BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Diagram Blok Sistem
Dalam perancangan dan pembuatan alat untuk pengontrol dan pengendali miniatur lampu HMP ini diharapkan akan menghasilkan suatu sistem yang dapat mengontrol dan mengendalikan lampu dari jarak jauh. Perancangan alat pengontrol dan pengendali lampu ini di realisasikan sesuai dengan komponen yang mudah didapat. Pembuatan alat dibedakan dalam beberapa blok perangkat yang masing-masing blok mempunyai fungsi. Gambaran umum mengenai sistem kerja dan pembagian blok sistem dari penelitian ini ditunjukkan pada gambar 3.1.
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem
Dari gambar diagram blok sistem diatas dapat dijelakan cara kerja sistem adalah sebagai berikut. Suatu perangkat web browser client yang bisa berupa sebuah perangkat komputer atau gadget bertugas memberikan perintah kepada arduino UNO untuk mengoperasikan relay sehingga relay bekerja menghidup dan mematikan lampu. Untuk bisa berkomunikasi dengan komputer atau gadget, arduino UNO disini dibantu oleh sebuah alat tambahan dari perangkat arduino UNO itu sendiri yang dinamakan dengan Ethernet Shield. Ethernet Shield bekerja dengan memanfaatkan jaringan intranet local area network yang dibantu dengan sebuah alat router yang dinamakan TP-LINK. Catu Daya (DC) Ethernet Shield Arduino UNO LAN Relay Lampu 1 Relay Relay Lampu 2 Lampu 3 AC (220 volt) WiFi
30
Adapun fungsi dan peran dari masing-masing komponen diatas adalah sebagai berikut:
No Komponen Fungsi dan Peran
1 Laptop / Gadget Memberikan perintah kepada arduino UNO untuk mengeksekusi program
2 TP-LINK Sebagai media penghubung dan komunikasi antara laptop / gadget dengan Ethernet shield dengan memanfaatkan jaringan LAN
3 Ethernet Shield Menghubungkan Arduino board dengan jaringan internet
4 Arduino UNO Sebagai sistem kontrol dari semua rangkaian pengontrol dan pengendali miniatur lampu HMP 5 Catu Daya (DC) Memberikan sumber tegangan DC ke rangkaian
Arduino Uno, Ethernet Shield dan Relay
6 Relay Sebagai saklar elektronika yang bertugas menghidup dan mematikan lampu
7 LED Driver / Ballast Mengkonversi tegangan listrik AC ke DC dengan tegangan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh lampu
8 Lampu Sebagai objek yang diuji
3.2 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Dalam merancang perangkat keras yang digunakan pada prototipe ini, penulis menggunakan komponen sebagai berikut:
1. Arduino UNO 2. Ethernet Shield 3. Relay
4. LED Driver 5. Lampu LED
6. Miniatur Tiang Lampu beserta armature LED 7. Router TP-LINK
8. Jumper Wire 9. Dll.
3.2.1 Arduino UNO
Arduino UNO adalah sebuah mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega 328 (datasheet). Arduino UNO seperti yang terlihat pada Gambar 3.2 mempunyai 14 pin digital input/output (6 diantaranya dapat diguanakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah oscillator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power
32
Gambar 3.2 Rangkaian Arduino UNO
Untuk data-data spesifikasi dari Arduino UNO secara ringkas bisa dilihat pada tabel 3.2 dibawah ini.
Mikrokontroler ATmega 328 Tegangan Pengoperasian 5 V Tegangan Input Yang
Disarankan
7 -12 V
Batas Tegangan Input 6 – 20 V
Jumlah Pin I/O Digital 14 (6 diantaranya menyediakan keluaran PWM)
Jumlah Pin Input Analog 6
Clock Speed 16 MHz
Untuk mengetahui koneksi pin ATmega 328 dengan pin Arduino UNO bisa dilihat pada tabel 3.3
PIN Atmega328 PIN Arduino
UNO PIN ATmega328
PIN Arduino UNO 1 15 9 (PWM) 2 0 (RX) 16 10 (PWM) 3 1 (TX) 17 11 (PWM) 4 2 18 12 5 3 (PWM) 19 13 6 4 20 7 21 8 22 9 23 1 analog IN 10 24 2 analog IN 11 5 (PWM) 25 3 analog IN 12 6 (PWM) 26 4 analog IN 13 7 27 5 analog IN 14 8 28 6 analog IN
Tabel 3.3 Data Spesifikasi Arduino UNO
3.2.2 Ethernet Shield
Peran Ethernet Shiled disini adalah untuk meneruskan perintah dari laptop atau handphone ke Arduino UNO untuk mengoperasikan relay agar mengidupkan dan mematikan lampu. Berikut ini adalah gambar rangkaian Ethernet Shield.
