APLIKASI ALAT KONTROL SUHU OTOMATIS PADA

BANTAL PENGHANGAT SEBAGAI ALAT TERAPI

ALTERNATIF

Oleh

Ngurah Agung Putra Wijaya

NIM. 0605031060

JURUSAN DIII TEKNIK ELEKTRONIKA

FAKULTAS TEKNIK DAN KEJURUAN

UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA

SINGARAJA

2010

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

3.1 Perancangan Alat

Dalam merancang dan membuat alat kontrol suhu bantal penghangat ini ada

suatu tahapan-tahapan agar dalam pembuatannya dapat menjadi teratur dan lancar.

Berikut ini adalah tahapan-tahapan yang dilakukan, dapat dilihat melalui gambar

flow chart di bawah ini :

Gambar 3.1 Flow Chart Pembuatan Alat Kontrol Suhu Bantal penghangat.(Sumber : Hasil Perancangan)

Flow Chart pada Gambar 3.1 di atas adalah merupakan gambaran awal

dalam pembuatan rangkaian bantal penghangat beserta tahapan-tahapan yang

dimulai dari awal sampai akhir. Berikut adalah penjelasannya :

1. Tahap pertama yang dilakukan adalah pengumpulan dasar-dasar teori

yang berkaitan dengan alat yang akan dibuat. Hal ini dilakukan agar

memudahkan dalam perhitungan, penentuan nilai-nilai komponen, dan

pengenalan-pengenalan karakteristik komponen yang akan digunakan.

2. Tahap kedua adalah tahap yang dimana untuk merancang cassing alat

sesuai rancangan awal dengan disain alat kontrol bantal penghangat

tersebut.

3. Tahap ketiga merupakan perancangan bentuk bantal penghangat sesuai

dengan rancangan awal yang telah ditentukan berikut bahan, ukuran dari

bantal penghangat.

4. Tahap keempat merupakan perancangan penempatan kawat pemanas

agar panas yang dihasilkan dapat tersebar diseluruh bagian bantal sesuai

dengan harapan.

5. Tahap kelima yaitu melakukan rancangan disain rangkaian beserta nilai-

nilai komponen yang terpasang sesuai dengan perhitungan yang didapat.

6. Tahap keenam yaitu melakukan pengumpulan komponen-komponen

elektronika yang akan digunakan dalam menyusun rangkaian yang telah

ditentukan berdasarkan hasil perancangan. Apabila komponen yang

digunakan tidak tersedia pada blok rangkaian yang memakai komponen

tersebut di pasaran, dilakukan proses modifikasi atau penggantian

komponen yang baru dan memiliki fungsi yang sama. Jika semua

komponen tersedia di pasaran maka dapat dilanjutkan ke tahap

berikutnya.

7. Tahap ketujuh yaitu perakitan komponen-komponen yang membentuk

suatu rangkaian berdasarkan rancangan yang dibuat paa papan

Breadboard. Selanjutnya merangkai rangkaian pada masing-masing

blok. Kemudian melakukan uji rangkaian pada masing-masing blok

rangkaian dengan memberikan catu daya DC pada rangkaian, maka

dapat diketahui kinerja yang dihasilkan oleh masing-masing blok

rangkaian. Apabila dalam rangkaian mengalami masalah, maka

dilakukan analisa kerusakan, kesalahan penggunaan atau pemasangan

komponen, dan jika memungkinkan rangkaian bisa dimodifikasi atau

rancangan rangkaian diperbaiki. Apabila rangkaian sudah bekerja sesuai

yang diharapkan, maka dapat dilanjutkan ketahap berikutnya.

8. Tahap kedelapan yaitu melakukan uji rangkaian pada keseluruhan

rangkaian yang dijadikan satu rangkaian. Apabila pada kinerja rangkaian

ada yang mengalami masalah, yaitu kesalahan penggunaan, atau

kesalahan pemasangan komponen, maka dilakukan analisa kerusakan

dan jika memungkinkan rangkaian dapat dimodifikasi atau rancangan

rangkaian diperbaiki. Apabila rangkaian sudah bekerja sesuai dengan

yang diharapkan, maka dapat dilakukan ketahap berikutnya.

9. Selanjutnya setelah semua rangkaian telah diuji coba, maka tahap

selanjutnya adalah mendisain pola pada papan PCB sesuai dengan pola

rangkaian yang telah mengalami ujicoba. Disain pada papan PCB adalah

meliputi : Pengambaran jalur-jalur rangkaian pada aplikasi computer

yaitu pada aplikasi diptrace dan mencetak pada plastik transparan untuk

dilakukan penyablonan pada papan PCB. Kemudian setelah selesai

menyablon jalur-jalur rangkaian pada PCB, kemudian melarutkan papan

PCB tersebut kedalam larutan Feri Klorida agar didapatkan pola yang

diinginkan. Kemudian akan pengeboran pada jalur-jalur tersebut sesuai

dengan kaki-kaki komponen yang akan dipasang.

10. Tahap kesepuluh yaitu melakukan pemasangan komponen-komponen

pada papan PCB yang telah diberikan pola dan diberi lubang untuk

menempatkan kaki-kaki komponen sesuai dengan posisi masing-masing

yang telah ditentukan dari hasil rancangan sebelumnya.

