PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

INDUKTANSMETER DIGITAL BERPENAMPILAN LCD MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER PIC 16F84

BIDANG KEGIATAN:

PKM-AI

Diusulkan Oleh:

Yuda Agung M.W. (NIM : 08.04.2348) Angkatan : 2008 Verryanto Sandewa (NIM : 08.04.2341) Angkatan : 2008 Hendra Pranowo (NIM : 05.04.2254) Angkatan : 2005

INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND YOGYAKARTA

2009

ii

HALAMAN PENGESAHAN USUL PKM-AI

1. Judul Kegiatan : Induktansmeter Digital Berpenampilan LCD Menggunakan Mikrokontroler PIC 16F84 2. Bidang Kegiatan : PKM-AI

3. Ketua Pelaksana Kegiatan a. Nama Lengkap : Yuda Agung Marsudi Wibowo b. NIM : 08.04.2348 c. Jurusan : Teknik Elektro d. Perguruan Tinggi : Institut Sains & Teknologi Akprind Yogyakarta e. Alamat Rumah : Jln. Tukangan, Tegal Kemuning, Yogyakarta f. No. Telp/HP : 081227202299

4. Anggota Pelaksana Kegiatan : 2 orang

5. Dosen Pendamping a. Nama Lengkap : Muhammad Andang Novianta, ST., MT. b. NIP : 03.1169.584.E c. Alamat Rumah : Cabakan Asri No. 12B, Sleman, Yogyakarta d. No Telepon/HP : 0811258943

Yogyakarta, 25 Maret 2009

Menyetujui Ketua Jurusan Teknik Elektro

(Ir. Gatot Santoso, MT) NIK. 94.0865.494.E

Ketua Pelaksana Kegiatan

(Yuda Agung Marsudi Wibowo) NIM. 08.04.2348

Pembantu Rektor Bidang Kemahasiswaan

(Ir. Miftahussalam, MT.) NIK. 87.0254.317.E

Dosen Pendamping

(M. Andang Novianta, ST., MT.) NIK. 03.1169.584.E

iii

BIODATA ANGGOTA PELAKSANA KEGIATAN

Ketua Pelaksana Kegiatan

a) Nama : Yuda Agung M.W.

b) Jenis Kelamin : Laki-laki

c) NIM : 08.04.2348

d) Tempat & tanggal lahir : Balikpapan, 15 Januari 1991

e) Alamat : Jln.Tukangan, Tegal Kemuning, Yogyakarta

f) Agama : Islam

g) Hobby : Renang

h) No Telp : 081227202299

Anggota Pelaksana Kegiatan

1) Anggota I:

a) Nama : Verryanto Sandewa

b) Jenis Kelamin : Laki-laki

c) NIM : 08.04.2341

d) Tempat & tanggal lahir : Palu, 24 Februari 1990

e) Alamat : Jl. Glagahsari Gg.Anyelir,Yogya

f) Agama : Kristen

g) Hobby : Membaca

h) No Telp : 085241037090

2) Anggota II:

a) Nama : Hendra Pranowo

b) Jenis Kelamin : Laki-laki

c) NIM : 05.04.2254

d) Tempat & tanggal lahir : Sulawesi Tenggara, 24 Oktober 1986

e) Alamat : Tegal Catak, UH4/667A. Umbul Harjo,

Yogyakarta

f) Agama : Islam

g) Hobby : Berolahraga

h) No Telp : 081330307131

1

INDUKTANSMETER DIGITAL BERPENAMPILAN LCD MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER PIC 16F84

Yuda Agung M.W, Verryanto Sandewa, Hendra Pranowo

Jurusan Teknik Elektro Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta

Kampus ISTA Jl. Kalisahak No. 28 Kompleks Balapan Yogyakarta

Telp 0274-563029, Fax 0274-563847.

Abstrak

Didalam dunia elektronika kita sering menjumpai suatu alat elektronik menggunakan suatu lilitan atau kumparan apalagi pada dunia telekomunikasi. Akan tetapi pembuatan induktor akan sangat sulit bila kita hanya mengandalkan perhitungan secara matematik dengan hanya diketahui diameter lilitan, diameter kawat email, dan panjang lilitan. Hasil dari perhitungan itu pun masih banyak mengalami kesalahan yang diakibatkan dari kerapatan lilitan dari induktor, hal itu akan menyebabkan hasil dari induktans dari induktor berbeda dari perhitungan dan kenyataan.

Oleh karena itu diciptakan suatu alat yang dapat mengukur induktans suatu induktor dalam satuan Henry agar dapat mempermudah dalam pembuatan suatu induktor yang lebih presisi dan sesuai dengan hasil yang diinginkan.

