I. PENDAHULUAN

Industri-industri yang bergerak di bidang petrokimia,

minyak, dan gas membutuhkan pengendalian proses-proses

yang ada untuk mengoptimalkan output yang diinginkan.

Beberapa besaran penting yang menjadi salah satu parameter

penting di antaranya level cairan dalam tanki-tanki proses.

Tanki-tanki yang besar menjadi penghalang untuk

pendeteksian oleh user ketika terjadi kesalahan, oleh karena

itu user membutuhkan sistem monitoring tanki berbasis

komputer yang lebih mudah untuk dimonitor.

Untuk mengetahui ketinggian cairan dapat menggunakan

beberapa sensor, dalam hal ini penulis menggunakan sensor

resistivity-strip yang berubah nilai resistansinya seiring

perubahan ketinggian cairan.

Pengukuran digital saat ini banyak digunakan karena lebih

mudah untuk maintenance-nya dan juga lebih mudah

penggunaan oleh user itu sendiri. Mikrokontroler menjadi

salah satu chip yang sangat digemari baik di dunia

pendidikan, riset, maupun industri. Mikrokontroler memiliki

beberapa mode pin input dan output seperti ADC, serial

kominikasi, timer, dan counter.

ADC (Analog to Digital Converter) memiliki dua karakter

prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi. Kecepatan

sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal

analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang

waktu tertentu. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan

dalam sample per second (SPS). Resolusi ADC menentukan

ketelitian nilai hasil konversi ADC. Prinsip kerja ADC adalah

mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang

merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan

referensi. ADC pada mikrokontroler memiliki resolusi bit

dari 8 s.d. 12 bit dan AREF dapat diatur oleh user, sedangkan

AVCC sebesar 5 VDC.

USART merupakan komunikasi yang memiliki

fleksibilitas tinggi, yang dapat digunakan untuk melakukan

transfer data baik antar mikrokontroler maupun dengan

modul-modul eksternal termasuk PC yang memiliki fitur

USART. USART memungkinkan transmisi data baik secara

syncrhronous maupun asyncrhronous, sehingga dengan

memiliki USART pasti kompatibel dengan UART.

Pada ATMega 8535, secara umum pengaturan mode

syncrhronous maupun asyncrhronous adalah sama.

Perbedaannya hanyalah terletak pada sumber clock saja. Jika

pada mode asyncrhronous masing-masing peripheral

memiliki sumber clock sendiri, maka pada mode

syncrhronous hanya ada satu sumber clock yang digunakan

secara bersama-sama. Dengan demikian, secara hardware

untuk mode asyncrhronous hanya membutuhkan dua pin

yaitu TXD dan RXD, sedangkan untuk mode syncrhronous

harus tiga pin yaitu TXD, RXD dan XCK.

Baud rate komunikasi dapat diatur hingga 115200, akan

tetapi yang biasa digunakan sebesar 9600. Serial komunikasi

yang biasa digunakan yaitu 8 bit 1-stop no-parity.

Komunikasi mikrokontroler dapat diatur sesuai keinginan

user apakah hanya menjadi receiver, transmitter, ataupun

keduanya. Receiver, mikrokontroler menerima data dari PC

atau device lain, sedangkan transmitter mikrokontroler

mengirim data ke PC atau device lain.

Gambar 1. Resistivity-Strip Sensor

Sistem Monitoring Level Cairan dalam Tanki

Berbasis Mikrokontroler dan LabVIEW Abdurrahman Hawary

Departemen Fisika, Universitas Indonesia, Depok, Indonesia abdurrahman.hawary@ui.ac.id

Abstrak — Dunia industri sangat membutuhkan pengendalian proses yang berjalan di dalamnya. Seperti di industri pertrokimia, minyak,

dan gas banyak tanki-tanki besar yang menampung berbagai cairan-cairan tertentu. Proses pengendalian pun membutuhkan parameter-

parameter input yang ada di dalam tanki tersebut. Salah satu parameter penting yaitu level cairan dalam tanki. Tanki yang besar dan tidak

dapat langsung diketahui user, oleh karena itu dibutuhkan sistem monitoring level cairan secara visual. Salah satunya menggunakan prinsip

interfacing antara user dengan sistem monitoring level cairan tersebut. Dengan bantuan sensor level dan instrumentasi virtual maka

permasalahan tersebut dapat diatasi. Sistem monitoring level cairan dalam tanki ini menggunakan sensor resistivity-strip dengan perubahan

resistansi terhadap ketinggian dan akan dikonversi dan dikuatkan dengan rangkaian penguat menggunakan zero-span dengan mengatur batas

keluaran output tegangan sensor sebesar 0 s.d. 5 V sehingga dari perubahan parameter ketinggian dikonversi ke perubahan tegangan yang

dapat terbaca di ADC mikrokontroler ATMega 8535. Komunikasi mikrokontroler dengan PC menggunakan serial USART dengan mode

Asynchronous. Pada LabVIEW digunakan juga block VISA Serial Configuration untuk menerima dan kemudian membaca masukan dari

mikrokontroler. Mikrokontroler hanya mengambil data ADC dari tegangan keluaran sistem sensor level, sedangkan untuk penghitungan

konversi nilai ADC ke tegangan dan tegangan ke ketinggian cairan dilakukan di LabVIEW menggunakan block diagram tertentu.

Penghitungan menggunakan formula dengan persamaan linier yang diambil dari pengambilan data ketika proses kalibrasi sistem. Data

pengukuran akan divisualisasikan dalam indikator tanki di LabVIEW dan data pengukuran dapat disimpan dalam bentuk file Ms. Excel

“.xls”.

Kata Kunci — Monitoring Level Cairan, Interfacing, Resistivity-Strip, ADC, USART, ATMega 8535, LabVIEW

Gambar 2. Instrumentasi Amplifier dengan Zero-Span

LabVIEW adalah bahasa pemrograman komputer grafik

yang menggunakan ikon-ikon sebagai pengganti teks dalam

membuat aplikasi. LabVIEW merupakan pemrograman

aliran data di mana aliran data menentukan ekseskusi dari

program. Program LabVIEW disebut dengan Virtual

Instrument atau VI karena beberapa tampilan dan operasi

pada program LabVIEW menyerupai suatu instrumen seperti

osiloskop ataupun multimeter. Setiap VI menggunakan

fungsi-fungsi yang memanipulasi input dari user interface.

Pada LabVIEW juga dapat ditampilkan parameter input

berupa parameter control, sedangkan output berupa

parameter indikator. Grafik dan chart pada LabVIEW

digunakan untuk menampilkan plot data dalam bentuk grafik.

Grafik dan chart berbeda dalam menampilkan dan

memerbaharui data. VI dengan grafik selalu menampilkan

data dalam bentuk array dan memplot data dalam bentuk

grafik sama dengan spreadsheet. Sedangkan chart, data yang

baru langsung ditampilkan pada display.

Gambar 3. Komunikasi Serial menggunakan VISA Serial

Configuration

Gambar 4. Pembacaan nilai ADC dan Konversi String ke

Integer menggunakan VISA Read dan Scan from String

II. MATERIAL DAN METODE

Sistem monitoring level cairan dalam tanki ini

menggunakan sensor resistivity-strip yang menganalogikan

prinsip kerja buka-tutup resleting yang ketika bola penggerak

naik maka resletting hambatan akan berada pada kondisi

tertutup. Resistivity-strip ini nilai hambatannya akan berubah

seiring kenaikan posisi bola. Sensitivitas dari sensor

resistivity-strip ini adalah sebesar 0.034 kΩ/cm.

Rangkaian pengkonversi hambatan dari sensor resistivity-

strip menjadi tegangan yang dapat dibaca mikrokontroler

digunakan dan dihubungkan dengan rangkaian instrumentasi

amplifier. Rangkaian pengkonversi hambatan menjadi

tegangan adalah rangkaian pembagi tegangan yang

menggunakan Operational Amplifier (Op-Amp) TL084 dan

menggunakan sumber tegangan VCC sebesar +12 VDC. Arus

yang melalui sensor resistivity-strip ini adalah sebesar 0.080

mA. Dalam rangkaian pengkonversi hambatan ke tegangan

ini sensor resistivity-strip ini berfungsi sebagai rangkaian

pembagi teganan yang output tegangannya akan langsung

masuk salah satu kaki instrumentasi amplifer.

Rangkaian instrumentasi amplifier ini digunakan sebagai

penguat yang dapat diatur besar penguatannya. Pengaturan

zero-span sangat berguna pada sistem monitoring sensor ini.

Penulis menggunakan pengaturan zero (VR2) untuk

menentukan nilai tegangan yang dihasilkan rangkaian ketika

kondisi bola indikator berada di level cairan terbawah (posisi

awal “0”). Pada ketinggian awal nilai tegangan output dari

sistem sensor level tersebut adalah sebesar 0.026 V.

Sedangkan pengaturan span (VR1) digunakan untuk

menentukan besaran output penguatan yang diinginkan, akan

tetapi output tidak akan lebih besar daripada VCC yang

diberikan karena akan terjadi saturasi. Batas maksimal

tegangan output pada level maksimum adalah sekitar 5 V agar

sistem sensor level ini dapat membaca dengan range 0 s.d. 5

V agar dapat digunakan dalam pengkonversian nilai tegangan

ke nilai ADC pada pembacaan ADC di mikrokontroler.

Sebagai contoh pada ketinggian 56 cm nilai tegangan output

sistem sensor level adalah sebesar 4.493 V.

Dari data ketinggian dengan tegangan yang dihasilkan

sistem sensor didapatkan hubungan antara tegangan dengan

ketinggian cairan. Dengan y adalah tegangan (dalam Volt)

dan x adalah ketinggian (dalam cm) yaitu sebagai berikut.

003.0082.0 xy

Mikrokontroler akan membaca tegangan melalui PIN

ADC, dalam hal ini hanya digunakan PIN ADC.0. Mode yang

digunakan pada PIN ADC adalah ADC free running dengan

referensi tegangan dari tegangan AVCC sebesar 5 V.

Resolusi bit ADC mikrokontroler ATMega 8535 adalah 10

bit (1024) resolusi yang cukup tinggi dan tegangan terkecil

dapat terbaca sekitar 0.005 V.

Mikrokontroler akan mengirimkan data ke PC

menggunakan komunikasi serial USART dengan mode

asynchronous 8 bit 1-stop no-parity dengan baud rate 9600.

Komunikasi pada PC menggunakan LabVIEW dengan block

diagram VISA Serial Configuration yang sebelumnya

dilakukan pemilihan device komunikasi di Visa Source

Name. Data serial akan dibaca menggunakan block diagram

VISA Read yang menghasilkan nilai string data ADC.

Nilai string dari ADC akan discan ke integer menggunakan

block Scan from String. Setelah discan, nilai integer ADC

akan dikonversi ke tegangan melalui block Formula yang

berisi persamaan berikut ini.

5*)1024/(ADCVolt

Nilai tegangan ini juga akan ditampilkan dalam bentuk

numeric indikator dan waveform chart untuk melihat

perubahan data secara jelas.

Nilai tegangan yang didapat kemudian dikonversi lagi

menjadi data ketinggian dengan persamaan berikut ini.

0374.0)*469.12 VoltLevel

Persamaan ini didapat dari persamaan ketika kalibrasi sensor

level. Nilai ketinggian ini ditampilkan dalam bentuk numerik

indikator dan tank indikator agar didapat data yang jelas dan

divisualisasikan seperti kondisi real dalam tanki.

Data pengukuran tegangan sensor, ketinggian cairan, dan

iterasi data akan ditampilkan dalam format table pengukuran

menggunakan block build table dan table tersebut dapat

disimpan dalam bentuk file Ms. Excel.

III. HASIL

Pengukuran yang dilakukan oleh ADC mikrokontroler

tidak berbeda jauh (error kecil) dengan pengukuran yang

dilakukan dengan menggunakan multimeter. ADC 10 bit

sangat baik untuk resolusi sehingga data yang didapatkan

lebih detail. Komunikasi menggunakan USART cukup baik

dan harus dipastikan driver downloader kompatibel serta

driver serial dengan LabVIEW harus sudah terinstall. Data

yang ditampilkan pada indikator, chart maupun table sama.

Visualisasi kondisi tanki dengan menggunakan block tank

indikator sangat baik.

Gambar 5. Penghitungan dan indikator pada LabVIEW

(Konversi ADC ke Tegangan dan Tegangan ke Level)

Gambar 6. Penyimpanan data ke Ms. Excel

IV. PEMBAHASAN

Error pada pengukuran tegangan sensor didapatkan pada

proses kalibrasi tegangan terhadap sensor, pengukuran

ketinggian tidak terlalu presisi sehingga menimbulkan error.

Pada proses kalibrasi, air di dalam tanki tidak tenang (datar)

sehingga untuk mengukur tegangan dari sistem sensor level

sedikit lebih susah karena tegangan terus berubah-ubah

sehingga dipilih tegangan tertinggi yang muncul selama

pengukuran beberapa detik untuk ketinggian yang sama.

Untuk konversi data tegangan ke nilai ADC sangat baik

dan dengan resolusi ADC yang cukup (10 bit) data tegangan

yang terbaca semakin jelas sehingga berdampak pada

konversi data dari tegangan ke ketinggian cairan.

Karena proses penghitungan terjadi di LabVIEW,

mikrokontroler hanya mengakuisisi data ADC saja, error

yang ditimbulkan oleh kesalahan penghitungan sangat sedikit

dan dapat ditoleransi.

V. KESIMPULAN

Sistem monitoring level cairan dalam tanki dapat dibuat

dengan menggunakan perangkat keras dan lunak seperti

resistivity-strip sensor, instrumentasi amplifier,

mikrokontroler ATMega 8535, dan LabVIEW.

Mikrokontroler membaca nilai tegangan dari sensor melalui

PIN ADC dengan resolusi 10 bit dan berkomunikasi dengan

PC (LabVIEW) melalui komunikasi serial (VISA Serial

Configuration pada LabVIEW). Tampilan indikator tanki,

indikator numeric, table, dan chart memudahkan user dalam

proses interface dengan sistem.

REFERENSI

[1] Derenzo S., Practical Interfacing in The Laboratory, New York: Cambridge University Press, 2003.

[2] Jerome J., Virtual Instrumentation Using LabVIEW, New Delhi: PHI

Learning Private Limited, 2010.

[3] Resistivity-strip, “Metritape”. 28 Dec. 2014.

< http://www.jowa-usa.com/Metritape>

[4] “ATMega 8535 data sheet,” ATMEL [5] Serial communication using AVR Microcontroller USART. 28 Dec

2014.

<http://www.engineersgarage.com/embedded/avr-microcontroller-projects/serial-communication-atmega16-usart>

Abdurrahman Hawary adalah seorang

mahasiswa Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam jurusan Fisika

dengan mengambil konsentrasi Sistem

dan Instrumentasi Fisika Universitas

Indonesia. Hawary lahir di Depok

tanggal 27 Juli tahun 1993.