SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

RANCANG BANGUN PENGUKUR SUHU DAN AKUISISIDATA MENGGUNAKAN PERSONAL KOMPUTER

* ** ***SUKARMAN , FEPRIADI , PRA YITNO

"JSekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATANJl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281Telepon 0274-484085,489716, Faksimili 0274-489715

""JPusat Pengembangan Energi Nuklir-BATAN

Jl. Kuningan Barat, Mampang Prapatan, Jakarta 12710Telepon/Faksimili 021-5204243

"""JPusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

Jl. Babarsari Kotak Pos 1008 YKBB Yogyakarta 55010Telepon 0274-488435, Faksimili 0274-487824

Abstrak

RANCANG BANGUN PENGUKUR SUHU DAN AKUISISI DATA MENGGUNAKAN PERSONAL

KOMPUTER. Telah dirancang dan dibangun perangkat keras untuk mengukur suhu udara sebagai datameteorologi sekitar lokasi PLTN Muria dan perangkat lunak untuk akuisisi data. Perangkat keras terdiridari sensor suhu LM35, ADC, PPI8255 dan PC, sedangkan perangkat lunak menggunakan Lab View. Tujuandari rancang bangun ini adalah untuk mendapatkan data suhu udara lingkungan sebagai variabel masukandalam perhitungan dispersi atmosfer dan analisa statistik dalam masa persiapan pembangunan PLTN, danpengamatan ini terus berlangsung selama pembangunan dan saat operasi untuk analisa apabila terjadikecelakaan. Berdasarkan hasil pengujian menunjukkan bahwa kinerja sistem antarmuka untuk akuisisi datatelah berjalan baik, hasil pengukuran sensor suhu LM35 diperoleh tingkat kelinieran 99,77% dengan nilaikalibrasi sebesar 0,4°C.

Kata kunci : akuisisi data, dispersi.

Abstract

DESIGN AND CONTRUCT TEMPERATURE MEASUREMENT AND ACQUISITION DATA USINGPERSONAL COMPUTER (PC). The measurement temperature system with the PC has been constructed. Itused to acquisition data of meteorologi in the location reactor power Plant (PLTN). This system consist ofsensor LM35, ADC, PPI8255 and Pc. The programming system used Lab View. The goal of this system is toget data air temperature environment as input variabel for atmosphire dispertion of the reactor power plantdesign. Interfacing this system show that acquisition can be done, with linierity 99,77% and calibrationfactor 0.4%.

Keyword: data acquisiton, dispertion

387

Pendahuluan

Rencana pembangunan PLTN pada tahunmendatang sudah nampak jelas mengingat hasilstudi perencanaan energi menyatakan bahwaPLTN layak untuk dibangun. Oleh karena itu

Sukarman dkk.

diperlukan persiapan untuk mendukungprogram tersebut dari segi kegiatan penelitianmaupun sumber daya manusia. Dalam rangkapersiapan pembangunan PLTN ini BadanTenaga Nuklir Nasional (BATAN) melalui

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN

SEMINAR NASIONAL II

SDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006

ISSN 1978-0176

o-----~

Temperature Detectors (RTD), Thermocouple,Thermistor, Ultrasonic.

Sensor suhu LM35 adalah salah satupengindera suhu permukaan dan suhu udarayang akan digunakan dalam penelitian ini.Sensor ini adalah pengindera suhu yangmemberikan tegangan keluaran berbandinglangsung dengan suhu yang diukurnya, dalamderajat Celcius.

