bab iii perancangan · 2013. 5. 3. · elemen pemanas setrika dipilih sebagai sumber panas pada...

23

BAB III

PERANCANGAN

3.1. Gambaran Umum Sistem

Sistem yang akan dirancang dan direalisasikan merupakan sebuah inkubator

bayi yang dilengkapi sistem telemetri dengan jaringan RS485. Secara umum, sistem

yang dibuat terdiri dari 8 bagian utama, yaitu:

1. Box / kotak inkubator

2. Modul pemanas dan pengendali pemanas

3. Modul pengendali mikro

4. Modul sensor

5. Modul komunikasi data

6. Modul tombol – tombol pengaturan dan indikator

7. Modul kipas penghisap dan penghembus

8. Modul emergency stop

Penyusunan bentuk dan kelengkapan sistem tersebut, mengacu pada bentuk dan

kelengkapan sistem inkubator yang sudah dibuat sebelumnya dan yang ada di pasaran.

Selain itu, sistem juga dapat dikategorikan dalam dua bagian, yaitu : bagian perangkat

keras yang terdiri dari modul – modul di atas dan bagian perangkat lunak yang

merupakan perangkat lunak pada pengendali mikro dan program antarmuka pada

komputer.

24

Gambar 3.1 Blok Diagram Alat Keseluruhan

3.2. Perancangan dan Perealisasian Perangkat Keras

3.2.1. Box / Kotak Inkubator

Box / kotak inkubator dibentuk dengan dimensi panjang 100cm; lebar 60cm; dan

tinggi 75cm dengan bahan acrylic, aluminium, kayu triplek, dan aluminium foil. Ruang

utama kotak inkubator dibentuk seperti aquarium dengan bagian atas yang tertutup,

berbahan dasar acrylic, dan kerangka kotak yang terbuat dari aluminium. Kerangka dari

kotak inkubator ini berbahan aluminium, karena aluminium merupakan bahan yang kuat

dan cenderung lebih murah dari besi.

Sedangkan bagian bawah kotak yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan

rangkaian pemanas dan rangkaian pengendali, terbuat dari triplek dan kayu yang dilapisi

aluminium foil untuk mengurangi aliran panas yang terbuang, sehingga proses

penghangatan ruang utama inkubator menjadi lebih optimal.

25

3.2.2. Modul Pemanas dan Pengendali Pemanas

Perangkat keras pemanas yang digunakan pada inkubator ini adalah elemen

pemanas setrika dengan daya sekitar 300 watt dan sebuah kipas AC yang berfungsi

untuk menghembuskan udara panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas menuju

ruang utama inkubator. Elemen pemanas setrika dipilih sebagai sumber panas pada

inkubator ini karena dapat menghasilkan panas yang tinggi dalam waktu singkat. Selain

itu, elemen pemanas setrika mudah dicari dan harganya murah.

Akan tetapi elemen pemanas setrika memiliki kelemahan, yaitu memiliki

batasan suhu maksimal, sehingga apabila terlalu panas maka akan overheat dan pecah.

Oleh karena itu, digunakan LM 35 yang terhubung pada pengendali mikro untuk

memantau dan membatasi suhu kerja dari elemen pemanas setrika tersebut.

Inkubator ini dilengkapi sebuah rangkaian pengendali pemanas yang berfungsi

mengendalikan waktu on dan waktu off dari pemanas berdasarkan picuan dari modul

pengendali mikro, sehingga suhu pada inkubator tetap terjaga kestabilannya.

Gambar 3.2. Modul Kontrol Pemanas

Modul ini menggunakan TRIAC sebagai driver utama pemanas untuk

menggantikan fungsi saklar pemutus atau penyambung arus listrik yang besar. Gate dari

TRIAC dihubungkan ke Optocoupler / Optoisolator (MOC 3021) lalu ke pengendali

mikro untuk menentukan waktu pemicuan TRIAC. Pada modul ini, MOC 3021

2k3

26

digunakan untuk menghindari kemungkinan terhubungnya pengendali mikro secara

langsung dengan tegangan AC.

Pengendalian pemanas pada inkubator ini menggunakan metode kontrol on – off

dengan hysteresis.

