termometer digital berbasis infrared tugas akhir

Click here to load reader

Post on 01-Oct-2021

0 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli Madya
PUTRI HAPSARI SIBAGARIANG
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Kategori : Tugas Akhir
Departemen : Fisika
Disetujui di
Instrumentasi FMIPA USU
NIP. 19660729199203200 NIP. 196505171993031009
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan
dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2018
Putri Hapsari Sibagariang
iii
PENGHARGAAN
Segala puji dan syukur saya ucapkan Kepada TuhanYang Maha Esa yang telah melimpahkan
berkatnya dan menganugerahkan kemudahan serta kelancaran sehingga penulis dapat
menyelesaikan penulisan tugas proyek ini sesuia waktu yang telah ditetapkan.
Projek II ini disusun untuk melengkapi persyaratan dalam mencapai gelar Ahli Madya pada
Program Studi Diploma Tiga (III) Metrologi Dan Instrumentasi Departemen Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.Adapun judul Tugas
Akhir ini adalah :
TERMOMETER DIGITAL BERBASIS INFRARED
Penulis menyadari bahwa tersusunnya Tugas Akhir ini dari Do’a, perhatian, bimbingan,
motivasi dan dukungan berbagai pihak, sehingga dengan keikhlasan dan kerendahan hati
pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua orang tua penulis dan serta saudara kandung yang telah memberikan bantuan
moril maupun materil, semangat dan doa yang begitu besar kepada penulis.
2. Ibu Dr.Diana Alemin Barus, M.Sc selaku Ketua Program Diploma Tiga Metrologi
dan Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam.
3. Drs. SyahrulHumaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing, yang telah banyak membantu
dan mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi Diploma Tiga (III) Metrologi dan
Instrumentasi Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara.
membuat alat untukmenyelesaikanTugas Akhir ini.
6. Semuapihak yang turut membantu dalam pengerjaan Laporan Tugas Akhir yang tidak
dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan Projek Akhir I ini masih jauh
dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang
bersifatnya membangun dalam penyempurnaan Tugas Proyek ini.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
iv
Semoga laporan ini menjadi ibadah yang baik bagi penulis dan menjadi ilmu yang
bermanfaat bagi pembaca.
Medan, Juli 2018
Telah dibuat alat Termometer digital berbasis infrared menggunakan sebuah sensor
Infra merah yang digunakan untuk mendeteksi suhu. Termometer digital infrared ini juga
menggunakan AT MEGA 328P yang berfungsi sebagai pengolah data. Kelebihan dari alat ini
dari termometer digital non-infrared atau termometer jenis lainnya, alat ini dapat mendeteksi
suhu suatu objek tanpa menyentuhnya dan juga menghasilkan suhu yang lebih akurat. Cara
penggunaannya hanya diarahkan ke media atau benda yang akan diukur suhunya, maka alat
ini akan membaca suhu dari media tersebut.
