makalah perancangan air mancur menggunakan ATmega 16

(1)

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN AIR MANCUR MENGIKUTI IRAMA MUSIK

MENGGUNAKAN ATMEGA 16

Herry Widya Hartanto

Abstrak

Air mancur sebagai bagian dari sebuah taman yang sangat menarik (dan dapat membuat suasana taman menjadi lebih indah dan lebih segar untuk dipandang. Akan tetapi biasanya pola dari air mancur yang seringkali kita lihat biasanya tetap. Hal ini dapat membuat seseorang menja di bosan apabila memperhatikan pola dari air mancur dalam jangka waktu tertentu. Oleh karena itulah maka dalam tugas akhir ini akan dibuat suatu alat pengontrol bentuk semburan pada air mancur, dengan pola semburan air yang bervariasi sehingga lebih atraktif dan menarik serta sewaktu-waktu dapat diubah dengan mengutamakan suara musik. Alat ini dibuat dengan untuk Mengendalikan air mancur yang akan dihasilkan dan dinamai dengan Perancangan dan Pembuatan Air Mancur Menggunakan Mikrokontroler ATMega 16.Air Mancur ini merupakan alat kontrol yang digunakan untuk mengatur semburan air mancur se hingga air yang ke luar bukan hanya semburan yang continue

Abstract

Fountain is apart of park, with is beautifuly made is order to make the park being fresh and beautiful to be looked. The pattern of fountain's outpouring wich often we see usually monotonous . As the result it will cause someone feels boring to watch the outpouring of the fountain in the certain time. This thesis is about making a tool which able to controll the outpouring of fountain, with some variation and unmonotonous, so it will be more attractive and eye-catchin. It also can be changed in anytime we want sound. This tool is made with capability to control the fountain. The name of this tool is water chop animation with ATMega 16. Waterfall animation is a control tool to arrange or control the outpouring of fountain so it will produce not only a monotonous outpouring..

1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Air Mancur merupakan sebuah

pengaturan air yang keluar dari sebuah sumber, mengisi baskom dengan bentuk tertentu, dan disalurkan ke baskom lainnya. Air mancur bisa berupa air mancur tembok

atau berdiri bebas. Air mancur dapat dibuat di dalam berbagai wadah seperti batu, beton atau logam. Air di suatu baskom dapat dialirkan ke baskom lainnya dan ditata dalam berbagai tingkat. Kebanyakan air mancur ditata dalam kolam atau baskom kecil, atau kolam di taman. Dan sering kali orang bersantai ketika saat menikmati air mancur yang yang bisa menari ada yang sambil kerjakan tugas atau bercanda bersama teman-teman.

Dari keadaan diatas maka penulis

mempunyai ide untuk menggabungkan antara musik dan irama air mancur sehingga terbentuk suasana yang semakin relax lagi pada orang yang sedang melihat air mancur tersebut. Air mancur ini bisa berputar kekanan dan kekiri dan juga

memberikan cahaya yang terang saat malam hari sehingga akan terasa nyaman. Pada skripsi ini, membangun air mancur sebagai keindahan tempat hiburan, tempat tinggal. dll. Dari masukan sensor volume meter dari music tersebut akan diolah oleh

mikrokontroler Atmega 16 dan

menggerakan semburan-semburan air dengan berbagai variasi sesuai irama musik

1.2. Batasan Masalah

Untuk mencapai tujuan penyelesaian tugas akhir ini secara maksimal, maka diperlukan

batasan masalah yang diharapkan agar

permasalahan tidak meluas dan tetap fokus pada tujuan utama. Adapun batasan-batasan pada skipsi ini yaitu :

1) Air mancur utama bergerak kekanan dan kekiri

2) Mengunakan Mikrokontroler Atmega 16. 3) Jumlah solenoid menggunakan tujuh (7)

buah

4) Input music menggunakan line out pada komputer

(2)

