...

Rancang Bangun Sistem Pengaturan Kecepatan Coolpad

by user

on
Category: Documents
2

views

Report

Comments

Transcript

Rancang Bangun Sistem Pengaturan Kecepatan Coolpad
Rancang Bangun Sistem Pengaturan Kecepatan Coolpad
Menggunakan Sistem Kontrol Logika Fuzzy
Benny Singgih Santoso1 ,Hendik Eko Hadi Suharyanto2, Renny Rakhmawati3
1
Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Industri Program Studi D4
2,3
Dosen Jurusan Teknik Elektro Industri
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya – ITS
Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111
Email : [email protected]
Abstract
In general, additional laptop cooler (coolpad) works with only the supplied voltage of 5 volts
from the USB. This may be less effective because the laptop battery will quickly run out because
not all laptops used at maximum performance. From the basic idea in this final project coolpad
speed settings (additional laptop cooling) using fuzzy logic control. To determine the temperature
of which is under the laptop, then used a temperature sensor LM35. Data from the ADC
temperature sensor is inserted into the microcontroller as an input fuzzy logic control. Once
processed by the fuzzy logic results of the calculations used as an output as the motor speed
controller. To manage speed, used PWM. Set point that is used is 33 degrees centigrade. Large
range of detected temperature is between 30-43 degrees centigrade.
Keywords: Fuzzy logic, LM35, PWM.
I. PENDAHULUAN
Dengan
semakin
berkembangnya
teknologi dan mobilitas yang tinggi maka
kebutuhan akan penggunaan notebook atau laptop
semakin meningkat pula. Hal ini dikarenakan
laptop atau notebook mudah dibawa dan tidak
membutuhkan
supply
daya
yang
besar
dibandingkan computer biasa. Untuk menjaga agar
laptop tetap nyaman digunakan, maka para
pengguna laptop menambahkan pendingin
tambahan atau biasa disebut “coolpad”. Coolpad
yang pada umumnya dijual hanya menggunakan
supplay tegangan dari usb. Jarang sekali ada yang
menggunakan kontrol kecepatannya. Pada
penelitian ini ditambahkan sebuah kontroler untuk
mengatur kecepatan kipas coolpad sehingga dapat
bekerja sesuai dengan kebutuhan.
II. DASAR TEORI
Sensor ini digunakan karena mempunyai range
antara -500C s/d +1500C dan bentuk yang kecil
sehingga mudah dalam penempatan di bawah
laptop. LM35 mempunyai resolusi yaitu setiap
kenaikan 1 derajat celcius maka Vout akan naik 10
mV.
B. Prinsip kerja Penguat
Operational Amplifier )
Operasional
(
Penguat operasional (OpAmp) digunakan
untuk menyamakan antara resolusi dari ADC yang
ada didalam mikrokontroler dengan output dari
sensor suhu LM35. Resolusi dari ADC (8 bit)
dengan tegangan referensi 5V ialah setiap
kenaikan ±20 mV maka akan naik 1 bit. Karena
output dari LM35 yaitu 10mV/oC maka akan
dikuatkan 2 kali. Penguat yang digunakan yaitu
penguat tidak membalik seperti dalam rangkaian
berikut:
A. Sensor Suhu LM35
sensor suhu LM 35 mempunyai bentuk yang
mirip dengan transistor. Konfigurasi dari sensor
suhu LM 35 terdapat pada gambar 1 berikut ini
Vi
Vo
Ri
Rf
Gambar. 2. penguat operasional tidak membalik
Gambar. 1. Konfigurasi sensor suhu LM35
Arus i mengalir ke Ri karena impedansi
masukan op - amp sangat besar sehingga tidak ada
arus yang mengalir pada kedua terminal
masukannya. Tegangan pada Ri sama dengan Vi
karena perbedaan tegangan pada kedua terminal
masukannya mendekati 0 V.
i=Vi/Ri
Tegangan pada Rf dapat dinyatakan sebagai
Tegangan
keluaran
