19
II-1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan Pustaka Dalam banyak industri proses, pengendalian zat cair sangatlah diperlukan. Hal tersebut diwakili oleh data bahwa 25% dari gangguan darurat pada pembangkit listrik tenaga nuklir disebabkan oleh lemahnya kontrol pada ketinggian air yang digunakan untuk boiler. Gangguan seperti itu akan menurunkan kehandalan dari suatu pembangkit dan ini haruslah diminimalisasi. Pengendalian level air merupakan sistem yang sangat kompleks karena memiliki karakteristik yang tidak linier dan tidak pasti. Oleh karena itu pemilihan sistem kendali yang tepat harus tepat agar sistem berfungsi dengan baik. [5]. Sistem otomasi digunakan untuk mengontrol seluruh sistem dan teknologi dalam mikrokontroler digunakan untuk mengurangi pekerjaan yang sebelumnya dilakukan manual (dengan bantuan manusia). Mikrokontroler memerankan peran yang sangat penting dalam industri berbasis otomasi. Mikrokontroler berperan sebagai inti dari sistem otomasi yang bertujuan untuk mengurangi kompleksitas, meningkatkan keamanan, dan meningkatkan keefisienan sistem. Pada sistem yang menggunakan mikrokontroler PIC 16 yang dilakukan oleh Namrata Dey et al [6], masih dapat perbaikan yang dapat dilakukan karena pompa yang dipakai hanya menggunakan relai sebagai driver-nya. Akan lebih baik jika yang dikontrol adalah tegangan pada pompanya sehingga aliran air dapat dikontrol tanpa menutup valve sehingga tidak merusak pompa. Penulis pada penelitian ini akan mengaplikasikan pengendalian level air dengan metode PID dengan mengatur tegangan pompa menggunakan output pulse width modulation (PWM) dari mikrokontroler sehingga proses dapat berjalan secara maksimal dan responsif. Selain itu peneliti akan menggunakan sistem monitoring melalui HMI berupa LCD 4x20 agar sistem dapat dimonitor dengan baik, karena dengan memasang display tersebut dapat menampilkan parameter yang penting dengan mudah.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

  • Upload
    others

  • View
    9

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II.1. Tinjauan Pustaka

Dalam banyak industri proses, pengendalian zat cair sangatlah diperlukan.

Hal tersebut diwakili oleh data bahwa 25% dari gangguan darurat pada

pembangkit listrik tenaga nuklir disebabkan oleh lemahnya kontrol pada

ketinggian air yang digunakan untuk boiler. Gangguan seperti itu akan

menurunkan kehandalan dari suatu pembangkit dan ini haruslah diminimalisasi.

Pengendalian level air merupakan sistem yang sangat kompleks karena memiliki

karakteristik yang tidak linier dan tidak pasti. Oleh karena itu pemilihan sistem

kendali yang tepat harus tepat agar sistem berfungsi dengan baik. [5].

Sistem otomasi digunakan untuk mengontrol seluruh sistem dan teknologi

dalam mikrokontroler digunakan untuk mengurangi pekerjaan yang sebelumnya

dilakukan manual (dengan bantuan manusia). Mikrokontroler memerankan peran

yang sangat penting dalam industri berbasis otomasi. Mikrokontroler berperan

sebagai inti dari sistem otomasi yang bertujuan untuk mengurangi kompleksitas,

meningkatkan keamanan, dan meningkatkan keefisienan sistem.

Pada sistem yang menggunakan mikrokontroler PIC 16 yang dilakukan

oleh Namrata Dey et al [6], masih dapat perbaikan yang dapat dilakukan karena

pompa yang dipakai hanya menggunakan relai sebagai driver-nya. Akan lebih

baik jika yang dikontrol adalah tegangan pada pompanya sehingga aliran air dapat

dikontrol tanpa menutup valve sehingga tidak merusak pompa.

Penulis pada penelitian ini akan mengaplikasikan pengendalian level air

dengan metode PID dengan mengatur tegangan pompa menggunakan output pulse

width modulation (PWM) dari mikrokontroler sehingga proses dapat berjalan

secara maksimal dan responsif. Selain itu peneliti akan menggunakan sistem

monitoring melalui HMI berupa LCD 4x20 agar sistem dapat dimonitor dengan

baik, karena dengan memasang display tersebut dapat menampilkan parameter

yang penting dengan mudah.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 2: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-2

II.2. Landasan Teori

Setelah pembahasan mengenai tinjauan pustaka, akan disampaikan juga

pembahasan mengenai landasan teori yang menjadi dasar untuk penulis dalam

melakukan penelitian. Tahapan ini akan menjelaskan penjelasan yang lebih detail

mengenai teori yang diacu dalam pelaksanaan penelitian ini.

II.2.1. Sistem kendali

Sistem kendali adalah kombinasi dari beberapa komponen yang dirancang

untuk bekerja secara bersama-sama untuk melakukan tujuan tertentu dalam

sebuah proses. Menurut kamus Merriam-Webster, “proses” memiliki definisi

sebagai operasi atau perkembangan alamiah dari deretan perubahan kecil yang

bergerak menuju suatu hasil atau keadaan akhir tertentu. Secara umum, sistem

kendali memiliki nilai masukan (input), proses, dan nilai keluaran (output). Pada

dasarnya sistem kendali terbagi menjadi 2 jenis, diantaranya adalah sistem kendali

loop (lup) terbuka dan loop (lup) tertutup.

II.2.1.1. Sistem kendali lup terbuka

Sistem kendali lup terbuka adalah sistem kendali yang nilai keluarannya

tidak memiliki pengaruh terhadap aksi pengontrolan. Jadi pada jenis sistem

kendali ini, nilai keluaran tidak diukur atau diumpan-balikkan untuk dibandingkan

dengan parameter yang ditetapkan.

Gambar II-1. Sistem kendali lup terbuka

Gambar II.1 menjelaskan secara umum prinsip kerja dari sistem kendali

lup terbuka. Sebuah contoh sederhana yang dapat ditemukan dalam kehidupan

sehari-hari mengenai sistem lup terbuka adalah kipas angin. Hembusan angin

yang dihasilkan oleh kipas angin dioperasikan pada basis putaran motor. Mesin ini

tidak mengukur sinyal keluaran, misalnya seberapa sejuk udara pada ruangan.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 3: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-3

Sistem lup terbuka tidak membandingkan nilai keluaran dengan masukan

acuan. Sehingga, setiap nilai masukan memengaruhi suatu kondisi keluaran

operasi yang tetap sehingga sistem harus memiliki kalibrasi yang baik karena

sistem tidak dapat bekerja dengan baik apabila ditengah pengoperasiannya

terdapat kesalahan kalibrasi. Jenis kendali seperti ini sebaiknya digunakan jika

nilai masukan dan keluaran sudah memiliki hubungan tertentu serta tidak

memiliki gangguan internal maupun eksternal.

Sistem jenis ini memliki kelebihan dalam hal kepraktisan dalam

pembuatannya. Pada umumnya sistem ini diterapkan pada plant yang sederhana

dan diperkirakan tidak akan terjadi gangguan yang dapat terjadi sewaktu-waktu.

Dikarenakan sistem lup terbuka lebih sering dipakai untuk sistem yang sederhana,

maka biaya yang diperlukan juga lebih rendah dibanding sistem kendali lup

tertutup.

II.2.1.2. Sistem kendali lup tertutup

Sistem kendali lup tertutup adalah sistem kendali yang mengukur nilai

keluaran dan memiliki pengaruh terhadap aksi dari sistem berikutnya atau dapat

juga disebut sistem kontrol berumpan-balik. Nilai error atau selisih antara nilai

keluaran dengan nilai setpointt yang diinginkan akan dikirim ke kontroler untuk

dilakukan penyesuaian, sehingga nilai keluaran mendekati atau bahkan sama

dengan setpointt yang diinginkan.