11. Kemudian ditahap ini yaitu melakukan tes uji rangkaian kembali setelah

perakitan komponen pada papan PCB tersebut. Ini dilakukan untuk

mengatahui apakah rangkaian yang dibuat pada papan PCB telah bekerja

normal dan baik sesuai dengan yang diharapkan. Kalau tidak bekerja

dengan normal, maka dilakukan perbaikan dan pengujian kembali, dan

bila sudah dapat bekerja dengan normal, maka dapat dilakukan ketahap

berikutnya.

12. Kemudian melakukan pemasangan alat pada cassing alat yang sudah

sesuai rangcangan.

Setelah tahapan-tahapan yang dilakukan di atas selesai dan alat sudah

bekerja normal sesuai dengan yang diharapkan, maka selanjutnya menuju

keproses tahapan akhir yaitu pembuatan laporan Tugas Akhir.

3.1.1 Perancangan dan Pembuatan Konstruksi dan Disain Alat

Dalam perancangan konstruksi dan disain alat kontrol suhu bantal

penghangat ini, agar dalam pembuatannya dapat bekerja dengan baik dan lancar,

maka susunan perancangan mengikuti tahapan-tahapan berikut ini. Tahapan-

tahapan pembuatan konstruksi dan disain alat dapat dijelaskan dengan tahapan-

tahapan di bawah ini :

1. Perancangan Konstruksi Bantal Penghangat.

2. Perancangan Konstruksi Kawat Pemanas.

3. Perancangan Box Cassing Alat.

3.1.1.1 Perancangan Konstruksi Bantal penghangat

Perancangan konstruksi bantal penghangat ini menggunakan bahan dasar

spons dimana ukuran spons pada bantal di bagian sisi atas, tengah dan bagian

bawah adalah sama, yaitu berukuran panjang 40 cm, lebar 30 cm, dan tinggi

bantal adalah 9 cm. Dimensi bentuk dari bantal penghangat dapat dilihat pada

Gambar 3.2 di bawah ini.

Bagian AtasBantal

40cm

30cm

3cm

(a). Bagian Atas Bantal.

(b). Bagian Tengah Bantal.

(c). Bagian Bawah Bantal.

Gambar 3.2 Bagian-bagian Belahan Bantal penghangat. (Sumber : Hasil Perancangan)

3.1.1.2 Perancangan Konstruksi Kawat Pemanas

Perancangan elemen pemanas menggunakan kawat pemanas yang terjual

di pasaran. Kawat pemanas ini terbuat dari logam campuran yaitu dari bahan

Bagian TengahBantal

40cm

30cm

3cm

Bagian BawahBantal

40cm

30cm

3cm

krom, besi, dan alluminium. Panjang kawat yang dipakai dalam perancangan di

sini adalah 12 meter degan diameter 0,3 milli meter.

Gambar 3.3 Perancangan Kawat Pemanas. (Sumber : Hasil Perancangan)

Dilihat dari Gambar 3.3 di atas, di dalam perancangan sebelum kawat

diletakan pada bantal, sebelumnya kawat terlebih dahulu dilapisi atau di isolasi

dengan bahan asbes yang berbentuk benang, ini agar kawat tidak langsung

menyentuh bantal yang berbahan spons seingga tidak lebur atau meleleh nantinya

dengan menggunakan lem kayu (lem fox) untuk merekatkan benang asbes agar

tidak tedapat kerenggangan pada saat benang asbes dililitkan pada kawat.

3.1.1.3 Perancangan Box Cassing Alat

Perancangan box cassing alat dibuat dari bahan acrylic transparan dengan

dimensi cassing berukuran 25 cm x 20 cm x 7 cm. Bentuk menyerupai box yang

dapat dipisah, bagian atas dapat dilepas dengan melepas baut pengunci yang

tepasang di bagian samping dan depan pada box cassing, dan dua buah engsel

kupu-kupu yang berfungsi untuk dapat membuka bagian atas box yang terdapat di

Isolasi Asbes

KawatPemanas

samping-samping box cassing tersebut. Berikut dapat dilihat bentuk dari box

cassing alat seperti yang terlihat pada Gambar 3.4 di bawah ini.

Gambar 3.4 Konstruksi Cassing Alat. (Sumber : Hasil Perancangan)

3.1.2 Perancangan dan Pembuatan Rangkaian

Dalam perancangan dan pembuatan alat kontrol suhu bantal penghangat

dalam pengontrolan elemen pemanas secara close loop dibuat rangkaian saklar

suhu On/Off dengan pengontrolan tegangan AC. Agar dalam pembuatannya

teratur dan sesuai dengan yang diharapkan maka dikerjakan sesuai dengan

tahapan-tahapan sebagai berikut :

1. Perancangan Rangkaian Pembagi Tegangan (Vref).

2. Perancangan Rangkaian Sensor Suhu (Vin).

3. Perancangan Rangkaian Penyangga/Buffer.

4. Perancangan Rangkaian Penguat Selisih/Komparator.

5. Perancangan Rangkaian Penguat Membalik/Inverting.

OffOn

7 cm

25 cm

20 cm

6. Perancangan Rangkaian Trigger Triac dengan Optocoupler TLP621.

7. Perancangan Rangkaian Catu Daya 12 Volt DC.

Kalau digambarkan secara keseluruhan sesuai dengan tahapan-tahapan di

atas, maka dapat dilihat pada Gambar 3.5 di bawah ini.

