Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno PDF

Preview

Summary

DOKUMEN PROJECT MANDIRI SISTEM KENDALI DIGITAL “Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno” Oleh: Giovanni Jovian Hernando 151354011 3C PROGRAM STUDI D4 TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2018 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan...

Description

DOKUMEN PROJECT MANDIRI SISTEM KENDALI DIGITAL

“Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno”

Oleh: Giovanni Jovian Hernando 151354011 3C

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2018

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan Kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan karunia-Nya dokumen project mandiri yang berjudul “Sistem Kendali Suhu Ruangan

Menggunakan

Metode PID Berbasis Arduino

Uno” dapat

diselesaikan.

Adapun maksud dari pembuatan dokumen project mandiri ini yaitu untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Sistem Kendali Digital. Dalam dokumen ini, akan dibahas proses-proses yang telah dilakukan penulis dalam melakukan pembuatan alat “Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno”.

Dalam penyusunannya, saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada bapak Feriyonika, ST., M.Sc.Eng selaku dosen pengampu mata kuliah Sistem Kendali Digital serta kepada rekan-rekan yang turut membantu dalam penyelesaian project ini.

Terlepas dari semua itu, bahwa masih banyak kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan terbuka saya menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar saya dapat memperbaiki dokumen ini.

Akhir kata saya berharap semoga dokumen project mandiri ini dapat memberika n manfaat maupun inpirasi terhadap pembaca.

Bandung, 20 Juli 2018

Giovanni Jovian Hernando

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG PROGRAM STUDI D.IV TEKNIK ELEKTRONIKA Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889 LEMBAR SAMPUL DOKUMEN

Jenis Dokumen

Dokumen B100: “Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno” B100

Nomor Dokumen Nomor Revisi Nama File Tanggal Penerbitan

B100 GiovanniJovian_151354011_B100.docx 15 Maret 2018

Unit Penerbit

-

Jumlah Halaman

4

Judul Dokumen

Data Pengusul Pengusul

Nama

NIM

Mahasiswa D-IV Teknik Elektronika

Giovanni Jovian Hernando

151354011

Tanggal

15 Maret 2018

Tanda Tangan

Lembaga

Politeknik Negeri Bandung

Alamat

Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789

Faks : 022-2013889

Email : [email protected]

Daftar Isi Pengantar ................................................................................................................ 2 1.1 Ringkasan Isi Dokumen .................................................................................. 2 1.2 Tujuan Penulisan ........................................................................................... 2 Pendahuluan ............................................................................................................ 3 2.1 Latar Belakang ............................................................................................... 3 2.2 Rumusan Masalah .......................................................................................... 3 2.3 Batasan Masalah ............................................................................................ 3 2.4 Luaran yang Diharapkan ................................................................................. 4 2.5 Konsep .......................................................................................................... 4

Pengantar

1.1 Ringkasan Isi Dokumen Dokumen B100 ini berisi tentang proposal pengembangan Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno yang ditunjukkan sebagai tugas proyek mandiri dari mata kuliah Software Aplikasi Sistem Kendali dan Instrumentasi program studi D4 Teknik Elektronika Politeknik Negeri Bandung. Dokumen ini berisi tentang antara lain : latar belakang dan konsep Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno yang direncanakan akan dikembangkan.

1.2 Tujuan Penulisan Tujuan dari penulisan dokumen ini adalah memberikan gambaran mengenai Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno yang akan dirancang dan dikembangkan.

Pendahuluan

2.1 Latar Belakang Sistem pengendalian merupakan hal yang penting di bidang teknologi dan industri saat ini. Pengendalian secara manual dirasa sudah tidak lagi efisien karena akan membutuhkan waktu. Oleh karena itu diperlukan sebuah sistem pengendalian secara otomatis. Sistem pengendalian otomatis banyak memberikan keuntungan bagi manusia. Selain dapat mempercepat waktu kerja, pengendalian otomatis juga dapat mengurangi kesalahan yang dilakukan oleh manusia dan meningkatkan efektifitas kerja. Salah satu dari berbagai macam sistem pengendalian otomatis yang ada adalah sistem kendali suhu. Sistem kendali suhu akan mempertahankan nilai suhu yang terdapat pada suatu lingkup tertentu sesuai dengan nilai suhu yang kita inginkan meskipun sistem diberi gangguan.

2.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan, maka permasalahan yang dibahas yaitu :

1.

Bagaimana membuat dan merancang sistem kendali suhu pada ruangan?

2.

Bagaimana merancang, membuat dan menguji sistem kendali suhu?

2.3 Batasan Masalah Pembahasan dalam alat ini dibatasi pada proses pemberian nilai set (set point) yang manual dan proses keluaran suhu dengan menggunakan lampu. Setiap bagian dibuat terpisah agar memudahkan dalam proses perancangan dan proses maintenance apabila pada salah satu blok rangkaian terjadi kerusakan.

2.4 Luaran yang Diharapkan Berdasarkan rumusan masalah yang telah dijelaskan, maka luaran yang diharapkan dalam proyek ini yaitu :

1.

Alat Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno.

2.

Sistem kendali PID sesuai dengan rancangan.

2.5 Konsep Driver

Set Point

+ -

Kontroler (Arduino Uno)

Optokopler

Aktuator

TRIAC

Lampu

Output

Umpan balik

Sensor suhu LM35

Blok Diagram Sistem

Berdasarkan blok diagram diatas, cara kerja dari alat “Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno” ini adalah ketika alat ini diberikan masukan nilai set point (SV) berupa nilai suhu yang diinginkan, sistem akan bekerja untuk membuat suhu yang terdapat pada box akan tetap berada pada nilai set point yang telah ditentukan. Untuk membuat suhu yang terdapat pada box tetap stabil pada nilai set point, maka dikendalikanlah plant berupa lampu oleh kontroller Arduino Uno dengan metode PID, karena Arduino Uno tidak dapat mengendalikan plant secara langsung apabila plant yang digunakan adalah plant yang membutuhkan daya besar maka oleh karena itu diperlukan penguat daya atau driver sehingga Arduino Uno dapat mengendalikan plant. Umpan balik yang digunakan pada sistem ini berupa sensor suhu LM35, umpan balik diperlukan agar Arduino Uno sebagai kontroller dapat mengetahui berapa kesalahan suhu yang diperoleh dari keluaran dibandingkan dengan nilai set point sehingga nantinya sistem akan mempertahankan suhu sesuai dengan set point yang telah ditentukan walaupun diberi gangguan.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG PROGRAM STUDI D.IV TEKNIK ELEKTRONIKA Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889 LEMBAR SAMPUL DOKUMEN

Jenis Dokumen

Dokumen B200: “Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno” B200

Nomor Dokumen Nomor Revisi Nama File Tanggal Penerbitan

B200 GiovanniJovian_151354011_B200.docx 27 Maret 2018

Unit Penerbit

-

Jumlah Halaman

9

Judul Dokumen

Data Pengusul Pengusul

Nama

NIM

Mahasiswa D-IV Teknik Elektronika

Giovanni Jovian Hernando

151354011

Tanggal

27 Maret 2018

Tanda Tangan

Lembaga

Politeknik Negeri Bandung

Alamat

Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789

Faks : 022-2013889

Email : [email protected]

Daftar Isi

Pengantar ........................................................................................................... 3 1.1 Ringkasan Isi Dokumen...................................................................... 3 1.2 Tujuan Penulisan................................................................................. 3 1.3 Daftar Singkatan dan Istilah................................................................ 3 Functional Requirement Specification (FRS) .................................................. 4 2.1 Pendahuluan ......................................................................................... 4 2.2 Gambaran Umum ................................................................................. 4 2.3 Tujuan................................................................................................... 4 2.4 Ruang Lingkup ..................................................................................... 5 2.5 Analisa Umum...................................................................................... 5 Overall Specification (OVS) ............................................................................ 6 3.1 Arduino Uno ........................................................................................ 6 3.2 Optokopler MOC3020 ........................................................................ 6 3.3 TRIAC BTA12 .................................................................................... 7 3.4 Lampu Bohlam ..................................................................................... 8 3.5 Kipas Angin DC 12 V ......................................................................... 8 3.6 Adaptor 12 V ....................................................................................... 8 3.7 LCD 16 x 2 .......................................................................................... 8 3.8 Sensor Suhu LM35 .............................................................................. 8 Penutup.............................................................................................................. 9

Pengantar

1.1 Ringkasan Isi Dokumen Dokumen B200 ini berisi tentang dokumen spesifikasi produk, yang meliput i spesifikasi

sistem

dalam

mengembangkan

Sistem

Kendali

Suhu

Ruangan

Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno, serta detail Functional Requirement Specification (FRS), Overall Specification (OVS), dan Software Function Specification (SWS).

1.2 Tujuan Penulisan Tujuan dari penulisan dokumen ini adalah memberikan gambaran mengenai spesifikasi teknis dari Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno yang akan dirancang dan dikembangkan.

1.3 Daftar Singkatan dan Istilah

FRS

: Functional Requirement Specification

OVS

: Overall Specification

SWS

: Software Function Specification

PID

: Proportional Integral Derivative

SV

: Setpoint Value

PV

: Process Value

Functional Requirement Specification (FRS)

2.1 Pendahuluan Terdapat tiga point dari bagian Functional Requirement Specification (FRS), yaitu : 

Designer dalam hal ini adalah perancangan sistem kendali dari alat kendali suhu dengan metode PID.



Dokumen dasar untuk program perancangan Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno ini adalah dokumen B100 hingga B600.



Definisi Requirement adalah deskripsi sebuah sasaran yang harus dicapai. Perencanaan sistem mengemas sebagian besar requirement dalam istila h yang berhubungan dengan fungsi sistem.

2.2 Gambaran Umum

Sistem yang akan dikembangkan adalah Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno yang berfungsi untuk menga tur suhu yang telah diberi nilai awal (Set Point) atau Setpoint Value (SV) dan mempertahankan nilai tersebut ketika diberi gangguan berupa tiupan angin dari kipas angin DC.

Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino

Uno ini menggunakan sensor suhu LM35 yang berfungsi untuk

mendeteksi nilai suhu yang dihasilkan oleh aktuator yaitu lampu, hasil pengukuran dari sensor ini berupa nilai suhu proses atau Process Value (PV) yang akan diumpan balikkan ke kontroller Arduino Uno. Sehingga apabila aktuator diberi ganggua n yaitu berupa tiupan angin dari kipas angin DC, aktuator akan menyesuaikan diri

agar suhu yang dihasilkan sesuai dengan nilai awal (Set Point) atau Setpoint Value (SV) yang telah diberikan. Nilai awal (Set Point) atau Setpoint Value (SV) diatur dengan menggunakan potensiometer. Nilai SV dan PV akan ditampilkan pada LCD 16 x 2.

2.3 Tujuan

Tujuan utama dari pengembangan Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunaka n Metode PID Berbasis Arduino Uno ini adalah : 

Aktuator dapat menyesuaikan suhu yang dihasilkan agar sesuai dengan Setpoint Value (SV) yang telah diatur sebelumnya.



Sistem kendali PID berjalan sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan.

2.4 Ruang Lingkup 

Nilai awal (Set Point) atau Setpoint Value (SV) menggunakan potensiometer.



Sistem kontroller menggunakan Arduino Uno.



Kendali daya lampu menggunakan TRIAC.



Sensor suhu menggunakan sensor LM35.

2.5 Analisa Umum

Berdasarkan pemaparan yang telah dijelaskan sebelumnya, berikut adalah diagram blok yang akan dirancang :

Gambar 2.1 Blok diagram Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno

Dari diagram blok tersebut dapat dijelaskan masing-masing blok adalah sebagai berikut : 

SV akan diatur menggunakan potensiometer

yang akan mempengaruhi

keluaran suhu lampu. 

Arduino Uno merupakan kontroller yang akan bertugas untuk melakukan sistem kendali dari nilai yang didapat yaitu SV dan PV.



Optokopler

dan TRIAC merupakan komponen

yang diperlukan

untuk

memanipulasi keluaran dari Arduino Uno agar bisa mengendalikan lampu sesuai dengan SV yang diberikan. 

Sensor Suhu LM35 merupakan komponen yang akan digunakan sebagai umpan balik dari kontroller yang berfungsi untuk mengukur nilai suhu yang dihasilkan oleh lampu.

Overall Specification (OVS)

Pada bagian ini akan dibahas mengenai spesifikasi secara keseluruhan yang dibutuhkan dalam perancangan Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno. Berikut merupakan komponen-komponen yang akan digunakan :

3.1 Arduino Uno Spesifikasi :                 

Microcontroller Operating Voltage Input Voltage (recommended) Input Voltage (limit) Digital I/O Pins PWM Digital I/O Pins Analog Input Pins DC Current per I/O Pin DC Current for 3.3V Pin Flash Memory SRAM EEPROM Clock Speed LED_BUILTIN Length Width Weight

: ATmega328P : 5V : 7-12V : 6-20V : 14 (of which 6 provide PWM output) :6 :6 : 20 mA : 50 mA : 32 KB (ATmega328P) : 2 KB (ATmega328P) : 1 KB (ATmega328P) : 16 MHz : 13 : 68,6 mm : 53,4 mm : 25 g

3.2 Optokopler MOC3021 Spesifikasi : 

Input-to-output peak voltage, 5 s maximum duration, 60 Hz

: 7,5

kV 

Input diode reverse voltage

:3V



Input diode forward current, continuous

: 50

mA 

Output repetitive peak off-state voltage



Output on-state current, total rms value (50-60 Hz, full sine wave):

: 400 V

TA = 25°C

: 100

mA TA = 70°C

: 50

mA 

Output driver nonrepetitive peak on-state current (tw = 10 ms, duty cycle = 10%) : 1,2 A



Continuous power dissipation at (or below) 25°C free-air temperature: Infrared-emitting diode

: 100

mW Phototriac

: 300

mW Total device

: 330

mW 

:–

Operating junction temperature range, TJ 40°C to 100°C



Storage temperature range, Tstg

: –40°C

to 100°C 

Lead temperature 1,6 (1/16 inch) from case for 10 seconds

: 260°C

3.3 Optoisolators Transistor 4N25 Spesifikasi : 

Reverse Voltage

: 3 Volts



Forward Current – Continuous

: 60 mA



LED Power Dissipation @ TA = 25°C with Negligible Power in Output Detector Derate Above 25°C

: 1.41

mW/°C 

Collector – Emitter Voltage

: 30 Volts



Emitter – Collector Voltage

: 7 Volts



Collector – Base Voltage

: 70 Volts



Collector Current – Continuous

: 150 mA



Detector Power Dissipation @ TA = 25°C with Negligible Power in Input LED Derate above 25°C : 150 mW, 1.76 mW/°C



Isolation Surge Voltage (Peak ac Voltage, 60 Hz, 1 sec Duration)

: 7500

Vac(pk) 

Total Device Power Dissipation @ TA = 25°C Derate above 25°C : 250 mW, 2.94 mW/°C



Ambient Operating Temperature Range

: –55 to +100

°C 

Storage Temperature Range

: –55 to +100

°C 

Soldering Temperature (10 sec, 1/16″ from case)

: 260 °C

3.4 TRIAC BTA12 Spesifikasi : 

RMS on-state current (full sine wave)



Non repetitive surge peak on-state current (full cycle, Tj initial = 25°C)

: 12 A

: 120A 

I²t Value for fusing

: 78 A²s



Critical rate of rise of on-state current IG = 2 x IGT , tr ≤ 100 ns

:

50

A/μs 

Non repetitive surge peak off-state voltage

: 600 or

800 + 100 V 

Peak gate current

:4A



Average gate power dissipation

:1W



Storage junction temperature range

: - 40 to

+ 150 °C 

Operating junction temperature range + 125 °C

: - 40 to

3.5 Lampu Bohlam Spesifikasi : 

Daya

: 25 W



Tegangan Kerja

: 220 Vac

3.6 Kipas Angin DC 12 V Spesifikasi : 

Tegangan Kerja

: 12 Vdc

3.7 Adaptor 12 V Spesifikasi : 

Daya

: 25 W



Tegangan Kerja

: 220 Vac



Tegangan Output