17 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Analisa dan perencanaan sistem merupakan proses yang dilakukan terhadap software yang akan diterapkan mulai dari perancangan sistem hingga hasil yang akan didapatkan dari alat yang dirancang, serta mengumpulkan kebutuhan- kebutuhan yang akan dibangun.
Pada bab ini membahas tentang perancangan dan pembuatan sistem monitoring dan kontrol manual akuarium laut secara keseluruhan. Perencanaan ini terdiri dari :
1. Penentuan spesifikasi sistem monitoring akuarium laut 2. Perancangan sistem pada akuarium laut.
3. Perancangan monitoring dan kontrol manual kualitas air pada akuarium.
4. Perancangan software dan hardware.
3.1 Penentuan Spesifikasi Sistem
Sistem yang dirancang memiliki spesifikasi sebagai berikut:
a. Miniatur akuarium dengan material kaca yang memiliki ketebalan 0.5cm, dan berbentuk balok yang sudah di modifikasi dengan dimensi 30 cm x 20 cm x 30 cm.
b. Raspberry PI sebagai otak dari sistem monitoring akuarium laut.
c. Sensor salinitas berfungsi untuk mengukur kadar garam pada akuarium laut.
d. Sensor pH Sku: Sen0161 berfungsi untuk mengukur kadar asam dan basa pada akuarium.
e. Sensor suhu DS18B20 berfungsi untuk mengukur suhu pada akuarium.
f. Android sebagai media kontrol dan monitoring sistem.
g. Aktuator yang digunakan berupa 4 buah pompa dan 1 heater h. Menggunakan relay sebagai saklar untuk mengaktifkan aktuator
18 3.2 Perancangan dan Pembuatan Sistem Monitoring Akuarium laut
Perancangan alat secara keseluruhan ditunjukkan oleh Gambar 3.1
Android Pompa asin
Pompa tawar Pompa basa Pompa asam Heater Sensor Salinitas
Sensor Ph Sensor Suhu
Android Raspberry
Arduino
R E L A Y
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem
Pada blok diagram ini menjelaskan bagaimana sistem yang bekerja pada akuarium. Pada sistem ini terdapat 3 buah sensor, 4 pompa dan 1 heater.
Diperlukan sensor sebagai pembacaan kondisi air pada akuarium, yang terdiri dari sensor pH sebagai pembaca kondisi air asam dan basa, sensor suhu sebagai pembaca kondisi suhu dalam air dan sensor salinitas untuk mengetahui tingkat kadar garam pada air. Data yang di baca oleh sensor kemudian akan diterima oleh mikrokontroler dan dikirim ke server lalu di teruskan pada android untuk menampilkan nilai kondisi air pada akuarium secara realtime. Pompa dan heater di perlukan sebagai aktuator untuk mengatur kondisi air agar tetap stabil sesuai dengan nilai yang diinginkan.
Untuk mengaktifkan pompa dan heater diperlukan kontrol manual dari android yang akan diterima oleh mikrokontroler dan akan mempengaruhi relay untuk mengaktifkan aktuator tersebut. Pada saat tombol on untuk pompa asin di tekan maka relay yang terhubung akan langsung bekerja untuk mengaktifkan pompa asin, jika tombol off yang ditekan maka relay akan mempengaruhi pompa asin untuk tidak bekerja. Saat pompa asin tersebut bekerja maka akan mepengaruhi nilai pada akuarium yang akan dibaca oleh sensor salinitas, dan jika pompa asam dan basa yang bekerja maka kondisi air akan dibaca oleh sensor pH,
19 dan perubahan suhu yang terjadi pada akuarium akan dibaca oleh sensor suhu.
Perubahan nilai dari sensor tersebut akan langsung di tampilkan pada android.