Gambar II-2 sistem kendali lup tertutup

Dari gambar di atas dapat disimpulkan hubungan antar nilai keluaran

terhadap sistem. Gambar di atas disebut juga sebagai diagram blok. Contoh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 4: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-4

sederhana dari sistem lup tertutup yang dapat ditemukan dalam kehidupan sehari-

hari adalah sistem pendingin ruangan. Dalam sistem ini kita dapat menentukan

suhu ruangan yang diinginkan yang berfungsi sebagai input. Lalu keluaran yang

didapat adalah udara dingin yang keluar dari penyejuk ruangan. Setelah itu, sensor

akan mengukur suhu sebenarnya di ruangan tersebut sehingga akan didapat data

berupa selisih suhu pada input dan suhu yang sebenarnya. Dengan data tersebut,

kontroler akan mengatur agar udara dingin yang keluar menyesuaikan dengan

nilai masukan yang telah ditetapkan.

II.2.1.3. Teori Fungsi Alih

Dalam teori kontrol, fungsi alih seringkali digunakan untuk membuat

karakteristik hubungan antara input dan output dari komponen atau sistem yang

dapat dideskripsikan secara linear, waktu konstan, atau persamaan diferensial.

Fungsi alih adalah rasio transformasi laplace dari output terhadap input dalam

asumsi bahwa kondisi awal sistem adalah nol. Persamaan waktu konstan

didefinisikan dngan persamaan diferensial sebagai berikut:

A0y + a1y +…+ an-1y + any = b0x + b1x +…+ bm-1x + bmx (n ≥ m)..............(2.1)

Dimana y adalah output dari sistem dan x adalah input. Fungsi alih dari sistem ini

didapat dari mentransformasikan laplace pada kedua sisi, dengan asumsi bahwa

kondisi awal adalah nol. Sehingga fungsi alih dari persamaan 2.1 menjadi :

G(s)=

G(s)=

………………………….......................(2.2)

II.2.1.4. Sistem kendali 2 posisi

Dalam sistem kendali 2 posisi (on dan off), elemen aktuasi hanya memiliki

2 posisi pasti, pada umumnya adalah on dan off. Sistem kontrol 2 posisi relatif

lebih sederhana dan lebih murah, oleh karena itu sistem ini banyak digunakan baik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 5: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-5

pada sistem kendali industri maupun rumah-rumah. Misalkan sinyal keluaran dari

kontroler adalah u(t) dan nilai error adalah e(t). Dalam sistem kendali ini, sinyal

u(t) akan tetap pada nilai maksimum atau minimumnya, tergantung pada sinyal

error keluarannya apakah bernilai positif atau negatif, oleh karena itu didapat:

.....................................................................(2.3) Gambar II-3. Persamaan keluaran pada metode on off

Nilai U1 dan U2 konstan, nilai minimum dari U2 biasanya antara 0 hingga

U1. Sistem kendali 2 posisi umumnya berupa peralatan listrik, dan perangkat yang

umum digunakan seperti solenoid valve. Kontrol proporsional pneumatik dengan

penguatan yang besar, terkadang disebut kontrol pneumatik 2 posisi.

Gambar II.4 (a) dan (b) menujukkan diagram blok untuk sistem kendali 2

posisi. Jarak antara sinyal keluaran aktuator harus bergerak sebelum aktuator

dapat berfungsi. Jarak tersebut dinamakan differential gap. Gambar II.4 (b)

menunjukkan letak differential gap. Jarak yang terjadi pada sinyal keluaran

aktuator mengakibatkan keluaran kontroler u(t) menjaga nilainya hingga gap

sedikit melebihi nol. Dalam beberapa kasus, gap itu terjadi dikarenakan gesekan

yang tidak diinginkan dan kelambanan gerak; meski demikian, sering diinginkan

adanya celah diferensial untuk mencegah operasi mekanisme on-off yang

terlampau sering.