Kata-Kunci : Inframerah, Mikrokontroller, Suhu, Termometer.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRACT
An infrared thermometer has been created by using a Infrared sensor that is used to
detect the temperature. This infrared digital thermometer also uses AT MEGA 328P which
function as a data processor. The advantages of this tool from non-infrared digital
thermometer and other types of thermometers, this tool can detect the temperature of an
object without touching it and produce a more accurate temperature. The usage only directed
to the medi or objects will be measured temperature, then this tool will detect the temperature
of the media.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2.1 Mikrokontroler ................................................................................................ 4
2.3 LCD................................................................................................................. 8
BAB III Perancangan Alat dan Pembuatan Sistem............................................... 11
3.1 Umum ............................................................................................................. 11
4.1 Pengujian Mikrokontroler ............................................................................... 16
5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 20
5.2 Saran ............................................................................................................... 20
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 21
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Gambar 2.2 Rangkaian Sistem Minimum ............................................................. 5
Gambar 2.3 Pin MAP ATMEGA 328P ................................................................ 7
Gambar 2.4 Sensor Suhu Inframerah .................................................................... 8
Gambar 2.5 LCD(Liquid Crystal Display) ........................................................... 8
Gambar 3.1 Blok Diagram .................................................................................... 12
Gambar 3.2 Flowchart sistem ............................................................................... 13
Gambar 3.3 Rangkaian LCD dan ATMEGA 328P .............................................. 14
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor dan ATMEGA 328P ............................................ 14
Gambar 3.5 Rangkaian Keseluruhan Sistem ........................................................ 15
Gambar 4.1 Rangkaian Pengujian Mikrokontroler ATMEGA 328P .................... 16
Gambar 4.2 Hasil Pengujian LCD Display ........................................................... 17
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Tabel 4.2 Pengujian Keseluruhan Sistem ............................................................ 19
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Seiring dengan perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan, akhir-akhir ini bidang
elektronika mengalami kemajuan yang pesat. Dengan kemajuan tersebut, membuat
manusia selalu berusaha memanfaatkan teknologi yang ada untuk mempermudah
kehidupannya. Misalnya dalam hal pengukuran suhu, pengukuran suhu biasa dilakukan
secara manual, yaitu dengan menyentuh objek. Termometer adalah sebuah alat yang
digunakan untuk mengetahui suhu suatu benda. Termometer digital berbasis inframerah
merupakan alat ukur untuk mengukur suhu suatu benda atau zat tanpa menyentuh objek.
Dalam pemanfaatannya termometer digunakan diberbagai bidang, dari bidang
perdagangan, industri sampai dengan perusahaan kesehatan.
Berdasarkan dari penjelasan diatas, maka penulis mencoba merancang dan membuat
suatu alat termometer digital berbasis inframerah dengan menggunakan mikrokontroler
sebagai pengendali. Pada termometer digital ini menggunakan sensor MLX 90614
sebagai sensor suhu. Setelah disensor lalu hasil akan keluar pada EEPROM
(electrically erasablle programmable read-only memory) mikrokontroler ATMega328P.
Pada saat termometer digital diarahkan ke benda maka nilainya akan secara otomatis
tampil pada LCD (liquid Crystal Display).
1.2 Rumusan Masalah
dalam bentuk skripsi sebagai Tugas Akhir dengan judul “Termometer Digital
Berbasis Infrared”.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2. Tampilan menggunakan LCD 16x2
1.4 Tujuan dan Manfaat Penulisan
Tujuan dan manfaat dilakukan Tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk merancang alat yang bekerja memantau suhu dan memadamkan api
2. Membangun prototype alat pendeteksi api dan pemadam api.
1.5 Sistematika Penulisan
laporan ini sebagai berikut:
Pada bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan
penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi tentang teori dasar yang digunakan sebagai bahan acuan
projek akhir I, serta komponen yang perlu diketahui untuk
mempermudah dalam memahami sistem kerja alat ini.
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN
Pada bagian ini akan dibahas perancangan dari alat, yaitu diagram blok
dari rangkaian, skematik dari masing-masing rangkaian dan diagram alir
dari program yang akan diisikan ke Mikrokontroller.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA
Pada bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja
alat, penjelasan mengenai program-program yang digunakan untuk
mengaktifkan rangkaian, penjelasan mengenai program yang diisikan ke
Mikrokontroller.
Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari
pembahasan yang dilakukan dari tugas akhir ini serta saran apakah
rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan perakitannya
pada suatu metode lain yang mempunyai sistem kerja yang sama.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Mikrokontroler adalah mikroprosesor yang telah dilengkapi dengan memori, IO, dan
peripheral dalam satu chip [1]. Dengan kelengkapan tersebut sebuah mikrokontroler
dapat melakukan komputasi juga pegontrolan suatu sistem secara mandiri . Namun
diperlukan rangkaian tambahan untuk melakukan eksekusi program yang ada di dalam
mikrokontroler tersebut. Rangkaian ini biasa disebut dengan rangkaian sistem minimum
mikrokontroler.
Sistem minimum atau yang biasa disingkat sismin. Merupakan suatu rangkaian dasar
pada rangkaian mikrokontroler yang merupakan syarat minimum dari suatu
mikrokontroler untuk bekerja. Rangkaian sistem minimum pada dasarnya terdiri dari
komponen kristal, kapasitor nonpolar dan rangkaian suplai tegangan. Perhatikan gambar
:
Rangkaian sistem minimum berfungsi sebagai pengatur clock pada mikrokontroler.