Analog to Digital Converter (ADC)

ADC ada1ah rangkaian elektronik yangberfungsi mengubah tegangan atau sinyalanalog menjadi sinyal digital. Sinyal digitalyang dihasilkan oleh ADC merupakanpendekatan proporsional terhadap masukananalog. Resolusi ADC mengacu pada jumlah bitdalam keluaran ADC. Spesifiksi pentinglainnya adalah waktu konversi (convertiontime), yaitu waktu yang diperIukan untukmenghasilkan kode biner yang sahih (valid)untuk tegangan masukan yang diberikan.Sebuah konverter disebut berkecepatan tinggibila memiliki waktu konversi yang pendek. [2]

ADC yang akan dipakai adalah ADC0804, salah satu tipe ADC jenis pendekatanberuntun yang sudah dikemas dan terintegrasiditunjukkan pada Gambar 2. Secara garis besarADC terdiri dari tiga bagian yaitu registerpendekatan berutun atau successiveapproximation register (SAR), digital to analogconverter (DAC) dan komparator. SAR tediridari tiga sub bagian yaitu trial register, outputregister dan control unit.

Antarmuka PPI 8255

PPI 8255 (Programmable PeripheralInteiface) adalah kartu antarmuka yangdirancang untuk pemakaian pada sistemmikrokomputer. Kartu ini bermanfaat sebagaikomponen port I/O multi fungsi untukmenghubungkan peralatan peripheral dari luarsistem. Kartu antarmuka PPI 8255 yang mudah

Pusat Pengembangan Energi Nuklir(P2EN) disemenanjung Muria telah melakukan berbagaikegiatan yang selama ini berjalan, salah satunyaadalah pemantauan data meteorologi yangberIangsung dari tahun 1983, selain itujuga adapemantauan gempa mikro yang dimulai tahun1990. Parameter yang diamati dalampemantauan meteorologi adalah suhu, tekanan,kelembaban udara, curah hujan, arah dankecepatan angin, sudut datang angin, radiasimatahari. Variabel yang diukur ini pentingdiketahui sebagai input dalam perhitungandispersi atmosfer dan analisa statistik dalammasa persiapan pembangunan PLTN, danpengamatan ini terus berIangsung selamapembangunan dan saat operasi untuk ana1isaapabila terjadi kecelakaanY·4]

Pengambilan data meteorologi telahdilaksanakan dengan perangkat keras danperangkat lunak mengunakan personalkomputer. Perangkat keras dan perangkat lunakini tidak selalu tersedia dipasaran dan bersifatunik dan sangat tergantung pada perusahaanpemasok, karena untuk penambahan sensorakan juga menambah perangkat lunaknya yangharganya tidaklah murah.

Oleh karenanya perIu dibangunperangkat keras dan perangkat lunak yangdidesain atau dibuat sendiri menggunakanbahasa pemograman yang tersedia dipasaran.Perangkat keras yang dibuat adalah dalam skalaalat ukur suhu udara yang dapat mewakili alatsensor yang sebenarnya karena keluaran darisensor setelah melewati transduser sarna dengankeluaran dari alat ukur yang akan dibuat,perangkat keras lainnya seperti PPI 8255 untuksistem antarmuka memanfaatkan yang sudahada dipasaran. Perangkat lunak untuk akuisisidata, akan dibuat dengan menggunakan bahasaprogram virtual instrument Lab VIEW untukmengambil, mengolah data dan menampilkandata numerik dan grafik maupun informasi lainpada layar komputer.

Teori Singkat

Sensor Suhu

Sensor suhu adalah pengindera suhuyang mengubah besaran fisis menjadi besarantegangan analog (temperature transducer).Temperature transducer dapat dibagi dalamempat kategori utama yaitu: Resistance

4 ... 20V

G---IOmVfCIt O°C=Om v

~ 0 ~-~LM35 •o Q---l

1 Skema LM35.

Gambar .

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 388 Sukarman dkk.

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

ditemukan dipasaran ini dirancang sedemikianrupa sehingga dapat melakukan pengaksesanlansung oleh komputer pengendali, dalam halini dapat dilakukan oleh komputer apa saja

yang dilengkapai slot ISA (Industrial StandardArchitecture). Gambar penyemat IC PPI 8255dengan slot ISA ditunjukkan pada Gambar 3.