Gambar II-4. Diagram blok sistem kendali 2 posisi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 6: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-6

Contoh lain dari penerapan sistem kendali 2 posisi adalah sistem kendali

tinggi air yang ditunjukkan pada gambar II.4. Dengan kontrol 2 posisi, maka

katup akan membuka secara penuh atau menutup secara penuh. Sehingga laju

aliran air adalah konstan positif atau nol. Seperti ditunjukkan pada gambar II.4 ,

nilai keluaran akan terus bergerak secara kontinyu diantara dua batas (gap),

sebagai syarat untuk mengakrifkan aktuator dari suatu posisi yang tetap ke posisi

lainnya. Perhatikan bahwa kurva keluaran tersebut mengikuti salah satu diantara

dua kurva eksponensial, yaitu kurva pengisian dan kurva pengosongan. Osilasi

antara dua batas adalah karakteristik respon khas sistem kendali 2 posisi.

Dari gambar II.6, kita dapat mengetahui bahwa amplitudo dari output

osilasi dapat dikurangi dengan menambah differential gap. Akan tetapi, jika

differential gap dikurangi, maka akan menambah frekuensi on-off dari sistem dan

akan mengurangi masa pakai dari komponen yang dipakai. Differential gap harus

diperhitungkan dengan pertimbangan dari akurasi yang diperlukan dan masa pakai

dari komponen itu sendiri.

Gambar II-5. sistem kendali ketinggian air

Gambar II-6. Perbandingan kurva ketinggian h(t) dan t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 7: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-7

II.2.1.5. Sistem kendali PID

Sistem kendali PID terdiri dari tiga komponen, yaitu: kontrol proporsional

(P), kontrol integral (I) dan kontrol diferensial (D). Sistem kendali PID memiliki

keunggulan dibandingkan dengan masing-masing dari ketiga komponen kontrol

tersebut. Aksi kontrol PID memiliki hubungan antara keluaran kontroler m(t) dan

sinyal kesalahan penggerak e(t) adalah:

………………………………….…(2.4)

atau fungsi alihnya adalah:

………………………………………………………..(2.5)

dimana Kp menyatakan penguatan proporsional, Ti adalah waktu integral, dan Td

adalah waktu derivatif. Diagram blok dari sistem kendali PID, fungsi ramp, dan

keluaran kontroler u(t) ditunjukkan pada gambar II-7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 8: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-8

Gambar II-7. (a), (b), (c), Karakteristik sistem kendali PID

II.2.1.6. Aturan tuning pada sistem kendali PID

Gambar II.8 menunjukkan diagram blok pengendalian sistem PID. Jika

model matematika dari plant dapat didapat, maka ada kemungkinan menerapkan

berbagai teknik untuk menentukan parameter dari kontroler, yang akan memenuhi

nilai transien dan spesifikasi steady-state dari sistem lup tertutup. Tetapi, jika

plant sangat rumit maka model matematika tidak dapat didapat dengan mudah,

maka analisis pendekatan sistem kendali PID tidak dapat diterapkan. Maka kita

harus melakukan pendekatan eksperimental dengan pengaturan dari sistem

kendali PID.

Proses memilih parameter untuk mencapai performa spesifikasi, disebut

pengaturan sistem kendali. Ziegler dan Nichols menganjurkan sebuah aturan

untuk mengatur parameter pada sistem kendali PID (mengendalikan nilai dari Kp,

Ti, dan Td) berdasarkan dari respon input step dari sistem atau berdasarkan dari

nilai Kp yang didapat dari nilai stabil saat sistem hanya menggunakan kontrol

proporsional. Aturan Ziegler Nichols sangat berguna saat model matematika dari

sistem tidak diketahui. Namun tentu saja aturan ini dapat diaplikasikan pada

sistem yang memiliki model matematika.

