View
241
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
i
IMPLEMENTASI KONTROL PID PADA PENSTABIL SUHU
RUANGAN BERBASIS MODUL PELTIER (KEYPAD)
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
IMAM CHANAFI SLAMET
201010130311113
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2016
LEMBAR PERSETUJUAN
IMPLEMENTASI KONTROL PID PADA PENSTABIL SUHU
RUANGAN BERBASIS MODUL PELTIER (KEYPAD)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh: Imam
Chanafi Slamet
(201010130311113)
Diperiksa dan disetujui oleh:
Pembimbing I Pembimbing II
Ilham Pakaya, ST, Ir. Nur Kasan, MT. NIDN. 0717018801 NIDN. 0707106301
ii
LEMBAR PENGESAHAN
IMPLEMENTASI KONTROL PID PADA PENSTABIL SUHU RUANGAN
BERBASIS MODUL PELTIER (KEYPAD) Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
IMAM CHANAFI SLAMET
201010130311113
Tanggal Ujian : 30 Januari 2016
Periode Wisuda : Februari 2016
Disetujui oleh :
1. Ilham Pakaya, ST, Pembimbing I. NIDN. 0717018801
2. Ir. Nur Kasan, MT. Pembimbing II NIDN. 0707106301
3. Machmud Effendi, ST, M.Eng. NIDN. 0715067402 Penguji I
4. Drs. Budhi Priyanto, M.Si. NIDN. 0026106701 Penguji II
Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Eektro
Ir. Nur Alif Mardiyah, MT NIDN : 0718036502
iii
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA : IMAM CHANAFI SLAMET
Tempat/Tgl Lahir : Wawondula / 14 Januari 1992 NIM : 201010130311113 FAK./JUR. : TEKNIK/ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir kami dengan judul
IMPLEMENTASI KONTROL PID PADA PENSTABIL SUHU RUANGAN
BERBASIS MODUL PELTIER (KEYPAD) beserta seluruh isinya adalah karya
saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun
seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam
karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini
maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Malang, 26 Januari 2016
Yang Membuat Pernyataan
Imam Chanafi Slamet
Mengetahui,
Pembimbing I Pembimbing II
Ilham Pakaya, ST, Ir. Nur Kasan, MT. NIDN. 0717018801 NIDN. 0707106301
iv
vii
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis
dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua orang tua, Bapak Slamet Haryanto dan Ibu Atik Suriti yang selalu
memberikan doa dan dukungan untuk semuanya baik itu materil maupun moril.
2. Bapak Ilham Pakaya, ST, dan Bapak Ir. Nur Kasan, MT.selaku pembimbing tugas akhir.
3. Bapak Machmud Effendi, ST, M.Eng. dan Bapak Drs. Budhi Priyanto, M.Si. selaku dosen penguji tugas akhir.
4. Bapak Ir. Sudarman, MT sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah
Malang.
5. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas
Muhammadiyah Malang.
6. Guru besar saya, Om Dju yang telah memberi pengetahuan lebih.
7. Calon teman hidup selamanya Rusmina S.Farm yang terus memberikan semangat agar segera lulus.
8. Partner duet skripsi Danny Yoga “Calon” .ST
9. Kawan seperjuangan, Gigin Syahlafi, Agung Setyo Laksono, Bayu Anzar Wibisono, Fachrul Islamul Ulum, Yudha Chandra Bachtiar, Ngurah Satriawan, Afrian Teguh P,Ali Ridha M.,Agil Firmansyah, Ainur Rizki, Asmakky Yudyanto, Abdul Qodir, Renggaa Maulana Adi, Rosmala Rahmawati,Auliyaa Rositasari, Nur Anita Agustiyana, Azizah Yaumul Ula, Leny FaridRahmat Robbi, Nur Hamid Kholis, yang memberikan semangat dan dorongan untuk segera menyelesaikan tugas akhir ini.