Gambar 3.5 Blok Rangkaian Kontrol Alat Bantal Penghangat. (Sumber : Hasil Perancangan)

Dari Gambar 3.5 di atas dapat dijelaskan bahwa terdapat dua masukan yang

akan menjadi input dari rangkaian komparator yaitu pembagi tegangan dan sinyal

fedback dari sensor suhu. Dalam rangkaian penguat selisih/komparator terdapat

istilah tegangan referensi (Vref) sebagai pembagi tegangan dan tegangan (Vin)

sebagai tegangan inpu-tan dari sensor suhu LM35DZ. Besarnya tegangan input-an

dapat berubah-ubah sesuai dengan berubahnya suhu yang disensor oleh LM35DZ.

Dengan adanya dua masukan yang menuju ke komparator, maka komparator

akan bekerja untuk memproses kedua masukan sebagai perbandingan dengan

hasil error. Error dapat berpolaritas positif (+) atau berpolaritas negatif (-) untuk

mengakibatkan optocoupler bekerja sesuai dengan tegangan kerja adalah 5 Volt

reverse voltage (VR), sehingga output dari pothotransistor pada optocoupler akan

RangkaianTriggerTRIAC

SensorSuhu

error PenguatInverting

RangkaianBuffer

PembagiTegangan + -

Comparator

Vin

Vref BantalPemanas

Output

Vref merupakan teganganyang menyatakan suhu Output Sensor

berupaTegangan (V)

dapat mengalirkan arus picu ke-gate pada triac sehingga triac dapat mengalirkan

tegangan AC ke beban yaitu bantal penghangat tersebut.

Apabila tegangan referensi (Vref) diberikan yaitu 0,40 Volt, dan tegangan

keluaran dari sensor suhu (Vin) lebih kecil dari tegangan referensi (Vref) yaitu

0,36 Volt, maka keluaran dari rangkaian komparator akan berpotensial negatif (-)

adalah sebesar -0,4 Volt, ini akan dibalikan oleh rangkaian penguat inverting

dengan penguatan 10 kali untuk menjadi berpolaritas positif (+) menjadi +4,4

Volt, sehingga dapat memicu optocoupler untuk dapat men-trigger gate pada

triac sehingga tegangan AC akan dapat mengalir ke pemanas untuk bekerja

menghasilkan panas atau dalam keadaan on. Selanjutnya apabila keluaran dari

sensor suhu (Vin) sudah mencapai 0,40 Volt mewakili suhu adalah 400 C, dan

tegangan referensi (Vref) adalah sama dengan 0,40 Volt (Vref = Vsensor suhu),

maka keluaran dari komparator adalah 0 Volt. Keluaran dari penguat membalik

juga akan menjadi 0 Volt, ini tidak akan bisa memicu optocoupler sehingga

optocoupler tidak akan men-trigger gate pada triac dengan kata lain triac akan

memutus tegangan AC kebantal pemanas dan bantal pemanas tidak lagi bekerja

untuk menghasilkan panas atau dalam keadaan off.

3.1.2.1 Blok Perancangan Rangkaian Pembagi Tegangan (Vref)

Dalam perancangan pembagi tegangan yang presisi, dapat dilihat pada

Gambar 3.6 di bawah ini.

Gambar 3.6 Aplikasi Penggunaan IC TL431 Sebagai Regulator Tegangan. (Sumber : Hasil Perancangan)

Gambar 3.7 Pembagi Tegangan sebagai Tegangan Referensi (Vref). (Sumber : Hasil Perancangan)

Dilihat dari Gambar 3.7 di atas, untuk memperoleh tegangan referensi

yang presisi digunakan IC TL431 sesuai dengan datasheet (+ 2.5 V precision

voltage reference) yang berfungsi sebagai regulator dengan output + 2,5 V.

digunakannya IC TL431 ini adalah agar nantinya tegangan maksimal output-nya

tidak melebihi + 2.5 V sehingga tidak terlalu jauh membandingkan tegangan

output dari IC LM35DZ. Themset yang digunakan adalah trimpot/potensio meter

dengan besaran 5 KΩ dan R2 adalah 22 KΩ dimana untuk membentuk rangkaian

+12V

Input Buffer

IC T

L43

1

R3

POT

(The

mse

t)

R2

R1

0V

pembagi tegangan yang akan menentukan harga tegangan referensi (Vref) 0 V/00

C-0,47 V/470 C.untuk R1 ditentukan dengan besaran 1 KΩ. R1 ini berfungsi untuk

menghalangi arus langsung melalui IC TL431 dari sumber sesuai dengan

datasheet dan penambahan dioda zener IN4148 pada power supply yang diserikan

ke Ground adalah agar dalam pengukuran tegangan referensi benar-benar

mendapatkan 0 Volt. Melalui persamaan (2-29), maka dapat diperoleh Vout

maksimal dari rangkaian pembagi tegangan adalah sebesar :

