Aplikasi Sensor Suhu LM35 Dengan Motor

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1.Tujuan
2.Alat Dan Bahan
3.Teori
4.Rangkaian
5.Video
6.Link Download

1.Tujuan[kembali]

• Untuk mengetahui tentang rangkaian dalam sensor suhu lm35
• Untuk mengetahui konversi dari output analog menjadi digital
• Merangkai dan menguji aplikasi dari sensor suhu dengan output digital

2.Alat dan Bahan [kembali]

    1. suply 5v

    2. resistor 20.2, 10, 60,1k,100k,100k ohm

    3. resistor variabel 10 ohm

    4. ground

    5. transistor

    6. op-amp

    7. motor

    8. dc voltmeter

    9. switch

   10. capacitor

   11. ADC

   12. BCD

   13. seven segment

3.Teori[kembali]

Untuk rangkaian dalam dengan aplikasinya sama dengan rangkaian aplikasi sensor suhu pada materi sebelumnya. 

1. Analog to Digital Converter (ADC) (Data Sheet)

Analog to Digital Converter atau ADC yang artinya pengubah dari analog ke digital. Fungsi dari ADC adalah untuk mengubah data analog menjadi data digital yang nantinya akan masuk ke suatu komponen digital yaitu mikrokontroller AT89S51. Inputan dari ADC ini ada 2 yaitu input positif (+) dan input negatif (-). ADC 0804 ini terdiri dari 8 bit microprocessor Analog to Digital Converter.

V (+) dan V (-) adalah inputan tegangan analog differensial sehingga data tegangan yang akan diproses oleh ADC adalah selisih antara Vi (+) dan Vi (-). Vref adalah tegangan referensi ADC yang digunakan untuk mengatur tegangan input pada Vi+ dan Vi-. Besarnya tegangan referensi ini adalah setengah dari tegangan input maksimal. Hal ini bertujuan agar pada saat inputan maksimal data digital juga akan maksimal. Frekuensi clock dari ADC dapat diatur dengan komponen R dan C eksternal pada pin Rclk dan Cclk dengan ketentuan :

                                              Fclk = 1 / (1,1 RC)

            

Chip select fungsinya untuk mengaktifkan ADC yang diaktifkan dengan logika low. Read adalah inputan yang digunakan untuk membaca data digital hasil konversi yang aktif pada kondisi logika low. Write berfungsi untuk melakukan start konversi ADC diaktifkan pada kondisi logika low. Instruksi berfungsi untuk mendeteksi apakah konversi telah selesai atau tidak, jika sudah selesai maka pin instruksi akan mengeluarkan logika low. Data outputan digital sebanyak 8 byte (DB0-DB7) biner 0000 0000 sampai dengan 1111 1111, sehingga kemungkinan angka decimal yang akan muncul adalah 0 sampai 255 dapat diambil pada pin D0 sampai D7. DB0-DB7 mempunyai sifat latching.

Proses yang terjadi dalam ADC adalah:

1. Pen-cuplik-an
2. Peng-kuantisasi-an
3. Peng-kode-an

                                        Gambar 1. Diagram Blok Proses dalam ADC.

1. Pen-cuplik-an adalah proses mengambil suatu nilai pasti (diskrit) dalam suatu data kontinu dalam satu titik waktu tertentu dengan periode yang tetap. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada ilustrasi gambar berikut:

Gambar 2. Proses Pen-cuplik-an dalam ADC.

Semakin besar frekuensi pen-cuplik-an, berarti semakin banyak data diskrit yang didapatkan, maka semakin cepat ADC tersebut memproses suatu data analog menjadi data digital.

2. Peng-kuantisasi-an adalah proses pengelompokan data diskrit yang didapatkan pada proses pertama ke dalam kelompok-kelompok data. Kuantisasi, dalam matematika dan pemrosesan sinyal digital, adalah proses pemetaan nilai input seperti pembulatan nilai.

Gambar 3. Proses Pen-kuantisasi-an dalam ADC.

Semakin banyak kelompok-kelompok dalam proses kuantisasi, berarti semakin kecil selisih data diskrit yang didapatkan dari data analog, maka semakin teliti ADC tersebut memproses suatu data analog menjadi data digital.

3. Peng-kode-an adalah meng-kode-kan data hasil kuantisasi ke dalam bentuk digital (0/1) atau dalam suatu nilai biner.

Gambar 4. Proses Peng-kode-an dalam ADC: X1 = 11, X2 = 11, X3 = 10, X4 = 01, X5 = 01, X6 = 10.

Secara matematis, proses ADC dapat dinyatakan dalam persamaan:

Data_ADC = (Vin/Vref) x Maksimal_Data

Dengan Vref adalah jenjang tiap kelompok dalam proses kuantisasi, kemudian Maksimal_Data berkaitan proses ke-3 (peng-kode-an).Sedangkan proses ke-1 adalah seberapa cepat data ADC dihasilkan dalam satu kali proses.

Rangkaian dalam ADC0804

ADC0804

Pin Description: 

Pin No	Function	Name
1	Activates ADC; Active low	Chip select
2	Input pin; High to low pulse brings the data from internal registers to the output pins after conversion	Read
3	Input pin; Low to high pulse is given to start the conversion	Write
4	Clock Input pin; to give external clock.	Clock IN
5	Output pin; Goes low when conversion is complete	Interrupt
6	Analog non-inverting input	Vin(+)
7	Analog inverting Input; normally ground	Vin(-)
8	Ground(0V)	Analog Ground
9	Input pin; sets the reference voltage for analog input	Vref/2
10	Ground(0V)	Digital Ground
11	8 bit digital output pins	D7
12		D6
13		D5
14		D4
15		D3
16		D2
17		D1
18		D0
19	Used with Clock IN pin when internal clock source is used	Clock R
20	Supply voltage; 5V	Vcc

Grafik Perubahan Sinyal Analog ke Digital

Vresolusi = Vin max / 255.

• CLOCK, clock untuk ADC dapat diturunkan pada clock CPU atau RC eksternaldapat ditambahkan untuk memberikan generator clock dari dalam CLK In menggunakan schmitt triger

Resolusi dari converter menandakan nilai angka diskret yang menghasilkan range nilai analog, biasanya ditulis dalam biner dalam bit-bit. Contoh ADC dengan resolusi 8 bit dapat mengenkode masukan analog ke 256 (2⁸=256), yang merepresentasikan range dari 0 sampai 255 (unsigned integer) atau dari -128 ke 127 (signed integer) tergantung pada aplikasi.

Resolusi juga dapat didefinisikan secara elektris dan diekspresikan dalam volt. Resolusi tegangan ADC sama dengan range pengukuran tegangan dibagi dengan jumlah interval diskret, sebagaimana ditunjukkan berikut;

Dimana Q merupakan resolusi dalam volt per step (volt per kode keluaran), E_FSR merupakan skala penuh range tegangan = V_RefHi – V_refLow, M merupakan resolusi ADC dalam bit dan N merupakan jumlah interval yang diberikan oleh kode keluaran dimana N=2^M.

Contoh 1;

Range skala pengukuran = 0 sampai 10 V

Resolusi ADC adalah 12-bit, sehingga 2¹² = 4096 kode

Resolusi tegangan ADC adalah (10V – 0V)/4096 kode = 10V/4096 kode menghasilkan 0,00244V/kode≈2,44mV/kode.

Contoh 2;

Range skala pengukuran = -10 sampai +10 V

Resolusi ADC adalah 14-bit, sehingga 2¹⁴ = 16384 kode

Resolusi tegangan ADC adalah (10V – (-10V))/16384 kode = 20V/16384 kode menghasilkan 0,00122V/kode≈1,22mV/kode.

Contoh 3;

Range skala pengukuran = 0 sampai 8 V

Resolusi ADC adalah 3-bit, sehingga 2³ = 8 kode

Resolusi tegangan ADC adalah (8V – 0V))/8 kode = 8V/8 kode menghasilkan 1V/kode≈1000mV/kode.