Alat ukur digital ini akan menunjukkan besaran yang diukur dalam bentuk angka. Dengan alat ukur digital kesalahan pembacaan dihilangkan oleh penunjukan langsung dengan angka dari besaran yang diukur, dan titik desimal ditunjukkan pula secara langsung untuk memudahkan pengukurannya. Kata-kata kunci : induktans, alat ukur digital, mikrokontroler PENDAHULUAN

Elektronika telah menjadi kunci kemajuan hampir pada semua bidang kehidupan yang mencakup bidang teknis dan non-teknis. Sebagai suatu bidang keilmuwan, elektronika mengembangkan metode dan bahan sehingga menghasilkan metode dan alat baru. Pada perkembangannya bahan atau perangkat elektronika telah menjadi bersifat-keras dan lunak. Sinergi kedua perangkat tersebut membuat alat elektronika pada saat ini seolah-olah memiliki kecerdasan.

Dua unsur kecerdasan secara umum adalah kemampuan mengingat dan mengolah. Dengan perangkat lunak, dua unsur tersebut dapat dilakukan oleh mikrokontroller, dengan bagian-bagian yang ada didalamnya, mikrokontroller dapat berfungsi sebagaimana komputer mini.

Pemanfaatan mikrokontroller sebagai suatu sistem atau bagian suatu sistem telah menyederhanakan design rangkaian digital dan mengurangi pemakaian komponen. Sedangkan pada aplikasi kontrol, pemakaian mikrokontroller dapat menyederhanakan design kontrol analog, dan membuat peralatan menjadi lebih memenuhi tuntutan kemudahan dalam pemakaian.

2

Pada aplikasi pengukuran, pemakaian mikrokontroller dapat diterapkan sebagai pengolah data dan pengatur proses tampilan apabila digunakan penampil, dan penampil berperan sebagai visualisasi hasil pengukuran.

Permasalahan pada penelitian ini adalah untuk mengetahui suatu besaran nilai induktans serta pengaruh medan magnet dengan menggunakan mikrokontroler (unit pengendali).

Perumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana merancang dan membuat alat ukur untuk besaran induktans dengan berbagai macam jenis induktor, jangkauan pengukuran dalam satuan Henry dan pengaruh medan magnet terhadap kinerja alat.

Tujuan penelitian ini adalah untuk menghasilkan suatu bentuk desain alat ukur induktansmeter digital yang lebih presisi, lebih praktis, hemat pemakaian listrik, serta mampu mempermudah dalam penggunaan untuk mengetahui nilai induktans suatu induktor. Dengan keunggulan ini diharapkan biaya pembuatan alat ukur induktansmeter ini jauh lebih rendah dibandingkan dengan desain sistem yang serupa.

Eny Yuliana (2006) pembuatan alat ukur induktansi dan kapasitansi meter dengan display jarum penunjuk adalah dengan metode literature dan uji laboratories. Teknik analisis data yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan membandingkan ketepatan antara alat yang dibuat dengan alat ukur RLC Digital Impedance Meter, produksi Chen Hwa Sintek, no seri 780180 dengan toleransi ketelitian antara ±1% sampai ±2% sebagai alat ukur pembanding. Untuk ratio kesalahan dapat dicari dengan rumus 0 = M-T, Dengan 0 = ratio kesalahan, M = harga yang didapat dari pengukuran, T = harga sebenarnya dari kebesaran yang diukur. Kesimpulan dari alat tersebut adalah menghasilkan suatu alat ukur induktansi dan kapasitansi meter dengan tampilan jarum penunjuk pada VU meter yang menggunakan asas kumparan putar.

Self-Induced

Tegangan emf akan menjadi penting saat perubahan arusnya fluktuatif. Efek emf menjadi signifikan pada sebuah induktor, karena perubahan arus yang melewati tiap lilitan akan saling menginduksi. Ini yang dimaksud dengan self-induced. Secara matematis induktans pada suatu induktor dengan jumlah lilitan sebanyak N adalah akumulasi fluks magnetik untuk tiap arus yang melewatinya:

iNL Φ

= (1)

Gambar 1. Induktor Selenoid

Fungsi utama dari induktor pada suatu rangkaian adalah untuk melawan

fluktuasi arus yang melewatinya. Aplikasinya pada rangkaian DC salah satunya adalah untuk menghasilkan tegangan DC yang konstan terhadap fluktuasi beban

3

arus. Pada aplikasi rangkaian AC, salah satu gunanya adalah untuk meredam perubahan fluktuasi arus yang tidak dinginkan. Akan lebih banyak lagi fungsi induktor yang bisa diaplikasikan pada rangkaian tapis, tuner, dan sebagainya.

