BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital...

Laporan Tugas Akhir 2012

Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 10

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Sistem Kontrol

Sistem kontrol adalah kumpulan suatu alat yang berfungsi untuk

memerintah, mengatur dan mengendalikan keadaan suatu sistem. Untuk

menunjang suatu sistem kontrol yang dapat berfungsi secara cepat dan

efisien diperlukan suatu sistem kontrol yang harus memadai. Dalam suatu

proses kontrol dan monitoring sistem perlu dilakukan secara kontinyu agar

sistem dapat diawasi keadaannya. Pengawasan terhadap variabel seperti

temperatur, daya, laju aliran dan variabel-variabel lainnya sangat menentukan

keberhasilan suatu proses.

2.1.1 Sistem Kontrol Close Loop

Sistem kontrol close loop merupakan suatu sistem yang sinyal

keluarannya berpengaruh langsung terhadap aksi pengontrolan. Sistem

ini merupakan sistem kontrol yang berumpan balik. Secara sederhana

sistem kontrol loop tertutup dapat dilihat pada Gambar 2.1.

input

Gambar 2.1 Sistem Kontrol Closed Loop

Input merupakan nilai referensi yang menentukan suatu nilai yang

diharapkan. Nilai input ini akan dibandingkan dengan nilai output. Hasil

perbandingan akan menghasilkan nilai kesalahan, dengan kata lain sinyal

kesalahan adalah perbedaan antara apa yang diinginkan dengan apa yang

dihasilkan.

Controller Aktuator Plant/Process

Tranducer/Sensor

Output



2.2 Tranduser/Sensor

Sensor dan transduser merupakan peralatan atau komponen yang

mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem otomasi. Ketepatan dan

kesesuaian dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja

dari sistem pengaturan secara otomatis.

Untuk pemakaian besaran listrik pada sistem pengukuran, atau sistem

manipulasi/kontrol, maka biasanya besaran yang bukan listrik diubah terlebih

dahulu menjadi suatu sinyal listrik melalui sebuah alat yang disebut

transduser.

Gambar 2.2 Sensor LM35 DZ

(sumber : http://telinks.files.wordpress.com)

LM35 DZ merupakan IC yang digunakan sebagai tranduser yang

mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik. Sinyal listrik keluaran

LM35DZ sebanding dengan suhu lingkungan dalam bentuk celcius (oC).

Karakteristik dari sensor LM35DZ ini adalah perubahan nilai tahanannya

akan semakin besar apabila suhu lingkungannya semakin rendah dan nilai

tahannya akan semakin kecil apabila suhu lingkungan semakin tinggi.

Beberapa fasilitas yang dimiliki LM35 dz adalah sebagai berikut:

a. Dikalibrasi secara langsung dalam oC.

b. Jangkauan temperatur dari 0oC sampai 100oC.

c. Setiap perubahan 1oC akan mempengaruhi perubahan tegangan keluaran

sensor sebesar 10 mV.

d. Arus yang mengalir kurang dari 60 µA, sehingga beban pada power supply

tidak akan terlalu besar.

e. Bekerja pada tegangan catu daya 4 volt sampai 20 volt.

http://telinks.files.wordpress.com/



f. Pemanasan sendiri yang lambat (low self-heating).

2.3 Signal Conditioning

Pengkondisi sinyal diperlukan untuk mengkondisikan sinyal keluaran dari

sensor agar bisa diproses dengan baik oleh mikrokontroler. Dalam hal ini

penulis menggunakan rangkaian penguat menggunakan IC LM324 agar

sinyal yang diberikan dapat dibaca dengan baik oleh ADC (Analog to Digital

Converter). Pada ADC ini diperlukan rangkaian penguat karena keluaran

pada sensor hanya 1 volt sedangkan ADC bekerja pada tegangan referensi 2,5

volt sehingga perlu adanya penguatan. Tingkat kenaikan tegangan yang lebih

kecil dari ketelitian akan menyebabkan kesalahan dalam pengukuran. Dengan

menggunakan rangkaian penguat maka tegangan dapat diperbesar beberapa

kali lipat sehingga dapat terbaca dengan baik oleh ADC. Berikut ini gambar

rangkaian ADC dengan rangkaian op-amp menggunakan IC LM324:

Gambar 2.3 Rangkaian ADC dengan Penguat IC LM324

Analog to Digital Converter (ADC) adalah sebuah piranti yang dirancang

untuk mengubah sinyal-sinyal analog menjadi sinyal-sinyal digital. A/D

Converter ini dapat dipasang sebagai pengkonversi tegangan analog dari

suatu peralatan sensor ke konfigurasi digital yang akan diumpankan ke suatu

sistem minimum. Jenis ADC yang biasa digunakan dalam perancangan



adalah jenis successive approximatoin convertion (SAR) atau pendekatan

bertingkat yang memiliki waktu konversi jauh lebih singkat.

Terdapat 4 macam ADC yang memenuhi standar industri, yaitu

integrating, tracking converter, successive approximation dan flash/paralel.

Jenis-jenis ADC in merupakan pengelompokan ADC berdasarkan metode

konversinya.

Tipe Integrating memiliki resolusi tertinggi dengan biaya terendah.

ADC tipe ini tidak dibutuhkan rangkaian sample hold. Tipe ini

memiliki kelemahan yaitu waktu konversi yang agak lama, biasanya

beberapa milidetik.

Tracking Converter adalah Tipe tracking menggunakan prinsip up

down counter (pencacah naik dan turun). Binary counter (pencacah

biner) akan mendapat masukan clock secara kontinyu dan hitungan

akan bertambah atau berkurang tergantung pada kontrol dari pencacah

apakah sedang naik (up counter) atau sedang turun (down counter).

ADC tipe ini tidak menguntungkan jika dipakai pada sistem yang

memerlukan waktu konversi masukan keluaran singkat, sekalipun

pada bagian masukan pada tipe ini tidak memerlukan rangkaian

sample hold. ADC tipe ini sangat tergantung pada kecepatan clock

pencacah, semakin tinggi nilai clock yang digunakan, maka proses

konversi akan semakin singkat.

Tipe Flash ADC ini dapat menunjukkan konversi secara lengkap pada

kecepatan 100 MHz dengan rangkaian kerja yang sederhana.

Sederetan tahanan mengatur masukan inverting dari tiap-tiap

konverter menuju tegangan yang lebih tinggi dari konverter

sebelumnya, jadi untuk tegangan masukan Vin, dengan full scale

range, komparator dengan bias dibawah Vin akan mempunyai

keluaran rendah. Keluaran komparator ini tidak dalam bentuk biner

murni. Suatu decoder dibutuhkan untuk membentuk suatu keluaran

yang biner. Beberapa komparator berkecepatan tinggi, dengan waktu

tunda (delay) kurang dari 6 ns banyak digunakan, karena itu



dihasilkan kecepatan konversi yang sangat tinggi. Jumlah komparator

yang dibutuhkan untuk suatu konversi n bit adalah 2^n – 1.

Tipe Successive Approximation merupakan suatu konverter yang

paling sering ditemui dalam desain perangkat keras yang

menggunakan ADC. Tipe ini memiliki kecepatan konversi yang cukup

tinggi, meskipun dari segi harga relatif mahal. Prinsip kerja konverter

tipe ini adalah, dengan membangkitkan pertanyaan-pertanyaan yang

pada intinya berupa tebakan nilai digital terhadap nilai tegangan

analog yang dikonversikan. Apabila resolusi ADC tipe ini adalah 2^n

maka diperlukan maksimal n kali tebakan.