5) Menggunakan LED sebagai pencahayaan

2. Teori Singkat Teori VU meter

VU meter (Volume Unit meter) merupakan salah satu pelengkap dari perangkat audio dan saat ini banyak dikembangkan misal pada tape compo, power amplifier dan aplikasi-aplikasi audio pada computer. Pada dasarnya VU meter adalah sebuah tampilan dalam bentuk grafik yang bergerak mengikuti irama atau perubahan tekanan suara pada frekuensi-frekuensi tertentu. Gerakan pada VU meter mewakili besarnya gain (dB) yang dihasilkan dari suara audio. Selain itu VU meter juga dapat menambah kesan lebih menarik dan lebih hidup bagi pendengar. Pada umumnya VU meter dibagi menjadi 2 bentuk yaitu vu meter analog dan VU meter digital

Gambar 2-1: Bentuk fisik VU meter analog

dan level bar[1]

2.1 Amplifier non inverting

Amplifier non inverting adalah rangkaian penguat tidak membalik fungsi dari alat ini

merupakan penguat amplitude yang

terdapat pada sinyal music.

Gambar 2-2: rangkaian non inverting 2.2 Rangkaian VU meter

Rangkaian VU meter ini menggunakan

sebuah IC LM3915 berfungsi

membandingkan level tegangan input terhadap tegangan referensi. Pada IC ini telah tersedia sumber tegangan referensi sekitar 1.25V sehingga tidak diperlukan lagi referensi dari luar.

2-3: Gambar Symbol Ic Lm3915 2.3 Dot Matrix

Dot matrix adalah titik titik yang membentuk sebuah matrix dimana setiap titik tersebut adalah led, untuk membentuk sebuah dot matrix 8x5 dibutuhkan 40 buah led. Inilah bentuk fisik dari dot matrix dapat dilihat pada gambar 2.2 :

Gambar 2-2 : Dot Matrix 2.3 Mikrokontroller ATMEGA16

Mikrokontroler AVR (Alf and

Vegard’s Risc Processor) memiliki arsitektur 8 bit, di mana semua instruksi di kemas dalam kode 16-bit (16-bit word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction

Set Computing), sedangkan seri MCS51

berteknologi CISC (Complex Instruction

Set Computing). Secara umum, AVR dapat

dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada

dasarnya yang membedakan

masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. [2]

Arsitektur Mikrokontroller ATMEGA 16

(a)

(3)

Gambar 2-3 : Blok Diagram

Mikrokontroller ATMEGA 16[4]

2.4 Solenoid valve

Valve solenoid berfungsi untuk

mengalirkan dan memutuskan aliran air pada saluran air.

Gambar 2-4: Solenoid Valve

3. Perencanaan dan pembuatan alat 3.1 Pendahuluan

Dalam perancangan ini dilakukan bertahap blok demi blok untuk memudahkan penganalisaan sistem setiap bagian maupun sistem secara keseluruhan. Perancangan dan pembuatan sistem ini terdiri dari dua

perancangan utama, yaitu perancangan

perangkat keras (hardware) dan perancangan

perangkat lunak (software), disamping

beberapa aspek lainnya yang juga perlu dijelaskan dalam pembahasan bab ini seperti blok diagram dan prinsip kerja sistem.

Perancangan perangkat keras

(hardware) dan perangkat lunak (software) dapat dijelaskan sebagai berikut :

 Perancangan dan pembuatan perangkat keras (hardware)

Meliputi penggunaan Mikrokontroler

ATMEGA16, Dot Matrik, selenoid valve.

 Perancangan dan pembuatan perangkat lunak (software)

Meliputi perancangan flowcart yang akan menunjukkan sistem kerja alat secara menyeluruh.

Gambar 3-1: Perencanaan Blok Diagram perangkat Keras

Fungsi dari masing-masing bagian adalah:  Amplifier

Berfungsi sebagai penguat sinyal awal pada sebiuah system agar dapat diproses selanjutnya

 IC Lm3915

Sebagai pengkonversi sinyal music menjadi level tegangan

 Mikrokontroller ATMEGA 16

Berfungsi sebagai pengontrol utama dari sistem alat ini.

