BAB II Tinjauan Pustaka 2.1. Dasar Sistem Kontrol Kontrol automatik telah memegang peranan yang sangat penting dalam perkembangan ilmu dan teknologi. Disamping sangat diperlukan dalam peralatan canggih seperti pada pesawat luar angkasa, peluru kendali , system pengemudian pesawat terbang; kontrol automatik telah digunakan dalam proses-proses diberbagai pabrik-pabrik dan industri yang sudah maju misalnya dalam mengontrol tekanan, temperatur, kelembaban, viskositas, dan aliran dalam industri proses. Dengan adanya kontrol automatik akan memberikan kemudahan dalam mendapatkan performansi dan system dinamik, mempertinggi kualitas dan menurunkan biaya produksi, mempertinggi laju produksi, mengurangi tenaga pekerja yang kurang efisien, dan menggantikan tenaga-tenaga yang tidak bisa dilakukan oleh manusia.

2.2. Jenis-jenis Sistem Kontrol Adapun jenis-jenis dari sistem kontrol adalah sebagai berikut : a. Plant : seperangkat peralatan yang terdiri dari beberapa bagian mesin yang bekerja bersama-sama yang digunakan untuk operasi tertentu. Singkatnya setiap obyek fisik yang dikontrol disebut plant. b. Process: suatu operasi yang sengaja dibuat, berlangsung secara kontinyu yang terdiri dari beberapa aksi atau perubahan yang dikontrol untuk mencapai hasil tertentu. c. System : kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama-sama dan melakukan suatu sasaran tertentu.

5

6

d.

Gangguan : suatu sinyal yang cenderung mempunyai pengaruh yang merugikan pada harga keluaran system. Gangguan ada dua macam internal ( di dalam system ) dan eksternal ( di luar system)

e.

Kontrol Umpan Balik ( feedback kontrol ) : suatu operasi yang dengan adanya beberapa gangguan, cenderung memperkecil selisih antara keluaran system dan masukan acuan dan bekerja berdasarkan selisih tersebut.

f.

Sistem Kontrol Umpan Balik ( feedback kontrol system ) : system kontrol yang cenderung menjaga hubungan yang telah ditentukan antara keluaran dan masukan acuan dengan membandingkannya dan menggunakan selisihnya sebagai alat pengontrolan

g. Servomekanisme : system kontrol berumpan balik dengan keluaran berupa posisi, kecepatan, atau percepatan mekanik. h. Sistem regulator automatik : system kontrol berumpan balik dengan memasukkan acuan atau keluaran konstan atau berubah terhadap waktu dimana tugas utamanya menjaga keluaran yang sebenarnya pada harga yang diinginkan. i. Sistem Pengontrolan Proses : system regulator automatik dengan keluaran berupa besaran seperti temperature, tekanan, aliran, tinggi muka cairan atau pH. j. Sistem kontrol Loop Tertutup : system kontrol yang sinyal keluarannyan mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Hal ini berarti memiliki konsep yang sama dengan Sistem kontrol umpan balik yang bertujuan untuk memperkecil kesalahan system. Contoh : servomekanisme, system pengontrol proses, lemari es, pemanas air otomatik, kontrol termostatik. k. Sistem Kontrol Loop Terbuka : system kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan singkatnya keluaran tidak diukur atau diumpan balikkan untuk dibandingkan dengan masukan. Contoh : pengontrol lalu lintas berbasis waktu, mesin cuci, oven listrik.

2.3. Sensor Suhu LM 35 DT

7

LM 35 merupakan sensor suhu yang mempunyai output yang ideal, saat mulai bekerja sensor ini langsung mendeteksi kondisi suhu ruangan. Sensor ini mempunyai keakurasian 1/4 C dalam ruangan dan 3/4 C jika di luar ruangan dan mempunyai range suhu -55 C sampai +150 C.

Gambar 2.1. Bentuk dasar dari LM 35 DT

Berdasarkan gambar diatas dapat dilihat bahwa dengan memberi input tegangan 4-20Vdc pada LM 35, kita dapat menggunakannya sebagai thermometer dan cara membaca suhunya dengan menggunakan multimeter. LM 35 akan menghsilkan output 10mVdc tiap 1 C nya.