Ziegler dan Nichols membuat aturan untuk menentukan nilai dari

penguatan proporsional Kp, waktu integral Ti, dan waktu derivatif Td berdasarkan

karakteristik respon transien dari sistem. Sama seperti parameter PID yang dapat

diatur oleh insinyur secara eksperimen di plant. Metode Ziegler-Nichols memiliki

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 9: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-9

2 metode, pada kedua metodenya, mereka menargetkan overshoot maksimum dari

sistem adalah 25%. (lihat gambar II.8)

Gambar II-8. Diagram blok sistem kendali PID

Gambar II-9. Respon overshoot maksimum sebesar 25%

Pada metode pertama, kita mendapatkan respon dari sistem melalui

eksperimen dari input step yang diberikan, seperti yang ditunjukkan gambar

II.10. Jika sistem tidak melibatkan integrator atau dominant complex-conjugate

poles, maka respon yang dihasilkan dari fungsi step yang diberikan akan terlihat

seperti kurva-S seperti yang ada di gambar II.11 (Jika respon tidak berbentuk

kurva-S, maka metode ini tidak berlaku). Respon kurva-S dapat dihasilkan secara

coba-coba ataupun simulasi dinamis dari plant.

Kurva-S memiliki karakteristik yang dipengaruhi oleh dua konstanta yaitu

waktu delay (L) dan waktu konstan (T). Waktu delay dan konstan didapatkan dari

menggambar garis singgung dari titik perubahan kurva-S antara sumbu t dan c(t).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 10: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-10

Gambar II-10 Respon unit step dari sistem

Gambar II-11 Respon kurva S dari sistem

Gambar II-12 Tabel aturan metode 1 Ziegler Nichols

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 11: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-11

…………………………………………(2.6)

II.2.2. Teori Dasar Sistem Pengendalian Zat Cair

Teori dasar dari sistem pengendalian zat cair meliputi perbandingan antara nilai resistansi dan kapasitansi dari zat cair tersebut. Anggap aliran yang mengalir dari pipa pendek menghubungkan 2 tangki. Resistansi R untuk aliran zat cair dalam pipa didefinisikan sebagai perubahan dari ketinggian air (perbedaan ketinggian pada dua tangki)adalah suatu hal penting yang menyebabkan perubahan pada aliran air. Persamaannya adalah sebagai berikut:

………………………………….....(6)

Gambar II-13 (a) Sistem zat cair; (b) perbandingan ketinggian dan aliran

Sementara kapasitansi C didefinisikan sebagai perubahan dari jumlah cairan yang tersimpan yang menyebabkan perubahan unit pada potensial (ketinggian pada tangki air). Potensial yang dimaksud adalah jumlah yang mengindikasikan tingkatan energi pada sistem. Persamaannya adalah sebagai berikut:

…….…………………………………...(6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 12: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-12

Harus diperhatikan bahwa kapasitas (m3) dan kapasitansi (m2) adalah 2 variabel yang berbeda. Kapasitasi tangki sama dengan luas penampang . Jika konstan, maka kapasitansi bernilai sama pada setiap ketinggian.

Dari gambar II.13, variabel didefinisikan sebagai berikut:

Q = Aliran cairan stabil (sebelum ada perubahan), m3/s qi = Deviasi dari aliran masuk , m3/s q0 = Deviasi dari aliran keluar, m3/s Ĥ = Ketinggian stabil (sebelum ada perubahan), m h = Deviasi dari ketinggian cairan, m

Seperti dinyatakan sebelumnya, sistem dapat dianggap linear jika alirannya laminer. Bahkan jika alirannya turbulen, sistem dapat dibuat linear jika perubahan dari variabel tetap kecil. Berdasarkan asumsi bahwa sistem adalah linear ataupun dibuat linear, persamaan diferensial dari sistem dapat ditentukan sebagai berikut: karena aliran masuk dikurangi dengan aliran keluar dalam interval waktu yang singkat dt sebanding dengan pertambahan jumlah cairan di tangki, maka:

C dh = (q1-q0) dt….………………………………………………………………………(7)

dari definisi resistansi sebelumnya, maka hubungan antara q0 dan h adalah

.................................................................................................(8)

