Rancang Bangun Inkubator Suhu sebagai Media Penetas Telur

Menggunakan Sensor Suhu LM35

Kelompok 1

Ronny Ari Setiawan ( 125060300111003 )

Ahmad Sirojuddin ( 125060300111013 )

Guntoro ( 125060300111018 )

Rifqa Asruroh Efnif ( 125060300111026 )

KEMENTERIAN RISET DAN PENDIDIKAN TINGGI

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

MALANG

2015

1

Kata Pengantar

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu wata’ala, karena berkat rahmat-Nya kami bisa menyelesaikan makalah yang berjudul “Rancang Bangun Inkubator Suhu sebagai Media Penetas Telur Menggunakan Sensor Suhu LM35”. Makalah ini dibuat untuk memenuhi tugas mata kuliah Sistem Instrumentasi Elektronika.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu sehingga makalah ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun sangat kami harapkan demi sempurnanya makalah ini.

Semoga makalah ini memberikan manfaat untuk pengembangan wawasan dan peningkatan ilmu pengetahuan di kemudian hari.

Malang, 21 Oktober 2014

Penulis

2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Berbagai jenis teknologi telah banyak diciptakan untuk mempermudah manusia

dalam melakukan pekerjaannya. Salah satu teknologi yang berkembang adalah teknologi

di bidang pengaturan suhu. Alat pengukur suhu sangat banyak diperlukan hampir di

semua aspek kehidupan manusia. Contohnya, pada suatu gudang penyimpanan sangat

penting diperhatikan suhu dari ruangan gudang tersebut untuk menyimpan barang dengan

baik. Pada ruang server komputer, juga dibutuhkan suhu tertentu agar bekerja dengan

baik. Begitu juga pada inkubator telur, suhu harus dijaga konstan agar proses penetasan

telur dapat berlangsung dengan baik. Parkhus dan Moutney (1998) menyatakan bahwa

telur akan banyak menetas jika berada pada temperatur antara 94 - 104°F (36 - 40°C).

Selama ini pengendali suhu pada penetasan telur ayam masih menggunakan

pengendali suhu secara manual ataupun elektrik. Pengontrol suhu atau dapat disebut juga

thermoregulator yang merupakan sebuah kesatuan untuk mengatur suhu di dalam sebuah

ruang penetas selama ini menggunakan thermostat dengan sebuah kapsul eter yang

terbuat dari plat kuningan, kepekaan alat ini terhadap suhu kurang responsif.

Berangkat dari hal tersebut, penulis ingin membuat inkubator telur dengan

pengaturan suhu menggunakan mikrokontroler ATmega8 sebagai pusat kendalinya,

sensor LM35 sebagai device yang dapat mendeteksi suhu, rangkaian pengondisi sinyal

untuk memperkuat sinyal masukan serta menghilangkan noise, LCD sebagai penampil

besar suhu yang ada pada inkubator, lampu pijar sebagai penghasil panas, dan driver

sebagai pengatur nyala dan matinya lampu secara otomatis.

Alat ini bekerja secara otomatis dan bekerja dengan prinsip sistem kontrol loop

tertutup. Sensor LM35 membaca nilai suhu yang ada pada ruang inkubator dan

mengirimkannya pada mikrokontroler. Besar suhu yang terbaca oleh LM35 dan nilai suhu

referensi (besar suhu yang diinginkan) kemudian dibandingkan. Jika nilai suhu pada

ruang inkubator lebih rendah dari pada nilai suhu referensi, maka lampu pijar akan

menyala untuk meningkatkan suhu lingkungan. Sebaliknya, jika suhu pada ruang

inkubator lebih tinggi dari pada nilai suhu referensi, maka lampu pijar akan mati.

Besarnya suhu dalam inkubator dan suhu referensi ditampilkan dalam display LCD.

3

1.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana teknis pembuatan inkubator telur agar dapat mempertahankan suatu nilai

suhu tertentu?

2. Bagaimana membuat rangkaian pengondisi sinyal agar dapat memperkuat sinyal

keluaran sensor dan menghilangkan noise yang terdapat pada sinyal tersebut?

3. Bagaimana konversi nilai ADC ke nilai suhu agar pengguna dapat mengetahui nilai

suhu sebenarnya di dalam inkubator?

1.3 Tujuan

1. Untuk memenuhi tugas mata kuliah Sistem Instrumentasi Elektronika pada Jurusan

Teknik Elektro Universitas Brawijaya.

2. Merancang sistem pengaturan suhu agar dapat mempertahankan suatu besaran nilai

tertentu dan menampilkannya pada pada display LCD.

1.4 Manfaat

1. Bagi penulis, perancangan inkubator telur dapat menambah wawasan dan ilmu

mengenai elektronika serta menambah pengalaman dalam merancang suatu sistem

elektronika.

2. Bagi pelajar atau mahasiswa, makalah perancangan inkubator telur ini dapat dijadikan

sebagai sumber referensi dalam pembuatan inkubator telur atau pembuatan karya tulis

dengan bidang yang serupa.

3. Bagi masyarakat luas, makalah perancangan inkubator telur ini dapat dijadikan

sebagai buku pedoman bagi masyarakat yang ingin meningkatkan hasil usahanya pada

bidang peternakan dengan memanfaatkan inkubator telur.

1.5 Batasan Masalah

Dalam pembuatan tugas ini, penulis membatasi permasalahan sebagai berikut :

1. Range suhu yang dapat terjadi dalam inkubator adalah dari 33oC sampai 43oC.

2. Keluaran sensor dianggap linear dengan perubahan suhu, serta memiliki akurasi dan

presisi yang rendah.

