9

MikrokontrolerMultiplexer

8 to 1

Sensor

Termokopel

Pengkondisi

Sinyal

KOMPUTER

Power Bank

8800 mAH

Penampil

LCD

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan dari perangkat keras, serta

perangkat lunak dari alat akuisisi data termokopel 8 kanal.

3.1. Gambaran Sistem

Alat yang direalisasikan pada skripsi ini adalah alat ukur suhu dengan

termokopel dengan 8 kanal inputan yang dapat digunakan secara bersamaan dan

mampu merekam data yang akan disimpan oleh komputer atau laptop.

Gambar 3.1 Diagram Blok sistem

Gambar 3.1 menunjukkan blok diagram sistem secara keseluruhan yang

dirancang. Secara umum sistem yang dirancang terdiri dari kontrol utama, sensor,

multiplexer, amplifier, komunikasi, komputer, dan sumber daya listrik.

10

1. Kontrol Utama

Kontrol utama dalam blok diagram sistem di atas adalah mikrokontroler

Atmega32.

2. Sensor

Sensor yang dipakai pada alat ini adalah termokopel baut type K.

3. Multiplexer

Multiplexer adalah suatu rangkaian yang mempunyai banyak input dan

hanya mempunyai satu output. Dengan menggunakan selector, kita dapat

memilih salah satu inputnya untuk dijadikan output. Sehingga dapat

dikatakan bahwa multiplexer ini mempunyai n input, m selector , dan 1

output.

Multiplexer berfungsi memilih data mana yang akan diolah oleh

mikrokontroler.

4. Amplifier

Amplifier adalah penguat tegangan untuk termokopel dikarenakan output

tegangan daripada termokopel sangat kecil sehingga untuk dapat diolah oleh

mikrokontroler maka perlu adanya amplifier sebagai penguat data sensor.

5. Komunikasi

Komunikasi sangat diperlukan untuk dapat mengirim data antara

mikrokontroler dengan komputer. Dalam hal ini komunikasi data yang

dilakukan adalah secara serial.

6. SumberDayaListrik

Sumber Daya Listrik untuk alat ini menggunakan power bank dengan

kapasitas baterai 8800 mAH

3.2. Perancangan Perangkat Keras

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat keras.

Perancangan perangkat keras yang akan dijelaskan meliputi sistem kontrol dan

perangkat keras elektronik.

11

3.2.1. Sistem Kontrol

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan sistem kontrol

pada alat ini. Gambar 3.2 menunjukkan gambaran sistem secara umum.

Sistem kontrol pada alat ini memiliki 2 bagian yaitu kontrol utama dan

kontrol pengolahan penyimpanan data. Kontrol utama adalah

mikrokontroler dan kontrol penyimpanan data adalah komputer atau laptop.

Kontrol utama berfungsi untuk mengolah data dari inputan sensor

sebelum ditampilkan pada LCD dan dikirimkan kepada komputer.

Sedangkan kontrol penyimpanan data berfungsi sebagai pengatur dan

pengolah penyimpanan data yang dikirimkan oleh kontrol utama.

Gambar 3.2 Gambaran umum sistem

1. Kontrol Utama

Kontrol utama pada alat ini menggunakan mikrokontroler sebagai

pengolah data dari sensor serta pengatur jalur data masukkan sensor

(mengatur selector Multiplexer).

2. Kontrol Penyimpanan Data

Kontrol penyimpanan data menggunakan komputer sebagai alat

penyimpanan data. Data dari kontrol utama akan dikirimkan kepada

komputer secara serial melalui USB.

12

3.2.2. Perangkat Keras Elektronik

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai board sistem minimum

mikrokontroler ATMega32, sensor Termokopel tipe-K, Multiplexer,

Pengkondisi sinyal (amplifier), dan LCD grafik.

Gambar 3.3 Skema perangkat keras elektronik

1. Board Sistem Minimum Mikrokontroler Tipe ATMega 32

Board sistem minimum mikrokontroler tipe ATMega 32

digunakan sebagai kontrol utama pada sistem alat ini. Pada

perancangan sistem minimum ATMega 32 digunakan kristal

oscillator (XTAL) dengan nilai 11.0592Mhz sebagai pembangkit /

pemompa data yaitu bersifat timer (semacam clock)/pulsa digital.

Pada sistem minimum ATMega 32 juga digunakan IC MAX232

untuk mengubah level tegangan menjadi level tegangan TTL karena

untuk berkomunikasi secara serial dengan komputer.

13

Mikrokontroler ATMega 32 termasuk dalam mikrokontroler

keluarga AVR yang diproduksi oleh Atmel Corporation. Fasilitas –

fasilitas yang dimiliki oleh ATMega 32 antara lain:

1. Memori flash sebesar 32K Byte.

2. 1024 Byte EEPROM.

3. 2K Byte SRAM.