10. Teman-Teman Teknik Elektro angkatan 2010 khususnya Kelas C yang selalu kompak dan bersama.
11. Keluarga baruTEGAZ Universitas Brawijaya
12. Dan pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang membantu.
viii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat,
nikmat, hidayah, dan ridho-Nya, sehingga peneliti dapat menyelesaikan Tugas Akhir
yang berjudul:
IMPLEMENTASI KONTROL PID PADA PENSTABIL SUHU RUANGAN
BERBASIS MODUL PELTIER (KEYPAD)
Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi implementasi
kontrol PID (Proportional Integral Derivative) pada penstabil suhu ruangan yang
menggunakan modul Peltier. Selain itu, juga akan disampaikan mengenai pengujian-
pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini.
Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih
banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu peneliti mengharapkan saran yang
membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan kedepan.
Malang, 26 Januari 2016
Imam Chanafi Slamet
.
ix
DAFTAR ISI
Lembar Judul ....................................................................................................... i
LembarPersetujuan ............................................................................................... ii
LembarPengesahan ............................................................................................... iii
LembarPernyataan ................................................................................................ iv
Abstrak .................................................................................................................. v
Abstract ................................................................................................................. vi
LembarPersembahan ............................................................................................. vii
Kata Pengantar ...................................................................................................... viii
Daftar Isi .............................................................................................................. ix
DaftarGambar ....................................................................................................... xiii
DaftarTabel ........................................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 LatarBelakang.............................................................................................. 1
1.2 RumusanMasalah ........................................................................................ 2
1.3 TujuanPenelitian ......................................................................................... 2
1.4 BatasanMasalah .......................................................................................... 2
1.5 Metodologi .................................................................................................. 3
1.6 SistematikaPenulisan ................................................................................... 4
BAB II LANDASAN TEORI ........................................................................... 5
2.1 Proportional Integral Derivative (PID) ...................................................... 5
2.1.1 Kontroler Proporsional .................................................................... 5
2.1.2 Kontroler Integral ............................................................................ 6
2.1.3. Kontroler Derivative ........................................................................ 6
2.2 Bahasa Pemrograman BasicCompiler AVR (BASCOM AVR) ..................... 7
2.2.1 Karakter Pada BASCOM AVR ......................................................... 7
2.2.2 Tipe Data ......................................................................................... 8
2.2.3 Variabel ........................................................................................... 8
2.2.4 Konstanta ........................................................................................ 10
x
2.2.5 Penulisan Bilangan.......................................................................... 10
2.2.6 Alias ................................................................................................. 11
2.2.7 Array atau Larik ............................................................................... 11
2.2.8 Operator ........................................................................................... 11
2.2.9 Operasi Bersyarat ............................................................................. 13
2.2.10 Pengulangan Operasi ....................................................................... 14
2.2.11 Lompatan Proses .............................................................................. 15
