Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 3, Nomor 2, Maret 2008
ISSN : 1858-3709
TERMOMETER DIGITAL BERBASIS AT89S51 UNTUK MENGUKUR SUHU TUBUH MANUSIA DENGAN OUTPUT SUARA Oleh : Junaldi, Muhammad Irmansyah & Era Madona Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang ABSTRACT Nowadays, thermometer have been used by the societies but in general its designed to one that have the physical normal conditions especially in their seeing and listening abilities. So they will find the difficulty in using existing thermometer. In general, thermometer has sound output use LM35D censor, ADC0804, microcontroller AT89C51, LCD M1632 and ISD 2590. The range measurement of this thermometer is in the temperature 28C – 42C. The results of examination indicate those thermometers which have been designed to have quicker response in reaching body temperature compared to the quicksilver thermometer. The response time of this thermometer is 5 minutes which temperature output error 0,19 C. The produced sound output is very clear. So this instrument is suitable to be used as body thermometer. Keywords: thermometer, microcontroller AT89C51, LCD M1632, ISD 2590 .
1. PENDAHULUAN
mempunyai fungsi alat tersebut tidak hanya
1.1 Latar Belakang
dapat digunakan oleh mereka yang memiliki
Semua peralatan yang telah ada hanya
kondisi tubuh yang normal akan tetapi juga
menunjukan indikator terhadap suatu besaran
dapat digunakan oleh sebagian orang-orang
fisik yang diproduksi dan diperuntukan untuk
yang
orang yang tidak memiliki cacat fisik. Ini berarti
kemampuan
semua
Kelebihan
perangkat
tersebut
hanya
dapat
mengalami
keterbatasan
melihat dari
alat
dan ini
dalam
mendengar.
adalah
fasilitas
digunakan pada kondisi fisik normal. Seperti
termometer digital ini berupa suara yang diolah
halnya termometer yang diproduksi dan telah
dengan menggunakan IC ISD dan tampilan
banyak digunakan oleh masyarakat sekarang
dalam bentuk LCD.
tetapi pada umumnya hanya dirancang untuk orang yang memiliki kondisi fisik normal saja, terutama dalam kemampuan melihat.
1.2 Perumusan Masalah Bagaimana
Untuk
manusia yang memiliki kondisi tubuh yang tidak normal, misalnya buta dan cacat fisik lain, masih jarang diproduksi.
secara
digital
mengukur dengan
suhu
tubuh
menggunakan
mikrokontroller AT89C51? 1.3Tujuan Penelitian
Berkaitan dengan masalah tersebut, maka dirancanglah suatu alat yang dapat mengatasi masalah tersebut.
Disini penulis
Mengaplikasikan mikrokontroller untuk mengukur suhu tubuh secara digital dengan menggunakan mikrokontroller AT89S51
merancang alat dengan judul ” TERMOMETER DIGITAL
BERBASIS
MENGUKUR
SUHU
AT89S51 TUBUH
DENGAN OUTPUT SUARA”.
UNTUK MANUSIA Alat ini
1.4 Manfaat Penelitian Mengaplikasikan peralatan elektronika di bidang kesehatan.
60
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 3, Nomor 2, Maret 2008
ISSN : 1858-3709
menghasilkan akurasi normal + ¼
1.5 Tinjauan Pustaka
C pada
0
suhu ruangan dan + ¾
Mikrokontroler AT89S51
0
C melebihi range
Berbeda dengan komputer (PC) yang
temperatur penuh –55 s/d + 150 0C. Impedansi
mampu menangani berbagai macam program
membuat interfacing untuk membaca keluaran
aplikasi, mikrokontroler hanya bisa digunakan
atau mengontrol rangkaian secara mudah. Ini
untuk satu aplikasi tertentu atau hanya bisa
bisa digunakan dengan 1 power supply atau
menyimpan satu jenis program. Perbedaan
dengan supply plus dan minus. Arus yang
lainnya terletak pada perbandingan ROM dan
digunakan hanya 60 μA dari supply yang
RAM.
program-program
diberikan. Sensor ini mempunyai pemanasan
pengguna disimpan dalam ruang RAM yang
diri yang rendah, kurang dari 0.1 0C diudara.
relatif
LM35
Pada
komputer
besar, sedang rutin-rutin antar muka
perangkat keras di simpan dalam ruang ROM
biasanya
dioperasikan
temperatur sekitar -55
0
pada
range
s/d + 150
0
C.