212RR

RVinVout+

´=

W+WW

´=KK

KV52.2

55.2

VV 185.05.2 ´=

V462.0=

3.1.2.2 Blok Perancangan Rangkaian Sensor Suhu IC LM35DZ

Dalam perancangan rangkaian sensor suhu menggunakan IC LM35DZ

yang telah langsung dikalibrasi dalam satuan 0C. Output dari sensor suhu berupa

tegangan (Vout) akan mengalami perubahan 10 mV untuk disetiap perubahan

temperatur 10 C. dari persamaan (2-12), dengan T adalah temperatur yang

dideteksi dalam derajad celcius. Untuk memurnikan Vout dari IC LM35DZ, maka

dipasang pada pin1 dan pin3 sebuah kapasitor milar yaitu (C1) 0,1µF.

Persamaan untuk memperoleh hasil perhitungan dapat menggunakan

persamaan seperti di bawah ini :

Vout = 10mV . T

Misalkan pada suhu 360 C, output dari IC LM35DZ pada pin ke-2 dapat

dihitung sebagai berikut :

Vout = 10 mV x 360 C

= 360 mV atau 0,36 V

Dan misalnya pada suhu 400 C, maka output-nya adalah :

Vout = 10 mV x 400 C

= 400 mV atau 0,40 V

Gambar 3.8 Rangkaian Sensor Suhu IC LM35DZ. (Sumber : Hasil Perancangan)

3.1.2.3 Perancangan Rangkaian Penyangga/Buffer.

Rangkaian penyangga mempunyai penguatan hampir satu dan impedansi

rendah sehingga penyangga ini hanya menyajikan beban ringan kepada rangkaian

peka. Penyanggan ini akan menerima input-an/masukan dari rangkaian pembagi

tegangan yang menjadi tegangan referensi mewakili suhu. Dalam rangkaian ini

digunakan IC LM324 yang memiliki empat buah rangkaian Op-Amp.

+Vs GND Vout

ICLM35DZ1 2

3

+12V

V Input ToComparator

C1

0V

Gambar 3.9 Diagram Koneksi pada Masing-masing Op-Amp pada IC LM324.(Sumber : Hasil Perancangan)

Tujuan menggunakan penyangga ini adalah agar tegangan tidak

drop/turun akibat pembebanan oleh blok rangkaian berikutnya yaitu pada

rangkaian penguat selisih/komparator dan memberikan arus pendorong yang

cukup untuk beban. Tegangan output-nya adalah sama dengan tegangan input-

nya. Penyangga ini mempunyai umpan balik negatif 100% karena keluarannya

dijumpper kembali langsung dengan masukan yang membalikannya. Rangkaian

penyangga/Buffer ini dapat dilihat pada Gambar 3.10 IC Op-Amp LM324.

10

9

8

GND

4

11

VReferensi

Input Pembagi Tegangan

IC LM 324-3

3+

-V+

V-

IC LM 324

+12V

6

5

7

GND

4

11

VReferensiIC LM 324-2

2+

-

V+V-

IC LM 324

+12V

Vin IC LM 35DZ

Output

R2

R1

R3

R4

0V

Gambar 3.10 Rangkaian Penyangga/Buffer. (Sumber : Hasil Perancangan)

Sesuai dengan persamaan (2-13) yang menyatakan bahwa tegangan

output dari rangkaian penyangga adalah sama besar dengan tegangan input-nya.

Vout = Vin

Misalkan Vin yang masuk ke rangkaian Buffer dari rangkaian pembagi

tegangan Vref adalah sebesar 0,36 V, maka Vout dari rangkaian penyangga adalah

sebesar 0,36 V juga.

Vout = Vin

0,36V = 0,36 V

3.1.2.4 Blok Perancangan Rangkaian Penguat Selisih/Komparator

Rangkan penguat selisih ini berfungsi untuk membandingkan kedua

masukan (V1) dari keluaran sensor suhu IC LM35DZ dan (V2) keluaran dari

rangkaian pembagi tegangan. Pada Gambar 3.11 di bawah ini menunjukkan

rangkaian penguat selisih.

Gambar 3.11 Rangkaian Penguat Selisih/Komparator. (Sumber : Hasil Perancangan)

Ramgkaian penguat selisih/komparator ini berfungsi untuk

membandingkan kedua masukan yaitu VRef dan VLM 35DZ yang terlihat pada

Gambar 3.11 di atas. Misalkan tegangan masukan VLM 35DZ adalah 0,36 V, dan

tegangan masukan VRef lebih tinggi dari 0,36 V, yaitu 0,40 V, maka keluaran dari

rangkaian penguat selisih berpotensial negatif (-). Sedangkan apabila tegangan

masukan dari VLM 35DZ adalah 0,40 V dan tegangan masukan dari VRef yaitu 0,36

V, maka keluaran dari rangkaian penguat selisih akan berpotensial positif (+). Jika

tegangan masukan dari keduanya sama (VRef = VLM 35DZ), maka keluaran tegangan

dari rangkaian penguat selisih adalah 0 Volt. Keluaran/error dari rangkaian

penguat selisih ini dirancang agar mampu memicu rangkaian trigger triac

sehingga dapat mengalirkan tegangan AC ke beban adalah sebesar + 5 Volt.