3.3 Perancangan sistem monitoring dan kontrol manual pada akuarium
3.3.1 Perancangan Kontrol Manual
Perancangan kontrol manual dapat dilihat dalam Gambar 3.2
R E L A Y
Android Raspberry
Pompa asin Pompa tawar Pompa basa Pompa asam Heater
Gambar 3.2 Kontrol Manual
Pada blok diagram ini akan menjelaskan cara kerja aktuator yang terdiri dari 4 buah pompa dan 1 heater yang dikontrol secara manual dengan android, aplikasi android memberikan perintah yang dijadikan sebagai inputan untuk mengontrol pompa dan heater pada akuarium secara manual. Data dari android akan diproses oleh rasberry yang akan dijadikan sebagai outputan, sehingga pompa dan heater dapat aktif dan berhenti bekerja sesuai perintah dari android.
Saat tombol on pada pompa asam ditekan raspberry akan langsung mengaktifkan relay yang terhubung dengan pompa asam, untuk mengaktifkan pompa basa maka tombol on pompa basa harus ditekan untuk mempengaruhi relay yang terhubung dengan pompa tersebut. Sedangkan jika tombol on pada pompa asin ditekan, raspberry akan langsung mempengaruhi relay yang terhubung dengan pompa asin untuk bekerja. Untuk mengaktifkan pompa tawar maka tombol on pompa tawar pada android harus ditekan. Sama seperti pompa, untuk mengaktifkan heater diperlukan perintah untuk mengaktifkanya dari android, dan untuk mematikan semua pompa dan heater maka tombol off tiap aktuator pada android yang akan mempengaruhi raspberry untuk menonaktifkan semua relay yang terhubung dengan aktuator. Dan kontrol manual ini dapat dilakukan secara online atau dengan jarak jauh.
20 3.3.2 Perancangan Sistem Monitoring
Perancangan sistem monitoring dapat dilihat dalam Gambar 3.3
Mulai
Inisialisai
Baca sensor ph
Kirim ke server
Android meminta data Baca data
Tampilkan data
selesai
YA
TIDAK Baca sensor
salinitas
Baca sensor suhu
Gambar 3.3 Sistem Monitoring
Pada flowchart diatas dijelaskan saat pemrograman dimulai inisialisasi variable dilakukan dengan pendeklarasian macam-macam variable yang di gunakan beserta tipe datanya. Setelah itu memerintahkan port untuk melakukan pembacaan input berupa analog data yang nilainya dikonversi dalam bentuk digital oleh sistem ADC pada mikrokontroler dari sensor ph, selanjutnya memerintahkan port untuk pembacaan data dari sensor salinitas yang nilainya
21 menunjukan kadar garam yang terlarut dalam air, pembacaan data dilakukan oleh sistem USART pada mikrokontroler. Kemudian pada sensor suhu DS18B20 dengan data berupa nilai suhu yang terukur dari air. Data hasil outputnya dikirim keserver dan ditampung sementara pada sebuah buffer, jika android mengirimkan perintah request data pada buffer maka data akan ditampilkan pada modul aplikasi yang sudah didesain pada smartphone. Pada sistem monitoring ini diberikan delay 60 detik pada komunikasi androidnya.
Gambar 3.4 Transmisi Data Serial
Seperti yang terlihat pada gambar transmisi serial, bit yang dikirim secara berurutan pada channel yang sama. Pada transmisi serial, setiap waktu hanya 1 bit data yang dikirimkan. Dengan kata lain, bit-bit data tersebut dikirimkan secara satu per satu sesuai urutanya. Pembacaan sensor pada sistem monitoring ini menggunakan pengiriman data secara serial, yang berarti pembacaan secara berurutan dimulai dari sensor ph, suhu, dan salinitas.