 ULN2003

Sebagai driver relay  Relay

Sebagai saklar lampu dan solenoid valve

 Selenoid Valve

Berfungsi untuk membuka atau

menutup saluran air secara otomatis.  Display Dot Matrix 5x8

Sebagai penampil untuk simulasi

system

Mk

Line out audio

Amplifie

r

Pengkon versi sinyal

Mk

Selenoid ULN203A Lampu Display dot matrix Rela

y

(4)

3 2 1 8 4 U1:A 1/2 TL072 5 6 7 8 4 U1:B 1/2 TL072 R220k R110k R3 100k R4 12 R5 12 +12V -12V +12V -12V 1 2 J1 input audio 0,02 mV 1 2 J2 Output amplifier 0.04 mV 3.2 Prinsip kerja

Prinsip kerja dari Pada sinyal dari line out yang relative kecil untuk bisa dimasukan ke dalam proses pembagian level tegangan maka terlebih dahulu harus dikuatkan oleh rangkaian amplifier dengan

rangkaian non-inverting amplifier.

Selanjutnya sinyal audio tersebut akan dimasukan kedalam rangkaian VU meter yang berfungsi mengkonversi sinyal analog keluaran dari amplifier dan menghasilkan level tegangan analog. Dari level voltage analog yang berupa common negative bisa dimasukan kedalam port A0…A7 stelah itu dipasang sebuah resistor pull up untuk

menjadikan pada posisi high 5V.

Selanjutnya sinyal tersebut akan dibagi-bagi berdasarkan range dari analog level tersebut. Sehingga dari pembagaian range tersebut

didapatkan sebuah batasan untuk

menghasilkan output yang berbeda-beda. Dan keluaran dari mikrokontroler pada Port D0…D6 dimasukan kedalam ULN2003A sebagai driver dari relay yang natinya akan berkerja membuka dan menutup solenoid valve dan driver lampu.

3.3 Perangkat keras

1. Amplifier non inverting

Sinyal output dari rangkaian audio pada umunya relativ kecil sebab input audio

diambil dari line out yang belum

mengalami penguatan sinyal audio. Oleh karena itu input harus dikuatkan terlebih dahulu sebelum sinyal diolah. Untuk penguatan menggunakan rangkaian non-inverting amplifier. Berikut gambar rangkaian amplifier.

Gambar 3.2rangkaian Amplifier Non Inverting

Untuk memenuhi range dari tegangan reverensi pada input VU meter maka dibutuhkan penguatan sebesar 3 kali dan R1 ditetapkan 10K maka ,R2dan R3

1 2 R R 1 G  (3.1)







k

R

10

1

3

2







k

R

10

1

3

2 2

10

2 

k





R





k

R

₂

20

Untuk kopling DC yang dilewatkan diatas 20Hz maka 1 1 2 1 C R fc 

_

2. Rangkaian VU meter

Rangkaian ini sudah dapat diaplikasikan langsung. Dimana R1 dipasang agar arus yang keluar dapat diterima oleh mikrokontroler . maka R1 dibuat cukup kecil (390) Dalam perancangan rangkaian rangkaian VU meter ini keluaran dari rangkaian akan disambungkan kedalam input mikrokontroler sebagai pemicu untuk diproses.

Gambar 3-5 rangkaian IC LM3915N

3. Mikrokontroller ATMEGA16

Perancangan pada mikrokontroler

ATMEGA16 ini dibuat dengan tujuan untuk memproses nilai-nilai level tegangan yang didapat dari pengkondisi sinyal yang

berupa data tegangan aktif low.

ATMEGA16 mengatur solenoid valve,.

Gambar 3-3: Perencanaan Alokasi Port ATMEGA 16

(5)

4. Mikrokontroler 8535

Perancangan pada mikrokontroler

ATMEGA8535 ini dibuat dengan tujuan untuk memproses nilai-nilai level tegangan yang didapat dari pengkondisi sinyal yang berupa data tegangan aktif low. ATMEGA8535 sebagai pengendali tampilan ke dot matrix.