Gambar 2.2. Konfigurasi Kaki LM 35 DT

2.4. Mikrokontroler AT89S51 AT89S51 adalah mikrokontroler keluaran Atmel dengan 4 K byte Flash PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory), isi memori tersebut dapat diisi ulang ataupun dihapus berkali-berkali. Memori ini biasa digunakan

8

untuk menyimpan instruksi (perintah) berstandar kode MCS-51 sehingga memungkinkan mikrokontroler ini bekerja dalam mode single chip operation (mode operasi keping tunggal) yang tidak memerlukan external memory (memori luar) untuk menyimpan source code tersebut. Mikrokontroler AT89S51 mempunyai struktur memori yang terdiri atas : RAM Internal, memori sebesar 128 byte yang biasanya digunakan untuk

menyimpan variabel atau data yang bersifat sementara. Register Fungsi Khusus (Special Function Register), memori yang berisi register-register yang mempunyai fungsi-fungsi khusus yang disediakan oleh mikrokontroler tersebut, seperti timer, serial dan lain-lain. Flash PEROM, memori yang digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi MCS51. AT89S51 mempunyai struktur memori yang terpisah antara RAM Internal dan Flash PEROM-nya. Seperti yang tampak pada gambar 7 berikut ini.

RAM ADDRESS REGISTER

SPECIAL FUNCTION REGISTER

FLASH PEROM

PROGRAM ADDRESS REGISTER

RAM INTERNAL

9

Gambar. 2.3. Struktur Memori AT89S51 RAM Internal dialamati oleh RAM Address Register (Register Alamat RAM). Sedangkan Flash PEROM yang menyimpan perintah-perintah MCS-51 dialamati oleh Program Address Register (Register Alamat Program). Walaupun demikian RAM Internal dan Flash PEROM mempunyai alamat awal yang sama, yakni 00, namun secara fisiknya kedua memori tersebut tetap terpisah. Dalam pembuatan program, kita dapat menggunakan program editor Progpal, yakni perangkat lunak teks editor yang dapat ditulis oleh pembuat program berupa program assembler dan biasanya disimpan dengan extension ASM. Program assembler merupakan perangkat lunak yang dibutuhkan untuk melakukan proses assembly yang mengubah program sumber assembly menjadi program objek maupun assembly listing. Program tersebut berupa mnemoic atau bisa juga disebut kode operasi, yaitu kode-kode yang akan dikerjakan oleh program assembler yang ada pada komputer ataupun mikrokontroler. Apabila suatu alat dihubungkan dengan mikrokontroler maka harus ditetapkan terlebih dahulu alamat (address) dari alat tersebut. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya dua alat yang bekerja secara bersamaan yang mungkin dapat menyebabkan kesalahan atau kerusakan. Susunan kaki mikrokontroler 89S51 terlihat pada gambar dibawah ini:

10

Gambar 2.4. Susunan Pin Mikro kontroler AT89S51

Berikut penjelasan mengenai fungsi dari masing-masing kaki yang ada pada mikro kontroler AT89C51. Vcc (kaki 40) Tegangan suplai untuk chip ini adalah sebesar 5 volt dc. GND (kaki 20) Port 0 Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex address/data ataupun menerima kode byte pada saat Flash Programming. Pada perancangan alat yang dibuat, port 0 digunakan sebagai output. Port 1 Port 1 berfungsi sebagai I/O biasa atau menerima low order address bytes selama pada saat Flash Programming. Pada perancangan alat yang dibuat, port ini digunakan sebagai input sensor.

11

Port 2 Port 2 berfungsi sebgai I/O biasa atau high order address. Pada perancangan alat yang dibuat, port 0 digunakan sebagai output.

Port 3 Sebagai I/O biasa port 3 mempunyai sifat yang sama dengan port 1 maupun port 2. sedangkan sebagai fungsi spesial port-port ini mempunyai keterangan sebagai berikut: P3.0 sebagai port serial input (RXD) P3.1 sebagai port serial output (TXD) P3.2 sebagai port external interrupt 0 (INT0) P3.3 sebagai port external interrupt 1 (INT1) P3.4 sebagai port external timer 0 input (T0) P3.5 sebagai port external timer 1 input (T1) P3.6 sebagai port data memory write strobe (WR) P3.7 sebagai port data memory read strobe (RD)

Reset (kaki 9) Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle.