4. Tiga buah timer/counter. (2 buah 8-bit dan 1 buah 16-bit)

5. Delapan saluran 10-bit ADC.

6. Serial USART.

7. Interupsi internal/external.

8. 40 pin dengan 32 saluran input/output (PORTA, PORTB,

PORTC, PORTD).

Gambar 3.4 Gambar konfigurasi pin Mikrokontroler

ATMega32

Gambar 3.4 merupakan konfigurasi pin mikrokontroler

ATMega 32 dengan penjelasan sebagai berikut:

14

1. PA0 – PA7 adalah delapan saluran port A. Port ini dapat

difungsikan sebagai saluran input/output. PORT A juga

memiliki fungsi khusus yaitu sebagai saluran masukan

Analog to Digital Converter (ADC) 10 bit.

2. PB0 – PB7 adalah delapan saluran port B. Port ini dapat

difungsikan sebagai saluran input/output. PORT B juga

memiliki fungsi khusus sebagai SPI, komparator analog

dan timer/counter.

3. PC0 – PC7 adalah delapan saluran port C. Port ini dapat

difungsikan sebagai saluran input/output. PORT C juga

memiliki fungsi khusus yaitu sebagai komparator analog

dan timer/counter.

4. PD0 – PD7 adalah delapan saluran port D. Port ini dapat

difungsikan sebagai salurana input/output. PORT D juga

memiliki fungsi khusus sebagai komparator analog,

saluran interupsi external, dan komunikasi serial.

5. RESET adalah pin yang digunakan untuk me-reset

mikrokontroler.

6. VCC adalah pin yang digunakan untuk memberi

masukan daya sebesar 5V.

7. XTAL2 adalah pin masukan external clock.

8. XTAL1 adalah pin masukan external clock.

9. AREF adalah pin masukan tegangan referensi ADC.

10. GND adalah pin ground.

11. AVCC adalah pin untuk masukan tegangan ADC.

Konfigurasi penggunaan pin pada board mikrokontroler

Atmega 32 pada skripsi ini dijelaskan pada Tabel 3.1

15

Tabel 3.1 Konfigurasi pin pada mikrokontroler ATMega 32

No Nama Port Fungsi

1 PA0 RS

2 PA1 R/W

3 PA2 E

4 PA3 CS1

5 PA4 CS2

6 PA5 /RST

7 PA7 Masukkan dari keluaran AD595

8 PB0 DB0

9 PB1 DB1

10 PB2 DB2

11 PB3 DB3

12 PB4 DB4

13 PB5 DB5

14 PB6 DB6

15 PB7 DB7

16 PD5 Selektor 0

17 PD6 Selektor 1

18 PD7 Selektor 2

Berikut dapat dilihat pada Gambar 3.5 adalah skema dari

board Mikrokontroler ATMega32 yang digunakan pada skripsi ini.

16

Gambar 3.5 Skema Board Mikrokontroler

ATMega32

2. Sensor Termokopel

Termokopel adalah tranduser yang mengubah besaran fisis ke

besaran elektrik. Output yang dihasilkan adalah tegangan dc.

Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis

konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam

jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan

pengukuran kurang dari 1°C. Komponen utama dari termokopel

adalah dua jenis logam konduktor yang dirangkai sehingga jika salah

satu logam terkena sumber panas, sedangkan logam yang lain di jaga

di temperatur yang tetap maka akan menghasilkan tegangan listrik

tertentu yang nilainya sebanding dengan temperatur sumber panas.

17

Di bawah ini dapat dilihat jenis-jenis termokopel yang secara

umum dipakai :

Tipe K (Chromel / Alumel)

Tipe E (Chromel / konstanta)

Tipe J (Iron / konstanta)

Tipe N (Nicrosil / Nisil)

Tipe B (Platinum / Rhodium)

Type R (Platinum / Rhodium)

Type S (Platinum / Rhodium)

Type T (Copper / Constantan)

Sensor Termokopel yang digunakan pada alat ini adalah

sensor termokopel tipe K. Termokopel ini memiliki probe yang

merupakan rangkaian 2 logam yaitu Chromel dan Alumel dan

memiliki rentang suhu -200 ° C sampai +1200 ° C dan memiliki

sensitivitas kira-kira 41µv / ° C serta sensor Termokopel tipe K ini

sangat mudah didapatkan.

Gambar 3.6 Termokopel tipe K

18

Keluaran dari sensor termokopel merupakan perbedaan suhu

dari 2 logam yang dirangkai pada probe sensor. Keluaran dari sensor

termokopel ini yang nantinya akan diolah oleh mikrokontroler.

3. Multiplexer

Multiplexer adalah suatu rangkaian yang mempunyai banyak

input dan hanya mempunyai satu output. Dengan menggunakan

selector, kita dapat memilih salah satu inputnya untuk dijadikan

output. Sehingga dapat dikatakan bahwa multiplexer ini mempunyai

n input, m selector , dan 1 output.