Keempat jenis ADC tersebut mewakili beberapa pertimbangan

diantaranya resolusi, kecepatan konversi dan biaya. ADC 0804 merupakan

jenis ADC dengan metode konversi Successive Approximation. Berikut ini

merupakan spesifikasi ADC 0804:

Mudah di interfacekan dengan semua mikroprosesor

Tidak memerlukan adjust untuk full scale atau zero

Range input 0-5 volt dengan supply 5 volt

Resolusi 8 bit

Error +/- ½ LSB dan ½ MSB

Konsumsi daya 15 mW

Waktu konversi 100 us

Mempunyai tegangan resolusi 2,5 VDC

(sumber: www.belajarelektronika.blogspot.com)

2.4 Liquid Crystal Display ( LCD )

LCD display module 20x2 terdiri dari dua bagian, yang pertama

merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf

atau angka dua baris, masing-masing baris bisa menampung 20 huruf atau

angka. Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan

mikrokontroler yang ditempel dibagian belakang panel LCD, sistem lain

http://www.belajarelektronika/



cukup mengirimkan kode-kode ASCII dari informasi yang ditampilkan.

Berikut ini pin konfigurasi dari LCD 20x4 pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Pin Konfigurasi LCD 20x4

(sumber: http://www.alibaba.com)

2.5 Mikrokontroler AT89S52

Mikrokontroler saat ini sudah dikenal dan digunakan secara luas pada

dunia industri. Berbagai penelitian yang menggunakan mikrokontroler telah

banyak digunakan terutama oleh para mahasiswa yang menggunakannya pada

tugas akhir. Selain memiliki harga yang terjangkau mikrokontroler juga

memiliki bentuk yang sederhana dan mudah didapat. Produksi massal yang

dilakukan produsen mikrokontroler seperti Amel, Maxim dan Microchip,

membuat mikrokontroler menjadi sangat familiar dikalangan mahasiswa dan

para pengajar pada bidangnya. Mikrokontroler saat ini merupakan chip utama

yang sangat diperlukan pada alat-alat canggih.

Mikrokontroler AT89S52/51 merupakan versi terbaru dibandingkan

mikrokontroler AT89SC51 yang telah banyak digunakaan saat ini.

Mikrokontroler AT89S52 ialah mikrokomputer CMOS 8 bit dengan 8KB

Flash Programmable dan Erasable Read Only Memory (PEROM).

Mikrokontroler dari Atmel ini kompatible dengan mikrokontroler standar

industri MCS-51 baik pin kaki IC maupun set instruksinya serta harganya

http://www.alibaba.com/



yang cukup terjangkau juga mikrokontroler jenis AT89S52 lebih cepat dalam

pengisian program.

2.5.1 Konstruksi AT89S52

Mikrokontroler AT89S52 merupakan keluarga MCS51 yang

memiliki port-port yang lebih banyak (40 port I/O) dengan fungsi yang

bisa saling menggantikan sehingga mikrokontroler jenis ini menjadi

sangat digemari kerena hanya dalam sebuah chip sudah bisa digunakan

untuk banyak kebutuhan. Konfigurasi dan deskripsi kaki-kaki

mikrokontroler AT89S52 adalah sebagai berikut:

Gambar 2.5 Konfigurasi Pin AT89S52

(sumber: http://digilib.ittelkom.ac.id)

Fungsi dari masing-masing pin AT89S52 adalah:

1. Pin 1 sampai 8 (Port 1) merupakan port pararel 8 bit dua arah

(bidirectional) yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan

(general purpose).

2. Pin 9 merupakan pin reset, reset aktif jika mendapat logic high.

3. Pin 10 sampai 17 (Port 3) adalah port pararel 8 bit dua arah yang

memiliki fungsi pengganti sebagai berikut:

a. P3.0 (10) : RXD (port serial penerima data).



b. P3.1 (11) : TXD (port serial pengirim data).

c. P3.2 (12) : INT0 (input interupsi eksternal 0, aktif low).

d. P3.3 (13) : INT1 (input interupsi ekstrernal 1, aktif low).

e. P3.4 (14) : T0 (eksternal input timer/counter 0).

f. P3.5 (15) : T1 (eksternal input timer/counter 1).

g. P3.6 (16) : WR (Write, aktif low) Sinyal kontrol penulisan data

dari port 0 ke memori data dan input-input eksternal.

h. P3.7 (17) : RD (Read, aktif low) Sinyal kontrol pembacaan

memori data input-output eksternal ke port 0.