Dari pemahaman fisika, elektron yang bergerak akan menimbulkan medan elektrik disekitarnya. Berbagai bentuk kumparan, persegi empat, setengah lingkaran ataupun lingkaran penuh, jika dialiri elektrik akan menghasilkan medan elektrik yang berbeda. Kakimpang induktor biasanya berbentuk lingkaran, sehingga diketahui besar medan elektrik di titik tengah lingkaran adalah:

B = µ µ0 i n (2) Jika dikembangkan, n adalah jumlah lilitan relatif terhadap panjang

induktor (l). Secara matematis lilitan per-meter ditulis:

lNn = (3)

Lalu (i) adalah besar arus melewati induktor tersebut. Ada simbol m yang dinamakan permeabilitas dan mo yang disebut permeabilitas udara vakum. Besar permeabilitas (m) tergantung dari bahan inti (core) dari induktor. Untuk induktor tanpa inti (air winding) m = 1.

Jika rumus-rumus diatas disubsitusikan maka rumus induktans dapat ditulis menjadi:

lAN

L2

0µµ= (4)

Gambar 2. Induktor Selenoida dengan Inti (Core)

Keterangan: L adalah induktans dalam H (Henry) M adalah permeabilitas inti (core) mo adalah permeabilitas udara vakum (mo= 4p x 10-7) N adalah jumlah lilitan induktor A adalah luas kakimpang induktor (m2) l adalah panjang induktor (m)

Rumus inilah untuk menghitung nilai induktans dari sebuah induktor. Tentu saja rumus ini bisa dibolak-balik untuk menghitung jumlah lilitan induktor jika nilai induktansnya sudah ditentukan.

Toroid

Ada satu jenis induktor yang kenal dengan nama toroid. Jika biasanya induktor berbentuk silinder memanjang, maka toroid berbentuk lingkaran. Biasanya selalu menggunakan inti besi (core) yang juga berbentuk lingkaran seperti kue donat.

4

Gambar 3. Toroid

Jika jari-jari toroid adalah r, yaitu jari-jari lingkar luar dikurang jari-jari lingkar dalam. Maka panjang induktor efektif adalah kira-kira:

l = 2 π r (5) Dengan demikian untuk induktans toroida besar (L) adalah:

rAN

Lπ

µµ2

20= (6)

Salah satu keuntungan induktor berbentuk toroid, adalah induktor dapat dengan induktans yang lebih besar dan dimensi yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan induktor berbentuk silinder. Juga karena toroid umumnya menggunakan inti (core) yang melingkar, maka medan induksinya tertutup dan relatif tidak menginduksi komponen lain yang berdekatan di dalam satu pcb.

Ferit dan Permeabilitas

Besi lunak banyak digunakan sebagai inti (core) dari induktor yang disebut ferit. Ada bermacam-macam bahan ferit yang disebut feromagnetik. Bahan dasarnya adalah bubuk besi oksida yang disebut juga iron powder. Ada juga ferit yang dicampur dengan bahan bubuk lain seperti nickle, manganase, zinc (seng) dan mangnesium. Melalui proses yang dinamakan kalsinasi yaitu dengan pemanasan tinggi dan tekanan tinggi, bubuk campuran tersebut dibuat menjadi komposisi yang padat. Proses pembuatannya sama seperti membuat keramik. Oleh sebab itu ferit ini sebenarnya adalah keramik.

Ferit yang sering dijumpai ada yang memiliki m = 1 sampai m = 15.000. Dapat dipahami penggunaan ferit dimaksudkan untuk mendapatkan nilai induktans yang lebih besar relatif terhadap jumlah lilitan yang lebih sedikit serta dimensi induktor yang lebih kecil. Penggunaan ferit juga disesuaikan dengan frekuensi kerjanya. Karena beberapa ferit akan optimum jika bekerja pada selang frekuensi tertentu.

Mikrokontroller PIC16F84

Mikroprosesor umumnya didesain berdasarkan arsitektur von Neumann, dimana program dan data disimpan dalam memori yang sama. Mikrokontroler PIC

5

16F84A merupakan mikrokontroler dari keluarga PICmicro buatan Microchip Inc dan merupakan mikrokontroler 8 bit dengan arsitektur Harvard. Adanya arsitektur Harvard memungkinkan program dan data disimpan dalam memori yang berbeda dan ini akan membuat kerja mikrokontroler lebih efisien dan perintah yang dimiliki lebih sedikit. Instruksi yang dimiliki oleh mikrokontroler PIC16F84A hanya 35 buah, sehingga mikrokontroler ini termasuk dalam golongan RISC (Reduced Instruction Set Computer). Mikrokontroler RISC melaksanakan perintah lebih cepat daripada alat CISC (Complex Instruction Set Computer). Gambar 4 melukiskan perbedaan antara arsitektur Harvard dan arsitektur von Neumann.