34
Gambar 3.3 Rangkaian Ethernet Shield
Untuk menghubungkan dan menggunakan modul hingga dapat terkoneksi internet cukup mudah, hanya membutuhkan waktu beberapa menit saja.caranya dengan memasangkan modul tersebut di atas Arduino bord, sambungkan dengan kabel network RJ45 , ikuti tutorial pemogramannya (menggunakan pustaka Ethernet yang sudah tersedia di paket perangkat lunak Arduino IDE), dan Arduino Anda siap dikendalikan lewat internet.
Di dalam arduino ethernet sendiri terdapat slot mikro SD yang berbungsi sebagai tempat penyimpanan file sedangkan untuk mengakses mikro SD card mengunakan library SD ,untuk jenis arduino board yang bisa di pasangkan dengan ethernet shield W5100 yaitu arduino uno dan mega. Berikut ini spesifikasi dari Ethernet Shield:
1. chip Wiznet W5100 dengan internal buffer 16 Kb, 2. kecepatan koneksi 10 / 100Mb (Fast-Ethernet), 3. Papan ini terhubung dengan Arduino melalui port SPI,
4. Dapat mendukung hingga 4 koneksi simultan.
3.2.3 Relay
Peran dan fungsi relay disini adalah sebagai saklar otomatis untuk menghidup dan mematikan lampu, dimana relay disini bekerja sesuai dengan perintah yang arduino berikan kepadanya. Relay akan bekerja apabila memperoleh input logika
High dari arduino dan begitu sebaliknya relay akan berhenti bekerja apabila
36
Gambar 3.4 Rangkaian Relay
3.2.4 LED Driver
Karena lampu yang digunakan disini adalah lampu dengan jenis LED sehingga membutuhkan LED Driver untuk mengubah tegangan sumber yang merupakan sumber AC 220 Volt menjadi tegangan DC sesuai dengan yang dibutuhkan oleh lampu. Berikut ini data spesifikasi LED Driver yang digunakan.
Model JPN-010SP
Uin 100-240 VAC
Uout 18-35 VDC
Lin 85-200 mA
Lout 300 mA
Pout 6-10*1W
Tabel 3.4 Data Spesifikasi LED Driver
3.2.5 Lampu dan Miniatur Tiang beserta Armaturnya
Lampu yang digunakan disini adalah dari jenis lampu LED MR16 dengan daya 5 watt. Alasan menggunakan lampu dengan jenis ini adalah karena menyesuaikan dengan miniatur tiangnya yang sudah satu set dengan armaturnya yang memakai jenis lampu MR16.
3.2.6 Router
Fungsi Router disini adalah untuk membagi atau mendistribusikan IP address, baik itu secara statis ataupun DHCP atau Dynamic Host Configuration Procotol kepada semua komputer yang terhubung ke router tersebut. Dengan adanya IP address yang unik yang dibagikan router tersebut kepada setiap komputer dapat memungkinan setiap komputer untuk saling terhubung serta melakukan komunikasi, baik itu pada LAN atau internet. Sehingga dengan adanya router ini laptop atau handphone bisa melakukan komunikasi dengan Arduino UNO yang tentunya dibantu
38
dengan Ethernet Shield agar tersambung ke jaringan LAN yang telah dibentuk oleh router. Untuk router yang digunakan disini adalah TP-LINK TL-MR3420 dengan spesifikasi sebagai berikut:
Interface
1 USB 2.0 Port for
LTE/HSPA+/HSUPA/HSDPA/UMTS/EVDO USB Modem 1 10/100Mbps WAN Port, 4 10/100Mbps LAN Ports, support the auto-Negotiation and auto-MDI/MDIX
Button
WPS/Reset Button Wireless On/Off Switch Power On/Off Button External Power Supply 12VDC/1A
Dimensions ( W x D x H ) 8*5.4*1.7 in. (204*138*44 mm)
Antenna Type Omni directional, Detachable, Reverse SMA Antenna Gain 2x5dBi
Wireless Standards IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n Frequency 2.4-2.4835GHz
Transmit Power <20dBm
Wireless Security Support 64/128 bit WEP, WPA-PSK/WPA2-PSK, Wireless MAC Filtering
3.2.7 Perancangan Arduino UNO dan Ethernet Shield
Sistem kendali pada arduino uno memiliki 6 pin analog dan 14 pin digital. Alasan memilih arduino uno karena jumlah pin dan memori pada arduino uno cukup untuk pengoperasian alat, Untuk perancangan rangkaian arduino uno dengan Ethernet shield dapat dilihat pada gambar 3.5
Gambar 3.5 Rangkaian arduino uno dan ethernet shield
Untuk menghubungkan arduino dengan Ethernet shield sebenarnya tidak diperlukan kabel lagi dikarenakan pada keduanya sudah terdapat socket sehingga apabila ingin mengubungkan keduanya hanya tinggal menancapkan Ethernet shield
40
diatas arduino uno saja, untuk pemasangan Ethernet shield pada arduino uno dapat dilihat pada gambar 3.6
Gambar 3.6 Cara Pemasangan Internet Shield pada Socket Arduino Uno
3.2.8 Perancangan Ethernet Shield dengan Relay
Ethernet shield merupakan alat yang digunakan untuk membantu arduino agar bisa berkomunikasi dengan laptop maupun handphone sehingga proses ini merupakan proses membuat rangkaian dan menghubungkan pin-pin yang ada pada Ethernet shield dengan relay agar arduino dapat memerintahkan relay saat arduino menerima perintah dari laptop maupun handphone. Pengontrolan on atau off lampu dapat dilakukan dari jarak jauh dengan menggunakan laptop / gadget yang telah terhubung dengan jaringan LAN sehingga bisa memerintahkan relay untuk menghidup dan mematikan lampu. Untuk rangkaian Ethernet Shield dengan Relay dapat dilihat pada gambar 3.7 dibawah ini.
Gambar 3.7 Rangkaian Ethernet Shield dengan Relay
Dari gambar diatas dapat kita lihat bahwa pin yang digunakan untuk mengoperasikan lampu adalah pin 4, 5 dan 6 dimana pin 4 pada Ethernet Shield dihubungkan dengan pin IN 1 pada Relay sehingga relay ini dapat bekerja sesuai dengan perintah yang diberikan arduino kepadanya. Pin 5 pada Ethernet Shield dihubungkan dengan pin IN 2 pada Relay dan pin 6 pada Ethernet Shield dihubungkan dengan pin IN 3 pada Relay. Karena lampu yang digunakan hanya berjumlah 3 buah saja maka relay yang digunakan pun hanya 3 buah saja dan pin IN 4 pada relay tidak digunakan. Untuk pin 5V pada Ethernet shield dihubungkan dengan pin VCC pada relay yang berfungsi untuk memberikan tegangan input sebesar 5 volt DC yang digunakan untuk mengoperasikan relay. Dan untuk pin GND pada Ethernet shield dihubungkan dengan pin GND pada relay.
42
3.2.9 Perancangan Relay untuk kontrol lampu
Pengontrolan on atau off lampu dapat dilakukan dari jarak jauh dengan mengakses web browser pada laptop ataupun handphone dengan memasukan url yang telah di tentukan. Untuk rangkaian relay akan dihubungkan ke arduino uno pada pin yang sudah ditentukan. Adapun relay yang digunakan dalam perancangan modul ini adalah relay SPDT (single Pole Double Throw). Relay akan bekerja apabila memperoleh input logika High dari arduino. Untuk rangkaian relay pengontrol lampu dapat dilihat pada gambar 3.8
Gambar 3.8 Rangkaian Relay untuk pengontrolan lampu
Pada gambar diatas Input pada Led Driver dihubungkan dengan sumber AC 220 Volt dan Outputnya untuk kabel positifnya dihubungkan kontak NO K1 pada relay dan kontak NO relay K1, K2 dan K3 di Couple, untuk kabel negatifnya dihubungkan
langsung dengan ketiga kabel negatif pada lampu LED dan untuk kabel positif pada lampu 1 dihubungkan dengan kontak NO relay K1, kabel positif pada lampu 2 dihubungkan dengan kontak NO relay K2 dan kabel positif pada lampu 3 dihubungkan dengan kontak NO relay K3.