Sesuai dengan persamaan (2-11) maka didapat perhitungan sebagai berikut.

32)21(

RRVVVout ´+=

atau,

34)43(

RRVVVout ´+=

Dengan anggapan bahwa, R1 = R3 dan R2 = R4.

Tegangan keluaran dari penguat selisih/komparator dapat dihitung

dengan persamaan (2-12), yaitu :

Apabila,

Vref = 0,40 Volt

VLM35DZ = 0,36 Volt

Vout = (VinLM35DZ - Vref)32

RR

= (0,36V – 0,40V)WW

kk

10100

= - 0,04 V . 10

= - 0,4 Volt Polaritasnya negatif (-)

Apabila,

Vref = 0,40 Volt

VLM35DZ = 0,40 Volt

Vout = (VinLM35DZ - Vref)32

RR

= (0,40V – 0,40V)WW

kk

10100

= 0 . 10

= 0 Volt

Apabila,

Vref = 0,40 Volt

VLM35DZ = 0,41 Volt

Vout = (VinLM35DZ - Vref)32

RR

= (0,41V – 0,40V)WW

kk

10100

= 0,01 V . 10

= 0,1 Volt Polaritasnya positif (+)

3.1.2.5 Blok Perancangan Rangkaian Penguat Membalik/Inverting

Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 3.12, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Seperti

tersirat pada mananya tentu sudah menduga bahwa fase keluaran dari penguat

inverting ini akan selalu berbalikan dengan input-nya. Apabila isyarat diberikan

positif (+) yang masuk pada penguat inverting, maka keluaran akan berbalik

menjadi negatif (-).

Gambar 3.12 Rangkaian Penguat Membalik/Inverting. (Sumber : Hasil Perancangan)

Penguatan (Vout) dari rangkaian penguat inverting adalah - 10 kali dari

input-nya, karena R6 yang digunakan adalah 100kΩ sedangkan untuk R5

digunakan 10kΩ. sesuai dengan persamaan (2-8) berikut ini.

GND

4

11

V+

V-

IC LM 324

+12V

R5

R6

Terminal InputIC LM 324-4

4-

+

12

1314Output

0V

inRRfAv -=

WW

-=kk

10100

10-=

Perhitungan tegangan keluaran penguat inverting sesuai dengan

persamaan (2-8) adalah sebagai berikut.

Vout = - Av . Vin

Apabila Vin = - 0,4 Volt, maka keluaran dari penguat inverting mengikuti

persamaan berikut ini :

Vout = - Av . Vin

= - 10 . (- 0,4V)

= + 4 Volt

Sedangkan apabila Vin = 0,1 Volt, maka :

Vout = - Av . Vin

= - 10 . 0,1 Volt

= - 1 Volt

Dan apabila Vin = 0 Volt, maka :

Vout = - Av . Vin

= - 10 . 0 Volt

= 0 Volt

3.1.2.6 Blok Perancangan Rangkaian Trigger Triac dengan Optocoupler

TLP621

Rangkaian trigger triac terdiri dari dua komponen optocoupler dan triac.

Dimana Optocoupler berfungsi sebagai isolasi antar rangkaian pengolah sinyal

DC dengan rangkaian pengolah sinyal AC, dan triac berfungsi sebagai sakelar

elektrik tegangan AC untuk penyalaan bantal penghangat. Triac dapat melewati

tegangan AC dari 0 Volt AC sampai 220 Volt AC. Triac tidak akan menghantar

atau Off meskipun diberikan tegangan maju sampai pada tegangan break over-nya

triac tersebut dicapai. Pada Gambar 3.13 di bawah ini menunjukkan rangkaian

trigger triac.

Gambar 3.13 Rangkaian Trigger Triac dengan Optocoupler TL621. (Sumber : Hasil Perancangan)

AC

R8

R7Vin

Vcc +

Pem

anasfuse

VF

Vsat

IF

Saat tegangan input (VF) berubah, jumlah cahaya yang mengenai

phototransistor juga berubah. Hal ini berarti arus (If) mengalir melalui kolektor

dan keluaran dari optocoupler memiliki tegangan sebesar VSAT yang akan berubah

sesuai dengan tegangan input-nya. Berdasarkan prinsip kerja dari optocoupler

tersebut, maka nilai R7 dan R8 dapat ditentukan dengan persamaan berikut sesuai

dengan nilai yang tertera pada datasheet.

Diketahui bahwa :

Vcc = 12 Volt If = 10 mA

Vf = 1,3 Volt VSAT = 0,4 Volt

Sehingga,

R7 =If

VfVcc -

=mA

VoltVolt10

3,112 -

= 1,07 kΩ

dan nilai dari R8 dapat ditentukan sebagai berikut :

R8 =8IR

VsatVfVcc --

=03,0

4,03,112 VoltVoltVolt --

= 343,3 Ω

Untuk menentukan besarnya arus yang mengalir melalui gate pada triac,

dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

VR8 = Ig x R8

77,24 = IG x 343,3

IG =W3,343

24,77 Volt

= 0,224 mA

3.1.2.7 Blok Perancangan Rangkaian Catu Daya 12Volt DC

Rangkaian catu daya berfungsi untuk memberikan daya kepada masing-

masing komponen rangkaian sehingga sistem beroperasi secara normal.

