PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

APLIKASI LABVIEW PADA SISTEM AKUISISI DATA BERBASISMIKROKONTROLER

Inzar Anas, Riswan DjambiarPusat Tekn%gi Reaktor dan Keselamatan Nuklir

ABSTRAK

APLIKASI LABVIEW PADA SISTEM AKUlSISI DATA BERBASISMIKROKONTROLER. Pada tahun 2006 telah dibuat sistem akuisisi data (SAD)berbasis mikrokontroler yang berfungsi sebagai data logger. Namun fungsi SAD inibelumlah optimal karena keterbatasan dalam pengaksesan dan pengontrolan padasistem. Untuk itu dibuat sebuah instrument virtual. lnstrumen virtual ini dibuat denganmenggunakan bahasa pemrograman grafis LabVIEW LabVIEW berorientasi padaobjek komputer yang dikembangkan untuk membuat fasilitas kominukasi hardware/software yang dilengkapi dengan beberapa instrumen virtual yang mendukungpembuatan sebuah kontrol data dan sinyal proses dengan cara yang mudah. Dalammakalah ini akan dibahas tentang pembuatan sistem aliran data pada sistem akuisisidata berbasis mikrokontroler. Hasil dari pengembangan SAD ini diperoleh sistemakuisisi data yang dilengkapi dengan sebuah instrumen virtual yang dapatmemudahkan user untuk mengakses dan mengontrol sebuah sistem dengan carayang sangat fleksibel.

ABSTRACT

LABVIEW APPLICATION ON DATA ACQUISITION SYSTEM BASEDMICROCONTROLLER. In 2006 was developed a data acquisition system (DAS)based microcontroller. However, the function of this DAS is not net perfect. Thereforeis made a virtual instrument (VI) with Lab VIEW to support this DAS application.LabVIEW is a graphic object-oriented computer language developed to facilitatehardware/software communication. There are several levels of data acquisition VIsthat make it easy to control data flow, and many signal processing come with thesoftware as premade VIs. This article demonstrates how LabVIEW can be used tocontrol data flow between computer and instruments. Applications of Lab VIEW toDAQ based on microcontroller are also discussed. A VI can perform like an instrumentand is programmable by the software with the advantage of flexibility of logging thedata that is being measured.

PENDAHULUAN

Pada tahun 2006 telah dilakukan pembuatansistem akuisisi data (SAD) berbasismikrokontroler yang berfungsi sebagai data logger.Mikrokontroler dilengkapi dengan beberapa sensoryang bekerja sebagai sumber pengambilan datadisekitar sensor. Adapun sensor yang dipergunakanadalah jenis sensor temperatur dan kelembaban,SHTII produksi Sensirion. Jenis sensor SHTIItelah dilengkapi dengan ADC sehingga data analogyang terima oleh sensor dapat langsung ubah dandikirim sebagai data keluaran digital yang telahterkalibrasi. Alat yang telah dibuat ini dapat bekerja

sesuai dengan tujuan akhir pembuatan yaitudiperolehnya sebuah alat sistem akuisisi databerbasis mikrokontroler. Namun hasil pengambilandata ditampilkan pada layar monitor sebuah PCsecara sangat sederhana, yaitu denganmenggunakan antarmuka serial RS232 denganbahasa protokol Hyperteminal. Karena tampilanyang masih sangat sederhana dan terbatasmenyebabkan sulitnya melakukan akses dan kontrolaliran data pada saat sistem sedang bekerja.

Dalam makalah ini dibahas pengembaganSAD menjadi sebuah sistem yang simpel danmudah dalam mengukur, mengakses dan

406 ISSN 1410 - 8178 Inzar Anas, dkk.

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

Gambar 2a. Blok fungsi untuk inisialisasi hubunganserial

~ -c: Instr ~Bytes at Port .,

yang masuk ke sistem. Dengan membuat sebuahmodul virtual-instrument melalui bahasa

pemrograman visual LabVIEW maka sistemakuisisi data ini penggunaannya lebih tleksibelsehingga dapat bekerja secara optimal.

