PENGUKUR ELECTRO CONDUCTIVITY PADA LARUTAN NUTRISI HIDROPONIK BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA8535
SKRIPSI
RODHIANA ULFAH
160821014
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2018
PENGUKUR ELECTRO CONDUCTIVITY PADA LARUTAN NUTRISI HIDROPONIK BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA8535
SKRIPSI
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Dan Memenuhi Syarat Mencapai Gelar Sarjana Sains
Oleh :
RODHIANA ULFAH NIM. 160821014
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2018
PENGHARGAAN
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Skripsi ini dengan judul “Pengukur Electro Conductivity pada Larutan Nutrisi Hidroponik Berbasis Mikrokontroler Atmega8535”.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana (S1) pada Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan ALam, Universitas Sumatera Utara, Medan. .
Penulis menyadari bahwa terlaksananya pembuatan dan penyusunan Skipsis ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Bapak Dr.Perdinan Sinuhaji, MS, selaku Ketua Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Bapak Prof.Dr.Marhaposan Situmorang, Ph.D, selaku dosen pembimbing.
Seluruh Bapak/Ibu Dosen, Staff dan Pegawai Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Kedua orang tua penulis yang telah memberikan dukungan moril dan materil serta doa selama pendidikan.
Teman – teman seperjuangan di Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Dan semua pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.
Penulis berharap semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua, dan mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang sifatnya dapat membangun demi kesempurnaan Skripsi ini.
Medan, October 2018 Penulis
Rodhiana Ulfah
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur Penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas berkat Rahmat dan Hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir yang berjudul “Pengukur Elektro Conductivity Pada larutan Nutrisi Hidroponik Berbsis ATMEGA 8535”. Disusun untuk memenuhi syarat kelulusan akademik dan untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Fakultas Mateatika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Program Studi Fisika Instrumen
Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis banyak mengalami hambatan dan kesulitan, namun berkat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak maka tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Oleh karena itu penulis banyak mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr.Ferdinan Sinuhaji.,M.S , Selaku Ketua Program Studi 2. Bapak Prof. Dr. Marhaposan Situmorang, Selaku Dosen Pembimbing 3. Segenap Dosen Dan Staff Pengajar di Program Studi Fisika Instrumentasi..
4. Seluruh Teman-teman di FMIPA – Fisika Instrumentasi dalam penyelesain skripsi.
Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca.Semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi siapapun yang membacanya dan berguna di kemudian hari.
Medan, Agustus 2018
Hormat Kami,
Penulis
PENGUKUR ELECTRO CONDUCTIVITY PADA LARUTAN NUTRISI HIDROPONIK BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA8535
ABSTRAK
Bercocok tanam secara Hidroponik berarti sama dengan mengganti semua media tanam yang umumnya tanah menjadi air. Air yang digunakan bukanlah air biasa melainkan air bernutrisi khusus hidroponik. Dalam nutrisi hidroponik tersebut sudah terdapat unsur – unsur yang diperlukan untuk tanaman dapat tumbuh dengan baik. Ada beberapa metode Hidroponik,salah satunya NFT.
Metode NFT artinya aliran air nutrisi akan mengalir terus melalui dari pompa di bwadah penampungan dan mengalir melewati pipa - pipa yang dirancang khusus . Namun dalam air tersebut terdapat kandungan nutrisi. Nutrisi tersebut harus diketahui kadar nilai EC (Electro Conductivity) . Untuk mengukur nilai EC tersebut digunakan sensor konduktivitas yang terhubung dengan Mikrokontroller ATMEGA 8535 sebagai pusat pengendalian sistem, hasil dari pembacaan sensor Konduktivitas ditampilkan ke dalam LCD dan dapat disimpan di PC dalam bentuk database.
Kata Kunci : Sensor Konduktivitas, Microkontroller 8535, NFT, PC
MEASUREMENT OF ELECTRO CONDUCTIVITY ON HYDROPONIC NUTRITION SOLUTION BASED ON
ATMEGA8535 MICROCONTROLLER
ABSTRACT
Hydroponic farming means the same as replacing all planting media that are generally soil into water. The water used is not ordinary water but special hydroponic nutritious water. In hydroponic nutrition, there are already elements needed for plants to grow properly. There are several Hydroponic methods, one of them is NFT. The NFT method means that the flow of nutrient water will flow continuously through the pump in the reservoir and flow through specially designed pipes. But in the water there is a nutrient content. These nutrients must be known for the EC (Electro Conductivity) value. To measure the EC value a conductivity sensor is used which is connected to the ATMEGA 8535 microcontroller as the system control center, the results of the conductivity sensor readings are displayed on the LCD and can be stored on a PC in the form of a database.
Keywords: Conductivity Sensor, Microcontroller 8535, NFT, PC
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN ... i
PENGHARGAAN ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
ABSTRAK ... iv
ABSTRACK... v
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL... x
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar belakang Masalah ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 3
1.3. Batasan Masalah ... 4
1.4. Tujuan ... 4
1.5. Manfaat ... 4
1.6. Metodologi Penelitian ... 5
1.7. Cara kerja rangkaian ... 5
1.8. Sistematika oenulisan laporan ... 6
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1. Gambaran umum ATMEGA 8535 ... 7
2.2. Sensor Konduktivitas ... 11
2.3. Nutrient Film Technique (NFT) ... 15
2.4. Relay ... 18
2.5. Tact Switch ... 21
2.6. LCD ... 23
2.7. USB TO TTL ... 26
2.8. PERSONAL COMPUTER (PC) ... 28
2.9. Pompa Wiper ... 29
2.11 Regulator ... 32
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 36
3.1. Perancangan Sistem ... 36
3.1.1. Spesifikasi Sistem ... 36
3.1.2. Perancangan Diagram Blok ... 37
3.1.3. Perancangan Hardware ... 38
3.1.4. Perancangan Program ……….. 43
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 46
4.1. Pengujian dan Analisis Software ... 46
4.2. Pengujian dan Analisis hardware……… 50
4.2.1 Pengujian Rangkaian Power supply ……….. 50
4.2.2.Pengujian dn Analisa Rangkaian Mikro ……… 51
4.2.3 Pengujian Rangakain LCD ………. 52
4.2.4 Pengujian Rangakain Regulator ………. 54
4.2.5. Pengujian Pompa ……….. 55
4.2.6. Pengukuran sensor konduktivitas ………... 55
4.3 Pengujian USB TO TTL ……… 57
4.4 Pengujian Push Button ………. 59
4.5 Pengujian Relay ……….. 60
BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN ... 61
5.1. Simpulan ... 61
5.2. Saran ... 61
DAFTAR PUSTAKA ... ... 62 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1. Konfigurasi pin ... 8
2.2 Blok Diagram ATMEGA 8535 ... 9
2.3. Prinsip kerja conductivity ... 12
2.4. Diagram Conductivity meter ... 13
2.5. Sensor Konduktivitas ... 14
2.6. Cara Penggunanaan Sensor dalam pengukuran kadar garam ... 14
2.7. Metode NFT pada penanaman Hidroponik ... 16
2.8. Bentuk Fisik Relay ... 19
2.9. Cara Kerja Relay ... 20
2.10. Skema Rangkaian Relay ... 21
2.11. Tact Switch ... 22
2.12. Prinsip Kerja Tact Switch ... 22
2.13. Model LCD Karakter 16x2 ... 24
2.14. Konektor USB ... 27
2.15. USB TO TTL ... 27
2.16 PC (Personal Computer ) ... 28
2.17 . Bentuk Fisik pompa wiper mobil 12V ... 29
2.18. Detail Elemen Pompa Wiper ... 30
2.20 skema rangkaian regulator ... 33
2.21.Regulator LM2596 ... 34
3.1 Blok Diagram Sistem ... 37
3.2. Rangakain Keseluruhan Sistem ... 39
3.3 Rangkaian Sensor Konduktivitas ... 39
3.4. Rangkaian Mikrokontroller ATMEGA 8535 ... 40
3.5. Rangkaian LCD ... 41
3.6 Rangkaian USB TO TTL ... 42
3.7 Rangkaian Regulator ... 42
3.8 Rangkaian Pompa ... 43
3.9 .Flowchart sistem Mikrokontroller ... 44
4.1. Rangkaian pengujian power supply ... 50
4.2. Rangkaian sistem minimum atmega 8535 ... 51
4.3. Gambar rangakain LCD, dan pengukuran multimeter ... 53
4.4. Rangkaian Regulator ... 54
4.5 pengujian regulator ... 54
4.6. Rangkaian Pompa ... 55
4.7 Hasil Pengukuran pompa ... 55
4.8 hasil pengukuran nilai EC dilayar LCD ... 57
4.9. Data Hasil Uji pada PC ... 58
4.10. Grafik kstabilan nilai EC ... 58
4.11 pengujian rangakain push button ... 59
4.12. push button saat ditekan ... 60
4.13 push button saat dileapas ... 60
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1. Karakteristik Sensor Konduktivitas ... 15
2.2. Konfigurasi PIN LCD 16X2 ... 25
4.1. Tegangan Power Supply ... 50
4.2 . Data Pengukuran Output Mikro ATMEGA 8535 ... 52
4.3 . Data hasil pengukuran LCD ... 53
4.4. Hasil pengukuran EC berdasarkan banyanya nutrisi ... 56
4.5. Pengukuran nilai EC berdsarkan pembagian waktu dalam sehari ... 56
4.6 . Pengukuran Tegangan Push Button ... 59
4.7. Data Pengukuran Relay ... 60
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Semakin meningkatnya populasi makhluk hidup maka ketersediaan lahan untuk tempat tinggal berkurang bahkan untuk bercocok tanam juga terbatas.
