KONTROL SUHU RUANGAN MENGGUNAKAN 5 SENSOR DENGAN ARDUINO

1Akwila Beben Kharisma, 2Bayu Muhari, 3Eka Puji Mulayni
Prodi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang
Jl. Prof. H. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang, 50275
E-mail : 1akwilabebenk@yahoo.com, 2bayu.muhari@yahoo.com, 3ekapujimulyani@gmail.com

Abstrak

     Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328. Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC.

     kali ini akan dibahas mengenai aplikasi Arduino yaitu deteksi suhu dengan menggunakan 4 tombol menu. Dimana sensor suhu digunakan sebagai input dan LCD 2x16 sebagai tampilan atau output. Untuk memanaskan suhu pada ruangan maka menggunakan lampu dan untuk menormalkan suhu kembali menggunakan kipas angin 220 VAC.

     Kata kunci : Arduino Uno, Kipas Angin, Lampu, Sensor Suhu, Tombol Switch, LCD 2x16.

     The Arduino Uno is a microcontroller board  based   on  the  ATmega328. It has 14 digital input pins of the output of the input pins of which 6 can be used as PWM outputs and 6 analog input pin, 16 MHz crystal oscillator, a USB connection, a power jack, an ICSP header, and a reset button. To support the microcontroller to be used, quite simply connect the Arduino Uno board to the computer using the USB cable or the AC electrical.

    This paper will discuss the application of the Arduino is detection of temperature by using the 4 button menu. Where the temperature sensor is used as input and 2x16 LCD as a display or output. To heat up the temperature in the room using light and temperature to normalize the re-use 220 VAC fan. Keyword : Arduino Uno, Lamp, Fan, Temperature Sensor, button switches, LCD 2x16.

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

     Seiring dengan perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan, akhir-akhir ini bidang elektronika mengalami kemajuan yang pesat. Dengan kemajuan tersebut, membuat manusia selalu berusaha memanfaatkan teknologi yang ada untuk mempermudah kehidupannya.

     Misal dalam pengaturan suhu  ruangan  biasanya  menggunakan  kipas  angin  ataupun  AC. Oleh karena itu jika pengukuran suhu dilakukan secara manual maka hasil yang didapat yaitu pengukuran yang kurang tepat.

     Pengukuran suhu secara otomatis akan memudahkan pembacaan dan keakuratan yang tepat. Dengan memilih 4 tombol menu dan juga ditambahkan output atau tampilan LCD 2x16 untuk penampilan suhu dan jenis sensor, serta adanya pembanding yakni termometer sebagai akurat data. Sehingga jika sensor suhu menunjukkan suhu yang diatur maka LCD 2x16 akan tampil sesuai pilihan sensor dan suhu sekarang dan lampu maupun kipas akan hidup sesuai kondisi.

    Berdasarkan permasalahan tersebut maka dirancang suatu alat dengan sensor suhu dilengkapi dengan LCD 2x16 agar memudahkan pengguna dalam melakukan pembacaan.

1.2 Rumusan Masalah

    Berdasarkan permasalahan yang terdapt pada latar belakang, disusun rumusan masalah sebagai berikut:

1. Bagaimana cara merancang rangkaian dengan input sensor suhu ?
2. Bagaimana cara merancang 4 tombol sebagai menu tombol memilih sensor ?
3. Bagaimana cara men gatur suhu tinggi dan rendah agar ruangan mencapai suhu yang telah ditentukan ?
4. Bagaimana tampilan LCD 2x16 sesuai dengan sensor yang dipilih ?
5. Bagaimana jika sumber tegangan padam dan dihidupkan kembali ?

1.3 Ruang Lingkup

    Berdasarkan rumusan masalah diatas, agar pembahasan terfokus pada pokok pembahasan maka masalah yang akan dibahas pada alat ini adalah sebagai berikut :

1. Tegangan yang diukur hanya sebatas 0 – 5 V.
2. 4 Tombol mengguanakan input pin A1-A4 dari arduino.
3. Kipas angin digunakan untuk menurunkan suhu ruangan dan Lampu digunakan untuk menaikkan suhu ruangan.
4. LCD 2x16 menampilkan suhu ruangan ambang atas dan ambang bawah.
5. Sensor yang terakhir ditampilkan sudah tersimpan di memori EEPROM.

1.4 Tujuan
      Tujuan dari pembuatan alat ini adalah merancang suatu alat dengan sensor suhu dilengkapi dengan lampu indikator agar memudahkan pengguna dalam melakukan pembacaan.

II. TINJAUAN PUSTAKA

     Penjelasan dan uraian teori penunjang yang digunakan dalam membuat alat ini diperlukan untuk mempermudah pemahaman tentang cara kerja rangkaian maupun dasar-dasar perencanaan pembuatan alat. Teori – teori yang akan dijelaskan dalam bab ini meliputi Arduino Uno, DHT11, PTC, LM35DT, LM335, DS18B20 , OPTOTRIAC.