Software LabVIEW

LabVIEW (Laboratory Virtual InstrumentEngineering Workbench) adalah bahasapemrograman visual yang rancang untuk mendesainberbagai jenis instrument dengan segala pemagkatpendukungnya misalnya, voltmeter, osiloskop atausebuah panel kontrol secara virtual. KeberadaanLabVIEW ini memudahkan seseorang melakukankontrol pada instrument dan memudahkan dalammelakukan persiapan pengukuran secara effisiendan ekonomis.

Di dalamnya terdapat beberapa blok fungsiyang siap digunakan untuk pembuatan sebuahinstrument virtual. Blok-blok fungsi ini tersimpandalam library yang mendukung setiap proyek kerjayang akan dilakukan. Untuk blok fungsi khususyang tidak terdapat dalam library dapat dibuat dandisimpan dalam library dengan nama khusus sesuaiyang diinginkan. Khusus pembuatan VI dari SADini terdiri dari dua bagian penting; pertama yaitutampilan front panel, kedua adalah sistemkomunikasi antara mikrokontroler dan VI inisendiri. Dalam LabVIEW dikenal sebuah fasilitas

VISA ( Virtual Instrument Software Architecture)yaitu sebuah protokol yang memungkinkan VIberkomunikasi dengan instrument lainnya, misalnyaSAD tersebut. VISA merupakan fungsi sebuahsingle library yang meliputi beberapa jenis cara VImelakukan komunikasi dengan instrument yanglain, diantaranya; GPIB, serial dan VXI. Adapunblok-blok fungsi yang ada dalam library tersebutadalah seperti terlihat pada gambar 2a-2e.

mengontrol aliran data. Pengembangan sistem inidilakukan dengan membuat sebuah modul virtual­instrument (VI). Modul virtual-instrument inididesain dengan menggunakan bahasapemrograman gratis LabVIEW. Keunggulan modulVI ini adalah dengan dilengkapi tampilan frontpanel dan gratik, VI dapat berfungsi sepertiinstrument sesungguhnya. Selanjutnya dibahasmengenai pembuatan modul vitual-instrument.

TEORI

Secara umum pengembangan sistemakuisisi data, terdiri dari dua bagian, yaituI. Modul mikrokontroler dan modul sensor

2. Modul virtual-instrument (softwareLabVIEW)

Modul mikrokontroler dan modul sensor

Pada prinsipnya pengukuran ataupengambilan data pada sistem akuisisi data inidilakukan oleh mikrokontroler. Melalui modul

sensor SHTlI yang terdiri dari sensor temperaturdan kelembaban, sistem akuisisi data ini dapatmengukur suhu dan kelembaban dilingkungansekitar sensor. Modul SHTII ini merupakan jenis .sensor yang telah terkalibrasi dan dilengkapidengan ADC (Analog-Digital-Converter) sehinggaoutput datanya sudah berupa data digital.

Pada Gambar I ditunjukkan diagram bloksusunan rangkaian SAD berbasis mikrokontroler.Hubungan antara modul mikrokontroler dan modulSHTlI hanya membutuhkan 4 pin. Untukpengiriman data dari dan ke modul SHTlImenggunakan pin P1.l, sementara untuk sinyalCLOCK menggunakan pin Pl.O padamikrokontroler. Dua buah pin lainnya digunakanuntuk mensuplai tegangan ke modul SHTII. Sistemakuisisi data ini dilengkapi dengan serial interfaceagar memungkinkan sistem melakukan komunikasidengan komputer (PC). Hubungan antara SADdengan komputer menggunakan konektor RS232.

o ~~~-B~i ._~o P1.1 Cf\,'\ ~ ~"'" 'g~o 0%..Ii! p, ~ ClOCJ<:!! f):0"E lice: r--1vOOI--·--~[J

.",

0~:r.: Iiii r---rj~Persoral Kompu:er

VISA resource name

baud rate (9600)

data bits (8)parity (O:none)

error in (no error)flow control (O:none)