0
yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler,
sedangkan LM35 rangenya sekitar – 40 C s/d
program kontrol di simpan dalam ruang ROM
+110
yang relatif lebih besar dan RAM hanya
transistor kedap udara TO-46, sedangkan
digunakan
LM35C juga bisa berbentuk transistor plastik
sebagai
sementara.
tempat
Spesifikasi
mikrokontroler
penyimpanan teknik
AT89S51
adalah
dari
0
C. Seri LM35 dibuat dalam bentuk
TO-92.
sebagai
berikut: 8-bit Central Processing Unit, 4 Kbytes
ISD2590 ISD
of In-System Reprogrammable Flash Program
merupakan
singkatan
dari
Memory, RAM Internal 128x8-bit, 32 jalur port
Information Storage Device, sebuah single chip
I/O Bidirectional, Full Dupplex serial port, 2
yang berkualitas. Komponen CMOS terdiri dari
kemampuan
oscilator on chip, microphone preamplifier,
pengalamatan ke memori program dan memori
kontrol penguatan otomatis, penyaringan yang
data eksternal masing-masing mencapai 64
halus
Kbyte
menghasilkan output suara, pada perancangan
16-bit,
Timer/Counter
dan
speaker
amplifier.
Untuk
sisem ini menggunakan IC ISD2590 yang LM35 (Precision Centrigate Temperature
mempunyai kemampuan penyimpanan suara
Sensor)
dengan durasi 90 detik.
IC ISD 2590
sensor
dioperasikan dalam mode addres bit artinya
temperatur dengan tingkat ketelitian, serta
setiap kata yang direkam mempunyai addres
tegangan
sendiri.
LM35
merupakan
output
seri
berbanding
IC linear
pada
Ada 18 kata yang disimpan dalam
temperatur celcius (centrigate). LM35 memiliki
ISD2590 seperti yang terlihat pada gambar 1.
keuntungan dibanding sensor temperatur linear
Dalam tabel ini juga dapat dilihat pengaturan
Kelvin. User tidak
addres untuk setiap kata yang disimpan dalam
perlu mengurangi tegangan konstan yang besar
ISD2590. Gambar Rangkaian ISD 2590 dapat
dari outputnya untuk menentukan dengan tepat
dilihat pada gambar di bawah ini. Fitur ISD
dalam
2590
yang dikalibrasikan dalam
skala
membutuhkan
0
centrigate. pengkalibrasian
LM35 dari
tidak luar
ataupun peralatan tambahan lainnya untuk
•
Single
chip
yang
mudah
digunakan,
merekam suara dan menampilkannya
61
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 3, Nomor 2, Maret 2008
•
Berkualitas
bagus,
menampilkan
suara
ISSN : 1858-3709
Sedangkan modul LCD grafik digunakan untuk
yang natural
menampilkan grafik. Karakter yang ditampilkan
Single chip dengan durasi penyimpanan
pada modul karakter dibentuk dengan format
selama 90 detik
dot matrik 5x7.
Switch yang manual atau mikrokontroller
tersebut disusun dalam bentuk baris dan kolom.
yang kompatibel
Jenis modul LCD yang sangat banyak dijumpai
Untuk durasi yang lama dapat dipakai
adalah LCD 2x16, artinya pada modul tersebut
bergandengan
terdapat susunan dot matrik yang terdiri dari 2
•
Arus standby = 1 μA
baris dan 16 kolom. Sehingga modul tersebut
•
Kekuatan penyimpanan pesan maksimal
dapat menampilkan 2x16 karakter.
