BAB III PERANCANGAN PERANGKAT KERAS DAN
3.2 Perancangan perangkat keras
Rangkaian pagar otomatis merupakan rangkaian yang dapat membuka dan menutup pintu pagar secara otomatis. Menggunakan tombol, RF dan Ethernet shield yang berkomuikasi melalui jaringan internet untuk dapat membuka dan menutup pintu pagar. Masing – masing dari rangkaian memiliki fungsi tersendiri dan saling berkomunikasi untuk dapat membuka dan menutup pintu pagar sesuai dengan tugas dari sistem tersebut. Adapun rangkaian yang dibuat terdiri dari dua bagian yaitu pada pagar dan pada mobil. Pada pagar terdiri dari tiga sistem yaitu:
Rangkaian sistem pembuka dan penutup pintu pagar menggunakan Tombol
Rangkaian sistem pembuka dan penutup pintu pagar menggunakan RF
Rangkaian sistem pembuka dan penutup pintu pagar menggunakan Ethernet shield
Sedangkan pada mobil terdiri dari satu sistem yaitu:
Rangkaian Reciver RF pembuka dan penutup pintu pagar otomatis
Pada rancangan ini semua komponen pada pagar dirangkaian pada sebuah mikrokontroler arduino yang memiliki chip ATmega 328-p sebagai pengendali utamanya. Mikrokontroler akan mendapat masukan dari tombol, RF dan Ethernet untuk dapat membuka dan menutup pintu pagar dengan cara mengendalikan motor untuk dapat berputar dengan bantuan driver motor.
Sedangkan pada rangkain mobil menggunakan mikrokontroler Atmega 328-p sebagai pengendalinya. Mikrokontroler akan menerima sinyal RF dari pagar ketika jaraknya berada pada tiga meter dari pagar kemudian RF saling berkomunikasi untuk membuka dan menutup pintu pagar. Penjelasan untuk tiap rangkaian dapat dilihat pada sub bab berikutnya.
Pada rancangan ini dibuat sebuah prototipe pagar untuk mengimplementasikan rancangan, pada prototipe ini dibuat sebuah pintu pagar yang ditarik dari putaran motor DC servo dengan torsi yang kecil. Pada prototipe ini motor DC servo dikendalikan melalui tiga sistem yang dirancang. Berikut merupakan komponen pagar yang digunakan dan penjelasan dalam implementasi prototipe:
1. Implementasi pagar menggunakan acrylic dengan ketebalam ± 0,4cm dengan ukuran 25 × 30 cm yang merupakan dudukan atau pondasi dari pagar.
2. Implementasi pintu pagar menggunakan acrylic dengan ketebalan ± 0,4cm dengan panjang jalur pagar 30cm, panjang pintu pagar 16cm
sehingga jalur yang digunakan untuk menutup dan membuka pintu pagar ± 14cm
3. Pintu pagar tersebut ditarik menggunakan benang nilon dengan panjang tali penarik untuk membuka pintu pagar 25cm dan panjang tali untuk menutup pintu pagar 20cm
4. Motor DC servo yang digunakan yaitu GWS dengan torsi 3,2 kg/cm untuk tegangan 6v, berat pintu pagar ±0,1kg implementasi menggunakan pintu pagar dari acrylic dengan ketebalan ±0,4cm. pada prototipe ini digunakan motor servo yang kecil dikarenakan berat pintu hanya 0,1kg.
5. Seluruh rangkaian dibuat pada prototipe board untuk dapat memudahkan dalam merangkai seluruh sistem.
Untuk komponen elektronik yang bersifat modul dapat dilihat penjelasan pada bab II, komponen untuk setiap sistem yang digunakan juga dijelaskan pada bab II. Penjelasan diatas merupakan komponen yang digunakan hanya sebagai implementasi dalam menguji perancangan rangkaian elektronik pintu pagar otomatis.
3.2.1 Rangkaian pada Sistem Tombol
Rangkaian ini yaitu kombinasi antara tombol sebagai trigger untuk membuka dan menutup pintu pagar, arduino sebagai mikrokontroler, driver motor dan motor sebagai penggerak pagar. Untuk tombol yang digunakan terdiri dari dua tombol yaitu tombol push bottom sekali tekan yang akan mengaktifkan rangkaian untuk membuka pintu pagar dan tombol kedua untuk menutup pintu
pagar. Sedangkan pada mikrokontroler menggunakan arduino yang terdiri dari rangkaian arduino dan chip ATmega 328-p yang memiliki 28 piranti. Pada pintu pagar dibuat juga limit switch yang berfungsi untuk memberhentikan pintu pagar pada posisi terbuka atau tertutup dan juga sebagai indikator bahwa pagar telah terbuka seluruhnya atau tertutup seluruhnya. Gambar rangkaian untuk tombol dapat dilihat dibawah ini
Gambar 3.2 Rangkaian membuka dan menutup pintu pagar dengan tombol Berikut merupakan penjelasan dari tiap piranti pada rangkaian membuka pintu pagar dengan tombol:
Piranti 13 (PD7) pada mikrokontroler Atmega 328-p (piranti digital 7 pada arduino) dihubungkan ke piranti 2 pada diver motor L293D yang merupakan piranti masukan dari mikrokontroler.
Piranti 12 (PD6) pada mikrokontroler Atmega 328-p (piranti digital 6 pada arduino) dihubungkan ke piranti 7 pada driver motor L293D yang merupakan piranti masukan dari mikrokontroler
Piranti 5 (PD3) pada mikrokontroler Atmega 328-p (piranti digital 3 pada arduino) dihubungkan ke tombol pertama.
Piranti 4 (PD2) pada mikrokontroler Atmega 328-p (piranti digital 2 pada arduino) dihubungkan ke tombol kedua.
Piranti 15 (PB1) pada mikrokontroler Atmega 328-p (piranti digital 9 pada arduino) dihubungkan ke limit switch close.
Piranti 14 (PB0) pada mikrokontroler Atmega 328-p (piranti digital 8 pada arduino) dihubungkan ke limit switch open.
Untuk piranti power dan piranti minimum sistem mikrokontroler telah disediakan papan arduino.
3.2.2 Rangkaian pada Sistem RF
Rangkaian ini merupakan rangkaian pembangkit sinyal radio, pada rangkaian ini RF yang digunakan yaitu modul RF 1020 kyl, rangkaian dibuat dua buah yaitu pertama pada pagar dan kedua pada mobil. RF ini dibuat saling berkomunikasi sehingga dapat membuat mikrokontroler memutar motor DC servo agar membuka pintu pagar dan menutup pintu pagar. Rangkaian modul RF pertama dirangkai pada mikrokontroler ATmega 328-p dan LCD 16 x 2 (Liquid Crystal Display) yang nantinya akan ditempatkan pada mobil.
Untuk rangkaian modul RF kedua dirangkai pada arduino yang dihubungkan ke driver dan motor yang akan di tempatkan pada pagar. LCD digunakan pada rangkaian pertama untuk pemberitahu bahwa pintu pagar telah terbuka atau tertutup. Pada pintu pagar dibuat limit switch untuk membatasi pintu pagar terbuka dan tertutup dan juga sebagai indikator pintu pagar telah terbuka dan tertutup. Rangkaiannya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.3 Rangkaian membuka dan menutup pintu pagar dengan RF pada rumah
Pada gambar diatas merupakan rangkaian antara mikrokontroler arduino (Atmega 328-p) sebagai pengendalai dari motor dengan bantuan driver dan RF sebagai penerima sinyal, sedangkan untuk infrared digunakan sebagai sensor untuk keberadaan mobil telah memasuki pintu pagar atau belum memasuki pintu pagar. Untuk RF dan infrared digambarkan dengan pin header, RF menggunakan
pin header 1x5 dan infrared pin header 1x3. Berikut merupakan penjelasan dari tiap piranti:
Piranti 2 RXD (PD0) pada atmega 328-p (piranti digital 0 pada arduino) dihubungkan piranti 4 RXD/TTL pada RF
piranti 3 TXD (PD1) pada atmega 328-p (piranti digital 1 pada arduino dihubungkan piranti 3 TXD/TTL pada RF
Piranti 1 dan 2 pada RF merupakan GND
Piranti 5 pada RF dihubungkan ke VCC yang merupakan sumber tegangan untuk RF sebesar 5V sesuai datasheet.
Piranti 11 (PD5) pada atmega 328-p (piranti digital 5 pada arduino) dihubungkan ke piranti 3 pada infrared berfungsi sebagai sensor penditeksi keberadaaan mobil.
Piranti 15 (PB1) pada mikrokontroler Atmega 328-p (piranti digital 9 pada arduino) dihubungkan ke limit switch close.
Piranti 14 (PB0) pada mikrokontroler Atmega 328-p (piranti digital 8 pada arduino) dihubungkan ke limit switch open.