Pada prakteknya, kode keluaran terkecil (“0” dalam unsigned) mewakili range tegangan 0,5X dari resolusi tegangan ADC (Q) sementara kode keluaran terbesar mewakili range tegangan 1,5X resolusi tegangan ADC (maksudnya 50% lebih lebar dari resolusi tegangan ADC. Kode N-2 semua lebarnya sama dan mewakili resolusi tegangan ADC (Q)). Misal sebagaimana pada contoh 3, dengan 3-bit ADC yang mempunyai range 8V, masing-masing bagian N akan diwakili 1V, kecuali yang pertama (kode ke-0) yang mempunyai lebar 0,5V dan terakhir (kode ke-7) yang mempunyai lebar 1,5V. Sehingga kode ke-1 mempunyai range tegangan dari 0,5-1,5V, kode ke-2 mempunyai range tegangan dari 1,5-2,5V dan seterusnya. Lalu jika sinyal masukan berada pada 3/8 dari range tegangan maka keluaran ADC adalah kode ke-3 dan seterusnya akan demikian dengan range tegangan 2,5/8 dan 3,5/8. Hal ini disebut dengan operasi “Mid-tread” dan dapat dimodelkan secara matematis sebagai:

            Pada prakteknya, resolusi dari converter dibatasi oleh signal-to-noise ratio terbaik yang dapat dicapai untuk digitized signal. ADC dapat menghasilkan sinyal dengan resolusi bit angka tertentu yang disebut “effective number of bits” (ENOB). Satu resolusi bit saja dapat merubah signal-to-noise ratio dari digitized signal oleh 6dB, jika resolusi dibatasi oleh ADC. Jika preamplifier digunakan pada konversi A/D makaamplifier akan berkontribusi pada hasil SNR (Signal-to-Noise Ratio).

2.Dekoder BCD Ke 7 Segment(Data Sheet)

Dekoder merupakan rangkaian elektronika yang berfungsi untuk menampilkan kode-kode biner menjadi karakter yang dapat dipahami secara visual. Decoder BCD ke 7 segment merupakan rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah kode BCD menjadi karakter tampilan angka desimal yang dapat dilihat secara visual. Ilustrasi dekoder BCD ke 7 segment dapat dipahami dari gambar berikut :

Data BCD 4 bit diubah menjadi tampilan visual angka desimal 0-9 menggunakan rangkaian logika dasar digital (AND, OR dan NOR). Data BCD 4 bit tersebut diubah sesuai nilai desimal seperti pada tabel berikut.

Tabel Kebenaran Dekoder BCD Ke 7 Segment

Logic Diagram BCD ke 7 Segment

Proses pengkodean data BCD menjadi tampilan angka desimal dilakukan secara terpisah untuk tiap ruas/segment (ruas a- ruas g). Untuk membangun sebuah dekoder 7 segment dari data tabel kebenaran diatas, langkah pertama adalah menentukan persamaan yang dapat mewakili fungsi dekoder tiap ruas. Setelah itu dapat di buat rangkaian decoder untuk tiap ruas menggunakan rangkaian digital dari gerbang logika dasar.

    

3.LM35(Data Sheet)

LM35, Precision Centigrade Temperature Sensors, begitulah para manufacturer/pabrik-pembuat-nya mendeskripsikan LM35. Sensor temperatur/suhu (selanjutnya menggunakan ‘suhu’) seri LM35 adalah sensor dalam bentuk IC yang presisi, yang tegangan-keluaran-nya berbanding lurus dengan skala-suhu ˚Celcius. Itulah kelebihan LM35 terhadap sensor suhu linear yang dikalibrasi di ˚Kelvin, para pengguna tidak perlu lagi untuk mengurangi tegangan-keluaran untuk mendapatkan skala ˚Celcius. Dan LM35 juga tidak lagi perlu dikalibrasi secara eksternal untuk memberikan akurasi ± 1/4˚C pada suhu-kamar dan ± 3/4˚C pada jangkauan-penuh -55 sampai +150˚C suhu pengukuran.

LM35 memiliki impedansi-keluaran yang rendah impedansi, tegangan-keluaran yang linier, dan kalibrasi-pabrikasi-nya yang tepat membuat rangkaian antarmuka untuk proses pembacaannya sangat mudah. LM35 dapat digunakan dengan sumber-tegangan tunggal (V+ dan 0), atau dengan sumber-tegangan plus-minus (V+ dan V-). Karena hanya perlu sekitar 60 μA dari sumber-tegangan-nya, ia memiliki pemanasan-diri yang sangat rendah, kurang dari 0.1˚C di udara normal. LM35 beroperasi pada jangkauan-penuh -55˚ sampai+150˚C suhu pengukuran, sementara LM35C yang beroperasi pada -40˚ sampai +110˚C tetapi dengan akurasi yang lebih baik.

—

Karakteristik LM35

1.Terkalibrasi secara langsung dalam ˚Celcius
2.Faktor skala yang linier, 10.0 mV/˚C
3.Akurasi-tergaransi 0.5˚C di 25˚C
4.Jangkauan-penuh pengukuran -55˚ sampai +150˚C
5.Tegangan operasi 4-30 volt
6.Beban operasi hanya 60 μA
7.Pemanasan-diri rendah, 0.08˚C pada udara normal
8.Non-linieritas pada umumnya hanya ±1/4˚C
9.Impedansi-keluaran rendah, 0,1 Ω untuk beban 1 mA
—

Varian & Kemasan LM35

Seri LM35 diproduksi dalam bentuk kemasan transistor TO-46, sedangkan LM35C, LM35CA, dan LM35D juga tersedia dalam bentuk transistor TO-92. Selain itu, LM35D juga tersedia dalam bentuk IC SMD SO-8 dan transistor TO-202.

Kemasan LM35

                                                             Gambar 1. Kemasan LM35.

Tabel 1. Tipe-tipe LM35.

Part Number         Jangkauan (°C) Sensitivas (mV/°C)
LM35, LM35A   –55 s.d. +150 10
LM35C, LM35CA –40 s.d. +110          10
LM35D                     0 s.d. 100          10
—

Grafik Kerja LM35

Karakteristik LM35 yang sangat terkenal dan menjadi kelebihannya adalah linieritas tegangan-keluaran-nya terhadap skala-suhu ˚Celcius. Hal tersebut dapat terlihat pada Gambar 2.

Grafik LM35

                                                              Gambar 2. Grafik Kerja LM35.
4.Motor

merupakan komponen elektronika yang akan berputar jika dialiri arus.

5.Op AMP 741

Penguat operasional (Op-Amp) adalah suatu blok penguat yang mempunyai dua masukan dan satu keluaran. Penguat operasional (Op-Amp) dikemas dalam suatu  rangkaian terpadu (integrated circuit-IC). Salah satu tipe operasional amplifier (Op-Amp) yang populer adalah LM741. IC LM741 merupakan operasional amplifier yang dikemas dalam bentuk dual in-line package (DIP). Kemasan IC jenis DIP memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu sudutnya untuk menandai arah pin atau kaki nomor 1 dari IC tersebut. Penomoran IC dalam kemasan DIP adalah berlawanan arah jarum jam dimulai dari pin yang terletak paling dekat dengan tanda bulat atau strip pada kemasan DIP tersebut. IC LM741 memiliki kemasan DIP 8 pin.Data Sheet 741

6.Resistor

Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik. Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir

7.Capasitor
Kapasitor (C = Capacitor) atau juga disebut Kondensator (Condensator) merupakan Komponen Elektronika Pasif yang bisa menyimpan muatan listrik dalam waktu yang sementara dengan satuan kapasitansinya yakni Farad

8.Switch
 switch merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk memutus dan menyambungkan arus.

4.Rangkaian[kembali]

Prinsip kerja dari rangkaian diatas:

       Output sensor lm35 berupa tegangan yang keluar pada kaki 2,jika suhu naik maka tegangan akan semakin besar dan jika suhu turun makan tegangan akan semakin kecil. setelah itu tegangan akan mengalir melalui resistor R3 dan akan dikuatkan oleh OP-AMP setelah dikuatkan tegangan akan masuk ke resistor R6 dan akan dikuatkan kembali oleh OP-AMP untuk membalikkan tegangan dari negativ (-) ke positiv (+) setelah itu MOTOR akan ON. Jika switch pada kondisi OFF  maka tidak ada tegangan yang mengalir sehingga MOTOR akan OFF. Untuk melihat output sensor berupa digital kita menggunakan ADC, tegangan akan mengalir melaui Vin+ dan akan di konversikan oleh ADC dengan output berupa bilangan biner, setelah itu output berupa bilangan biner dikonversi oleh BCD menjadi berupa angka, disini kita menggunakan Sevent Segment untuk menampilkannya.

5.Video[kembali]

6.Link Download[kembali]

• Download Video download
• Download Rangkaian download 
• Download Data Sheet LM35 download