3.2.3. Modul Pengendali Mikro

Pengendali mikro yang digunakan merupakan pengendali mikro keluarga AVR

tipe ATmega8535. Pengendali mikro ini akan digunakan untuk mengendalikan

beberapa modul yang lain, yaitu:

1. Modul sensor SHT 11 dan LM35; mengendalikan dan menerima serta

mengolah data yang dihasilkan.

2. Modul pengendali pemanas; mengendalikan waktu pemicuan TRIAC.

3. Modul komunikasi data berbasis RS485; menerima perintah dari

personal komputer dan mengirim data sesuai perintah.

4. Modul LCD dan LED indikator; menampilkan nilai suhu dan

kelembaban ruang utama inkubator pada LCD dan menampilkan status

kerja inkubator melalui LED indikator.

5. Modul tombol pengaturan; menerima masukan nilai suhu acuan.

6. Modul buzzer; memberikan peringatan apabila terdapat kesalahan pada

sistem.

7. Modul kipas penghisap dan penghembus; mengendalikan kipas untuk

sirkulasi udara.

27

Gambar 3.3. Schematic Rangkaian Pengendali Inkubator

Berikut beberapa fungsi konfigurasi pin yang dipakai :

PORT Pengendali Mikro Fungsi

PORT A.0 Terhubung pada keluaran penguat non inverting

PORT B.0 Terhubung pada Fan penghisap panas

PORT B.1 Terhubung pada Fan penghembus panas

PORT B.2 Terhubung pada clock sensor SHT 11

PORT B.3 Terhubung pada pin data sensor SHT 11

PORT B.4 Terhubung pada LED hijau

PORT B.5 Terhubung pada LED merah

PORT B.6 Terhubung pada LED kuning

PORT B.7 Terhubung pada buzzer

PORT C Terhubung pada LCD

PORT D.0 Terhubung pada RS 485 (pin receiver)

PORT D.1 Terhubung pada RS 485 (pin transmitter)

28

Tabel 3.1 Konfigurasi PORT Pengendali Mikro

PORT A

Port A.0 dihubungkan dengan keluaran dari rangkaian penguat non – inverting

yang memperkuat tegangan keluaran LM 35 untuk dikonversi menjadi sinyal digital

menggunakan ADC pada pengendali mikro. Hasil konversi tersebut digunakan sebagai

acuan bagi pengendali mikro untuk menjaga elemen pemanas agar tidak overheat.

PORT B

PORT B.0 dan PORT B.1 dihubungkan pada kipas penghisap dan penghembus

yang berfungsi untuk mengatur sirkulasi udara. PORT B.2 dihubungkan dengan pin

Clock dan PORT B.3 dengan pin Data SHT11. Pin SCK berfungsi untuk sinkronisasi

koneksi antara pengendali mikro dengan SHT11 dan pin DATA berfungsi untuk

transfer data masuk atau keluar dari SHT 11. PORT B.4 – B.6 terhubung pada LED

indikator, LED hijau menandakan inkubator bekerja normal, LED kuning menandakan

terjadi over temperature, dan LED merah menandakan adanya kerusakan pada pemanas.

PORT B.7 terhubung pada buzzer sebagai indikator adanya error pada inkubator.

PORT C

Sebagai penampil dari suhu dan kelembaban ruang utama inkubator yang diukur

melalui sensor SHT11 digunakan LCD karakter 20x2 yang terhubung pada pengendali

mikro PORT C.

PORT D.2 Terhubung pada switch pengatur alamat inkubator

PORT D.3 Terhubung pada push button (tombol Lock Temp)

PORT D.4 Terhubung pada push button (tombol Up Temp)

PORT D.5 Terhubung pada push button (tombol Down Temp)

PORT D.6 Sebagai pemicu TRIAC

PORT D.7 Terhubung pada RS 485 (pin direction)

29

PORT D

PORT D.0 dihubungkan pada pin receiver RS485 dan PORT D.1 dihubungkan

pada pin transmitter RS485. PORT D.2 terhubung pada sebuah switch yang berfungsi

mengatur pengalamatan inkubator, dalam pengujian modul RS 485. PORT D.3 – D.5

terhubung pada tombol – tombol pengaturan yang berfungsi untuk lock temperature, up

temperature dan down temperature. PORT D.6 dihubungkan pada rangkaian pengendali

pemanas, sebagai picu untuk mengendalikan TRIAC dan PORT D.7 dihubungkan pada

control pin RS 485 untuk mengatur RS 485 bertindak sebagai pengirim atau penerima

data.