2.3 Mikrokontroler ATMEGA 16 ....................................................................... 17
2.3.1 RingkasanFitur-fiturMikrokontrolerATMEGA 16 ........................... 17
2.3.2 Diagram Pin dan Diagram Blok Mikrokontroler ATMEGA 16 ....... 19
2.3.3 Fungsi Masing-Masing Pin pada Mikrokontroler ATMEGA 16 ...... 22
2.4 Pulsa Width Modulation ( PWM ) ............................................................... 24
2.5 Modul Peltier............................................................................................... 25
2.6 Sensor Suhu LM35 ...................................................................................... 27
2.6.1 Struktur Sensor LM35 .................................................................... 28
2.6.2 Karakteristik Sensor LM35 .............................................................. 29
2.6.3 Prinsip Kerja Sensor LM35 .............................................................. 30
2.6.4 Kelebihan dan Kelemahan Sensor LM35 ......................................... 31
BAB III PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT ................................ 32
3.1 Diagram Blok dan Prinsip Kerja Sistem ..................................................... 32
3.2 Perancangan Sistem Mikrokontroler ATMEGA 16 .................................... 37
3.3 Perancangan Keypad Matrix 4 x 4............................................................... 38
3.4 Perancangan LCD 16 x 2 ............................................................................ 39
3.5 Perancangan Peltier ..................................................................................... 40
3.6 Perancangan Sensor Suhu LM 35 ................................................................ 41
BAB IV HASIL PENGUJIAN ALAT .............................................................. 44
4.1 Pengujian Minimum Sistem Sebagai Masukan dan Keluaran .................... 45
4.1.1 Tujuan Pengujian ............................................................................. 45
4.1.2 Diagram Blok Pengujian ................................................................ 45
4.1.3 Peralatan Pengujian ........................................................................ 45
4.1.4 Prosedur Pengujian .......................................................................... 45
xi
4.1.5 Hasil Pengujian ............................................................................... 47
4.2 PengujianKeypad ........................................................................................ 47
4.2.1 Tujuan Pengujian ............................................................................. 47
4.2.2 Diagram Blok Pengujian ................................................................ 48
4.2.3 Peralatan Pengujian ........................................................................ 48
4.2.4 Prosedur Pengujian .......................................................................... 48
4.2.5 Hasil Pengujian ............................................................................... 50
4.3 Pengujian LCD 16 x 2 ................................................................................. 51
4.3.1 Tujuan Pengujian ............................................................................. 51
4.3.2 Diagram Blok Pengujian ................................................................ 51
4.3.3 Peralatan Pengujian ........................................................................ 51
4.3.4 Prosedur Pengujian .......................................................................... 52
4.3.5 Hasil Pengujian ............................................................................... 53
4.4 Pengujian Driver Untuk Hardware ............................................................. 53
4.4.1 Tujuan Pengujian ............................................................................. 53
4.4.2 Diagram Blok Pengujian ................................................................ 54
4.4.3 Peralatan Pengujian ........................................................................ 54
4.4.4 Prosedur Pengujian .......................................................................... 54
4.4.5 Hasil Pengujian ............................................................................... 54
4.5 Pengujian DriverPeltier............................................................................... 55
4.5.1 Tujuan Pengujian ............................................................................. 55
4.5.2 Diagram Blok Pengujian ................................................................ 55
4.5.3 Peralatan Pengujian ........................................................................ 55
4.5.4 Prosedur Pengujian .......................................................................... 55