•
Mempunyai
• • •
alamat
yang
besar
untuk
menyimpan semua pesan
Setiap bagian dot matrik
2. METODE PENELITIAN 2.1 Perancangan Perangkat Keras
•
100 tahun lama penyimpanan
•
Merekam 100.000 siklus
•
Besar tegangan power supply = 5 V
•
Tersedia dalam bentuk paket PDIP, SOIC
Diagram Blok Sistem
dan TSOP •
Temperatur = 0 sampai 50 oC
Gambar 2.1 Diagram Blok Sistim Dari diagram blok pada gambar terlihat bahwa alat yang akan dirancang terdiri dari beberapa bagian:
Gambar 1.1 Blok Rangkaian IC ISD2590
♦
Bagian sensor suhu
♦
Bagian penguat sinyal
♦
Bagian
pengkonversi
analog
digital(ADC) ♦
Bagian sistim minimum DT-51(AT89S51)
Pada dasarnya jenis modul LCD dari segi
♦
Bagian LCD
fungsinya dibagi menjadi dua, yaitu modul
♦
Bagian IC ISD (output suara)
karakter dan modul grafik. Sesuai dengan
♦
Bagian Speaker
Liquid Cyrstal Display (LCD)
namanya, modul karakter berfungsi untuk menampilkan sejumlah karakter yang telah diprogram.
Jenis
karakter
yang
biasa
digunakan
yaitu
karakter
alphanumeric
(mencakup alphabet a-z dan numeric 0-9).
ke
2.1.1 Bagian Sensor Suhu Sensor suhu yang digunakan adalah LM35
(Precision
Centrigate
Temperature
Sensor). Sensor ini dikalibrasi langsung dalam
62
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 3, Nomor 2, Maret 2008
0
Celcius (Centrigate). Sensor ini mempunyai 0
skala faktor linear + 10 mV/ C.
ISSN : 1858-3709
dilakukan dinyatakan bahwa resolusi yang dikehendaki adalah 20 mV maka: = 20 mV × 256
V ref
+ VS VOUT
= 5.12 V
LM35
Tegangan yang masuk pada pin ADC
R
adalah Vref/2 sehingga Vref/2=2,56V dengan
VS
Gambar 2.2 Rangkaian sensor LM35 Jika Vs = 5V maka R1 dapat dihitung:
R1 = −
demikian
diperlukan
Vz=3,9V
dan
digunakan
dioda
Zener
untuk membaginya tersebut
potensiometer
10K
+5 +12
R8 1k
Z1 4V7
R9 100
D3
10uF C5
sebesar 25 C
U5 ADC0804
6
INPUT
Vout=1,5V maka ekivalen dengan suhu
D1
sebesar 1500C
Vin(-)
8
R5
+5
Vin(+)
7
A-GND
1K 9 C2
2.1.2 Bagian Penguat sinyal
Z2 100n
3.9V
tegangan
output
10K
V2
CLK-R
4
2 PC0 3 PC1 1
RD WR CS
CLK-IN C4 150p
rangkaian sensor suhu. Bagian penguat sinyal
Gambar 2.3 Rangkaian ADC 0804
ini dibangun dari rangkaian non inverting
2.1.4 Bagian sistim minimum AT89S51 Mikrokontroler yang digunakan pada
dari rangkaian non inverting amplifier ini sistim
sebesar 2 kali.
19
PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7
5
INTR R2 10k
dari
amplifier . Besarnya penguatan yang dihasilkan
18 17 16 15 14 13 12 11
lsbDB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 msbDB7
Vref/2
C6
10uF
Bagian penguat sinyal ini berfungsi
20 VccREF
0
menguatkan
sehinga
menghasilkan tegangan referensi 2,56V.
Vs 5V =− = 100 K 50μA 50 μA
Jika Vout=250 mV maka ekivalen dengan suhu
untuk
dengan
ini
adalah
AT89S51
yang
sudah
dirangkai menjadi suatu sistim minimum DT-51. 2.1.3 Bagian Pengkonversi Analog ke Digital ADC 0804 adalah konverter analog ke
Data-data
yang
dibutuhkan
(seperti
data
membership function, data rules dan instruksi
digital 8 bit CMOS yang menggunakan metoda
program)
didownload
ke
DT-51
melalui
konversi successive approximation. Tegangan
komunikasi serial antara DT-51 dengan PC.
referensinya dapat diatur untuk mendapatkan konversi dengan resolusi 8 bit penuh pada range tegangan input berapa saja. mengoperasikan ADC ini
Untuk
maka diperlukan
suatu rangkaian pendukung yang menyediakan kontrol sinyal dan tegangan referensi. Vref/2 yang artinya tegangan referensi yang dipasang harus setengah dari input maksimum. Dari rangkaiannya maka Vref disini dapat diatur dengan mengunakan potensiometer hingga
Gambar 2.4 Rangkaian AT89S51
maksimum sama dengan Vz. Dari desain yang
63
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 3, Nomor 2, Maret 2008
IC LM 380N yang digunakan pada
2.1.5 Bagian LCD LCD ini berfungsi untuk menampilkan hasil
pengukuran
ISSN : 1858-3709
yang telah
diolah
oleh
rangkaian penguat speaker diatas berfungsi sebagai
penguat
audio
(audio
amplifier).
kontroler. Hasil yang ditampilkan pada LCD
Bentuk rangkaian yang terdapat pada IC diatas
adalah hasil pengukuran suhu tubuh dari
adalah
sensor LM35. Data yang ditampilkan untuk pengukuran suhu dalam satuan derajat Celcius. 2.1.6 Bagian IC ISD (Output Suara) ISD
merupakan
singkatan
dari
Information Storage Device, sebuah singel chip yang berkualitas. Komponen CMOS terdiri dari oscilator on chip, mikrophone preamplifier, kontrol penguatan otomatis, penyaringan yang halus dan speaker amplifier. Pada
saat
merekam
kata
yang
akan
dikeluarkan, IC ISD 2590 diletakan pada soket
Gambar 2.7 Rangkaian di dalam IC LM380N
IC ISD 1. Sementara untuk memproses kata yang telah direkam oleh mikrokontroler, IC ISD
2.2 Perancangan Perangkat Lunak Perangkat lunak yang dirancang untuk
2590 dipindahkan pada soket IC ISD 2. sistim
ini
menjalan
adalah sistim
perangkat
lunak
mikrokontroler
untuk secara
keseluruhan, software ini dirancang dengan menggunakan bahasa assembly mikrokontroller AT89S51. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian rangkaian sensor suhu Pengukuran
dilakukan
dengan
memberikan panas dengan suhu tertentu pada Gambar 2.5 Rangkaian ISD 2590
sensor LM35 dan diukur dengan tegangan output
2.1.7 Bagian Speaker
yang
dihasilkan.
Kemudian
dibandingkan dengan tegangan output sensor LM 35 dari data book.
Pada saat suhu 0C,
output sensor LM35 mengeluarkan tegangan 0 volt. Setiap kenaikan 10C, output sensor LM35 akan naik sebesar 10 mVolt. Sensor LM35 membutuhkan power supply sebesar 5 volt. Gambar 2.6 Rangkaian Penguat speaker
64
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 3, Nomor 2, Maret 2008
Tabel 3.1 Pengukuran Sensor LM35
ISSN : 1858-3709
Pengujian bagian ADC Setelah keluaran sensor yang berupa
SUHU 0
( C)
OUTPUT
OUTPUT
Error
LM35
LM35 dari
(%)
(mVolt)
databook
tegangan
sebelum
dimasukkan
ke
mikrokontroler , output rangkaian sensor harus diubah
(mVolt)
maka
ke
dalam
bentuk
digital
karena
29
289
290
0,34
mikrokontroler hanya dapat menerima input
30
305
300
1,64
berupa digital. Oleh karena itu, keluaran harus
31
307
310
0,96
32
316
320
1,25
33
322,6
330
2,24
34
345
340
1,45
35
354
350
1,14
36
362
360
0,55
37
375
370
1,35
38
384
380
1,05
39
389
390
2,56
40
403
400
0,75
dihubungkan pada rangkaian ADC yang akan mengubah sinyal analog menjadi digital. Tabel 3.3 Pengukuran konversi ADC Suhu 0 ( C)
Data Konversi ADC (binner) 00101001 00110000 00110001 00110010 00110011 00110100 00110101 00110110 00110111 00111000 00111001 01000000
29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
Pengujian pada bagian penguat Penguat yang telah dirancang diberikan input tertentu kemudian dilakukan pengukuran pada bagian output dari penguat. Setelah itu dibandingkan dengan hasil perhitungan dari
Pengujian Sistem
penguat yang telah dirancang.
