Tugas Akhir
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN
THERMOMETER DIGITAL
BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
OLEH :
PUTU SEPTIANI UTAMI DEWI
0605031063
JURUSAN TEKNIK ELEKTRONIKA
FAKULTAS TEKNIK DAN KEJURUAN
UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA
2010
UN
IVER
SITAS PENDIDIKAN GANESH
A
UNDIKSHA
DEPA
RTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
BAB III
METODELOGI PENELITIAN
3.1 Rancangan Penelitian
Rancangan penelitian berkaitan dengan hal-hal yang mengarah pada
proses pembuatan alat-alat yang akan dirancang.
START
Perancangan Rangkaian dan penentuan komponensensor suhu dan op-apm
Pengecekan rangkaian
Tegangan output op-ampberbanding lurus dengan
suhu plant ?
Perancangan Rangkaian ADC 0804
Pembuatan Rangkaian sensor dan Op-amp pdPCB
Pembuatan Rangkaian ADC pd PCB
Pengecekan rangkaian
Rangkaian ADC sudah berhasilmengubah data desimal menjadi data
biner?
Pengambilan data biner (output sensor)
A
A
Perancangan dan Pembuatan Program
Pengujian Program
Tampilan Seven Segmen tidak ada yangcacat dan mendekati nilai thermometer
yang sudah ada?
Pembuatan Jalur rangkaian keseluruhan pd PCB
Perakitan pd papan PCB
Pengujian Rangkaiankeseluruhan
Seluruh blokrangkaian bekerja
dengan baik?
Pengambilan data alat
Analisa Data
Pembuatan Laporan
Selesai
PerbaikanRangkaian
PerbaikanRangkaian
AnalisaJalur PCB
PerbaikanProgram
Y
Y
Y
Y
N
N
N
N
Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Tugas Akhir
Adapun rancangan penelitian dalam Tugas Akhir ini terdiri dari 3 hal
utama yaitu perancangan sistem, perancangan hadware, dan perancangan
software.
3.1.1 Perancangan Sistem
Adapun perancangan sistem Tugas Akhir ini sesuai dengan gambar
diagram blok dibawah ini.
Gambar 3.2 Diagram Blok Perancangan Sistem
Plant yang ingin diketahui suhunya didekatkan ke sensor, dioda
IN4148 yang digunakan sebagai sensor suhu kemudian sensor akan
mendeteksi suhu plant tersebut, output sensor berupa tegangan. Output
sensor akan berbanding terbalik dengan suhu plant, bilamana suhu plant naik
maka nilai output sensor akan turun, begitu pula sebaliknya, bila suhu plant
turun, maka nilai output sensor akan naik. Nilai output sensor yang sangat
kecil harus dikuatkan oleh pengkondisi sinyal. Output dari pengkondisi
sinyal yang masih berupa data analog selanjutnya akan diterjemahkan
menjadi data digital oleh ADC, kemudian output ADC yang sudah berupa
data digital akan diproses oleh mikrokontroler yang selanjutnya akan
ditampilkan pada seven segment.
3.1.2 Perancangan Hardware
Perancangan Hardware Tugas Akhir ini meliputi blok-blok sebagai
berikut:
1. Sensor Suhu dan Op-amp
Gambar 3.3 menunjukkan gambar rangkaian sensor suhu dan
pengkondisi sinyal. Dioda IN4148 digunakan sebagai sensor
suhu, IC yang digunakan untuk pengkondisi sinyal adalah
LM324, dengan 4 gerbang penguatan, yakni A1, A2, A3, dan A4
seperti gambar 3.3.
Gambar 3.3 Sensor Suhu dan Op-amp
Pada rangkaian ini diinginkan tegangan yang masuk ke pin + A3
adalah 2,5 volt, input IC LM324 adalah 5 volt, sehingga
dibutuhkan pembagi tegangan. Berlaku rumus :
÷ø
öçè
æ+
=RR
RVsV21
1
Didapat nilai R1 dan R2 adalah 10KΩ, agar kondisi tegangan
2,5volt tersebut mendekati kondisi ideal maka tegangan tersebut
akan melewati op-amp 1 terlebih dahulu, seperti gambar 3.4.
Fungsi op-amp 1 adalah sebagai buffer, dimana Vo ≈ Vin, namun
arus input lebih kecil dari pada arus output. Hal ini membuat
tegangan output akan mendekati ideal.
Gambar 3.4 Pembagi Tegangan dan Buffer
Output A1 selanjutnya akan menjadi input (+) pada A2.Op-amp2
merupakan modifikasi dari rangkaian sumber arus konstan,
gambar 3.5 dibawah ini menunjukkan gambar sumber arus
konstan .
Gambar 3.5 Rangkaian Sumber Arus Konstan
RVI
in
inRin =
Dimana If =Irin, selama tegangan input tetap konstan maka arus
input atau arus referensi juga akan tetap konstan. Jika tahanan Rf
diganti dengan dioda (gambar 3.6), maka arus yang mengalir
pada dioda adalah:
RVI
in
inD = VVV inDout +=
Gambar 3.6 Modifikasi Rangkaian Sumber Arus Konstan
Tegangan diode saat berada pada suhu ruangan sebesar 0,57 V
maka keluaran op-amp ini adalah:
Vout = Vin + Vdiode
Vout = 2,5 V + 0,57 V
Vout = 3,07 V
Selanjutnya output op-amp2 akan menjadi input (-) pada op-
amp3 merupakan rangkaian penguat selisih, adapun rumus yang
berlaku di penguat selisih yakni:
Dimana R1 = R2 dan R3 = R4 ,diinginkan bahwa pada saat suhu
ruangan, tegangan output Op-amp 3 berkisar antara 0,3 volt.
Sedangkan saat suhu ruangan Vout A2 sebesar 3,07 volt.
Sehingga didapat nilai-nilai sebagai berikut:
( )RRVVV out
2
421-=
( )WW
-=kk
V105607,33,0 2
voltV 01,32 =
Hal tersebut diatas dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.7 Rangkaian Penguat Selisih
Op-amp4 berfungsi sebagai penguat tak pembalik sederhana
(buffer) maka outputnya akan sama dengan nilai input dari op-
amp3 yaitu 0.32 volt saat sensor berada pada suhu ruangan.
Nilai output akhir dari op-amp masih berupa besaran analog,
sedangkan mikrokontroler hanya dapat memproses data digital,
sehingga diperlukan ADC (Analog to Digital Converter).
2. ADC (Analog to Digital Converter)
ADC0804 dioperasikan pada mode hand shaking. Thermometer
digital yang dibuat memiliki rentang suhu 0ºC sampai dengan
100ºC. Saat suhu ruangan, output sensor berkisar antara 0,30volt-
0,33volt, sedangkan saat suhu mencapai 100ºC, output sensor
akan bernilai 1volt. Agar pembacaan ADC lebih teliti, maka nilai
Vref haruslah setengah dari nilai inputan tertinggi.
VV inref 21
=
voltxV ref 121
=
voltV ref 5,0=
Gambar 3.8 Rangkaian ADC 0804 Mode Hand Shaking
Output dari ADC selanjutnya akan diproses oleh mikrokontroler
AT89S51 dan nilai suhu yang terukur akan tampil pada seven
segment.
3. Perancangan Rangkaian Penampil Suhu (Seven segment)
IC BCD to seven segment digunakan untuk menentukan angka
yang tampil pada seven segment. IC ini berfungsi mengubah data
biner menjadi tampilan pada seven segment. Gambar 3.9
menunjukkan rangkaian seven segment dengan IC 7447.
Gambar 3.9 Rangkaian Seven segment dengan IC 7447
Dari gambar 3.9 diatas dapat dilihat bahwa P1.1 sampai dengan
P1.3 digunakan untuk memberikan cacahan pada IC 7447.
Sedangkan P1.4 sampai dengan P1.6 digunakan untuk
menscanning transistor, dimana transistor ini difungsikan sebagai
saklar untuk memberika Vcc pada masing-masing segmen.
Adapun fungsi dari IC 7447 adalah sebagai decorder input,
dimana input yang berupa 4bit BCD di decorder menjadi seven
segment BCD.
Tabel 3.1 Tabel kebenaran IC 7447
Input 7447 Output 7447Heksa
A B C D a b c d e f g
0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0
1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0
2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1
3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1
4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1
5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1
6 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0
7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0
8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
9 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1
A 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1
B 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1
C 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1
D 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1
E 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1
F 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1
4. Perancangan Modul Penanam Mikrokontroler AT89S51
Gambar 3.10 Rangkaian Modul Penanaman Mikrokontroler
Downloader ini berfungsi untuk menanamkan program pada
mikrokontroler AT89S51, konektor yang digunakan untuk
menanam program adalah konektor DB25 Female (on board).
Sedangkan untuk software yang digunakan untuk mengcompailer
program adalah ASM51 dan untuk menanam programnya
menggunakan software downloader 89Sxx programmer.exe.
3.1.3 Perancangan Software
1. Program ADC Hand Shaking
Adapun alur pemrograman ADC hand shaking dapat dilihat pada
gambar di bawah.
Gambar 3.11 Alur Pemrograman ADC hand shaking
Sedangkan flowchart program ADC hand shaking dapat dilihat
pada gambar 3.12 d bawah ini.
Start
InisialisasiADC CS bit P0.7ADC RD bit P0.6ADC WR bit P0.5ADC INT bit P0.4
ADC CS = 0
A B
Gambar 3.12 Flowchart ADC Hand Shaking
Agar ADC dapat bekerja, CS harus berlogika ‘0’. Ketika WR
berlogika ‘0’, register SAR akan direset, sedangkan ketika sinyal
WR kembali ‘1’, maka proses konversi segera dimulai. Selama
konversi sedang berlangsung, sinyal INTR akan tidak aktif
(berlogika ‘1’), saat konversi selesai ditandai dengan aktifnya
sinyal INTR (logika ‘0’). Ketika sinyal RD dikirimkan data
berlogika ‘0’ maka data hasil konversi akan dikeluarkan. Setelah
proses konversi selesai data hasil konversi disimpan pada
accumulator, begitu seterusnya. Perancangan untuk Tugas Akhir
ini menggunakan mode hand-shaking . Mode ini dipilih karena
akan ada tampilan suhu yang harus dapat dilihat oleh pemakai
alat, sehingga waktu konversi ADC dapat diatur.
2. Program Tampilan
Data hasil konversi yang tersimpan di accumulator akan
dipanggil kembali untuk selanjutnya diproses agar bisa
ditampilkan pada seven segment.
Adapun alur pemrograman agar seven segment dapat
menampilkan nilai suhu yang terukur seperti gambar dibawah ini.
Aktifkan satu segmen
Kirim data
Semua segmensudah aktif?
Start
A B
Gambar 3.13 Alur Pemrograman ADC hand shaking
Proses pengolahan data ini menggunakan system scaning,
gambar 3.12 menunjukkan flowchart program penampil.
START
a← P.3
b = 28
X
a = a/b
X
r1 ← b
orl a, #40h
P.1 ← a
Call tunda
a ← r1 a
b = 3
a = a/b
r1 ← b
orl a,#20h
P.1 ← a
Call tunda
a ← r1
a = a + 1
b = 3
a = a x b
P.1 ← a
Orl a,#10h
Y
Y
STOP
Call tunda
Gambar 3.14 flowchart program penampil
3.2 Lokasi Perancangan
Adapun beberapa tempat penelitian dilakukan yakni, di Lab 1 dan
Workshop 1 Jurusan Teknik Elektro, Kampus Tengah. Di Jln. Sudirman No.43
Singaraja dan di Jln. Bisma Gg Nusa Indah.
3.3 Subyek Penelitian
Subyek penelitian dalam pembuatan Tugas Akhir ini adalah berupa alat
penampil suhu (thermometer) digital berbasis mikrokontroler AT89S51 yang
digunakan untuk mengukur suhu suatu objek.
3.4 Pengumpulan Data
3.4.1 Langkah-langkah Pengujian
Adapun beberapa langkah yang dilakukan untung pengujian dan
pengambilan data alat adalah sebagai berikut:
1. Pengujian rangkaian sensor
a. Mendekatkan sensor ke beberapa obyek yang
mengeluarkan panas.
b. Mengukur tegangan yang dihasilkan op-amp dan mencatat
keluaran sensor.
2. Pengujian rangkaian ADC
a. Menghubungkan rangkaian ADC dengan mikrokontroler
dan menampilkan pada led, sehingga output biner dari
sensor dapat diketahui.
b. Mengamati dan mencatat nilai biner.
3. Pembuatan box untuk pengambilan data
Untuk memudahkan pengambilan data, dibuat box dengan
ukuran 40cm x 30cm x 25cm. Dimana didalam box dipasang 3
buah lampu 60watt, kemudian tegangan lampu tersebut akan
diatur dengan auto trafo agar didapat suatu panas tertentu.
4. Pengujian tampilan
a. Meletakkan sensor, thermometer digital dan thermometer
analog pada satu ruangan berisi lampu, kemudian
mengubah-ubah tegangan ke lampu dengan menggunakan
auto trafo.
b. Mengamati seven segment, membandingkan tampilan
seven segment dengan thermometer digital dan analog
kemudian mencatat data hasil pengamatan.
3.4.2 Instrumen Penelitian
Adapun beberapa instrument yang digunakan dalam pengumpulan data
ini antara lain:
1. Voltmeter Digital
Voltmeter digital digunakan untuk mengukur output op-amp
agar memperoleh suatu nilai yang pasti. Voltmeter digital dapat dilihat
pada gambar 3.15 dibawah ini.
Gambar 3.15 Voltmeter Digital
2. Thermometer Digital
Thermometer Digital digunakan untuk membandingkan data
keluaran seven segment. Thermometer ini memiliki rentang suhu dari
-10°C sampai dengan 70°C dan memiliki delay penampil selama
8detik
Gambar 3.16 Thermometer Digital
3. Thermometer Analog
Agar data yang didapatkan lebih akurat, digunakan juga
thermometer analog sebagai pembanding. Thermometer ini memiliki
rentang suhu dari -10°C sampai dengan 100°C
Gambar 3.17 Thermometer Analog
4. Watt meter
Watt meter digunakan untuk mengukur tegagan output auto trafo,
dimana auto trafo digunakan untuk meberi masukan variable pada
lampu yang digunakan untuk mengambil data.
Gambar 3.18 Wattmeter
3.4.3 Data Hasil Pengamatan
Adapun beberapa data hasil pengamatan, antara lain:
1. Data Tegangan Sensor dan Output Biner ADC
Tabel 3.2 Data Biner Sensor
No Tegangan Sensor(volt) Biner
1 0,35 0 1 0 1 1 0 1 02 0,36 0 1 0 1 1 1 1 03 0,37 0 1 0 1 1 1 1 14 0,38 0 1 1 0 0 0 1 05 0,39 0 1 1 0 0 1 0 06 0,40 0 1 1 0 1 0 0 07 0,41 0 1 1 0 1 0 0 18 0,42 0 1 1 0 1 1 0 09 0,43 0 1 1 0 1 1 1 010 0,44 0 1 1 1 0 0 0 111 0,45 0 1 1 1 0 1 0 012 0,46 0 1 1 1 0 1 1 113 0,47 0 1 1 1 1 0 1 114 0,48 0 1 1 1 1 1 0 115 0,49 0 1 1 1 1 1 1 116 0,50 1 0 0 0 0 0 0 0
17 0,51 1 0 0 0 0 0 1 018 0,52 1 0 0 0 0 1 0 119 0,53 1 0 0 0 0 1 1 120 0,54 1 0 0 0 1 0 1 0
3.5 Analisis Data
Dalam analisa data dibutuhkan data-data yang akurat untuk mendukung
kinerja alat yang dibuat dan membandingkannya dengan data istrumen
sebelumnya, sehingga bisa diketahui kesalahan-kesalahan dan kekurangan yang
ada pada alat.
Top Related