Rangkaian catu daya ada bermacam-macam tergantung dari tingkat kestabilan

yang diinginkan dan tegangan keluaran yang dibutuhkan untuk pengoperasian

suatu rangkaian. Terdapat dua jenis rangkaian catu daya yang memenuhi

kebutuhan tersebut, yaitu sumber daya dengan regulasi linier (Linier Regulated

Power Supply) dan sumber daya dengan regulasi switching (Switching Regulated

Supply). Dalam rangkaian catu daya yang digunakan dalam perancangan ini

menggunakan sumber daya dengan regulasi linier dengan menggunakan IC

regulator (IC penstabil tegangan), maka bentuk dari rangkaian catu daya yang

dibuat akan sederhana, ekonomis, dan tegangan keluaran yang dihasilkan akan

tetap konstan tergantung dari pemilihan IC regulator sesuai dengan kebutuhan

daya. Pada Gambar 3.14 di bawah ini memperlihatkan rancangan catu daya 12

Volt yang digunakan.

Gambar 3.14 Rancangan Rangkaian Catu Daya 12 Volt DC. (Sumber : Hasil Perancangan)

Prinsip kerja dari rangkaian catu daya DC di atas adalah tegangan dari

PLN 220V AC diturunkan (Step Down) terlebih dahulu dengan bantuan dari trafo

penurun tegangan sehinnga menjadi 12V AC, karena rangkaian membutuhkan

tegangan searah maka gelombang tegangan keluaran dari trafo skunder

disearahkan terlebih dahulu dengan penggunaan dioda jembatan penyearah.

Karena keluaran gelombang dari dioda jembatan masih belum berupa gelombang

tegangan DC murni sehingga pemasangan capasitor elektrolit (C1) 2200µF/25volt

secara parallel membantu untuk menyaring tegangan keluaran dioda sehingga

menghasilkan gelombang yang konstan.

Karena rangkaian di-supply oleh tegangan 12V DC, maka terminal

keluaran pada capasitor (C1) dehubungkan dengan IC regulator AN7812. Untuk

meningkatkan kestabilan tegangan keluaran pada IC regulator, maka ditambahkan

capasitor elektrolit (C2) 1000µF/16Volt. Dan sebagai indikator aktif dan tidaknya

rangkaian catu daya, dipasang sebuah LED dengan tahanan sebesar 1 kΩ dengan

perhitungan sebagai berikut.

AC

A

K

+

-

AC1

AC2

Trafo 1A 220VAC

Minus Plus

AN7812

GNDIN OUT

+12VDC

GND

R1

0

12

+

-C1 C2

Diketahui tegangan sumber (Vs) = 12 Volt, arus yang diberikan untuk

LED adalah sebesar 10mA dan tegangan yang diberikan agar LED bekerja

(menyala) normal adalah sebesar 3 Volt. Dengan menggunakan persamaan (2-19),

maka diketahui :

Jadi,

R =I

VoltVs 2-

=mA

VoltVolt10

212 -

=mA

Volt1010

= 1kΩ

3.2 Prinsip Kerja Rangkaian Kontrol Suhu Bantal penghangat

Secara keseluruhan prinsip kerja rangkaian kintrol bantal penghangat ini

dimulai dari suhu didalam bantal penghangat terukur oleh sensor suhu IC

LM35DZ yang diberikan supply daya +12 Volt dari rangkaian kontrol bantal

penghangat. Dengan disensornya suhu oleh sensor suhu LM35DZ, maka pin ke-2

dari sensor suhu LM35DZ sebagai Vout/tegangan keluaran yang akan mengalami

perubahan tegangan sebesar 10 mV untuk setiap perubahan kenaikan temperatur

suhu 10 C memenuhi persamaan (2-13) dengan T adalah temperatur yang

dideteksi dalam derajad Celsius (0C). Untuk memurnikan Vout dari LM35DZ

dipasang pada Pin 1 dan pin 3 dengan sebuah kapasitor milarr (C1) 100 nF.

Misalkan saat suhu yang disensor oleh LM35DZ adalah sebesar 0,360 C, maka

Vout dari LM35DZ pin ke-2 adalah sebesar 0,371 Volt menurut pengukuran,

sedangkan menurut perhitungan adalah sebesar 0,36 Volt. Hal ini disebabkan oleh

beberapa faktor yaitu, pengkalibrasian alat yang tidak tepat, dan nilai komponen

yang digunakan memiliki niai toleransi yang cukup besar yaitu 5%. Vout dari

LM35DZ ini nantinya akan menjadi Vin ke rangkaian penguat selisih/komparator.