Gambar 4. Arsitektur Mikrokontroler dan Mikroprosesor

a). Arsitektur Harvard b). Arsitektur von Neuman METODE PENELITIAN

Objek dalam penelitian ini adalah suatu alat ukur yang berguna sebagai bantuan dalam pembuatan suatu induktor, yaitu sebagai penampil dari hasil pengukuran. Gambar perancangan ini secara garis besar diperlihatkan pada Gambar 5.

 Gambar 5. Deskripsi Umum Perancangan

Alat dalam penelitian ini pada prinsipnya terdiri atas komparator tegangan yang berfungsi sebagai pembanding tegangan dari input masukan berupa tegangan yang diukur dan tegangan referensi lalu memberikan data tersebut ke mikrokontroller PIC16F84 untuk dihitung berapa nilai induktans dari induktor yang diukur dan menampilkannya pada LCD 1x16 sebagai unit penampil.

Perancangan Perangkat Keras (Hardware)

Rancangan suatu sistem yang akan diimplementasikan dalam bentuk perangkat keras dapat dibuat melalui proses berikut ini:

6

a. Pembuatan desain (Design Entry). Desain dibuat dalam bentuk skematik (gambar) atau dalam bentuk teks dengan bantuan perangkat lunak komputer.

b. Pemetaan, penempatan dan routing DESAIN (Mapping, placing and routing), yaitu pemetaan komponen, penempatan pin dan routing pembuatan jalur-jalur koneksi desain.

c. Implementasi desain (Design Implementation), yaitu mengimplementasikan rancangan dalam bentuk perangkat-keras.

Secara garis besar aplikasi mikrokontroller PIC16F84 sebagai alat pengukuran induktansi suatu induktor dan hasil pengukuran ini tersusun atas beberapa rangkaian utama, yaitu: rangkaian penurun tegangan, rangkaian base oscillator, comparator, relay interface, dan rangkaian mikrokontroler.

Perancangan Unit Catu Daya

Catu daya yang digunakan hanya menggunakan satu buah baterai 9 volt karena rangkaian ini hanya membutuhkan arus yang sangat kecil dan tegangan yang kecil pula. Untuk penurunan tegangan dengan mudah dari baterai +9 ke +5 volt digunakan IC Regulator 7805 sebagai regulator tegangan +5 volt dan sebagai penstabil dan perata tegangan.

Perancangan Base Oscilator

Rangkaian Base Oscilator menggunakan prinsip rangkaian LC paralel yang akan beresonansi jika menyentuh titik jenuh tegangan yang melalui tangki LC.

Gambar 6. Rangkaian Base Oscillator

Perancangan Comparator

Rangkaian comparator berfungsi untuk membandingkan tegangan referensi dengan tegangan masukan dari base oscilator. R1 dan R2 yang diparalel membuat tegangan pada inverting LM 311 = ½ Vcc dan berfungsi untuk membatasi level masukan yang terbaca hanya diatas 2,5 volt. Elco (C3) berfungsi sebagai converting kemudi penyama impedansi antara keluaran base oscilator dengan masukan comparator. Resistor (R3) berfungsi sebagai resistor penguatan dengan umpan balik positif (non inverting). Resistor (R5) dan kapasitor (C4) berfungsi sebagai tegangan referensi yang membentuk osilator sampling. Resistor (R4) berfungsi sebagai Pull Up tegangan minimal. R6 berfungsi sebagai driver untuk mengurangi level tegangan ke mikrokontroller.

7

Gambar 7. Rangakaian Comparator tegangan

Relay Interface

Relay interface berfungsi sebagai penguat level masukan agar kuat menggangkat beban relay. Prinsip dasar rangkaian ini terletak pada transistor PNP yaitu apabila setiap basis mendapatkan level rendah (0) maka transistor akan mengalirkan tegangan dari kolektor ke emiter dan akan mengangkat beban relay. Hal ini relay dapat dialiri tegangan dari emitor sehingga relay aktif dari NC ke NO.

Gambar 8. Rangkaian Relay Interface

Resistor (R9) berfungsi sebagai pembangit arus yang akan masuk ke basis agar transistor dapat bekerja.

Mikrokontroller

Rangkaian mikrokontroller disini berfungsi sebagai tempat perhitungan dari perbandingan tegangan referensi dan tegangan pengukuran untuk mendapatkan nilai induktans yang diukur dan menampilkan hasil pengukuran ke dalam LCD display.