Komparator

V", analog f+!----';;:>'

KOllvelterDJA8- Bit

Kendall

MSB II I I ! I I I LSB

START

CLOCKEOC

Gambar 2. ADC SAR

............. mmmmmm ...... mmmmmmmm ...t()m ............mmmmmm ..;:~mm.;

43

34

DOPAl

2

33

D1 l()PA21

32

D2 PA340

31

D3("1

PA439

30

D4PA538

29

D5 PA637

28

D6 00PA7

27D7

18PBO 19

5

RD 1--1PB1!20

36

WR PB221

9

AO ~PB322

8

AlPB4 i

23

35

RESET~

PB5 i24

6

CSPB6 '

25PB7;

14PCO i

15PC1 16PC2 17PC3 13PC4 12PC5 11PC6 !10

PC7

Gambar 3. Penyemat IC PPI 825

Su/wrman dkk. 389 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN

Personal Komputer

Secara umum sebuah personal komputerterdiri dari tiga bagian utama, yaitu unitpengolah utama atau CPU, memori, dan I/Oportdisebut juga bagian dari mikrokomputer.Bagian-bagian ini satu dengan lainnyaberhubungan dengan tiga bus utama yangbernpa saluran paralel. Tiga bus tersebut adalahbus alamat, bus data, dan bus kendali. [3]

Gambar blok diagram sistem mikrokomputerditunjukkan pada Gambar 4.

SEMINAR NASlONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

CPU mernpakan bagian terpenting padasistem mikrokomputer, karena CPU mengaturaktivitas pengolahan data serta komponen­komponen lain yang terdapat pada sistemmikrokomputer, tugas utama CPU antara lain:1. Mengambil dan melaksanakan instruksi

yang terdapat dalam memori.2. Menyimpan dan mencari data yang terdapat

pada memori yang diolah pada pelaksanaansuatu instruksi. Mengirim dan mengambildata pada bagian input atau output.

BUS AL4.Nlo\ T

BUS DATA

PERALATANJ}lP0T.II/OREND.ill KENDALl

PORTCPUl\'IEMORI

1 ~PERALADlli

OuTPUT

Gambar 4. Blok Diagram Sistem Mikrokomputer

3. Mengendalikan perangkat penunjang CPU,seperti pengatur Direct Memori Access(DMA), penanganan instruksi dansebagainya.

Memori pada komputer bertugasmenyimpan data maupun instruksi yang harnsdilaksanakan oleh CPO. Pada sebuah komputer,bagian ini umurnnya terdiri dari random accessmemori (RAM), read only memory (ROM) danpenyimpan data magnetis.

Bagian I/O komputer bertugasmenghubungkan sistem dengan dunia luarseperti keyboard, monitor dan sebagainya.

METODEPERANCANGAN

Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalamperancangan ini adalah personal komputer,ADC 0804, LM35, PPI 8255, dan Kabelkonektor.Rancangan Perangkat Keras

Perangkat keras atau instrumentasi yangdiperlukan untuk melakukan akuisisi data ini

terdiri dari empat blok bagian utama yaitu bloksensor suhu, blok Analog to Digital Converter(ADC), blok antarmuka PPI8255 dan personalkomputer seperti terlihat pada Gambar 5.

Gambar 5. Blok Perangkat Keras Akuisisi Data

Rancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak untuk akuisisi datamenggunakan program LabView dari NationalInstrument (NI). Program ini dapat digunakanuntuk akuisisi data, simulasi komputasi dananalisis kimia, listrik, mesin dan sebagainya. [5]

Proses akuisisi data suhu diatur menurutdiagram alir pada Gambar 6. Pada Gambar 6,ditunjukkan bahwa pada tampilan perangkatlunak tersedia menu untuk Akuisisi data,Simulasi dan Keluar.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 390 Sukarman dkk.