3.2.4. Modul Sensor

Sensor yang dipakai adalah sensor suhu dan kelembaban SHT 11 dan sensor

suhu LM35. Sensor SHT 11 dipilih untuk mengukur suhu dan kelembaban pada ruang

utama inkubator karena mudah digunakan dan dapat mengukur kelembaban sekaligus

mengukur temperatur dengan keluaran digital.

SHT11 bekerja pada jangkauan 0-100% RH (Relative Humidity) dengan akurasi

±3.0%. SHT11 juga bekerja pada jangkauan temperatur berkisar -40°C hingga 125°C

dengan akurasi ±0.4°C.

Gambar 3.4 Sensor SHT11

Response time yang dibutuhkan untuk mendeteksi kelembaban adalah 8 detik

(typical) dan untuk mendeteksi suhu, waktu yang dibutuhkan minimal 5 detik, maksimal

30 detik.

30

Data hasil pengukuran SHT 11 masih berupa data 8/12/14 bit, sehingga harus

dikonversi terlebih dahulu ke nilai fisik sebelum ditampilkan.

Tabel 3.2. Pengukuran Kelembaban

SORH C1 C2 C3

12bit -4 0.0405 -2.8*10-6

8bit -4 0.648 -7.2*10-6

ܪ = ଵ + ଶ .ோு + ଷ. ோு² ………………… (3.1)

Data yang diterima berupa 8/12 bit diatas merupakan ோு yang akan

dijumlahkan dengan beberapa koefisien diatas sehingga didapat RH୪୧୬ୟ.

Tabel 3.3. Pengukuran Suhu

Temperature = ଵ + ଶ . …………………………… (3.2)

Data yang diterima berupa 12/14 bit diatas merupakan yang akan

dijumlahkan dengan beberapa koefisien diatas sehingga didapat nilai fisik temperatur.

Selain SHT 11, pada inkubator ini juga digunakan sensor suhu LM 35 sebanyak

dua buah. LM 35 yang pertama digunakan untuk memantau suhu kerja elemen

pemanas. Tegangan keluaran hasil pengukuran LM 35 akan dikuatkan menggunakan

rangkaian penguat non – inverting, kemudian di konversi menggunakan ADC dari

pengendali mikro. Data hasil konversi tersebut akan menjadi acuan bagi pengendali

mikro untuk mengatur kerja dari elemen pemanas, sehingga elemen pemanas tidak

VDD d1 [C] d1[F]

5V -40.00 -40.00

4V -39.75 -39.50

3.5V -39.66 -39.35

3V -39.60 -39.28

2.5V -39.55 -39.23

SOT d2[C] d2[F]

14bit 0.01 0.018

12bit 0.04 0.072

31

overheat dan pecah. Sedangkan LM 35 yang kedua digunakan pada modul emergency

stop.

3.2.5. Modul Komunikasi Data

Modul komunikasi data digunakan untuk membangun sebuah jaringan

komunikasi data antara pengendali mikro yang ada di inkubator dengan personal

komputer, sehingga suhu dan kelembaban inkubator dapat dipantau melalui komputer.

Pada modul komunikasi data ini digunakan RS 485.Akan tetapi pada modul ini

tetap dibutuhkan RS 232, karena RS 485 tidak dapat secara langsung dihubungkan pada

komputer karena adanya perbedaan aras tegangan. RS 232 digunakan untuk

mengkonversi aras tegangan TTL dari RS 485 menjadi aras tegangan yang dapat

diterima oleh komputer.

Gambar 3.5. Jaringan Half Duplex RS 485 [14]

Pada rangkaian di atas, terdapat resistor pull up bernilai 470Ω yang terhubung

pada pin A dan pull down bernilai 470Ω yang terhubung pada pin B dari RS485.

32

Resistor tersebut berfungsi untuk memastikan tegangan pada pin A bernilai minimal

0,3V lebih positif dibandingkan dengan pin B saat tidak ada satupun driver enable dari

RS 485 di jaringan yang aktif, karena apabila tidak ada satupun driver RS 485 yang

aktif maka aras tegangan masukan pada penerima tidak dapat ditentukan. Apabila

penerima mendeteksinya sebagai logika low (0), maka penerima tersebut akan mengira

bahwa itu merupakan start bit sehingga penerima akan mencoba untuk membaca data.

Dengan adanya resistor pull up dan pull down yang menjaga tegangan pada pin A

minimal 0,3V lebih positif dibandingkan dengan tegangan pada pin B, maka level

tegangan masukan pada penerima akan berlogika high (1) [14].

Sedangkan resistor 120 Ω pada rangkaian di atas berfungsi sebagai termination.

Resistor termination berfungsi untuk mencocokan impedansi dari penerima dengan

impedansi dari jalur transmisi yang digunakan. Saat impedansi pada penerima tidak

cocok dengan impedansi dari jalur transmisi yang digunakan, maka sinyal yang

ditransmisikan tidak sepenuhnya diserap karena sebagian sinyal yang ditransmisikan

akan terpantul kembali menuju jalur transmisi. Jika impedansi pada pengirim, jalur

transmisi, dan beban pada penerima cocok, maka penyimpangan sinyal akibat adanya

pemantulan sebagian sinyal yang ditransmisikan dapat dikurangi. Nilai dari impedansi

pada jalur transmisi tergantung pada jenis kabel yang digunakan, setiap jenis kabel

memiliki karakteristik impedansi yang berbeda – beda. Namun untuk jenis kabel pada

umumnya, impedansinya bernilai 120Ω [17].

Modul komunikasi data ini memiliki ground yang saling terhubung, sehingga

pada masa peralihan dapat muncul tegangan tinggi diantara ground yang saling

terhubung dan menimbulkan arus ground. Spesifikasi dari RS 485 merekomendasikan

33

penggunaan resistor 100 Ω yang dipasang seri dengan jalur sinyal ground, untuk

membatasi arus ground tersebut [17].

3.2.6. Modul Tombol – Tombol Pengaturan, LCD dan LED Indikator

Tombol – tombol pengaturan digunakan sebagai antarmuka bagi pemakai untuk

mengatur nilai suhu yang dikehendaki pada inkubator. Rangkaian tombol menggunakan

push button dengan salah satu kaki dihubungkan pada masukan pengendali mikro dan

kaki yang lain dihubungkan dengan ground. Dengan demikian, saat tombol ditekan

maka kaki pada masukan pengendali mikro akan mendapatkan logika ‘0’.

Modul penampil pada inkubator ini menggunakan LCD karakter 20x2 yang akan

menampilkan suhu dan kelembaban pada ruang utama inkubator, suhu dari elemen

pemanas, dan suhu yang dikehendaki pengguna. Modul penampil ini terhubung pada

pengendali mikro PORT C.

LED indikator digunakan sebagai indikator status kerja dari inkubator. Saat LED

hijau menyala, menandakan inkubator bekerja dengan normal. Sedangkan LED kuning

menandakan terjadinya over temperature, dan LED merah menandakan adanya

kerusakan pada elemen pemanas. Apabila terjadi suatu kesalahan pada sistem inkubator,

maka terdapat juga buzzer yang akan berbunyi untuk memberi peringatan.

3.2.7. Modul Kipas Penghisap dan Penghembus

Modul kipas penghisap dan penghembus ini berupa kipas DC yang terhubung

dengan pengendali mikro yang digunakan untuk membantu sirkulasi udara pada

inkubator. Sirkulasi udara sangat dibutuhkan untuk dapat menjaga suhu di dalam

inkubator tetap stabil.

Kipas penghisap berfungsi untuk menghisap udara panas dari ruang pemanas

yang ada di bagian bawah inkubator, menuju ruang utama inkubator. Sehingga waktu

34

pemanasan yang dibutuhkan dapat menjadi lebih singkat. Kipas penghisap ini akan

selalu aktif dibawah kendali pengendali mikro saat kondisi suhu ruang inkubator lebih

kecil dari suhu yang dikehendaki pengguna.

Sedangkan kipas penghembus berfungsi untuk membuang panas yang berlebih

dalam ruang inkubator, saat sistem mendeteksi nilai suhu pada ruang inkubator melebihi

nilai suhu yang dikehendaki pengguna.

Kedua kipas tersebut dikendalikan pengendali mikro ATMega 8535 dengan

antarmuka transistor sebagai saklar. Transistor yang digunakan adalah transistor tipe

NPN seri c828.

Gambar 3.6. Rangkaian Antarmuka Kipas

Pada transistor sebagai saklar, transistor digunakan dengan mengatur agar

transistor berganti – ganti kondisi antara kondisi tersumbat (cut off) dan jenuh

(saturation). Kondisi tersumbat terjadi saat IB = 0 A atau tidak ada arus masukan pada

kaki basis sehingga IC = 0 A sesuai dengan persamaan:

……………………………………………………… (3.3)

Dengan demikian kipas tidak bekerja saat transistor dalam kondisi tersumbat,

karena tidak ada arus yang mengalir pada kipas.

Sedangkan kondisi jenuh terjadi saat IB = IB(saturasi), VBE = 0,8V dan VCE =

VCE(saturasi) ≈ 0 Volt. Karena VCE ≈ 0 V, maka tegangan kipas = VCC. Saat dilakukan

+

_

Kipas

C828 3k3Ω

mikro

35

pengukuran, masing – masing kipas menggunakan arus sebesar 0,15A, sehingga nilai IC

= 0,15A.

Dari nilai IC tersebut dapat dihitung IB(saturasi) sebagai berikut:

IB = ூಷಶ

………………………………………………………… (3.4)

IB = ,ଵହଵଷ

IB(saturasi) = 1,153mA

Dan RB dapat dihitung sebagai berikut:

RB = ா

…………………………………………………… (3.5)

RB = ସ,ଽହ,௧ଵ,ଵହଷ୫

RB = 3,599 kΩ

Dengan demikian, nilai maksimal resistor yang dapat digunakan rangkaian

antarmuka transistor sebagai saklar pada modul kipas sebesar 3,599kΩ, sedangkan

resistor yang digunakan bernilai 3,3kΩ. Kondisi kipas aktif atau non aktif dikendalikan

dengan mengatur tegangan keluaran dari pengendali mikro yang terhubung pada

antarmuka transistor sebagai saklar. Saat tegangan keluaran pengendali mikro berlogika

‘0’ maka kipas akan non aktif, karena tegangan VBB = 0 Volt sehingga transistor dalam

keadaan tersumbat. Sedangkan saat keluaran pengendali mikro berlogika ‘1’ maka kipas

akan aktif, karena VBB = 4,95 Volt sehingga transistor dalam keadaan jenuh.

3.2.8. Modul Emergency Stop

Inkubator bayi ini dilengkapi dengan modul emergency stop, yang berfungsi

sebagai fasilitas keamanan tambahan pada inkubator. Modul emergency stop ini

memiliki sistem sendiri, sehingga apabila terjadi suatu error pada pengendali mikro,

36

modul ini akan tetap aktif dan akan memutuskan aliran tegangan pada pengendali mikro

serta memberikan peringatan menggunakan buzzer.

Modul ini juga menggunakan sebuah sensor suhu LM 35 untuk memantau panas

dari elemen pemanas. Oleh karena itu, jika pengendali mikro melakukan kesalahan

dalam mengendalikan pemanas yang menyebabkan pemanas tetap aktif, meskipun telah

melampaui batas aman yang telah dijadikan acuan pada pengendali mikro, modul ini

akan mendeteksi dan menanganinya dengan cara memutuskan aliran tegangan ke

pengendali mikro. Dengan demikian pemanas juga akan non aktif.

Modul ini dirancang agar tetap menghubungkan sumber catu daya 5 Volt pada

pin Vcc pengendali mikro melalui sebuah relay, selama suhu dari pemanas tidak lebih

dari 94°C. Relay dikendalikan menggunakan rangkaian antarmuka transistor sebagai

saklar dengan transistor yang digunakan adalah transistor tipe NPN seri c828. Tegangan

masukan dari rangkaian antarmuka transistor berasal dari keluaran DFF (Delay Flip

Flop).

Gambar 3.7. Rangkaian Antarmuka Pengendali Relay

Saat dilakukan pengukuran, ternyata relay menggunakan arus sebesar 40 mA,

sehingga nilai IC = 40mA.