Pengujian
Kenaikan
sensor LM35DZ 1oC sebesar 10 mV. Sensor LM35 membutuhkan power supply sebesar 5 volt.
Pembacaan LCD (Desimal) 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
termometer
secara
keseluruhan
meliputi beberapa bagian yaitu : 1. Pengujian respon sensor LM 35 dan thermometer air raksa
Tabel 3.2 Pengukuran bagian penguat Input (mV)
Output Pengukuran (mV)
Output
Error
Perhitungan
(%)
(mV)
2. Pengujian pada output suara Pengujian
respon
sensor
LM
35
dan
termometer air raksa Pengujian ini dilakukan untuk menguji
289
578
580
0,34
305
610
600
1,66
307
614
620
0,96
Termometer air raksa. Pengujian ini dilakukan
316
632
640
1,25
dengan melakukan pengukuran waktu yang
322
645
660
2,24
diperlukan oleh sensor LM35 dan Termometer
345
690
680
1,47
air raksa mencapai pengukuran suhu tubuh
354
708
700
1,43
370C dari suhu ruangan awal 33 0C. dalam
362
724
720
0,55
percobaan ini, pengukuran dilakukan sebanyak
375
750
740
1,35
384
768
760
1,05
389
778
780
0,25
403
806
800
0,75
waktu
respon
dari
sensor
LM35
dan
dua kali untuk mendapatkan data kumulatif sehingga
didapat
waktu
rata-rata
yang
dibutuhkan oleh sensor dan termometer air raksa untuk mendapatkan suhu tubuh normal
65
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 3, Nomor 2, Maret 2008
yang tepat. Setiap kali pengukuran, suhu pada sensor
dikembalikan
pada
suhu
ISSN : 1858-3709
2. Mikrokontroller
ruangan.
AT89S51
dapat
diaplikasikan untuk mengukur suhu tubuh
Gambar 3.1 menunjukkan hasil pengujian dari
secara digital.
termometer air raksa.
3. Dengan menggunakan ISD 2590 kita dapat mengetahui suhu tubuh yang diukur berupa
thermometer air raksa
suara, sehingga orang yang cacat dalam
250
penglihatan pun dapat mengetahui suhu tubuh yang diukur.
200
w a k tu (d e tik )
4. Dari hasil pengujian, termometer digital 150 data 1 data 2 100
mempunyai respon yang cepat dalam pengukuran suhu tubuh jika dibandingkan dengan termometer air raksa.
50
DAFTAR PUSTAKA 0
33
34
35
36
37
data 1
7
16
23
57
210
data 2
23
30
35
90
180
suhu (oC)
Pengujian pada output suara ketepatan suara yang dikeluarkan oleh sistem. dilakukan
dengan
L.Scott,
1995,
The
Microcontroller, 2nd edition, Prentice Hall, Inc.,USA 3. Agfianto
Pengujian ini dilakukan untuk menguji ini
MCS-51, penerbit Graha Ilmu 2. McKenzie,
Gambar 3.1 Grafik suhu termometer air raksa terhadap waktu
Pengujian
1. Rahmad Setiawan, 2006, Mikrokontroller
Eko
Putra,
2004,
Belajar
Mikrokontroller AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi edisi 2
memutar
4. Intel, MCS-51 Family Of Single Chip
kembali semua kata yang telah direkam dalam
Microcomputer Users Manual, Intel Corp,
IC ISD2590. Hasil yang dicapai, semua kata
Santa Clara USA, 1981
tersebut dapat diputar kembali dengan baik tanpa ada kesalahan. Namun ada selang waktu pada setiap akhir pengucapan sebuah kata. Suara yang terdengar terkesan terpatah-patah. Hal ini terjadi karena sistem yang digunakan dalam memutar kembali suara yang telah direkam
dengan
memberikan
delaytime
sebagai jarak antar kata. 5. KESIMPULAN 1. Sensor LM 35 dapat diaplikasikan untuk mengukur suhu tubuh secara digital dengan pembacaan dibandingkan
data
yang jika
lebih
presisi
menggunakan
termometer air raksa.
66
