik yang diteruskan kedalam transistor

darlington yang lau di masukan kedalam lilitan relay untuk

membauat relay dalam keadaan normal close.

Rangkaian 3 ½ digit converter

Rangkaian 3 ½ digit A/D converter yang dibentuk dari IC L7107

adalah sederhana karena hanya memerlukan tambahan beberapa

komponen eksternal yang berfungsi sebagai auto zero, pengatur

tegangan referensi, pengatur intensitas cahaya seven segment,

osilator, dll.

Rangkaian pengatur suhu

Pengukuran suhu yang dilakukan pada rangkaian ini

menggunakan sensor suhu LM35. LM 35 mendapat catu sebesar 5

volt, sedangkan outputnya dihubungkan ke input analog positif

(pin 31).

Rangkaian comparator

Rangkaian ini berfungsi untuk membandingkan antara

tegangan referensi dengan tegangan sensor suhu. Pada bagian

ini pengendalian suhu dilakukan, yaitu dengan membandingkan

tegangan sensor dan tegangan referensi. Dengan mengatur nilai

tahanan R4 maka akan diperoleh tegangan referensi yang

diinginkan. Output dari comparator akan bernilai positif apabila

tegangan dari sensor lebih besar dari tegangan referensi, dan

output dari comparator akan bernilai negatif apabila tegangan

referensi lebih besar dari tegangan sensor. Apabila pada output

comparator dihubungkan dengan rangkaian pemanas dan pendingin,

maka pengaturan suhu dapat dilakukan.

Rangkaian regulator / power supply

Tegangan yang digunakan untuk 3 ½ digit A/D Converter dengan

IC L7107 adalah tegangan simetris dengan besar tegangan +5 V

dan -5 V. Untuk mendapatkan tegangan +5 Volt digunakan IC

LM7805, sedangkan untuk tegangan -5 volt digunakan IC LM7905.

Untuk menghasilkan tegangan simetris digunakan trafo jenis CT.

Rangkaian tranduser

Transduser yang digunakan adalah jenis LM35. LM35

merupakan transduser suhu yang memiliki keluaran yang linier

dan stabil dengan output sebesar 10 mV setiap perubahan 1 ºC.

Catu daya yang digunakan adalah sebesar 5 volt. Kapasitor 100

nF digunakan sebagai filter tegangan keluaran dari LM35.

E.

Aplikasi AlatDalam kehidupan sehari-hari ataupun dunia industry kendali

suhu dengan LM 35 seperti yang dijelaskan diatas dapat

diaplikasikan ke berbagai hal seperti:

1. Dalam dunia usaha dapat digunakan sebagai saklar otomatis/

otomatisasi pemanas air ditempat pemandian SPA.

2. Dalam dunia peternakan bisa juga digunakan untuk otomatisasi

penetas telur dimana intensitas temperature dalam ruangan

dapat dikendalikan dengan kendali suhu dan dengan saklar

otomatis, apabila suhu dalam ruangan telah melebihi batas

untuk suhu yang tepat dalam penetasan telur maka secara

otomatis akan memberikan tanda yang membuat lampu mati, suhu

menurun apabila sudah perlu suhu lebih lagi maka akan

menghidup secara otomatis lagi, begitu seterusnya.

3. Dapat diaplikasikan juga untuk otomatisasi pendeteksi suhu

ruangan.

4. Dalam dunia industri dapat difungsikan sebagai indicator

temperature terutama dalam industry minuman dalam proses

penyaluran produksi melalui pipa-pipa. Ada proses pemanasan

maupun pendinginnya. Untuk kendali suhu ini bisa difungsikan

sebagai pengaman apabila terjadi kesalahan.

DAFTAR PUSTAKA

Bolton,W.2006.Sistem Instrumentasi dan Sistem

Kontrol.PT.Erlangga,Jakarta.

Malvino dan Hanapi, G. 1979. Prinsip-Prinsip Elektronika, PT. Erlangga,

Jakarta.

Thomas Sri Widodo, 2002, Elektronika Dasar, Penerbit Salemba

Teknika, Jakarta.

www.student.te.ugm.ac.id

(1 januari 2015)

www.alldatasheet.com/intersil/IC L 7107.html

(1 januari 2015)

http://www.teccor.com/datasheet/triac.html

(1 januari 2015)

http://repository.amikom.ac.id/files/Publikasi_06.11.1300.pdf

(1 januari 2015)

http://repository.akprind.ac.id/sites/files/conference-paper/

2008/jounaiddy_21145.pdf

(1 januari 2015)