Dari nilai IC tersebut dapat dihitung IB(saturasi) sebagai berikut:

IB = ூಷಶ

………………………………………………………… (3.6)

37

IB = ,ସଵଷ

IB(saturasi) = 0,307 mA

Dan RB dapat dihitung sebagai berikut:

RB = ா

…………………………………………………… (3.7)

RB = ସ,ଽ,௧,ଷ ୫

RB = 13,324 kΩ

Dengan demikian, nilai maksimal resistor yang dapat digunakan rangkaian

antarmuka transistor sebagai saklar pada modul ini sebesar 13,324 kΩ, sedangkan

resistor yang digunakan bernilai 13kΩ.

Modul emergency stop ini menggunakan LM324 sebagai rangkaian penguat non

– inverting dan rangkaian komparator inverting dengan histeresis. Pada komparator

inverting dengan histeresis, jika nilai tegangan masukan lebih besar dari tegangan batas

atas (Upper Trip Point) maka tegangan keluaran komparator akan bernilai 0 Volt,

sedangkan jika nilai tegangan masukan lebih kecil dari tegangan batas bawah (Lower

Trip Point) maka tegangan komparator akan bernilai 3,5 Volt.

Oleh karena itu, tegangan keluaran dari komparator akan dibalikkan

menggunakan IC TTL seri 7400 (TTL gerbang NOT), sehingga saat tegangan keluaran

komparator bernilai 0 Volt, tegangan keluaran dari IC TTL seri 7400 akan berlogika ‘1’.

Sedangkan jika tegangan keluaran komparator bernilai 3,5 Volt, maka tegangan

keluaran dari IC TTL seri 7400 akan berlogika ‘0’. Tegangan keluaran dari TTL

gerbang NOT dihubungkan pada pin clock DFF (Delay Flip Flop) yang berfungsi

sebagai penahan (latch) nilai keluaran. Pin D dari DFF dihubungkan dengan VCC 5 Volt,

sehingga saat keluaran dari gerbang logika NOT berlogika ‘1’ maka pin clock dari DFF

akan mengalami rising edge dan keluaran dari DFF akan terus tertahan pada logika ‘1’.

38

Saat keluaran dari DFF terus tertahan pada logika ‘1’, maka rangkaian antarmuka

transistor sebagai saklar yang mengendalikan relay akan berada dalam keadaan jenuh

dan relay akan memutus tegangan catu daya 5 Volt yang menuju pin Vcc pada

pengendali mikro.

Modul emergency stop ini dirancang untuk membatasi suhu pemanas pada nilai

94°C, oleh karena itu dibutuhkan nilai VUTP (Upper Trip Point Voltage) pada

komparator yang sesuai untuk membatasi suhu kerja pemanas berdasarkan tegangan

keluaran dari LM 35. Mengacu pada karakteristik LM 35 yang tegangan keluarannya

akan naik 10mV tiap kenaikan suhu 1°C, maka saat suhu pemanas bernilai 94°C

tegangan keluaran LM 35 bernilai 0,94 Volt. Tegangan tersebut akan dikuatkan

menggunakan rangkaian penguat non – inverting terlebih dahulu dan dijadikan sebagai

nilai VUTP. Penguatan yang dipilih adalah penguatan tiga kali, sehingga tegangan

keluaran LM 35 yang bernilai 0,94 Volt akan dikuatkan menjadi 2,82 Volt. Nilai

tegangan tersebut sudah mencukupi kebutuhan untuk menjadi VUTP pada komparator

inverting dengan histeresis.

Gambar 3.8. Rangkaian Penguat Non Inverting dan Komparator Inverting dengan

Histeresis

39

Untuk mendapatkan penguatan tiga kali pada rangkaian penguat non – inverting,

maka nilai resistor yang digunakan dapat dicari dengan rumus sebagai berikut:

Av = ௨௧

= ோோ

+ 1 …………………………………………… (3.8)

3 = ோோ

+ 1

3-1 = ோோ

ோோ

= 2

Berdasarkan perhitungan di atas, nilai resistor R7 yang digunakan adalah 2kΩ

dan resistor R6 bernilai 1kΩ. Pada komparator inverting dengan histeresis, untuk

mendapatkan nilai VUTP, dibutuhkan tegangan referensi dan nilai penguatan umpan balik

yang sesuai.