4.5.5 Hasil Pengujian ............................................................................... 58
4.6 Pengujian Sensor LM35 ............................................................................... 59
4.6.1 Tujuan Pengujian ............................................................................. 59
4.6.2 Diagram Blok Pengujian ................................................................ 59
4.6.3 Peralatan Pengujian ........................................................................ 59
4.6.4 Prosedur Pengujian .......................................................................... 59
4.6.5 Hasil Pengujian ............................................................................... 61
4.7 Pengujian Keseluruhan ................................................................................ 61
4.7.1 Tujuan Pengujian ............................................................................. 61
xii
4.7.2 Diagram Blok Pengujian ................................................................ 62
4.7.3 Peralatan Pengujian ........................................................................ 62
4.7.4 Prosedur Pengujian .......................................................................... 63
4.7.5 Hasil Pengujian ............................................................................... 69
BAB V PENUTUP .............................................................................................. 76
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 76
5.2 Saran ........................................................................................................... 76
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 78
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram BlokPID ....................................................................... 5
Gambar 2.2 Kontrol Proportional .................................................................. 5
Gambar 2.3 Kontroler Integral ....................................................................... 6
Gambar 2.4 Kontroler Derivative ................................................................... 6
Gambar 2.5 Diagram Pin Mikrokontroler ATMEGA 16 tipe PDIP ................ 20
Gambar 2.6 Diagram Pin Mikrokontroler ATMEGA 16 tipe SMD ............... 20
Gambar 2.7 Diagram Blok Mikrokontroler ATMEGA16 ............................... 21
Gambar 2.8 komparator pembangkit PWM .................................................... 24
Gambar 2.9 Pulse Width Modulation (PWM) dalam Duty Cycle yang berbeda 25
Gambar 2.10 PrinsipkerjaPeltier ...................................................................... 26
Gambar 2.11 KonstruksiPeltier ........................................................................ 26
Gambar 2.12 IdentifikasiPeltier ....................................................................... 26
Gambar 2.13 Sensor Suhu LM35 ...................................................................... 27
Gambar 2.14 Fungsi Tiap Pin Pada Sensor Suhu LM35................................... 28
Gambar 2.15 Skematik Rangkaian Dasar Sensor Suhu LM35 ......................... 28
Gambar 2.16 Akurasi LM35Terhadap Suhu ..................................................... 29
Gambar 3.1 Diagram Blok Keseluruhan Sistem ............................................. 32
Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem II .............................................................. 33
Gambar 3.3 Desain Perancangan Sistem II .................................................. 34
Gambar 3.4 Diagram Blok Sistem Kontrol ................................................... 35
Gambar 3.5 Flowchart Sistem II .................................................................... 36
Gambar 3.6 Rangkaian Sistem Mikrokontroler Atmega 16 ............................ 37
Gambar 3.7 Rangkaian Keypad Matrix 4x4 .................................................. 38
Gambar 3.8 Rangkaian LCD 16x2 .................................................................. 39
Gambar 3.9 Rangkaian Driver Peltier ............................................................ 40
Gambar 3.10 Rangkaian Sensor Suhu LM 35 ................................................... 42
Gambar 4.1 Diagram Blok Pengujian Keseluruhan Sistem II ....................... 44
Gambar 4.2 Diagram Blok Pengujian Sistem Minimum Masukan dan Keluaran
……………………………………………………….. ............... 45
Gambar 4.3 Diagram Blok Pengujian Keypad................................................ 48
Gambar 4.4 Pengujian Keypad karakter 1 ...................................................... 50
xiv
Gambar 4.5 Pengujian Keypad Karakter A ................................................... 50
Gambar 4.6 Pengujian Keypad Karakter * ..................................................... 50
