1. Perancangan Heater sebagai Pemanas
Ruangan Menggunakan Sensor Jarak Ping
Parallax dan Sensor Suhu LM 35
Laporan Tugas
Mata Kuliah Komponen Sistem Kontrol
oleh
Oka D. Saputra
L2F008146
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG, 2011
i
2. KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, Segala puji hanya bagi Allah Subhànahu wa Ta’ala, atas segala
limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan
“Perancangan Heater sebagai Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Jarak
Ping Parallax dan Sensor Suhu LM 35 ”.
Dalam pembuatan dan penyusunan laporan Tugas Akhir, penyusun juga
banyak mendapatkan bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Atas kelancaran
selama pelaksanaan Tugas Akhir dan penyusunan laporan ini, maka penyusun
mengucapkan banyak terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Sudjadi, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Diponegoro
2. Bapak Sumardi S.T., M.T. selaku dosen mata kuliah Komponen Sistem Kontrol
yang mengarahkan penulis dalam pembuatan Tugas Akhir ini
3. Keluargaku tercinta atas segala bentuk dorongan semangat dan dukungannya.
4. Saudara Fairus yang membimbing penulis sehingga tugas akhir ini dapat
terselesaikan.
5. teman-teman yang mengikuti kuliah Komponen Sistem Kontrol.
6. Serta semua pihak yang tidak dapat penyusun sebutkan satu-persatu.
Penyusun menyadari bahwa masih terdapat beberapa kekurangan dalam
laporan Tugas Akhir ini. Kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penyusun
harapkan dari semua pihak, sebagai pengalaman dan tambahan pengetahuan bagi
penyusun.
Akhir kata semoga karya ini tidak menjadi yang pertama sekaligus yang
terakhir dan semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa Teknik Elektro
Universitas Diponegoro pada khususnya dan masyarakat pada umumnya.
Semarang, Desember 2011
Penyusun
ii
3. Abstrak
Banyak Aplikasi yang dapat kita terapkan ketika kita membahas tentang
sistem kontrol. Salah satunya pemanfaatan kemajuan teknologi sensor seperti sensor
jarak ping produksi Parallax, sensor suhu LM 35 dari National Semiconductor dan
juga actuator Heater (dalam hal ini solder) untuk pengendalian suhu ruangan yang
terlalu dingin. Tujuan dari paper ini adalah merancang dan membuat alat yang
dapat mengontrol suhu ruangan dan mendeteksi ada tidaknya pengguna didalam
ruangan tersebut. Dalam perancangan alat, ada beberapa elemen yang menjadi
parameter sebagai inputan agar heater aktif, dalam simulasi ini digunakan sebagai
jarak terdekat antara pengguna ruangan dengan heater adalah 20 cm sedangkan
untuk jarak terjauh adalah 120 cm sedangkan untuk suhu terpanas yang menjadikan
heater off adalah 33ºC.
Keywords — Sensor Ping, Sensor LM35, Heater
iii
4. DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ……………………………………………………… i
KATA PENGANTAR …………………… ………………………………. ii
ABSTRAK …………………………………………………….................... iii
DAFTAR ISI ……………………………………………………………… iv
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………. v
DAFTAR TABEL …………………………………………………………. v
BAB I PENDAHULUAN ………………………………………………. 1
1.1 Latar Belakang …………………………………..………..... 1
1.2 Tujuan Tugas Akhir ……………………………………….. 1
1.3 Pembatasan Masalah …….………………………………..... 1
1.4 Sistematika Penulisan ……………………………………..... 2
BAB II DASAR TEORI ……….…………………………..…………….. 3
2.1 Sensor Ping……………………..…………………………… 3
2.2 Sensor LM 35………………………………………………. 4
2.3 Mikrokontroller ATMEGA 128 .……………………………. 5
2.4 LCD ………………………………………………………. 5
2.5 LED…….. .…………………………….…………………… 6
2.6 MOC 3021………………………………………………….. 7
2.7 Triac………………………………………………………… 7
2.8 Solder………………………………………………………. 7
BAB III PERANCANGAN ALAT ……………………………..……….. 8
3.1 Perancangan Perangkat Keras …………………….……..… 8
3.2 Perancangan Perangkat Lunak ……………………………… 9
BAB IV PENJELASAN SOURCE CODE DAN PENGUJIAN ALAT ….... 11
4.1 Penjelasan Source Code….. ………………………………… 11
4.2 Pengujian Alat ………………………….…………………… 12
BAB V PENUTUP …………………………………………………………. 14
DAFTAR PUSTAKA
iv
5. DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sensor PING Ultrasonik Range Finder ...................................... 3
Gambar 2.2 Sensor PING Ultrasonik Range Finder timing diagram............. 3
Gambar 2.3 Ilustrasi Sensor Ping .................................................................. 4
Gambar 2.4 Sensor LM35 dan Konfigurasi PIN ........................................... 4
Gambar 2.5 Konfigurasi Pin Atmega 128...................................................... 5
Gambar 2.6 Konfigurasi pin LCD. ................................................................ 6
Gambar 2.7 Simbol LED. .............................................................................. 6
Gambar 2.8 Konfigurasi MOC 3021………………………………………..7
Gambar 2.9 Rangkaian Ekuivalen Triac. ...................................................... .7
Gambar 2.10 Solder ………………………………………………………...7
Gambar 3.1 Blok diagram hardware .............................................................. 8
Gambar 3.2 FSM sistem ................................................................................ 9
Gambar 4.1 saat state Off ............................................................................ 12
Gambar 4.2 saat state Heater On suhu 29ºC dan jarak 20 cm .................... 12
Gambar 4.3 state Heater standBy suhu 35ºC dan jarak 20,70 cm ............... 12
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Perbandingan Pengukuran Sensor Ping dan Penggaris................ 13
v
6. BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada Akhir-akhir ini teknik kontrol telah menjadi bagian yang sangat penting
dalam kehidupan manusia. Dengan semakin tingginya tingkat kebutuhan maka untuk
memenuhi kebutuhan tersebut dibutuhkan suatu perancangan sistem yang mampu
berjalan secara otomatis. Pada peper ini dilakukan perancangan control suhu ruangan
yang terlalu dingin menggunakan sensor jarak dan sensor suhu. Tujuan dari paper ini
adalah merancang dan membuat alat yang dapat mengontrol suhu ruangan dan
mendeteksi ada tidaknya pengguna didalam ruangan tersebut.