Namun permintaan akan ketersediaan bahan makanan terutama sayur-sayuran terus meningkat. Untuk memenuhi kebutuhan manusia pola bercocok tanam telah mengalami perkembangan yang lebih modern. Dari yang awalnya menggunakan media tanah kini dapat dilakukan dengan media air atau yang disebut dengan Hidroponik. Hidroponik berasal dari kata hydro yang artinya air atau ponos yang artinya bekerja. Jadi, hidroponik artinya pengerjaan air atau bekerja dengan air (Hartus,2002).
Sekilas tentang menanam tanaman dengan sistem hidroponik ini merupakan suatu metoda yang ramah lingkungan. Karena dalam pembudidayaannya tidak perlu menggunakan pestisida atau bahkan herbisida yang beracun. Meskipun sistem hidroponik menggunakan air sebagai media tanamnya akan tetapi dalam prakteknya air yang diperlukan dalam bercocok tanam tidaklah sebanyak seperti budidaya dengan cara konvensional. Dan dalam perawatannya juga tidak perlu dilakukan penyiraman secara rutin. Sehingga ini menjadi faktor mengapa hasil tanamannya lebih aman dan sehat. Untuk menunjang hasil tanaman hidropnik maka diperlukanlah nutrisi pendukung diantaranya pasir, sabut kelapa, pecahan kerikil dan batu karang, batu apung, serbuk kayu dan kawat kasa nilon.
Pada pembuatan skripsi ini digunakanlah metode NFT. NFT merupakan sebuah sistem yang menggunakan “film” larutan nutrisi. Film yang dimaksud adalah lapisan tipis dengan tebal 1-3 mm, dialirkan melewati akar tanaman secara terus menerus menggunakan pompa. Kecepatan aliran airnya sekitar 1-2 liter/menit. (Cooper1972).
Srikulasi larutan nutrisi dapat digunakan terus sampai beberapa minggu sesuai dengan kebutuhan tanaman. Akar tanaman sebagian akan terendam larutan nutrisi dan sebagiannya lagi berada di atas permukaannya.
Faktor utama yang memengaruhi perkembangan tanaman saat menggunakan metode NFT adalah ketersediaan nutrisi penunjang yang sesuai dengan jenis dan umur tanaman. Selain itu, kecepatan aliran larutan nutrisi yang stabil juga dapat memengaruhi perkembangan tanaman.
Ketika kita menggunakan sistem NFT ini, ada beberapa keuntungan yang kita dapatkan. Seperti mudahnya dalam pengendalian daerah perakaran, kebutuhan air tanaman dapat terpenuhi dengan baik, keseragaman nutrisi yang didapatkan dan konsentrasi larutan nutrisi yang dibutuhkan tanaman dapat kita sesuaikan denga njenis tanaman dan umurnya. Selain itu, sistem NFT juga cocok untuk penelitian karena variable-nya dapat dikontrol dan memungkinkan untuk meningkatkan produktifitas tanaman.
Kembali pada pembahasan nutrisi Hidroponik pada Penanaman dengan cara Hidroponik membutuhkan nutrisi khusus hidroponik. Pada larutan nutrisi Hidroponik juga harus memperhatikan kadar unsur hara yang terdapat di dalam larutan. Kadar unsur hara yang terdapat dalam larutan mempengaruhi kepekatan larutan nutrisi tersebut. Kepekatan nutrisi tersebut tentunya mengandung banyak senyawa terutama Garam. Kepekatan tersebut dinyatakan dengan Konduktivitas.
Konduktivitas atau dalam bahasa inggris yaitu Electrical Conductivity yang disingkat menjadi EC. Konduktivitas Listrik adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Konduktivitas Listrik air secara langsung berhubungan dengan konsentrasi padatan terlarut yang terionisasi dalam air. Konduktansi (G) merupakan kebalikan dari resistansi (R). Setiap bahan mempunyai sifat tertentu yang diungkapkan sebagai hambatan jenis (ρ), dengan satuan ohm meter. (Jurnal Fisika, October 2016).
Jika sebagian orang masih menggunakan media seperti lempengan besi ataupun dua buah potongan logam yang terhubung dengan baterai 12V untuk mengukur adanya kandungan garam yang terlarut dalam larutan. Garam yang terlarut ini berupa ion bermuatan positif (kation) dan ion bermuatan negative (anion). Ion – ion tersebut lah yang memberi sinyal ke baterai dan terhubung ke bohlam lampu 5Watt agar bohlam tersebut hidup jika larutan yang diuji terdapat kandungan garam atau Konduktivitas listrik dari larutan yang diuji.
Untuk mempermudah dalam mengetahui suatu larutan mengandung Nilai EC atau tidak maka dibuatlah alat yang dapat mengukur Konduktivitas larutan dan terhubung secara otomatis ke PC,jika sebelumnya data tidak diismpan di dalam PC maka dalam pembuatan alat ini data dapat tersimpan didalam database PC. Untuk nilai hasil pengukuran akan dipermudah dengan adanya LCD.
Sehingga ada atau tidaknya Konduktivitas Listrik didalam larutan tersebut akan langsung diketahui secara Real Time. Penggunaan sensor Konduktivitas sebagai alat pendeteksi nilai EC dapat dinyatakan dalam satuan (mS/cm).
Berdasarkan pemikiran dan gagasan diatas, maka muncul pemikiran untuk membuat suatu sistem yang dapat mengukur konduktivitas larutan nutrisi tanaman hidroponik, untuk pembuatan proyek tersebut maka judul proyek skripsi adalah
“ Pengukur Electro Conductivity Pada Larutan Nutrisi Hidroponik Berbasis Mikrokontroller ATMEGA 8535”
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang pembuatan skripsi ini maka dirumuskan permasalahan yaitu bagaimana merancang suatu sistem yang dapat mengetahui dan menampilkan nilai EC pada larutan nutrisi Hidroponik dengan sistem Mikrokontroller dan tampilan ke PC, sehingga mempermudah petani maupun masyarakat dalam mengetahui pengukuran nilai EC.
1.3 Batasan Masalah
Dalam merancang dan membuat skripsi ini diberikan batasan-batasan masalah sebagai berikut :
1. Perancangan dan pembuatan sistem ini berbasis mikrokontroller Atmega8535.
2. Metode Hidroponik yang digunakan adalah NFT.
3. Sensor yang digunakan untuk membaca nilai EC pada larutan nutrisi Hidroponik adalah Sensor Konduktivitas.
4. Menggunakan USB To TTL untuk menghubungkan mikrokontroler dengan PC.
5. Pengukuran sensor dilakukan hanya pada larutan untuk jenis Hidroponik.
1.4 Tujuan
Adapun tujuan penulisan skripsi ini adalah :
1. Untuk mengetahui perancangan pengukur EC pada larutan nutrisi Hidroponik dengan menggunakan mikrokontroler Atmega8535.
2. Untuk mengetahui pembuatan pengukur EC pada larutan nutrisi Hidroponik dengan menggunakan mikrokontroler Atmega8535
1.5 Manfaat
Adapun manfaat penulisan skripsi ini adalah :
1. Mempermudah petani untuk mengetahui hasil pengukuran nilai EC pada penanaman Hidroponik.
2. Menjadi Referensi bagi mahasiswa/i yang akan membahas hal yang sama.
3. Bagi penulis dapat menambah pengetahuan dan pengalaman dalam membuat penanaman hidroponik yang terukur nilai EC nya secara elektronik.
1.6 Metodologi Penulian dan Perancangan
Dalam penulisan skripsi ini penulis mengumpulkan data yang dilakukan sebagai berikut :
1. Pengumpulan data dengan cara melakukan studi ke perpustakaan dengan jalan mencari buku-buku atau informasi yang berhubungan dengan proyek ini. Mempelajari buku - buku yang menyangkutteori – teori tentang rangkaian dan sistem mekanik yang digunakan.
2. Secara praktis, yaitu dengan berdiskusi dengan dosen pembimbing selama proses pembuatan alat pengukur ini.
3. Mencari data-data yang berhubungan dalam pembuatan proyek ini dengan menggunakan fasilitas internet.
1.7 Cara Kerja Rangkaian
Pada saat alat dihidupkan, pompa akan otomatis mengalirkan larutan nutrisi yang terdapat pada wadah penampungan nutrisi. mengalir melewati pipa NFT hidroponik. Sensor yang terdapat pada rangkaian akan dicelupkan ske dalam larutan nutrisi hidroponik sembari nutrisi tersebut tetap mengalir Karena pompa.
Apabila sensor telah berada di dalam wadah maka sensor mulai mendeteksi nilai EC dan akan menampilkan nya melalui LCD. Bagian rangakaian penghubung ke PC akan mengirimkan data hasil pembacaan sensor melalui database dan berbentuk tabel data.
Pengukurarn EC pada larutan nutrisi hidoponik dilakukan pada saat, sebelum , maupun sesudah pencampuran air biasa dengan larutan nutrisi khusus Hidroponik.
1.8 Sistematika Penulisan Laporan
Untuk mempermudah pembahasan dan penulisan laporan ini, penulis membuat susunan bab – bab yang membentuk laporan ini dalam sistematika penulisan laporan dengan urutan sebagai berikut :
Bab 1 : Pendahuluan
Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat, metodologi penelitian serta sistematika penulisan laporan.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisi tentang teori-teori dan prinsip-prinsip yang menunjang pembuatan tugas proyek ini.
Bab III : Metode Penelitian
Bab ini berisikan tentang proses perancangan dan pembuatan alat. Mulai dari perancangan dan pembuatan sistem secara hardware atau software.
Bab IV : Pengujian dan Analisis
Pada bab ini dibahas mengenai pengujian dari komponen sistem yang ada berdasarkan spesifikasi komponen.
Pengujian sensor terhadap variable objek dan besaran yang berbeda untuk mendapatkan data. Data yang telah didapatkan akan diolah menjadi kesimpulan berbentuk dan sistematik.
Bab V : Penutup
Pada bab ini akan dibahas tentang inti simpulan dari hasil pengujian dan data hasil pengujian, saran yang datang setelah realisasi rancangan dan pembuatan ini selesai.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mikrokontroler ATMega 8535 2.1.1 Gambaran Umum
Mikrokontroler ATMega 8535 adalah mikrokontroler CMOS 8 bit daya rendah berbasis arsitek RISC. Intruksi dikerjakan pada satu satu siklus clock, ATMega 8535 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz, hal ini membuat ATMega 8535 dapat bekerja dengan kecepatan tinggi walaupun dengan penggunaan daya rendah. Mikrokontroler ATMega 8535 memiliki beberapa fitur atau spesifikasi yang menjadikannya sebuah solusi pengendali yang efektif untuk berbagai keperluan.
2.1.2 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega8535
Konfigurasi pin dari mikrokontroler ATMega 8535 sebanyak 40 pin dapat dilihat pada gambar. Dari gambar tersebut dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega 8535 sebagai berikut :
1. VCC merupakan pin yang berfugsi sebagai pin masukan catu daya.
2. GND merupakan pin ground.
3. Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.
4. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, komparator analog dan SPI.
5. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog dan Timer Oscilator.
6. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.
7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
10. AREF merupakan pin masukan tegangan refensi ADC.
Gambar 2.1 (a) Konfigurasi Pin
(b) Bentuk Fisik Mikrokontroler ATMEGA8535 2.1.3 Blok Diagram AVR ATMega8535
Gambar 2.2 Blok Diagram ATMEGA8535
2.1.4 Arsitektur Mikrokontroler ATMega 8535 ATMega 8535 memiliki struktur bagian sebagai berikut :
a. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D.
b. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.
c. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan.
d. CPU yang terdiri atas 32 buah register.
e. Watchdog Timer dengan osilator internal.
f. SRAM sebesar 512 bit.
g. Memory Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write.
h. Unit interupsi internal dan eksternal.
i. Port antarmuka SPI.
j. EEPROM sebesar 512 bit yang dapat diprogram saat operasi.
k. Antarmuka komparator analog.
l. Port USART untuk komunikasi serial.
2.1.5 Fitur AVR ATMega 8535
Mikrokontroler AVR ATMega 8535 memiliki fitur sebagai berikut : a. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan
maksimal 16 MHz.
b. Kapabilitas memory Flash 8 KB, SRAM sebesar 512 bit dan EEPROM sebesar 512 bit.
c. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 saluran.
d. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.
e. Enam pilihan mode sleep untuk menghemat penggunaan daya listrik.
f. Berperformen tinggi dan dengan konsumsi daya rendah (low power).
g. Fitur Peripheral :
Dua Timer/Counter 8 bit dengan Separate Prescaler (sumber clock yang dapat diatur) dan Mode pembanding.
Satu Timer/Counter 16 bit dengan Separate Prescaler, Mode pembanding dan Capture Mode.
Real Time Counter dengan sumber osilator terpisah.
Terdapat delapan saluran ADC dengan resolusi sepuluh bit ADC.
Empat saluran Pulse Width Modulation (PWM).
Terdapat Two Serial Interface.
Programmable serial USART.
Master/Serial SPI Serial Interface.
Programmable watchdog Timer dengan On-Chip Oscillator.
On-Chip Analog Comparator.
h. Input/Output (I/O) terdiri dari 32 saluran I/O.
i. Tegangan kerja adalah 2,7-5,5V.
j. Kelas Kecepatannya yaitu 0-8 Mhz.
2.2 Sensor Konduktivitas
Sensor adalah komponen elektronika yang digunakan untuk merubah besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga bisa di analisa dengan menggunakan rangkaian listrik.
Conductivity meter adalah alat untuk mengukur nilai konduktivitas listrik (specific/electric conductivity) suatu larutan atau cairan. Nilai konduktivitas listrik sebuah zat cair menjadi referensi atas jumlah ion serta konsentrasi padatan (Total Dissolved Solid / TDS) yang terlarut di dalamnya.
Konsentrasi ion di dalam larutan berbanding lurus dengan daya hantar listriknya. Semakin banyak ion mineral yang terlarut, maka akan semakin besar kemampuan larutan tersebut untuk menghantarkan listrik. Sifat kimia inilah yang digunakan sebagai prinsip kerja conductivity meter.
Sebuah sistem conductivity meter tersusun atas dua elektrode, yang dirangkaikan dengan sumber tegangan serta sebuah ampere meter. Elektrode- elektrode tersebut diatur sehingga memiliki jarak tertentu antara keduanya (biasanya 1 cm). Pada saat pengukuran, kedua elektrode ini dicelupkan ke dalam sampel larutan dan diberi tegangan dengan besar tertentu. Nilai arus listrik yang dibaca oleh ampere meter, digunakan lebih lanjut untuk menghitung nilai konduktivitas listrik larutan.
Gambar 2.3 Prinsip Kerja Cnductivity
Dari gambar 2.3 diatas dapat kita ketahui prinsip dasar V = R x I Dimana V adalah tegangan listrik rangkaian (volt), I untuk arus listrik rangkaian (ampere), dan R untuk tahanan listrik rangkaian (Ω).
Tahanan listrik (R) berbanding lurus dengan jarak antara dua elektrode (l) conductivity meter, dan berbanding terbalik dengan luas area electrode. Sensor
Conductivity sebenarnya tidak mengukur nilai konduktifitas listrik, tetapi mengukur konduktivitas listrik spesifik (specific conductivity). Konduktivitas listrik spesifik adalah nilai konduktivitas listrik untuk tiap satu satuan panjang.
Konduktivitas listrik spesifik ini disimbolkan dengan κ (Kappa), adalah kebalikan dari tahanan listrik spesifik (ρ), Dimana konduktivitas listrik spesifik menggunakan satuan S/m (Siemens per meter).
Gambar 2.4 Diagram Conductivity Meter
Berdsarkan gambar 2.4 diagram kerja sistem konduktivitas yang terdapat didalam sensor maka bentuk fisik Sensor Konduktivitas / TDS / Kadar Garam sebenarnya memiliki desain yang simple dan mudah digunakan seperti pada gambar 2.5. Probe sensornya berbahan stik stainless yang berfungsi sebagai penerima data dari bahan yang diuji. Sensor ini dapat langsung disambungkan dengan pin analog arduino maupun pin analog mikrokontroller lainnya, tanpa harus memakai modul penguat tambahan.
Gambar 2.5 Sensor Konduktivitas
Gambar 2.6 Cara penggunaan sensor dalam pengukuran kadar konduktivitas
Pada gambar 2.6 sensor konduktivitas digunakan untuk menguji kadar salinitas atau garam dan terhubung dengan PC. Pada gambar 2.6 yaitu sensor konduktivitas yang digunakan untuk mengukur nilai EC. Pada sisi sebelah kanan dari gambar adalah sisi yang dicelupkan kedalam larutan sedangkan sisi sebelah kiri pada gambar atau yang berbentuk persegi adalah sisi yang akan dihubungkan ke pin- pin mikrokontroller pin input,output, dan ground.
Tabel 2.1 Karakteristik Sensor Konduktivitas
Sumber : Datasheet sensor Konduktivitas
Pada tabel 2.1 dijelakan dengan rinci Karakteristik Sensor, bagian parameter,symbol, minimal nilai ,maximal nilai dan units atau satuan nilai (Volt,Secon) dari table karakteristik sensor dapat diketahui seperti tegangan masukan sensor yang bernilai ketetapan 5V.
Spesifikasi sensor Kondutivitas yang akan digunakan untuk mengukur nilai EC adalah sebagai berikut :
1) Bekerja pada tegangan DC
2) Support arduino dan mikrokontroller lainnya
3) Koefisien linearitas data konduktivitas sebesar 0.9639 4) linearitas data TDS sebesar 0.983
5) Memiliki sensitivitas pada bahan yang bersifat konduktif 6) cairan pada saat pengukuran sebesar 5.5 cm dari ujung sensor
2.3 Nutrient Film Technique (NFT)
NFT adalah sebuah sistem yang menggunakan „film‟ larutan nutrisi. Film atau lapisan tipis setebal 1-3 mm ini dipompa dan
dialirkan melewati akar tanaman secara terus menerus dengan kecepatan aliran sekitar 1-2 liter per menit. Sirkulasi nutrisi dapat digunakan ulang selama beberapa minggu sesuai kebutuhan tanaman. Sebagian akar tanaman tumbuh di atas permukaan larutan nutrisi dan sebagian lagi terendam di dalamnya. Faktor utama yang mempengaruhi perkembangan tanaman dalam hidroponik NFT adalah tersedianya nutrisi penunjang yang sesuai dengan jenis dan umur tanaman dan kestabilan kecepatan aliran nutrisi.
Nutrient film Technique (NFT) memiliki aliran larutan nutrisi yang konstan/tetap sehingga tidak dibutuhkan timer untuk mengontrol pompa air. Pada sistem hidroponik ini, larutan nutrisi dipompakan ke dalam growing tray (tempat/keranjang/pot untuk tumbuh tanaman) yang biasanya berupa tabung dan larutan nutrisi tersebut akan mengalir melewati akar tanaman kemudian akan mengalir kembali ke bak penampungan. Umumnya tidak ada media tumbuh selain udara sehingga dapat menghemat penggantian media tumbuh setelah panen.
Biasanya, tanaman ditempatkan pada sejenis keranjang plastik kemudian akar tanaman menggantung ke dalam larutan nutrisi. Tetapi, tetap dibutuhkan media untuk masa persemaian biji sampai siap dipindah ke sisten NFT ini. Namun apabila akar tanaman cepat kering menandakan aliran larutan nutrisi terganggu.
Gambar 2.7 Metode NFT pada penanaman Hidroponik
Pada perancangan alat ini pembentukan sistem mekanik untuk penanaman hidroponik menggunakan NFT seperti gambar 2.7 fokus pada bagaimana air mengalir melewati pipa dari wadah penampungan dan digerakkan dengan sistem elektronik .