Piranti 1 pada infrared dihubungkan ke VCC Piranti 2 pada infrared dihubungkan ke GND
Gambar 3.4 Rangkaian RF pada mobil
Pada rancangan ini, mikrokontroler dihubung pada LCD dan RF sebagai reciver sinyal dari pagar, LCD dihubungkan dengan metode 4bit yang memerlukan 6 buah line dan RF dihubungkan dengan menggunakan RX dan TX, Berikut merupakan penjelasan mengenai rangkaian dari tiap piranti:
a. 2 piranti kendali untuk LCD :
Piranti 18 pada mikrokontroler dihubungkan pada piranti RS (Register Select) dari LCD
Piranti 17 pada mikrokontroler dihubungkan pada piranti E (enable) LCD
b. 4 piranti bus data :
Piranti 13 pada mikrokontroler dihubungkan pada piranti D4 LCD Piranti 12 pada mikrokontroler dihubungkan pada piranti D5 LCD Piranti 11 pada mikrokontroler dihubungkan pada piranti D6 LCD Piranti 6 pada mikrokontroler dihubungkan pada piranti D7 LCD
Pada VEE (CONTR) Piranti 3 LCD dihubungkan dengan resistor variabel 5KΩ antara VCC dan ground berfungsi untuk mengatur tingkat kontras LCD. Karena LCD yang digunakan mempunyai back light, maka ditambahkan 2 piranti yaitu piranti 15 berfungsi untuk catu daya +5 Volt dan piranti 16 berfungsi sebagai ground.
c. 2 piranti untuk kendali RF :
Piranti 2 pada mikrokontroler dihubungkan pada piranti 4 RF kyl 1020 Piranti 3 pada mikrokontroler dihubungkan pada piranti 3 RF kyl 1020
Pada rangkaian ini digunakan juga IC 7805 sebagai penurun tegangan dari baterai 9V untuk dapat menghidupkan LCD, mikrokontroler dan RF. Konsumsi arus yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:
Rangkaian minimum mirokontroler Atmega328-p sesuai dengan datasheet membutuhkan konsumsi arus sekitar 25mA
Rangkaian LCD sesuai dengan datasheet membutuhkan konsumsi arus sekitar 3mA
Rangkaian RF sesuai dengan datasheet membutuhkan konsumsi arus sekitar 25mA untuk reciving dan 55 untuk transmitting
Jika dihitung maka konsumsi arus total yang digunakan dalam rangkaian RF pada mobil ini yaitu sekitar : 25mA + 3mA + 55mA = 83mA. Sehingga perancangan regulator yang dibuat menggunakan IC 7805 sebagai penurun tegangan dari baterai 9V, IC ini memiliki tiga buah terminal yaitu VCC masukan dari baterai, GND dan Vout tegangan keluaran yang diinginkan. Tegangan yang dihasilkan yaitu +5v sesuai dengan tegangan yang dibutuhkan oleh
mikrokontroler sebagai catu daya dan dapat memberikan arus sampai 1 amper sehingga kebutuhan komponen terpenuhi.
3.2.3 Rangkaian pada Sistem Ethernet Shield
Ethernet shield merupakan modul tambahan untuk arduino yang berfungsi untuk memberikan arduino koneksi terhadap jaringan baik untuk jaringan local atau pun online. Ethernet dirangkaikan dengan menempelkan modul tersebut diatas arduino sehingga piranti Ethernet shield dan papan arduino menempel.
Rangkaian ketiga ini antara Ethernet shield, arduino sebagai mikrokontroler, komputer sebagai jaringan local, driver dan motor untuk penggerak pagar. Pada rangkaian Ethernet ini menggunakan jalur SPI (serial pararel input) yaitu memiliki jalur 4 piranti yaitu SS (slave select), MISO (Master input slave output), MOSI(Master output slave input), SCK (Slave clock). Pada rangkaian ini ditambahkan juga limit switch untuk pintu pagar sebagai indikator pintu pagar telah terbuka atau tertutup seluruhnya. Rangkaian dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Berikut merupakan penjelasan dari tiap piranti rangkaian diatas:
Piranti 19 PB5 pada mikrokontroler atmega 328-p (piranti digital 13 pada arduino) dihubungkan pada piranti SCK (Slave clock) dari Ethernet shield. Piranti 18 PB4 pada mikrokontroler atmega 328-p (piranti digital 12 pada
arduino) dihubungkan pada piranti MISO (Master input slave output) dari Ethernet shield.
Piranti 17 PB3 pada mikrokontroler atmega 328-p (piranti digital 11 pada arduino) dihubungkan pada piranti MOSI (Master output slave input) dari Ethernet shield.
Piranti 16 PB2 pada mikrokontroler atmega 328-p (piranti digital 10 pada arduino) dihubungkan pada piranti SS (Salve select) dari Ethernet shield. Piranti 15 (PB1) pada mikrokontroler Atmega 328-p (piranti digital 9 pada
arduino) dihubungkan ke limit switch close.
Piranti 14 (PB0) pada mikrokontroler Atmega 328-p (piranti digital 8 pada arduino) dihubungkan ke limit switch open.
Pada gambar rangkaian diatas untuk Ethernet shield digambar menggunakan pin header, pin sebelah kanan untuk Ethernet menggunakan piranti header 1x6 2buah dan untuk pin sebelah kiri menggunakan pin header 1x8 2buah.