Smart Heater adalah suatu alat yang dapat digunakan sebagai pemanas
ruangan dan juga mendekteksi adanya pengguna dari pemanas ruangan tersebut.
Kontrol On Off adalah suatu metode yang mudah dan tepat untuk pengontrolan alat
ini dengan hanya menggunakan dua logika yaitu logika HIGH (1) dan logika
LOW(0).
1.2 Tujuan
1. Merancang Smart Heater yang dapat bekerja sesuai dengan algoritma yang
telah dirancang.
2. Mengetahui Prinsip Kerja sistem control khususnya control On-Off,
3. Memenuhi tugas Komponen Sistem Kontrol yang diajarkan di Jurusan
Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam pembuatan tugas akhir ini penulis membatasi permasalahan sebagai
berikut :
1. Sistem Kontrol yang digunakan merupakan kontrol On-Off
2. Sensor yang digunakan adalah sensor ultrasonik yang diproduksi oleh Parallax (
Sensor PING Ultrasonik Range Finder).
1
7. 2
3. Range pendeteksian antara 3 cm – 300 cm.
4. Tugas akhir ini tidak membahas mengenai arsitektur mikrokontroller
5. Mikrokontroler yang digunakan adalah ATMega128.
1.4 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dalam laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan
masalah dan sistematika penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Berisi tentang teori-teori yang mendukung dalam perancangan tugas
akhir ini, yaitu tentang mikrokontroler atmega128, sensor ping,
sensor LM35, LCD, MOC3021, Triac BT139.
BAB III PERANCANGAN
Berisi tentang perancangan perangkat lunak (software) dan
perangkat keras (hardware) dari sistem yang digunakan pada Smart
Heater dan indikator led.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA
Berisi tentang pengujian dan analisa terhadap perangkat lunak dan
perangkat keras yang telah dibuat serta pengujian sistem secara
keseluruhan.
BAB V PENUTUP
Berisi kesimpulan dan saran.
8. 3
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Sensor Ping
Sensor yang digunakan pada pembuatan tugas Komponen ini merupakan
[1]
sebuah sensor ultrasonik buatan Parallax ( Sensor PING Ultrasonik Range Finder).
Rangkaian lengkap sensor ditunjukkan pada Gambar 2.1
Gambar 2.1 Sensor PING Ultrasonik Range Finder.
Sensor PING ini secara khusus didesain untuk dapat mengukur jarak sebuah benda
padat (solid).Range jarak yang mampu diukur oleh sensor PING adalah 3 cm sampai
dengan 300 cm. Sensor PING mendeteksi jarak objek dengan cara memancarkan
gelombang ultrasonik (>20kHz) selama waktu pemancaran kemudian mendeteksi
pantulannya.
Gambar 2.2 Sensor PING Ultrasonik Range Finder timing diagram.
3
9. 4
Sensor PING memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan pulsa trigger dari
mikrokontroler sebagai pengendali.Gambar 2 menunjukkan timing diagram dari
Sensor PING. Lebar pulsa high (tIN) akan sesuai dengan lama waktu tempuh
gelombang ultrasonik untuk 2x jarak ukur dengan objek seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 3, maka jarak yang diukur dapat dirumuskan sebagai berikut :
t IN sx344m / s
meter
Jarak= 2
Gambar 2.3 Ilustrasi cara kerja sensor PING
2.2 Sensor LM 35
Salah satu sensor suhu adalah sensor LM35 [2]. Berikut gambar sensor LM35.
Gambar 2.4 Sensor LM35 dan Konfigurasi PIN
Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk
mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu
LM35 yang dipakai dalam paper ini berupa komponen elektronika elektronika yang
diproduksi oleh National Semiconductor. Secara prinsip sensor akan melakukan
penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan perubahan
tegangan sebesar 10 mV.
10. 5
2.3 Mikrokontroller ATMEGA 128
Berikut ini konfigurasi Pin pada Atmega 128.
Gambar 2.5 Konfigurasi Pin Atmega 128
Mikrokontroler ATMEGA128 termasuk dalam mikrokontroler keluarga AVR.
Dengan fitur-fitur eksternal clock sampai 16 MHz, 53 Pin/Port yang bias digunakan
sebagai I/O dan beberapa fungsi khusus seperti pada port F dilengkapi dengan ACD,
timer 8 dan 16 bit dan lain sebagainya.
2.4 LCD
Modul LCD (Liquid Crystal Display) adalah salah satu alat yang digunakan
sebagai tampilan. Pada dasarnya sistem pengaturan LCD memiliki standar yang sama
walaupun sangat banyak macamnya baik ditinjau dariperusahaan pembuat maupun
dari ukurannya.