3. Sensor suhu dianggap memiliki resolusi yang sangat tinggi sehingga dapat diabaikan

terhadap resolusi ADC.

4. Suhu inkubator akan otomatis turun ketika pemanas (dalam hal ini lampu pijar)

dimatikan.

4

5. Pembahasan secara mendetail terbatas pada rangkaian pengondisi sinyal dan

hubungan antara besar suhu inkubator dan nilai ADC. Adapun algoritma

pengontrolan, rangkaian driver, dan listing program dibahas sebatas garis besarnya

saja.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sensor, Transduser, dan Akuator

Transduser adalah suatu device yang mengubah suatu bentuk sinyal menjadi

bentuk sinyal yang lain. Transduser biasa disebut juga sebagai konverter energi. Hal ini

berarti bahwa sinyal masukan dari transduser mengandung energi, dan begitu pula

dengan keluarannya.

Oleh karena ada enam jenis sinyal – mekanik, termal, magnetik, elektrik, kimia,

dan radiasi (termasuk elektromagnetik dan cahaya) – segala device yang dapat merubah

satu jenis sinyal ke bentuk sinyal yang lain disebut transduser. Sinyal yang dihasilkan

dapat berupa bentuk sinyal secara fisik. Adapun device yang menghasilkan keluaran

berupa sinyal listrik disebut sebagai sensor. Hampir semua sistem pengukuran

menggunakan sinyal listrik sehingga menggunakan sensor. Sistem instrumentasi

elektronika memiliki keuntungan sebagai berikut :

1. Suatu sensor dapat didesain atau dirancang menggunakan benda-benda non elektrik,

asalkan dapat mengubah besaran sinyal masukan menjadi bentuk sinyal elektrik.

2. Besar sinyal yang diukur tidak harus besar, karena sinyal keluaran sensor dapat

dikuatkan secara elektrik.

3. Banyak rangkaian elektrik yang dapat mengondisikan atau memodifikasikan sinyal.

Bahkan beberapa jenis sensor terintegrasi dengan rangkaian pengondisi sinyal dan

dikemas dalam sebuah modul siap pakai.

4. Banyak perangkat elektronik yang dapat menampilkan data pada sebuah display LCD

atau monitor. Oleh karena itu, kita dapat mengolah data dalam bentuk teks, grafik, dan

diagram.

5. Sinyal elektrik dapat ditransmisikan dalam berbagai kondisi lingkungan. Bentuk

sinyal-sinyal lain seperti mekanik, hidrolik, atau tekanan udara sering kali hanya

sesuai dengan kondisi lingkungan tertentu.

Istilah transduser, sensor, dan aktuator sering kali rancu dan dianggap sama oleh

sebagian orang. Transduser merupakan device yang dapat mengubah suatu bentuk sinyal

menjadi bentuk sinyal lain. Sensor merupakan transduser yang didesain untuk membaca

nilai dari suatu sinyal dan mengubahnya menjadi suatu bentuk sinyal informasi. Adapun

aktuator merupakan transduser yang didesain untuk menghasilkan suatu aksi berdasarkan

sinyal masukan yang diberikan padanya (Webster, 2001).

6

2.2 Sensor Suhu LM35

Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM 35 yang dapat

dikalibrasikan langsung dalam skala derajat celcius. LM 35 ini berfungsi sebagai basic

temperature sensor, seperti tampak pada Gambar 1.

Gambar 1. LM 35 Basic Temperature Sensor

Sensor suhu LM35 mempunyai kelebihan antara lain, rentang suhu yang jauh

(antara -55 sampai +150 °C), low self-heating, sebesar 0.08 °C, beroperasi pada tegangan

4 sampai 30 V, rangkaian tidak rumit. Sedangkan kekurangannya adalah membutuhkan

sumber tegangan untuk beroperasi.

Vout dari LM 35 ini dihubungkan dengan ADC (Analog to Digital Converter).

Dalam suhu kamar (25oC) tranduser ini mampu mengeluarkan tegangan 250 mV dan 1,5

V pada suhu 150 oC dengan kenaikan sebesar 10 mV/oC (facstaff.bucknell.edu, 2014).

2.3 Rangkaian Pengondisi sinyal

Penguat operasional adalah rangkaian terpadu (IC) yang mempunyai lima buah

terminal dasar. Dua terminal untuk catu daya, dua yang lain digunakan untuk isyarat

masukan yang berupa masukan membalik (-) dan masukan tak membalik (+) serta satu

terminal untuk keluaran.

2.3.1 Penguat Membalik (Inverting Amplifier)

Penguat membalik merupakan suatu penguat di mana tegangan

keluarannya atau Vout mempunyai polaritas yang berlawanan dengan tegangan

masukan atau Vin. Rangkaian penguat membalik ditunjukkan pada Gambar 2.

7

Gambar 2 Penguat Membalik

Pada Op-amp ideal, selisih tegangan pada kedua terminal masukan sama

dengan nol. Oleh karena terminal masukan positif terhubung ke ground¸ maka

tegangan terminal masukan negatif juga bernilai nol. Oleh karena itu, besarnya

arus yang mengalir pada resistor Rin adalah :

I ¿=V ¿

R¿

Oleh karena impedansi masukan dari op-amp sangat besar, maka hampir

semua arus akan mengalir melalui Rf, dengan arah dari titik virtual ground

menuju titik output. Sehingga, besar tegangan pada output adalah :

V out=−I f∗R f

V out=−I¿∗R f

V out=−V ¿

R¿∗Rf

V out

V ¿=

−R f

R¿

(electronics-tutorials.ws, 2014).

2.4 Rangkaian ADC

ADC pada rancangan ini digunakan untuk mengubah masukan analog keluaran

sensor suhu yang sudah dikuatkan menjadi data digital 8 bit. Tipe ADC yang digunakan

adalah AD677 yang memiliki resolusi mencapai 16 bit ADC.

8

Gambar 3 IC AD677

AD677 adalah IC analog to digital converter yang memiliki resolusi 16 bit dan

keluaran berupa data serial. Device ini memiliki arsitektur sedemikian rupa sehingga

mampu mengkonversi ADC mencapai 100 kSPS (dengan total waktu konversi 10 μs).

Kelebihan lain yang dimiliki IC ini adalah dapat mengoreksi ketidak linearan dengan

metode autocalibration (Texas Instrument).

9

BAB III

PERANCANGAN

3.1 Spesifikasi Rancangan

Rancangan Inkubator Suhu sebagai Media Penetas Telur Menggunakan Sensor

Suhu LM35 memiliki spesifikasi sebagai berikut:

3.1.1 Plant

Plant adalah bagian (atau sub-sistem) kendali atau bagian yang

dikendalikan dan bisa merupakan peralatan, perangkat, atau proses yang

menghasilkan keluaran (output, hasil, produk, output signal) karena dikendalikan

oleh bagian pengendali. Dalam sistem ini plant adalah segala sesuatu yang ingin

diukur dan dipertahankan suhunya, yaitu suhu di dalam kotak inkubator telur.

3.1.2 Sensor

Sensor LM35 merupakan salah satu jenis sensor suhu. Sensor ini

difungsikan untuk mengubah besaran suhu menjadi tegangan. Prinsip kerja sensor

ini yaitu apabila LM35 mendeteksi adanya suhu, kemudian suhu yang ditangkap

oleh LM35 akan diubah menjadi tegangan. Sedangkan proses berubahnya suhu

menjadi tegangan dikarenakan di dalam LM35 ini terdapat termistor berjenis PTC

(Positive Temperature Coefisient), yang mana termistor inilah yang menangkap

adanya perubahan suhu. Prinsip kerja dari PTC ini adalah nilai resistansinya akan

meningkat seiring dengan meningkatnya temperature suhu. Resistansi yang

semakin besar tersebut akan menyebabkan tegangan output yang dihasilkan

semakin besar.

Berikut ini adalah karakteristik dan spesifikasi dari LM35.

1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan

suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.

2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti

terlihat pada gambar 2.2.

3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.

4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.

5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.

6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1

ºC pada udara diam.

7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.

8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC

10

Gambar 4 rangkaian LM35

3.1.3 Rangkaian Pengondisi Sinyal

Pengkondisi sinyal dibutuhkan dalam sistem karena tegangan keluaran

sensor suhu LM35 relatif kecil (dalam orde mV) sedangkan tegangan masukan

yang dibutuhkan blok sistem selanjutanya membutuhkan tegangan dengan orde

volt. Dalam perancangan ini penulis menggunakan rangkaian pengikut tegangan,

rangkaian penguat pembalik. Juga menggunakan rangkaian pembagi tegangan

dengan sebuah sumber tegangan sebesar 5V. Dan sebuah rangkaian penguat

penjumlah.

3.1.4 Mikrokontroler

Mikrokontroler yang digunakan dalam rancangan inkubator suhu ini yaitu

Mikrokontroler AVR ATmega8. ATmega8 merupakan salah satu jenis

mikrokontroler yang diproduksi oleh AVR. ATmega8 mempunyai 32 register

general-purpose, timer/counter dengan mode compare, interrupt internal dan

eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power

saving, ADC dan PWM internal.

3.1.5 LCD

LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan yang

menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. Untuk memasukkan data

digital yang dihasilkan ADC dan menampilkannya dalam LCD, maka dibutuhkan

Mikrokontroller ATmega8.

3.1.6 Aktuator

Aktuator adalah device yang dapat mengeluarkan sinyal kontrol ketika

ketika sistem mendeteksi adanya eror, yaitu adanya selisih antara nilai aktual

pada plan (dalam hal ini inkubator) dan nilai referensi yang diinginkan. Dalam

11

rancangan inkubator telur ini, lampu pijar digunakan sebagai aktuator untuk

meningkatkan suhu udara di ruang inkubator ketika suhu aktual lebih rendah dari

pada suhu referensi.

3.2 Diagram Blok

Blok diagram dari rancangan inkubator telur adalah sebagai berikut :

Gambar 5 Blok Diagram dari Rancangan Inkubator Telur

Suhu dalam ruang inkubator dibaca oleh sensor LM35. Hasil keluaran dari sensor

ini berupa sinyal analog yang memiliki nilai yang relatif kecil dan banyak terdapat noise.

Oleh karena itu, dibutuhkan suatu rangkaian pengondisi sinyal agar sinyal data ini

memiliki nilai yang lebih besar dan meredam noise yang terdapat pada sinyal tersebut.

Setelah dikuatkan, sinyal analog ini masuk ke rangkaian ADC agar diperoleh data

keluaran berupa sinyal digital. Hal ini diperlukan karena mikrokontroler tidak dapat

mengolah data yang masih berupa sinyal analog. Sinyal keluaran rangkaian ADC ini dan

nilai set poin kemudian dibandingkan. Jika terdapat selisih nilai, maka sistem

mengindikasikan adanya eror, yaitu ketidaksesuaian antara suhu ruang inkubator dengan

suhu yang diinginkan. Oleh karena itu, mikrokontroler akan menyalakan lampu pijar

sebagai penghasil sinyal kontrol agar terjadi kesesuaian antara suhu ruang inkubator

dengan suhu yang diinginkan. Nilai suhu aktual dengan nilai suhu referensi secara

bersama-sama ditampilkan pada sebuah display LCD.

3.3 Pemilihan dan Perancangan Sistem Sensor

Sensor adalah sesuatu yang digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan

lingkungan fisik atau kimia. Variabel keluaran dari sensor yang diubah menjadi besaran

listrik disebut transduser. Dalam sistem ini yang digunakan adalah sensur suhu karena

sistem ingin mengukur temperatur plant. Sensor suhu adalah alat yang digunakan untuk

mengubah besaran panas menjadi besaran listrik yang dapat dengan mudah dianalisis

12

besarnya. Ada beberapa metode yang digunakan untuk membuat sensor ini, salah

satunya dengan cara menggunakan material yang berubah hambatannya terhadap arus

listrik sesuai dengan suhunya.

Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM 35 yang dapat

dikalibrasikan langsung dalam °C, LM 35 ini difungsikan sebagai basic temperature

sensor seperti pada Gambar 7.

Gambar 6 LM 35 Basic Temperature Sensor

Sensor suhu LM35 ini mempunyai kelebihan antara lain, rentang suhu yang jauh

(antara -55 sampai +150 °C), low self-heating, sebesar 0.08 °C, beroperasi pada tegangan

4 sampai 30 V, rangkaian tidak rumit. Sedangkan kekurangannya adalah membutuhkan

sumber tegangan untuk beroperasi.

Vout dari LM 35 ini dihubungkan dengan ADC (Analog To Digital Converter) atau

terhubung dengan rangkaian pengondisi sinyal terlebih dahulu. Dalam suhu kamar

(25oC) tranduser ini mampu mengeluarkan tegangan 250 mV dan 1,5 V pada suhu 150 oC

dengan kenaikan sebesar 10 mV/oC.

Jadi, sensor suhu yang dipilih untuk digunakan dalam sistem ini adalah LM35

dengan banyaknya kelebihan yang dimilikinya dibandingkan kekurangannya serta satuan

suhu yang akan diukur dalam oC.

Di sisi lain, sensor suhu memiliki beberapa kelemahan. Salah satunya adalah sensor

suhu LM35 hanya dapat membaca nilai suhu pada satu titik saja. Hal yang harus

dipertimbangkan dalam perancangan sistem sensor adalah, bahwa kotak inkubator

memiliki dimensi ukuran panjang, lebar, dan tinggi. Suatu titik dalam ruang inkubator

bisa saja memiliki suhu yang berbeda dengan titik yang lain. Selain itu, jumlah telur yang

diinkubasi jumlahnya bisa lebih dari satu. Oleh karena itu, jumlah sensor suhu yang

digunakan dalam perancangan ini haruslah lebih dari satu dan ditempatkan sedemikian

rupa sehingga hasil pembacaan sensor secara keseluruhan merepresentasikan rata-rata

suhu dalam ruang inkubator.

13

Desain inkubator dalam perancangan ini menempatkan rak-rak telur yang akan

diinkubasi pada sisi bawah inkubator. Oleh karena itu, sensor-sensor juga ditempatkan

pada bagian dari sisi inkubator agar hasil pembacaan suhu mendekati nilai sebenarnya

dari suhu udara yang berada di sekeliling telur. Gambar tata letak rak telur dan

penempatan sensor suhu dalam ruang inkubator adalah sebagai berikut :

a b

Gambar 7. a) rancangan incubator tampak atas, b) rancangan incubator tampak samping

Sensor suhu berjumlah lima buah. Empat diantaranya ditempatkan pada titik-titik

sudut pada sisi bawah inkubator. Sedangkan satu sensor diletakkan di bagian tengahnya.

Misalkan hasil pembacaan suhu oleh empat sensor yang diletakkan pada sudut-sudut

ruang inkubator dinyatakan dengan Tsdt1, Tsdt2, Tsdt3, dan Tsdt4 dan hasil pembacaan sensor

yang diletakkan di tengah dinyatakan dengan Ttengah, maka nilai rata-rata suhu dalam

inkubator dapat dihitung menggunakan rata-rata terbobot, yang dinyatakan dalam rumus

sebagai berikut :

T rata2=4∗T tengah+T sdt 1+T sdt 2+T sdt 3+T sdt 4

8

Dalam persamaan tersebut, bobot dari hasil pembacaan sensor tengah memiliki

nilai yang lebih besar dari pada hasil pembacaan sensor lainnya. Hal tersebut

berdasarkan pertimbangan bahwa sensor yang diletakkan di tengah hasil pembacaannya

lebih mendekati nilai suhu dalam inkubator secara keseluruhan.

3.4 Perancangan Rangkaian Pengondisi Sinyal dan Rangkaian ADC

Pada bagian awal telah disebutkan dalam batasan masalah, bahwa range suhu yang

dapat terjadi pada inkubator adalah 33 – 43 oC. Oleh karena sensitivitas sensor LM35

adalah 10 mV/oC, maka rentang sinyal tegangan yang keluar dari sensor adalah 330mV –

430mV. Sumber tegangan referensi ADC yang digunakan adalah 5V dan bit ADC yang

digunakan adalah 16 bit, sehingga tegangan maksimum adalah :

14

V i maks=2bit ADC−1

2bit ADC ∗V ref

V i maks=216−1

216 ∗5 volt

V i maks=4 ,999923706 volt

Gambar 8 Blok Diagram rancangan RPS

misalkan fungsi alih dari RPS adalah Vi = A*Vs + B, maka:

0 = A * 330mV + B ...(1)

4,9999237 V = A * 4300mV + B ...(2)

Dengan menggunakan metode eliminasi dan substitusi, didapatkan nilai A dan B sebagai

berikut :

A = 49,999237

B = -16,49997482

Oleh karena itu, kita membutuhkan suatu sistem instrumentasi dengan komponen sebagai

berikut :

1. Sebuah penguat pembalik dengan penguatan -50 kali.

15

00 V330 mV33OC

Nilai ADC65535

Vi

4,9999237 VVs

430 mVT

43OC

ADCRPSLM35

Gambar 9 Penguat Pembalik dengan gain -20 kali

Misalkan nilai Rin kita tetapkan terlebih dahulu, maka nilai Rf adalah :

R f=−A∗R¿

R f=−(−50 )∗1 k Ω

R f=50 k Ω

2. Sebuah rangkaian penghasil tegangan konstan 4 volt.

Gambar 10 Sebuah Penghasil Tegangan Konstan 4 volt

misalkan V sumber adalah 5 volt, dan nilai R1 adalah 1kΩ, maka besar dari R2 adalah :

V konstan=R2

R1+R2

5=R2

1k+R2

Dapat kita temukan bahwa nilai R2 = 4 kΩ.

3. Sebuah rangkaian penguat penjumlah.

16

50k

Gambar 11 Rangkaian Penguat Penjumlah

Jika nilai dari R3, R4, dan R5 kita buat sama, maka besar dari Vout adalah :

V out=V konstan+V i

Maka, rangkaian RPS secara keseluruhan adalah sebagai berikut :

Gambar 12 Rangkaian Pengondisi Sinyal Secara Keseluruhan

Adapun untuk rangkaian ADC, kita perlu melakukan beberapa hal berikut :

1. Menghubungkan sinyal keluaran rangkaian pengondisi sinyal ke dalam pin V in (pin

10) pada IC AD677.

2. Menghubungkan pin SDATA (pin 3) ke dalam pin MISO mikrokontroler.

3. Menghubungkan pin CLK (pin 2) pada pin CLK mikrokontroler.

Hal yang perlu diketahui adalah bahwa IC AD677 berkomunikasi dengan mikrokontroler

dengan SPI.

17

Gambar 13 Rangkaian ADC

3.5 Perhitungan Resolusi Suhu dan Persamaan Konversi ADC

Untuk mengetahui resolusi pembacaan suhu yaitu dengan menggunakan persamaan

berikut ini

resolusi= ∆ suhu∆ nilai adc

= suhumaks−suhuminADC maks−ADC min

Maka resolusi dari pengukuran suhu pada rancangan alat kami yaitu

resolusi= ∆ suhu∆ nilai adc

= 43−3365535−0

= 1065535

=0,00015259

Telah diketahui bahwa keluaran dari sensor suhu adalah linier terhadap

masukannya. Nilai suhu minimum yang dapat terjadi adalah 33 oC yang mana setara

dengan nilai ADC = 0. Sedangkan nilai suhu maksimum yang dapat terjadi adalah 43 oC

yang mana setara dengan nilai ADC = 65536. Hubungan antara nilai ADC dengan suhu

digambarkan dalam grafik berikut.

18

Gambar 14 Grafik hubungan antara nilai ADC dengan

Persamaan umum untuk garis lurus untuk grafik tersebut adalah :

T=m∗nilaiADC+C

Besarnya gradien garis adalah :

m=rangesuhu

range¿=resolusi=0,00015259

Untuk nilai ADC = 0, maka dapat didapatkan nilai C :

33=0,00015259∗0+C

C=33

Sehingga persamaan konversi ADC adalah :

T=0,00015259∗nila iADC+33

3.6 Perancangan Display LCD

Pada perancangan ini, kita gunakan LCD Liquid Crystal ukuran 16x2. Adapun

antarmukanya dengan mikrokontroler ATmega8 adalah sebagai berikut :

Pin pada LCD Terhubung dengan

Pin 1 (VSS) Ground

Pin 2 (VDD) Sumber tegangan 5V

Pin 3 (VEE) potensiometer

Pin 4 (RS) PINB0

Pin 5 (R/W) ground

19

Pin 6 (EN) PINB1

Pin 11 (D4) PINB2

Pin 12 (D5) PINB3

Pin 13 (D6) PINB4

Pin 14 (D7) PINB5

Pin 15 (V+) Sumber tegangan 5V

Pin 16 (V-) ground

Gambar 15 Antar Muka Antara Mikrokontroler dengan LCD.

3.7 Cara Kalibrasi

Berdasarkan data sheet LM35, sensor ini sudah terkalibrasi oleh pabrik

pembuatnya dalam skala derajat celcius, sehingga sinyal keluaran sensor ini bisa

langsung dijadikan data input.

20

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Inkubator telur merupakan alat yang berfungsi untuk mempertahankan kondisi

suhu tertentu yang sesuai dengan proses penetasa telur. Alat ini bekerja secara otomatis

dan bekerja dengan prinsip sistem kontrol loop tertutup. Sensor LM35 membaca nilai

suhu yang ada pada ruang inkubator dan mengirimkannya pada mikrokontroler. Besar

suhu yang terbaca oleh LM35 dan nilai suhu referensi (besar suhu yang diinginkan)

kemudian dibandingkan. Jika nilai suhu pada ruang inkubator lebih rendah dari pada nilai

suhu referensi, maka lampu pijar akan menyala untuk meningkatkan suhu lingkungan.

Sebaliknya, jika suhu pada ruang inkubator lebih tinggi dari pada nilai suhu referensi,

maka lampu pijar akan mati. Besarnya suhu dalam inkubator dan suhu referensi

ditampilkan dalam display LCD.