Persamaan diferensial dari sistem untuk nilai R yang konstan menjadi

……………………………………………………(9)

Catatan bahwa RC adalah waktu konstan dari sistem. Buat persamaan di atas menjadi transformasi laplace dari kedua sisi, asumsikan kondisi awal adalah nol, sehingga didapat:

……………………………………………………….(10)

dimana

[ ] [ ]

Jika q1 ditentukan menjadi input dan h adalah output, maka fungsi alih sistem adalah

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 13: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-13

…………………………………………………….....(11)

Jika q0 ditetapkan menjadi output, input sama, maka fungsi alihnya adalah

…………………………………………………….....(12)

Dimana kita telah menggunakan hubungan antara

………………………………………………….....(13)

II.2.3. Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik seri HC-SR04 diletakkan di atas tangki air yang

berfungsi untuk mengukur ketinggian air. Nilai pengukuran yang didapat oleh

sensor akan dikirimkan ke kontroler untuk diolah. Berikut adalah bentuk dan

spesifikasi sensor ultrasonik HC-SR04:

Gambar II-14 Sensor Ultrasonik

Tabel II-1 Spesifikasi sensor HS-SR04

Tegangan Kerja DC 5V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 14: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-14

Arus Kerja 15mA Frekuensi Kerja 40 Hz Jarak Maksimum 4 m Jarak Minimum 2 cm

Sudut Pengukuran 15 derajat Input Sinyal Trigger 10 uS pulsa TTL Output Sinyal Echo Input TTL lever signal

Dimensi 45*20*15mm

Sensor ini akan bekerja setelah menerima input singkat berupa pulsa

selama 10uS dan setelah itu pin Trigger akan bekerja untuk memulai pengukuran,

lalu modul akan mengirimkan 8 siklus gelombang ultrasonik pada frekuensi

40kHz dan membangkitkan pin echo. Echo adalah jarak yang berupa lebar pulsa

dan kisaran dalam proporsi. Timing diagram dapat dilihat pada gambar II.9.

Gambar II-15 Timing Diagram Sensor Ultrasonik

Pengukuran jarak melalui waktu antara input saat trigger dan waktu saat echo

menerima sinyal dapat dilakukan dengan menerapkan formula berupa:

Jarak = high level time * kecepatan (340m/s) / 2 ………… ……………….....(14)

II.2.4. Sensor Aliran

Sensor Aliran YF-S201 digunakan untuk mengukur banyaknya fluida yang

melewati pipa. Hasil pengukuran akan ditampilkan pada LCD. Sensor ini

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 15: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-15

menghasilkan pulsa setiap sejumlah air melewati pipa. Output dari sensor juga

mudah dihubungkan ke mikrokontroler untuk diproses. Berikut adalah gambar

dan spesifikasi sensor:

Gambar II-16 Sensor aliran YF-S201

Tabel II-2 Spesifikasi Sensor YF-S201

Tegangan Kerja DC 5V-18V, min (4.5V)

Arus Kerja 15mA @5V Debit Kerja 1-30 Liter/menit

Temperatur Kerja -25 – 800C Kelembaban Kerja 35%-80% RH

Pulsa per liter 450 Ukuran Sambungan Pipa 1/2” inchi

Daya Tahan Minimum 300.000 siklus Dimensi 2.5*1.4*1.4 inch

II.2.5. Pompa Celup DC

Aktuator yang dipakai dalam sistem ini adalah pompa celup DC dengan

tegangan 12 V. Pompa ini akan diatur tegangan keluarnya berdasarkan metode

PID sehingga volume air yang dikeluarkan dapat bervariasi. Pompa DC dipilih

karena lebih mudah dalam pengaturannya karena dapat dikontrol dari

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 16: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-16

mikrokontroler. Gambar dan spesifikasi dapat dilihat di gambar II.12 dan Tabel

II.3.