Rangkaian ini sebagai rangkaian penabuh yang digunakan untuk satuan frekuensi pada
mikrokontroler. Juga berfungsi sebagai rangkaian minimum untuk melakukan
pemrograman mikrokontroler. Komponen yang berfungsi untuk membangkitkan
frekuensi ini adalah komponen kristal. Ada berbagai tipe mikrokontroler yang beredar
di pasaran, dalam tugas akhir ini digunakan mikrokontroler ATmega 328P.
2.1.1 ATMEGA 328P
AT-Mega 32P merupakan jenis mikrokontroler yang memiliki performa tinggi dengan
konsumsi daya rendah. Mikrokontroler ini merupakan mikrokontroler seri 8 bit yang
dimiliki oleh Atmel AVR [2].ATMega328 memiliki beberapa fitur antara lain :
1. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
2. 32 x 8-bit register serba guna.
3. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
4. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan
2 KB dari flash memori sebagai bootloader.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
5. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena
EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
6. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
7. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width
Modulation) output.
Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori
untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja dan
pararelism. Instruksi – instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur
tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil
dari memori program.
Konsep inilah yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat dieksekusi dalam setiap
satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi
pada ALU (Arithmatic Logic unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari
register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode
pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data Ketiga
register pointer 16-bit ini disebut dengan register X ( gabungan R26 dan R27 ), register
Y ( gabungan R28 dan R29 ), dan register Z ( gabungan R30 dan R31 ). Hampir semua
instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap alamat memori program terdiri dari
instruksi 16-
bit atau 32-bit. Selain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan
dengan teknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register ini digunakan
untuk fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/ Counter, Interupsi,
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
7
ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O lainnya. Register – register ini
menempati memori pada alamat 0x20h – 0x5Fh. Pada gambar 2.3 dapat dilihat PIN
MAP ATmega 328P.
2.2 SENSOR
Sensor adalah transduser yang berfungsi untuk mengolah variasi gerak, panas, cahaya
atau sinar, magnetis, dan kimia menjadi tegangan serta arus listrik. Transduser sendiri
memiliki arti mengubah, resapan dari bahasa latin traducere Bentuk perubahan yang
dimaksud adalah kemampuan merubah suatu energi kedalam bentuk energi lain. Sensor
yang sering menjadi digunakan dalam berbagai rangkaian elektronik antara lain sensor
cahaya atau sinar, sensor suhu, serta sensor tekanan.
2.2.1 SENSOR SUHU INFRAMERAH
Infra red (IR) detektor atau sensor infra merah adalah komponen elektronika yang dapat
mengidentifikasi cahaya infra merah (infra red, IR). Sensor infra merah atau detektor
infra merah saat ini ada yang dibuat khusus dalam satu modul dan dinamakan sebagai
IR Detector Photomodules. IR Detector Photomodules merupakan sebuah chip detektor
inframerah digital yang di dalamnya terdapat fotodiode dan penguat (amplifier).
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2.3 LCD(Liquid Crystal Display)
Liquid Crystal Display (LCD) adalah komponen yang dapat menampilkan
tulisan. Salah satu jenisnya memiliki dua baris dengan setiap baris terdiri atas enam
belas karakter. LCD seperti itu biasa disebut LCD 16x2.
Gambar 2.5 LCD (Liquid Crystal Display)
LCD memiliki 16 pin dengan fungsi pin masing-masing seperti yang terlihat pada table
2.1.
1 VSS Power Catu daya, ground (0v)
2 VDD Power Catu daya positif
3
iniperlu dihubungkan dengan pin vss melalui
resistor Variabel.
RS = LOW : untuk mengirim
untuk membaca data di LCD
2.3.1 Cara kerja LCD
Pada aplikasi umumnya RW diberi logika rendah “0”.Bus data terdiri dari 4bit
atau 8 bit. Jika jalur data 4 bit maka yang digunakan ialah DB4 sampai dengan DB7.