Vo
didapat
dengan
menambahkan tegangan pada Ri yaitu Vi dengan
tegangan pada Rf yaitu VRf.
Scope / Domain merupakan suatu batas
dari kumpulan input tertentu. Atau bisa disebut
juga sebagai lebar fungsi keanggotaan.
3. Label
Label adalah nama deskriptif yang
digunakan untuk mengidentifikasikan sebuah
fungsi keanggotaan.
4. Membership Function
Membership Function adalah suatu
bentuk
bangun
yang
digunakan
untuk
merepresentasikan suatu batas dari scope / domain.
Atau lebih jelasnya adalah untuk mendefinisikan
fuzzy set dengan memetakkan masukan crisp dari
nilai domain ke derajat keanggotaan.
5. Crisp Input
Crisp Input adalah nilai input analog yang
diberikan untuk mencari degree of membership.
C. Logika Fuzzy
Kontrol logika fuzzy merupakan suatu sistem
yang merupakan hasil implementasi dari teori
logika fuzzy yang digunakan secara riil terutama
sebagai sistem kontrol suatu proses. Berikut ini
adalah istilah-istilah beserta keterangan yang
digunakan pada logika fuzzy.
6. Universe of discourse
Batas input yang telah diberikan dalam
merancang suatu fuzzy sistem. Dengan kata lain
Universe of discourse adalah jangkauan seluruh
nilai yang mungkin dapat diaplikasikan pada
variabel sistem.
Pada sistem Fuzzy terdapat Tiga proses
utama, yaitu: Fuzzification, Rule evaluation dan
Defuzification. Diagram blok prosesnya dapat
dilihat pada gambar 2.30 dibawah ini:
Gambar 3 Istilah yang digunakan dalam fuzzy
1. Degree of membership
Degree of membership adalah nilai crisp
harus compatible dengan fungsi keanggotaan ( dari
0 sampai 1 ), juga dapat mengacu sebagai tingkat
keanggotaan, nilai kebenaran, atau masukan fuzzy.
Dengan kata lain fungsi dari Degree of
membership adalah untuk memberikan bobot pada
suatu input yang telah diberikan, sehingga input
tadi dapat dinyatakan dengan nilai.
2. Scope / Domain
Gambar 4 Proses Fuzzy secara keseluruhan
III. PERENCANAAN DAN PERANCANGAN
SISTEM
III.1 Konfigurasi sistem
Secara garisbesar, perencanaan system
seluruh proyek akhir ditunjukkan pada gambar
berikut ini:
Untuk memperoleh nilai gain sebesar 2,
maka sesuai dengan teori nilai Rid an Rf sebesar 1
kohm sehingga perhitungan menurut teori :
10k
)Vin
10k
Vo  (1  1)Vin
Vo  (1 
Vo  2 *Vin
Gambar 5. Blok diagram sistem
Gambar diatas menunjukkan konfigurasi dari
sistem yang akan dirancang. Semua kontrol
dilakukan oleh mikrokontroller.
III.4 Rangkaian Switching
Untuk mengatur kecepatan dari kipas
pendingin digunakan transistor sebagai switching.
Kecepatan kipas bergantung pada lebar pulsa yang
dikeluarkan oleh mikrokontroler berdasarkan suhu
yang telah disensor oleh sensor suhu.
III.2. Sensor Suhu
Sensor suhu yang dipakai adalah IC LM35.
IC LM35 dirancang agar dapat mengukur suhu
dengan resolusi pembacaannya adalah 10mV/C.
Sensor suhu diberi tegangan supply 5 Volt
Gambar 8. Rangkaian Switching dengan
Transistor
Vcc = Ic Rc + Vce
Rc = R motor, maka
Gambar 6. Rangkaian sensor suhu
III.3 Penguat Non Inverting
Rangkaian
penguat
non
inverting
digunakan untuk menguatkan tegangan keluaran
dari sensor LM35. Hal ini dilakukan karena
adanya perbedaan antara resolusi sensor suhu dan
resolusi ADC internal dari mikrokontroller yaitu
10mV dan 20mV. Jenis IC yang digunakan ialah
LM324 dengan tegangan supply sebesar 5 volt.
IC 
VCC  VCE
Rmotor
Pada saat kolektor saturasi, tegangan VCE berkisar
0.5 V (idealnya 0 V) sehingga arus kolektor yang
mengalir pada saat saturasi bila transistor dianggap
tidak ideal adalah:
I Csat 
VCC  Vce