ALE (kaki 30) Pin ini dapat berfungsi sebagai Address Latch Enable (ALE).

PSEN (kaki 29) Pin ini berfungsi pada saat mengeksekusi program yang terletak pada memori eksternal.

XTAL1 (kaki 19)

12

Input Oscilator XTAL2 (kaki 18) Output Oscilator EA (kaki 31) Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan program yang ada pada memori eksternal setelah sistem direset. Jika berkondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan program yang ada pada memori internal. Pada saat Flash Programming pin ini akan mendapat tegangan 12 volt (VP). 2.5. Transistor Sebagai Saklar Dalam kondisi normal, masukan kaki basis transitor tidak dibias sehingga titik kerjanya berada pada daerah Cut off, tidak ada arus yang mengalir melalui tahanan colector. Apabila masukan kaki basis transitor mendapat bias yang cukup untuk mengaktifkan transitor, maka titik kerjanya berubah dari cut off ke saturasi. Besarnya arus yang mengalir melalui tahanan basis adalah :

Gambar 2.5.Rangkaian Switching Transistor

13

2.6. ADC 0809 CCN ( Analog Digital Converter) ADC merupakan komponen elektronika yang berfungsi mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Jadi sinyal analog yang masuk pada ADC akan diolah sehingga output yang dihasilkan 8 bit sinyal digital. ADC 0809 CCN mempunyai 8 pilihan input analog yang terdapat pada pin-pin ADC, IN0 sampai dengan IN7 dengan ketentuan seperti tertera pada tabel 3.1 dibawah. Sedangkan output yang dihasilkan juga memiliki 8 pin yaitu LSB MSB antara lain 2 -0 sampai 2 - 7. ADC mempunyai input tegangan 5 Volt DC pada pin 11 dan GND pada pin 13, selain itu juga membutuhkan suplay tegangan yang stabil untuk tegangan referensi sebesar 5 Volt DC pada V Ref (+) dan 0 Volt DC untuk V ref (-). Untuk pin Clock membutuhkan sinyal frekuensi ideal yaitu 500 KHz. Di bawah ini merupakan konfigurasi pin-pin ADC 0809 CCN.

Gambar 2.6. Susunan Bentuk pin ADC 0809 CCN

14

Tabel 2.1. Pilihan input sinyal analog untuk ADC

Sinyal output dari ADC berupa sinyal digital dalam bentuk biner 8 bit, jika output yang dihasilkan dari ADC maksimal , maka nilainya adalah 255 dalam decimal. Jadi sistem ini mampu menampilakan sampai 255 C. Apabila kita menggunakan Vref 5 Vdc maka perhitungan hasil yang ideal dari output yang dihasilkan dapat digunakan rumus perhitungan seperti berikut :

Vana log = Vref

N untuk mencari Teg analog dari Teg Digital .................... 3.2 2n

Vdigital =

2n.Vana log untuk mencari nilai Output dari ADC...............................3.3 Vref

2.7. Regulator Tegangan 78XX Seri 78xx regulator tegangan dengan tiga terminal, dapat menghasilkan berbagai tegangan tetap. Dengan demikian dapat digunakan dalam jelajahan penerapan yang lebar. Salah satu penerapannya adalah peregulasian lokal tanpa terlibat dalam yang diperloleh memungkinkan regulator untuk dipakai dalan sistemsistem logika, instrumentasi dan peralatan elektronik. Meskipun awalnya dirancang

15

sebagai regulator tegangan tetap, namun akan dapat juga diperoleh tegangantegangan dan arus-arus variabel dengan tambahan komponen ekstern.