Tegangan referensi pada komparator diperoleh menggunakan metode pembagian

tegangan dan dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

Vref = ோଷோଷାோସ

x V2 ……………………………………………… (3.9)

Vref = ଵଵାଵ

x 5V

Vref = 2,5 Volt

Dengan diperolehnya nilai tegangan referensi pada komparator sebesar 2,5 Volt

dan tegangan jenuh pada LM 324 yang digunakan sebesar 3,5 Volt, serta rumus

perhitungan VUTP sebagai berikut:

VUTP = Vref + (B x Vjenuh) ……………………………………… (3.10)

Maka nilai penguatan umpan balik yang sesuai untuk mendapatkan nilai VUTP

sebesar 2,82 Volt dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

B = – ௨

……………………………………….………… (3.11)

40

2,82 Volt = 2,5 Volt + (B x 3,5 Volt)

2,82 Volt - 2,5 Volt = (B x 3,5 Volt)

0,32 Volt = (B x 3,5 Volt)

B = ,ଷଶ ௧ଷ,ହ ௧

B = 0,09

Untuk memperoleh penguatan umpan balik sebesar 0,09 pada komparator

inverting dengan histeresis, maka nilai resistor yang digunakan dapat dicari dengan

rumus sebagai berikut:

B = ோଶோଶାோଵ

…………………………………………………… (3.12)

0,09 = ଵଵାଵ

Berdasarkan perhitungan di atas, nilai resistor R2 yang digunakan adalah 10kΩ

dan resistor R1 bernilai 100kΩ.

3.3. Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak

Kerja perangkat lunak dimulai dengan inisialisasi pengendali mikro dan

sinkronisasi antara sensor yang digunakan dengan pengendali mikro. Lalu pengendali

mikro akan terus menerus mengirim perintah pengukuran suhu dan kelembaban ruang

inkubator serta mengumpulkan data hasil pengukuran tersebut dari sensor SHT 11.

Selain itu pengendali mikro juga akan terus menerima keluaran dari sensor LM 35 yang

berfungsi memantau suhu dari elemen pemanas yang telah dikuatkan menggunakan

rangkaian penguat non – inverting, untuk di konversi menjadi data digital.

Hasil pengukuran dari kedua sensor tersebut kemudian dikonversi dan

ditampilkan pada LCD, selain itu pengendali mikro juga menyalakan LED indikator

untuk menandakan status kerja dari inkubator. Selanjutnya, inkubator telah siap untuk

menerima masukan nilai suhu yang dikehendaki pengguna berdasarkan tombol –

41

tombol pengaturan yang ditekan. Selama nilai suhu aktual pada inkubator masih lebih

besar dibandingkan dengan suhu acuan awal yang telah diprogramkan pada pengendali

mikro yaitu 28°C, maka pengendali mikro tidak akan mengaktifkan pemanas.

Saat pengguna telah menekan tombol lock temperature, artinya pengendali

mikro telah menerima nilai suhu acuan baru yang harus dicapai. Kemudian hasil

pengukuran sensor SHT 11 dibandingkan dengan nilai acuan dari pengguna tersebut

untuk digunakan oleh pengendali mikro sebagai acuan dalam mengendalikan pemanas

hingga tercapai kestabilan suhu sesuai dengan nilai acuan tersebut. Selain itu, hasil

pengukuran sensor LM 35 juga dijadikan acuan dalam mengendalikan pemanas.

Dengan menggunakan bantuan timer overflow interrupt, dilakukan pengecekan hasil

pengukuran sensor suhu LM 35 secara berkala, agar pengendali mikro dapat meng non

aktifkan pemanas, saat suhu dari pemanas sudah mencapai 85°C dan baru akan

diaktifkan kembali saat suhu dari pemanas mencapai nilai 83°C.

Pada perangkat lunak yang dibuat, timer overflow interrupt menjadi prioritas

utama. Oleh karena itu, apapun kondisinya, saat pemanas telah mencapai suhu 85°C,

pemanas akan di non aktifkan walaupun suhu aktual pada inkubator belum mencapai

nilai suhu acuan yang dikehendaki pengguna. Selain timer overflow interrupt, perangkat

lunak yang dibuat juga menggunakan USART Receiver Interrupt.

USART Receiver Interrupt berfungsi untuk melayani permintaan data dari

personal komputer yang terhubung pada inkubator melalui komunikasi serial. Saat

terdapat USART Receiver Interrupt, maka pengendali mikro akan menjalankan RX

Interrupt Service Routine. Pengendali mikro akan mengubah PORT D.7 yang

merupakan control pin RS 485 menjadi berlogika ‘1’, sehingga RS 485 bertindak

sebagai pengirim. Setelah RS 485 siap untuk mengirimkan data, pengendali mikro akan

42

mengambil data hasil pengukuran yang telah disimpan pada sebuah variabel, kemudian

data tersebut dikirimkan melalui RS 485. Setelah data selesai terkirim, pengendali

mikro kembali mengubah PORT D.7 menjadi logika ‘0’, sehingga RS 485 bertindak

sebagai penerima dan siap menerima permintaan data selanjutnya dari komputer.

Gambar 3.9. Diagram Alir Perangkat Lunak

KIRIM HASIL PENGUKURAN SUHU DAN KELEMBABAN MELALUI KOMUNIKASI

SERIAL

RX INTERRUPT

TERIMA PERINTAH

SET PORT D.7 CONTROL PIN RS 485 BERLOGIKA ‘1’

SET PORT D.7 CONTROL PIN RS 485 BERLOGIKA ‘0’

KEMBALI KE PROGRAM UTAMA

YES

YES YES

NO

NO

NON AKTIFKAN PEMANAS

TIMER OVERFLOW INTERRUPT

SUHU PEMANAS ≥ 85°C ?

SUHU PEMANAS ≤83°C ?

KEMBALI KE PROGRAM UTAMA AKTIFKAN

PEMANAS

NO

Suhu Aktual ≤ Suhu Acuan ?

NO

YES

NO

END

YES

YES

KENDALIKAN PEMANAS dan MENSTABILKAN

SUHU RUANG SESUAI DENGAN SUHU ACUAN

NO

SAKLAR OFF ?

SAKLAR OFF ?

YES

YES CEK SUHU DAN KELEMBABAN

AKTUAL

NO Penekanan Lock

Temperature?

TAMPILKAN DATA HASIL PENGUKURAN PADA LCD

DAN NYALAKAN LED INDIKATOR

INISIALISASI PENGENDALI

MIKRO

INISIALISASI SENSOR SHT11

START

SAKLAR ON ?

Penenekanan Lock Temperature?

NO

43

Gambar 3.10. Diagram Alir Perangkat Lunak

NO

NO

SUHU ACUAN 28°C?

SUHU ACUAN 31°C?

NO

SUHU ACUAN 32°C?

NO

SUHU ACUAN 33°C?

NO

KENDALIKAN PEMANAS dan

MENSTABILkAN SUHU

SUHU ACUAN 34°C?

NO

NO

YES SUHU AKTUAL

≤ 28°C?

YES Pemanas on Kipas Penghisap on

Kipas Penghembus off

Pemanas off Kipas Penghisap off

Kipas Penghembus on

SUHU ACUAN 29°C?

NO

NO

YES SUHU AKTUAL

≤ 29°C?




Kipas Penghembus on

SUHU ACUAN 30°C?

NO

NO

YES SUHU AKTUAL

≤ 30°C?

YES Pemanas on

Kipas Penghisap on Kipas Penghembus off


Kipas Penghembus on

NO

YES SUHU AKTUAL

≤ 31°C?

YES Pemanas on



Kipas Penghembus on

NO

YES SUHU AKTUAL

≤ 32°C?

YES Pemanas on



Kipas Penghembus on

NO

YES SUHU AKTUAL

≤ 33°C?

YES Pemanas on



Kipas Penghembus on

NO

YES SUHU AKTUAL

≤ 34°C?




Kipas Penghembus on

YES

Pemanas on Kipas Penghisap on



Kipas Penghembus on

YES

NO

SUHU ACUAN 35°C?

SUHU AKTUAL ≤ 35°C?

YES




Kipas Penghembus on

YES

NO

SUHU ACUAN 36°C?


NO

YES




Kipas Penghembus on

YES

NO

SUHU ACUAN 37°C?


NO

END

bab iii perancangan · 2013. 5. 3. · elemen pemanas setrika dipilih sebagai sumber panas pada...

Documents