LCD yang digunakan merupakan modul dot-matrix tampilan kristal cair
(LCD) dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya rendah. Modul LCD ini
telah dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan
11. 6
LCD, berfungsi sebagai pengatur (system controller) dan penghasil karakter
(character generator).
Konfigurasi pin dari LCD ditunjukkan pada Gambar 2.6
Gambar 2.6 Konfigurasi pin LCD
Modul LCD memiliki karakteristik sebagai berikut:
• Terdapat 16 x 2 karakter huruf yang bisa ditampilkan.
• Setiap huruf terdiri dari 5x7 dot-matrix cursor.
• Terdapat 192 macam karakter.
• Terdapat 80 x 8 bit display RAM (maksimal 80 karakter).
• Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dengan 4 bit.
• Dibangun dengan osilator lokal.
• Satu sumber tegangan 5 volt.
• Otomatis reset saat tegangan dihidupkan.
• Bekerja pada suhu 0 0C sampai 55 0C.
2.5 LED
LED (Light Emitting Diode) atau dioda pancaran cahaya adalah suatu bahan
padat sejenis dioda yang mengkonversi arus listrik menjadi cahaya. Dalam
penggunannya digunakan sebagai penanda berupa nyala lampu pijar. Strukturnya
juga sama dengan dioda, elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan
energi berupa energi panas dan energi cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada
semikonduktor, doping yang dipakai adalah gallium, arsenic, dan phosporus. Jenis
doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.
Gambar 2.7 Simbol LED
12. 7
2.6 MOC 3021
Fungsi dari MOC ini adalah sebagai isolator agar bagian DC yang ada pada
kontrol mikrokontroller tidak langsung terhubung dengan bagian AC yang ada pada
triac. Berikut gambar konfigurasi MOC 3021
Gambar 2.8 Konfigurasi MOC 3021
2.7 TRIAC
Untuk pengontrolan pada tegangan AC, umumnya digunakan bidirectional
triode thyristor atau dikenal dengan triac. Triac dapat bersifat konduktif dalam dua
arah. Dalam hal ini dapat dianggap sebagai dua buah tryristor tersambung secara
antiparallel dengan koneksi gerbang seperti gambar berikut[3].
Gambar 2.9 Rangkaian Ekuivalen Triac
2.8 Solder
Pada perancangan ini untuk mengambarkan sebuah element pemanas
menggunakan solder. Dalam perancangan sistem panas dari solder inilah yang akan
di kontrol.
Gambar 2.10 Solder
13. 8
BAB III
PERANCANGAN
3.1 Perancangan Perangkat Keras
Perangkat keras dari sistem yang akan dibangun meliputi sistem minimum
mikrokontroler ATMEGA 128, Push Button, LCD, Power Supply AC dan DC,
Indikator LED, Sensor LM 35, Sensor jarak Ping, Triac BT 139, MOC 3021 dan
Heater. Berikut blok digram dari koneksi komponen tersebut
Gambar 3.1 Blok diagram hardware
Tiap-tiap bagian dari diagram blok sistem dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Atmega 128 berfungsi sebagai otak dari alat.
2. Sensor Ping berfungsi sebagai masukan data untuk mengetahui adanya
pengguna atau tidak.
3. Sensor LM35 berfungsi untuk mengukur nilai suhu dari heater.
4. Regulator
a. 220 volt AC berfungsi sebagai tegangan masukkan heater
b. 5 volt DC volt berfungsi sebagai supply mikro dan sensor-sensor
5. LCD berfunsi sebagai tampilan untuk state sistem
8
14. 9
6. Push Button berfungsi sebagai inputan untuk menyala dan mematikan sistem
7. MOC 3021 berfungsi sebagai isolator untuk mengamankan antara arus AC
dan DC.
8. LED berfungsi sebagai indicator nyala heater.
9. Triac berfungsi sebagai pengontrol nyala dan matinya heater.
3.2 Perancangan Perangkat Lunak
Bahasa pemrograman yang digunakan dalam pembuatan perangkat lunak
menggunakan bahasa C untuk proses pengontrolan melalui AVR ATmega 128
dengan bantuan software CVAVR. Dalam perancangan Software menggunakan
metode Finite State Machine, metode ini dipilih karena lebih mudah dalam
implementasi ke source code. Berikut FSM sistem yang dirancang.
Gambar 3.2 FSM sistem
Berikut cara kerja dari sistem Heater pemanas ruangan
1. Heater dinyalakan menggunakan tombol.
2. Apabila penggunakan yang menyalakan sistem terdeksi berada didalam ruangan
(asumsi jarak terdekat 20cm dan jarak terjauh 120 cm dari heater) maka sistem
pemanas dan lampu LED indicator akan menyala.
15. 10
3. Apabila pengguna berada pada jarak kurang dari 20 cm maka heater akan mati
dan sistem akan menyala secara otomatis apabila pengguna terdeteksi berada
pada jarak lebih dari 20 cm.
4. Apabila pengguna berada pada jarak lebih dari 120 cm dan selama 3 detik tidak
kembali kedalam jarak tersebut maka sistem akan mati secara otomatis
5. Apabila suhu ruangan lebih dari 33ºC maka sistem akan mati secara otomatis.
6. Sistem juga dapat dimatikan secara otomatis menggunakan tombol yang
disediakan.