Sistem ini disebut nutrient film technique karena pada sistem ini air dan nutrisi yang digunakan mengalir tipis seperti lembaran film dengan ketebalan 2-3 mm. Di Indonesia Metode ini banyak ditemukan dan diaplikasikan oleh para petani hidroponik karena metode ini adalah salah satu metode yang paling mudah digunakan dan dimodifikasi dalam penanaman. Berbagai jenis tanaman dapat digunakan dalam metode hidroponik NFT seperti selada, kangkung, sawi dan lainnya, selain itu metode ini juga dapat dilakukan pada tanaman yang berbuah seperti tomat, cabai dan mentimun selama tanaman masih memiliki sistem perakaran serabut, namun umumnya sistem NFT digunakan untuk menanam sayuran daun. Perlu diingat bahwa tanaman yang menghasilkan umbi yang biasa tumbuh dalam tanah tidak dapat ditanam dalam metode NFT karena pada metode ini akar tumbuh sangat terbatas.
Beberapa peralatan yang biasa digunakan dalam metode NFT antara lain:
pompa yang digunakan untuk mengalirkan air dan nutrisi ke wadah penampungan
wadah atau reservoir penampung air dan nutrisi
selang untuk mengalirkan air dan nutrisi dari wadah melalui pompa dan mengalirkan air
tempat tumbuh tanaman yang dapat dibuat dari paralon, pipa atau lainnya yang biasa disebut dengan gully.
Dudukan gully atau meja yang digunakan untuk menyangga tanaman sehingga dapat dialiri air dan nutrisi.
Adapun beberapa kelebihan yang ditawarkan oleh sistem atau metode hidroponik NFT antara lain :
Sistem ini bersifat fleksibel dan dapat ditanam di area outdoor maupun indoor ( butuh growlight ). Instalasi peralatan dapat disesuaikan dengan ruang dan lingkungan penanaman.
Dapat digunakan untuk menanam beberapa jenis tanaman seperti sayur- sayuran dan buah-buahan yang berakar serabut.
Tingkat keberhasilan panen tinggi dan tanaman yang tumbuh dengan metode ini memiliki kualitas yang baik.
2.4 Relay
Relay merupakan saklar elektromagnetik yang dapat di on/off-kan oleh arus. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (Selenoid) di dekatnya. Ketika selenoid di aliri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada selenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali keposisi semula dan kontak saklar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220Volt DC). Relay yang paling sederhana adalah relay elektro mekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik.
Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut:
1. Alat yang digunakan gaya elektromekanik untuk menutup (membuka) kontak saklar.
2. Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.
Gambar 2.8 Bentuk Fisik Relay
2.4.1 Fungsi Relay
Seperti yang telah di jelaskan tadi bahwa relay memiliki fungsi sebagai saklar elektrik, namun jika di aplikasikan ke dalam rangkaian elektronika, relay memiliki beberapa fungsi yang cukup unik. Berikut beberapa fungsi saat di aplikasikan ke dalam sebuah rangkaian elektronika.
1. Mengendalikan sirkuit tegangan tinggi dengan menggunakan bantuan signal tegangan rendah.
2. Menjalankan logic function atau fungsi logika.
3. Memberikan time delay function atau fungsi penundaan waktu.
4. Melindungi motor atau komponen lainnya dari korsleting atau kelebihan tegangan.
2.4.2 Prinsip Kerja Relay
Pada sebuah relay terdapat 4 bagian penting yaitu electromagnet (coil), Armature, Switch Contact Point (saklar) dan spring.
Gambar 2.9 Cara kerja Relay
Berdasarkan gambar 2.9, iron core(besi) yang dililitkan oleh kumparan coil berfungsi untuk mengendalikan iron core tersebut. Atau dengan kata lain, Relay terdiri dari coil dan contact. Coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedangkan contact adalah sejenis saklar yang penggeraknya tergantung ada tidaknya arus listrik coil.
Ketika kumparan coil di berikan arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnet sehingga akan menarik Armature berpindah posisi yang awalnya NC (tertutup) ke posisi NO (terbuka) sehingga menjadi saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi NO. Posisi Armature yang tadinya dalam kondisi CLOSE akan menjadi OPEN atau terhubung. Armature akan kembali keposisi CLOSE saat tidak dialiri listrik. Coil yang digunakan untuk menarik Contact Point ke posisi CLOSE umunnya hanyak membutuhkan arus llistrik yang relatif kecil.
Kontak point relay terdiri dari 2 jenis yaitu:
1. Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada pada posisi close (tertutup).
2. Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berapa pada posisi open (terbuka).
Gambar 2.10 Skema rangkaian Relay
2.4.2 Fungsi Relay
Seperti yang telah di jelaskan tadi bahwa relay memiliki fungsi sebagai saklar elektrik, namun jika di aplikasikan ke dalam rangkaian elektronika, relay memiliki beberapa fungsi yang cukup unik. Berikut beberapa fungsi saat di aplikasikan ke dalam sebuah rangkaian elektronika.
5. Mengendalikan sirkuit tegangan tinggi dengan menggunakan bantuan signal tegangan rendah.
6. Menjalankan logic function atau fungsi logika.
7. Memberikan time delay function atau fungsi penundaan waktu.
8. Melindungi motor atau komponen lainnya dari korsleting atau kelebihan tegangan.
2.5. Tact Switch
Tact switch adalah saklar tekan yang berfungsi untuk menghubungkan atau memisahkan bagian – bagian dari suatu instalasi listrik satu sama lain (suatu sistem saklar tekan push button terdiri dari saklar tekan start. Stop reset dan saklar tekan untuk emergency.
Gambar 2.11 tact switch
Pada gambar 2.11 tact switch yang digunakan dalam pembuatan skripsi yang terhubung dengan rngakaian elektronik. Fungsi pada alat adalah untuk mengaktifkan alat secara keseluruhan.
Sebagai device penghubung atau pemutus, push button switch hanya memiliki 2 kondisi, yaitu On dan Off (1 dan 0). Istilah On dan Off ini menjadi sangat penting karena semua perangkat listrik yang memerlukan sumber energi listrik pasti membutuhkan kondisi On dan Off.
Karena sistem kerjanya yang unlock dan langsung berhubungan dengan operator, push button switch menjadi device paling utama yang biasa digunakan untuk memulai dan mengakhiri kerja mesin di industri. Secanggih apapun sebuah mesin bisa dipastikan sistem kerjanya tidak terlepas dari keberadaan sebuah saklar seperti push button switch atau perangkat lain yang sejenis yang bekerja mengatur pengkondisian On dan Off.
Gambar 2.12 Prinsip Kerja Tact switch
Berdasarkan fungsi kerjanya yang menghubungkan dan memutuskan, tact switch mempunyai 2 tipe kontak yaitu NC (Normally Close) dan NO (Normally Open).
NO (Normally Open), merupakan kontak terminal dimana kondisi normalnya terbuka (aliran arus listrik tidak mengalir). Dan ketika tombol saklar ditekan, kontak yang NO ini akan menjadi menutup (Close) dan mengalirkan atau menghubungkan arus listrik. Kontak NO digunakan sebagai penghubung atau menyalakan sistem circuit ( tact switch ON).
NC (Normally Close), merupakan kontak terminal dimana kondisi normalnya tertutup (mengalirkan arus litrik). Dan ketika tombol saklar push button ditekan, kontak NC ini akan menjadi membuka (Open), sehingga memutus aliran arus listrik. Kontak NC digunakan sebagai pemutus atau mematikan sistem circuit (tach switch Off).
2.6. LCD (Liquid Cristal Display) 16 x 2
Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.
LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap
dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan. Bentuk LCD 16 x 2 seperti terlihat pada gambar 2.13.
Gambar 2.13 Modul LCD Karakter 16 x 2
Dalam modul LCD (Liquid Cristal Display) terdapat mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD (Liquid Cristal Display).
Mikrokontroler pada suatu LCD (Liquid Cristal Display) dilengkapi dengan memori dan register. Memori yang terdapat pada LCD adalah:
DD (Display Data Random Access Memory) merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan.
CGRAM (Character Generator Random Access Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.
CGROM (Character Generator Read Only Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana pola tersebut merupakan karakter dasar yang sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat LCD (Liquid Cristal Display) tersebut sehingga pengguna tinggal mangambilnya sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada dalam CGROM.
Register kontrol yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah:
Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Cristal Display) pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD (Liquid Cristal Display) dapat dibaca pada saat pembacaan data.
Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau keDDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut keDDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya.
Pin, kaki atau jalur input dan kontrol dalam suatu LCD (Liquid Cristal Display) diantaranya adalah:
Pin data adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan LCD (Liquid Cristal Display) dapat dihubungkan dengan bus data dari rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit.
Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.
Pin R/W (Read Write) berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data, sedangkan high baca data.
Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.
Pin VEE berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot 5 Kohm, jika tidak digunakan dihubungkan ke ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5V.
Konfigurasi pin pada LCD 16x2 seperti terlihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.2 Konfigurasi pin LCD 16x2
PIN Name Function
1 VSS Ground Voltage
2 VCC +5V
3 VEE Contrast Voltage
4 RS Register Select
0 = Instruction Register 1 = Data Register
5 R/W Read/Write, to choose write or read mode 0 = wirte mode
1 = read mode
6 E Enable
0 = Start to lacht data to LCD Character 1 = disable
7 DB0 LSB
8 DB1 -
9 DB2 -
10 DB3 -
11 DB4 -
12 DB5 -
13 DB6 -
14 DB7 MSB
15 BPL Back Plane Light
16 GND Ground Voltage
2.7 USB to TTL
Universal Serial Bus (USB) adalah standar bus serial untuk perangkat penghubung, biasanya kepada komputer namun juga digunakan di peralatan lainnya seperti konsol permainan, ponsel dan PDA.
Sistem USB mempunyai desain yang asimetris, yang terdiri dari pengontrol host dan beberapa peralatan terhubung yang berbentuk "pohon"
dengan menggunakan peralatan hub yang khusus.
Desain USB ditujukan untuk menghilangkan perlunya penambahan expansion card ke ISA komputer atau bus PCI, dan memperbaiki kemampuan plug-and-play (pasang-dan-mainkan) dengan memperbolehkan peralatan- peralatan ditukar atau ditambah ke sistem tanpa perlu mereboot komputer. Ketika USB dipasang, ia langsung dikenal sistem komputer dan memroses device driver yang diperlukan untuk menjalankannya.
Gambar 2.14 Konektor USB
Pada gambar 2.14 adalah gambar konektro USB yang sebelah kiri menandakan konektro USB tipe A dan yang sebelah kiri adalah konektor USB Tipe B. USB dapat menghubungkan peralatan tambahan komputer seperti mouse, keyboard, pemindai gambar, kamera digital, printer, hard disk, dan komponen networking. USB kini telah menjadi standar bagi peralatan multimedia seperti pemindai gambar dan kamera digital.
USB TTL adalah modul pengunduh (downloader) dari PC atauNotebook ke IC mikrokontroler AVRyang memiliki fitur pemrograman ISP(In System Programming) melalui portUSB dari PC/Notebook. Selain itumodul ini pun memiliki fitur pengubahUSB to Serial TTL, sehingga mikrokontroler yang berlevel tegangan TTLdapat langsung berkomunikasi via USB dengan komputer.
USB to TTL yang digunakan seperti terlihat pada gambar 2.15.
Gambar 2.15 USB to TTL
2.8. Personal Computer (PC)
Personal Computer adalah seperangkat komputer yang digunakan oleh satu orang saja atau pribadi. Biasanya komputer ini adanya dilingkungan rumah, kantor, toko, dan dimana saja karena harga PC sudah relatif terjangkau dan banyak macamnya. Fungsi utama dari PC adalah untuk mengolah data input dan menghasilkan output berupa data atau informasi sesuai dengan keinginan user (pengguna). Dalam pengolahan data yang dimulai dari memasukkan data (input) sampai. akhirnya menghasilkan informasi, komputer memerlukan suatu sistem kesatuan elemen yang tidak bisa terpisahkan.
Hardware (perangkat keras) adalah sekumpulan komponen perangakat keras komputer yang secara fisik bisa dilihat, diraba, dirasakan.
Software (perangkat lunak) adalah program yang berisi dengan intruksi/perintah sebagai pelantara yang menghubungkan antara hardware dan brainware sehingga dapat menghasilkan informasi yang diinginkan brainware.
Gambar 2.16 PC (Personal Computer)
Pada pembuatan pengukuran ini digunakan PC jenis Laptop. Karena PC jenis tersebut lebih mudah dalam pengaplikasian dan penggunaan pengambilan data table pengukuran saat mengukur EC.
2.9 Pompa Wiper
Pompa wiper adalah suatu alat yang digunakann untuk memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara menaikkan tekanan cairan tersebut. Pada alat ini digunakan pompa wiper yang sering digunakan pada mobil. Memiliki tegangan 12 Volt DC.
Pompa memiliki dua kegunaan utama yaitu :
Memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya (misalnya air dari aquifer bawah tanah ke tangki penyimpan air).
Mensirkulasikan cairan sekitar sistem (misalnya air pendingin yang melewati mesin –mesin peralatan).
Gambar 2.17 Bentuk Fisik Pompa wiper mobil 12V
Pada gambar 2.17 adalah pompa yang digunakan pada pembuatan pengukuran nutrisi hidroponik. Digunakanya pompa jenis ini pada pembuatan skripsi ini karena skripsi ini dibuat dengan skala kecil. Artinya hanya mengalirkan air ke sebuah pipa NFT dengan kapasitas wadah penampuangan nutrisi sebanyak 5L.
Gambar 2.18 Detail elemen pompa wiper
Pompa pada rangkaian digunakan untuk mengalirkan iar nutrisi ke wadah pipa – pipa dan secara elektronik.
2.10 Bahasa Pemrograman C
adalah sebuah bahasa pemrograman komputer yang bisa digunakan untuk membuat berbagai aplikasi (general-purpose programming language), mulai dari sistem operasi (seperti Windows atau Linux), antivirus, software pengolah gambar (image processing), hingga compiler untuk bahasa pemrograman, dimana C banyak digunakan untuk membuat bahasa pemrograman lain yang salah satunya adalah PHP.
Meskipun termasuk general-purpose programming language, yakni bahasa pemrograman yang bisa membuat berbagai aplikasi, bahasa pemrograman C paling cocok merancang aplikasi yang berhubungan langsung dengan Sistem Operasi dan hardware. Ini tidak terlepas dari tujuan awal bahasa C dikembangkan.
Bahasa pemrograman C dibuat pertama kali oleh Dennis M. Ritchie pada tahun 1972. Saat itu Ritchie bekerja di Bell Labs, sebuah pusat penelitian yang berlokasi di Murray Hill, New Jersey, Amerika Serikat. Ritchie membuat bahasa pemrograman C untuk mengembangkan sistem operasi UNIX. Sebelumnya,
sistem operasi UNIX dibuat menggunakan bahasa assembly (assembly language).
Akan tetapi bahasa assembly sendiri sangat rumit dan susah untuk dikembangkan.
Dengan tujuan mengganti bahasa assembly, peneliti di Bell Labs membuat bahasa pemrograman B. Namun bahasa pemrograman B juga memiliki beberapa kekurangan, yang akhirnya di lengkapi oleh bahasa pemrograman C. Dengan bahasa C inilah sistem operasi UNIX ditulis ulang.