VISA resource name out

error out

Gambar I. Diagram Blok Sistem Akuisisi Data(SADpJ

Gambar 2b. Blok fungsi untuk menentukan besarbyte yang digunakan

Gambar 2c. Blok fungsi untuk proses membaca

Modul virtual-instrument

Sistem akuisisi data tersebut di atas

menjadi kurang nilai kegunaannya apabila sesorangtidak dapat mengakses dan mengontrol aliran data

VISA resource namebyte count

error in (no error) -

VISA resource name outread buffer

Inzar Anas, dkk. ISSN 1410 - 8178 407

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

VISA resource name ~ VISA resourca name outwrite buffer ~J'~'~"""": return coLnterror in (no error) ~.¥ ~error out

Gambar 2d. Blok fungsi untuk proses menulis

1. Modul mikrokontroler

Modul mikrokontroler berfungsi sebagaidata logger dan memiliki port input/output sebagaipintu masuk dan keluamya aliran data.

VISA resource name ~error in (no error) ~ error out

Sistem Akuisisi Data

(SAD)(Mikrokontroler + sensor)

output

Gambar 2e. Blok fungsi untuk menutup proseskomunikasi

Dari sekian banyak blok fungsi yang adakemudian dirangkai menjadi satu kesatuan blokfungsi untuk komunikasi secara serial yangkompleks. Pada Gambar 4 ditunjukkan sebuahcontoh rangkaian dari beberapa blok fungsi dasaruntuk membuat Serial VI Read dan Write denganmelalui dua buah port masukan.

TATA KERJA

Sebagaimana telah disebutkan di atasbahwa aplikasi LabVIEW pada SAD berbasismikrokontroler terdiri dari dua bagian pengerjaan,antara lain:I. Modul mikrokontroler2. Modul Virtual Instrument

Configure baud rate, data bits,parity, stop bits and flowoiltrol for 2 serial ports.

Enable Termination Char (T)

"r ~I··_ ·..···..·····- - - - - -- -.- ····-..- ..··-··1

timeout (IOsec)

~baud rate (9600)

U32

VISA resource name

(~ite)

VISA resource name(read)

170

Gambar 3. B/ok diagram Sistem Akuisisi Data

Pada Gambar 3 ditunjukkan blok diagram dari SADdengan port input dan port output-nya.Sebagai datainputan berasal dari hasil pembacaan sensor yangmasih berupa data phisik (analog).

2. Modul Virtual Instrument

Modul virtual instrument dari SAD ini

disusun dari beberapa VI. Seperti dibahas danditunjukkan pada gambar 2a-e sebelumnya bahwablok -blok fungsi yang berupa beberapa VIdirangkai menjadi sebuah intrument virtual yanglebih kompleks. Hasil dari kumpulan VI tadikemudian dapat di simpan sebagai sebuah VI barudengan fungsi yang lebih kompleks pula.

408

Gambar 3. Serial VI Read dan Write

ISSN 1410 - 8178 Inzar Anas, dkk.

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

read return countread buffererror out

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bagian ini dibahas tentang cara kerjaSAD yang telah didukung dengan sebuah instrumenvirtual (VI). Sebagaimana disebutkan sebelumnyabahwa SAD terdiri dari dua bagian, yaitu modulmikrokontroler dan instrumen virtual (VI). Sistembekerja dengan menerima sinyal input-an melaluipembacaan sensor, seperti ditunjukkan padaGambar 3. Data tersebut kemudian masuk dalam

modul mikrokontroler sebagai terminal blok dimana data ini selanjutnya diubah menjadi datadigital kemudian dikeluarkan sebagai sinyal output.

Hal ini diperoleh karena di dalammikrokontroler telah tertanam program khusus yangdisusun dari beberapa subprogram-subprogram.Program ini mendukung proses pengolahan dataanalog input menjadi data digital output yang siapdikirim ke komputer. Adapun langkah proses

pengolahan data hinfga siap untuk dikirim terbagidalam 4 tahap yaitu(3 :I. Membuka jalur komunikasi antara sistem dan

komputer melalui hubungan serial RS232.2. Mereset komunikasi pada modul SHTI I.3. Melakukan pengukuran temperatur dan

kelembaban relatif.