16. 11
BAB IV
PENJELASAN SOURCE CODE
DAN PENGUJIAN ALAT
4.1 Penjelasan Source Code
Berikut beberapa source code yang digunakan dalam perancangan sistem
yaitu:
Blok Fungsi Akses Ping
DirSig=1; //Set sebagai output
SigOut=1; //Pengiriman sinyal dimulai
delay_us(5);
SigOut=0; //Pengiriman sinyal selesai
DirSig=0; //Set as input
SigOut=1; //Pullup activated
TCNT1=0; // mereset timer
while (SigIn==0)
{}
TCCR1B=0x02; //mengeset timer dgan frekuensi 2 MHZ
while (SigIn==1)
{}
TCCR1B=0x00; // mematikan timer
distance=(TCNT1*0.0086106);
// t=n/f // n=jumlah gel // f=frekuensi
// s=v*t // v=344.434m/s // v=34443.4cm/s
// 2s=v*t >> karena waktu tempuh 2 kali
// 2s=34443.4* n /2000.000 >>>> 4MHZ
// s= n * 0.0086106
Blok Fungsi Suhu
tegangan=read_adc(0);
11
17. 12
tegangan=tegangan*4.89; //tegangan sensor dalam //millivolt
5000mV/1023=4.89mV
suhu=tegangan/10; // mengubah nilai tegangan kedalam //suhu dengan membagai
bilangan 10 yang merupakan //konstanta kelipatan kenaikan suhu pada LM 35
4.2 Pengujian Alat
Pengujian Sistem terlihat pada gambar berikut ini
Pada saat sistem berada pada state Heater off
Gambar 4.1 saat state Off
Pada saat sistem berada pada state Heater On
Gambar 4.2 saat state Heater On suhu 29ºC dan jarak 20 cm
Pada saat sistem berada pada state heater standBy
Gambar 4.3 state Heater standBy suhu 35ºC dan jarak 20,70 cm
18. 13
Perbandingan pengukuran jarak antara hasil ukur dengan alat ukur penggaris. Pada
pengujian ini dilakukan dengan cara menggunakan buku (30x21) cm2 yang
diletakkan diatas penggaris kemudian dilihat hasil pengukuran pada LCD dan letak
buku pada penggaris. Dari cara tersebut diperoleh data di tabel berikut ini.
Tabel 4.1 Perbandingan Pengukuran Sensor Ping dan Penggaris
Pengukaran Hasil
Error
No Penggaris Pengukuran
(cm)
(cm) PING (cm)
1 3.00 3.08 0.08
2 5.00 5.65 0.65
3 8.00 8.07 0.07
4 10.00 10.22 0.22
5 12.00 12.37 0.37
6 15.00 15.15 0.15
7 17.00 16.85 -0.15
8 20.00 19.93 -0.07
9 25.00 24.97 -0.03
10 30.00 30.07 0.07
Rata-Rata Error 0.14
Dari tabel 4.1 tersebut terlihat bahwa rata-rata error yang dihasilkan dari pengukuran
adalah sebesar 0.14 cm.
19. 14
Bab V
Kesimpulan
Dari hasil pengujian diperoleh bahwa sistem yang dihasilkan sesuai dengan
rancangan yaitu sistem hasil pengujian menunjukkan performa yang sesuai dengan
yang telah dirancang yaitu Perancangan Heater sebagai pemanas ruangan
menggunakan sensor Ping sebagai pendekteksi adanya pengguna (rentang kerja 100
cm dari 20 cm sampai 120 cm) dan sensor suhu LM 35 digunakan sebagai input agar
suhu yang dihasilkan tidak terlalu panas yaitu dibawah 33ºC. Kemudian hasil
pengkuran menggunakan sensor ping memperlihatkan keluaran yang cukup baik
dengan rata-rata error yaitu 0.14 cm. Dengan adanya pembuktian bahwa jarak yang
dihasilkan oleh sensor ping hampir mendekati sebenarnya maka sensor ini cocok
untuk diaplikasi dalam perancangan sistem pemanas ruangan dalam hal ini
mendeteksi adanya keberadaan pengguna.
14
20. Daftar Pustaka
[1] --- Sensor Ping Data Sheet ,
http://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q=ping%20parallax&source=web&cd=2&ved=0CCcQ
FjAB&url=http%3A%2F%2Fwww.parallax.com%2Fdl%2Fdocs%2Fprod%2Facc%2F28015-
PING-
v1.3.pdf&ei=BYDwTr7MGc7prQeR0LjiDw&usg=AFQjCNHh0CMP8LzfryTUSMxqhpYrvluv8
g Desember 2011
[2] --- Sensor LM 35 Data Sheet, www.national.com/ds/LM/LM35.pdf
Desember 2011
[3] Syahadi, M., Aplikasi Kontrol Proporsional Integral Berbasis Mikrokontroller Atmega 8535
untuk Pengaturan Suhu pada Alat Pengering Kertas , Skripsi S-1, Universitas Diponegoro,
Semarang, 2008.
21. BIODATA PENULIS
Oka Danil Saputra, dilahirkan di Jambi, 17 Juli 1990, saat ini menempuh studi
strara 1 di Teknik Elektro Undip konsenterasi Kontrol.
23. #define Off 0
//Alokasi Port PING//
#define SigOut PORTB.1
#define SigIn PINB.1
#define DirSig DDRB.1
/////////////////////
#define ADC_VREF_TYPE 0x40
// Read the AD conversion result
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)
{
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage
delay_us(10);
// Start the AD conversion
ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return ADCW;
}
void baca_ping();
void baca_suhu();
unsigned char suhu,state;
unsigned int tegangan;
char Baris1[16],Baris2[16];
float distance;
// Declare your global variables here
void main(void)
{
// Declare your local variables here
// Input/Output Ports initialization
// Port A initialization
// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In
Func0=Out
44. Perancangan Heater sebagai Pemanas
Ruangan Menggunakan Sensor Jarak Ping
Parallax dan Sensor Suhu LM 35
Laporan Tugas
Mata Kuliah Komponen Sistem Kontrol
oleh
Oka D. Saputra
L2F008146
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG, 2011
i
45. KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, Segala puji hanya bagi Allah Subhànahu wa Ta’ala, atas segala
limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan
“Perancangan Heater sebagai Pemanas Ruangan Menggunakan Sensor Jarak
Ping Parallax dan Sensor Suhu LM 35 ”.
Dalam pembuatan dan penyusunan laporan Tugas Akhir, penyusun juga
banyak mendapatkan bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Atas kelancaran
selama pelaksanaan Tugas Akhir dan penyusunan laporan ini, maka penyusun
mengucapkan banyak terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Sudjadi, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Diponegoro
2. Bapak Sumardi S.T., M.T. selaku dosen mata kuliah Komponen Sistem Kontrol
yang mengarahkan penulis dalam pembuatan Tugas Akhir ini
3. Keluargaku tercinta atas segala bentuk dorongan semangat dan dukungannya.
4. Saudara Fairus yang membimbing penulis sehingga tugas akhir ini dapat
terselesaikan.
5. teman-teman yang mengikuti kuliah Komponen Sistem Kontrol.
6. Serta semua pihak yang tidak dapat penyusun sebutkan satu-persatu.
Penyusun menyadari bahwa masih terdapat beberapa kekurangan dalam
laporan Tugas Akhir ini. Kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penyusun
harapkan dari semua pihak, sebagai pengalaman dan tambahan pengetahuan bagi
penyusun.
Akhir kata semoga karya ini tidak menjadi yang pertama sekaligus yang
terakhir dan semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa Teknik Elektro
Universitas Diponegoro pada khususnya dan masyarakat pada umumnya.
Semarang, Desember 2011
Penyusun
ii
46. Abstrak
Banyak Aplikasi yang dapat kita terapkan ketika kita membahas tentang
sistem kontrol. Salah satunya pemanfaatan kemajuan teknologi sensor seperti sensor
jarak ping produksi Parallax, sensor suhu LM 35 dari National Semiconductor dan
juga actuator Heater (dalam hal ini solder) untuk pengendalian suhu ruangan yang
terlalu dingin. Tujuan dari paper ini adalah merancang dan membuat alat yang
dapat mengontrol suhu ruangan dan mendeteksi ada tidaknya pengguna didalam
ruangan tersebut. Dalam perancangan alat, ada beberapa elemen yang menjadi
parameter sebagai inputan agar heater aktif, dalam simulasi ini digunakan sebagai
jarak terdekat antara pengguna ruangan dengan heater adalah 20 cm sedangkan
untuk jarak terjauh adalah 120 cm sedangkan untuk suhu terpanas yang menjadikan
heater off adalah 33ºC.
Keywords — Sensor Ping, Sensor LM35, Heater
iii
47. DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ……………………………………………………… i
KATA PENGANTAR …………………… ………………………………. ii
ABSTRAK …………………………………………………….................... iii
DAFTAR ISI ……………………………………………………………… iv
DAFTAR GAMBAR………………………………………………………. v
DAFTAR TABEL …………………………………………………………. v
BAB I PENDAHULUAN ………………………………………………. 1
1.1 Latar Belakang …………………………………..………..... 1
1.2 Tujuan Tugas Akhir ……………………………………….. 1
1.3 Pembatasan Masalah …….………………………………..... 1
1.4 Sistematika Penulisan ……………………………………..... 2
BAB II DASAR TEORI ……….…………………………..…………….. 3
2.1 Sensor Ping……………………..…………………………… 3
2.2 Sensor LM 35………………………………………………. 4
2.3 Mikrokontroller ATMEGA 128 .……………………………. 5
2.4 LCD ………………………………………………………. 5
2.5 LED…….. .…………………………….…………………… 6
2.6 MOC 3021………………………………………………….. 7
2.7 Triac………………………………………………………… 7
2.8 Solder………………………………………………………. 7
BAB III PERANCANGAN ALAT ……………………………..……….. 8
3.1 Perancangan Perangkat Keras …………………….……..… 8
3.2 Perancangan Perangkat Lunak ……………………………… 9
BAB IV PENJELASAN SOURCE CODE DAN PENGUJIAN ALAT ….... 11
4.1 Penjelasan Source Code….. ………………………………… 11
4.2 Pengujian Alat ………………………….…………………… 12
BAB V PENUTUP …………………………………………………………. 14
DAFTAR PUSTAKA
iv
48. DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sensor PING Ultrasonik Range Finder ...................................... 3
Gambar 2.2 Sensor PING Ultrasonik Range Finder timing diagram............. 3
Gambar 2.3 Ilustrasi Sensor Ping .................................................................. 4
Gambar 2.4 Sensor LM35 dan Konfigurasi PIN ........................................... 4
Gambar 2.5 Konfigurasi Pin Atmega 128...................................................... 5
Gambar 2.6 Konfigurasi pin LCD. ................................................................ 6
Gambar 2.7 Simbol LED. .............................................................................. 6
Gambar 2.8 Konfigurasi MOC 3021………………………………………..7
Gambar 2.9 Rangkaian Ekuivalen Triac. ...................................................... .7
Gambar 2.10 Solder ………………………………………………………...7
Gambar 3.1 Blok diagram hardware .............................................................. 8
Gambar 3.2 FSM sistem ................................................................................ 9
Gambar 4.1 saat state Off ............................................................................ 12
Gambar 4.2 saat state Heater On suhu 29ºC dan jarak 20 cm .................... 12
Gambar 4.3 state Heater standBy suhu 35ºC dan jarak 20,70 cm ............... 12
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Perbandingan Pengukuran Sensor Ping dan Penggaris................ 13
v
49. BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada Akhir-akhir ini teknik kontrol telah menjadi bagian yang sangat penting
dalam kehidupan manusia. Dengan semakin tingginya tingkat kebutuhan maka untuk
memenuhi kebutuhan tersebut dibutuhkan suatu perancangan sistem yang mampu
berjalan secara otomatis. Pada peper ini dilakukan perancangan control suhu ruangan
yang terlalu dingin menggunakan sensor jarak dan sensor suhu. Tujuan dari paper ini
adalah merancang dan membuat alat yang dapat mengontrol suhu ruangan dan
mendeteksi ada tidaknya pengguna didalam ruangan tersebut.
