Dalam tulisan ini, penulis akan membahas secara garis besar salah satu aplikasi
mikrokontroler yang pernah penulis kerjakan di LIPI (Lembaga Ilmu Pengetahuan
Indonesia) sebagai Kerja Praktek dengan judul : Perancangan Sistem Pengendalian Suhu
dan Temperatur Berbasis Mikrokontroler 80C32 pada Inkubator.
Belakangan ini, perkembangan teknologi pemrosesan IC (Integrated Circuit) telah
sangat luas menyentuh aspek kehidupan kita. Salah satu produk teknologi pemrosesan IC
yang paling populer adalah mikroprosesor. Pada prinsipnya mikroprosesor adalah pusat
pengolahan data dalam sistem digital. Didalam perkembangannya, para pabrikan
mikroprosesor mengembangkan sebuah varian mikroprosesor dengan menambahkan
beberapa fitur agar memudahkan engineer dalam merancang sistem. Varian
mikroprosesor ini disebut mikrokontroler. Meskipun tidak sepopuler saudaranya,
mikrokontroler lebih disukai engineer karena lebih mudah dan praktis dalam
penggunaannya.
Perancangan Sistem
Sistem pengendali suhu dan kelembaban berbasis mikrokontroler dirancang
berdasarkan kondisi-kondisi: (1). Sistem menerima dua input dari sensor berupa sinyal
informasi suhu dan kelembaban dalam bentuk arus listrik. (2). Sistem berfungsi menjaga
suhu inkubator dalam rentang 36 0C sampai 37 0C dan kelembaban dalam rentang 85%
sampai 95%. (3). Sinyal informasi dari sensor dalam bentuk arus listrik harus diubah
menjadi tegangan karena proses kuantisasi pada ADC hanya dapat mengolah sinyal
informasi dalam bentuk tegangan. Proses pengubahan skala dan proses pengubahan
sinyal informasi dalam bentuk arus listrik menjadi tegangan dilakukan oleh pengkondisi
sinyal. (4). Pengendalian suhu dan kelembaban pada inkubator bekerja dengan prinsip
menjaga suhu dan kelembaban pada suatu nilai referensi. Untuk melakukan pengesetan
nilai suhu dan kelembaban dibutuhkan sebuah unit input berupa keypad. Melalui keypad
nilai suhu dan kelembaban yang diinginkan diset sehingga sistem dapat bekerja untuk
mempertahankan nilai ini. (5). Sebuah unit tampilan data dibutuhkan untuk menampilkan
nilai suhu dan kelembaban dalam inkubator dan nilai yang diinginkan. (6). Pengaturan
suhu dan kelembaban membutuhkan tiga buah motor DC. Motor DC pertama digunakan
untuk mengatur suhu inkubator. Jika suhu inkubator lebih rendah dari suhu yang
diinginkan maka motor DC pertama berputar sehingga udara panas yang berasal dari
lampu dihembuskan ke dalam inkubator. Motor DC kedua digunakan untuk menaikkan
kelembaban. Jika kelembaban lebih rendah dari yang diinginkan maka motor DC kedua
berputar sehingga udara lembab yang berasal dari bak air dihembuskan ke dalam
inkubator. Motor DC ketiga digunakan untuk menurunkan kelembaban. Jika kelembaban
lebih tinggi dari yang diinginkan maka motor DC ketiga berputar sehingga udara dari
inkubator dihembuskan keluar.
Berdasarkan kondisi-kondisi diatas, maka dirancang sebuah sistem pengendali
yang memiliki diagram blok dalam gambar dibawah ini.
Diagram blok
Inisialisasi sistem dilakukan dengan mengeset nilai suhu dan kelembaban yang
diinginkan dalam rentang nilai yang telah dispesifikasikan diatas. Informasi dimasukkan
melalui keypad ke pengendali. Informasi ini dimasukkan ke memori sebagai nilai
referensi.
Sensor mengukur parameter suhu dan kelembaban dan mengubahnya menjadi
arus listrik. Informasi yang telah diolah oleh pengkondisi sinyal diteruskan ke ADC untuk
didijitalisasi. Sinyal informasi dalam bentuk dijital diterima oleh pengendali dan diproses.
Pengendali membandingkan informasi suhu dan kelembaban yang diterima dengan nilai
referensi suhu dan kelembaban di memori. Keputusan diambil berdasarkan hasil
perbandingan ini. Keputusan yang diambil oleh pengendali akan mengendalikan unit
aktuator yaitu motor DC. Aktuator akan mengubah parameter suhu dan kelembaban
inkubator kemudian parameter suhu dan kelembaban yang telah berubah ini akan diukur
oleh sensor. Proses ini akan berlangsung terus sehingga suhu dan kelembaban yang
diinginkan dapat dicapai. Dari diagram blok sistem dapat dilihat bahwa sensor berfungsi
sebagai umpan balik.
Sumber daya yang dimiliki adalah power supply dengan spesifikasi keluaran 12
V, ground, –12 V, dan 5 V. Tegangan 12 V dan –12 V digunakan untuk pengkondisi
sinyal yang terdiri dari op amp. Tegangan 5 V digunakan untuk IC-IC digital dan motor
DC.