Gambar 4.7 Diagram Blok Pengujian LCD 16x2 ........................................... 51
Gambar 4.8 Hasil Pengujian LCD 16x2 ......................................................... 53
Gambar 4.9 Diagram Blok Pengujian Driver untuk Hardware...................... 54
Gambar 4.10 Diagram Blok Pengujian Driver Peltier ..................................... 55
Gambar 4.11 Diagram Blok Pengujian Sensor LM 35 ..................................... 59
Gambar 4.12 Pengujian Keseluruhan Sistem II ................................................ 62
Gambar 4.13 Kemampuan Maksimal Pemanasan Alat Berdasarkan Hasil Pengujian
69
Gambar 4.14 Kemampuan Maksimal Pendinginan Alat Berdasarkan Hasil
Pengujian………………………………………………………… 70
Gambar 4.15 Kemampuan Pemanasan Alat dengan menentukan setpoint di bawah suhu
maksimal Berdasarkan Hasil Pengujian ...................................... 71
Gambar 4.16 Duty Cycle pada Keadaan Rise Time Saat Memanaskan ............ 71
Gambar 4.17 Duty Cycle pada Keadaan Settling TimeSaat Memanaskan ........ 72
Gambar 4.18 Hasil Pengujian Waktu Terhadap PWM ..................................... 72
Gambar 4.19 Kemampuan Pendinginan Alat dengan menentukan setpoint di atas suhu
maksimal Berdasarkan Hasil Pengujian...................................... 73
Gambar 4.20 Duty Cycle pada Keadaan Rise TimeSaat Mendinginkan .......... 73
Gambar 4.21 Duty Cycle pada Keadaan Settling TimeSaat Mendinginkan ..... 74
Gambar 4.22 Hasil Pengujian Waktu Terhadap PWM ..................................... 74
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 karakter yang digunakan pada BASCOM AVR ......................... 7
Tabel 2.2 Tipe Data dan Ukurannya ........................................................... 8
Tabel 2.3 Operator Aritmatik ...................................................................... 12
Tabel 2.4 Operator Relasional .................................................................... 12
Tabel 2.5 Operator Logika ......................................................................... 12
Tabel 2.6 Alternatif Fungsi Port B ............................................................ 23
Tabel 2.7 Alternatif Fungsi Port C ............................................................ 23
Tabel 2.8 Alternatif Fungsi Port D ............................................................ 23
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Minimum Sistem Sebagai Masukan dan Keluaran 47
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Peltier Sisi Dingin ............................................ 58
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Peltier Sisi Panas .............................................. 58
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Sensor LM 35 .................................................. 61
xvi
DAFTAR PUSTAKA
1. Bishop, Owen. 2004, Dasar Dasar Elektronika, alih bahasa Irzam Harmin
,Penerbit Erlangga: Jakarta.
2. Hakim, Ermanu Azizul. 2012, Sistem kontrol. UMM Press: Malang.
3. C, Knospe. 2006, PID Control, IEEE Control Magazine:Singapore.
4. Sung och Lee. 2009, Process Identification and PID Control, John Wiley & Sons
Inch:Singapore.
5. Bolton, W 2006. Sistem Instrumentasi dan Sistem Kontrol,Erlangga: Jakarta.
6. Widodo, Budiharto. 2008, Panduan Praktikum mikrokontroler AVR ATMEGA16.
Elex Media Komputindo: Jakarta.
7. Syahban, Rangkuti. 2011, Mikrokontroller ATMEL AVR (ISIS Proteus dan
CodeVisionAVR), Penerbit Informatika:Bandung.
8. Afrie, Setiawan. 2012, 20 Aplikasi Mikrokontroller ATMega 8535 & ATMega 16
menggunakan BASCOM-AVR, Penerbit Andi:Yogyakarta.
9. Eko P, Agfianto. 2010,Mudah Menguasai Pemprograman Mikrokontroler
Atmel-AVR menggunakan BASCOM-AVR, UGM:Yogyakarta.
10. Soebhakti, Hermawan. 2007, Basic AVR Mikrokontroler Toturial, Politeknik
Batam:Batam.
11. Winoto, Ardi. 2008, Mikrokontroler AVR ATMega8/32/16/8535 dan
Pemprograman dengan bahasa C pada WinAVR, Informatika:Bandung.
12. Prehan, B. 2013.(http://www.bagusprehan.com/2013/12/konfigurasi-pin-lcd-16x2.html)
diakses pada tanggal 12 Maret 2015.
13. Parallax.2008.(https://www.parallax.com/sites/default/files/downloads/27899-4x4-Matrix-
Membrane-Keypad-v1.2.pdf) diakses pada tanggal 12 Maret 2015.
14. Shatomedia.2013.(http://shatomedia.com/2008/12/sensor-suhu-lm35/) diakses
pada tanggal 12 Maret 2015.
15. Esorensen.2008.(http://www.esorensen.com/) diakses pada tanggal 12 Maret 2015.
16. Elektronika Indonesia.2003,(http://elektroindonesia.com) diakses pada tanggal 12
Maret 2015.
17. All Datasheet.2008.(http://www.alldatasheet.com) diakses pada tanggal 12 Maret
2015.
78
xvii
18. Insan Sains Project.2010.(https://insansainsprojects.com) diakses pada tanggal 12
Maret 2015.
19. Tellurex.2001.(http://www.tellurex.com/technology/peltier-faq.php) diakses
pada tanggal 12 Maret 2015.
79
Recommended