Rmotor
5V  0.5
 135,13mA
33,3
Agar transistor dapat mengalami saturasi, maka
arus basis harus sebesar:
IB 
I Csat

menurut datasheet, β BD139 = 100 maka :
IB 
135,13mA
 1,351mA
100
Dari rumus: IB RB + VBE = VBB maka di dapatkan:
RB 
Gambar 7. Rangakaian Pengauat Operasional
VBB  VBE
IB
Input yang diharapkan dari pin P3.6 adalah
berlogika 1 (idealnya = 5V).
VBE umumnya berharga 0.7V, sehingga
RB 
5V  0.7V
4.3V

 3,18k
1,351mA 1,351mA
III.6 Pembangkitan PWM
Dalam tugas akhir ini dibuat PWM sebesar
675 MHz untuk memutar kipas.
Gambar 12. Fungsi keanggotaan output (sinyal
control)
Karena terdapat 5 membership function untuk
error dan derror maka jumlah rules adalah 25 rules.
Seperti yang terdapat pada tabel 1.
Tabel 1 Tabel rule-rule matrik
error
Gambar 9. Setting timer dengan wizard CV AVR
III.7 Kontrol Logika Fuzzy
Berikut ini adalah perancangan control
logika fuzzy. Terdapat 5 membership function
untuk error dan delta error. Untuk output juga
terdapat 5 membership function.
derror
VH
H
M
C
VC
NB
VF
VF
F
N
ST
ND
VF
VF
F
ST
ST
ZD
VF
F
F
ST
ST
PD
F
N
SL
ST
ST
PB
SL
ST
ST
ST
ST
IV. PENGUJIAN DAN ANALISA
Pengujian sensor suhu
Pengujian ini adalah dilakukan untuk
mengetahui kepresisian dari sensor suhu LM35.
IV.1.
Tabel 2 Tabel pengujian sensor LM35
Gambar 10. Fungsi keanggotaan Error
Gambar 11. Fungsi keanggotaan dError
Suhu Terbaca
Termometer oC
Suhu Terbaca
Sensor oC
Error (%)
31
30,6
1,290
32
31,6
1,250
33
32,4
1,818
34
33,5
1,471
35
34,6
1,143
36
35,7
0,833
37
36,6
1,081
38
37,7
0,789
39
38,8
0,513
40
39,6
1,000
41
40,6
0,976
42
41,5
1,190
43
42,6
0,930
44
43,7
0,682
45
44,6
0,889
IV.2. Pengujian penguat operasional
Berikut ini adalah penguat operasional
menggunakan IC LM324 dengan penguatan tak
membalik dengan gain 2 kali.
Tabel.3. Tabel pengujian hasil opamp
4
30
48
941.176
966
2.638
5
40
64
1254.902
1279
1.920
6
50
80
1568.627
1592
1.490
7
60
96
1882.353
1890
0.406
8
70
112
2196.078
2190
0.277
9
80
128
2509.804
2510
0.008
10
90
144
2823.529
2830
0.229
Input
(mV)
Output
Teori
(mV)
Output
OpAmp1
(mV)
Error
(%)
Output
OpAmp2
(mV)
Error
(%)
Output
OpAmp3
(mV)
Error
(%)
11
A0
160
3137.255
3240
3.275
0
0
0
0,00
0
0,00
0
0,00
12
B0
176
3450.980
3460
0.261
20
40
43
7,50
42
5,00
43
7,50
13
C0
192
3764.706
3770
0.141
40
80
83
3,75
82
2,50
83
3,75
14
D0
208
4078.431
4090
0.284
60
120
124
3,33
121
0,83
124
3,33
15
E0
224
4392.157
4390
0.049
80
160
163
1,88
161
0,63
163
1,88
16
F0
240
4705.882
4700
0.125
100
200
205
2,50
199
0,50
205
2,50
17
FF
255
5000
5000
0.000
200
400
403
0,75
401
0,25
403
0,75
300
600
604
0,67
600
0,00
604
0,67
310
620
623
0,48
619
0,16
623
0,48
320
640
643
0,47
641
0,16
643
0,47
330
660
663
0,45
658
0,30
663
0,45
340
680
684
0,59
679
0,15
684
0,59
350
700
704
0,57
694
0,86
704
0,57
360
720
723
0,42
718
0,28
723
0,42
370
740
742
0,27
738
0,27
742
0,27
380
760
761
0,13
759
0,13
761
0,13
390
780
779
0,13
778
0,26
780
0,00
400
800
800
0,00
797
0,38
800
0,00
410
820
820
0,00
819
0,12
820
0,00
420
840
840
0,00
839
0,12
840
0,00
Dari hasil diatas, didapatkan nilai error
tertinggi ialah 0.86%.
IV.3. Pengujian ADC
Pengujian ini adalah pengujian terhadap
ADC mikrokontroler AVR AT MEGA 8 dengan
menggunakan output 8 bit. ADC pada AT MEGA8
terdapat pada PORT C. Untuk AT MEGA8 versi
PDIP jumlah ADC hanya ada 6 buah, sedangkan
untuk AT MEGA8 versi TQFP (SMD) mempunyai
8 buah ADC. Untuk tegangan referensi
menggunakan AVCC sebesar 5 Volt. Untuk ADC
ini menggunakan clock internal 691,200 kHz.
IV.4. Pengujian PWM
PWM dibangkitkan dari mikrokontroler
untuk mengatur kecepatan kipas sesuai yang
diinginkan.
Gambar 13. Bentuk gelombang kotak keluaran
dari mikrokontroler
Gelombang kotak yang dibangkitkan dari
mikrokontroler sekitar 675Hz digunakan sebagai
kontrol kecepatan kipas coolpad dengan mengatur
lebar dari duty cycle.
IV.5. Pengujian suhu dibawah laptop
Berikut ini adalah percobaan penggunaan
coolpad (tanpa kontrol) pada laptop dengan
spesifikasi: AMD Turion 64 X2, 15,4”, ATI
X1200, 2GB, 160GB.
Tabel 4. Hasil pengujian ADC
no
Hexa
Desimal
Teori (mV)
Input (mV)
%error
1
0
0
0
0
0.000
2
10
16
313.725
330
5.187
3
20
32
627.451
650
3.594
Gambar 14. Hasil pengukuran dengan sensor suhu
LM35 dengan kondisi coolpad mati.
Gambar 15. Hasil pengukuran dengan sensor suhu
LM35 dengan kondisi coolpad menyala tanpa
kontrol.
40
1445
1434
1527
30
892
880
1160
20
632
635
648
10
Tidak
berputar
Tidak
berputar
Tidak
berputar
IV.7. Pengujian lama penggunaan baterai
Dalam pengujian ini diukur lama
penggunaan baterai antara coolpad tanpa control
dan coolpad dengan control.
IV.6. Pengujian arus fan
Data pengukuran arus digunakan untuk
mengetahui besar penggunaan arus yang dipakai
oleh fan. Setiap fan diukur besar arus yang dipakai
untuk menentukan besar nilai resistor yang
digunakan untuk switching.
Tabel 5. Hasil pengukuran arus fan
Duty cycle
PWM (%)
100
Fan 1
(mA)
154
Fan 2
(mA)
151,7
Fan 3
(mA)
153,8
90
142,1
134
138,4
80
125,6
120,5
123,3
70
109,3
102,1
110,5
60
95,3
90
93
50
80
75
77,7
40
63,8
60,5
63,5
30
48,1
45,1
40
20
31,5
30
31,5
10
10
10
10
IV.7. Pengujian kecepatan fan
Pengukuran ini digunakan untuk mengetahui besar
kecepatan (rpm) dari masing-masing fan.
Tabel 5. Hasil pengukuran kecepatan fan
Duty cycle
PWM (%)
100
Fan 1
(rpm)
2750
Fan 2
(rpm)
2739
Fan 3
(rpm)
2679
90
2560
2546
2530
80
2398
2363
2357
70
2194
2171
2166
60
2000
1960
1988
Tanpa
kontrol
Suhu yang
dicapai
33
Lama bateray
(dari kondisi
100% sampai
kondisi 20 %)
34
Dengan
kontrol
33
± 47 menit 12
detik
33
34
33
± 40 menit 30
detik (dengan
usb to serial)
± 56 menit
(tanpa usb to
serial)
V. KESIMPULAN
Dari hasil percobaan dapat ditarik kesimpulan
sebagai berikut :
 Terdapat selisih pembacaan suhu antara
thermometer dengan sensor LM35 sebesar
±0,6oC.
 Besar switching untuk mengatur kecepatan
motor melalui transistor sekitar 500-1000 Hz.
 Penulisan program fuzzy pada mikrokontroler
ternyata memerlukan memory stack size
sebesar ± 266 byte, sehingga untuk mengurangi
besar memory penggunaan dapat dilakukan
dengan mengubah jenis data pada inisialisasi.
 Dengan menggunakan usb to serial converter,
maka bateray akan cepat habis. Sedangkan
tanpa usb to serial sebagai monitoring akan
menghemat bateray sebesar 19%
VI. DAFTAR PUSTAKA
1.
Andrianto Heri, “ Pemrograman Mikrokontroler AVR
ATMEGA16 Menggunakan Bahasa C (Code Vision AVR)”,
Bandung: Informatika, 2008.
2.
Budianto
Aan,
”Simulasi
Temperature
Chamber
Menggunakan Mikrokontroler AT89S51 Berbasis PC”,
50
1748
1715
1810
Proyek Akhir Institut Sains dan Teknologi, 2005.
3.
Arif, Ridwan “Rancang Bangun Sistem Pengaturan
Tekanan Pompa Air Menggunakan Sistem Kontrol Logika
Fuzzy (Kontroller dan Software)”, Proyek akhir PENSITS.2009
Fly UP