Unit pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengubah sinyal informasi dari sensor
dalam bentuk arus listrik menjadi sinyal informasi dalam bentuk tegangan. Pengkondisi
sinyal melakukan dua operasi terhadap sinyal informasi dari sensor, yaitu operasi
pengubahan sinyal informasi ke tegangan listrik dan operasi pengubahan skala
pengukuran. Sistem ini menggunakan dua buah unit pengkondisi sinyal, untuk sinyal
informasi suhu dan untuk sinyal informasi kelembaban. Unit pengkondisi sinyal
diwujudkan menggunakan dua buah op amp. Pemilihan LM747J Dual Operational
Amplifier sebagai komponen dalam unit ini berdasarkan pertimbangan biaya dan efisiensi
tempat yang dibutuhkan unit dalam rangkaian PCB. Op amp pertama berfungsi
mengubah informasi dalam bentuk arus listrik menjadi tegangan listrik dan mengubah
skala pengukuran, dan op amp kedua berfungsi sebagai buffer untuk menghilangkan efek
pembebanan. Struktur pengkondisi sinyal untuk suhu dan kelembaban hampir sama
dengan perbedaan terletak pada pengesetan untuk skala pengukuran.
Analog to Digital Converter (ADC) berfungsi mengubah informasi dalam bentuk
tegangan 0 sampai 5V dari pengkondisi sinyal menjadi informasi dalam bentuk sinyal
dijital. ADC yang digunakan adalah ADC 0808CCN. ADC ini memiliki resolusi 8 bit
dengan toleransi eror ±½ LSB dan ±1 LSB . ADC mengubah sinyal analog dari
pengkondisi sinyal menjadi sinyal dijital 00000000b sampai 11111111b atau 0d sampai
255d. Sistem yang dirancang menggunakan dua kanal input dari delapan kanal yang
tersedia yaitu IN0 dan IN1. Pada pemilihan salah satu dari 8 chanel yang aktif dipilih
dengan menggunakan dekoder alamat.
EPROM diperlukan sebagai media penyimpan program yang akan dieksekusi oleh
80C32. CMOS EPROM dapat dihapus dengan menggunakan sinar ultra violet, dan dapat
diprogram ulang secara elektrik dengan EPROM Programmer. EPROM 2764 memiliki
kapasitas 8K byte (64K bit), dan beroperasi dengan catu daya 5 Volt. Data dapat diakses
dalam waktu kurang dari 45 ns, memungkinkan mikroprosesor bekerja tanpa keadaan
tunggu. Teknologi pemrosesan melengkapi IC ini dengan kecepatan tinggi, konsumsi
daya yang rendah, dan ketahanan terhadap noise.
Aktuator sistem terdiri dari tiga motor DC 5V / 60mA Motor DC digerakkan oleh
sinyal yang berasal dari pin mikrokontroler Motor DC pertama digunakan untuk
mengatur suhu inkubator. Jika suhu inkubator lebih rendah dari suhu yang diinginkan
maka motor DC pertama berputar sehingga udara panas yang berasal dari lampu
dihembuskan ke dalam inkubator. Motor DC kedua digunakan untuk menaikkan
kelembaban. Jika kelembaban lebih rendah dari yang diinginkan maka motor DC kedua
berputar sehingga udara lembab yang berasal dari bak air dihembuskan ke dalam
inkubator. Motor DC ketiga digunakan untuk menurunkan kelembaban. Jika kelembaban
lebih tinggi dari yang diinginkan maka motor DC ketiga berputar sehingga udara dari
inkubator dihembuskan keluar.
Dalam pembuatan perangkat lunak sistem penampil suhu ini dipergunakan bahasa
assembly khusus untuk mikrokontroller keluarga 8051. Penggunaan bahasa assembly
relatif lebih baik secara ekonomis untuk diimplementasikan pada ROM karena
membutuhkan ruang memori yang lebih sedikit, serta tingkat fleksibilitas yang baik untuk
diimplementasikan dengan menggunakan Single Board Controller.
Setelah selesai debugging dan mengkompilenya, kode dalam format intel-hexa
kode diujicobakan ke sebuah EPROM melalui Universal Programer Advantech. Program
yang telah dimasukkan kedalam EPROM ini sewaktu-waktu masih dapat dimodifikasi
dengan terlebih dahulu dilakukan penyinaran ulta violet untuk pengosongan EPROM.
Setelah program ditulis dan di-burn dalam EPROM, maka langkah selanjutnya
adalah pengujian sistem. Pengujian dilakukan terhadap suhu dan tingkat kelembaban
dalam inkubator yang dikendalikan oleh sistem. Jika kedua parameter ini sesuai dengan
spesifikasi yang telah ditetapkan, maka perlu dilihat tingkat reabilitas sistem dengan
melakukan pengujian dalam waktu yang cukup lama (beberapa minggu). Jika tidak
ditemukan masalah, maka sistem dianggap telah berfungsi dengan baik. Jika terdapat
kegagalan, maka debugging harus dilakukan terhadap perangkat keras dan perangkat
lunak. Proses ini mungkin terbilang gampang-gampang susah tergantung pengalaman
perancang sistem. Yang harus diingat adalah proses merancang sistem bukanlah proses
yang langsung berhasil, jadi butuh kesabaran dalam bekerja. Pembaca yang tertarik
dengan proyek yang pernah penulis kerjakan dapat menghubungi secara langsung via
email andrimirzal@yahoo.com. Jika pembaca ingin mencoba proyek-proyek elektronika,
ada baiknya memulai dari yang sederhana dan kemudian melangkah ke yang lebih rumit.
Nah, selamat mencoba.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar