Dokumen Proyek Mandiri : Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno

DOKUMEN PROJECT MANDIRI
SISTEM KENDALI DIGITAL
“Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode
PID Berbasis Arduino Uno”
Nama : Denny Mubaroq Octavian
NIM : 151311005
Kelas : 2A
PROGRAM STUDI D3 – TEKNIK ELEKTRONIKA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2017

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan Kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat,
karunia dan hidayah-Nya dokumen project mandiri yang berjudul “Miniatur 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 “Miniatur 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, saya menyadari sepenuhnya bahwa masih ada
kekurangan baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu
dengan tangan terbuka saya menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar
saya dapat memperbaiki dokumen ini.
Akhir kata kami berharap semoga dokumen project mandiri ini dapat
memberikan manfaat maupun inpirasi terhadap pembaca.
Bandung, 20 Juni 2017
Denny Mubaroq Octavian

1
PROGRAM STUDI D.III TEKNIK ELEKTRONIKA
Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos
1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
LEMBAR SAMPUL DOKUMEN
Judul Dokumen
Dokumen B100: “Miniatur Sistem Kendali Suhu
Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino
Uno”
Jenis Dokumen B100
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
B100 – 02
02
2A_Denny Mubaroq Octavian_B100 [Project Mandiri]
R2.docx
11 Mei 2017
Unit Penerbit -
Jumlah Halaman 6
Data Pengusul
Pengusul Nama NIM
Mahasiswa
D-III Teknik
Elektronika
Denny Mubaroq Octavian 151311005
Tanggal 30 Maret 2017 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 :
polban@polban.ac.id

2
Daftar Isi
Pengantar................................................................................................................. 3
1.1 Ringkasan Isi Dokumen............................................................................... 3
1.2 Tujuan Penulisan......................................................................................... 3
Pendahuluan............................................................................................................ 4
2.1 Latar Belakang ............................................................................................ 4
2.2 Perumusan Masalah..................................................................................... 4
2.3 Batasan Masalah.......................................................................................... 4
2.4 Luaran yang Diharapkan ............................................................................. 5
2.5 Konsep......................................................................................................... 5

3
Pengantar
1.1 Ringkasan Isi Dokumen
Dokumen B100 iniberisi tentangproposal pengembanganSistem Kendali
Suhu menggunakan Metode PID yang ditunjukkan sebagai tugas proyek mandiri
dari mata kuliah Elektronika Industri-2, Instrumentasi Elektronika, dan Sistem
Kendali Digital program studi D3 Teknik Elektronika Politeknik Negeri
Bandung. Dokumen ini berisi tentang antara lain : latar belakang dan konsep
Miniatur 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 Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID
Berbasis Arduino Uno yang akan dirancang dan dikembangkan.

4
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 (human error) 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 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan, maka permasalahan yang
dibahas yaitu :
1. Membuat dan merancang miniatur sistem kendali suhu pada ruangan.
2. 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.

5
2.4 Luaran yang Diharapkan
Berdasarkan perumusan masalah yang telah dijelaskan, maka luaran
yang diharapkan dalam proyek ini yaitu :
1. Alat Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID
Berbasis Arduino Uno.
2. Sistem kendali PID sesuai dengan rancangan.
2.5 Konsep
Kontroller
(Arduino Uno)
Optokopler TRIAC LAMPU
Sensor Suhu
LM35
Output
DRIVER
AKTUATOR
–
+Set Point
UMPAN BALIK
Blok Diagram Sistem
Alat ini dibuat untuk memenuhi tugas dari mata kuliah Elektronika
Industri-2, Instrumentasi, dan Sistem Kendali Digital. Berdasarkan blok
diagram diatas, cara kerja dari alat “Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan
menggunakan 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 miniatur akan tetap
berada pada nilai set point yang telah ditentukan. Untuk membuat suhu yang
terdapat pada box miniatur 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 diperlukanlah 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 atau pengendali dapat mengetahui berapa kesalahan
suhu yang diperoleh dari keluaran dibanding dengan nilai set point sehingga

6
nantinya sistem akan mempertahankan suhu sesuai dengan set point yang
diberikan walaupun diberi gangguan.

1
Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Judul Dokumen
Uno”
Jenis Dokumen B200
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
B200 – 01
01
2A_Denny Mubaroq Octavian_B200 [Project Mandiri]
R1.docx
11 Mei 2017
Unit Penerbit -
Jumlah Halaman 14
Data Pengusul
Pengusul Nama NIM
Mahasiswa
D-III Teknik
Elektronika
Tanggal 30 Maret 2017 Tanda Tangan
Alamat
Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon :
022-2013789
Faks :
022-2013889
Email :
polban@polban.ac.id

2
Daftar Isi
Pengantar................................................................................................................. 3
1.1 Ringkasan Isi Dokumen .............................................................................. 3
1.2 Tujuan Penulisan......................................................................................... 3
1.3 Referensi...................................................................................................... 3
1.4 Daftar Singkatan dan Istilah........................................................................ 3
Functional Requirement Specification (FRS)......................................................... 5
2.1 Pendahuluan ................................................................................................ 5
2.2 Gambaran Umum ........................................................................................ 5
2.3 Tujuan.......................................................................................................... 5
2.4 Ruang Lingkup............................................................................................ 6
2.5 Analisa Umum............................................................................................. 6
Overall Specification (OVS)................................................................................... 8
3.1 Arduino Uno................................................................................................ 8
3.2 Optokopler MOC3020................................................................................. 8
3.3 TRIAC BTA12.......................................................................................... 10
3.4 Lampu Bohlam.......................................................................................... 10
3.5 Kipas Angin DC 12 V ............................................................................... 10
3.6 Adaptor 12 V............................................................................................. 10
3.7 LCD 16 x 2................................................................................................ 10
3.8 Sensor Suhu LM35.................................................................................... 11
Software Function Specification (SFS)................................................................. 12
4.1 Flowchart................................................................................................... 12
Penutup.................................................................................................................. 14

3
Pengantar
Dokumen B200 ini berisi tentang dokumen spesifikasi produk, yang
meliputi spesifikasi sistem dalam mengembangkan Miniatur Sistem Kendali
Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno, serta detail
Functional Requirement Specification (FRS), Overall Specification (OVS),
dan Software Function Specification (SWS),
Tujuan dari penulisan dokumen ini adalah memberikan gambaran
mengenai spesifikasi teknis dari Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan
Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno yang akan dirancang dan
dikembangkan
1.3 Referensi
[1] Anonim, “Arduino Uno Technical specs”, Arduino, [Online]. Available:
https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno . [Diakses pada 30
Maret 2017]
[2] Anonim, “BTA/BTB12 and T12 Series”, STMicroelectronics, Swiss
[3] Anonim, “MOC3020 THRU MOC3023
OPTOCOUPLERS/OPTOISOLATORS”, Texas Instruments Incorporated,
United States
[4] Anonim, “WH1602B-TMI-ET,” Winstar Display Co., LTD, Taiwan.
[5] Anonim, “LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors”, Texas
Instruments Incorporated, United States
1.4 Daftar Singkatan dan Istilah
FRS Functional Requirement Specification
OVS Overall Specification
SWS Software Function Specification
PID Proportional Integral Derivative

4
SV Setpoint Value
PV Process Value

5
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 istilah yang berhubungan dengan fungsi sistem.
2.2 Gambaran Umum
Sistem yang akan dikembangkan adalah Miniatur Sistem Kendali Suhu
Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno yang berfungsi
untuk mengatur 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.
Miniatur 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 gangguan 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

6
Tujuan utama dari pengembangan Miniatur Sistem Kendali Suhu
Ruangan Menggunakan 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 :
Kontroller
(Arduino Uno)
Sensor Suhu
LM35
Output
DRIVER
AKTUATOR
–
+Set Point
UMPAN BALIK
Gangguan
(Kipas Angin DC)
Gambar 2.1 Blok diagram Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan
Metode PID Berbasis Arduino Uno

7
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.

8
Overall Specification (OVS)
Pada bagian ini akan dibahas mengenai spesifikasi secara keseluruhan yang
dibutuhkan dalam perancangan Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan
Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno. Berikut merupakan komponen-
komponen yang akan digunakan :
3.1 Arduino Uno
Spesifikasi :
 Microcontroller : ATmega328P
 Operating Voltage : 5V
 Input Voltage (recommended) : 7-12V
 Input Voltage (limit) : 6-20V
 Digital I/O Pins : 14 (of which 6 provide PWM
output)
 PWM Digital I/O Pins 6
 Analog Input Pins 6
 DC Current per I/O Pin : 20 mA
 DC Current for 3.3V Pin : 50 mA
 Flash Memory : 32 KB (ATmega328P)
 SRAM : 2 KB (ATmega328P)
 EEPROM : 1 KB (ATmega328P)
 Clock Speed : 16 MHz
 LED_BUILTIN 13
 Length : 68,6 mm
 Width : 53,4 mm
 Weight : 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 : 3 V
 Input diode forward current, continuous : 50 mA
 Output repetitive peak off-state voltage : 400 V
 Output on-state current, total rms value (50-60 Hz, full sine wave):
TA = 25°C : 100 mA
TA = 70°C : 50 mA

9
 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

10
3.4 TRIAC BTA12
Spesifikasi :
 RMS on-state current (full sine wave) : 12 A
 Non repetitive surge peak on-state current
(full cycle, Tj initial = 25°C) : 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 : 4 A
 Average gate power dissipation : 1 W
 Storage junction temperature range : - 40 to + 150 °C
 Operating junction temperature range : - 40 to + 125 °C
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 : 12 Vdc
 Arus Tegangan Output : 1 A
3.8 LCD 16 x 2
Spesifikasi :
 Jumlah Karakter : 16 Karakter x 2 Baris
 Dimensi : 80 x 36 x 13,5 mm
 View Area : 66 x 16 mm
 Active Area : 56,20 x 11,5 mm
 Ukuran Karakter : 2,95 x 5,55 mm

11
 Tegangan Kerja : Vss – Vdd V
3.9 Sensor Suhu LM35
Spesifikasi :
 Skala : 10 mVolt/ºC
 Akurasi kalibrasi : 0,5ºC pada suhu 25 ºC
 Jangkauan suhu : antara -55 ºC sampai +150 ºC
 Tegangan kerja : 4 sampai 30 Volt
 Arus : kurang dari 60 μA
 Impedansi keluaran : 0,1 W untuk beban 1 mA
 Ketidaklinieran : sekitar ± ¼ ºC

12
Software Function Specification (SFS)
4.1 Flowchart
MULAI
SETPOINT
VALUE (SV)
ARDUINO UNO
(KONTROLLER)
OPTOKOPLER
TRIAC
LAMPU
SENSOR SUHU LM 35
Apakah PV sesuai
dengan SV?
PV sudah sesuai dengan
nilai SV (Error = 0)
Ya
Tidak
Gambar 4.1 Flowchart Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan
Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno
Berdasarkan diagram flowchart di atas, cara kerja dari Miniatur Sistem
Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno
adalah ketika nilai SV diberikan melalui potensiometer maka selanjutnya
lampu akan menyala dan menghasilkan suhu yang kemudian suhu yang
dihasilkan dideteksi oleh sensor suhu LM35 dan diumpan balikkan ke
Arduino Uno untuk dibandingkan apabila PV belum sesuai dengan SV maka

13
kontroller akan mengeluarkan sinyal kepada optokopler dan TRIAC untuk
menaikkan/menurunkan suhu lampu dan apabilan nilai PV sudah sesuai
dengan PV maka kontroller tidak akan mengeluarkan sinyal untuk
menaikkan/menurunkan suhu lampu. Sehingga apabila lampu diberi
gangguan berupa tiupan angin maka lampu akan menyesuaikan diri agar
menghasilkan suhu yang sesuai dengan SV.
Berikut merupakan software pendukung yang digunakan dalam proses
perancangan:
1. Compiler : Arduino IDE
2. PCB Designer : Altium Designer
3. Simulator : Proteus 8.4
4. Dokumentasi : Microsoft Word 2016, Microsoft Visio 2013
5. Development OS : Windows 10

14
Penutup
Demikian dokumen B200 mengenai fungsi dan spesifikasi secara umum.
Dokumen ini akan dikembangkan dengan pembahasan yang lebih rinci mengenai
perancangan Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID
Berbasis Arduino Uno pada dokumen selanjutnya.

1
Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Judul Dokumen
Uno”
Jenis Dokumen B300
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
B300
0
2A_Denny Mubaroq Octavian_B300 [Project
Mandiri].docx
28 April 2017
Unit Penerbit -
Jumlah Halaman 12
Data Pengusul
Pengusul Nama NIM
Mahasiswa
D-III Teknik
Elektronika
Tanggal 28 April 2017 Tanda Tangan
Alamat
Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon :
022-2013789
Faks :
022-2013889
Email :
polban@polban.ac.id

2
Daftar Isi
Pengantar................................................................................................................. 3
1.2 Tujuan Penulisan........................................................................................ 3
1.3 Referensi...................................................................................................... 3
1.4 Daftar Singkatan dan Istilah........................................................................ 4
Proposal Pengembangan ......................................................................................... 5
Perancangan Sistem Elektronik............................................................................... 6
3.1 Diagram Blok Sistem .................................................................................. 6
3.2 Analisis Perancangan Sistem Elektronik..................................................... 7
3.2.1 Rangkaian Modul Pengendali Daya.................................................. 7
3.2.2 Rangkaian Zero Crossing.................................................................. 7
3.2.3 Input dan Output Arduino Uno ......................................................... 8
Perancangan Perangkat Lunak................................................................................ 9
4.1 Flow Chart................................................................................................... 9
Perancangan Sistem Kendali................................................................................. 11

3
Pengantar
Dokumen B300 ini berisi tentang dokumen spesifikasi produk, yang
meliputi perencanaan sistem dalam mengembangkan Miniatur Sistem
Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno,
serta detail perancangan sistem elektronik, perancangan perangkat lunak,
perancangan sistem kendali, dan perancangan mekanik
Tujuan dari penulisan dokumen ini adalah untuk memberikan gambaran
mengenai perencanaan sistem secara teknis dari Miniatur Sistem Kendali
Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno yang akan
dirancang dan dikembangkan yaitu perancangan sistem elektronik,
perancangan perangkat lunak, perancangan sistem kendali, dan perancangan
mekanik.
1.3 Referensi
[1] Anonim, “Arduino Uno Technical specs”, Arduino, [Online]. Available:
https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno . [Diakses pada 30
Maret 2017]
[2] Anonim, “BTA/BTB12 and T12 Series”, STMicroelectronics, Swiss
[3] Anonim, “MOC3020 THRU MOC3023
OPTOCOUPLERS/OPTOISOLATORS”, Texas Instruments
Incorporated, United States
[4] Anonim, “WH1602B-TMI-ET,” Winstar Display Co., LTD, Taiwan.
[5] Anonim, “LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors”, Texas
Instruments Incorporated, United States

4
1.4 Daftar Singkatan dan Istilah
FRS Functional Requirement Specification
OVS Overall Specification
SWS Software Function Specification
PID Proportional Integrated Deriative
SV Setpoint Value
PV Present Value

5
Proposal Pengembangan
Pada pengembangan proyek ini memberikan perancangan sistem elektronik,
perancangan perangkat lunak, perancangan sistem kendali, dan perancangan
mekanik yang akan menjadi acuan dalam proses pengembangan dan perealisasian
proyek sehingga dalam pengerjaannya bisa menjadi lebih mudah daan tidak
menutup kemungkinan bila disaat proses pengerjaannya mengalami beberapa
perubahan dan modifikasi.

6
Perancangan Sistem Elektronik
3.1 Diagram Blok Sistem
Adaptor 5V Arduino Uno
Potensiometer
(pengatur nilai SV)
dan Rangkaian
Zero Crossing
Modul Pengendali
Daya
Aktuator (Lampu
Pijar)
Sensor Suhu LM35
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem
Dari diagram blok diatas, dapat dilihat bahwa Arduino Uno mendapat
catu daya dari adaptor 5V. Arduino Uno sebagai kontroller akan
menghasilkan sinyal manipulasi atau sinyal kendali yang akan diinputkan ke
modul pengendali daya, dimana output modul pengendali daya ini adalah
lampu pijar. Sehingga secara tidak langsung Arduino Uno akan
mengendalikan daya dari lampu pijar (lampu pijar akan menyala terang,
redup, atau mati tergantung dari daya yang diberikan) yang nantinya akan
mempengaruhi suhu disekitarnya melalui modul pengendali daya. Sensor
suhu LM35 mendapat tegangan dari Arduino Uno dan hasil pembacaan
sensornya diinputkan ke Arduino Uno sebagai umpan balik untuk
pengendalian suhu.

7
3.2 Analisis Perancangan Sistem Elektronik
3.2.1 Rangkaian Modul Pengendali Daya
AC
220 V
12
500k
DB3
BTA12
0,47µF
SW1
MOC 3020
OC1Digital Output
Arduino
1k
R1
R2
GND
D1
T1
Manual
Automatic
Beban
VR1
C1
Gambar 3.2 Rangkaian Modul Pengendali Daya
Rangkaian modul pengendali daya ini berfungsi untuk
mengendalikan daya yang akan diberikan kepada beban. Beban yang
digunakan pada alat Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan
Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno ini berupa lampu
pijar. Pada modul ini terdapat dua mode yaitu manual dan automatic
akan tetapi yang akan digunakan pada alat ini hanya mode automatic
yang nantinya akan dihubungkan pada digital output dari Arduino Uno.
3.2.2 Rangkaian Zero Crossing
4N25
OC1
1N4007
1N4007
AC
220 V
1k
2k2
5 V
Analog Input
Arduino
D1
D2
24 Vac
R1
R2
Gambar 3.3 Rangkaian Zero Crossing

8
Rangkaian ini berfungsi untuk mendeteksi titik persilangan nol
suatu sinyal AC. Output dari rangkaian ini berupa pulsa yang
menginterprestasikan titik persilangan dengan nol sinyal input.
Rangkaian ini diperlukan oleh sistem agar Arduino Uno dapat
mengendalikan daya dari lampu pijar dengan baik. Output dari
rangkaian ini akan dihubungkan pada analog input dari Arduino Uno.
3.2.3 Input dan Output Arduino Uno
Gambar 3.4 Gambaran Input dan Output dari Arduino Uno
Gambar diatas menunjukan gambaran mengenai input dan output
Arduino Uno yang akan digunakan sebagai kontroller dari alat Miniatur
Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis
Arduino Uno.

9
Perancangan Perangkat Lunak
4.1 Flow Chart
MULAI
SETPOINT
VALUE (SV)
ARDUINO UNO
(KONTROLLER)
OPTOKOPLER
TRIAC
LAMPU
SENSOR SUHU LM 35
Apakah PV sesuai
dengan SV?
PV sudah sesuai dengan
nilai SV (Error = 0)
Ya
Tidak
Berdasarkan diagram flowchart di atas, cara kerja dari Miniatur Sistem
Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno
adalah ketika nilai SV diberikan melalui potensiometer maka selanjutnya
lampu akan menyala dan menghasilkan suhu yang kemudian suhu yang
dihasilkan dideteksi oleh sensor suhu LM35 dan diumpan balikkan ke

10
Arduino Uno untuk dibandingkan apabila PV belum sesuai dengan SV maka
kontroller akan mengeluarkan sinyal kepada optokopler dan TRIAC untuk
menaikkan/menurunkan suhu lampu dan apabilan nilai PV sudah sesuai
dengan PV maka kontroller tidak akan mengeluarkan sinyal untuk
menaikkan/menurunkan suhu lampu. Sehingga apabila lampu diberi
gangguan berupa tiupan angin maka lampu akan menyesuaikan diri agar
menghasilkan suhu yang sesuai dengan SV.
Berikut merupakan software pendukung yang digunakan dalam proses
perancangan:
6. Compiler : Arduino IDE
7. PCB Designer : Altium Designer
8. Simulator : Proteus 8.4
9. Dokumentasi : Microsoft Word 2016, Microsoft Visio 2013
Development OS : Windows 10

11
Perancangan Sistem Kendali
Kontroller
(Arduino Uno)
Sensor Suhu
LM35
Output
DRIVER
AKTUATOR
–
+Set Point
UMPAN BALIK
Gangguan
(Kipas Angin)
Rangkaian Zero
Crossing
Gambar 2.1 Blok diagram Miniatur 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.
 Rangkaian Zero Crossing merupakan rangkaian yang diperlukan oleh
sistem agar Arduino Uno dapat mengendalikan daya dari lampu pijar
dengan baik.
 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.
Kemudian dari blok diagram diatas dapat ditentukan karakteristik yang
akan di rancang untuk sistem kendali PID sebagai berikut :
 Rise time, diharapkan cepat sehingga respon ke aktuator akan cepat.
 Overshoot, diharapkan dibawah 5% sehinggatidak terlalu menyimpang

12
dari SV yang telah di atur.
 Steady-state error, diharapkan sebesar 0% sehingga sesuai dengan nilai
SV ketika steady state.

1
Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Judul Dokumen
Uno”
Jenis Dokumen B400
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
B400
0
Mandiri].docx
19 Mei 2017
Unit Penerbit -
Jumlah Halaman 20
Data Pengusul
Pengusul Nama NIM
Mahasiswa
D-III Teknik
Elektronika
Tanggal 19 Mei 2017 Tanda Tangan
Alamat
Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon :
022-2013789
Faks :
022-2013889
Email :
polban@polban.ac.id

2
Daftar Isi
Pengantar................................................................................................................. 3
1.3 Lingkup pengujian....................................................................................... 4
Pengujian................................................................................................................. 5
2.1 Pengujian Potensiometer............................................................................. 5
2.2 Pengujian LCD 16 x 2................................................................................. 7
2.3 Pengujian Sensor LM35.............................................................................. 7
2.4 Pengujian Driver TRIAC BTA12 dan Rangkaian Zero Crossing............. 13
3. Kesimpulan.................................................................................................... 20

3
Pengantar
Dokumen B400 ini berisi tentang dokumen proses dan implementasi
dalam mengembangkan Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan
Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno. Deskripsi dan gambaran
umum proyek telah diuraikan pada dokumen B100, spesifikasi telah
diuraikan pada dokumen B200, dan desain telah diurakan pada dokumen
B300. Pada dokumen ini akan dijelaskan implementasi pembuatan produk
secara detail.
Isi dokumen ini secara garis besar dibagi menjadi empat bagian yaitu
mekanik, elektronik, kontrol dan komputer. Bagian mekanik akan
menjelaskan implementasi di bagian mekanik yang digunakan pada sistem
ini. Bagian elektronik menjelaskan perangkat-perangkat elektronik yang
digunakan dan fungsinya. Bagian kontrol menjelaskan alur pengontrolan
sistem ketika bergerak. Bagian komputer menjelaskan implementasi
pemrograman software sistem ini.
Tujuan dari penulisan dokumen ini adalah melanjutkan proses
perancangan dan realisasi dari perencanaan sistem secara teknis dari Miniatur
Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino
Uno yang akan dirancang dan dikembangkan dalam hal realisasi dan
implementasi hardware serta sistem elektronikanya dalam hal pengembangan
dari konsep dan ide pada dokumen sebelumnya, sehingga proyek ini bisa
terelalisasikan.

4
1.7 Lingkup pengujian
Lingkup pengujian dari sistem yang akan diuji adalah melihat performa
dari suatu komponen atau blok yang akan digunakan, hasil pengujian akan
menyatakan komponen atau blok tersebut berada dalam keadaan baik atau
tidak. Adapun indikasi dari komponen yang dinyatakan baik adalah nilai dari
suatu komponen atau blok sesuai dengan yang diinginkan.
Berikut komponen atau blok yang akan diuji:
 Potensiometer sebagai SV
 Arduino sebagai controller
 Sensor LM35 sebagai Feedback
 Lampu AC 220V sebagai Aktuator
 LCD sebagai Indikator

5
Pengujian
2.1 Pengujian Potensiometer
VCC
GND
A0
Gambar 2.1.1 Konfigurasi Koneksi Potensiometer dengan Arduino
Pengujian potensiometer sebagai SV (Setpoint Value) dilakukan
dengan membuat rangkaian seperti diatas, dengan menghubungkan potensio
ke VCC dan GND dikedua sisinya, dan pada kaki tengah dihubungkan dengan
port A0 pada Arduino Uno. Dengan menggunakan program untuk
mengonversi nilai pembacaan potensiometer ke nilai dengan range 27-70,
range 27-70 ini adalah nilai titik kerja yang dapat dicapai oleh sistem. Hasil
dari pengujian komponen ini dapat dilihat seperti gambar dibawah.

6
Gambar 2.1.2 Realisasi Pengujian Potensiometer
Gambar 2.1.3 Hasil Pembacaan dan Konversi Potensiometer pada Serial
Monitor
Gambar 2.1.4 Hasil Pembacaan dan Konversi Potensiometer pada Serial
Plotter
Dari hasil pengujian diatas, dapat dikatakan bahwa potensiometer yang
digunakan dalam keadaan yang baik.

7
2.2 Pengujian LCD 16 x 2
Pengujian LCD 16 x 2 dilakukan dengan cara menghubung LCD 16 x
2 dengan Arduino Uno dengan konfigurasi : Rs = 12, E = 11, DB4 = 5,
DB5 = 4, DB6 = 3, DB7 = 2.
Hasil dari pengujian bisa dilihat pada gambar dibawah.
Gambar 2.2 Realisasi dan Hasil Pengujian LCD 16 x 2
Dari hasil pengujian diatas, dapat dikatakan bahwa LCD 16 x 2 yang
digunakan dalam keadaan yang baik.
2.3 Pengujian Sensor LM35
Gambar 2.3.1 Konfigurasi Koneksi Sensor LM35 dengan Arduino

8
Pengujian sensor LM35 sebagai Process Value (PV) dilakukan dengan
cara menghubungkan sensor dengan Arduino Uno dengan konfigurasi seperti
pada gambar diatas. Kemudian sensor didekatkan dengan sumber panas untuk
mengetahui apakah sensor dapat membaca perubahan suhu dengan baik.
Hasil dari pengujian dapat dilihat pada gambar dibawah.
Gambar 2.3.2 Realisasi Pengujian Sensor LM35

9
Gambar 2.3.3 Pembacaan Suhu Awal oleh Sensor LM35 pada Serial
Monitor
Gambar 2.3.4 Pembacaan Suhu Akhir oleh Sensor LM35 pada Serial
Monitor
Gambar 2.3.5 Pembacaan Suhu Akhir oleh Sensor LM35 pada Serial Plotter
Dikarenakan pada pembacaan suhu masih terdapat noise, seperti yang
terlihat pada gambar 2.9, maka oleh itu dibutuhkan filter untuk mengurangi
atau menghilangkan noise yang timbul saat pembacaan. Filter yang akan
digunakan untuk memperbaiki hasil pembacaan berupa filter digital. Untuk
mencari nilai frekuensi cutoffnya maka diperlukan proses-proses sebagai
berikut :

10
1. Menghitung range waktu asli menggunakan stopwatch untuk range
waktu pada gambar.
Didapat range waktu asli untuk range waktu gambar adalah 8 detik.
2. Langkah selanjutnya adalah mengukur range waktu gambar
menggunakan program editor gambar seperti CorelDraw dll. Disini
saya menggunakan Adobe Photoshop untuk mengukur range waktu
gambar dan periode sinyal gambar.
Gambar 2.3.6 Proses Pengukuran Range Waktu Gambar
Didapat range waktu gambar pada Adobe Photoshop sebesar 458,9 mm.
3. Selanjutnya adalah mengukur panjang periode sinyal noise pada
gambar dengan cara yang sama seperti sebelumnya.

11
Gambar 2.3.7 Proses Pengukuran Periode Sinyal Noise pada Gambar
Didapat periode sinyal noise pada Adobe Photoshop sebesar 1,9 mm.
4. Setelah didapat nilai-nilai variable yang dibutuhkan. Maka langkah
terakhir adalah memasukkan variable-variable yang telah didapat pada
persamaan-persamaan untuk mendapatkan nilai frekuensi cutoff.
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 𝑆𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙 𝐴𝑠𝑙𝑖 (𝑇)
𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝐴𝑠𝑙𝑖
=
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 𝑆𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙 𝐺𝑎𝑚𝑏𝑎𝑟 (𝑇𝑔)
𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝐺𝑎𝑚𝑏𝑎𝑟
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 𝑆𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙 𝐴𝑠𝑙𝑖 (𝑇)
8
=
1,9
458,9
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 𝑆𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙 𝐴𝑠𝑙𝑖 (𝑇) =
1,9
458,9
×8 = 0,033

12
𝑓 =
1
𝑇
=
1
0,033
= 30,3 𝐻𝑧
𝜔 = 2𝜋𝑓 = 2×3,14×30,3 = 190,284 𝑟𝑎𝑑
𝑓 = 1,9
Didapat nilai frekuensi cutoff sebesar 1,9. Selanjutnya adalah
memasukkan nilai tersebut pada program yang digunakan.
Program yang digunakan pada Arduino adalah program hasil
diskritisasi langsung persamaan analog pada filter low pass analog, yakni
sebagai berikut :
Gambar 2.3.8 Listing Program untuk Pengujian Sensor LM35 dengan
Filter Digital

13
Gambar 2.3.9 Pembacaan Suhu Sebelum di Filter (Biru) dan Sesudah
di Filter (Merah) pada Serial Plotter
Setelah diuji ulang menggunakan filter, hasil pembacaan suhu pada
serial plotter sudah menunjukkan hasil yang lebih baik (merah) dibanding
hasil pembacaan suhu tanpa filter (biru).
2.4 Pengujian Driver TRIAC BTA12 dan Rangkaian Zero Crossing
Pengujian Driver TRIAC BTA12 dan Rangkaian Zero Crossing
dilakukan dengan cara membuat rangkaian Dimmer Lampu AC
menggunakan Arduino seperti di bawah ini.

14
AC
220 V
DB3
BTA12
MOC 3021
OC1
1k
R4
D3
T1
LAMPU
PIJAR
RESET
~10
~11
12
GND
13
AREF
8
~9
2
~3
4
~6
~5
7
TX 1
RX 0
DIGITAL(PWM~)
RESET-EN
ON
RX
TX
L
MADE
INITALY
RESE T
3.3V
5V
GND
GND
Vin
A0
A1
A2
A3
A4
A5
POWERANALOGIN
WWW.ARDUINO.CC
ARDUINO
TM
UNO
IC SP
16.000MHz
500J
ATMEGA328P-PU
10k
5 V
4N25
OC1
1N4007
1N4007
AC
220 V
1k
2k2
D1
D2
24 Vac
R1
R2
5 V
VR1
Gambar 2.4.1 Rangkaian Uji Coba Driver TRIAC BTA12 dan Zero
Crossing
Pengujian rangkaian zero crossing dilakukan dengan menampilkan keluaran
dari rangkaian zero crossing dan masukan rangkaian zero crosssing pada osiloskop.
Hasil dari pengujian dapat dilihat pada gambar dibawah :

15
Gambar 2.4.2 Hasil Penampilan Keluaran Zero Crossing (Biru) dan
Masukan Zero Crossing (Kuning) pada osiloskop
Berdasarkan hasil penampilan pada osiloskop diatas, terlihat bahwa keluaran
dari zero crossing menghasilkan sebuah pulsa yang merepresentasikan titik awal
setengah periode dari sinyal AC.
Program yang digunakan untuk pengujian driver TRIAC BTA12 adalah sebagai
berikut :

16
Gambar 2.4.3 Listing Program untuk Pengujian Driver TRIAC BTA12 dan
Zero Crossing
Keluaran dari Arduino ini berupa nilai sudut penyalaan yaitu 0 – 128
untuk 0 – 10 ms, sehingga apabila nilai dari sudut penyalaan ini diubah maka
daya yang disalurkan pada beban melalui TRIAC BTA12 dan Opto TRIAC
MOC3021 akan bervariasi tergantung dari sudut penyalaan yang diberikan.
Nilai sudut penyalaan diatur menggunakan potensiometer yang terhubung
pada Arduino.
Hasil pengujian dari driver TRIAC BTA12 dapat dilihat dibawah ini :

17
Gambar 2.4.4 Nilai sudut penyalaan yang Diberikan Pada TRIAC BTA12
melalui Opto TRIAC MOC3021 untuk Kondisi Minimum
Gambar 2.4.5 Kondisi Lampu Untuk Sudut Penyalaan yang Diberikan
Sebesar 128

18
melalui Opto TRIAC MOC3021 untuk Kondisi Sedang
Sebesar 102

19
melalui Opto TRIAC MOC3021 untuk Kondisi Maksimum
Sebesar 10
Adapun kondisi tegangan dari berbagai kondisi ialah sebagai berikut :
Posisi
Potensiometer
Tegangan A2-A1
(V)
Tegangan
Gate (V)
Tegangan Pada
Lampu (V)
Minimum (Sudut
Penyalaan = 128)
215 0 45

20
Sedang (Sudut
Penyalaan = 102)
175 0,06 48
Maksimum (Sudut
Penyalaan = 10)
2 0,2 220
3. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan maka dapat
disimpulkan bahwa :
No. Komponen Kondisi
1 Potensiometer Baik
2 LCD 16 x 2 Baik
3 Sensor LM35 Baik
4 Rangkaian Zero Crossing Baik
5 Driver TRIAC BTA12 Baik

1
Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Judul Dokumen
Uno”
Jenis Dokumen B500
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
B500
0
Mandiri].docx
01 Juni 2017
Unit Penerbit -
Jumlah Halaman 9
Data Pengusul
Pengusul Nama NIM
Mahasiswa
D-III Teknik
Elektronika
Tanggal 01 Juni 2017 Tanda Tangan
Alamat
Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon :
022-2013789
Faks :
022-2013889
Email :
polban@polban.ac.id

2
Daftar Isi
Pengantar................................................................................................................. 3
Linearisasi dan Kalibrasi Sensor............................................................................. 4
2.1 Proses Linearisasi dan Kalibrasi ................................................................. 4
2.2 Realisasi Pada Program............................................................................... 5
Desain Sistem Kendali............................................................................................ 6
3.1 Perancangan Metode Ziegler-Nichols Tipe 1.............................................. 6
3.2 Hasil Desain ................................................................................................ 8
3.3 Respon Sistem Menggunakan Parameter Hasil Desain .............................. 9

3
Pengantar
Dokumen B500 ini berisi tentang dokumen proses desain kendali PID
diuraikan pada dokumen B200, desain telah diurakan pada dokumen B300
dan pengujian telah dilakukan di dokumen B400. Pada dokumen ini akan
dijelaskan desain kendali PID yang akan diimplementasikan pada Miniatur
Uno.
dari konsep dan ide pada dokumen sebelumnya, sehingga proyek ini dapat
terealisasikan

4
Linearisasi dan Kalibrasi Sensor
Sensor yang digunakan pada alat Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan
Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno ini adalah sensor suhu LM35.
Setelah sebelumnya pada dokumen B400, dilakukan penambahan filter digital pada
sensor ini untuk mengurangi atau menghilangkan noise yang timbul saat
pembacaan. Maka selanjutnya pada bagian ini akan dilakukan linearisasi dan
kalibrasi pada sensor tersebut. Adapun tujuan dari linearisasi adalah untuk
mendapatkan keluaran yang berubah secara linier terhadap variabel masukan
meskipun keluaran sensornya tidak linier. Sedangkan tujuan dari kalibrasi adalah
untuk menentukan deviasi kebenaran konvensional nilai penunjukan suatu
instrumen ukur.
2.1 Proses Linearisasi dan Kalibrasi
Langkah pertama yang harus dilakukan ialah mengambil data
perbandingan antara hasil pembacaan pembanding yaitu termometer dengan
hasil pembacaan sensor. Adapun datanya adalah sebagai berikut :
Pembacaan Sensor Pembacaan Termometer
41,54 °C 39 °C
44,47 °C 42 °C
Setelah didapat data, maka langkah selanjutnya adalah memasukan data
tersebut ke persamaan garis y = mx + b agar didapat nilai m dan b. Berikut
adalah prosesnya :
39 = 41,54𝑚 + 𝑏
42 = 44,47𝑚 + 𝑏
____________________________ −
−3 = −2,93
𝑚 = 1,024
39 = 41,54(1,024) + 𝑏
39 = 42,537 + 𝑏
𝑏 = −3,537
Maka didapat persamaan fungsi untuk linearisasi dan kalibrasi sensor :

5
𝑦 = 1,024𝑥 − 3,537
Dimana x adalah hasil pembacaan sensor dan y adalah hasil pembacaan
termometer.
2.2 Realisasi Pada Program
Setelah didapat persamaan fungsi untuk linearisasi dan kalibrasi maka
persamaan tersebut direalisasikan pada program sehingga pembacaan suhu
oleh sensor akan sesuai dengan dengan pembacaan suhu oleh termometer.
Berikut adalah realisasinya :
Gambar 2.1 Realisasi pada Program

6
Desain Sistem Kendali
3.1 Perancangan Metode Ziegler-Nichols Tipe 1
Metode yang akan digunakan untuk mendesain kendali pada Miniatur
Uno ini adalah metode kurva reaksi atau metode Ziegler-Nichols Tipe 1. Pada
proses desain kendali PID menggunakan metode Ziegler-Nichols Tipe 1 ini,
plant diberikan nilai keluaran setengahnya dari hasil keluaran maksimal yaitu
berupa lampu redup oleh Arduino Uno. Kemudian respon sistem ditampilkan
melalui Serial Plotter, sebelum tampilan Serial Plotter muncul disiapkan stop
watch untuk menghitung waktu asli yang akan digunakan sebagai
perbandingan pada penghitungan nilai-nilai parameter. Gambar yang diambil
adalah gambar respon sistem setelah sistem mencapai keadaan steady-state.
Gambar respon sistem yang diperoleh dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.2 Respon Sistem
Dari gambar diatas didapat transisi kenaikan dari respon sehingga
dibuat garis horizontal pada bagian respon steady-state, kemudian diberikan
2 buah garis vertikal untuk menunjukkan sumbu yang terpotong pada kordinat

7
x, sehingga nantinya akan didapat nilai T dan L. Hasil desain dapat dilihat
pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.3 Proses Desain Kendali PID Menggunakan Metode
Ziegler-Nichols Tipe 1
Pada gambar diatas, didapat nilai T gambar = 65,71 mm, L gambar =
0,23 mm, dan, range waktu gambar sebesar 334,43 mm. Hasil perhitungan
waktu menggunakan stop watch didapat waktu sebesar 35 menit 27 detik atau
2127 detik.
Dari data-data yang telah didapatkan maka dapat dicari nilai dari T dan
L yang sebenarnya menggunakan perbandingan-perbandingan sebagai
berikut.
𝑇𝑎𝑠𝑙𝑖 =
𝑇𝑔𝑎𝑚𝑏𝑎𝑟
×𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝐴𝑠𝑙𝑖
𝑇𝑎𝑠𝑙𝑖 =
65,71
334,43
×2127
𝑇𝑎𝑠𝑙𝑖 = 417,92 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
𝐿 𝑎𝑠𝑙𝑖 =
𝐿 𝑔𝑎𝑚𝑏𝑎𝑟
×𝑅𝑎𝑛𝑔𝑒 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝐴𝑠𝑙𝑖

8
𝐿 𝑎𝑠𝑙𝑖 =
0,23
334,43
×2127
𝐿 𝑎𝑠𝑙𝑖 = 1,46 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
3.2 Hasil Desain
Setelah didapat nilai L dan T asli maka selanjutnya adalah mencari nilai
Kp, Ti, Td menggunakan persamaan dibawah ini.
Tipe
Kontroler
Kp Ti Td
PID 1,2 T/L 2L 0,5L
Maka parameter-parameter awalnya adalah :
𝐾𝑝 = 1,2 ×
𝑇
𝐿
𝐾𝑝 = 1,2 ×
417,92
1,46
𝐾𝑝 = 343,50
𝑇𝑖 = 2 × 𝐿
𝑇𝑖 = 2 × 1,46
𝑇𝑖 = 2,92
𝑇𝑑 = 0,5 × 𝐿
𝑇𝑑 = 0,5 × 1,46
𝑇𝑑 = 0,73
𝐾𝑖 =
𝐾𝑝
𝑇𝑖
𝐾𝑖 =
343,50
2,92
𝐾𝑖 = 117,64
𝐾𝑑 = 𝐾𝑝 × 𝑇𝑑
𝐾𝑑 = 343,50 × 0,73

9
𝐾𝑑 = 250,75
3.3 Respon Sistem Menggunakan Parameter Hasil Desain
Gambar 2.4 Respon Sistem Menggunakan Parameter Hasil Desain
menggunakan Program PID Digital metode Backward Difference dengan
Filter
Gambar 2.5 Respon Sistem Menggunakan Parameter Hasil Desain
menggunakan Program PID Digital metode Direct Discretization dengan
Filter

1
Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Judul Dokumen
Uno”
Jenis Dokumen B600
Nomor Dokumen
Nomor Revisi
Nama File
Tanggal Penerbitan
B600
0
Mandiri].docx
02 Juni 2017
Unit Penerbit -
Jumlah Halaman 13
Data Pengusul
Pengusul Nama NIM
Mahasiswa
D-III Teknik
Elektronika
Tanggal 02 Juni 2017 Tanda Tangan
Alamat
Pos 1234, Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889
Telepon :
022-2013789
Faks :
022-2013889
Email :
polban@polban.ac.id

2
Daftar Isi
Pengantar................................................................................................................. 3
Realisasi Tuning Kendali ........................................................................................ 4
2.1 Respon Sistem Hasil Desain ....................................................................... 4
2.1.1 Metode Backward Difference ........................................................... 4
2.1.2 Metode Direct Discretization............................................................ 4
2.2 Respon Sistem Hasil Tuning menggunakan program PID digital Backward
Difference............................................................................................................ 5
2.2.1 Hasil Tuning 1................................................................................... 5
2.2.2 Hasil Tuning 2................................................................................... 6
2.2.3 Hasil Tuning 3................................................................................... 7
2.2.4 Hasil Tuning 4................................................................................... 7
2.2.5 Hasil Tuning Akhir ........................................................................... 8
2.3 Respon Sistem Hasil Tuning menggunakan program PID digital Direct
Discretization....................................................................................................... 9
2.3.1 Hasil Tuning 1................................................................................... 9
2.3.2 Hasil Tuning 2................................................................................... 9
2.3.3 Hasil Tuning 3................................................................................. 10
2.3.4 Hasil Tuning 4................................................................................. 11
2.3.5 Hasil Tuning Akhir ......................................................................... 11
2.4 Respon Sistem Hasil Tuning Akhir Apabila Diberi Gangguan ................ 12

3
Pengantar
Dokumen B600 ini berisi tentang dokumen proses desain kendali PID
diuraikan pada dokumen B200, desain telah diurakan pada dokumen B300
dan pengujian telah dilakukan di dokumen B400 serta desain kendali telah
dilakukan di dokumen B500. Pada dokumen ini akan dijelaskan proses dan
hasil tuning desain kendali PID yang telah diimplementasikan pada Miniatur
Uno.
dari konsep dan ide pada dokumen sebelumnya, sehingga proyek ini bisa
terealisasikan.

4
Realisasi Tuning Kendali
3.4 Respon Sistem Hasil Desain
2.1.1 Metode Backward Difference
Setelah melakukan proses desain menggunakan metode Ziegler-
Nichols Tipe 1 pada sistem, maka diperoleh parameter-parameter
berikut ini: Kp = 343.5, Ti = 2.92, dan Td = 0.73. Dengan parameter-
parameter tersebut diperoleh respon sistem menggunakan program PID
digital metode Backward Difference dengan Filter seperti yang
ditunjukkan pada gambar 2.1 dibawah ini.
Gambar 2.1 Respon Sistem Hasil Desain menggunakan program PID
digital metode Backward Difference
Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.1, respon sistem hasil
desain dengan Ziegler-Nichols Tipe 1 menggunakan program PID
digital metode Backward Difference masih terdapat overshoot sehingga
masih diperlukan tuning manual untuk memperbaiki respon sistem.
2.1.2 Metode Direct Discretization
Diperoleh respon sistem menggunakan program PID digital
metode Direct Discretization dengan Filter untuk parameter sama yang

5
didapat dari hasil desain seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.2
dibawah.
Gambar 2.2 Respon Sistem Hasil Desain menggunakan program PID
digital metode Direct Discretization
Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2, respon sistem hasil desain
dengan Ziegler-Nichols Tipe 1 menggunakan program PID digital metode
Direct Discretization masih terdapat overshoot dan settling time yang
lumayan besar sehingga masih diperlukan tuning manual untuk memperbaiki
respon sistem. Dalam hal ini respon sistem hasil desain yang diperoleh
menggunakan program PID digital Backward Difference jauh lebih baik
dibanding menggunakan program PID digital Direct Discretization.
3.5 Respon Sistem Hasil Tuning menggunakan program PID digital
Backward Difference
2.2.1 Hasil Tuning 1

6
Gambar 2.3 Respon Sistem Hasil Tuning 1 (Kp = 240, Ti = 7.1, Td =
5.7)
Pada proses tuning 1, untuk mengurangi atau menghilangkan
overshoot maka saya menurunkan parameter Kp menjadi 240,
menaikkan parameter Ti menjadi 7.1, dan menaikkan parameter Td
menjadi 5.7. Respon sistem yang diperoleh terdapat pada gambar 2.3
diatas, hasilnya adalah overshoot berkurang dibanding dengan respon
yang diperoleh dari hasil desain dan akan tetapi terdapat error steady
state.
20)

7
overshoot kembali maka saya menurunkan parameter Kp menjadi 220,
dan menaikkan parameter Td menjadi 20. Untuk menghilangkan error
steady state maka parameter Ti diturunkan menjadi 1.9. Respon yang
diperoleh terdapat pada gambar 2.4 diatas, hasilnya adalah overshoot
dan error steady state berkurang dibandingkan dengan hasil tuning
sebelumnya.
75)
overshoot kembali maka saya menaikkan parameter Td menjadi 75.
Respon yang diperoleh terdapat pada gambar 2.5 diatas, hasilnya adalah
overshoot berkurang dibandingkan dengan hasil-hasil tuning
sebelumnya.

8
150)
overshoot kembali maka saya menaikkan kembali parameter Td
menjadi 75. Respon yang diperoleh terdapat pada gambar 2.6 diatas,
hasilnya adalah overshoot berkurang dibandingkan dengan hasil-hasil
tuning sebelumnya.
2.2.5 Hasil Tuning Akhir
Gambar 2.7 Respon Sistem Hasil Tuning Akhir (Kp = 220, Ti = 1.9,
Td = 200)
Pada proses tuning 5 atau tuning akhir ini, untuk mengurangi atau
menghilangkan overshoot kembali maka saya menaikkan kembali

9
parameter Td menjadi 200. Respon yang diperoleh terdapat pada
gambar 2.7 diatas, hasilnya adalah overshoot menghilang dan Process
Value (PV) sudah berada dibatas-batas Setpoint Value (SV) yang
menandakan respon sistem sudah bagus.
3.6 Respon Sistem Hasil Tuning menggunakan program PID digital Direct
Discretization
Gambar 2.7 Respon Sistem Hasil Tuning 1 (Kp = 19.97, Ti = 300, Td
= 19)
Pada proses tuning 1, dikarenakan pada respon hasil desain
didapat settling time yang sangat besar serta overshoot yang cukup
besar maka untuk mengurangi hal tersebut, saya mengurangi parameter
Ki dengan mengubah parameter Kp menjadi 19.97 dan Ti menjadi 300,
serta menambah parameter Td menjadi 19. Respon yang diperoleh
terdapat pada gambar 2.7 diatas, hasilnya adalah overshoot berkurang
dibandingkan dengan hasil-hasil tuning sebelumnya dan settling time
jauh lebih cepat dibanding yang didapat dari hasil desain.

10
Gambar 2.8 Respon Sistem Hasil Tuning 2 (Kp = 320, Ti = 300, Td =
2)
Pada proses tuning 2, dikarenakan pada respon sistem hasil tuning
1 rise time nya lambat, maka saya mengurangi parameter Kp menjadi
320 serta mengubah parameter Td menjadi 3 agar overshoot yang akan
dihasilkan dari pengubahan parameter Kp menjadi berkurang. Respon
yang diperoleh terdapat pada gambar 2.8 diatas, hasilnya adalah
overshoot menjadi lumayan besar dibanding dengan hasil tuning
sebelumnya.
30)

11
2 respon yang dihasilkan malah menambah overshoot tanpa adanya
perubahan rise time yang signifikan, maka saya mengganti kembali
parameter Kp menjadi 20 serta mengubah parameter Td menjadi 30
agar dapat mengurangi overshoot. Respon yang diperoleh terdapat pada
gambar 2.8 diatas, hasilnya adalah overshoot sedikit berkurang
dibanding dengan hasil tuning sebelumnya.
200)
sebelumnya masih menghasilkan overshoot yang lumayan besar dan
walau parameter Td dinaikkan sedikit tidak ada perubahan yang
signifikan. Maka saya mengurangi parameter Kp menjadi 10 serta
menambah parameter Td menjadi 200 . Respon yang diperoleh terdapat
pada gambar 2.8 diatas, hasilnya adalah tidak ada overshoot yang
dihasilkan akan tetapi rise time menjadi sangat lambat.
2.3.5 Hasil Tuning Akhir

12
Gambar 2.11 Respon Sistem Hasil Tuning Akhir (Kp = 30, Ti = 300,
Td = 200)
Pada proses tuning 5 atau tuning akhir ini, untuk mengurangi rise
time maka saya menaikkan parameter Kp menjadi 30. Respon yang
diperoleh terdapat pada gambar 2.11 diatas, hasilnya adalah Process
Value (PV) sudah berada dibatas-batas Setpoint Value (SV) yang
menandakan respon sistem sudah bagus walaupun ada sedikit error
steady state yang dihasilkan.
3.7 Respon Sistem Hasil Tuning Akhir Apabila Diberi Gangguan
Gangguan

13
Gambar 2.12 Respon Sistem Hasil Tuning Akhir dengan Menggunakan
Program PID Digital Metode Backward Difference (Kp = 220, Ti = 1.9, Td
= 200) Apabila Diberi Gangguan
Gambar 2.13 Respon Sistem Hasil Tuning Akhir dengan Menggunakan
Program PID Digital Metode Direct Discretization (Kp = 30, Ti = 300, Td
= 200) Apabila Diberi Gangguan
Dari kedua gambar diatas, setelah sistem diberi gangguan berupa sensor
yang dikipasi untuk menurunkan suhu, maka respon sistem akan kembali
menuju set point (SV).
Gangguan

Dokumen Proyek Mandiri : Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Dokumen Proyek Mandiri : Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno

Similar to Dokumen Proyek Mandiri : Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno (19)

Recently uploaded

Recently uploaded (14)

Dokumen Proyek Mandiri : Miniatur Sistem Kendali Suhu Ruangan Menggunakan Metode PID Berbasis Arduino Uno