2.1 Arduino Uno R3

     Arduino 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 2.1 Arduino Uno
Sumber :http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno

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 library

Ada 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.

2.2 PTC

 

Prinsip kerja ptc

• Elemen-PTC pemanas sensitif mengatur kekuatan sesuai dengan temperatur yang diperlukan. Para input daya tergantung pada output yang diminta panas.
• Karena Perlawanan khusus suhu-karakteristik, ada suhu ada tambahan peraturan atau perangkat keselamatan diperlukan sementara mencapai tinggi tingkat daya panas ketika menggunakan area resistansi rendah Sebuah termistor PTC adalah salah satu di mana daya resistensi nol meningkat dengan peningkatan suhu tubuh.

2.3 LM35DT

    Sensor termal berupa IC LM35DT adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. IC LM35DT adalah sebagai sensor suhu yang terkemas dalam bentuk Integrated Circuit. Sensor ini mempunyai koefisien sebesar 10 mV/°C yang berarti bahwa setiap kenaikan suhu 1°C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV. LM35DT tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya kurang lebih sampai seperempat derajat celcius. Pada komponen ini mempunyai jangkauan (range) pengukuran suhu yang cukup besar, dari suhu –55°C sampai 150°C, serta tingkat ketelitian pengukuran cukup tinggi. Setiap perubahan suhu 1°C tegangan keluaran berubah sebesar 0,01 volt (10 mV). Komponen ini bekerja pada arus 450 mA sampai 5 mA sertamempunyai impedansi masukan kurang dari 1W.

 

Gambar 2.3 LM35DT

     Sensor LM35DT mempunyai 3 pin, dimana pin 1 adalah input (tegangan), pin 2 sebagai output dan pin 3 sebagai ground.

2.4 LM335

      IC LM335 adalah salah satu sensor untuk mengukur suhu. IC LM335 digunakan untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik. IC sensor LM335 ini mempunyai bentuk fisik seperti transistor mempunyai tiga buah kaki, diantaranya anoda, katoda, dan adjust (kontrol). Isinya berupa zener yang peka(sensitive) pada temperature. IC LM335 merupakan tranduser yang dikemas dalam bentuk rangkaian terintegrasi yang tegangan keluarannya berbanding linier terhadap perubahan temperatur , jadi apabila suhu lingkungan rendah maka tegangan yang keluar dari IC tersebut adalah rendah. Demikian juga sebaliknya apabila suhu yang disekitar IC tinggi, maka tegangan yang dihasilkan dari keluaran IC tersebut adalah besar. Dengan kata lain perubahan tegangan yang dihasilkan tranduser IC LM335 sesuai dengan perubahan temperaturnya.

    Karena  sensor  ini  dapat  mensuplai, maka sensor bekerja sebagai penyetabil tegangan yang besarnya sesuai dengan temperature terukur. IC sensor ini mengubah temperature menjadi tegangan listrik sesuai dengan kenaikan 10mv / derajat celcius. Untuk mengkalibrasikan sensor ini maka tahanan variable harus diatur agar tegangan keluar sebesar 2980mV sehingga setara dengan 25 derajat celcius. Besaran analog yang dihasilkan oleh sensor suhu ini mempunyai resistansi 10mV untuk setiap kenaikan 1 derajat celcius.

 

Gambar 2.4 LM335

    Keuntungan  dari  IC  LM335  adalah mempunyai sensor temperatur yang linier kalibrasinya langsung dalam Celcius, sehingga tidak diperlukan tegangan konstan yang besar dari keluaran skala Celcius Sensor ini bekerja untuk mengirimkan sebuah sinyal tegangan yang sesuai dengan keadaan suhu yang dipantau dan diterima oleh pemproses.

     Selain LM335 ada juga LM135 dan 235, perbedaannya terletak pada batas ukur suhunya. Apabila LM335 bekerja pada batas ukur -40 derajat celcius sampai 100 derajat celcius. Sedangkan pada LM135 bekerja pada batas ukur -55 derajat celcius sampai 150 derajat celcius, adan pada LM235 bekerja pada batas ukur -40 derajat celcius 125 derajat celcius.

Spesifikasi sensor LM335 ini adalah :

• Mudah dikalibrasi
• Presisi
• Impedansi rendah (kurang dari 1 ohm impedansi dinamis)
• Tegangan pada 25 derajat celcius adalah 2980mV
• Kenaikan suhu per derajatnya menambah tegangan 10mV dan sebaliknya
• Daerah ukur -40 derajat celcius sampai dengan 100 derajat celcius
• Arus bias 0,4mA sampai dengan 5mA

2.5 DS18B20

   Sensor suhu DS18B20 merupakan sensor yang memiliki kemampuan tahan air (waterproof). DS18B20 cocok digunakan untuk mengukur suhu pada tempat yang sulit atau basah. Karena ouput data sensor suhu ini merupakan data digital, maka tidak perlu khawatir terhadap degradasi data ketika menggunakan untuk jarak yang jauh. DS18B20 menyediakan 9 hingga 12-bit (yang dapat dikonfigurasi) data.

     Karena setiap sensor DS18B20 memiliki silicon serial number yang unik, maka beberapa sensor DS18B20 dapat dipasang dalam 1 bus. Hal ini memungkinkan pembacaan suhu dari berbagai tempat. Meskipun secara datasheet sensor ini dapat membaca bagus hingga 125°C, namun dengan penutup kabel dari PVC disarankan untuk penggunaan tidak melebihi 100°C. Bentuk sensor DS18B20 adalah sebagai berikut:

 

Gambar 2.5 DS18B20

2.6 DHT11

DHT11 adalah sensor Suhu dan Kelembaban, dia memiliki keluaran sinyal digital yang dikalibrasi dengan sensor suhu dan kelembaban yang kompleks. Teknologi ini memastikan keandalan tinggi dan sangat baik stabilitasnya dalam jangka panjang. mikrokontroler terhubung pada kinerja tinggi sebesar 8 bit. Sensor ini termasuk elemen resistif dan perangkat pengukur suhu NTC. Memiliki kualitas yang sangat baik, respon cepat, kemampuan anti-gangguan dan keuntungan biaya tinggi kinerja.

Setiap sensor DHT11 memiliki fitur kalibrasi sangat akurat dari kelembaban ruang kalibrasi. Koefisien kalibrasi yang disimpan dalam memori program OTP, sensor internal mendeteksi sinyal dalam proses, kita harus menyebutnya koefisien kalibrasi. Sistem antarmuka tunggal-kabel serial terintegrasi untuk menjadi cepat dan mudah. Kecil ukuran, daya rendah, sinyal transmisi jarak hingga 20 meter, sehingga berbagai aplikasi dan bahkan aplikasi yang paling menuntut. Produk ini 4-pin pin baris paket tunggal. Koneksi nyaman, paket khusus dapat diberikan sesuai dengan kebutuhan pengguna.

spesifikasi

• Pasokan Voltage: 5 V
• Rentang temperatur :0-50 ° C kesalahan ± 2 ° C
• Kelembaban :20-90% RH ± 5% RH error
• Interface: Digital

2.7 OPTOTRIAC

     Optoisolator  merupakan  komponen  semikonduktor  yang  tersusun  atas  LED  infra  merah  dan sebuah photo triac yang digunakan sebagai pengendali triac. Optoisolator biasanya digunakan sebagai antar muka (interface) antara rangkaian pengendali dengan rangkaian daya (triac) dan juga sebagai pengaman rangkaian kendali, karena antara LED infra merah dan photo triac tidak terhubung secara elektrik, sehingga bila terjadi kerusakan pada rangkaian daya (triac) maka rangkaian pengendali tidak ikut rusak. Optoisolator biasanya terdiri dari dua macam yaitu optoisolator yang terintegrasi dengan rangkaian zero crossing detector dan optoisolator yang tidak memiliki rangkaian zero cossing detector. Optoisolator yang terintegrasi dengan zero crossing detector biasanya menggunakan triac sebagai solid state relay (SSR), sedangkan pada optoisolator yang tidak terintegrai dengan zero crossing detector biasanya menggunakan triac untuk mengendalikan tegangan. Simbol dari optoisolator ini terlihat seperti pada gambar berikut.

 

     Hal-hal yang diperlukan dalam menggunakan optoisolator adalah besarnya arus pada diode infra merah untuk membuat photo triac terkunci (latch), juga besarnya arus maksimum yang mampu dilewati photo triac untuk mengalirkan arus gate pada triac daya.

    Dibawah ini adalah rangkaian Opto-triac atau Opto-osilator sebagai pengganti relay SSR-AC, namun cara kerjanya tetap sama.

3.3. Prinsip Kerja Alat

      Alat ini menggunakan 5 sensor suhu sebagai input yaitu LM35, LM335, DHT11, DS18B20 dan PTC sedangkan outputnya menggunakan Kipas AC dan Lampu AC yang masing-masing menggunakan Driver Optotriac, dan LCD 2x16 sebagai tampilan penunjukkan Suhu. Untuk memilih sensor dan menentukan Ambang Atas dan Ambang Bawah bisa menggunakan Push Button yang ada. Sebelumnya Pilih Sensor dari ke 5 sensor yang ada, atur batas suhu Ambang Atas dan Ambang Bawah. Saat program dijalankan, maka sensor suhu akan membaca suhu ruangan tersebut. Tetapi setelah sensor diberi suhu panas, arduino akan membaca batas kenaikan suhu yang telah diatur. Suhu akan naik setelah dinaikkan suhunya oleh lampu. Jika suhu sudah mencapai batas Ambang Atas yang ditentukan maka lampu akan padam, dan kipas akan mendinginkan ruangan sampai suhu di bawah batas Ambang Bawah yang sudah di tentukan. Jika suhu sudah di bawah batas ambang bawah maka kipas akan padam dan lampu akan kembali menyala. Terus-menerus akan seperti itu sebelum tombol Cancel di tekan rangkaian tidak akan mati walupun ada listrik padam dan hidup kembali rangkaian secara otomatis akan bekerja mendeteksi suhu yang ada di ruangan.

 

Gb 3.3a Flowchart

 

Gb 3.4b Diagram Blok

3.4.1. Rangkaian Sensor Suhu dan Driver Opto-triac

Gb 3.4.1 Rangkaian sensor suhu dan Driver Opto-triac

III. PENGUJIAN DAN ANALISA

Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan, output pada setiap sensor suhu mempunyai perbedaan. Dimana perbedaan tersebut didapatkan pada pembacaan suhu awal (suhu ruangan) di tampilan LCD 2x16 dengan Termometer ruangan. Namun perbedaan tersebut hanya mempunyai selisih yang cukup sedikit, tetapi untuk mengetahui nilai dari thermometer membutuhkan waktu karena thermometer menggunakan thermometer ruangan yang membutuhkan waktu untuk turun saat suhu diturunkan oleh kipas. Berikut hasil pengujian yang telah dilakukan.

 

Gb 3.5 Tabel Pengukuran Suhu Awal

Pada hasil pengukuran suhu awal, dapat terbaca, namun terdapat beberapa beda pengukuran, hal ini dapat disebabkan oleh karakteristik masing-masing sensor, dimana tiap sensor memilik karakteristik sendiri.

IV. Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan Kontrol Suhu Ruangan Menggunakan 5 Sensor Dengan Arduino yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa :

1. Setiap sensor suhu memiliki pembacaan temperatur yang berbeda, hal ini dikarenakan perbedaan nilai tahanan, kalibrasi, ataupun karakteristik.
2. Pada percobaan ini lampu digunakan sebagai indikator output ketika suhu telah melewati batas yang ditentukan. Hal ini dikarenakan pada OPTOTRIAC tidak seperti relay yang berbunyi ketika terjadi perpindahan dari on ke off atau sebaliknya, sehingga harus menggunakan indikator lampu agar dapat mengetahui pada saat suhu berubah.
3. Antara temperature pada thermometer dan yang ditampilkan di LCD tidak bisa presisi , karena perubahan suhu terlalu cepat dan thermometer membaca dengan lambat ,maka harus diantisipasi dengan thermometer digital.

REFERENSI

1. http://blogelektronikadi.blogspot.jp/2012/03/pengenala n-termistor-ntc-dan-ptc.html
2. http://belajarduino.blogspot.com/2014/01/aplikasi- arduino-untuk-pengatur-suhu.html
3. http://www.academia.edu/4378751/Perancangan_dan_ Implementasi_Pengontrol_Suhu_Ruangan
4. http://elektronika-dasar.web.id/komponen/optoisolator-moc30/

Nama penulis Akwila Beben Kharisma1. Penulis dilahirkan di kabupaten Pati tanggal 20 Juli 1995. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK Dharmawanita Batangan, SDN Ngening 01 Batangan, SMP N 3 Juwana, dan SMK Bhina Tunas Bhakti Juwana. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2012 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.12.3.05. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 082226345086 atau melalui via email: akwilabebenk@yahoo.com.

Nama penulis Bayu Muhari2. Penulis dilahirkan di kabupaten Pati 22 Agustus 1994. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK Dharmawanita Batangan, SDN 2 Tompomulyo Batangan , SMPN 1 Batangan, dan SMK Bhina Tunas Bhakti Juwana. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2012 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.12.3.06. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 08995747367 atau melalui via email: bayu.muhari@yahoo.com.

Nama penulis Eka Puji Mulyani3. Penulis dilahirkan di kabupaten Pati 08 Mei 1994. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK Dharmawanita Wedarijaksa, SDN Trangkilan Wedarijaksa Pati, SMPN 2 Juwana, dan SMK Bhina Tunas Bhakti Juwana. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2012 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.12.3.11. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 085727796864 atau melalui via email: ekapujimulyani@gmail.com.