Gambar 2.7. Konfigurasi Regulator tegangan 78XX

Gambar 2.8. Susunan Pin Regulator tegangan 78XX

2.8. IC 74LS47 Biner Converter To Decimal (BCD) BCD merupakan komponen elektronika yang berfungsi mengubah data biner menjadi data decimal yang ditampilkan pada seven segmen. BCD 74LS47 mempunyai 4 pin untuk input data yaitu A0 sampai A3 dan mempunyai 8 pin output data yang dihubungkan dengan seven segmen yang akan mengaktifkan

16

tampilan angka yang sesuai dengan data yang ditentukan . BCD membutuhkan input tegangan 5 Volt Dc yang dihubungkan pada pin 16 dan GND pada pin 8.

Gambar 2.9. Susunan Pin BCD 74 LS 47

2.9. LDR (Light Dependent Resistor) LDR merupakan komponen yang sangat peka terhadap cahaya, komponen ini merupakan sejenis tahanan. Ini biasanya digunakan untuk mengontrol cahaya. Cara kerja sensor ini adalah apabila dikenai cahaya maka resistansi yang terukur dari komponen ini akan mengecil sampai bernilai satuan ohm, tapi sebaliknya apabila tidak terkena cahaya atau diletakkan pada ruang gelap maka nilai resistansinya bisa mencapai ratusan kilo ohm. Apabila diaplikasikan kedalam rangkaian switching transistor maka akan dapat dimanfaatkan kedalam berbagai bentuk pengontrolan, maka penulis disini menggunakan alat ini sebagai sensor yang mengontrol cahaya dari luar.

17

Gambar 2.10. Konfigurasi LDR

2.10. Deskipsi Umum Sistem Pengontrolan Ruangan Tanaman Hidrophonik ini kerjanya adalah mengontrol suhu ruangan sesuai dengan kebutuhan tumbuhan yang di tanam, pembacaan suhu ruangan ini dilakukan oleh sensor suhu (LM 35), output dari sensor ini akan diteruskan ke ADC Circuit yang akan mengkonversi ke dalam bentuk sinyal digital. ADC circuit ini menghasilkan output 8 bit sinyal digital yang akan dibaca oleh IC Mikrokontroler, kemudian akan mengolah data tersebut dan ditampilkan dalam bentuk desimal melalui BCD Circuit yaitu rangkaian yang akan menkorversi data digital menjadi decimal melalui seven segmen. Selain pengontrolan suhu, alat ini juga dapat mengontrol cahaya dan sirkulasi udara yang masuk ke ruangan, sensor yang akan mendeteksi kondisi awal adalah LDR, sensor ini sangat peka terhadap cahaya, apabila sensor mengenai cahaya maka resistansinya akan kecil dan sebaliknya. Dengan demikian saat siang hari sensor akan mendeteksi keadaan dan mengontrol motor DC untuk membuka jendela ruangan dan lampu pada ruangan akan padam karena siang hari tanaman lebih banyak membutuhkan udara, dan pada saat malam secara otomatis sensor akan

18

membaca keadaan dan akan mengontrol motor untuk menutup jendela dan menghidupkan lampu ruangan. Untuk pengontrolan irigasi, sistem ini memanfaatkan sensor level air yang akan dihubungkan dengan transistor switching circuit, transistor tersebut akan menjadi saklar untuk mengaktifkan relay, kemudian kontak NO dari relay yang digunakan untuk menghidupkan pompa air. Untuk lebih mengetahui sistem ini, di bawah ini merupakan diagram blok pengontrol pengontrol dari sistem ini:

BCD Sensor Suhu LM 35 ADC 0809 CCN IC Microkontroler AT89S51 Fan OFF 74 LS47 Fan ON

Display 7 Segmen

Gambar 2.1. Diagram blok dari sistem pengontrol SuhuMotor berputar kekanan dan Lampu Padam Sensor Cahaya LDR Rangkaian Saklar Transistor

Relay Motor berputar kekiri dan Lampu menyala

19

Gambar 2.2. Diagram blok sistem pengontrol cahaya

Pompa Air ON

Sensor Level Air

Rangkaian Saklar Transistor

Relay Pompa Air OFF

Gambar 2.3. Diagram blok sistem pengontrol irigasi

2.11. Flow Chart Untuk mengetahui lebih jelas sistem kerja dari pengontrolan ruangan tanaman hidrophonik ini dapat dilihat melalui flow chart dibawah ini :