Pada gilirannya, UNIX menjadi dasar dari banyak sistem operasi modern saat ini, termasuk Linux, Mac OS (IOS), hingga sistem operasi Android.
2.10.1. Fitur dan Keunggulan Bahasa Pemrograman C
Berikut beberapa fitur serta keunggulan bahasa pemrograman C jika dibandingkan dengan bahasa pemrograman lain:
C sebagai bahasa pemrograman prosedural
Konsep pemrograman prosedural adalah sebuah metode pemrograman yang setiap baris perintah diproses secara berurutan dari baris paling atas hingga baris paling bawah. Selain itu bisa terdapat fungsi tambahan (function) yang digunakan untuk menyelesaikan berbagai tugas. Bahasa pemrograman C termasuk ke dalam kelompok ini. Selain konsep prosedural, terdapat juga konsep pemrograman object (object-oriented programming). Di dalam bahasa pemrograman object, setiap tugas akan dijalankan menggunakan class dan object. Contoh bahasa pemrograman object adalah JAVA. Bagi pemula, sangat disarankan untuk mempelajari bahasa pemrograman prosedural terlebih dahulu, baru kemudian masuk ke dalam bahasa pemrograman object. Ini juga menjadi alasan untuk belajar bahasa C terlebih dulu baru kemudian masuk ke bahasa pemrograman object seperti JAVA. Beberapa bahasa pemrograman juga mendukung konsep prosedural dan object sekaligus, contohnya bahasa pemrograman C++ dan PHP.
Bahasa C sangat cepat dan efisien
Aplikasi yang dibuat menggunakan bahasa C bisa dieksekusi dengan sangat cepat serta berukuran kecil. Ini karena C bisa langsung berkomunikasi dengan hardware, sebuah fitur yang jarang tersedia di
bahasa pemrograman modern seperti JAVA, PHP, maupun Phyton. Akan tetapi, hal ini juga memiliki kelemahan. Bahasa C relatif sederhana dan tidak memiliki fitur-fitur modern seperti garbage collection dan dynamic typing.
C adalah portable language
Maksudnya, bahasa pemrograman C bisa di-compile ulang supaya berjalan di berbagai sistem operasi tanpa perlu mengubah kode-kode yang ada.
Aplikasi yang dibuat di Windows dengan bahasa C, bisa dipindahkan ke Linux dengan sedikit atau tanpa modifikasi.
C merupakan “induk” dari bahasa pemrograman modern
Bahasa pemrograman C banyak menginspirasi bahasa pemrograman lain, seperti C++, C#, Objective C, PHP, JAVA, JavaScript dan masih banyak lagi. Dengan mempelajari bahasa C, anda akan familiar dan lebih mudah saat berpindah ke bahasa pemrograman lain yang merupakan turunan dari C.
2.11.Regulator
Regulator tegangan fungsinya untuk mengatur/menghasilkan pada nilai tertentu dari suatu tegangan masukan. Regulator tegangan dapat mempertahankan nilai tegangan meskipun arus keluaran berubah-ubah.
Misalnya Pada sebuah konverter AC to DC, dari tegangan AC yang dikecilkan menggunakan trafo, kemudian regulator 5V digunakan untuk menghasilkan tegangan TTL (5V).
Cara kerja regulator tegangan:
Secara sederhananya regulator tegangan memiliki suatu nilai referensi bisa internal/external (umumnya suatu nilai tegangan/arus) yang digunakan sebagai tolok ukur untuk menghasilkan tegangan keluaran.
Gambar 2.20 skema rangkaian regulator
Jenis-jenis regulator tegangan:
Regulator Linear
Regulator jenis ini menghasilkan tegangan tertentu dengan mendisipasikan daya dari tegangan selisih. Misalnya regulator linear 12V ke 5V, regulator akan mendisipasikan daya dari tegangan selisih sebesar 12 – 5 = 7V, sehingga menghasilkan tegangan keluaran 5V.
Kelebihan dari regulator ini adalah tegangan yang dihasilkan lebih stabil dibandingkan regulator switching. Sedangkan kekurangannya adalah disipasi daya yang besar (sebanding dengan arus keluaran) menyebabkan regulator mudah panas. Contoh regulator jenis ini adalah LM7805, LM7812, LM317.
Regulator Switching
Sesuai namanya regulator switching mengatur tegangan keluaran dengan me- nyaklar (ON/OFF) tegangan masukan. Frekuensi switching berbeda-beda tiap regulator umumnya dalam kHz.
Kelebihan regulator switching adalah disipasi daya yang lebih kecil dibandingkan dengan regulator linear karena tujuan utamanya bukan untuk mendisipasikan daya dari selisih tegangan masukan-keluaran.
Sedangkan kekurangannya, tegangan keluaran akan bergelombang akibat switching. Oleh karena itu, regulator jenis ini umumnya membutuhkan induktor, kapasitor , dan dioda untuk memperhalus tegangan keluaran.
Regulator switching sendiri ada 2 jenis; regulator Buck dan regulator Boost Regulator Buck untuk tegangan keluaran lebih kecil dari tegangan input.
Regulator Boost untuk tegangan keluaran lebih besar dari tegangan input. Contoh regulator jenis ini adalah LM2576, LM2596.
Gambar 2.21. Regulator LM2596
Regulator LDO (Low Drop-Out)
Yang dimaksud Low Drop-Out adalah regulator yang membutuhkan selisih tegangan masukan dan keluaran lebih kecil dari regulator linear biasa.
Regulator linear biasa umunya membutuhkan tegangan regulasi (selisih tegangan masukan dan tegangan keluaran) kira-kira 2 V sampai 3 V. Sedangkan regulator jenis LDO hanya membutuhkan tegangan regulasi pada kisaran 0.5 V.
Kelebihan regulator ini jelas bisa menghasilkan tegangan keluaran dengan selisih kecil terhadap tegangan masukan. Kekurangannya, pada umumnya tegangan masukan lebih kecil dibandingkan dengan regulator linear biasa. Contoh regulator jenis ini adalah AMS1117-5.0 AMS1117-3.3
2.11.1. Spesifikasi Teknis LM2596
Tegangan keluaran / output voltage: Fixed 5V
Arus keluaran maksimum / max output current: 3A
Tegangan masukan maksimum / max input voltage: 40V
Switching Frequency: 150 kHz
Maksimum deviasi tegangan: ±4%
Topologi: Buck Regulator
Arus pada moda siaga / standby mode current / IQ = 80 µA
Fitur proteksi: 2 stage frequency reducing current limit, over-temperature auto shutdown
BAB 3
METODE PENELITIAN
Pada Bab ini akan membahas perancangan sistem, seperti spesifikasi sistem, perancangan diagram blok, perancangan hardware, dan perancangan program.
3.1 Perancangan Sistem
Untuk memudahkan didalam penganalisaan rangkaian perancangan sistem ini dibagi menjadi beberapa bagian yang merupakan bagian dari satu kesatuan dari rangkaian sistem yang dirancang.
