PERANCANGAN KONTROL OTOMATIS TEMPERATUR RUMAH KACA BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51
Yudhi Gunardi 1 ,Firmansyah 2 1,2 Jurusan Elektro, Universitas Mercu Buana Jl. Meruya Selatan, Kebun Jeruk - Jakarta Barat.
Telepon: 021-5857722 (hunting), 5840816 ext. 2600 Fax: 021-5857733
Email: yudhi.gunardi@mercubuana.ac.id
Abstrak - Kontrol otomatis temperatur  rumah  kaca  merupakan sebuah  aplikasi  sistim temperature suhu otomatis pada sebuah rumah\ruangan  tertentu.Untuk dapat menjalankan fungsi otomatis
temperature tersebut digunakan beberapa   macam   sensor   sebagai suatu  sistim  indranya  dan  beberapa actuator  sebagi  sistim  pendingin ruangan.
System  yang digunakan  berbasis pengendali mikro ( mikrokontroller ) AT89S51. dimana temperatur ruangan  akan dikendalikan secara otomatis oleh mikrokontroler, Untuk input    mikrokontroler  dipasang heater            dengan            tegangan 220volt/300Watt.  Sebagai  pemanas ruangan dan sensor LM 35 berfungsi sebagai    input    untuk  menditeksi panas pada  ruangan.  Untuk output mikrokontroler dipasang  2  buah  fan yang berfungsi  sebagai  pengatur udara panas pada ruangan. Pada  akhirya  dengan  sebuah  sistem kontrol         yang         baik         akan
memanfaatkan  sensor serta  aktuator- aktuator untuk mengendalikan temperatur pada ruang kaca.
Kata  kunci :  Kontrol  otomatis, temperatur, sensor LM 35, mikrokontroller

## PENDAHULUAN
Seiring perkembangan  teknologi yang semakin  canggih,  banyak kita temukan peralatan-peralatan atau suatu  system  yang dikontrol  secara otomatis.  Sebagai  contoh  adalah penerangan  jalan  raya,  seleksi barang  pada  industri-industri  yang umumnya  menggunakan    ban berjalan dan tentu saja masih banyak lagi  contoh  yang dapat diambil. Beberapa  contoh    yang    disebutkan tadi bertujuan untuk membantu dan meringankan pekerjaan manusia
sehari-hari dan juga untuk meningkatkan  efisiensi dan efektifitas   dari   suatu   perkerjaan, baik  dari  segi  waktu,  tenaga  dan biaya. Disini peneliti ingin mencoba
mengangkat judul Kontrol Otomatis Temperature  Rumah  Kaca,  karena peneliti menganggap  control ini banyak  sekali  manfaatnya dalam kehidupan  manusia,  terutama dalam bidang pertanian  atau  perkebunan. Karena banyak sekali species tanaman  yang ada di  Indonesia  yang sudah  hampir punah  dan  perlu dilakukan pelestarian dan pengembangbiakan  secara intensif sehingga  akan didapatkan hasil  yang maksimal. Dalam peralatan  atau system control otomatis dapat dipergunakan  mikrokontroller,  PLC atau   PC   sebagai   otak   atau   unit control  dalam  peralatan  atau  system tersebut. Dalam laporan  ini peneliti akan menggunakan mikrokontroller sebagai unit control dalam  system control otomatis rumah kaca
Tujuan Penelitian
Maksud dan tujuan perancangan serta  pembuatan  alat  yang  berjudul “Kontrol Otomatis Temperatur Rumah  Kaca  “  antara  lain  adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui dan  memahami proses pengendalian menggunakan pengendali mikro ( microcontroller ).
2. Memahami                 sistem otomatisasi berikut cara kerja pengaturan temperature ruangan  dengan menggunakan sensor dan rangkaian sederhana

