PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
3.3 Perancagan Rangkaian
3.3.1 Rangkaian Mikrokontroler ATMega328
Rangkaian ini merupakan otak dari alat yang dibuat. Rangkaian ini menggunakan mikrokontroler ATMega328 sebagai pusat dari pemrosesan data.
Berikut gambar rangkaian yang digunakan pada alat ini:
Gambar 3.2 Skematik Rangkaian Mikrokontroler
Rangkaian ini terbagi atas 2 bagian utama, yaitu rangkaian minimum mikrokontroler ATMega328 dan rangkaian komunikasi mikrokontroler. Rangkaian minimum mikrokontroler terdiri dari rangkaian Reset yang dibentuk oleh R1, dan kemudian rangkaian pembangkit clock yang terdiri dari kristal Q1 dan 2 buah kapasitor C1 dan C2. Konektor J1 digunakan sebagai jalur pengisian bootloader mikrokontroler. C3 digunakan sebagai filter tegangan yang masuk ke mikrokontroler.
LED1 diperlukan sebagai indikator ada atau tidaknya tegangan pada mikrokontroler Ketika sudah dihubungkan ke power supply. LED2 digunakan sebagai sarana pengujian rangkaian ketika rangkaian sudah dibuat.
Bagian lainnya adalah bagian komunikasi. Rangkaian ini digunakan sebagai jalur untuk memasukkan program ke memori mikrokontroler. Rangkaian ini dibangun dari IC CH340G yang merupakan konverter komunikasi USB ke
UART-TTL. Ini diperlukan agar mikrokontroler yang hanya mempunyai fasilitas komunikasi serial UART-TTL dapat berkomunikasi dengan PC yang mempunyai fasilitas port USB. Sebagai pembangkit clock pada rangkaian komunikasi ini, digunakan kristal Q2, dan C4, C5. Jika led yang terhubung pada pin 4 sudah dapat berkedip dengan jeda 1 detik ketika program tersebut dieksekusi mikrokontroler, maka dapat dikatakan rangkaian mikrokontroler yang dibuat sudah dapat bekerja dengan normal.
3.3.2 Rangkaian LCD
Pada alat ini, display yang digunkan adalah LCD ( Liquid Cristal Display).Pada blok ini tidak ada tambahan komponen karena mikrokontroler dapat langsung menerima data langsung ke LCD Berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang digunakan pada alat yang dibuat:
Gambar 3.3 Skematik Rangkaian LCD
Rangkaian ini dibangun dari sebuah IC PCF8574T yang berperan untuk mengkonversi perintah yang didapat melalui komunikasi I2C menjadi logika digital di tiap pin outputnya (P0 s.d. P7). Logika – logika digital tersebut lah yang menjadi logika untuk mengaktifkan LCD. Dengan demikian, untuk mengendalikan LCD, mikrokontroler hanya membutuhkan 2 pin yaitu pin SDA dan SCL. Pin 1,2, dan 3 dari IC PCF8574T dihubungkan pada resistor pull-up yang mengakibatkan logikanya selalu bernilai 1. Sesuai dengan datasheet IC ini, jika di pin-pin tersebut diberika
logika 1, maka address untuk pemrograman ic ini akan menjadi 0x27. Trimpot R4 digunakan untuk mengatur kontras dari karakter yang muncul pada saat LCD dinyalakan.
3.3.3 Rangkaian Sensor pH
Pada prinsipnya, modul sensor PH ini akan mengukur PH dari 0 hingga 14. Pada PH = 0, diharapkan tegangan output modul sensor ini adalah 0 V dan pada saat PH = 14, tegangan output yang diharapkan adalah 5V sesuai dengan rentang input analog dari mikrokontroler yang digunakan. Agar hasil tersebut dapat diperoleh, maka diperlukan kalibrasi tegangan output pada sensor ini. Untuk mengkalibrasi sensor tersebut, dilakukan Langkah sebagai berikut:
a. Probe pada rangkaian ini dilepas terlebih dahulu dari rangkaian.
b. Rangkaian dihubungkan pada catu daya 5V.
c. Pin BNC pada probe dihubung
d. Dilakukan pengukuran tegangan pada pin P0 rangkaian Sensor PH
e. Trimpot adjust pada rangkaian diputar agar tegangan output yang diukur menunjukkan 2,5V DC.
Gambar 3.4 Skematik Rangkaian Sensor pH
Sensor ini akan merubah pH larutan yang ada probenya menjadi tegangan analog.
Besar teganganan alog pada output dari rangkaian ini akan dideteksi oleh mikrokontroler. Kaki 1 sensor pH dihubungkan ke GND, kaki 2 dihubungkan ke mikrokontroler dan kaki 3 dihubungkan ke LCD. Modul sensor yang digunakan adalah modul SEN0161. Berikut gambar modul sensor dan table koneksi modul sensor pH SEN0161 dan mikrokontroler yang digunakan.
3.3.4 Rangkaian Sensor TDS
Agar mengukur jumlah zat padat yang terlarut dalam 1 liter larutan, maka mikrokontroler dihubungkan kemodul sensor TDS. Modul sensor TDS ini merupakan modul sensor TDS yang diproduksi oleh Gravity. Modul ini akan menghitung jumlah zat padat yang terlarut pada cairan dan mengubahnya menjadi tegangan agar dapat dibaca oleh mikrokontroler. Berikut merupakan gambar modul yang digunakan pada alat ini, serta table koneksi antara modul sensor TDS dan rangkaian mikrokontroler yang digunakan pada alat ini.
Gambar 3.5 Skematik Rangkaian Sensor TDS
3.3.5 Rangkaian Power Supply
Agar alat dapat digunakan, maka dibutuhkan sebuah catu daya yang memberikan daya pada seluruh rangkaian. Sensor, display dan mikrokontroler umumnya menggunakan tegangan 5V DC agar dapat bekerja. Untuk itu dibangun sebuah sistem power supply yang mempunyai output 5V DC. Berikut merupakan rangkaian power supply yang digunakan pada alat ini:
Gambar 3.6 Skematik Rangkaian PSA
Rangkaian ini dibangun dari IC LM2576 yang merupakan ic converter penurun tegangan. Rangkaian jenis ini dipilih karena lebih efisien dibanding dengan linear regulator biasa. LM2576 merupakan IC regulator switching yang mampu memberikan arus 3A pada tegangan 5V. Regulator jenis ini hanya memerlukan sedikit komponen tambahan untuk dapat dioperasikan.
3.3.6 Rangkaian ESP8266-01
Untuk menguhubungkan rangkaian mikrokontroler ke jaringan internet, digunakan modul ESP8266-01. Modul ini dapat dikontrol menggunakan protocol AT Command melalui port UART pada mikrokontroler yang digunakan. Modul ESP8266-01 ini bekerja pada supply tegangan 3,3V DC. Untuk itu diperlukan
regulator tegangan supply 3,3V untuk mensupply daya pada rangkaian ini. Regulator yang digunakan adalah AMS1117 yang akan meregulasi tegangan input 5V menjadi 3,3V untuk di supply ke modul ESP8266-01. Berikut merupakan skematik rangkaian yang digunakan pada alat ini:
Gambar 3.7 Skematik Rangkaian ESP8266-01
Untuk jalur komunikasi modul ESP8266-01 dengan mikrokontroler juga diperlukan sebuah rangkaian pengubah level tegangan 5V ke 3,3V. Hal ini dikarenakan batas maksimum tegangan logika HIGH yang diperbolehkan pada modul ini adalah 3,3V. Rangkaian pengubah level tegangan 5V ke 3,3V tersebut dibentuk dari transistor BSS138 yang dioperasikan sebagai transistor switching.
Dengan demikian, jika inputnya diberikan logika 1 (5V DC), maka outputnya akan menjadi logika 1 dengan tegangan 3.3V DC. Demikian pula jika logika inputnya adalah 0 (0 V DC), maka outputnya juga bernilai 0 (0 V DC).
Sesuai gambar diatas, pin Drain Q1 (pin RX_UC) dihubungkan ke pin Rx pada port UART mikrokontroler yang digunakan. Pin Drain Q2 (pn TX_UC) dihubungkan ke pin Tx pada port UART mikrokontroler yang digunakan. Melalui kedua pin inilah mikrokontroler akan berkomunikasi dengan modul ESP8266-01.
3.4 Perancangan Perangkat Lunak