MULAI

Air = Level Air Suhu ( C) Cahaya = LDR

Sensor Cahaya ON

Sensor Suhu ON

Sensor Level Air ON

Jendela Tutup & Lampu Menyala

Cahay a Masuk

Suhu > 28 C

Air = Level

Pompa Air ON

Jendela Buka & Lampu Padam

Fan ON

Pompa Air OFF

20

Tidak

Tidak

Tidak

Ya

Ya

Ya

Gambar 2.4. Flow Chart Sistem kerja Rangkaian 2.12. Karakteristik Perancangan sistem pengontrolan ruangan tanaman hidrophonik ini mempunyai karakteristik sebagai berikut : 1. Kondisi Fisik Miniatur rumah kaca ini terbuat dari bahan kaca setebal 3 mm yang digunakan untuk konstruksi dindingnya dan akrilik setebal 3 mm yang digunakan untuk konstruksi atap. Ukuran Miniatur Rumah Kaca adalah : - Panjang - Lebar = = 35 cm 30 cm 30 cm 15 cm

- Tinggi dinding= - Tinggi Atap =

Pada konstruksi atapnya terdapat mekanik sirkulasi udara (jendela atap) yang berbentuk atap kecil dapat terbuka dan tertutup sesuai dengan kondisi yang diperlukan oleh tanaman. Jendela atap ini dapat terbuka sepanjang 3 cm ke atas (buka) dan ke bawah (tutup) yang diatur dengan pergerakan Motor DC dengan tegangan yang

21

dibutuhkan sebesar 6 Volt Dc. Ukuran dari jendela atap tersebut adalah panjang 15 cm dan lebar 10 cm.

2. Kondisi pengoperasian Suhu yang dibutuhkan 26 - 28 C (Contoh suhu yang dibutuhkan Tanaman), untuk menjaga kestabilan suhu maka digunakan kipas dc. Sensor suhu yang digunakan adalah LM 35 DT yang membutuhkan sumber 5 Vdc dan mempunyai output 10 mV tiap C sesuai dengan kondisi suhu yang terukur. Display suhu menggunakan seven segmen 2 digit. Pengontrolan irigasi menggunakan sensor level air, yang diletakkan di dalam pot tanaman. Pompa air yang digunakan untuk irigasi adalah Pompa King dengan tegangan input 220 Vac 18W yang mempunyai kekuatan 1200 liter/jam. Sensor cahaya yang digunakan adalah LDR. Sirkulasi udara terdapat pada dua jalur yaitu jendela atap dan ventilasi yang ada di sisi dindingnya. 3. Kelemahan alat Proses pembukaan dan penutupan jendela secara otomatis masih kurang stabil, hal ini disebabkan kopling yang digunakan untuk

22

menyambung poros ulir dan batang rotor kurang presisi karena ukuranya terlalu kecil. Dengan miniatur ruangan yang terbuat dari bahan utama kaca dan akrilic menyebabkan kondisi suhu yang diharapkan sulit tercapai, karena dengan menggunakan kipas 6 Vdc sebagai pendingin hanya akan tercapai suhu ruangan 28 29 C Sistem irigasi yang masih sederhana menyebabkan proses pengairan tidak merata.

2.13. Lingkungan Operasi dan Pengembangannya Sistem pengontrolan ini dapat diaplikasikan pada sebuah rumah kaca hidrophonik. Namun pada tugas akhir ini, penulis hanya menggambarkan dalam bentuk simulasi. Sehingga masih terdapat ketidaksesuaian alat yang digunakan dengan kondisi sebenarnya. Hasil simulasi ini dapat diimpelentasikan dan menjadi prototipe bagi pengembangan sistem hidrophonik yang telah ada. Sistem seperti ini bisa langsung dipergunakan oleh pembudidaya hidrophonik untuk mengganti cara yang dipakai selama ini dengan sistem yang otomatis, tentu saja dengan bahan yang disesuaikan dengan kebutuhan dilapangan dan yang pasti akan membutuhkan biaya ekstra. Sedangkan simulasi ini hanya digunakan sebagai bahan tugas akhir di perguruan tinggi.