Untuk tegangan referensi agar mengasilkan tegangan yang presisi, digunakan IC

TL431 yang sesuai dengan datasheet (+2,5 V precision voltage reference)

berfungsi sebagai regulator tegangan dengan output +2,5 Volt. Alasan

menggunakan IC TL431 ini adalah agar nantinya tegangan maksimal output-nya

tidak melebihi tegangan +2,5 V sehingga dapat membandingkan tegangan output

dari sensor suhu LM35DZ tidak terlalu jauh. Potensio 5 kΩ, dan R3 sebesar 22

kΩ membentuk rangkaian pembagi tegangan yang akan mementukaan harga

tegangan referensi (Vref) 0 V - 0,462 V). R4 ditentukan nilainya sebesar 1 kΩ. R4

ini digunakan untuk membatasi arus langsung melalui TL431 sesuai dengan

datasheet dan untuk mendapatkan hasil pengukuran output dari tegangan referensi

benar-benar 0 Volt, maka dipasang dioda zener IN4148 pada power supply.

Menurut persamaan (2-29), maka didalam perhitungan didapat Vout maksimal

dari pembagi tegangan adalah 0, 47 V. apabila dinyatakan dalam temperatur maka

menyatakan maksimal suhu adalah 470 C. Sebelum digunakan sebagai tegangan

referensi (Vref), Vout dari pembagi tegangan tadi masuk ke rangkaian

penyangga/buffer. Tujuan manggunakan rangkaian penyangga ini adalah agar

tegangan tidak turun karena pembebanan pada blok rangkaian sebelumnya yaitu

rangkaian pembagi tegangan. Penyangga ini memiliki upan balik negatif 100%

karena keluarannya disambung langsung dengan masukan yang membalikkan

sehingga tegangan keluarannya adalah sama dengan masukan. Output dari

rangkaian penyangga ini yang akan menjadi Vref dalam rangkaian penguat

selisih/komparator nantinya. Rangkaian penguat selisih/komparator pada IC

LM324 pada Op-Amp 2 akan melakukan perbandingan terhadap V1 dan V2 yang

masuk ke dalam kedua input dari penguat selisih tersebut. Dalam perancangan

rangkaian ini, Vout dari rangkaian penyangga (Vref) terhubung dengan masukan

membalik/inverting (-), sedangkan untuk Vout dari Sensor LM35DZ (Vin) yang

terhubung dengan masukan tak membalik/non-inverting (+) pada rangkaian

penguat selisih/komparator yang berfungsi untuk membandingkan kedua

masukan Vref dan VLM35DZ sehingga akan timbul error dari pembanding tersebut.

Error ini dapat perpolaritas positif (+) maupun negatif (-), misalkan tegangan

masukan VLM35DZ 0,36 V dan masukan Vref diberi tegangan acuan/referensi lebih

tinggi dari 0,36 V, yaitu 0,40 V, maka keluaran dari penguat selisih berpolaritas

negatif (-). Sedangkan apabila masukan VLM35DZ tegangannya 0,41 V dan

tegangan masukan Vref diberi tegangan lebih rendah yaitu 0,40 V, maka keluaran

dari penguat selisih akan berpotensial positif (+), jika kedua masukannya sama

(Vref = VLM35DZ), keluaran tegangan dari penguat selisih adalah 0V. Error yang

dirancang agar dapat men-trigger triac sebagai sakelar elektrik adalah sebesar +5

Volt, sesudah dikuatkan terlebih dahulu sebesar 10 kali oleh rangkaian inverting.

Hasil perbandingan/error selanjutnya masuk ke blok rangkaian inverting dengan

penguatan 10 kali, hal ini dikarenakan hasil Vout dari rangkaian penguat

selisih/komparator sangatlah kecil atau tidak mampu memberikan respon ke blok

rangkaian trigger triac sehingga triac tidak dapat bekerja (ON). Selanjutnya

output dari rangkaian penguat selisih yang polaritasnya negatif (-) ini akan

dikuatkan oleh penguat mambalik/inverting yang tadinya berpolaritas negatif (-)

menjadi berpolaritas positif (+) sebesar +5 V, akan membuat optocoupler aktif

dan memberikan arus pada gate triac, sehingga triac dapat mengalirkan tegangan

AC ke bantal penghangat dan menghasilkan panas. Selanjutnya apabila VLM35DZ

sama dengan tegangan Vref, maka Vout dari rangkaian penguat selisih akan sama

dengan 0 Volt, atau kurang dari batas error +5 Volt bahkan berpolaritas negatif (-

), maka optocoupler tidak aktif sehingga tidak memberikan arus picu pada triac

maka triac tidak lagi mengalirkan tegangan AC ke bantal penghangat sehinga

tidak lagi menghasilkan penas. Demikian seterusnya rangkaian kontrol bantal

penghangat listik akan bekerja.

3.3 Perancangan Penggunaan Alat Bantal penghangat

Dalam Gambar 3.15 di bawah memperlihatkan ilustrasi penggunaan alat

bantal penghangat.

Gambar 3.15 Ilustrasi Penggunaan Alat Bantal penghangat.