Gambar 3.7 Analog Multiplexer 4051

Dalam skripsi ini penulis menggunakan multiplexer dengan

seri 4051 yaitu analog multiplexer dengan kontrol digital dan

memiliki 8 kanal dan 3 kontrol binner. Selain itu 4051 memiliki

impedansi yang rendah dan tingkat kebocoran kanal yang rendah.

Karena keluaran dari termokopel merupakan data analog dan

memiliki resolusi yang kecil maka penulis memilih menggunakan

multiplexer ini. Gambar dan konfigurasi penggunaan pin, Tabel

kebenaran (Truth Table) dan skema rangkaian multiplexer 4051

pada skripsi ini dijelaskan pada Tabel 3.2 , Tabel 3.3 , dan Gambar

3.5

19

Gambar 3.8 konfigurasi pin multiplexer 4051 [5]

Tabel 3.2 Konfigurasi pin multiplexer 4051

Pin Fungsi

1 Kanal masukkan / keluaran 4

2 Kanal masukkan / keluaran 6

3 Common masukkan / keluaran

4 Kanal masukkan / keluaran 7

5 Kanal masukkan / keluaran 5

6 Inhibit

7 VEE

8 VSS

9 Selektor 1 (A)

10 Selektor 2 (B)

11 Selektor 3 (C)

12 Kanal masukkan / keluaran 3

13 Kanal masukkan / keluaran 0

14 Kanal masukkan / keluaran 1

15 Kanal masukkan / keluaran 2

16 VDD

20

Tabel 3.3 Tabel kebenaran 4051

Kondisi Masukkan Kanal “On”

INHIBIT C B A

0 0 0 0 0

0 0 0 1 1

0 0 1 0 2

0 0 1 1 3

0 1 0 0 4

0 1 0 1 5

0 1 1 0 6

0 1 1 1 7

1 x x x Tidak Ada

Berdasarkan Tabel 3.3 dapat diketahui bahwa jika inhibit

harus berlogika “nol” agar kanal keluaran dapat terbuka dikarenakan

karakteristik dari 4051 yang apabila inhibit berlogika “satu” akan

menutup semua kanal keluaran.

Gambar 3.9 Skema rangkaian multiplexer 4051

21

4. Pengkondisi Sinyal Termokopel ( Thermocouple amplifier )

Kebanyakan sensor tidak bisa terhubung secara langsung

kedalam instrument yang melakukan record, monitor, atau proses.

Dikarenakan sinyal yang mungkin terlalu lemah ataupun terlalu kuat.

Oleh karena itu sinyal elektronik dari sensor memerlukan

pengkondisian terlebih dahulu sebelum masuk pada kontroler.

Pengkondisi sinyal yang digunakan pada skripsi ini menggunakan

AD595 karena termokopel yang digunakan adalah termokopel jenis

K.

Gambar 3.10 Pengkondisi sinyal AD595

AD595 adalah pengkondisi sinyal dari termokopel tipe K dan

memiliki kompensasi cold junction termokopel. AD595

menggabungkan titik referensi es dengan pengkondisi sinyal untuk

menghasilkan keluaran langsung dari sinyal termokopel sebesar

10mV / ° C. AD595 dapat diaktifkan dengan catu daya tunggal (V+)

dan dengan catu daya ganda (V+ dan V-), dengan menggunakan catu

daya ganda maka suhu di bawah 0 ° C dapat diukur.

Ada 2 jenis AD595 yaitu jenis C dan jenis A, Kedua jenis ini

memiliki akurasi kalibrasi ±1°C dan ±3°C dan keduanya dapat

digunakan dari 0°C sampai ±50°C (suhu IC).

22

Gambar 3.11 Konfigurasi pin AD595 [6]

Gambar 3.12 Skema rangkaian AD 595

23

5. LCD Grafik

LCD grafik berfungsi sebagai penampil data yang telah

diolah oleh mikrokontroler. Pada skripsi ini digunakan LCD grafik

128 x 64 dengan seri KS0108.

Gambar 3.13 LCD Grafik 128 x 64

LCD ini memiliki ukuran panjang 128 dot dan lebar 64 dot.

Sehingga gambar atau tulisan yang tertampil pada LCD ini

merupakan serangkaian titik titik yang membentuknya.