Gambar II-17 Pompa Celup DC

Tabel II-3 Spesifikasi Pompa

Tegangan Kerja DC 24 V

Arus Kerja 2.5 A

Temperatur Maksimum 600C

Daya Maksimum 60 Watt

RPM 5.800

Ketinggian Maksimum 4 Meter

Debit Maksimum 70 liter / menit

Output Selang 1 Inch

Panjang Kabel 2,5 meter

II.2.6. Mikrokontroler ATmega 328P

Mikrokontroler ATMega 328P adalah salah satu produk dari ATMEL

yang menggunakan arsitektur Reduce Instruction Set Computing (RISC). Dengan

mengeksekusi instruksi dalam 1 siklus clock, ATmega 328P mencapai kecepatan

hampir 1MIPS per MHz. Sistem ini dirancang untuk menghemat konsumsi daya

dan mengoptimalkan kecepatan proses. Mikrokontroler ini digunakan untuk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 17: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-17

mengubah sinyal setiap sensor kedalam bentuk tegangan dan akan dikirimkan ke

mikrokontroler STM32. Berikut adalah beberapa kelebihan dari ATmega328P:

1. Advanced RISC Architecture

2. Memiliki 32 x 8 Register serbaguna

3. Up to 20 MIPS pada 20 MHz

4. On-chip 2-cycle Multiplier

5. 32KB flash memory

6. 1KB EEPROM

7. 2KB SRAM

8. dua buah 8-bit timer/counter dengan prescaler dan compare mode terpisah

9. satu buah 16-bit timer/counter dengan prescaler, compare, dan capture

mode terpisah

10. Real time counter dengan oscillator terpisah

11. 6 buah channel PWM

12. 8 buah Channel 10-bit ADC

13. kompatibel dengan komunikasi I2C

14. 23 programmable I/O

15. 1.8-5.5 V Operating Voltage

16. -400C to 1050C Temperature range

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 18: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-18

Gambar II-18 Konfigurasi Pin Atmega328p

Deskripsi Pin:

VCC: Tegangan suplai

GND: Ground

Port B (PB[7:0]) XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2: Port B adalah port I/O

bi-directional 8 bit yang memiliki pull-up resistor (dipilih pada setiap bit).

Output buffer memiliki karakteristik yang simetrik dengan kemampuan

serap dan sumber yang tinggi. Jika digunakan sebagai input,

karakteristiknya adalah pulled low, dan akan mengalirkan arus jika pull-up

resistor diaktifkan. Karakteristik Port B sama seperti Port C (PC[5:0]) dan

Port D (PD[7:0]).

PC6/RESET: Jika RSTDISBL fuse diprogram, PC6 digunakan sebagai pin

I/O. Namun jika tidak diprogram akan menjadi input reset .

Avcc: merupakan suplai tegangan untuk A/D converter, PC[3:0], dan PE

[3.2] dan harus dihubungkan secara eksternal ke Vcc, meskipun ADC

tidak digunakan. Namun jika ADC digunakan maka harus dihubungkan ke

Vcc melalui rangkaian low-pass filter.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 19: BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI II.1. Tinjauan ...digilib.polban.ac.id/.../193/jbptppolban-gdl-ahmadnadzi-9639-3-bab2- … · BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

II-19

AREF: merupakan pin referensi analog untuk A/D converter

Gambar II-19 Diagram Blok Atmega328p

II.2.7. DAC MCP4725

Modul dac diperlukan untuk mengkonversi pulsa dari sensor kedalam

sinyal analog berupa tegangan. Jenis dac yang digunakan adalah MCP4725 yang

menggunakan data 12 bit sehingga dapat mengeluarkan sinyal analog yang halus.

MCP4725 menggunakan metode komunikasi berupa I2C atau biasa disebut

komunikasi 2 kabel karena hanya menghubungkan port Serial data (SDA) dan

serial clock (SCL) ke mikrokontroler untuk berkomunikasi. Berikut adalah

gambar dari modul dac MCP4725:

Gambar II-20 DAC MCP4725