3.3 Perancangan Program
Perancangan dan pembuatan program ini pada umumnya dilakukan ditahap akhir, setelah perancangan mekanik dan elektrik terselesaikan. Karena dalam proses pemograman pada umumnya programmer melakukannya dengan cara uji coba alat sehingga apabila ada kesalahan dalam program dapat diketahui dan diperbaiki langsung. Pemograman adalah memasukkan suatu informasi atau kode-kode (coding) kedalam suatu mikrokontroler. Dimana nantinya alat ini dapat beroperasi sesuai perencanaan awal. Begitu pula dengan alat pengontrol dan pengendali lampu ini, diharapkan nantinya lampu ini bisa dioperasikan melalui laptop ataupun handphone dari jarak jauh. Fungsi dari alat ini adalah untuk menghidup dan mematikan lampu dari jarak jauh dengan memanfaatkan jaringan LAN (Local Area Network).
3.3.1 Aplikasi Program Arduino
Setelah semua komponen dirangkai, langkah selanjutnya adalah membuat program pada aplikasi program Arduino IDE. Program Arduino berisikan perintah-perintah yang akan dikerjakan Ethernet Shield dan relay untuk menghidupkan dan
44
mematikan lampu sesuai perintah yang diberikan oleh laptop ataupun handphone. Keterangan pin yang dipakai pada arduino sebagai acuan dalam pemograman tertera pada tabel 3.6 dibawah ini
No Pin Arduino Kegunaan
1 4 Lampu 1
2 5 Lampu 2
3 6 Lampu 3
4 5V Sumber DC 5V untuk Relay dan Ethernet Shield
5 GND Ground Relay dan Ethernet Shield
Tabel 3.6 Kegunaan Pin Pada Arduino
Berikut ini adalah program yang telah dibuat pada Arduino UNO IDE untuk control lampu. #include <SPI.h> #include <Ethernet.h> int led1 = 4; int led2 = 5; int led3 = 6;
byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; byte ip[] = { 192, 168, 0, 46 }; byte gateway[] = { 192, 168, 0, 1 };
byte subnet[] = { 255, 255, 255, 0 }; EthernetServer server(80); String readString; void setup() pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); pinMode(led3, OUTPUT); client.println("<TITLE>Simulasi TA</TITLE>"); client.println("</HEAD>"); client.println("<BODY>"); client.println("<H1>Lighting Control</H1>"); client.println("<br />"); client.println("</BODY>"); client.println("</HTML>"); delay(1) if (readString.indexOf("?button1on") >0){ digitalWrite(led1, LOW); } if (readString.indexOf("?button2off") >0){ digitalWrite(led2, HIGH);} if (readString.indexOf("?button3on") >0){ digitalWrite(led3, LOW);} if (readString.indexOf("?button3off") >0){ digitalWrite(led3, HIGH);} readString=""; } } } } }
46
3.3.2 Flowchart
Untuk memahami bagaimana kinerja alat ini dalam melakukan operasinya, berikut akan dipaparkan dalam sebuah diagram (Flow Chart).
Gambar 3.9 Flow Chart
Laptop/Handphone mengirimkan perintah untuk
menghidupkan/mematikan lampu
Perintah diterima oleh arduino Terdapat Jaringan LAN Ya Tidak Relay bekerja Cek TP-LINK Lampu Hidup/Mati OK Cek sumber listrik lampu Selesai Ya Tidak Start
3.4 Rangkaian Alat Secara Keseluruhan
Berikut ini adalah rangkaian alat secara keseluruhan dan gambar fisik alat yang sudah jadi.