Oleh karena keluaran sensor LM35 relatif kecil, maka diperlukan suatu rangkaian

pengondisi sinyal untuk memperkuat sinyal serta menghilangkan noise yang terdapat

pada sinyal. Selain itu, diperlukan suatu alat pengubah sinyal analog menjadi sinyal

digital karena keluaran sensor akan diolah oleh mikrokontroler yang hanya dapat

memproses data-data digital.

Nilai suhu referensi (nilai suhu yang dipertahankan tetap) serta suhu aktual

inkubator telur ditampilkan dalam sebuah display LCD, agar pengguna dapat mengetahui

kondisi-kondisi dan memonitoring keadaan inkubator.

4.2 Saran

1. Akan lebih baik jika menggunakan lebih dari satu sensor suhu dan dipasang pada

beberapa titik karena suhu pada setiap titik pada ruang inkubator tidak sama.

2. Jika memungkinkan, inkubator perlu ditambahkan aktuator pendingin agar ketika suhu

melebihi nilai referensi, maka terdapat suatu aksi kontrol – berupa pendinginan – yang

dapat mempercepat mengembalikan suhu aktual ke nilai referensi.

21

DAFTAR PUSTAKA

electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_2.html, diakses tanggal 23 Oktober 2014 pukul 22.31

facstaff.bucknell.edu/mastascu/elessonshtml/sensors/TempLM35.html, diakses tanggal 23

Oktober 2014 pukul 22.09

Parkust, C. R and Mountney. 1998. Poultry Meat and Egg Production. Van Nostrand

Reinhold. New

York.

sonoma.edu/users/o/ouj/classes/ES345/hw/design.pdf, diakses tanggal 23 Oktober pukul

22.53

Webster, John. G and Pallas-Areny, Ramon. 2001. Sensors and Signal Conditioning.

New York : John Wiley & Sons.

22

LAMPIRAN

A. Pertanyaan dan Jawaban dari Kelompok Lain

Pertanyaan Kelompok 2

1. Apakah bisa menggunakan penguatan op-amp yang lain kecuali penguat

pembalik? Kenapa tidak langsung menggunakan rangkaian instrumentasi atau

rangkaian lain?

Jawab :

Bisa menggunakan penguatan jenis lain, seperti penguat instrumentasi.

Alasan tidak menggunakan penguat instrumentasi :

Inkubator telur ini didesain dengan pertimbangan utama keekonomisan.

Sedangkan harga dari sebuah IC penguat instrumentasi bisa mencapai harga

ratusan ribu rupiah sehingga kurang ekonomis. Adapun untuk pem-filteran noise,

dapat dilakukan secara software pada mikrokontroler.

2. Ketika suatu objek yang akan diteliti dimasukkan ke dalam inkubator, otomatis

suhu dari luar akan masuk bersamaan dengan objek yang diteliti. Apakah suhu

dari luar tesebut dianggap noise oleh sensor ketika suhu di incubator sudah

ditetapkan pada temperature tertentu?

Jawab :

Noise adalah gangguan yang menyebabkan adanya selisih antara nilai hasil

pengukuran sebenarnya dengan nilai hasil pembacaan. Disebabkan oleh

fluktuasi-fluktuasi halus yang berasal dari lingkungan sensor atau internal

sensor.

Error merupakan selisih antara nilai besaran aktual (dalam hal ini suhu ruang

inkubator) dan nilai referensi (nilai suhu yang ingin dipertahankan tetap).

Ketika inkubator dibuka, suhu lingkungan luar masuk sehingga

menyebabkan perubahan suhu dalam inkubator. Hal ini disebut sebagai eror

oleh sistem, bukan noise

3. Lampu pijar digunakan sebagai actuator untuk menyesuaikan suhu ruangan.

Apakah bias menggunakan jenis lampu yang lain dan apa pertimbangan saudara

menggunakan lampu pijar?

Jawab :

Alasan menggunakan lampu, karena panas yang dipancarkan relatif lebih

merata dibanding dengan menggunakan pemanas jenis lain, seperti kawat

pemanas.

23

Alasan menggunakan lampu pijar, karena 90% energi lampu pijar diubah ke

panas dan 10% diubah ke energi cahaya. sedangkan lampu TL, 40% energi

diubah ke panas dan 60% energi diubah ke energi cahaya.

4. Apa yang terjadi jika nilai tegangan masukan ADC melebihi dari nilai tegangan

referensinya?

Jawab :

Maka hasil keluaran akan sama dengan nilai ADC maksimum.

5. Apakah terjadi error pada system anda? Bila ada, apa yang menyebabkan error

tersebut?

Jawab :

Semua sistem instrumentasi berpotensi terjadi eror.

Pada inkubator telur ini, penyebab eror :

Adanya pemanasan internal pada sistem instrumentasi.

Adanya sambungan-sambungan yang kurang fix antara komponen-komponen

dalam sistem

Adanya pengaruh-pengaruh dari luar seperti stray capacitance, medan

magnet, dan lain-lain.

Pertanyaan kelompok 3

1. Mengapa menggunakan ADC yang memiliki resolusi 16 bit?Jawab :Karena dengan resolusi 16 bit, hasil keluaran akan lebih teliti dan akurat.

2. Apabila terjadi error dan actuator mati, apakah ada pengingat atau alarm?Jawab :Pada perancangan ini belum ada, namun untuk pengembangannya hal tersebut bisa ditambahkan untuk mengatasi error dan actuator mati. Alarm akan berbunyi apabila suhu dalam incubator jauh lebih kecil yang disebabkan oleh actuator yang mati.

Pertanyaan Kelompok 4

1. Dalam alat tersebut, dimana peletakan sensor yang baik?

Jawab :

24

Peletakan sensor yang baik:

Diletakkan di tempat yang mana nilai suhunya dapat mewakili nilai suhu

seluruh ruang inkubator, yaitu di tengah-tengah ruang inkubator

Diletakkan di tempat yang mana nilai suhunya mendekati dengan nilai suhu

dari objek yang ingin dipertahankan, yaitu di dekat telur.

2. Apakah peletakan sensor yang salah dapat mempengaruhi keluaran sensor?

Jawab:,

Peletakan sensor yang salah dapat memengaruhi proses pembacaan sensor.

Untuk sensor suhu LM35, tidak ada aturan tertentu mengenai tata cara peletakan

sensor, seperti harus diletakkan pada sudut sekian, arah mata angin, dan lain-lain

3. Bagaimana cara kerja IC AD677?

Jawab :

Pin SAMPLE diberi logika HIGH, menandakan adanya permintaan untuk

membaca tegangan.

Sinyal (tegangan) dibaca melalui pin Vin

IC melakukan proses konversi. Selama proses tersebut, pin BUSY logika

HIGH

Untuk melakukan konversi, IC AD677 memerlukan pemicuan clock dari

mikrokontroler melalui pin CLK

Setelah proses selesai, IC AD677 mengirimkan hasilnya ke mikrokontroler

dengan komunikasi serial melalui pin SDATA.

Pin SCLK mengatur proses pengiriman data.

4. Bagaimana cara menampilkan hasil keluaran dari IC AD677 ke LCD?

Jawab :

IC ADC677 terhubung dengan mikrokontroler, pengiriman data menggunakan

komunikasi serial.

25

Mikrokontroler terhubung dengan LCD yaitu dengan menghubungkan pin-pin

data, pin enable, dan pin RS ke mikrokontroler dan melalukan suatu algoritma

pemrograman tertentu.

5. Bagaimana cara kerja komunikasi Antara IC AD677 dengan mikrokontroler?

Jawab :

Terjawab pada pertanyaan nomor 3.

Pertanyaan Kelompok 5

1. Bagaimana prinsip kerja sensor LM35 yang digunakan?

Jawab :

Pada sensor ini terdapat bagian yang meng-indra suhu lingkungan. Besarnya nilai

suhu yang terbaca diubah menjadi suatu nilai tegangan tertentu. Besarnya nilai

tegangan ini sebanding dengan nilai suhu yang diindra. Hubungan antara

masukan suhu dan keluaran tegangan adalah linier.

2. Bagaimana keluaran sensor LM35? Apakah sudah memenuhi yang diharapkan,

jelaskan!

Jawab:

Fungsi alih dari sensor LM35 adalah 10 mV/oC.

Nilai tersebut terlalu kecil jika langsung dihubungkan dengan masukan ADC.

Oleh karena itu, keluaran sensor perlu dikuatkan terlebih dahulu dengan

rangkaian pengondisi sinyal.

3. Bagaimana cara mengatasi noise yang terdapat pada sensor LM35

Jawab :

Perancangan inkubator telur pada makalah ini hanya menggunakan penguat

inverting yang tidak memiliki kemampuan dalam meredam noise. Oleh karena

itu, cara mengatasi noise dapat dilakukan dengan algoritma pemrograman dalam

membaca data masukan. Sebagai contoh, kita dapat melakukan sampling

sebanyak beberapa kali dan melakukan perhitungan rata-rata dalam membaca

data.

4. Berapakah jumlah sensor yang ideal untuk inkubator ini?

Jawab:

Jumlah sensor yang ideal untuk inkubator ini disesuaikan dengan ukuran

inkubator yang akan dirancang. Perancangan inkubator pada makalah ini

26

menggunakan lima buah sensor suhu yang diletakkan pada titik yang berbeda

pada ruang inkubator.

5. Jika suhu inkubator terlalu tinggi bagaimana cara yang cepat untuk mendapatkan

suhu ideal kembali

Jawab :

Dengan cara memadamkan lampu pemanas. Perlu diingat bahwa suhu lingkungan

umumnya memiliki nilai yang lebih rendah dari pada suhu dalam inkubator dalam

menetaskan telur. Dalam makalah ini, salah satu batasan masalah adalah bahwa

dalam perancangan ini penulis tidak menggunakan aktuator berupa pendingin

yang dapat menurunkan suhu dalam inkubator.

Pertanyaan Kelompok 6

1. Mengapa sensor suhu yang dipilih LM35? Dari krateristiknya, apakah ada

keunggulan dari sensor suhu yang lain?

Jawab:

Alasan memilih sensor LM35

LM35 memiliki keluaran sensor berupa sinyal analog, sehingga dapat diolah

menggunakan rangkaian pengondisi sinyal.

Sensor suhu lain seperti DHT11, DHT22, SHT11memiliki keluaran sinyal

berupa data serial, sehingga lebih sesuai untuk pembahasan mengenai

algoritma pemrograman atau teknik antarmuka.

Keunggulan :

Sudah terkalibrasi dalam skala derajad celcius.

Keluaran sensor linear (10 mV/oC

impedansi keluaran rendah

Low self heating

rentang suhu cukup lebar (-55 sampai 150 oC)

2. Apa contoh sesor yang dirancang menggunakan benda non elektrik?

Jawab :

Mechanical Temperature Sensors :

Thermometer

Bimetal

Electrical Temperature Sensors :

Thermistor (PTC, NTC)

27

Thermocouple

3. Apa contoh sensor suhu yang membutuhkan sumber tegangan untuk beroprasi?

Jawab :

Umumnya Sensor yang terhubung dengan device elektronika menggunakan

sumber tegangan untuk beroperasi, seperti LM35, DHT11, DHT22, SHT11, dan

lain-lain.