Gambar 3-4: Perencanaan Alokasi Port ATMEGA 8535

5. Rangkaian driver Solenoid valve

Solenoid valve digunakan untuk

membuka/menutup aliran air secara

otomatis.

Gambar 3-6: Rangkaian Driver Solenoid

Valve

6. Dot matrix

Display ini sebagai pengganti level bar dari keluaran VU meter

Gambar 3-7 : Perencanaan Rangkaian Dot matrik

Pada rangkaian driver baris ini, Ic yang digunakan sebesar 50mA dan nilai dari hfe

dipilih sebesar 30. Dengan demikian besar dari Ib adalah:

Nilai dari Rb adalah sebagai berikut :

Jadi untuk Untuk menyalakan 1 kolom diperlukan 50mA x 8 dot = 400mA. Tegangansupply Vcc sebesar 5Volt

3.4 Perangkat Lunak

Untuk mengatur keseluruhan sistem perangkat keras yang disusun, maka diperlukan perangkat lunak pendukung. Perangkat lunak disini berfungsi sebagai pengendali dari semua sistem yang telah dirancang agar dapat menjalankan alat ini sesuai dengan yang diinginkan. Selain itu dengan perangkat lunak ini dapat diperoleh gambaran tentang cara kerja program yang telah kita buat. pembuatan listing program ditulis dalam bahasa BASCOM

Pada prinsipnya, perangkat lunak untuk

pemrogramannya didasarkan pada fungsi

mikrokontroler ATMega16 sebagai pusat

pemrosesan data pada alat, yaitu Membaca data

output dari pengkondisi sinyal dan

mengkonversikan ke Rangkaian driver relay. Berikut adalah gambar 3-8 , yang merupakan flowchart sistem: Start A0=0 A1=0 A2=0 A4=0 A5=0 A6=0 A7=0 A8=0 D1= menyala D5=nyala padam 2dt D6=nyala padam 2dt D1=menyala D5=menyala D2=nyala pada 2dt D4=D0 nyala padam 3dt D1=D3=D0=D4 =nyala Y T Y T Y T A0...A7=1 D4 menyala

(6)

4. Pengujian alat

Pada bab ini dilakukan pengujian dan pengukuran dari sistem dari sistem yang telah di buat. Dari pengujian dan pengukuran ini dapat diketahui apakah sistem yang dibuat telah bekerja dengan baik atau masih ada kekurangannya. Pengujian dan pengukuran dilakukan pada tiap-tiap blok untuk mengetahui kerja sistem secara keseluruhan.

4.1. Pengujian rangkaian amplifier non inverting.

4.1.1. Tujuan

Bertujuan untuk mengetahui

penguatan dari amplifier.

4.1.2. Peralatan yang digunakan  Multimeter digital

 Komputer / fungtion generator

 Rangkaian Amplifier non inverting

4.1.3. Hasil Pengujian

Setelah melakukan pengujian seperti diatas, maka akan didapatkan hasil output tegangan dari level tegangan dan dimasukkan ke dalam bentuk tabel 4.1:

Tabel 4.1: Hasil output pengujian

Dari hasil pengujian dan analisa diatas

pada

penguatan

non

inverting

di

dapatkan %error sebesar 0,87 % untuk

penguatan non inverting

4.2 Pengujuan rangkaian VU meter

4.2.1 Tujuan

Untuk mengetahui bagaimana rangkain VU meter ini dapat berkerja

4.2.2 Peralatan yang digunakan

 Fungtion generator

 Power supply

 Rangkaian VU meter

 LED

Gambar 4.1 blok pengujian rangkaian VU meter

4.2.3 Hasil pengujian

Dari hasil pengujian didapatkan tabel 4.2 : Frekuensi Amplitudo (vp-p) Nyala led 30 3,5.10-3 1 30 10,7.10-3 3 30 21,5.10-3 6 30 28,8.10-3 8

Dari hasil pengujian didapatkan bahwa nyala LED tidak bergantung dari frekuensi tetapi nyala led bergantung pada besarnya amplitudo

4.3 Pengujian Dot matrik.

4.3.1 Tujuan

Tujuan dari pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kondisi dot matrik, apakah berfungsi dengan baik, maka pada pengujian ini MCU diprogram untuk mengontrol dot matrik

1. Power Supply 5 Volt 2. Sistem Mikrokontroller 3. Dot matrik

4. Program untuk menampilkan pola

Adapun cara pengujian dapat dilihat pada blok pengujian Dot matrik diperlihatkan pada Gambar 4-2:

Gambar 4-1: Diagram Blok Pengujian LCD

Frekuen si (Hz) Input(V) Output (Vp-p) A pengukuran A perhitunga n Error (%) 30 1.10-3 _3,09.10-3 _3,09 ₃ ₃ 30 2.10-3 _6,07.10-3 _3.03 ₃ ₁ 30 3.10-3 _9,08.10-3 _3.02 ₃ _0,6 30 4.10-3 _12,1.10-2 _3.025 ₃ _0,6 30 5.10-3 15,1.10-2 3.02 3 0,6 30 6.10-3 _18,2.10-2 _3.03 ₃ ₁ 30 7.10-3 _21,3.10-2 _3.04 ₃ _0.1 30 8.10-3 24,1.10-2 3.01 3 0,3 30 9.10-3 _27,1.10-2 _3.01 ₃ _0,3 30 10.10-3 30,2.10-2 _3.02 ₃ _0,6 Rata-rata 0,87 Mikrokontrol ler

atmega8535 Dot matrik

(7)

4.3.3 Hasil Pengujian

Dari hasil pengujian diperoleh hasil bahwa modul display mampu menampilkan karakter.

$regfile = "m8535.dat" ' $crystal = 4000000

$large

Dim Dataa As Integer Config Portd = Output Config Portc = Output Dim W As Word Dim Datvt1 As Byte Dim Datvt2 As Byte Dim Datvt3 As Byte Dim Datvt4 As Byte Dim Datvt5 As Byte Dim Hasil As Byte Dim Count As Byte Balik: Gosub Konversi1 Goto Putar Putar: If Count <= 20 Then Portd = &H00 Portc = Datvt1 Portd.0 = 1 Portd.1 = 0 Portd.2 = 0 Portd.3 = 0 Portd.4 = 0 Waitms 0.1 Portd = &H00 Portc = Datvt2 Portd.0 = 0 Portd.1 = 1 Portd.2 = 0 Portd.3 = 0 Portd.4 = 0 Waitms 0.1 Portd = &H00 Portc = Datvt3 Portd.0 = 0 Portd.1 = 0 Portd.2 = 1 Portd.3 = 0 Portd.4 = 0 Waitms 0.1 Portd = &H00 Portc = Datvt4 Portd.0 = 0 Portd.1 = 0 Portd.2 = 0 Portd.3 = 1 Portd.4 = 0 Waitms 0.1 Portd = &H00 Portc = Datvt5 Portd.0 = 0 Portd.1 = 0 Portd.2 = 0 Portd.3 = 0 Portd.4 = 1 Waitms 0.1 Portd = &H00 Count = Count + 1 Goto Putar End If Count = 0 Goto Balik Konversi1: Datvt1 = &B00000000 Datvt2 = &B11100111 Datvt3 = &B11100111 Datvt4 = &B11100111 Datvt5 = &B00000000 Return

Gambar 4-2: Hasil Pengujian Dot matrik

4.4 Pengujian rangkaian driver valve

selenoid.

4.4.1 Tujuan

Pengujian ini bertujuan untuk

mengetahui apakah valve selenoid sudah bisa bekerja dengan baik atau tidak.

1. Rangkaian Driver selenoid 2. Catu daya

3. Multitester digital

4.4.3 Langkah-langkah Pengujian

1. Merangkai rangkaian pengujian Driver selenoid gambar 4-4

Gambar 4-3: Prosedur Pengujian Driver

Solenoid Valve .

