DAFTAR ISI

DAFTAR ISIiDAFTAR GAMBARiiiDAFTAR TABELiiiBAB I PENDAHULUAN1A.Latar Belakang1B.Batasan Masalah1C.Rumusan masalah2D.Tujuan penelitian2BAB II TINJAUAN PUSTAKA3A.Thermistor3B.Jembatan Wheatstone5C.Diode Zener6D.Penguat Instrumentasi7E.Arduino Uno9F.Power supply13BAB III METODOLOGI PENELITIAN14A.ALAT DAN BAHAN14B.PROSEDUR PENELITIAN15a.Perancangan system15b.Pengkarakteristian Thermistor15c.Rangkaian Pengkondisi Sinyal16d.Pengisian Program Pada Mikrokontroler16e.Menggabungkan System17f.Pengambilan Data17BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN18A.Karakterisasi Thermistor18B.Rangkaian pengkondisi Sinyal19a.Rangkaian Jembatan Wheatstone19b.Penguat Instrumentasi21C.Pengisian Program pada Mikrokontroler22D.Penggabungan Sistem23E.Pengujian Sistem Secara Keseluruhan24BAB V PENUTUP27A.Kesimpulan27B.Saran27DAFTAR PUSTAKA28

DAFTAR GAMBARGambar 2.1. Thermistor Jenis NTC3Gambar 2.2. Rangkaian Jembatan Wheatstone5Gambar 2.3. Dioda Zener Dan Simbolnya Dalam Rangkaian6Gambar 2.4. Rangkaian Penguat Instrumentasi7Gambar 2.5. Konfigurasi Pin AD6208Gambar 2.6. Bentuk Fisik Arduino Uno9Gambar 2.7. Rangkaian Power Supply13Gambar 3.1. Bagan System Sensor Temperature Menggunakan Thermistor15Gambar 3.2. Rangkaian Pengkondisi Thermistor Menggunakan Jembatan Wheatstone16Gambar 4.1. Grafik Perbandingan Hasil Karakteristik Terhadap Data Sheet Thermistor19Gambar 4.2. Grafik Hubungan Antara Temperature Terhadap Vo Jembatan Wheatstone20Gambar 4.4. Skema Hubungan Antara Jembatan Wheatstone Dengan AD62022Gambar 4.5. Tampilan Program Yang Diisi Ke Mikrokontroler23Gambar 4.6. Rangkaian Sensor Secara Keseluruhan24Gambar 4.7. Grafik Hubungan Antara Temperature Dengan Vo IA Yang Terukur25

1

xxviii

28

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Struktur pengoperasian arduino uno10Tabel 3.1. Alat Dan Bahan Yang Digunakan14Tabel 4.1. Hasil Perbandingan Data Sheet Dan Karakteristik Thermistor.18Tabel 4.2. Perubahan Tegangan Keluaran Jembatan Wheatstone Terhadap Temperatur20Tabel 4.3. Tegangan Keluaran Dari Penguat Instrumentasi Terhadap Temperature.21Tabel 4.4. Hasil Pengukuran Sensor Pada Komputer24

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar BelakangPengukuran temperature menjadi sangat penting untuk berbagai keperluan. Untuk memperloeh data temperature maka dapat digunakan thermometer atau sensor temperature. Penggunaan sensor temperature menjadi lebih efisien, baik dari segi keakuratan maupun pada pencatatan data. Sebuah sensor temperature dapat menggunakan berbagai jenis sensor untuk mendeteksi besaran temperature yang akan diukur. Salah satu sensor yang biasa digunakan adalah Thermistor.Thermistor merupakan salah satu jenis sensor temperature yang memanfaatkan perubahan hambatan terhadap temperature. Penggunaan thermistor sebagai sensor memiliki beberapa kelebihan, diantaranya adalah range temperature yang besar, time respon yang cepat, serta harganya yang terjangkau. Namun thermistor juga memiliki kelemahan pada perubahan hambatannyaterhadap temperature yang tidak linear sehingga keakuratannya pad pengukuran dengan range yang besar menjadi kurang akurat.Sebuah sensor temperature dapat dirancang sehingga dapat berkomunikasi dengan sebua persona computer (PC) ataupun laptop. Untuk dapat bekomunikasi dengan sebuah PC ataupun laptop sehingga hasil pengkuran sensor dapat langsung ditampilkan, maka daapt digunakan sebuah mikrokontroller. Salah satu mikrokontroler yang sudah tersusun dalam suatu system minimum dapat digunakan adalah Arduino. Dengan menggunakan Arduino maka pengolahan data dari data analog menajadi data digital menjadi lebih mudah. B. Batasan MasalahDalam penelitian ini masalah yang akan dibahas adalah sebagai berikut:1. Thermistor yang digunakan adalah jenis thermistor NTC.2. Range temperature yang diukur adalah 10 30 0C.3. Keakuratan dari sensor ditentukan oleh ADC internal dari Arduino.

C. Rumusan masalahBerdasarkan dari latar belakang yang telha dijelaskan, maka rumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana mendisain suatu sensor temperature menggunakan thermistor dengan range 10 30 0C yang hasil pengukurannya dapat ditampilkan pada personal computer.

D. Tujuan penelitianTujuan dari penelitian ini adalah dapat mendisain suatu sensor temperature menggunakan thermistor dengan range pengukuran 10 30 0C yang hasil pengukurannya dapat ditampilkan pada personal computer.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

A. ThermistorNama termistor berasal dari Thermally Sensitive Resistor. Termistor biasanya termasuk material-material semikonduktor yang dibagi dua golongan:oksida logam dan semikonduktor kristal tunggal. Negative Temperature Coefficient (NTC) pertama kali ditemukan oleh Faraday pada perak sulfid pada tahun 1833. Pemahaman tentang termistor oksida ini mengalami perkembangan yang sangat pesat oleh becker, Vervey dkk pada akhir tahun 1940-an. Termistor kristal germanium dipelajari oleh Lark-Horovitz dkk pada tahun 1946, dan oleh estermann (meneliti Si), Hung dan Gliessman pada tahun 1950, Friedberg pada tahun 1951, dan kemudian Fritzsche dan Kunzler dkk. Silikon pada suhu rendah dipelajari oleh Morin, Maita dan Cralson pada tahun 1954-1955. Broom juga mempelajari termometer GaAs pada tahun 1958.

Gambar 2.1. Thermistor jenis NTC

Termistor atau thermal resistor adalah suatu jenis resistor yang sensitive terhadap perubahan suhu. Prinsipnya adalah memberikan perubahan resistansi yang sebanding dengan perubahan suhu. Perubahan resistansi yang besar terhadap perubahan suhu yang relatif kecil menjadikan termistor banyak dipakai sebagai sensor suhu yang memiliki ketelitian dan ketepatan yang tinggi. Termistor yang dibentuk dari bahan oksida logam campuran (sintering mixture), kromium, kobalt, tembaga, besi, atau nikel, berpengaruh terhadap karakteristik termistor, sehingga Pemilihan bahan oksida tersebut harus dengan perbandingan tertentu. Dimana termistor merupakan salah satu jenis sensor suhu yang mempunyai koefisien temperatur yang tinggi.

Komponen dalam termistor ini dapat mengubah nilai resistansi karena adanya perubahan temperatur. Dengan demikian dapat memudahkan kita untuk mengubah energi panas menjadi energi listrik. Termistor dapat dibentuk dalam bentuk yang berbeda-beda, bergantung pada lingkunganyang akan dicatat suhunya. Lingkungan ini termasuk kelembaban udara, cairan, permukaan padatan, dan radiasi dari gambar dua dimensi. Maka, termistor bisa berada dalam alat-alat seperti disket, mesin cuci, tasbih (manik-manik), balok,dan satelit. Ukurannya kecil dibandingkan dengan termometer lain, ukurannya dalam range 0.2mm sampai 2mm. Termistor dibedakan dalam 2 jenis, yaitu: NTC (Negative Temperature Coefisient) Termistor yang mempunyai koefisien negatif, yang disebut NTC (Negative Temperature Coefisient), Dimana bahannya terbuat dari logam oksida yaitu dari serbuk yang halus kemudian dikompress dan disinter pada temperatur yang tinggi. Kebanyakan pada material penyusun termistor biasa mengandung unsur - unsur seperti Mn2O3, NiO, CO2O3, Cu2O, Fe2O3, TiO2, dan U2O3. Oksida-oksida ini sebenarnya mempunyai resistansi yang sangat tinggi, tetapi dapat diubah menjadi bahan semikonduktor dengan menambahkan beberapa unsur lain yang mempunyai valensi yang berbeda disebut dengan doping dan pengaruh dari resistansinya dipengaruhi perubahan temperatur yang diberikan. Thermistor logam oksida digunakan dalam daerah 2000K sampai 7000K. Untuk digunakan pada temperatur yang sangat tinggi, thermistor dibuat dari Al2O3, BeO, MgO, Y2O3, dan Dy2O3.

PTC (Positive Temperature Coefisient)Temistor yang mempunyai koefisien positif yang disebut PTC (Positive Temperature Coefisient). Termistor PTC memiliki perbedaan dengan NTC antara lain : Koefisien temperatur dari thermistor PTC bernilai positif hanya dalam interfal temperatur tertentu, sehingga diluar interval tersebut akan bernilai nol atau negatif, Harga mutlak dan koefisien temperatur dari termistor PTC jauh lebih besar daripada termistor NTC. Kedua jenis termistor ini mempunyai fungsinya masing masing, tetapi di pasaran, yang lebih banyak digunakan adalah termistor NTC. Karena termistor NTC material penyusunnya yaitu metal oksida, dimana harganya lebih murah darimaterial penyusun PTC yaitu Kristal tunggal.B. Jembatan WheatstonePirnsip kerjan dari rangkaian jembatan wheatstone pertama kali di temukan oleh Samuel Hunter Cristie pada 1833. Konsep semacam ini kemudian di modifikasi dan langsung di populerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843, yakni di beri nama dengan Rangkaian Jembatan Wheatstone. Rangkaian Jembatan Wheatstone adalah susunan dari komponen komponen elektronika yang berupa resistor dan catu daya. Jembatan wheatstone merupakan salah satu rangkaian jembatan yang pada umumnya di gunakan pada pengukuran presisi tahanan dengan nilai sekitar 1 ohm sampai dengan mega ohm. Rangkaian jembatan wheatstone di gunakan untuk menghitung resistansi yang tidak di ketahui dengan bantuan dari rangkaian jembatan. Untuk itu, dua kaki yang di gunakan dalam rangkaian di simpan seimbang dan satu kaki termasuk resistansi yang tidak di ketahui.

Gambar 2.2. Rangkaian Jembatan Wheatstone

Jembatan wheatstone juga dapat di gunakan untuk mengukur hambatan listrik. Hambatan sendiri merupakan hasil bagi antara tegangan dengan arus. Rangkaian jembatan wheatstone tidak memerlukan alat ukur seperti voltmeter dan amperemeter, cukup menggunakan satu galvanometer untuk melihat apakah ada arus listrik yang melalui suatu rangkaian. Prinsip kerja jembatan wheatstone sangat mirip dengan prinsip kerja dari potensiometer. Jembatan wheatstone dapat membantu dalam mencari jumlah lain dari seperti resisistansi, kapitansi dan juga induktansi. Jembatan ini terdiri dari 4 lengan resisif beserta sumber tegangan DC dan sebuah detektor nol yang biasanya menggunakan galvanometer atau pengukur arus lainnya yang sensitif.

C. Diode ZenerDalam suatu perancangan sensor temperature diperlukan suatu sumber tegangan yang stabil. Hal ini agar perubahan tegangan keluaran (Vo) dari suatu rangkaian pengkondisi sensor benar-benar berasal dari perubahan temperature yang diterima oleh sensor. Penggunaan diode zener sebagai penyetabil tegangan merupakan salah satu metode yang sanget efisien.

Gambar 2.3. Dioda zener dan simbolnya dalam rangkaian

Sebuah diode Zener memiliki sifat yang hampir sama dengan diode biasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat dengan tegangan tembus yang jauh dikurangi. Sebuah diode Zener memiliki p-n junction yang memiliki doping berat, yang memungkinkan elektron untuk tembus dari depletion layer tipe-p ke dalam pita konduksi material tipe-n. Sebuah diode Zener yang dicatu-balik akan menunjukan perilaku tegangan tembus yang terkontrol dan akan melewatkan arus listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada tegangan Zener. Sebagai contoh, sebuah diode Zener 3.2 Volt akan menunjukan tegangan jatuh pada 3.2 Volt jika diberi catu-balik. Namun, karena arusnya terbatasi, sehingga diode Zener biasanya digunakan untuk membangkitkan tegangan referensi, untuk menstabilisasi tegangan aplikasi-aplikasi arus kecil, untuk melewatkan arus besar diperlukan rangkaian pendukung IC atau beberapa transistor sebagai output.

D. Penguat InstrumentasiDidalam sistem kontrol sering kali output dari sensor nilainya tidak sesuai dengan apa yang diharapkan dan mudah diolah. Oleh karena itu perlu adanya pengolah sinyal agar sinyal output sensor dapat diolah terlebih dahulu agar outputnya sesuai yang diharapkan. Rangkaian penguat instrumentasi dapat dibuat menggunakan IC Op-Amp, misalnya menggunakan IC LM741.

Gambar 2.4. Rangkaian Penguat Instrumentasi

Penguat operasional atau Op-Amp merupakan komponen elektronika yang berfungsi menguatkan arus searah (DC) maupun arus bolak-balik(AC). Pada prinsipnya op amp hanya bekerja sebagai penguat sinyal bukan penguat daya. Di dalam op amp terdapat transistor,resistor, dan kapasitor yang dikemas dalam sebuah rangkaian terpadu(IC). Berdasarkan gambar 1.4 maka dapat diperoleh penguatan yang besarnya dapat diatur dengan mengubah besarnya resistansi Rg. Besarnya penguatan yang dihasilkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:(1)

Dengan

Pada aplikasinya, rangkaian penguat instrumentasi sudah diproduksi dalam sebuah single chip. Salah satu jenis IC penguat instrumentasi yang banyak digunakan adalah IC AD620. AD620 dipilih karena memiliki tingkat akurasi yang tinggi dan mampu memberikan penguatan hingga 10.000 kali hanya dengan membutuhkan satu buah resistor sehingga membuat rangkaian penguat ini menjadi lebih baik. AD620 ini merupakan amplifier pengembangan dari produk homebrew 3 op amp 1A dengan ukuran yang lebih kecil, lebih sedikit komponen dan 10x lebih sedikit supply arus yang dibutuhkan.

Gambar 2.5. Konfigurasi pin AD620

AD620 memiliki konfigurasi pin seperti pada Gambar 1.5. Pada gambar tersebut terlihat bahwa AD620 memiliki 8 pin yang mewakili fungsinya masing-masing. Pin 2 (-IN) dan 3 +(IN) yaitu pin tegangan input yang akan dikuatkan oleh AD620. Pin 4 (-Vs) dan 7 (+Vs) yaitu pin tegangan supply yang digunakan oleh AD620. Tegangan yang dibutuhkan yaitu tegangan DC positif dan negatif dengan range 5V hingga 15V. Pin 6 (Vo) yaitu pin tegangan output yang telah dikuatkan oleh AD620. Pin 5 (Ref) merupakan tegangan referensi yang disambungkan dengan ground yang berasal dari beban Pin 1 dan 8 (RG) merupakan pin tempat meletakkan nilai hambatan yang menjadi acuan untuk penguatan dari AD620, dimana nilai hambatan dan nilai penguatannya dapat ditentukan berdasarkan Persamaan berikut:

E. Arduino UnoArduino UNO adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328. Arduino UNO mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.

Gambar 2.6. Bentuk fisik Arduino Uno

Arduino Uno berbeda dari semua board Arduino sebelumnya, Arduino UNO tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Sebaliknya, fitur-fitur Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai ke versi R2) diprogram sebagai sebuah pengubah USB ke serial. Revisi 2 dari board Arduino Uno mempunyai sebuah resistor yang menarik garis 8U2 HWB ke ground, yang membuatnya lebih mudah untuk diletakkan ke dalam DFU mode. Revisi 3 dari board Arduino UNO memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut: Pinout 1.0: ditambah pin SDA dan SCL yang dekat dengan pin AREF dan dua pin baru lainnya yang diletakkan dekat dengan pin RESET, IOREF yang memungkinkan shield-shield untuk menyesuaikan tegangan yang disediakan dari board. Untuk ke depannya, shield akan dijadikan kompatibel/cocok dengan board yang menggunakan AVR yang beroperasi dengan tegangan 5V dan dengan Arduino Due yang beroperasi dengan tegangan 3.3V. Yang ke-dua ini merupakan sebuah pin yang tak terhubung, yang disediakan untuk tujuan kedepannya Sirkit RESET yang lebih kuat Atmega 16U2 menggantikan 8U2 Tabel 2.1. Struktur pengoperasian Arduino UnoMikrokontrolerATmega328

Tegangan pengoperasian5V

Tegangan input yang disarankan7-12V

Batas tegangan input6-20V

Jumlah pin I/O digital14 (6 di antaranya menyediakan keluaran PWM)

Jumlah pin input analog6

Arus DC tiap pin I/O40 mA

Arus DC untuk pin 3.3V50 mA

Memori Flash32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 KB digunakan oleh bootloader

SRAM2 KB (ATmega328)

EEPROM1 KB (ATmega328)

Clock Speed16 MHz

Arduino UNO dapat disuplai melalui koneksi USB atau dengan sebuah power suplai eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Suplai eksternal (non-USB) dapat diperoleh dari sebuah adaptor AC ke DC atau battery. Adaptor dapat dihubungkan dengan mencolokkan sebuah center-positive plug yang panjangnya 2,1 mm ke power jack dari board. Kabel lead dari sebuah battery dapat dimasukkan dalam header/kepala pin Ground (Gnd) dan pin Vin dari konektor POWER. Board Arduino UNO dapat beroperasi pada sebuah suplai eksternal 6 sampai 20 Volt. Jika disuplai dengan yang lebih kecil dari 7 V, kiranya pin 5 Volt mungkin mensuplai kecil dari 5 Volt dan board Arduino UNO bisa menjadi tidak stabil. Jika menggunakan suplai yang lebih dari besar 12 Volt, voltage regulator bisa kelebihan panas dan membahayakan board Arduino UNO. Range yang direkomendasikan adalah 7 sampai 12 Volt. Pin-pin dayanya adalah sebagai berikut: VIN. Tegangan input ke Arduino board ketika board sedang menggunakan sumber suplai eksternal (seperti 5 Volt dari koneksi USB atau sumber tenaga lainnya yang diatur). Kita dapat menyuplai tegangan melalui pin ini, atau jika penyuplaian tegangan melalui power jack, aksesnya melalui pin ini. 5V. Pin output ini merupakan tegangan 5 Volt yang diatur dari regulator pada board. Board dapat disuplai dengan salah satu suplai dari DC power jack (7-12V), USB connector (5V), atau pin VIN dari board (7-12). Penyuplaian tegangan melalui pin 5V atau 3,3V membypass regulator, dan dapat membahayakan board. Hal itu tidak dianjurkan. 3V3. Sebuah suplai 3,3 Volt dihasilkan oleh regulator pada board. Arus maksimum yang dapat dilalui adalah 50 mA. GND. Pin ground.Setiap 14 pin digital pada Arduino Uno dapat digunakan sebagai input dan output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Fungsi-fungsi tersebut beroperasi di tegangan 5 Volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima suatu arus maksimum 40 mA dan mempunyai sebuah resistor pull-up (terputus secara default) 20-50 kOhm. Selain itu, beberapa pin mempunyai fungsi-fungsi spesial: Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan memancarkan (TX) serial data TTL (Transistor-Transistor Logic). Kedua pin ini dihubungkan ke pin-pin yang sesuai dari chip Serial Atmega8U2 USB-ke-TTL. External Interrupts: 2 dan 3. Pin-pin ini dapat dikonfigurasikan untuk dipicu sebuah interrupt (gangguan) pada sebuah nilai rendah, suatu kenaikan atau penurunan yang besar, atau suatu perubahan nilai. Lihat fungsi attachInterrupt() untuk lebih jelasnya. PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Memberikan 8-bit PWM output dengan fungsi analogWrite(). SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin-pin ini mensupport komunikasi SPI menggunakan SPI library. LED: 13. Ada sebuah LED yang terpasang, terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai HIGH LED menyala, ketika pin bernilai LOW LED mati.Arduino UNO mempunyai 6 input analog, diberi label A0 sampai A5, setiapnya memberikan 10 bit resolusi (contohnya 1024 nilai yang berbeda). Secara default, 6 input analog tersebut mengukur dari ground sampai tegangan 5 Volt, dengan itu mungkin untuk mengganti batas atas dari rangenya dengan menggunakan pin AREF dan fungsi analogReference(). Di sisi lain, beberapa pin mempunyai fungsi spesial: TWI: pin A4 atau SDA dan pin A5 atau SCL. Mensupport komunikasi TWI dengan menggunakan Wire libraryAda sepasang pin lainnya pada board: AREF. Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan analogReference(). Reset. Membawa saluran ini LOW untuk mereset mikrokontroler. Secara khusus, digunakan untuk menambahkan sebuah tombol reset untuk melindungi yang memblock sesuatu pada board.Arduino UNO mempunyai sejumlah fasilitas untuk komunikasi dengan sebuah komputer, Arduino lainnya atau mikrokontroler lainnya. Atmega 328 menyediakan serial komunikasi UART TTL (5V), yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah Atmega 16U2 pada channel board serial komunikasinya melalui USB dan muncul sebagai sebuah port virtual ke software pada komputer. Firmware 16U2 menggunakan driver USB COM standar, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Software Arduino mencakup sebuah serial monitor yang memungkinkan data tekstual terkirim ke dan dari board Arduino. LED RX dan TX pada board akan menyala ketika data sedang ditransmit melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB pada komputer (tapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1).

F. Power supplyKarena sumber tegangan pengaktifan dari IC AD620 adalah tegangan dengan range 5V hingga 15V, maka diperlukan sebuah power supply khusus yang dapat menghasilkan tegangan dengan range tersebut. Karena sumber tegangan diperoleh dari listrik PLN yang berupa listrik AC maka diperlukan suatu rangkaian penyearah. Untuk menghasilkan tegangan +5V hingga +15V dan -5V hingga +15 maka digunakan rangkaian penyearah dengan regulator LM780xx dan LM790xx.

Gambar 2.7. Rangkaian power supply

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

A. ALAT DAN BAHANAlat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:Tabel 3.1. Alat dan bahan yang digunakanNo.Alat dan BahanSpesifikasiFungsi

1.Resistor20 kSebagai resistansi pembanding pada rangkaian jembatan wheatstone

2.Tripod50 kUntuk mengatur besarnya pengutan IA sesuai dengan yang diinginkan

3.TranfoStep down CT/0.5 AmpereUntuk menurunkan tegangan PLN

4.Diode jembatan penyearahRB-200sebagai penyearah tegangan AC ke DC

5.Kapasitor2200F, 220F, 100nFSebagai filter keluaran jembatan diode

6.IC regulatorLM7809 dan LM7809Sebagai regulator untuk menghasilkan tegangan keluaran +9V dan 9V

7.Diode zener5.1 voltSebagai regulator untuk menyetabilkan tegangan masukan pada rangkaian jembatan wheatstone

8.Penguat InstrumentasiAD620Sebagai penguat tegangan keluaran dari rangkaian jembatan wheatstone agar sesuai dengan level tegangan pada ADC

9.ArduinoAT mega 328PSebagai system pengolah data

10.Papan PCB-Sebagai tempat merangkai komponen yang digunakan

11.Termometer Raksa-10 sampai 1500CSebagai alat ukur pembanding

B. PROSEDUR PENELITIANa. Perancangan systemSystem yang dirancang menggunakan thermistor sebagai sensor, rangkaian jembatan wheatstone dan AD620 sebagai rangkaian pengkondisi sinyal dan Mikrikontroler ATMega328P (Arduino uno) sebagai sebagai system pengolah data yang kemudian ditampilkan pada computer.

Gambar 3.1. Bagan system sensor temperature menggunakan Thermistor

b. Pengkarakteristian ThermistorPengkarakteristian dilakukan untuk mendapatkan perubahan hambatan thermistor terhadap temperature yang kemudian dibandingkan dengan data sheet dari thermistor. Adapun prosedurnya adalah sebagai berikut:1. Menempatkan thermometer dan thermistor pada suatu wadah yang berisi es batu.2. Menyambungkan thermistor pada ohmmeter.3. Mencatat suhu awal dari es.4. Menaikkan temperature es dengan cara memanaskannya.5. Mencatat besarnya hambatan pada thermometer untuk setiap kenaikan 50C.6. Mengulangi prosedur 5 hingga mencapai temperature 900C.

c. Rangkaian Pengkondisi Sinyal Jembatan Wheatstone

Gambar 3.2. Rangkaian pengkondisi thermistor menggunakan jembatan wheatstone

Pengaturan batas bawah dari sensor dapat dilakukan dengan mengatur besarnya tegangan keluaran pada rangkaian jembatan wheatstone. Adapun prosedurnya adalah sebagai berikut:1. Memasang nilai Resistor R dengan nilai hambatan yang mendekati dengan nilai hambatan thermistor pada saat 10 0C.2. Mengatur nilai hambatan dari resistor variable (tripod) hingga nilainya sama dengan nilai hambatan thermistor pada saat 10 0C. Penguat InstrumnetasiHasil tegangan keluaran dari jembatan wheatstone kemudian menjadi input pada rangkaian penguat instrumentasi sehingga diperoleh penguatan yang sesuai dengan range yang diinginkan dan siap sebagai input ADC.

d. Pengisian Program Pada MikrokontrolerPengisian program pada Arduino menggunaka software Arduino 1.0.

e. Menggabungkan SystemMenggabungkan semua rangkaian yang telah dibuat sesuai dengan komfigurasi pin input dan output dari masing-masing rangkaian.

f. Pengambilan DataPengambilan data dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengukuran sensor dengan thermometer. Adapun prosedurnya adalah sebagai berikut:1. Menempatkan sensor dan thermometer pada suatu wadah yang berisi berisi air.2. Mengatur temperature air agar sesuai dengan range minimum dari sensor.3. Menaikan temperature air dengan cara memanaskannya.4. Mencatat hasil pengukuran sensor setiap kenaikan 1 0C.5. Mengulangi prosedur 3-4 hingga mencapai temperature maksimum yang dapat diukur oleh sensor.6. Membandingkan hasil pengukuran sensor dengan thermometer.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Karakterisasi ThermistorBerdasrkan hasil karakterisasi thermistor, maka terdapat perbedaan antara data hasil karakterisasi dengan data sheet. Hal ini terjadi karena data sheet thermistor dengan thermistor yang digunakan merupakan jenis yang berbeda.Table 4.1. Hasil perbandingan data sheet dan karakteristik thermistor.T (0C)R karakterisasi (k)R data sheet (k)

028.5032.65

522.1325.40

1017.6719.90

1512.6715.71

2010.5512.49

258.4710.00

306.718.06

355.306.53

404.275.33

453.484.37

502.623.60

552.282.99

601.882.49

651.562.08

701.321.75

751.091.48

800.921.26

850.791.07

900.670.92

Gambar 4.1. Grafik Perbandingan hasil karakteristik terhadap data sheet Thermistor

B. Rangkaian pengkondisi Sinyala. Rangkaian Jembatan WheatstoneKarena terdapat perebedaan yang cukup besar antara data sheet dan hasil karakteristik dari thermistor, maka sebagai dasar perhitungan dalam perancangan menggunakan data dari hasil karaktersitik. Dari data hasil karakterisasi thermistor maka dapat ditentukan besarnya nilai resistor dan tripod pada rangkaian jembatan agar diperoleh tegangan keluaran 0 volt pada temperature 100C. Berdasarkan hasil karakterisasi maka besarnya nilai hambatan thermistor pada 100C adalah 17,67 k. Dengan menggunakan tegangan masukan yang berasal dari diode zener pada rangkaian jembatan sebesar 5,1 volt, R = 20 k, R tripod = 17,67 k maka diperoleh tegangan keluaran seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut:

Tabel 4.2. Perubahan tegangan keluaran jembatan wheatstone terhadap temperatur T (0C)Vb (volt)Vo (volt)

102.550.00

152.13-0.42

201.91-0.64

251.65-0.90

301.40-1.15

351.18-1.37

400.99-1.56

450.84-1.71

500.66-1.89

550.58-1.97

600.49-2.06

650.41-2.14

700.35-2.20

750.30-2.25

800.25-2.30

850.22-2.33

900.19-2.36

Gambar 4.2. Grafik Hubungan antara temperature terhadap Vo Jembatan Wheatstone

b. Penguat InstrumentasiKarena hasil keluaran dari jembatan wheatstone memiliki gradien yang terbalik (-) maka perlu dilakukan penguatan inverting untuk membalik gradien tersebut. Rangkaian penguat instrumentasi digunakan untuk membalik fasa serta menguatkan tegangan keluaran dari rangkaian jembatan wheatstone sehingga diperoleh batas atas, yaitu 5 volt pada 30 0C. Besarnya penguatan dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

Tabel 4.3. Tegangan keluaran dari penguat instrumentasi terhadap temperature.T (0C)VoVo'

100.000.00

150.421.83

200.642.81

250.903.91

301.155.00

Gambar 4.3. Grafik Hubungan antara temperature dengan Vo IA pada perancangan

Gambar 4.4. Skema hubungan antara jembatan wheatstone dengan AD620

C. Pengisian Program pada MikrokontrolerKarena tipe mikrokontroler yang digunakan pada penelitian ini adalah ATMega 328 yang telah berbentuk dalam system minimum Arduino Uno, maka pengisian program menggunakan software Arduino 1.0. Sebelum melakukan pengisian program maka terlebih dahulu dilakukan perhitungan untuk mengetahui skala terkecil temperature yang dapat diukur oleh mikrokontroler. ATMega 328 telah memiliki Analog to Digital Converter (ADC) internal sebear 10 bit sehingga skala temperature terkecil yang dapat diukur adalah:

Nilai T tersebut kemudian dimasukkan ke dalam list program yang akan diisikan pada mikrokontroler. Berikut adalah tampilan software Arduino 1.0 pada saat melakukan pengisian program.

Gambar 4.5. Tampilan program yang diisi ke mikrokontroler

D. Penggabungan SistemSetelah dilakukan pengisian program pada mikrokontroler maka semua bagian dari sensor yang telah dibuat siap untuk digabungkan. Untuk menghubungkan rangkaian pada mikrokontroler harus menyesuaikan dengan pin yang telah dituliskan pada program (Port analog, pin A1).

Gambar 4.6. rangkaian sensor secara keseluruhan

E. Pengujian Sistem Secara KeseluruhanPengujian sensor dilakukan dengan cara membandingkan hasil pembacaan sensor pada koputer dengan thermometer raksa. Hasil dari perbandingan pengukuran antara thermometer (T) dan sensor (S) dapat dilihat pada tabel berikut:Tabel 4.4. Hasil pengukuran sensor pada komputerTermometer (0C)Sensor (0C)Vo IA (volt)T = T-S

1010.020.010.02

1111.190.300.19

1212.030.510.03

1313.150.790.15

1414.111.030.11

1515.381.350.38

1616.041.510.04

1717.211.800.21

1818.272.070.27

1919.052.260.05

2020.032.510.03

2121.012.750.01

2222.043.010.04

2323.063.270.06

2424.173.540.17

2525.013.750.01

2626.014.000.01

2727.034.260.03

2828.124.530.12

2929.144.790.14

3030.005.000.00

T rata-rata0.10

Gambar 4.7. Grafik Hubungan antara temperature dengan Vo IA yang terukur

Pada hasil perbandingan pengukuran temperature oleh thermometer dan sensor terdapat perbedaan. Dengan rata-rata perbedaan untuk setiap kenaikan 1 0C sebesar 0,1 0C. Hal ini bisa di sebabkan oleh ketilitian dari thermometer pembanding. Dimana thermometer pembanding yang digunakan adalah thermometer raksa yang hanya memiliki nilai skala terkecil (NST) sebesar 1 0C serta respon pembacaannya yang lambat. Perbedaan pengukuran juga bisa terjadi karena pengaturan resistor variable pada rangkaian jembatan wheatstone dan pada RG pada IA yang tidak benar-benar sesuai dengan perhitungan pada saat perancangan. Dimana tiap-tiap resistor memiliki nilai toleransi yang dapat mengurangi kekuratan pengukuran. Data sheet thermistor juga sangat penting untuk perancangan sensor. Data sheet thermistor pada saat perancangan diperoleh dengan cara mengkarakteristik thermistor sebab thermistor yang digunakan tidak disertai dengan data sheet yang valid dari pabrikan yang memproduksinya. Berdasarkan perhitungan pada perancangan, ketelitian pembacaan sensor seharusnya mencapai 0,01955 0C. Akan tetapi data yang dihasilkan dari pembacaan sensor pada komputer, besarnya rata-rata selisih hasil pembacaan sensor dan temometer sebesar 0,1 0C.

BAB V PENUTUP

A. KesimpulanBerdasarkan hasil pengukuran dari system sensor temperature yang telah dibuat, terdapat selisih pengukuran antara sensor dan thermometer. Selisih rata-rata pengukuran antara sensor dan thermometer sebesar 0,1 0C dimana berdasarkan hasil perhitungan pada saat perancangan, keakuratan sensor seharusnya mencapai 0,01955 0C. B. Saran Pada perancangan sensor temperature menggunakan thermistor seharusnya menggunakan data sheet yang sesuai dengan jenis thermistor yang digunakan serta thermometer yang digunakan sebagai pembanding harus memilki tingkat keakuratan yang bagus agar dapat diketahui tingkat kesalahan hasil pembacaan sensor yang dihasilkan.

DAFTAR PUSTAKA

Hugh, Blemings.. 2005. Practical Arduino: Cool Projects for Open Source Hardware. Springer-Verlag New York, Inc: United States of America.Luecke, Jerry. 2004. Analog and Digital Circuits for Electronic Control System Applications Using the TI MSP430 Microcontroller. Elseviers Science & Technology Rights Department in Oxford, UK: United States of America.