Smart Heater adalah suatu alat yang dapat digunakan sebagai pemanas
ruangan dan juga mendekteksi adanya pengguna dari pemanas ruangan tersebut.
Kontrol On Off adalah suatu metode yang mudah dan tepat untuk pengontrolan alat
ini dengan hanya menggunakan dua logika yaitu logika HIGH (1) dan logika
LOW(0).
1.2 Tujuan
1. Merancang Smart Heater yang dapat bekerja sesuai dengan algoritma yang
telah dirancang.
2. Mengetahui Prinsip Kerja sistem control khususnya control On-Off,
3. Memenuhi tugas Komponen Sistem Kontrol yang diajarkan di Jurusan
Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam pembuatan tugas akhir ini penulis membatasi permasalahan sebagai
berikut :
1. Sistem Kontrol yang digunakan merupakan kontrol On-Off
2. Sensor yang digunakan adalah sensor ultrasonik yang diproduksi oleh Parallax (
Sensor PING Ultrasonik Range Finder).
1
50. 2
3. Range pendeteksian antara 3 cm – 300 cm.
4. Tugas akhir ini tidak membahas mengenai arsitektur mikrokontroller
5. Mikrokontroler yang digunakan adalah ATMega128.
1.4 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dalam laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan
masalah dan sistematika penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Berisi tentang teori-teori yang mendukung dalam perancangan tugas
akhir ini, yaitu tentang mikrokontroler atmega128, sensor ping,
sensor LM35, LCD, MOC3021, Triac BT139.
BAB III PERANCANGAN
Berisi tentang perancangan perangkat lunak (software) dan
perangkat keras (hardware) dari sistem yang digunakan pada Smart
Heater dan indikator led.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA
Berisi tentang pengujian dan analisa terhadap perangkat lunak dan
perangkat keras yang telah dibuat serta pengujian sistem secara
keseluruhan.
BAB V PENUTUP
Berisi kesimpulan dan saran.
51. 3
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Sensor Ping
Sensor yang digunakan pada pembuatan tugas Komponen ini merupakan
[1]
sebuah sensor ultrasonik buatan Parallax ( Sensor PING Ultrasonik Range Finder).
Rangkaian lengkap sensor ditunjukkan pada Gambar 2.1
Gambar 2.1 Sensor PING Ultrasonik Range Finder.
Sensor PING ini secara khusus didesain untuk dapat mengukur jarak sebuah benda
padat (solid).Range jarak yang mampu diukur oleh sensor PING adalah 3 cm sampai
dengan 300 cm. Sensor PING mendeteksi jarak objek dengan cara memancarkan
gelombang ultrasonik (>20kHz) selama waktu pemancaran kemudian mendeteksi
pantulannya.
Gambar 2.2 Sensor PING Ultrasonik Range Finder timing diagram.
3
52. 4
Sensor PING memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan pulsa trigger dari
mikrokontroler sebagai pengendali.Gambar 2 menunjukkan timing diagram dari
Sensor PING. Lebar pulsa high (tIN) akan sesuai dengan lama waktu tempuh
gelombang ultrasonik untuk 2x jarak ukur dengan objek seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 3, maka jarak yang diukur dapat dirumuskan sebagai berikut :
t IN sx344m / s
meter
Jarak= 2
Gambar 2.3 Ilustrasi cara kerja sensor PING
2.2 Sensor LM 35
Salah satu sensor suhu adalah sensor LM35 [2]. Berikut gambar sensor LM35.
Gambar 2.4 Sensor LM35 dan Konfigurasi PIN
Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk
mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu
LM35 yang dipakai dalam paper ini berupa komponen elektronika elektronika yang
diproduksi oleh National Semiconductor. Secara prinsip sensor akan melakukan
penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan perubahan
tegangan sebesar 10 mV.
53. 5
2.3 Mikrokontroller ATMEGA 128
Berikut ini konfigurasi Pin pada Atmega 128.
Gambar 2.5 Konfigurasi Pin Atmega 128
Mikrokontroler ATMEGA128 termasuk dalam mikrokontroler keluarga AVR.
Dengan fitur-fitur eksternal clock sampai 16 MHz, 53 Pin/Port yang bias digunakan
sebagai I/O dan beberapa fungsi khusus seperti pada port F dilengkapi dengan ACD,
timer 8 dan 16 bit dan lain sebagainya.
2.4 LCD
Modul LCD (Liquid Crystal Display) adalah salah satu alat yang digunakan
sebagai tampilan. Pada dasarnya sistem pengaturan LCD memiliki standar yang sama
walaupun sangat banyak macamnya baik ditinjau dariperusahaan pembuat maupun
dari ukurannya.
LCD yang digunakan merupakan modul dot-matrix tampilan kristal cair
(LCD) dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya rendah. Modul LCD ini
telah dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan
54. 6
LCD, berfungsi sebagai pengatur (system controller) dan penghasil karakter
(character generator).
Konfigurasi pin dari LCD ditunjukkan pada Gambar 2.6
Gambar 2.6 Konfigurasi pin LCD
Modul LCD memiliki karakteristik sebagai berikut:
• Terdapat 16 x 2 karakter huruf yang bisa ditampilkan.
• Setiap huruf terdiri dari 5x7 dot-matrix cursor.
• Terdapat 192 macam karakter.
• Terdapat 80 x 8 bit display RAM (maksimal 80 karakter).
• Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dengan 4 bit.
• Dibangun dengan osilator lokal.
• Satu sumber tegangan 5 volt.
• Otomatis reset saat tegangan dihidupkan.
• Bekerja pada suhu 0 0C sampai 55 0C.
2.5 LED
LED (Light Emitting Diode) atau dioda pancaran cahaya adalah suatu bahan
padat sejenis dioda yang mengkonversi arus listrik menjadi cahaya. Dalam
penggunannya digunakan sebagai penanda berupa nyala lampu pijar. Strukturnya
juga sama dengan dioda, elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan
energi berupa energi panas dan energi cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada
semikonduktor, doping yang dipakai adalah gallium, arsenic, dan phosporus. Jenis
doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.
Gambar 2.7 Simbol LED
55. 7
2.6 MOC 3021
Fungsi dari MOC ini adalah sebagai isolator agar bagian DC yang ada pada
kontrol mikrokontroller tidak langsung terhubung dengan bagian AC yang ada pada
triac. Berikut gambar konfigurasi MOC 3021
Gambar 2.8 Konfigurasi MOC 3021
2.7 TRIAC
Untuk pengontrolan pada tegangan AC, umumnya digunakan bidirectional
triode thyristor atau dikenal dengan triac. Triac dapat bersifat konduktif dalam dua
arah. Dalam hal ini dapat dianggap sebagai dua buah tryristor tersambung secara
antiparallel dengan koneksi gerbang seperti gambar berikut[3].
Gambar 2.9 Rangkaian Ekuivalen Triac
2.8 Solder
Pada perancangan ini untuk mengambarkan sebuah element pemanas
menggunakan solder. Dalam perancangan sistem panas dari solder inilah yang akan
di kontrol.
Gambar 2.10 Solder
56. 8
BAB III
PERANCANGAN
3.1 Perancangan Perangkat Keras
Perangkat keras dari sistem yang akan dibangun meliputi sistem minimum
mikrokontroler ATMEGA 128, Push Button, LCD, Power Supply AC dan DC,
Indikator LED, Sensor LM 35, Sensor jarak Ping, Triac BT 139, MOC 3021 dan
Heater. Berikut blok digram dari koneksi komponen tersebut
Gambar 3.1 Blok diagram hardware
Tiap-tiap bagian dari diagram blok sistem dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Atmega 128 berfungsi sebagai otak dari alat.
2. Sensor Ping berfungsi sebagai masukan data untuk mengetahui adanya
pengguna atau tidak.
3. Sensor LM35 berfungsi untuk mengukur nilai suhu dari heater.
4. Regulator
a. 220 volt AC berfungsi sebagai tegangan masukkan heater
b. 5 volt DC volt berfungsi sebagai supply mikro dan sensor-sensor
5. LCD berfunsi sebagai tampilan untuk state sistem
8
57. 9
6. Push Button berfungsi sebagai inputan untuk menyala dan mematikan sistem
7. MOC 3021 berfungsi sebagai isolator untuk mengamankan antara arus AC
dan DC.
8. LED berfungsi sebagai indicator nyala heater.
9. Triac berfungsi sebagai pengontrol nyala dan matinya heater.
3.2 Perancangan Perangkat Lunak
Bahasa pemrograman yang digunakan dalam pembuatan perangkat lunak
menggunakan bahasa C untuk proses pengontrolan melalui AVR ATmega 128
dengan bantuan software CVAVR. Dalam perancangan Software menggunakan
metode Finite State Machine, metode ini dipilih karena lebih mudah dalam
implementasi ke source code. Berikut FSM sistem yang dirancang.
Gambar 3.2 FSM sistem
Berikut cara kerja dari sistem Heater pemanas ruangan
1. Heater dinyalakan menggunakan tombol.
2. Apabila penggunakan yang menyalakan sistem terdeksi berada didalam ruangan
(asumsi jarak terdekat 20cm dan jarak terjauh 120 cm dari heater) maka sistem
pemanas dan lampu LED indicator akan menyala.
58. 10
3. Apabila pengguna berada pada jarak kurang dari 20 cm maka heater akan mati
dan sistem akan menyala secara otomatis apabila pengguna terdeteksi berada
pada jarak lebih dari 20 cm.
4. Apabila pengguna berada pada jarak lebih dari 120 cm dan selama 3 detik tidak
kembali kedalam jarak tersebut maka sistem akan mati secara otomatis
5. Apabila suhu ruangan lebih dari 33ºC maka sistem akan mati secara otomatis.
6. Sistem juga dapat dimatikan secara otomatis menggunakan tombol yang
disediakan.