4. Mengirim data temperatur dan kelembabanrelatifpada komputer.

Setelah melalui beberapa proses sepertidisebutkan di atas, kemudian data digital tersebutdikirim ke komputer. Namun sebelum pengirimandata dilakukan, terlebih dahulu menyiapkan VIyang telah dibuat. Penyiapan ini meliputipengaturan konfigurasi untuk komunikasi serial.Setelah itu mengiriman data siap dilakukan. Hasil

pembacaan sensor akan ditampilkan pada frontpanel (lihat Gambar 5).

Pada Gambar 5 ditunjukkan sebuah blokdiadram VI "VISA Serial Write dan Read". Blok

diagram ini disusun dari beberapa blko fungsi dasaruntuk komunikasi VISA Serial dan telah dibuat

menjadi satu kesatuan blok fungsi tersendiri yangdapat disimpan dalam library sehingga dapatdipergunakan kapan saja bila dibutuhkan. VItersebut berfungsi sesuai nama yang diberikan yaitusebuah instrumen virtual yang dapat men-settingsebuah komunikasi serial yang dapat menulis danmembaca.

Pada Gambar 6 menunjukkan tampilanfront panel dari blok fungsi pada Gambar 5. Untukmenyiapkan komunikasi SAD ini dengan komputerterlebih dahulu menentukan konfigurasi untukkomunikasi serial yang akan dilakukan. Pengaturankonfigurasi ini dilakukan pada bagian front panel.Demikan pula, apabila dalam pengiriman dataterjadi error maka akan tunjukkan pada blok statuspada bagian front panel.

parity (O:none)termination char (OAA= '\ ...

baud rate (9600)resource name

write buffer ("xIDN?\n")bytes to read (1024)

timeout (10sec)error in (no error)

data bits (8)stop bits IF: 1 stop bit)flow control (O:None)

Gambar 5. Instrumen Virtual VISA Serial Writedan Read

Inzar Anas, dkk.

Gambar 6. Tampilan front panel VI komunikasi serial

ISSN 1410 - 8178 409

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

KESIMPULAN

Software LabVIEW dapat dibuat sebuahinstrumen virtual yang dapat mendukung kinerjasebuah sistem akuisisi data berbasis

mikrokontroler. Dengan menggunakan beberapablok fungsi atau VI yang ada pada libraryLabVIEW yang memungkinkan dibuatnya sebuahVI baru. Pada pembuatan VI Sistem Akuisisi Datadipilih jenis komunikasi serial untuk transfer datadari modul mikrokontroler ke komputer. denganterIebih dahulu melakukan setting value untukkumnikasi serial.

DAFT AR PUSTAKA

I. HEINZ RONGEN, "Introduction to PC-Based Data Acquisition Systems",Forschungszentrum Jiilich, Germany

2. ANONAME, "Data Acquisition and SignalConditioning Course Manual", CourseSoftware Version 7.0, August 2003 Edition,Part Number 320733K-Ol

3. INZAR ANAS DAN DEDY HARY ANTO,"Rancang Bangun Sistem Akuisisi DataBerbasis Mikrokontroler untuk PengukuranTemperatur dan Kelembaban", Prosiding

Seminar Nasional, PENELITIANPENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR,Yogyakarta,5 September 2007.

TANYA JAWAB

Dewita

~ Bagaimana kalibrasinya?Inzar Anas

~ Hasil pengukuran yang diperoleh dari modulsensor SHTlI pada prinsipnya telahterkalibrasi dan sudah dalam bentuk data

digital sehingga data tersebut dapatlangsung diolah si dala mirokontroler.Untuk menampilkan kembali hasil tersebutke dalam bntuk data baik data jisiksebenarnya, maka di dalam mikrokontrolerdilakukan perhitungan konversi data denganmenggunakan metode konversiyangdiberikan oleh vendor sensor SHTlI.

410 ISSN 1410 - 8178 Inzar Anas, dkk.