Sebagaimana terlihat pada table deskripsi, interface LCD merupakan sebuah parallel
bus, dalam hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan
penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8bit dikirim
ke LCD secara 4bit atau 8bit pada satu waktu
Jika mode 4bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat
sepenuhnya 8bit (pertama dikirim 4bit MSB lalu 4bit LSB dengan pulsa clock EN setiap
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
nibblenya). Jalur control EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroler
mengirimkan data ke LCD. Untuk mengirim data ke LCD program harus menset EN ke
kondisi high “1” dan kemudian menset dua jalur control lainnya (RS dan R/W) atau
juga mengirimkan data ke jalur data bus. Saat jalur lainnya sudah siap, EN harus diset
ke “0” dan tunggu beberapa saat, dan set EN kembali ke high “1”. Ketika jalur RS
berada dalam kondisi low “0”, data yang dikirimkan ke LCD dianggap sebagai sebuah
perintah atau instruksi khusus (seperti bersihkan layar, posisi kursor dll). Ketika RS
dalam kondisi high atau “1”, data yang dikirimkan adalah data ASCII yang akan
ditampilkan dilayar.
Misal, untuk menampilkan huruf “A” pada layar maka RS harus diset ke “1”.
Jalur control R/W harus berada dalam kondisi low (0) saat informasi pada data bus akan
dituliskan ke LCD. Apabila R/W berada dalam kondisi high “1”, maka program akan
melakukan query data dari LCD. Instruksi pembacaan hanya satu, yaitu Get LCD status,
lainnya merupakan instruksi penulisan, Jadi hamper setiap aplikasi yang menggunakan
LCD, R/W selalu di set ke “0”. Jalur data dapat terdiri 4 atau 8 jalur.Mengirimkan data
secara parallel baik 4bit atau 8bit merupakan 2 mode operasi primer.
Untuk membuat sebuah aplikasi interface LCD, menentukan mode operasi
merupakan hal yang paling penting. Mode 8bit sangat baik digunakan ketika kecepatan
menjadi keutamaan dalam sebuah aplikasi dan setidaknya minimal tersedia 11 pin I/0
(3pin untuk control, 8pin untuk data).Sedangkan mode 4bit minimal hanya
membutuhkan 7bit (3pin untuk control, 4 pin untuk data). Bit RS digunakan untuk
memilih apakah data atau instruksi yang akan ditransfer antara mikrokontroler dan
LCD. Jika bit ini diset (RS = 1), maka byte pada posisi kursor LCD saat itu dapat dibaca
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
3.1 UMUM
Perancangan merupakan suatu tahap yang sangat penting didalam penyelesaian
pembuatan suatu alat ukur. Pada perancangan dan pembuatan alat ini akan ditempuh
beberapa langkah yang termasuk kedalam langkah perancangan antara lain pemilihan
komponen yang sesuai dengan kebutuhan serta pembuatan alat. Dalam
perancangan ini dibutuhkan beberapa petunjuk yang menunjang pembuatan alat seperti
buku buku teori, data sheet atau buku lainnya dimana buku petunjuk tersebut memuat
teori- teori perancangan maupun spesifikasi komponen yang akan digunakan dalam
pembuatan alat, melakukan percobaan serta pengujian alat.
3.2 TUJUAN PERANCANGAN
Tahap terpenting dalam pembuatan suatu alat adalah perancangan.Hal- hal yang perlu
diperhatikan dalam perancangan suatu alat meliputi prinsip kerja rangkaian, spesifikasi
komponen yang terdapat pada rangkaian sehingga tidak terjadi kerusakan pada saat
pemasangan komopnen.Tujuan perancangan adalah untuk memudahkan dalam
pembuatan suatu alat serta mendapatkan suatu alat yang baik seperti yang diharapkan
dengan memperhatikan penggunaan komponen dengan harga ekonomis serta mudah
didapat dipasaran. Selain itu, itu perancangan juga bertujuan untuk membuat solusi dari
suatu permasalahan dengan penggabungan prinsip- prinsip elektronik dan mekanik,
serta dengan literatur dengan produk yang ada.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
3.3 DIAGRAM BLOK
Diagram blok sangat efektif untuk menyederhanakan sistem yang rumit agar mudah
dimengerti. Dalam tugas akhir ini sistem terdiri atas blok diagram yang terlihat pada
gambar 3.1.