59. 11
BAB IV
PENJELASAN SOURCE CODE
DAN PENGUJIAN ALAT
4.1 Penjelasan Source Code
Berikut beberapa source code yang digunakan dalam perancangan sistem
yaitu:
Blok Fungsi Akses Ping
DirSig=1; //Set sebagai output
SigOut=1; //Pengiriman sinyal dimulai
delay_us(5);
SigOut=0; //Pengiriman sinyal selesai
DirSig=0; //Set as input
SigOut=1; //Pullup activated
TCNT1=0; // mereset timer
while (SigIn==0)
{}
TCCR1B=0x02; //mengeset timer dgan frekuensi 2 MHZ
while (SigIn==1)
{}
TCCR1B=0x00; // mematikan timer
distance=(TCNT1*0.0086106);
// t=n/f // n=jumlah gel // f=frekuensi
// s=v*t // v=344.434m/s // v=34443.4cm/s
// 2s=v*t >> karena waktu tempuh 2 kali
// 2s=34443.4* n /2000.000 >>>> 4MHZ
// s= n * 0.0086106
Blok Fungsi Suhu
tegangan=read_adc(0);
11
60. 12
tegangan=tegangan*4.89; //tegangan sensor dalam //millivolt
5000mV/1023=4.89mV
suhu=tegangan/10; // mengubah nilai tegangan kedalam //suhu dengan membagai
bilangan 10 yang merupakan //konstanta kelipatan kenaikan suhu pada LM 35
4.2 Pengujian Alat
Pengujian Sistem terlihat pada gambar berikut ini
Pada saat sistem berada pada state Heater off
Gambar 4.1 saat state Off
Pada saat sistem berada pada state Heater On
Gambar 4.2 saat state Heater On suhu 29ºC dan jarak 20 cm
Pada saat sistem berada pada state heater standBy
Gambar 4.3 state Heater standBy suhu 35ºC dan jarak 20,70 cm
61. 13
Perbandingan pengukuran jarak antara hasil ukur dengan alat ukur penggaris. Pada
pengujian ini dilakukan dengan cara menggunakan buku (30x21) cm2 yang
diletakkan diatas penggaris kemudian dilihat hasil pengukuran pada LCD dan letak
buku pada penggaris. Dari cara tersebut diperoleh data di tabel berikut ini.
Tabel 4.1 Perbandingan Pengukuran Sensor Ping dan Penggaris
Pengukaran Hasil
Error
No Penggaris Pengukuran
(cm)
(cm) PING (cm)
1 3.00 3.08 0.08
2 5.00 5.65 0.65
3 8.00 8.07 0.07
4 10.00 10.22 0.22
5 12.00 12.37 0.37
6 15.00 15.15 0.15
7 17.00 16.85 -0.15
8 20.00 19.93 -0.07
9 25.00 24.97 -0.03
10 30.00 30.07 0.07
Rata-Rata Error 0.14
Dari tabel 4.1 tersebut terlihat bahwa rata-rata error yang dihasilkan dari pengukuran
adalah sebesar 0.14 cm.
62. 14
Bab V
Kesimpulan
Dari hasil pengujian diperoleh bahwa sistem yang dihasilkan sesuai dengan
rancangan yaitu sistem hasil pengujian menunjukkan performa yang sesuai dengan
yang telah dirancang yaitu Perancangan Heater sebagai pemanas ruangan
menggunakan sensor Ping sebagai pendekteksi adanya pengguna (rentang kerja 100
cm dari 20 cm sampai 120 cm) dan sensor suhu LM 35 digunakan sebagai input agar
suhu yang dihasilkan tidak terlalu panas yaitu dibawah 33ºC. Kemudian hasil
pengkuran menggunakan sensor ping memperlihatkan keluaran yang cukup baik
dengan rata-rata error yaitu 0.14 cm. Dengan adanya pembuktian bahwa jarak yang
dihasilkan oleh sensor ping hampir mendekati sebenarnya maka sensor ini cocok
untuk diaplikasi dalam perancangan sistem pemanas ruangan dalam hal ini
mendeteksi adanya keberadaan pengguna.
14
63. Daftar Pustaka
[1] --- Sensor Ping Data Sheet ,
http://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q=ping%20parallax&source=web&cd=2&ved=0CCcQ
FjAB&url=http%3A%2F%2Fwww.parallax.com%2Fdl%2Fdocs%2Fprod%2Facc%2F28015-
PING-
v1.3.pdf&ei=BYDwTr7MGc7prQeR0LjiDw&usg=AFQjCNHh0CMP8LzfryTUSMxqhpYrvluv8
g Desember 2011
[2] --- Sensor LM 35 Data Sheet, www.national.com/ds/LM/LM35.pdf
Desember 2011
[3] Syahadi, M., Aplikasi Kontrol Proporsional Integral Berbasis Mikrokontroller Atmega 8535
untuk Pengaturan Suhu pada Alat Pengering Kertas , Skripsi S-1, Universitas Diponegoro,
Semarang, 2008.
64. BIODATA PENULIS
Oka Danil Saputra, dilahirkan di Jambi, 17 Juli 1990, saat ini menempuh studi
strara 1 di Teknik Elektro Undip konsenterasi Kontrol.
66. #define Off 0
//Alokasi Port PING//
#define SigOut PORTB.1
#define SigIn PINB.1
#define DirSig DDRB.1
/////////////////////
#define ADC_VREF_TYPE 0x40
// Read the AD conversion result
unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)
{
ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage
delay_us(10);
// Start the AD conversion
ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return ADCW;
}
void baca_ping();
void baca_suhu();
unsigned char suhu,state;
unsigned int tegangan;
char Baris1[16],Baris2[16];
float distance;
// Declare your global variables here
void main(void)
{
// Declare your local variables here
// Input/Output Ports initialization
// Port A initialization
// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In
Func0=Out