4.4.4 Hasil Pengujian

Tabel 4-10 Hasil Pengujian driver Solenoid

Valve No Output MK Input ULN Output ULN Kondisi relay Kondisi Valve 1. 1 5v 0v Aktif Buka 2. 0 0v 12v Mati Tutup

(8)

Berdasarkan hasil perngujian yang ada dapat disimpulkan bahwa valve solenoid dapat bekerja dengan baik.

4.5 Pengujian Keseluruhan Sistem

4.5.1 Tujuan

Pengujian mekanik yang telah

direncanakan dan dibuat bertujuan untuk mengetahui apakah sesuai dengan spesifikasi yang di rencanakan, caranya dengan melakukan beberapa kali percobaan pada alat.

1. Pompa air

2. Rangkaian mikrontroller ATMEGA16 3. Selenoid valve

4. Rangkaian relay 5. Rangkaian LM3915 6. Catu daya DC 7. Bak penampung air

4.5.3 Langkah-langkah pengujian

1. Merangkai peralatan sesuai dengan

diagram blok 4-5:

Gambar 4-5: Diagram Blok Pengujian Keseluruhan Sistem

1. Menghidupkan pompa air dan Menghidupkan saklar rangkaian 2. Setelah air mengalir, sebagai

kondisi awal, keran keran solenoid

3 otomatis terbuka untuk

menandakan bahwa rangkaian siap untuk berkerja

3. Diberi masukan sinyal untuk level LED 1-3

6. Masukan musik

7. Melihat percobaan dengan seksama apakah sesuai yang diinginkan apa belum

4.5.4 Hasil pengujian

 Pada sinyal tegangan level 1-3 maka

D1=menyala

D5=nyala padam 2dt D6=nyala padam 2dt

 Pada sinyal tegangan level 1-3 maka D1=menyala

D5=menyala D2=nyala pada 2dt D4=D0 nyala padam 3dt

 Pada sinyal tegangan level 7-8 maka D1=D3=D0=D4=nyala

 Tidak ada sinyal masukan D4 menyala

4.6 Gambar alat

Gambar 4-6: foto rangkaian alat Gambar 4-7: Foto Mekanik Alat

(9)

BAB V PENUTUP A. Kesimpulan

Setelah dilakukan pengujian dan

pengukuran peralatan, maka dapat di simpulkan beberapa hal yang berhubungan dengan kinerja peralatan :



Dari hasil pengujian dan analisa

amplifier

non

inverting

di

dapatkan %error sebesar 0,87 % yang

berarti bahwa rangkaian ini berkerja

dengan baik meskipun masih terdapat

kesalahan.

 Dari hasil pengujian rangkaian pada VU

meter didapatkan bahwa besarnya

amplitude mempengaruhi dari nyala led pada rangkain

 Pada rangkaian dot matrik selayaknya menggunakan sumber power suplay yang berbeda karena membutuhkan banyak daya untuk menyalakan semua LED

 Selenoid valve akan bekerja (membuka saluran) bila pada input ULN2003 diberi tegangan 5V dan output ULN2003 0V.

 Pada pembacaan sofware dari

mikrokontroler didapakan bahwa tidak dapat melakukan pengolahan data secara bersamaan dalam 1 waktu

B. Saran

Dengan memandang dari segi

penggunaan dan sistem kerja suatu peralatan, maka penulis mempunyai beberapa saran untuk pengembangan alat yang di buat apabila ada pihak yang berminat mengembangkan.

Antara lain :

 Untuk kedepannya alat ini dapat

dikembangkan supaya dapat

memperbaiki kesalahan atau

konfigurasi yang kurang menarik.  Alat ini akan lebih baik dan efisien bila

digunakan pada lingkungan yang luas karena memerlukan banyak tempat saat terjadi percikan air.

DAFTAR PUSTAKA

[1] aproksimasi penguat edisi ke empat. Penerbit erlangga

[2] Wardana, Lingga. 2006. Belajar Sendiri

Mikrokontroller AVR seri ATmega 8535 simulasi, hardware, dan aplikasi.

Penerbit Andi. Yogyakarta.

[3] Kurniawan, Dayat.2002. ATmega 8 dan