3.4 Perancangan Software
3.4.1 Perancangan Tampilan Android
Pada menu utama perancangan aplikasi android terdapat pilihan monitoring dan juga pengontrolan aktuator secara manual. Pilihan monitoring digunakan untuk menampilkan data data yang di baca tiap sensor pada akuarium, dan pilihan kontrol manual digunakan untuk mengendalikan tiap aktuator pada akuarium secara manual. Tampilan menu utama android dapat dilihat dalam Gambar 3.5
22 Gambar 3.5 Tampilan Menu Utama Android
Menu monitoring akan menampilkan data hasil pembacaan dari sensor suhu, salinitas serta nilai pH. Suhu akan ditampilkan dalam derajat celcius, salinitas dalam satuan Ppt, dan pH dalam bentuk angka. Menu histori berisi data yang sudah terbaca oleh sensor sebelumnya. Tampilan menu monitoring dapat dilihat dalam Gambar 3.6
Gambar 3.6 Tampilan menu Monitoring Android
Tampilan menu manual digunakan untuk mengontrol aktuator, pada menu ini terdapat pilihan pengontrolan jenis pompa atau heater dengan 2 tombol on/off pada setiap pilihan pompa dan heater. Tampilan kontrol manual dapat dilihat dalam Gambar 3.7
23
Gambar 3.7 Tampilan Manual Android
3.4.2 Perancangan Tampilan Database
Pada proses pembuatan database menggunakan MySQL yang difungsikan untuk penyimpanan data. Proses penyimpanan bisa dilakukan secara realtime maupun offline. Contoh tampilan pada PhpMyadmin dapat dilihat dalam Gambar 3.8
Gambar 3.8 Tampilan PhpMyadmin
24 3.4.3 Perancangan Koneksi Raspi
Untuk dapat memonitoring atau mengontrol sistem pada akuarium
diperlukan koneksi internet pada raspberry, pada perancangan koneksi internet ini digunakan aplikasi putty untuk mengkonfigurasi raspberry. Pada tampilan
program terdapat perintah login agar bisa masuk ke sistem dari raspberry, setelah itu memasukan perintah untuk mengkonfigurasi wifi yang dihubungkan dengan raspi. Tampilan program dapat dilihat dalam Gambar 3.9 dan 3.10
Gambar 3.9 Tampilan Aplikasi Putty
Gambar 3.10 Tampilan Aplikasi Putty
25 3.5 Perancangan Hardware
Pada perancangan hardware ini akan membahas tentang perancangan mekanik secara keseluruhan yang menyangkut desain akuarium serta perancangan sensor salinitas, pH, dan suhu. Perancangan mekanik akuarium yang meliputi desain keseluruhan menggunakan Software Corel Draw. Perancangan mekanik alat dapat dilihat dalam Gambar 3.11
Gambar 3.11 Perancangan Mekanik
Perancangan akuarium menggunakan bahan dasar kaca dengan ketebalan 0.5cm dan berukuran panjang 30cm, lebar 20cm dan tinggi 30cm. Tanki utama dimodifikasi dengan diberi sekat agar dapat memisahkan tempat untuk ikan dan selang untuk pencampuran air. Pada tiap sekat diberi lubang berdiameter 3,5cm dan 2cm sebagai sirkulasi air. Terdapat juga 2 tanki sekunder dengan ukuran panjang 20cm, lebar 15cm dan tinggi 12cm, yang diberi sekat untuk membagi tiap tanki, tanki tersebut berfungsi untuk menampung larutan yang akan digunakan sebagai pencampuran pada tanki utama.
Pada tanki utama yang sudah dimodifikasi akan terdapat sebuah pompa sebagai aliran sirkulasi air agar larutan yang akan dicampur dapat dengan cepat merata, terdapat juga sensor suhu, sensor salinitas dan sensor pH sebagai pembaca kondisi air. Dan sebuah aktuator berupa heater yang berfungsi untuk menaikan suhu air pada akuarium. Untuk tanki sekunder terdapat 4 buah pompa pada yang berfungsi memindahkan larutan dari tanki sekunder ke tanki utama. Terdapat juga power supply dan juga mikrokontroler yang diletakkan diluar tanki
26 3.5.1 Sensor Salinitas
Sensor salinitas berfungsi untuk membaca nilai salinitas pada akuarium.
Dalam perancangan ini pin-pin dari sensor salinitas tidak langsung disambungkan kealamat pin Raspberry pi, dikarenakan pada Raspberry pi 3 tidak bisa membaca langsung dari sensor salinitas, oleh karena itu untuk pembacaan data dari sensor salinitas memerlukan mikrokontroller tambahan yakni ArduinoUno. Rangkaian sensor salinitas dan modul kit dapat dilihat dalam Gambar 3.12
ANALOG IN ATMEGA328P-PU1121
~
~
~
~
~
~
TX RX
Reset BTN ON www.TheEngineeringProjects.com PD0/RXD 0
PD1/TXD 1 PD2/INT0 2 PD3/INT1 3 PD4/T0/XCKPD6/AIN0PD7/AIN1PD5/T1 4567 PB0/ICP1/CLKOPB2/SS/OC1BPB1/OC1A 8910 PB3/MOSI/OC2APB4/MISOPB5/SCK 111213
AREF
PC5/ADC5/SCL A5 PC4/ADC4/SDA A4 PC3/ADC3 A3 PC2/ADC2 A2 PC1/ADC1 A1 PC0/ADC0 A0
RESET
VCC GND
ARD1
ARDUINO UNO
Raspberry
Vcc Ground
TX BNC sensor
RX
Gambar 3.12 Rangkaian Sensor Salinitas ke Raspi
Sensor salinitas ini terdiri dari pin VCC, PRB, dan PGND yang dimana pin VCC dikoneksikan kesumber tegangan pada ArduinoUNO, pin PRB dan PGND dihubungkan dengan modul kit sensor salinitas yang berfungsi sebagai pembaca nilai pengukuran dari sensor tersebut. Pin GND (ground) dikoneksikan menggunakan jumper female dengan pin ground pada ArduinUNO, sedangkan untuk pin Rx Tx yang ada di modul kit sensor dihubungkan dengan pin Rx Tx (pin 2 dan 3) pada ArduinoUNO. Yang selanjutnya nilai pembacaan sensor akan
27 dikirimkan kemikokontroller Raspberry pi untuk dijadikan sebagai data yang akan ditampilkan pada android
3.5.2 Sensor Suhu DS18B20
Pada perancangan sistem monitoring dan pengontrolan kualitas air diperlukan sensor suhu DS18B20 untuk mengukur suhu yang ada didalam air, sebagai input data proses didalam Raspberry pi. Komunikasi pin VCC dari sensor suhu ke pin 2, sedangkan untuk komunikasi datanya disambungkan ke pin 3 pada Arduino, antara kabel VCC dan data menggunakan tambahan resistor seharga 4.7 KΩ ½ Watt, yang berfungsi sebagai pull-up dari jalur data dan untuk membantu pada proses transfer data agar tetap stabil. Sensor suhu jenis DS18B20 mempunyai output sinyal data digital, sehingga untuk terhubung kedalam mikrokontroller tidak perlu memakai konverter ADC. Perancangan sensor suhu dapat dilihat dalam Gambar 3.14
ANALOG IN ATMEGA328P-PU1121
~
~
~
~
~
~
TX RX
Reset BTN ON www.TheEngineeringProjects.com PD0/RXD 0
PD1/TXD 1 PD2/INT0 2 PD3/INT1 3 PD4/T0/XCKPD6/AIN0PD7/AIN1PD5/T1 4567 PB0/ICP1/CLKOPB2/SS/OC1BPB1/OC1A 8910 PB3/MOSI/OC2APB4/MISOPB5/SCK 111213
AREF
PC5/ADC5/SCL A5 PC4/ADC4/SDA A4 PC3/ADC3 A3 PC2/ADC2 A2 PC1/ADC1 A1 PC0/ADC0 A0
RESET VCC GND
ARD1
ARDUINO UNO
Raspberry
Vcc Ground
Data
Gambar 3.13 Perancangan Sensor Suhu DS18B20 ke ArduinoUNO
28 3.5.3 Sensor pH
Sensor pH berfungsi sebagai pengukur tingkat keasaman dan basa pada air akuarium, sensor pH ini terdiri dari pin VCC, ANALOG, dan GND yang dimana VCC dihubungkan ke sumber tegangan pada ArduinoUNO, ANALOG dan GND dihubungkan ke pin A0 dan ground pada arduino.
Data yang dibaca oleh sensor akan menjadi inputan pada mikrokontroler.
Karena outputan dari sensor berupa analog maka mikrokontroler akan mengkonversikan data dari sensor dengan menggunakan ADC yang terdapat pada arduino, data tersebut akan di terima oleh raspberry dan akan tampilkan pada aplikasi android dan pada modul sensor ph terdapat potentiometer yang berfungsi sebagai pengatur tegangan. Rangkaian sensor pH ditunjukkan dalam Gambar 3.14
ANALOG IN ATMEGA328P-PU1121
~
~
~
~
~
~
TX RX
Reset BTN ON www.TheEngineeringProjects.com PD0/RXD 0
PD1/TXD 1 PD2/INT0 2 PD3/INT1 3 PD4/T0/XCKPD6/AIN0PD7/AIN1PD5/T1 4567 PB0/ICP1/CLKOPB2/SS/OC1BPB1/OC1A 8910 PB3/MOSI/OC2APB4/MISOPB5/SCK 111213
AREF
PC5/ADC5/SCL A5 PC4/ADC4/SDA A4 PC3/ADC3 A3 PC2/ADC2 A2 PC1/ADC1 A1 PC0/ADC0 A0
RESET
VCC GND
ARD1
ARDUINO UNO
Raspberry
Vcc Ground Analog
Gambar 3.14 Rangakaian Sensor pH
29 3.5.4 Relay
Relay adalah komponen elektronika yang berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan menggunakan listrik. Relay ini berfungsi sebagai saklar yang dapat mengaktifkan dan mematikan aktuator yang terdiri dari 4 buah pompa dan 1 heater, dengan memiliki kontrol secara manual yang berupa inputan on/off dari aplikasi android.
Relay yang digunakan tipe SPDT (Single Pole Double Throw) dengan memiliki 7 pin yang terdiri dari pin vcc, ground, input 1, input 2, input 3, input 4 dan input 5. Yang dimana pin vcc relay dihubungkan pada pin 2 raspberry, pin ground dihubungkan dengan pin 6 raspberry. Input 1,2,3,4 dan 5 pada relay akan dihubungkan dengan pin 32, 36, 37, 38 dan 40 pada raspberry. Rangkaian dari relay tersebut dapat dilihat dalam Gambar 3.15
Vcc Gnd
In 1 pompa 1 In 2 pompa 2 In 3 pompa 3 In 4 pompa 4 In 5 heater
Gambar 3.15 Rangkaian Relay
30 3.5.5 Raspberry pi 3 model B
Adapun kegunaan mikrokontroller pada perancangan alat ini yaitu sebagai proses kontrol manual terhadap aktuator dan proses untuk memonitoring dengan aplikasi android menggunakan ketiga input yakni, sensor salinitas, suhu dan pH.
Namun pada perancangan disini selain Raspberry pi juga menggunakan ArduinoUNO sebagai pembacaan dari sensor, khususnya sensor pH. Dikarenakan Raspberry pi hanya bisa membaca data digital, sedangkan keluaran dari sensor pH berupa sinyal analog, oleh karena itulah dipakai Arduino. Pin Raspberry pi 3 model B seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.16
Gambar 3.16 Pin GPIO Raspberry pi 3 Model B