Adapun sensor yang tidak membutuhkan sumber tegangan untuk beroperasi

umumnya memiliki prinsip kerja berubahnya nilai resistansi terhadap perubahan

suhu.

Namun, untuk agar dapat dimanfaatkan, tetaplah kita harus menggunakan

rangkaian elektrik seperti rangkaian pembagi tegangan atau jembatan wheatstone.

4. Apakah yang dimaksud ketidaklihteran pada halaman 7? Bagaimana cara IC

AD677 mengoreksinya?

Jawab :

Ketidak linearan : suatu kondisi jika hubungan antara input dan outpun tidak

memenuhi kondisi sebagai berikut.

out = A*in + B

adapun IC AD677 memiliki fasilitas autocalibration dalam internal IC tersebut.

5. Bagaimana cara kalibrasi LM35?

Jawab :

IC AD677 memiliki fasilitas autocalibration, yaitu proses kalibrasi secara

otomatis dalam internal IC tersebut. pengguna hanya perlu mengaktifkan pin

CAL untuk memberikan instruksi pada IC untuk melakukan kalibrasi.

Pertanyaa Kelompok 7

1. Berapa suhu ideal dalam incubator?

Jawab :

Suhu ideal dalam inkubator haruslah sesuai dengan set poin yang diinginkan.

Adapun nilai set poin tergantung jenis telur yang dimasukkan.

2. Set point apa saja yang dilakukan?

Jawab :

Set poin dalam inkubator :

28

Hanya suhu, karena dalam perancangan ini, kita hanya ingin mempertahankan

suhu dalam inkubator, dan jenis sensor yang digunakan hanyalah sensor suhu.

Adapun untuk pengembangan, dapat kita tambahkan jenis sensor dan aktuator

untuk besaran-besaran lain, seperti kelembaban dan kadar karbon dioksida.

3. Apakah plant pada alat ini?

Jawab :

Plan pada alat ini : Ruangan dalam inkubator, karena benda yang ingin

dipertahankan suhunya adalah udara dalam inkuator.

4. Fitur apa saja yang diguakan dari ATMega8?

Jawab :

Fitur yang digunakan dari ATmega8 :

Komunikasi serial : untuk menerima masukan dari IC ADC

IO : untuk menampilakan nilai suhu inkubator dan set poin pada LCD

IO : terhubung dengan rangkaian driver untuk menyalakan dan mematikan

lampu pijar.

5. Apakah set point diatur pada LM35 ataukah ATMega8?

Jawab :

Pada perancangan inkubator ini, set poin yang digunakan diatur dalam program

yang dimasukkan ke dalam IC mikrokontroler.

Untuk pengembangan, dapat juga melakukan pengaturan set poin dari luar

inkubator tanpa memprogram ulang mikrokontroler, dengan tambahan alat berupa

tombol-tombol atau keypad.

Pertanyaan Kelompok 8

1. Pada LM35 apa yang dimaksud dengan dikalibrasi langsung? Jelaskan!

Jawab :

29

Terkalibrasi secara langsung dalam derajad celsius, sehingga pengguna dapat

menentukan fungsi alih yang menghubungkan besaran suhu yang diukur dengan

besarnya output tegangan.

2. Mengapa menggunakan menggunakan rangkaian ADC tambahan? Jelaskan

hubungannya dengan ATMega8!

Jawab :

ATmega8 -> sudah terdapat modul ADC.

Sistem -> menggunakan IC ADC.

Sebab:

Untuk meningkatkan resolusi pembacaan ADC.

ADC dalam ATmega8 -> 10 bit -> 1024

ADC dalam IC AD677 -> 16 bit -> 65536

Sehingga memiliki keuntungan berupa tingginya resolusi hasil pembacaan suhu

3. Mengapa menggunakan penguat pembalik/tidak menggunakan penguat lainnya?

Jawab :

Karena penguat pembalik hanya menggunak satu buah OP-AMP, tidak seperti IC

instrumentasi yang menggunakan tiga buah IC OP-AMP. Selain itu, IC

instrumentasi memiliki harga yang relatif mahal sehingga tidak ekonomis. Untuk

filter noise, kita dapat melakukannya secara software.

4. Bagaimana hubungan CMRR sehingga dapat mengurangi noise?

Jawab :

30

CMRR = 20 log (Ad/Acm)

5. Apa yang dimaksud dengan 32 register pada ATMega8?

Jawab :

General-Purpose Registers (GPR) dalam ATmega8 terdapat 32 buah yang

dikelompokkan menjadi 8, yaitu :

Accumulator register (AX). Digunakan untuk operasi aritmetika.

Base register (BX). Digunakan sebagai pointer pada data.

Counter register (CX). Digunakan untuk pergeseran / looping.

Data register (DX). Digunakan pada operasi aritmetika dan operasi

input/output..

Stack Pointer register (SP). Sebagai pointer pada puncak stack.

Stack Base Pointer register (BP). Digunakan sebagai pointer pada dasar stack.

Source Index register (SI). Digunakan sebagai pointer untuk sumber pada

operasi stream.

Destination Index register (DI). Digunakan sebagai pointer untuk tujuan pada

operasi stream.

B. Datasheet Komponen

LM35

31

32

AD677

33

34

35

LM358

36

37

ATMEGA8

38

39