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006ISSN 1978-0176

Pada pilihan akuisisi, data suhulingkungan akan disimpan pada setiap satuandetik, menit dan jam. File tersebut disimpandalam bentuk teks (*.text) dan file tersebut

dapat dibuka untuk keperluan lain. Pada pilihansimulasi, tampilan akuisisi menggunakan datarandom.

rmrlai

Ini1;ialisasi = 303HControl ',,"ord = 82

T

Slmpan dala{sesuai pHihan

waktu}

T

y

Selesaf

Gambar. 6. Diagram Alir Akuisisi Data Suhu

Sukarman dkk. 391 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN

SEMINAR NASIONAL II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Hasil dan Pembahasan

Pengamat Sensor Suhu

Pengamatan suhu dilakukan denganmengukur tegangan keluaran LM35 dalam mVdan dikonversi ke dalam °C (spesifikasi LM3510mVf'C) dengan suhu yang tertera padasensor suhu digital sebagai pembanding (merkRS, Switzerlan) yang dimulai pada suhu29,2°C, hasil pengamatan dapat dilihat padaTabel 1.

keluaran LM35 yang telah dikonversi ke dalamsuhu (0C) dengan sensor suhu digital sebagaipembanding eC). Grafik.

Pengamatan ADC

Pengamatan kinerja ADC serta hasilkonversi dengan masukan dari sumber tegangan(eatu daya) sebagai simulasi dari keadaansebenarnya yaitu tegangan searah dari 0 sampai5 Volt. Data hasil konversi analog ke digitaluntuk masukan tegangan seeara lengkapditunjukkan pada lampiran B dan grafiklinieritas ADC ditunjukkan pada Gambar 7.

Tabel I.Rasil Pengamatan TeganganKeluaran Lm35 Dengan Pembanding

Dari Tabel 1, dapat dianalisa bahwauntuk kenaikan O,2°C maka akan diikuti puladengan perubahan tegangan keluaran LM35sebesar rata-rata 2mV ini sesuai denganspesifikasi LM35 10mV/oC, dan dari TabelIV.l dapat juga dibuat linieritas hasilpengukuran dan perbandingan antara tegangan

160 ,----------.-----.--------.---.----- ..• --------

_140

] 120

~ 100

e. 60

]§ GO

:2> 40o20

Pengamatan Hasil Eksekusi Program padaKomputer

Pengamatan dilakukan terhadaptengangan keluaran LM35 dengan nilai suhuyang tertera pada komputer (0C). Tabel hasilpengamatan eksekusi program antara tegangankeluaran LM35 dengan nilai suhu padakomputer ditunjukkan pada Tabel 2.

Pada Tabel 2 Terlihat ada nilai yangberbeda antara keluaran LM35 setelahdikonversi ke suhu (0C) dengan nilai suhu padakomputer, ini disebabkan beberapa hal,diantaranya faktor konversi nilai digital menjadisuhu oleh perangkat lunak, yaitu max 5V =100°C dengan resolusi 255, sehingga tingkatketelitian pada komputer = lOO°C/255= O,39°C.Nilai ini menunjukkan bahwa perubahan suhuyang bisa diamati adalah sebesar O,39°C.

Menu tampilan dibuat untuk memberikaninformasi yang diinginkan dan mudah diamatiseeara visual. LabVIEW menyediakan frontpanel untuk meraneang tapilan program dandiagram untuk meraneang program danmenghubungkan tiap panel. Menu tampilanprogram hasil eksekusi ditunjukkan padaGambar 8.

Joo2502.0010005IJ 150

Tegangan (VI

Gambar 7. Grafik Linieritas ADC

000

Keluaran

LM35Suhu

(Tegangan &

PembandingL\

Konversi(RS, Switzer/an)

Suhu) (mV)

(0G) (0G)(0G)

288

28.8 29.20.4291

29.1 29.40.3292

29.2 29.60.4294

29.4 29.80.4296

29.6 30.00.4298

29.8 30.20.4301

30.1 30.40.3302

30.2 30.60.4304

30.4 30.80.4305

30.5 31.00.5308

30.8 31.20.4310

31.0 31.40.4312

31.2 31.60.4314

31.4 31.80.4317

31.7 32.00.3318

31.8 32.20.4320

32.0 32.40.4321

32.1 32.60.5324

32.4 32.80.4

32632.6 33.00.4

32932.9 33.20.3

33033.0 33.40.4

33333.3 33.60.3

33533.5 33.80.3

33633.6 34.00.4

No

1

2

34

567891011

121314151617181920

21

22

2324

25

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 392 Sukarman dkk.