Port B0-B3 merupakan port pengiriman data ke LCD yaitu sebanyak 4-bit. Port A2 dan A3 masing masing berfungsi sebagai read write dan enable signal. Resistor Variabel (RV1) berfungsi sebagai pengatur kontras LCD. Resistor

8

R8 berfungsi sebagai pengatur arus yang melewati LED Backlight agar cahaya dari LED tidak terlalu terang yang dapat menyebabkan LED cepat mati dan tulisan pada LCD tidak jelas atau kabur. MLCR berfungsi untuk menerima perintah pengkalibrasian alat sebelum digunakan pengukuran. Port A1 berfungsi untuk mengeksekusi perintah pengkalibrasian ke beban transistor untuk mendriver relay.

Gambar 9. Rangkaian Sistem Mikroprosesor Pengendali HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengujian yang telah dilakukan sebanyak 10 kali percobaan, cara pengujian induktans meter dengan membandingkan nilai hasil perhitungan, nilai hasil pengukuran dengan LCR meter dan dengan nilai hasil pengujian alat yang telah dibuat, dilakukan sebanyak 10 kali percobaan.

Tabel 1. Data Perhitungan Induktor dengan Diameter Lilitan 22 mm

No. Diameter Email Panjang Induktor (cm)

Banyaknya Lilitan Induktans (µH)

1. 0,3 1,29 43 38,269 2. 0,3 1,62 54 52,723 3. 0,3 1,92 64 66,223 4. 0,3 2,25 75 81,927 5. 0,3 2,52 84 94,864 6. 0,3 2,72 91 105,048 7. 0,3 2,97 99 116,795

Tabel 2. Data Pengukuran Induktor dengan LCR Meter Diameter

Lilitan 22 mm No. Diameter Email Panjang

Induktor (cm) Induktans (µH)

1. 0,3 1,29 29,9 2. 0,3 1,62 39,8 3. 0,3 1,92 48,5 4. 0,3 2,25 61,3 5. 0,3 2,52 68,2 6. 0,3 2,72 80,0 7. 0,3 2,97 87,8

9

Tabel 3. Data Pengukuran Induktor dengan Induktansmeter yang Telah Dibuat Berdiameter Lilitan 22 mm

No. Diameter Email Panjang Induktor (cm) Induktans (µH)

1. 0,3 1,29 30,364 2. 0,3 1,62 40,51 3. 0,3 1,92 48,995 4. 0,3 2,25 61,72 5. 0,3 2,52 67,805 6. 0,3 2,72 80,226 7. 0,3 2,97 87,969

KESIMPULAN

Berdasarkan analisa dan pengujian terhadap desain rangkaian dan kinerja alat Induktansmeter Digital Berpenampil LCD Dengan Mikroprosesor PIC16F84, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1) Sebagai sistem pengukur induktans, alat mampu mengukur induktor dengan kesalahan error rata-rata 0.87% dari standart internasional 5%.

2) Kinerja dari alat ini sangat dipengaruhi oleh panjang kawat dan diameter kawat serta diameter pipa PVC yang digunakan.

3) Parameter keberhasilan pengujian lebih dititikberatkan pada besaran selisih (error) alat terhadap LCR meter, tidak pada hasil perhitungan. Hal ini disebabkan, karena lilitan dibuat secara manual dan besar nilai permeabilitas bahan hanya berdasarkan data dalam buku. Tidak diukur secara langsung, sehingga hasil perhitungan meleset jauh dari pengukuran meter

4) Induktansmeter digital hanya mengunakan catudaya baterai karena pengunaan tegangan dan arus sangat kecil sehingga lebih portable.

DAFTAR PUSTAKA Ibrahim, K.F. dan Insap Santosa., , Teknik Digital, Penerbit ANDI,

Yogyakarta, 1996. Malik Moh. Ibnu, Belajar Mikrokontroler PIC 16F84, Gava Media, Yogyakarta,

2003. Malvino Albert P, dan Donald Leach., Prinsip-prinsip dan Penerapan Digital,

Erlangga, Jakarta, 1994. Widodo Thomas Sri, Elektronika Dasar, Salemba Teknika, Jakarta, 2002. Wasito S., Vademikum Elektronika Edisi Kedua, PT Gramedia Pustaka

Utama, Jakarta, 2001. Yuliana, Eny, Rancang Bangun Alat Ukur Induktans dan Kapasitansi Meter,

Semarang, 2006.

10

LAMPIRAN

Gambar Alat Induktansmeter Digital Berpenampil LCD Menggunakan Mikrokontroller PIC 16F84