## Pembatasan Masalah
Pada  penelitian ini, diperlukan batasan masalah  agar pembahasan  tidak terlalu luas  dan menyimpang dari  topik.  Pembatasan masalah yang diberikan adalah sebagai berikut:
1.  IC    pengendali    mikro AT89S51 sebagai pengendali pada rancangan ini.
2.  IC    konverter ADC0804 sebagai pengubah sinyal  masukan  analog menjadi sinyal keluaran digital.
3. Pembahasan      tentang      sensor temperature , kelembaban, dan relay.
4.  Pembahasan   tentang   rangkaian kendali  untuk  motor  listrik  arus searah   (   DC   )   dan   rangkain kendali untuk arus bolak balik ( AC ).
5.  Perangkat      lunak      yang digunakan berupa bahasa assembler .
PERENCANAAN DAN

## REALISASI SISTEM
Dalam  perencanaan  sistem  “Kontrol Otomatis      Temperature      Rumah Kaca”    dibagi    menjadi    2    bagian penting   berdasarkan   prinsip   kerja alat  dan  komponen  yang digunakan. Diantaranya      Perencanaan      Input Sistim, Perencanaan Output Sistim Perancangan Input Sistim ADC0804.
ADC yang digunakan pada unit ini  adalah jenis pendekatan berturut- turut  ( Successive  Approximation) .
Pada  ADC  0804,  konversi  dimulai dari  bit  yang  paling  berbobot  pada registernya  dan  akan dikonversi dan hasilnya dibandingkan  komparator. Apabila lebih  besar  dari  sinyal analog,  maka   bit  tersebut  bernilai “0”,  dan  apabila  bit  tersebut  diset “1”. ADC  ini  mempunyai  1 saluran analog dan  8  saluran  digital  yang dihubungkan  ke  Port  3  pengontrol mikro AT89S51.
ADC  0804 disusun dari  256 R “resistor ladder”.  Jaringan  kerja resistor berfungsi  sebagai  pembagi tegangan yang dikontrol SAR
(SAR=Successive Approximation) untuk mengeluarkan sinyal dugaan. Sinyal      dugaan      ini      kemudian
dibandingkan terhadap  sinyal-sinyal terhadap  algoritma,  dimana tahapan- tahapan yang dilakukan adalah sebagai berikut.
1.    Dugaan    pertama    dilakukan terhadap  bit  yang pertama  yaitu dugaan          bilangan          biner 10000000,  sehingga    “switch tree” akan mengeluarkan tegangan  sebesar  (128/256)  X  5 Volt    =   2,5    Volt.    Tegangan sebesar 5  Volt  diperoleh  dari selisih  antara  tegangan  tegangan referensi  positif  (5  Volt) dan tegangan    referensi    negatif    (0 Volt).
2.   Pada  akhir  siklus  pertama,  SAR (Successive Approximation Register) akan memeriksa keluaran dari pembanding (comparator). Jika tegangan masukan  yang diduga  (Va) lebih besar dari  atau sama  dengan tegangan   dugaan   (Vo),   maka SAR  akan memberikan kode biner 1  pada bit  pertama dan kedua tegangan tersebut diselisihkan untuk dijadikan nilai Va yang baru.
3.    Jika   tegangan   masukan   (Va) lebih kecil  dari  tegangan  dugaan Vo,        maka        SAR        akan
memberikan  kode  biner  0  pada bit  pertama dan  kedua  tegangan tersebut tidak diselisihkan. Nilai Va    yang   baru   adalah    sama dengan nilai Va yang lama.
4.    Dugaan   selanjutnya   dilakukan terhadap  bit kedua  yaitu  dengan bilangan  biner kedua 01000000, sehingga”switch tree” akan mengeluarkan tegangan V0 sebesar (64/256) X 5 Volt = 1,25 Volt.
Pada  rangkaian  ini,  pembangkit clock ADC  0804  diberikan  resistor (R) sebesar 10  K Ω ,  dan  kapasitor sebesar 100  pF,  sehingga  frekuensi osilatornya adalah
F = 1 1.1 RC F = 1 = 6,06 KHz (1.1 x 10 4 )(100 x 10 − 12 )
Frekuensi (Clock) F=758 KHz

## Mikrokontroller AT89S51
Pada   rangkaian   minimum   system terdiri dari empat buah jalur I/O. Pin 1 s.d 8 adalah port 1.0 s.d port 1.7, port  ini  digunakan  sebagai  input masukan sinyal  yang berasal  dari rangkaian   ADC  0804  Blok  kedua adalah mikrokontroler.  Blok ketiga adalah  driver motor dan  blok  ke empat  adalah  aktuator.  Sensor dan limit switch digunakan sebagai input
untuk  mikrokontroler.  Aktuator ( motor  )  digunakan  sebagai  output dari mikrokontoler.
Port  2  dan  port  3 dari mikrokontroler digunakan  sebagai input,  yaitu  output  dari  sensor dan limit  switch  terhubung langsung dengan port 0 dan port 1. Besar tegangan  output  dari  sensor maupun limit switch sesuai dengan logika TTL,  sehingga mikrokontroler dapat langsung memproses  input  dari sensor dan limit  switch untuk mendapatkan perintah output  yang tepat  sehingga  robot  dapat bergerak sesuai dengan  program  yang telah dibuat.
Port    0    dan    port    1    dari mikrokontroler   digunakan   sebagai output,    yaitu    pin-pin    dari    port tersebut   terhubung   dengan   driver untuk menggerakkan aktuator. Perancangan Output Sistim Rangkaian    Pengendali    Fan    & Exhaust
pada saat  input  katoda  LED dari Opto Coupler  (  Input 1 ) mendapatkan logika 0, maka transistor dari  Opto  Coupler  akan aktif,  sehingga  arus  akan  mengalir dari colektor menuju ground, sehingga    terdapat    tegangan    pada
resistor 10k Ω.  T egangan pada  gate akan menyebabkan
MOSFET konduksi, sehingga arus akan mengalir dari tegangan sumber 12 V melalui Fan menuju ground. Dengan kata lain  MOSFET  seperti  saklar yang tertutup.  Aliran  arus  pada lilitan/kumparan Fan akan menyebabkan induksi pada lilitan/kumparan Fan yang menghasilkan medan magnet, sehingga  Fan  akan berputar. Untuk merubah  arah putaran  Fan, maka
Input  2  pada  kaki  katoda dari  Opto Copler diberikan  logika  0,  sehingga LED akan menyala untuk mengaktifkan transistor  dari  Opto Coupler.  Arus  akan  mengalir dari Vcc menuju  ground,  sehingga  akan terdapat    tegangan    pada    resistor 10k Ω.  T egangan tersebut digunakan untuk membias  transistor, sehingga transistor  akan  konduksi.  Dengan kata lain,  transistor seperti  saklar yang tertutup.  Sehingga  arus  akan mengalir dari tegangan sumber 12 V melalui koil relai menuju  ground. Pada koil  relai  akan  timbul  induksi yang menghasilkan  medan magnet. Medan magnet  ini  akan merubah posisi  kontak  dari    relai,  sehingga arah putaran Fan akan berubah.

## Rangkaian Pengendali Heater
Pada saat  input  katoda  LED dari Opto Coupler  mendapatkan logika 0,  maka  arus  akan  mengalir dari  Vcc  melalui  LED  menuju  pin Input    yang  berfungsi    sebagai Ground.  Sehingga    transistor dari Opto  Coupler  akan  aktif,  sehingga arus  akan  mengalir dari  colektor menuju  ground,  sehingga  terdapat tegangan pada resistor 10k Ω.
Tegangan tersebut  berfungsi  sebagai teganga  gerbang bagi  MOSFET, sehingga  MOSFET  bekerja  atau konduksi    atau  sebagai    saklar tertutup,  sehingga    arus  akan mengalir dari  sumber tegangan 12V melalui  Koil  Relay menuju  ground. Arus  listrik  yang melalui  koil  akan menimbulkan  induksi  listrik sehingga  akan  menghasilkan medan magnet yang berfungsi untuk merubah  posisi  kontak  Relay  yang pada  awalnya  pada  posisi NC menjadi  NO,  dengan  kata lain  Relay menjadi   sebuah   saklar.   Sehingga arus  akan  mengalir dari  tegangan sumber 220V  menuju  Heater  dan Heater    akan    bekerja  sebagai pemanas untuk menaikkan suhu ruangan
INPUT LOGIK HEATER KONDISI
HEATER
TEGANGAN
HEATER KONDISI HEATER 0,03 Volt OFF 0,0 Volt MATI 4,25 Volt ON 220 Volt HIDUP
dimana receiver menerima sinyal pantul dari objek  yang dikirimkan oleh transmitter.  Pada  saat  sensor mendeteksi objek maka output rangkaian  sensor  akan  berlogika  ”0” dan   sebaliknya   pada   saat   sensor tidak mendeteksi objek maka rangkaian sensor akan berlogika ”1”.

## Rangkaian LCD
LCD    yang    digunakan    dalam perancangan      ini      adalah      16x2 karakter.
Analisa Rangkaian Pengendali exhaust Dengan Relai
Dari  data hasil  pengujian  rangkaian pengendali    motor   DC    12    Volt dengan    relay    yang   diperlihatkan pada tabel  4.3  diperoleh  data bahwa pada saat motor berputar :
Motor  Berputar: Tegangan outputnya  adalah  11,8  V  (logik  ‘1’ ),dan  Motor  Mati  :  Tegangan outputnya     adalah  0,02  V  (  logik ‘0’).

## PENGUJIAN      DAN   ANALISA DATA
Untuk  membuktikan  bahwa  alat ini bekerja dengan baik maka alat ini perlu dilakukan pengujian-pengujian yang mana pengujian tersebut sangat berguna untuk mengetahui keakuratan alat ini.
Data Hasil Pengujian Alat Pengujian Rangkaian Exhaust Tabel Hasil Pengukuran
Rangkaian Exhaust
Dengan membandingkan dengan    mekanisme  perencanaan kerja motor dengan  relay  yang diperlihatkan  pada    tabel  4.2, tegangan ini masih dalam batas  yang ditentukan  yaitu  antara  tegangan  10 V sampai  dengan 12  V. , dapat disimpulkan bahwa rangkaian pengendali  motor DC  12  V  tersebut sesuai dengan perencanaan  yang diharapkan.
Pengujian Rangkaian Heater Tabel Hasil Pengukuran
Rangkaian Heater
INPUT LOGIK MOTOR KONDISI MOTOR TEGANGAN MOTOR KONDISI EXHAUST 0,02 Volt OFF 0,08 Volt MATI 4,40 Volt ON 11,80Volt HIDUP
Setting Suhu Suhu Awal Suhu Akhir Respon Time ( o C) ( o C) ( o C) (s) 31 30 31 2,22 32 31 32 1,14 33 32 33 2,22 34 33 34 3,38 35 34 35 2,16 36 35 36 1,13 37 36 37 2,24 38 37 38 2,10
15 ˚ C 0,15
20 ˚ C 0,20
25 ˚ C 0,25 30 ˚ C 0,30 n
Analisa     Rangkaian     Pengendali

## Heater Dengan Relai
Dari  data  hasil  pengujian rangkaian   pengendali   Heater   220 Volt  dengan  relay  yang diperlihatkan  pada    tabel    4.6 diperoleh   data   bahwa   pada   saat motor berputar :
Motor Berputar           :       Tegangan outputnya adalah 220 V ( logik ‘1’ ), dan Motor Mati           :       Tegangan outputnya adalah 0,0 V ( logik ‘0’ ).
Dengan membandingkan
mekanisme perencanaan Heater dengan    motor  Dc  ,   tegangan    ini masih dalam batas  yang ditentukan yaitu  antara tegangan  210  V sampai dengan  220  V.  ,  dapat  disimpulkan bahwa  rangkaian  pengendali  Heater
Dari hasil pengujian diketahui tegangan keluaran sensor naik sebesar 50mV untuk setiap 5°C atau 10mV/°C,  maka sensor telah  bekerja dengan baik.
Pengujian Perubahan  Suhu Udara didalam Rumah  Kaca  Terhadap Waktu
Tabel Hasil Pengukuran
Sehingga  dapat  dianalisa perubahan suhu    terhadap    waktu        dengan menggunakan rumus sebagai berikut tersebut  sesuai  dengan  perencanaan
o n Xi yang diharapkan. X Perubahan / 1  C = ∑ i = 1 Pengujian Sensor LM 35 Tabel   Hasil   Pengukuran   Sensor
LM35 Tegangan X perubahan /1° C        =       2,22   + 1,14  + 2,22 + 3,38 + 2,16  + 1,13  + 2,24 + 2,10 /8 X perubahan /1° C        =  17 Suhu keluaran 8
X perubahan /1° C        =  ±3 detik Artinya   lamanya   perubahan   suhu terhadap   waktu   adalah   ±3   detik
35 ˚ C                      0,35 40 ˚ C                      0,40 45 ˚ C                      0,45 50 ˚ C                      0,50
secon setiap satu derajatnya. Pengujian Sistim Keseluruhan
Tampilan            tampilan suhu                   suhu               error lcd               termometer
35 ˚C 36 ˚C 37 ˚C 38 ˚C 39 ˚C 40 ˚C 34,8 ˚C 36,1 ˚C 37 ˚C 37,7 ˚C 39 ˚C 40,6 ˚C -0,2 ˚C 0,1 ˚C 0 ˚C -0,3 ˚C 0,4 ˚C 0,5 ˚C ∑ error 0,4 ˚C
Pengujian   sistem keseluruhan dilakukan dengan menempatkan sensor  LM35 dan termometer dalam  plant  suhu  yang sama kemudian membandingkan
antara suhu penunjukan yang
tertampil pada LCD terhadap penunjukan  suhu  pada termometer selama 10 menit. Tabel Hasil Pengukuran
X error /1° C          =   -0.2 + 0.1  + 0 +
-0,3 + 0,4  + 0,5  /6
X error /1° C        =  0,4 ˚C
6
X error /1° C        =  ± 0.0666666 Dari  data hasil  pengujian  rangkaian Sensor  Lm  35  yang  diperlihatkan pada tabel  4.9  dapat  disimpulkan bahwa  rangkaian  Sensor  LM35 tersebut  bekerja  dengan  baik  dan sesuai    dengan    perencanaan    yang diharapkan
Hasil  percobaan    menunjukkan bahwa sistem  akuisisi  data suhu memiliki    error    rata-rata    sebesar 0,06666°C, nilai ini didapat dengan menjumlahkan semua nilai error dari setiap pengujian dibagi jumlah pengujian ( 6 kali ).
Secara  rumus    adalah    sebagai berikut.
Sehingga  dapat  dianalisa perubahan suhu terhadap waktu      dengan menggunakan  rumus sebagai berikut X error /1° C        =

## KESIMPULAN
Berdasarkan    data-data  hasil pengujian dan data-data hasil perhitungan  serta data-data  yang diperoleh    dari    beberapa   sumber yang digunakan  dalam  perencanaan dan  realisasi  sistem,  maka dapat disimpulkan
1. Untuk     sensor     temperature,
LM35  merupakan salah satu pilihan  yang  cukup  baik  dalam pengukuran temperature. Dikarenakan harganya yang relatif murah, liniearitasnya lumayan bagus.
2. Agar       penyebaran       suhu
disetiap  titik  enclosure mendapatkan suhu      yang     merata     diperlukan
tambahan kipas  sebagi  pendukung proses penyebaran suhu.  Disamping itu  juga peletakan  heater haru ditempatkan  pada  posisi  yang  benar, sehingga    perlu  diperhitungkan desain peletakan komponen dan bentuk enclosure dari kontrol otomatis temperatur rumah kaca.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Nalwan,  P. Andi, Teknik  Antar
Muka dan
Pemrograman
Mikrokontroler AT89C51, PT.
ELEX MEDIA KOMPUTINDO ,
Jakarta, 2003.
[2]    Depari,    Ganti.    Drs, Teori
Rangkaian     Elektronika, Sinar
Baru Bandung, Bandung, 1986.
[3]  Coughlin,  Robert  and  Federick Driscoll, Penguat Operasional  dan
Rangkaian
Terpadu
Linier ,
Jakarta : Erlangga.
[4]     Ogata,     Katsuhiko, Teknik
Kontrol  Otomatik,  Jilid   1 ,
Erlangga, Jakarta, 1991