(Sumber : Hasil Perancangan)

Cara penggunaan alat bantal penghangat ini sangatlah mudah, karena dapat

digunakan diseluruh tubuh, tidak cuma dikepala saja, tapi dapat juga digunakan

dibagian tubuh seperti, lengan, pinggang, paha, dan juga dapat digunakan pada

telapak kaki.

Alat ini aman untuk digunakan, karena dalam pembuatan bantal yang

terdapat elemen pemanas di dalamnya tersebut sudah dilapisi dengan beberapa

lapisan. Hanya saja apabila digunakan dalam keadaan berkeringat, cukup dengan

melapisi handuk kering di atas bantal agar air keringat tidak dapat menetes

kedalam rangkaian elemen pemanas didalam bantal. Hasil panas yang tercipta

pada bantal penghangat dapat diatur sesuai dengan keinginan pengguna.

3.4 Lokasi Penelitian

Sebelumnya penulis melakukan survey ke daerah pemukiman penduduk

yang menggunakan penghangat seperti handuk yang direndam air hangat atau

dengan merendam kaki dengan air hangat. Tempat yang dijadikan survey adalah

desa macang bebandem kabupaten Amlapura. Daerah ini memiliki suhu yang

relatif rendah disaat musim dingin tiba. Dalam melakukan tahap perancangan,

pembuatan, dan pengujian alat bantal penghangat ini dilakukan di ruang Lab

Jurusan Teknik Elakktronika Universitas Pendidikan Ganesha.

3.6 Instrumen Penelitian

Adapun peralatan yang digunakan saat melakukan penelitian dapat dilihat

peda Tabel 3.1 di bawah ini :

Tabel 3.1. Nama dan Jumlah Instrumen yang digunakan dalam Proses Penelitian.

No. Nama Alat Jumlah Fungsi

1. Thermometer Digital 1 buahMengukur besaran suhu yang terbaca

dari bantal penghangat

2. Multimeter Digital 3 buahMengukur Besaran tegangan yang

terdapat pada titik-titik pengukuran

3. Multitester Analog 1 buahMengukur Besaran tegangan yang

terdapat pada titik-titik pengukuran

4. Kalkulator 1 buah Membantu dalam proses perhitungan

Serta bahan-bahan dan peralatan yang digunakan dalam pembuatan alat

bantal penghangat ini dapat dilihat pada Tabel 3.2 dan Tabel 3.3 sebagai berikut :

Tabel 3.2. Daftar Nama Alat dan Fungsi Alat.

No. Nama Alat Fungsi Jumlah

1 Cutter Untuk memotong bagian-bagian bahan 1 buah

2 GuntingUntuk memotong bagian-bagian yang

lebih pada bahan 1 buah

3 Spidol Untuk memberikan tanda pada bahan 1 buah

4 Penggaris Untuk mengukur ukuran bahan 1 buah

Tabel 3.3. Daftar Nama Bahan-bahan Pembuatan Alat.

No Nama Bahan Jumlah/Ukuran

1 Spons 40 cm x 30 cm

2 Kawat Pemanas 12 meter

3 Benang Asbes 2 meter

4 Lem fox putih (kayu) 1 bungkus

5 Acrylic Transparan25 x 20 cm x 2 buah, 7

x 15 cm x 2 buah

3.7 Pengumpulan Data

Apabila hasil perancangan dan pembuatan telah sesuai dengan tahapan-

tahapan yang telah ditetapkan sebelumnya maka, rangkaian kontrol suhu pada alat

bantal penghangat dilakukan pengujian perblok. Melakukan pencatatan dan

pengumpulan data , yaitu melakukan pengukuranpengukuran tegangan dari tiap-

tiap blok rangkaian dengan menggunakan alat ukur multitester digital. Apabila

hasil pengujian rangkaian perblok rangkaian kontrol suhu telah sesuai dengan

yang ditentukan melalui perancangan perhitungan sebelumnya maka proses uji

alat keseluruhan dilakukan. Data-data yang diambil dari pengumpulan data untuk

pengujian alat meliputi besaran tegangan pada titik-titik pengujian, serta kondisi

elemen pemanas. Setelah diperoleh data melalui pengukuran-pengukuran dan

pengamatan maka data yang didapat kemudian dilakukan analisa data.

3.8 Analisa Data

Data-data yang diambil dalam pengumpulan data sebelumnya terdiri dari

data hasil pengamatan dan pengukuran pada setiap rancangan, baik dari rancangan

bentuk konstruksi dan disain maupun data-data tentang pengujian rangkaian

kontrol suhu bantal penghangat pada setiap blok rangkaian penunjang. Apabila

telah sesuai dengan perancangan sebelumnya dengan batas toleransi yang

ditetapkan maka dilakukan pengujian alat secara keseluruhan. Pengujian alat

keseluruhan dimulai dengan memberikan set-point 0,400 Volt. Kondisi dari

elemen Kawat pemanas tercatat dalam sebuah tabel yang disajikan secara jelas.

Untuk melengkapi dan memperjelas dalam pembacaan tabel maka dibuat suatu

grafik hubungan antara suhu dengan tegangan yang diperlukan untuk pencapaian

suatu titik suhu dalam pengujian alat. Selanjutnya dilakukan pembahasan melalui

tabel yang dibuat.