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Menu tampilan di atas dibuat sedemikianrupa dengan maksud agar dapat mengetahuihasil pengukuran secara langsung. Pada saatprogram akuisisi diaktifkan data tersimpansecara otomatis pada direktori yang dituju dansekaligus ditampilkan berupa data numerik dangrafik, juga ditampilkan indikator tanggal, jam,dan nilai parameter yang diukur. Tampilanmenyediakan kontrol untuk mengaktifkanakuisisi atau simulasi, merubah directorypenyimpanan data, memberi nilai kalibrasi biladiperlukan dan untuk me1ihat data yang telahada di dalam file.

Tabel2. HasilPengamatanEksekusiProgram

Keluaran LM35Nilai suhu pada(tegangan & konversiNo suhu)

komputer

(mV)

(oG) (0G)

1

288 28.8 28.9

2

291 29.1 29.1

3

292 29.2 29.3

4

294 29.4 29.4

5

296 29.6 29.6

6

298 29.8 29.9

7

301 30.1 30.0

8

302 30.2 30.2

9

304 30.4 30.3

10

305 30.5 30.5

11

308 30.8 30.8

12

310 31.0 31.0

13

312 31.2 31.2

14

314 31.4 31.5

15

317 31.7 31.7

16

318 31.8 31.8

17

320 32.0 31.9

18

321 32.1 32.0

19

324 32.4 32.3

20

326 32.6 32.6

21

329 32.9 32.9

22

330 33.0 33.1

23

333 33.3 33.4

24335 33.5 33.5

25

336 33.6 33.7

Kesimpulan

Melihat dari kenyataan yang ada sete1ahdilakukan pengamatan kinetja sistem secarakeseluruhan dan mengacu pada tujuan semulapada tugas akhir ini dapat disimpulkan

1. Telah dapat dihasilkan perangkat kerasdan perangkat lunak untuk akuisisi datasuhu udara menggunakan personalkomputer dengan sensor suhu LM35 danperangkat lunak LabVIEW.

2. Kinetja sistem antarmuka untuk akuisisidata telah berjalan baik, hasil pengukuransensor suhu LM35 dengan nilai suhuterukur pada komputer diperoleh tingkatkelinieran 0,9977 dan perlu ditambahkannilai kalibrasi sebesar 0,4oC sehingganilai suhu terukur pada komputer samadengan suhu pembanding (alat ukur suhudigital merek RS, Switzerlan).

\

Sukarman dkk. 393 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir -BATAN

SEMINAR NASIONAL II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

1. IAEA, "Dispersi Atmosfir dalam tapakinstalasi nuklir, A safety Guide NO 50SG S3".

2. MARIA A KARTAWIDJAYA, KonverterAnalog to Digital, Teori danpenerapannya, elek2.

3. ALBERT PAUL MALVINO, 1991,Elektronika Computer Digital,Pengantar Mikrokomputer, edisi kedua,Erlangga.

4. ACHMAD SASMITO, 1989,.Sifat AtmosfirPada Bahan Polutan di Jakarta, BMG.

5. BISHOP H, ROBERT, 1999, Learning withLab View, The University of Texas atAustin.

Daftar Pustaka

Gambar 8. Tampilan Akuisisi Data Suhu Udara

2. Pada tabel sOOu belum ada satuan ?

(Nugroho LOOur)3. Apakah sudah diuji kestabilannya

Jawaban

1. Belum, rantang linieritasnya belumdiketahui.

2. Keunggulan relatif tergantung darisistem yang digunakan.

3. Belum diuji

tanya jawab

Tanya jawabI. Seberapa jauh hasil pengukuran sOOu

yang dapat dipertanggungjawabkan ?

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 394 Sukarman dkk.