24

Tabel 3.4 Konfigurasi pin LCD Grafik [7]

Pin Simbol Fungsi

1 Vss Catu daya (GND)

2 Vdd Catu daya (+5V)

3 Vo Tegangan kontras adjustable

4 RS Register Select signal

5 R/W Data baca / tulis

6 E Sinyal enable

7 DB0

DATA BUS

8 DB1

9 DB2

10 DB3

11 DB4

12 DB5

13 DB6

14 DB7

15 CS1 Chip Select 1

16 CS2 Chip Select 2

17 /RST Reset

18 Vlcd Catu daya negatif

Pada Tabel 3.4 diperlihatkan konfigurasi pin LCD yang akan

dihubungkan dengan mikrokontroler, di mana di dalamnya terdapat

18 pin yang mempunyai fungsi masing-masing, yaitu :

1. Data Bus, adalah jalur data yang digunakan untuk

membaca data dari modul ke mikrokontroler atau

menulis data dari mikrokontroler ke modul.

2. E (Enable), adalah penanda untuk sinyal operasi awal

yang mampu mengaktifkan data tulis atau baca.

25

3. R/W (Read/Write), adalah penanda untuk sinyal pemilih

baca atau tulis, yang mana bila penyemat ini diberi

logika 1, modul akan melakukan operasi baca,

sebaliknya bila diberi logika 0 akan melakukan operasi

tulis. Pada aplikasi ini karena LCD digunakan sebagai

modul keluaran saja berarti hanya melakukan operasi

baca saja.

4. RS (Register Selection), adalah penanda untuk sinyal

pemilih fungsi register yang apabila diberikan logika 0,

register berfungsi sebagai register instruksi untuk operasi

tulis atau sebagai penanda sibuk, dan sebagai pencacah

alamat untuk operasi baca. Apabila diberi logika 1,

register berfungsi sebagai register data, baik untuk

operasi tulis ataupun baca.

5. Vo, adalah penanda untuk terminal catu daya untuk

pengendalian tampilan LCD, yaitu mengatur ketajaman

tampilan karakter pada layar.

6. VCC, adalah penanda untuk catu daya 5 volt.

7. VSS, adalah penanda grounding.

8. Vlcd, adalah penanda tegangan negatif pada lcd.

9. /RST, adalah penanda reset pada LCD.

10. CS1 dan CS2, adalah penanda chip select yang selalu

berlogika 1 untuk mengaktifkan LCD.

3.3. Perancangan Perangkat Lunak

Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perangkat lunak dari sistem alat yang

terdapat pada mikrokontroler dan perangkat lunak pada komputer. Alat ini

memiliki 2 mode yaitu tanpa pengiriman data dan dengan pengiriman data.

26

START

UKUR SUHU

TAMPILKAN LCD

END

BACA SELEKTOR MUX

3.3.1. Perangkat Lunak mikrokontroler

Perangkat Lunak mikrokontroler adalah perangkat lunak yang penulis

gunakan sebagai kontrol utama didalam mikrokontroler. Berfungsi untuk

mengolah data dari sensor sebelum dikirimkan kepada komputer.

Gambar 3.14 Diagram Alir Perangkat Lunak

Mikrokontroler

Pada saat sistem diaktifkan, maka mikrokontroler akan langsung

melakukan pembacaan masukkan dari sensor termokopel.Dalam pembacaan

suhu mikrokontroler melakukan pembacaan selektor multiplexer terlebih

dahulu agar sumber data ( kanal data ) dapat diketahui. Sehingga dalam

penampilan data dapat langsung dipisahkan tiap - tiap kanal. Setelah

pembacaan data maka mikrokontroler akan menampilkan suhu yang sudah

dipisahkan berdasarkan kanal masukkan sensor.

27

START

KIRIM DATA

SIMPAN DATA

END

TAMPILKAN DATA

CEK KONEKSI

YA

TIDAK

SIMPAN DATA

YA

TIDAK

3.3.2. Perangkat Lunak komputer

Perangkat Lunak komputer adalah perangkat lunak yang penulis

gunakan sebagai program penerima dan penyimpanan data. Berfungsi untuk

mengolah data dari mikrokontroler yang dikirimkan untuk disimpan

didalam memori penyimpanan komputer dan nantinya data tersebut dapat

diakses menggunakan perangkat lunak dari komputer (Microsoft Excel).

Gambar 3.15 Diagram Alir Perangkat Lunak

dikomputer

28

Pada saat program dijalankan maka akan dilaukan pemeriksaan koneksi

antara mikrokontroler dan komputer. Apabila komunikasi mikrokontroler

dan komputer belum terhubung maka program akan memberitahukan bahwa

belum ada hubungan komunikasi antara mikrokontroler dengan komputer

dan program akan berakhir.

Apabila komunikasi sudah terhubung maka program akan menerima

data yang dikirim oleh mikrokontroler.Setelah data diterima komputer akan

langsung menampilkan data yang dikirimkan oleh mikrokontroler.

Untuk penyimpanan data penulis menyediakan pilihan pada program,

jika pengguna menginginkan adanya penyimpanan data maka data akan

tersimpan secara langsung berdasarkan waktu penyimpanannya dalam satu

file dengan format “.csv” yang dapat diakses menggunakan Microsoft

Excel.