Gambar 3.1 Blok Diagram
Adapun fungsi masing masing blok diagram pada gambar 3.1 adalah sebagai berikut :
1. Blok Sensor
Berfungsi sebagai inputan data ke mikrokontroler yang kemudian akan diproses
untuk melakukan kerja tertentu
Berfungsi sebagai pemroses sinyal sensor dan pengontrol yang memiliki tujuan
tertentu yang terdiri atas mikrokontroler dan sistem minimum
3. Blok PSU
4. Blok Kipas Angin
Berfungsi sebagai Pemadam Api.
Rangkaian LCD dan mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 3.3.
Gambar 3.3 Rangkaian LCD dan ATmega 328P
3.6 RANGKAIAN SENSOR DAN MIKROKONTROLER
Rangkaian sensor dan mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor dan ATmega 328P
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Gambar 3.5 Rangkaian Keseluruhan Sistem
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
4.1 PENGUJIAN MIKROKONTROLER
Pengujian mikrokontroler dapat dilakukan dengan membuat rangkaian seperti gambar
4.1 lalu menghubungkan rangkaian ke komputer via USB dan memasukan program
awal seperti berikut :
Gambar 4.1 Rangkaian pengujian Mikrokontroler ATmega 328P
Hasil yang di tampilkan pada pengujian rangkaian diatas Led akan menyala secara
periodik setiap 1 detik
sebagai berikut :
#include <LiquidCrystal.h>
const int rs = 12, en = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
void setup() {
lcd.begin(16, 2);
lcd.print("hello, world!");
Hasil yang di tampilkan pada layar LCD adalah sebagai berikut :
Gambar 4.2 Hasil Pengujian LCD display
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Pengujian sensor adalah dengan menempatkan sensor sedemikian rupa sehingga gejala
fisis yang akan diukur dapat di baca oleh sensor. Kemudian hasil pembacaan akan di
catat sebagai acuan untuk dilakukan kalibrasi. Kalibrasi dilakukan dengan
membandingkan nilai pembacaan antara sensor dengan alat ukur sebenarnya . data hasil
pembacaan sensor dapat dilihat pada tabel 4.1. dan proses pengkalibrasian dapat dilihat
pada gambar 4.3.
TERMOMETER
CELCIUS
STANDART
TERMOMETER
ALAT
4.4 PENGUJIAN RANGKAIAN KESELURUHAN
Pengujian keseluruhan rangkaian adalah dengan memasangkan alat dengan berbagai
variasi data yang kemudian dibandingkan hasil dari pembacaan dan output system
sehingga dapat disimpulkan spesifikasi dari alat. Hasil data pengujian keseluruhan dapat
dilihat pada tabel 4.2 dan proses pengambilan data dapat dilihat pada gambar 4.4.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
NO SUHU TERBACA EROR % EROR STATUS
KIPAS TERMOMETER
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
5.1 Kesimpulan
Dari perancangan dan pengujian alat dapat disimpulkan hal hal sebagai berikut :
1. Sensor suhu infrared mampu mengukur suhu dengan akurat
2. Pemanfaatan kipas sebagai penurun suhu berfungsi sesuai dengan semestinya.
3. Dalam pengujian didapat kesalahan maksimum alat sebesar 3 %
5.2 Saran
1. Pengukuran objek dilakukan secara bertahap sampai batas kemampuan alat.
2. Peletakan sensor harus mengarah kepada sumber panas agar pembacaan suhu
lebih akurat.
Diakses pada tanggal: 19 Januari 2018 Pukul: 15:12
Agfianto Eko Putra, Teknik antar muka computer : konsep & aplikasi, Penerbit Graha
Ilmu, Yogyakarta, 2002.
Tecniques, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1999.
Suhata, ST, VB Sebagai Pusat Kendali Peralatan Elektronik, Penerbit Elex Media
Komputindo, Jakarta, 2005.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA