Top Banner
Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis Mikrokontroler AT90S8515 Written by Jaenal Arifin Sunday, 18 January 2009 05:16 Abstrak Budidaya ikan Kerapu banyak dilakukan pada karamba jaring apung (kajapung) yang berada di perairan di lepas pantai. Namun demikian, banyak kendala yang dihadapi para peternak ikan Kerapu. Penelitian ini bertujuan memberikan sebuah alternatif pembudidayaan ikan Kerapu di darat, dengan cara membuat habitat air laut tiruan pada sebuah akuarium dengan parameter - parameter (suhu, kadar garam, kadar oksigen, pH dan kecepatan arus air) yang dikontrol sesuai dengan karakteristik habitat aslinya. Pada makalah ini dilakukan perancangan dan pembuatan pengontrol suhu berbasis mikrokontroler AVR AT90S8515. Secara umum proses yang terjadi adalah proses pengambilan data setpoint, proses pendefinisian variabel-variabel kontrol yang penting, proses perhitungan aksi kontrol dan algoritma kontrol, dan proses penyimpanan data yang diperlukan. Untuk mengetahui kemampuan dan unjuk kerja dari alat/sistem yang dirancang, maka sistem diaplikasikan untuk melakukan pengaturan temperatur air akuarium. I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Wilayah perairan Indonesia yang memiliki luas hampir 2/3 dari luas daratan, memiliki potensi pengembangan dan budidaya perikanan yang besar. Terdapat banyak sumber daya perikanan yang dapat dijadikan komoditas ekspor andalan sebagai sumber penghasil devisa negara. Salah satu ikan laut komersil yang sekarang banyak dibudidayakan dan merupakan komoditas ekspor yaitu ikan Kerapu. Tugas Akhir ini merancang alat/sistem untuk melakukan pengaturan daya pemanas secara kontrol fasa pada sistem pengaturan temperatur dengan menggunakan algoritma kontrol PID yang akan diterapkan pada akuarium. 1.2 Tujuan Tugas Akhir Membuat sebuah aplikasi sistem kontrol PID pada pengontrolan temperatur yang meliputi pembuatan perangkat lunak dan perangkat keras berbasis mikrokontroler AT90S8515. 1.3 Batasan Masalah Pembahasan dalam tugas akhir ini dibatasi oleh : Obyek pengaturan adalah temperatur akuarium dengan kisaran ukur antara 27 oC hingga 32 oC 1. Aplikasi alat yang dibuat hanya untuk proses pemanasan. 2. Metode pengaturan yang digunakan adalah PID (Proporsional Integral Derivatif) yang diimplementasikan secara digital. 3. Metode penalaan kontrol PID yang digunakan adalah metode manual (trial and error). 4. Instrumen pengatur berupa sistem minimum berbasis AT90S8515. 5. Tidak dilakukan pemodelan sistem sehingga persamaan matematis sistem tidak diketahui. 6. Pengujian instrumen hanya dilakukan pada plant akuarium. 7. Tidak memperhitungkan efek perpindahan panas yang terjadi dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya. 8. Pengontrol tegangan AC yang digunakan adalah pengontrolan sudut fase, dan digunakan triac sebagai komponen pengatur tegangan. Pengamatan hanya dilakukan pada bentuk sinyal pemicu dan gelombang keluaran. 9. Tidak memperhitungkan perubahan volume dalam jumlah besar. 10. Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr... 1 of 15 11/30/2010 9:25 AM
15

Pengontrolan Temperatur Men..

Jun 27, 2015

Download

Documents

Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Pengontrolan Temperatur Men..

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis Mikrokontroler AT90S8515Written by Jaenal Arifin Sunday, 18 January 2009 05:16

Abstrak

Budidaya ikan Kerapu banyak dilakukan pada karamba jaring apung (kajapung) yang berada di perairan dilepas pantai. Namun demikian, banyak kendala yang dihadapi para peternak ikan Kerapu. Penelitian inibertujuan memberikan sebuah alternatif pembudidayaan ikan Kerapu di darat, dengan cara membuat habitatair laut tiruan pada sebuah akuarium dengan parameter - parameter (suhu, kadar garam, kadar oksigen, pHdan kecepatan arus air) yang dikontrol sesuai dengan karakteristik habitat aslinya. Pada makalah inidilakukan perancangan dan pembuatan pengontrol suhu berbasis mikrokontroler AVR AT90S8515. Secaraumum proses yang terjadi adalah proses pengambilan data setpoint, proses pendefinisian variabel-variabelkontrol yang penting, proses perhitungan aksi kontrol dan algoritma kontrol, dan proses penyimpanan datayang diperlukan. Untuk mengetahui kemampuan dan unjuk kerja dari alat/sistem yang dirancang, makasistem diaplikasikan untuk melakukan pengaturan temperatur air akuarium.

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Wilayah perairan Indonesia yang memiliki luas hampir 2/3 dari luas daratan, memiliki potensi pengembangandan budidaya perikanan yang besar. Terdapat banyak sumber daya perikanan yang dapat dijadikankomoditas ekspor andalan sebagai sumber penghasil devisa negara. Salah satu ikan laut komersil yangsekarang banyak dibudidayakan dan merupakan komoditas ekspor yaitu ikan Kerapu. Tugas Akhir inimerancang alat/sistem untuk melakukan pengaturan daya pemanas secara kontrol fasa pada sistempengaturan temperatur dengan menggunakan algoritma kontrol PID yang akan diterapkan pada akuarium.

1.2 Tujuan Tugas Akhir

Membuat sebuah aplikasi sistem kontrol PID pada pengontrolan temperatur yang meliputi pembuatanperangkat lunak dan perangkat keras berbasis mikrokontroler AT90S8515.

1.3 Batasan Masalah

Pembahasan dalam tugas akhir ini dibatasi oleh :

Obyek pengaturan adalah temperatur akuarium dengan kisaran ukur antara 27 oC hingga 32 oC1.Aplikasi alat yang dibuat hanya untuk proses pemanasan.2.Metode pengaturan yang digunakan adalah PID (Proporsional Integral Derivatif) yangdiimplementasikan secara digital.

3.

Metode penalaan kontrol PID yang digunakan adalah metode manual (trial and error).4.Instrumen pengatur berupa sistem minimum berbasis AT90S8515.5.Tidak dilakukan pemodelan sistem sehingga persamaan matematis sistem tidak diketahui.6.Pengujian instrumen hanya dilakukan pada plant akuarium.7.Tidak memperhitungkan efek perpindahan panas yang terjadi dari sistem ke lingkungan atausebaliknya.

8.

Pengontrol tegangan AC yang digunakan adalah pengontrolan sudut fase, dan digunakan triac sebagaikomponen pengatur tegangan. Pengamatan hanya dilakukan pada bentuk sinyal pemicu dangelombang keluaran.

9.

Tidak memperhitungkan perubahan volume dalam jumlah besar.10.

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

1 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 2: Pengontrolan Temperatur Men..

II. DASAR TEORI

2.1 Sistem Pengaturan Temperatur [6], [10], [20]

Suatu sistem termal ditunjukkan pada Gambar 2.1. Cairan dengan temperatur T (oC) mengalir keluar daritangki dengan laju tertentu dan cairan ini digantikan dengan cairan yang masuk ke tangki dengan temperaturTi (oC), dimana Ti < T. Cairan yang berada di dalam tangki dipanaskan menggunakan sebuah pemanas(heater) listrik. Cairan diaduk sedemikian rupa sehingga seluruh cairan yang berada dalam tangki dapatdianggap memiliki temperatur yang sama.

Gambar 2.1 Sistem termal

Dalam kasus sistem kontrol, temperatur T adalah variabel yang akan dikontrol, dan nilai T inilah yangdiinginkan sebagai output. Kemudian input kontrol adalah output dari pemanas listrik (electric heater) qe.Sedangkan Ti dan Ta disebut input-input gangguan, atau dikenal sebagai gangguan dimana input berupagangguan ini tidak dikontrol. Besarnya kalor sebagai input kontrol selalu diatur dengan mengatur teganganyang diberikan ke pemanas. Jika pemanas dimodelkan sebagai suatu beban resistif, maka besarnya kalor perunit waktu adalah:

Dengan P adalah daya pemanas (watt), Vh adalah tegangan efektif (volt) yang diberikan ke pemanas, dan Rhadalah resistansi pemanas (ohm). Ini menunjukkan bahwa energi listrik yang dikonversi ke pemanasmerupakan sebuah fungsi nonlinier terhadap tegangan yang diberikan ke pemanas, dan tidak dapat diperolehtransfer function yang menunjukkan hubungan antara temperatur T dengan tegangan input Vh. Namun telahditunjukkan bahwa besarnya temperatur dapat diatur dengan mengatur besarnya tegangan yang diberikan kepemanas.

2.2 Pengontrol Tegangan AC[5], [15], [17]

Untuk transfer energi, dua jenis pengontrol yang biasa digunakan yaitu: Kontrol on-off dan Kontrol sudutfasa. Pada kontrol on-off, saklar thyristor menghubungkan beban dengan sumber ac selama beberapaputaran tegangan masukan dan diputus selama beberapa putaran yang lain. Pada kontrol sudut fasa, saklarthyristor menghubungkan beban dengan sumber ac untuk setiap bagian dari putaran tegangan masukan.Sehingga bila dibandingkan dengan kontrol on-off, kontrol sudut fasa dapat memberikan range pengaturantegangan secara penuh.

2.2.1 Prinsip Kontrol Sudut Fasa

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

2 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 3: Pengontrolan Temperatur Men..

Prinsip dari kontrol sudut fasa untuk gelombang penuh satu fasa dapat dijelaskan berdasarkan rangkaianpada Gambar 2.2. Energi mengalir ke beban dikontrol dengan menunda sudut pemicuan (firing angle)thyristor T1 dan sudut pemicuan thyristor T2

Gambar 2.2 Rangkaian pengontrol gelombang penuh satu fasa

2.3 Mikrokontroler AT90S8515

Untuk mengimplementasikan sistem pengendali berbasis algoritma sistem kontrol PID digital digunakanmikrokontroler AT90S8515 produksi Atmel. Mikrokontroler ini memiliki fitur yang hampir sama denganmikrokontroler buatan Atmel sebelumnya yaitu AT89C5x sehingga bagi para praktisi yang sudah terbiasamenggunakan At89C5x tersebut akan lebih mudah untuk memahami bagaimana menggunakan AT90S8515.

Mikrokontroler AT90S8515 memiliki beberapa keistimewaan antara lain: arsitektur RISC (ReducedInstruction Set Computer), 118 instruksi sebagian besar satu siklus instruksi, 32x8 register kerja serbaguna, 8MIPS (Mega Instructions per Second) pada 8 MHZ, 8 Kbytes In-System Programmable Flash (1000 siklushapus/tulis), 512 bytes SRAM, 512 bytes In-System Programmable EEPROM (100.000 siklus hapus/tulis),pemrograman terkunci untuk program Flash dan keamanan data pada EEPROM, satu 8 bit timer/counterdengan Prescaler terpisah, satu 16 bit timer/counter dengan Prescaler terpisah yang dapat digunakan untukmode Compare, Mode Capture dan dual 8,9,atau 10 bit PWM, Analog comparator dalam chip, pewaktuWatchdog terprogram dengan Osilator dalam chip, UART serial terprogram,antarmuka serial SPImaster/slave, mode power down dan catu rendah senggang, sumber interupsi internal dan eksternal, dan 32jalur I/O terprogram.

2.4 ADC 0804

IC ADC 0804 adalah pengubah analog ke digital CMOS 8 bit. Beberapa karakteristik penting dari ADC 0804adalah:

Mempunyai dua masukan analog yaitu : Vin(+) dan Vin(-)1.Mengkonversikan masukan tegangan analog menjadi keluaran digital 8 bit dengan range 0 sampai 5 V.2.Mempunyai rangkaian clock internal, yang dapat menghasilkan frekuensi clock sebesar f = 1/(1.1RC).3.Dengan frekuensi clock 640 KHz waktu konversinya adalah sekitar 100 uS.4.ADC 0804 didesain untuk mudah dihubungkan dengan bus data suatu sistem mikroprosesor.5.

2.5 Aksi Kontrol Proporsional plus Integral (PI) [8],[9]

Aksi kontrol dari kontroler proporsional plus integral plus differensial didefinisikan dengan persamaan 2-2.

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

3 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 4: Pengontrolan Temperatur Men..

dengan u adalah sinyal kontrol, e adalah kesalahan (error), de/dt adalah perubahan kesalahan dan Kp, Ti danTd berturut-turut adalah penguatan proporsional, konstanta waktu integral dan derivatif.

Dalam bentuk diskrit dengan menggunakan aproksimasi numerik integral error, e(k) = (e(k-1)+2e(k-1)+e(k-2))T, persamaan (2-2) dapat ditulis menjadi

Dalam bentuk fungsi alih

dengan Kp adalah penguat proporsional, Ti= Kp/Ki adalah konstanta waktu integral, dengan Td=Kp/Kdadalah konstanta waktu derivatif.

2.6 Ikan Kerapu

Ikan Kerapu menyenangi air laut berkadar garam 33 - 35 ppt (part per thousand ). Suhu perairan diIndonesia tidak menjadi masalah karena perubahan suhu, baik harian maupun tahunan sangat kecil ( 27 - 32derajat C). Kadar oksigen dari habitat ikan Kerapu sendiri adalah sebesar ± 4 ppm. Untuk kadar keasaman(pH) air laut yang menjadi habitat ikan Kerapu adalah 7,6 - 7,8. Sedangkan besarnya kecepatan arus air yangideal adalah sekitar 20 sampai 40 cm/detik[20],[21].

Dengan adanya arus air yang mengalir akan sangat berguna untuk membantu pertukaran air, membersihkantimbunan sisa-sisa metabolisme ikan, dan membawa oksigen terlarut yang sangat dibutuhkan ikan. Namunarus yang berlebihan dapat menyebabkan ikan menjadi stress, energi banyak terbuang dan selera makanberkurang[20].

III. PERANCANGAN ALAT

3.1 Perancangan Perangkat Keras

Blok diagram dari sistem yang dibuat pada perancangan Tugas Akhir ini secara keseluruhan dapat dilihatpada Gambar 3.1.

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

4 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 5: Pengontrolan Temperatur Men..

Gambar 3.1 Diagram blok perancangan perangkat keras

3.1.2 Sistem Minimum Mikrokontroler AT90S8515

Mikrokontroler AT90S8515 berfungsi sebagai penerima data masukan, melakukan pengontrolan denganmenggunakan algoritma kontrol PID, dan menghasilkan keluaran yang digunakan oleh aktuator untukmelakukan aksi kontrol secara fisik terhadap obyek pengaturan. Port A digunakan sebagai pengemuditampilan LCD. Port B digunakan sebagai penerima masukan data dari ADC. Port C berfungsi sebagaipenerima masukan keypad. Port D sebagian difungsikan sebagai masukan dan sebagian sebagai keluaran,yaitu pin 0 dan 1 untuk komunikasi serial dengan PC, pin 2 dan 3 untuk interupsi eksternal, pin 4 untukpemberian sinyal picu triac yang akan digunakan untuk mengatur pemberian tegangan ke pemanas, pin 5untuk penyalaan LED indikator, dan pin 6 dan 7 untuk pemberian sinyal -RD dan -WR pada ADC 0804.

Gambar 3.2 Alokasi port pada sistem minimum mikrokontroler AT90S8515

3.1.3 Pengontrol Tegangan AC

Gambar 3.4 merupakan rancangan rangkaian untuk pengontrol tegangan AC gelombang penuh satu fasa.Sebagai komponen pengontrol tegangan digunakan triac BT 138. Agar tidak membahayakan bagian yangmempunyai level tegangan rendah (bagian pengontrol), maka digunakan IC MOC 3021 untuk mengkopeltriac dengan bagian pengontrolnya. Sinyal pemicuan dihasilkan dari sistem mikrokontroler

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

5 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 6: Pengontrolan Temperatur Men..

Gambar 3.3 Rangkaian pengontrol tegangan AC

3.1.4 Zero Crossing Detector

Zero crossing detector adalah rangkaian yang digunakan untuk mendeteksi gelombang sinus AC 220 voltsaat melewati titik tegangan nol. Seberangan titik nol yang dideteksi adalah peralihan dari positif menujunegatif dan peralihan dari negatif menuju positif. Seberangan-seberangan titik nol ini merupakan acuan yangdigunakan sebagai awal pemberian nilai waktu tunda untuk pemicuan triac.

3.1.5 Sensor Temperatur dan Penguat Operasional

Sebagai sensor temperatur digunakan IC LM 35DZ yang telah dikalibrasi langsung dalam oC. Tegangankeluarannya (VOUT) akan mengalami perubahan 10 mV untuk setiap perubahan temperatur 1 C ataumemenuhi persamaan persamaan 3.1.

Dengan T adalah temperatur yang dideteksi dalam derajat cecius. Sebelum dikonversikan oleh ADC,keluaran dari LM 35DZ ini dikuatkan telebih dahulu menggunakan IC penguat operasional yangdioperasikan sebagai penguat operasional tak membalik (non inverting amplifier).

3.1.6 Rangkaian ADC

Keluaran dari sensor temperatur masih merupakan sinyal analog. Sehinggga harus diubah terlebih dahulu kedalam bentuk digital agar dapat diproses oleh mikrokontroler AT90S8515. Untuk keperluan tersebut, makadigunakan IC ADC 0804 sebagai pengubah sinyal analog ke digital.

ADC 0804 merupakan IC yang siap dihubungkan ke bus data sistem mikroprosesor, maka pin-pin datakeluaran digital ADC langsung dihubungkan ke Port B mikrokontroler AT90S8515. Mode operasi yang akandigunakan dalam Tugas Akhir ini mode free-running. Untuk dapat beroperasi dalam mode ini pin -RD dan-CS ditanahkan. Sedangkan pin -WR dihubungkan dengan pin -INTR sehingga ADC akan beroperasi secaraterus menerus karena sinyal Write langsung diperoleh dari sinyal interupsi. Untuk menjamin kelangsunganoperasi konversi pada ADC perlu diberikan logika rendah sesaat pada pin -INTR dengan menggunakansebuah saklar atau pemberian sinyal berlogika rendah oleh mikrokontroler.

3.1.7 Rangkaian Display

Untuk menampilkan beberapa parameter serta hasil pengaturan yang dilakukan, dipakai sebuah LiquidCrystal Display (LCD) 2x16 karakter yang kompatibel dengan LCD standar industri HD44780 dengan modetransfer data 4 bit.

3.1.8 Perancangan Unit Masukan

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

6 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 7: Pengontrolan Temperatur Men..

Unit masukan berfungsi untuk memberikan nilai bagi parameter-parameter pengontrolan yang digunakanseperti setpoint, penguatan, serta mode operasi. Sebagai unit masukan digunakan sebuah keypad matriks 4x4dengan konfigurasi yang dapat dilihat pada Gambar 3.4.

3.1.9 Catu Daya DC

Catu daya dc digunakan untuk mencatu rangkaian-rangkaian yang membentuk perangkat keras. Catu dayayang digunakan adalah catu daya dc +5 volt, yaitu untuk semua blok rangkaian perangkat keras. Namunkhusus untuk IC LM 741 digunakan catu daya simetris +12 volt dan -12 volt. Catu daya dc +12 volt jugadigunakan untuk IC sensor temperatur LM 35. Untuk menghasilkan tegangan konstan +5 volt digunakan ICregulator 7805, karena keluarannya yaitu +5 volt banyak digunakan untuk mensuplay rangkaian padaperangkat keras, maka arus keluarannya dinaikkan dengan bantuan trasistor daya yaitu 2N3055. Sedangkanuntuk menghasilkan tegangan konstan +12 volt digunakan IC regulator 7812 dan untuk tegangan konstan -12volt digunakan IC regulator 7912.

3.2 Perancangan Perangkat Lunak

3.2.1 Perancangan Program Utama

Perancangan perangkat lunak ini secara garis besar bertujuan untuk mengatur kerja sistem sepertipembacaan hasil sensor, proses pengaturan temperatur sistem dengan menggunakan algoritma kontrol PIDdigital, serta menghasilkan sinyal pemicuan triac yang akan menggerakkan aktuator. Dengan demikianperancangan perangkat lunak ini meliputi program utama serta beberapa fungsi-fungsi pendukung. Programutama berperan sebagai jantung perangkat lunak yang akan mengatur keseluruhan operasi yang melibatkanfungsi-fungsi pendukung. Sedangkan fungsi-fungsi pendukung akan melakukan kerja khusus sesuaikebutuhan dari program utama

Dari diagram alir program utama pada Gambar 3.5 dapat terlihat bahwa program dimulai dengan melakukaninisialisasi semua variabel-variabel utama dari proses pengontrolan dan mikrokontroler.

Terlihat pula program terbagi dalam beberapa 4 menu termasuk menu utama yang memiliki fungsi yangberbeda. Menu utama sebagai default berfungsi untuk memasukkan nilai-nilai penguatan yang diperlukanseperti Kp, Ki, dan Kd serta nilai setpoint.

Setelah semua nilai dimasukkan, proses pengontrolan temperatur dengan menggunakan aksi kontrol PIDdilakukan dengan menekan tombol menu 2 dan menampilkan hasilnya pada LCD berupa tampilan setpointdan suhu aktual, serta menampilkan hasil sampling suhu setiap 0,5 detik ke komputer melalui komunikasiserial RS 232 yang akan digunakan untuk pembuatan grafik analisa respon suhu hasil pengaturan.

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

7 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 8: Pengontrolan Temperatur Men..

Gambar 3.5 Diagram alir program utama

3.2.2 Kontrol PID

Proses pengontrolan dengan menggunakan algoritma kontrol PID digital diimplementasikan dalam programsebagai berikut:

3.2.3 Interupsi

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

8 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 9: Pengontrolan Temperatur Men..

3.2.3.1 Interupsi Eksternal INT0

Sumber interupsi ini adalah pemicuan sisi turun dari sinyal yang dihasilkan oleh rangkaian zero crossdetector. Setiap terjadi interupsi, maka Timer A akan diaktifkan dengan memberikan nilai 0x09 pada registerTCCR1B.

3.2.3.2 Interupsi Timer 0

Interupsi ini bersumber pada limpahan pencacah 8 bit yang digunakan untuk menentukan pewaktuan jamdigital serta proses sampling suhu yang terdeteksi oleh sensor suhu.

3.2.3.3 Interupsi Compare Match A

Interupsi ini akan terjadi bila nilai pencacah sama dengan nilai tundaan hasil perhitungan kontrol PID yangdiberikan pada register pembanding keluaran timer A (OCR1A) yang diperoleh dari persamaan

Setiap kali terjadi interupsi akan dihasilkan cuplikan sinyal pemicuan komponen IC MOC3021 selama 4mikrodetik yang kemudian mengaktifkan komponen triac dan mengalirkan daya ke pemanas.

IV. PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Pengujian Perangkat Keras

Pengujian perangkat keras dilakukan untuk mengetahui apakah perangkat keras yang telah dirancang dapatbekerja atau berfungsi dengan baik sebagaimana yang diinginkan. Pengujian yang dilakukan terhadapperangkat keras meliputi beberapa blok rangkaian perangkat keras yang telah dirancang dan juga pengujianterhadap gabungan dari beberapa blok rangkaian.

4.1.1 Pengujian Linieritas Sensor Temperatur

Pengujian linieritas sensor temperatur digunakan sebuah termometer analog untuk cairan dan voltmeterdigital. Sensor temperatur LM 35DZ diberikan tegangan +12 Volt, dan bagian keluarannya dihubungkandengan voltmeter digital. Grafik hubungan antara temperatur (hasil pengukuran termometer) dengantegangan keluaran sensor temperatur LM 35DZ ditunjukkan pada Gambar 4.1

Gambar 4.1 Grafik linieritas sensor temperatur LM 35DZ

Dari grafik pada Gambar 4.1 terlihat bahwa hubungan antara temperatur terdeteksi dengan tegangan keluran

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

9 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 10: Pengontrolan Temperatur Men..

sensor temperatur adalah linier. Hal ini sesuai dengan data sheet LM 35DZ bahwa tegangan keluran sensorbertambah sebesar 10 mV untuk setiap kenaikan temperatur 1oC.

4.1.2 Pengujian Rangkaian ADC

Sesuai dengan rancangan pada rangkaian ADC, dilakukan pemberian tegangan referensi untuk ADC (VRef/2)sebesar 1,28 volt dan untuk tegangan masukan VIN(-) diberikan sebesar 2 volt. Blok diagram rangkaianuntuk pengujian ADC ditunjukkan pada Gambar 4.2. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Gambar 4.2 Blok diagram rangkaian pengujian ADC

Tabel 4.1 Hasil pengujian rangkaian ADC

4.1.3 Pengujian Rangkaian Zero Crossing Detector

Pengujian rangkaian zero crossing detector dilakukan dengan cara memberikan masukan berupa teganganAC 220 volt ke rangkaian zero crossing detector. Kemudian dilakukan pengukuran pada bagian masukan dankeluaran dari rangkaian zero crossing detector menggunakan osiloskop. Melalui tampilan pada osiloskopdiperoleh bentuk gelombang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

10 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 11: Pengontrolan Temperatur Men..

Gambar 4.2 Bentuk gelombang masukan dan keluaran zero crossing detector

4.1.4 Pengujian Rangkaian Pengontrol Tegangan AC

Untuk melakukan pengujian pengontrol tegangan AC, digunakan bantuan rangkaian zero crossing detectordan sistem mikrokontroler AT90S8515. Karena sistem minimum menggunakan kristal osilator denganfrekuensi 4 MHz maka 1 siklus operasi membutuhkan waktu 0,25 µs. Pengujian dilakukan denganmemberikan nilai antara 0 - 40000 secaara langsung pada register OCR1A yang akan memberikan tundaanmaksimum 10000 µs.

Hasil pengujian untuk lima nilai waktu tundaan pemicuan triac ditunjukkan pada Gambar 4.3 sampai Gambar4.5.

Gambar 4.3 Sinyal picu dan tegangan beban untuk waktu tunda pemicuan 3000 S

Gambar 4.4 Sinyal picu dan tegangan beban untuk waktu tunda pemicuan 5000 S

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

11 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 12: Pengontrolan Temperatur Men..

Gambar 4.5 Sinyal picu dan tegangan beban untuk waktu tunda pemicuan 9500 S

Dari Gambar 4.3 sampai 4.5 dapat dilihat bahwa semakin besar waktu tunda untuk pemicuan triac, makategangan pada beban untuk setiap fasenya (fase positif dan fase negatif) akan semakin kecil yang berarti jugabahwa daya listrik yang diberikan ke beban akan semakin kecil.

4.2 Pengujian Perangkat Lunak

Pengujian perangkat lunak dilakukan untuk beberapa sub rutin program, sehingga tiap sub rutin programdapat dipastikan telah berjalan sesuai dengan kondisi yang diinginkan. Untuk sub rutin yang tidak menerimamasukan dari perangkat keras, seperti sub rutin untuk algoritma control PID dan sub rutin untuk operasiaritmatik, maka pengujiannya dilakukan dengan menggunakan program simulator AVRStudio.Sedangkanuntuk sub rutin yang membutuhkan masukan dari perangkat keras dan juga memberikan keluaran keperangkat keras, maka untuk pengujiannya sistem mikrokontroler langsung dihubungkan ke perangkat kerasyang bersangkutan.

4.3 Pengujian dan Analisa Respon Sistem

Pengujian ini dilakukan pada suhu awal 25.5 dengan memberikan nilai acuan 30 oC, berdasarkan padahabitat hidup ikan Kerapu yaitu antara 27 - 32 oC.

Pemberian nilai parameter Kp, Ki, dan Kd untuk memperoleh respon sistem yang optimal dilakukan denganmenggunakan metode manual (hand tuning / trial and error).

Langkah-langkah penalaan yang dilakukan dapat diuraikan sebagai berikut :

Temperatur air akuarium dinaikkan hingga mencapai suhu 30 oC.1.Memberikan nilai Kp hingga kontroler masih menghasilkan keluaran dan osilasi, dengan mengamatikeluaran kontroler pada osiloskop.

2.

Mengatur nilai Kd dan Ki untuk mengurangi osilasi keadaan tunak.3.

Berdasarkan hasil penalaan untuk setpoint 30 oC, diperoleh harga yang baik untuk Kp adalah 10 dan Kd =0.3. Pemberian Kp dibawah 10 akan mengakibatkan waktu naik respon transien dari sistem menjadi lebihlama dan suhu sistem akan mengalami offset sehingga suhu akuarium tidak akan dapat mencapai suhusetpoint. Untuk nilai Kd = 0,3 suhu system akan berosilasi antara 0,2 di bawah setpoint dan 0,4 di atassetpoint, sedangkan untuk nilai Kd kurang atau lebih dari 0,3 akan menyebabkan kisaran osilasi suhu lebihbesar. Pemberian nilai Ki tidak menyebabkan perubahan yang signifikan pada keluaran kontroler sehinggadapat diabaikan.

Hasil pengujiannya dalam bentuk grafik respon sistem ditunjukkan pada Gambar 4.6.

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

12 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 13: Pengontrolan Temperatur Men..

Gambar 4.6 Grafik respon sistem untuk nilai acuan = 30 oC

Dari grafik respon sistem yang diperoleh (Gambar 4.8), secara umum terlihat bahwa hasil pengaturannyatidak stabil secara sempurna sesuai setpoint. Respon sistem berosilasi sebesar kurang lebih 0,4 oC dari nilaiakhirnya.

Hasil pengujian berupa grafik respon sistem terhadap gangguan pendinginan dapat dilihat pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7 Grafik respon sistem terhadap gangguan pendinginan untuk nilai acuan 30 oC.

Dari grafik respon sistem terhadap gangguan pendinginan terlihat bahwa sistem dapat mengatasi gangguanyang terjadi dengan waktu pemulihan yang dibutuhkan sekitar 150 menit terhitung dari pencapaian suhuterendah setelah gangguan hingga suhu sistem kembali berada pada nilai acuan.

V. KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan perancangan, pengujian dan analisa yang telah dilakukan dalam tugas akhir ini, maka dapatdisimpulkan hal-hal sebagai berikut.

Sistem pengaturan temperatur yang dibuat mampu mempertahankan suhu akuarium pada suhu 30 oC,sesuai dengan kisaran suhu habitat ikan antara 27 hingga 32 oC.

1.

Sistem pengaturan yang dibuat dapat bekerja dengan baik dengan amplitudo osilasi sebesar 0,8 oC.2.Pemerataan panas yang dihasilkan dalam akuarium sangat diperlukan untuk meningkatkan akurasipengaturan serta mengurangi pengaruh jarak antara sensor dengan pemanas.

3.

Daya pemanas yang digunakan kurang besar bila dibandingkan dengan volume air yang akandipanaskan sehingga waktu naik respon transien sistem menjadi lama.

4.

5.2 Saran

Beberapa hal yang dapat disarankan dari pelaksaan tugas akhir ini adalah:

Untuk memperoleh respon sistem yang lebih baik lagi, maka dapat dicoba dengan:1.

Menggunakan sensor yang memiliki keakuratan dan stabilitas yang cukup baik.Menggunakan metode pengontrolan lain seperti fuzzy, fuzzy hibrid,

Dapat dibuat program komputer untuk proses akuisisi data dari plant secara langsung pada tiap1.

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

13 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 14: Pengontrolan Temperatur Men..

periode samplingnya, sehingga respon sistem langsung dapat diamati dalam bentuk grafik dan programuntuk mengatur nilai Kp,Ki, dan Kd dan Setting Point secara langsung dari komputer.Untuk penggunaan daya pemanas yang lebih besar lagi, maka sebaiknya dibuat box/tempat yangterpisah antara kontroler dengan rangkaian pengatur tegangan pemanas

2.

[1] Albert Paul Malvino, Ph.D , Prinsip-Prinsip Elektronika, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1985.

[2] Albert Paul Malvino, Ph.D , Donald P. Leach, Ph.D, Prinsip-Prinsip dan Penerapan Digital,Diterjemahkan Oleh Ir. Irwan Wijaya, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1992.

[3] Charles A. Schuler, William L. McNamee, Industrial Electronics and Robotics, Mc Graw Hill, NewYork,1986.

[4] Charles L. Philips and Royce D. Harboy, Feedback Control System, Prentice Hall Inc, New Jersey,1991.

[5] David Halliday, Robert Resnick, Fisika, Diterjemahkan Oleh Pantur Silaban Ph.D dan Drs. ErwinSucipto M.Sc, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1992.

[6] Edward Danakusumah, Studi Pendahuluan Budidaya Ikan Kerapu dengan Sistem Air Deras, Makalahyang dipresentasikan dalam Simposium Perikanan Indonesia II, Ujung Pandang, 1997.

[7] Katsuhiko Ogata, Teknik Kontrol Automatik Jilid 1-2, Diterjemahkan Oleh Ir. Edi Laksono, PenerbitErlangga, Jakarta, 1996.

[8] Muhammad Rashid, Power Electronics, Circuit, Devices and Applications, Second Edition, PrenticeHall Inc, New Jersey, 1988.

[9] P. Hogenboom, Data Sheet Book 3, Catatan Aplikasi, PT Elex Media Komputindo, Jakarta, 1996.

[10] Ronald J. Tocci, Digital Systems : Principle and Applications, Prentice Hall Inc, New Jersey, 1991.

[11] Sheingold, Danield H. Transducer Interfacing Handbook : A Guide to Analog Signal Conditioning,Analog Devices, Inc. USA, 1980.

[12] Shinkey, F.G. Process Control Systems : Application, Design, and Tuning - 3rd Edition, McGraw-HillBook Co. Singapore, 1988.

[13] Stuart Bennet, Real Time Computer Control, An Introduction, Prentice Hall International, UK, 1994.

[14] William David Cooper, Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran, Penerbit Erlangga, Jakarta,1994.

[15] William Hayt H Jr, Kemmerley Jack, Rangkaian listrik I, Diterjemahkan Oleh Silaban, Erlangga,Jakarta, 1985.

[16] Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, PT. Gramedia, Jakarta, 1993.

[17] ---, Pembesaran Kerapu Macan (Epinephelus Fuscogutattus) dan Kerapu Tikus (Cronileptes Altivelis)di Keramba Jaring Apung, Juknis Seri No. 7, Departemen Kelautan dan Perikanan, Direktorat JenderalPerikanan Budidaya, Balai Budidaya Laut, Lampung, 2001.

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

14 of 15 11/30/2010 9:25 AM

Page 15: Pengontrolan Temperatur Men..

[18] -------------, www.agribussinessonline.com/kerapu

[19] -------------, www.atmel.com/avr/8515

[20] -------------, www.barello.com/papers/index

[21] -------------, suharjawanasuria.tripod.com/budi_daya_dan _pengembangan_kerapu.htm

Last Updated on Sunday, 18 January 2009 11:13

Pengontrolan Temperatur Menggunakan Metode Kontrol PID - Berbasis M... http://www.electroniclab.com/index.php?view=article&catid=9:labmikr...

15 of 15 11/30/2010 9:25 AM