4. Pin 18 sebagai XTAL 2, keluaran osilator yang terhubung pada

kristal.

5. Pin 19 sebagai XTAL 1, masukan ke osilator berpenguatan tinggi,

terhubung pada kristal.

6. Pin 20 sebagai Vss, terhubung ke 0 atau ground pada rangkaian.

7. Pin 21 sampai 28 (Port 2) adalah port pararel 8 bit dua arah. Port

ini mengirim byte alamat bila pengaksesan dilakukan pada memori

eksternal.

8. Pin 29 sebagai PSEN (Program Store Enable) adalah sinyal yang

digunakan untuk membaca, memindahkan program memori

eksternal (ROM / EPROM) ke mikrokontroler.

9. Pin 30 sebagai ALE (Address Latch Enable) untuk menahan alamat

bawah selama mengakses memori eksternal. Pin ini juga berfungsi

sebagai PROG (aktif low) yang diaktifkan saat memprogram

internal flash memori pada mikrokontroler (on chip).

10. Pin 31 sebagai EA (External Accesss) untuk memilih memori yang

akan digunakan, memori program internal (EA = Vcc) atau memori

program eksternal (EA = Vss), juga berfungsi sebagai Vpp

(programming supply voltage) pada saat memprogram internal

flash memori pada mikrokontroler.



11. Pin 32 sampai 39 (Port 0) merupakan port pararel 8 bit dua arah.

Berfungsi sebagai alamat bawah yang dimultipleks dengan data

untuk mengakses program dan data memori eksternal.

12. Pin 40 sebagai Vcc, terhubung ke +5 V sebagai catuan untuk

mikrokontroler.

Spesifikasi penting AT89S52:

a. Kompatibel dengan keluarga mikrokontroler

MCS51 sebelumnya.

b. 8 KBytes In system Programmable (ISP) flash

memori dengan kemampuan 1000 kali baca/tulis.

c. Tegangan kerja 4-5.0 V.

d. Bekerja dengan rentang 0 – 33MHz.

e. 256x8 bit RAM internal.

f. 32 jalur I/0 dapat diprogram.

g. 3 buah 16 bit Timer/Counter.

h. 8 sumber interrupt.

2.6 Relay

Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang

bergerak ketika ada arus listrik yang mengalir. Secara prinsip, relay

merupakan tuas saklar yang di gerakan oleh gaya magnet yang timbul dari

lilitan kawat pada batang besi (solenoid). Ketika solenoid dialiri listrik maka

akan timbul gaya magnet yang akan menarik saklar sehingga akan menutup

dan ketika arus dihentikan maka posisi saklar akan kembali seperti semula.

Gambar 2.6 Relay

(sumber: http://www.reuk.co.uk)

http://www.reuk.co.uk/



Kontak penghubung relay terdiri dari 2 bagian yaitu:

1. Kontak NC (Normally Close)

Kontak penghubung dalam kondisi menutup atau terhubung bila relay

tidak mendapat masukan tegangan pada kumparannya. Tetapi bila diberi

tegangan

yang mencukupi pada kumparannya maka kontak penghubung menjadi

terbuka (kondisi awal sebelum diaktifkan close).

2. Kontak NO (Normally Open)

Kontak penghubung dalam kondisi terbuka bila relay tidak mendapat

tegangan pada kumparannya. Tetapi bila diberikan tegangan yang

mencukupi pada kumparannya maka kontak penghubung menjadi tertutup

atau terhubung (kondisi awal sebelum diaktifkan open).

3. Common

Kontak ini digunakan untuk dihubungkan antara NC atau NO. Jika relay

yang digunakan adalah NO maka dapat dihubungkan antara NO dengan

Common, dan jika relay yang dibutuhkan adalah NC maka dapat

dihubungkan antara NC dengan Common.

2.7 Multiplexer CD4051

Multiplexer adalah perangkat yang memilih salah satu dari beberapa

analog atau digital sinyal input dan meneruskan input yang dipilih menjadi

garis tunggal. Multiplexer ini terdiri dari 8 input dan memiliki 1 output, yang

digunakan untuk memilih baris masukan untuk dikirim ke output. Multiplexer

digunakan untuk meningkatkan jumlah data yang dapat dikirim melalui

jaringan dalam jumlah tertentu. Sebuah Multiplexer elektronik

memungkinkan beberapa sinyal untuk berbagi satu perangkat atau sumber

daya, misalnya satu A/D converter atau satu jalur komunikasi. Tabel 2.1

merupakan tabel kebenaran dari multiplexer CD4051.



Tabel 4.1 Tabel Kebenaran Multiplexer

C,B,A merupakan pin logic dari multiplexer yang dihubungkan ke pin

mikrokontroler. Pin pada mikrokontroler akan memilih chanel sesuai dengan

intruksi program. Dalam perancangan sistem kontrol ini penulis

menggunakan multiplexer CD4051, multiplexer ini digunakan untuk

menambah chanel input ADC 0804 yang hanya memiliki satu chanel sensor

menjadi 8 chanel sensor. Dengan menggunakan multiplexer CD4051 dapat

menambah jumlah sensor yang digunakan menjadi 8 buah sensor LM35 dz.

Tanpa mempengaruhi kinerja ADC dalam mengkonversi data analog menjadi

digital. Gambar 2.7 merupakan konfigurasi pin dari multiplexer CD4051. (Sumber:Data Sheet Multiplexer CD4051)

Gambar 2.7 Konfigurasi Pin Multiplexer CD4051

(sumber: http://circuits.datasheetdir.com)

http://circuits.datasheetdir.com/



2.8 Motor Gear Box DC

Gambar 2.8 Motor DC Gear BOX

Motor DC adalah alat elektro mekanis yang akan mengubah tenaga listrik

(tegangan DC) menjadi energi gerak. Motor gear box adalah motor yang

digunakan dalam perencanaan sistem kontrol yang akan digunakan untuk

pemutaran rak telur bebek yang direncanakan. Motor ini mempunyai kecepatan

yang rendah tetapi memiliki torsi yang besar. Dengan torsi yang besar motor

ini dapat melakukan pemutaran dengan baik tanpa ada kendala pada beban

pemutaran.

2.9 Perangkat Lunak

Perangkat lunak (software) adalah seperangkat intruksi yang disusun

menjadi sebuah program untuk memerintahkan microcomputer melakukan

suatu pekerjaan. Sebuah instruksi selalu berisi kode operasi (op-code), kode

pengoperasian inilah yang disebut dengan bahasa mesin yang dapat

dimengerti oleh mikrokontroler. Instruksi-instruksi yang digunakan dalam

memprogram suatu program yang diisikan pada AT89S52 adalah instruksi

bahasa pemograman assembler atau sama dengan instruksi pemrograman

pada IC mikrokontroller 8031 dan MCS51. (sumber : Abdurohman, Maman. 2010 . Bahasa Assembly.Yogyakarta. ANDI)

2.9.1 Instruksi Transfer Data

Instruksi transfer data terbagi menjadi dua kelas operasi sebagai

berikut:



1. Transfer data umum (General Purpose Transfer), yaitu: MOV,

PUSH dan POP.

2. Transfer spedifik akumulator (Accumulator Specific Transfer), yaitu:

XCH,XCHD, dan MOVC.

Instruksi transfer data adalah intruksi pemindahan/pertukaran data

antara operand sumber dengan operand tujuan. Operand-nya dapat

berupa register, memori atau lokasi suatu memori. Penjelasan instruksi

transfer data tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut:

a) MOV: Transfer data dari Register satu ke Register yang lainnya,

antara Register dengan Memory.

b) PUSH: Transfer byte atau dari operand sumber ke suatu lokasi dalam

stack yang alamatnya ditunjuk oleh register penunjuk.

c) POP: Transfer byte atau dari dalam stack ke operand tujuan.

d) XCH: Pertukaran data antara operand akumulator dengan operand

sumber.

e) XCHD: Pertukaran nibble orde rendah antara RAM internal

(lokasinya ditunjukkan oleh R0 dan R1).

2.9.2 Instruksi Aritmatik

Operasi dasar aritmatik seperti penjumlahan, pengurangan,

perkalian dan pembagian dimiliki oleh AT89S52 dengan mnemonic :

INC, ADD, SUBB, DEC, MUL dan DIV. Penjelasan dari operasi

mnemonic tersebut dijelaskan sebagai berikut:

a) INC: Menambah satu isi sumber operand dan menyimpan hasilnya

ke operand tersebut.

b) ADD: Penjumlahan antara akumulator dengan sumber operand dan

hasilnya disimpan di akumulator.

c) SUBB: Pengurangan akumulator dengan sumber operand, hasilnya

disimpan dalam operand tersebut.

d) DEC: Mengurangi sumber operand dengan 1, dan hasilnya disimpan

pada operand tersebut.



e) MUL: Perkalian antara akumulator dengan Register B.

f) DIV: Pembagian antara akumulator dengan Register B dan hasilnya

disimpan dalam akumulator, sisanya di Register B.

2.9.3 Instruksi Logika

Mikrokontroler AT89S52 dapat melakukan operasi logika bit

maupun operasi logika byte. Operasi logika tersebut dibagi atas dua

bagian yaitu:

a. Operasi logika operand tunggal, yang terdiri dari CLR, SETB, CPL,

RL, RR, dan SWAP.

b. Operasi logika dua operand seperti : ANL, ORL, dan XRL.

c. Operasi yang dilakukan oleh AT89S52 dengan pembacaan Instruksi

Logika tersebut dijelaskan dibawah ini:

1. CLR : Menghapus byte atau bit menjadi nol.

2. SETB : Menggeser bit atau byte menjadi satu.

3. CPL : Mengkomplemenkan akumulator.

4. RL : Rotasi akumulator 1 bit ke kiri.

5. RR : Rotasi akumulator ke kanan.

6. SWAP : Pertukaran nibble orde tinggi.

2.9.4 Instruksi Transfer Kendali

Instruksi transfer kendali (control transfer) terdiri dari (3) tiga

kelas operasi yaitu:

1. Lompatan tidak bersyarat (Unconditional Jump) seperti: ACALL,

AJMP,LJMP,SJMP.

2. Lompatan bersyarat (Conditional Jump) seperti: JZ, JNZ, JB, CJNE,

dan DJNZ.

3. Interupsi seperti: RET.

Penjelasan dari instruksi diatas sebagai berikut:

a. ACALL : Instruksi pemanggilan subroutine bila alamat subroutine

tidak lebih dari 2 Kbyte.



b. LCALL : Pemanggilan subroutine yang mempunyai alamat antara 2

Kbyte-64 Kbyte.

c. AJMP : Lompatan untuk percabangan maksimum 2 Kbyte.

d. LJMP : Lompatan untuk percabangan maksimum 64 Kbyte.

e. JNB : Percabangan bila bit tidak diset.

f. JZ : Percabangan akan dilakukan jika akumulator adalah nol.

g. JNZ : Percabangan akan dilakukan jika akumulator adalah tidak

nol.

h. JC : Percabangan terjadi jika CY diset “1”.

i. CJNE : Operasi perbandingan operand pertama dengan operand

kedua, jika tidak sama akan dilakukan percabangan.

j. RET : Kembali ke subroutine.

BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital...

Documents

Transcript of BAB II DASAR TEORI - Perpustakaan Digital...