3.1.1 Spesifikasi Alat
Adapun spesifikasi mekanik dari alat pengukur ini adalah sebagai berikut:
1. Panjang miniatur pipa : 50 cm 2. Lebar miniatur pipa : 9 cm 3. Tinggi miniatur pipa : 35 cm 4. Panjang wadah : 18 cm 5. Lebar wadah : 20 cm 6. Tinggi wadah : 15 cm
7. Kapasitas isi wadah : Maximum 5 liter 8. Ukuran pipa : 2,5 inch
9. Panjang pipa : 50 cm 10.Jumlah lubang pipa : 3 lubang
Sedangkan spesifikasi elektronik dari rangkaian ini adalah sebagai berikut : 1. Sumber Tegangan : 220 volt AC
2. Power Supply : Adaptor 12V DC,RegulatorLM2596 3. Software : Bahasa pemrograman C
4. Mikrokontroler : Mikrokontroler Atmega 8535 5. Input : Sensor Konduktivitas
6. Media komunikasi : USB toTTL.
7. Output : LCD 16x2 dan 1 buah PC/Laptop
3.1.2 Perancangan Diagram Blok
Dalam perancangan suatu sistem, terlebih dahulu sistem tersebut direncanakan dengan membuat diagram blok. Dengan diagram blok, dapat menganalisa cara kerja rangkaian dan merancang hardwareserta softwareyang dibuat secara umum. Diagram blok merupakan pernyataan hubungan yang berurutan dari satu atau lebih komponen yang memiliki satu kesatuan tersendiri dan setiap blok komponen mempengaruhi komponen lainya. Diagram blok memiliki arti khusus dengan memberikan keterangan didalamnya. Untuk setiap blok dihubungkan dengan satu garis yang menunjukkan arah kerja dari setiap blok yang bersangkutan.
Pada diagram blok sistem ini terdapat beberapa blok, yaitu blok power supply, blok masukan (input), blok pengendali, blok keluaran (output), dan blok interface. Diagram blok secara keseluruhan seperti terlihat pada gambar 3.1.
Gambar 3.1 Blok Diagram sistem
Fungsi masing – masing Blok 1. Blok Power Supply
Pada gambar 3.1., terdapat satu blok power supply yaitu Regulator yang berfungsi menurunkan tegangan 12 V menjadi 5 Volt.
2. Blok Masukan
Pada gambar 3.1., terdapat dua blok masukan yaitu push button dan sensor .konduktivitas . Push button berfungsi sebagai tombol untuk mengaktifkan seluruh rangkaian sistem . Sensor konduktivitas berfungsi membaca larutan sebagai syarat awal untuk mengukur nilai EC dari nutrisi hidroponik,
3. Blok Pengendali
Pada gambar 3.1., terdapat satu blok pengendali yaitu mikrokontroler.
Mikrokontroler yang digunakan adalah Atmega8535 yang berfungsi untuk memproses/mengolah input dan megendalikan output.
4. Blok Output
Pada gambar 3.1.,terdapat dua blok output yaitu Pompa yang digunakan untuk menyalurkan air nutrisi dari wadah kesetiap pipa – pipa tanaman hidroponik.LCD dan USB to TTL. LCD berfungsi untuk menampilkan hasil masukan dari sensor konduktivitas yang telah diolah/dikalkulasi melalui mikrokontroler. USB to TTL berfungsi sebagai komunikasi antara mikrokontroler dengan PC.
3.1.3 Peracangan Hardware
Perancangan hardware pada tugas akhir ini yaitu dengan membuat rangkaian keseluruhan sistem seperti terlihat pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 Rangkaian Keseluruhan Sistem
Perancangan Rangkaian Sensor Konduktivitas
Rangkaian sensor Konduktivitas seperti terlihat pada gambar 3.3.
Gambar 3.3.Rangkaian Sensor Konduktivitas
Pada gambar3.4., merupakan blok input menggunakan sensor Konduktivits .Sensor ini terhubung ke pin A0 Mikrokontroler. Sensor ini bekerja pada
tegangan 5 volt. Cara kerja rangkaian ini adalah apabila sensor di celupkan ke dalam larutan maka sensor akan mengirim data berupa analog ke mikrokontroler.
Perancangan Rangkaian Mikrokontroler Atmega8535
Rangkaian Mikrokontroler Atmega8535 terlihat seperti pada gambar 3.5
Gambar 3.4.Rangkaian Mikrokontroler Atmega8535
Pada gambar 3.4. merupakan blok pengendali yang digunakan adalah Mikrokontroler Atmega8535 yang berfungsi untuk mengolah data yang dikirimkan oleh komponen input serta mengendalikan komponen output.
Mikrokontroler ini ini bekerja pada tegangan 5 volt. Input yang diolah berupa saklar untuk menghidupkan pompa serta sensor konduktivitas. Sensor konduktivitas terhubung dengan pin A0. Pin ini berfungsi untuk mengolah masukan dari sensor Konduktivitas berupa data Analog yang kemudian akan
dirubah dalam bentuk Digital. Output yang dikendalikan oleh mikrokontroler adalah LCD dan USB to TTL. LCD terhubung dengan pin C 1 – 6. Pin ini berfungsi untuk menampilkan nilai EC dan Sifat Larutan ke LCD. USB to TTL terhubung dengan pin serial yaitu pin D 0 dan pin D 1. Pin ini berfungsi untuk mengirimkan data nilai pH dan Sifat Larutan ke PC.
Perancangan Rangkaian LCD
Rangkaian LCD seperti terlihat pada gambar 3.5 .
Gambar 3.5 Rangkaian LCD
Pada gambar 3.5., merupakan blok output menggunakan LCD. LCD ini berkeja pada tegangan 5 volt. Pin D4 – D7 pada LCD terhubung dengan pin C1- C4 mikro. Jalur ini berfungsi untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan. Pin RS Pada LCD terhubung dengan pin C6 mikro.
Jalur ini berfungsi untuk menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Pin E LCD terhubung dengan pin C5 mikro. Jalur ini berfungsi untuk untuk menyimpan data, baik masuk atau keluar. Pin VO pada LCD terhubung dengan resistor. Resistor yang dipakai adalah resistor Variable dengan nilai 3K3 ohm yang berfungsi untuk mengatur kecerahan pada LCD. LCD disini hanya menulis data bukan membaca data sehingga pin RW pada tidak terhubung pada arduino tetapi langsung dihubungkan ke ground.
Perancangan Rangkaian USB to TTL
Rangkaian USB to TTL seperti terlihat pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 Rangkaian USB to TTL
Pada gambar 3.6., merupakan blok output. Output yang digunakan untuk menghubungkan mikro ke PC adalah USB to TTL. Rangkaian USB to TTL ini terhubung denga pin serial pada mikro yang menggunakan 2 arah karena USB to TTL bukan hanya mengirimkan data dari PC ke mikro tetapi juga menerima data dari mikro untuk selanjutnya di tampilkan ke PC. Data yang ditampilkan di PC berupa Database, Nilai EC, dan Sifat dari Larutan.
Perancangan Rangkaian Regulator
Rangkaian Regulatorseperti terlihat pada gambar 3.7.
Gambar 3.7. Rangkaian Regulator
Pada gambar 3.7., merupakan blok power supply. Power supply yang digunakan adalan Regulator LM2596. Regulator ini berfungsi menurunkan tegangan menjadi 5 V dan memberikan supply ke Mikro, Sensor konduktiitas, LCD, dan USB to TTL karena semua komponen ini membutuhkan tegangan 5 V.
Dengan menggunakan Regulator ini komponen – komponen tersebut tidak mudah panas atau tidak cepat menimbulkan kerusakan.
Perancangan Rangkaian Pompa
Gambar 3.8 Rangkaian Pompa
Pada gambar 3.8.,merupakan blok pompa. Pompa yang digunakan adalah jenis pompa whiper mobil. Pompa ini digunakan karena ukurannya yang kecil dan hanya membutuhkan daya 12V. Pompa ini terhubung dengan relay Pompa bertujuan untuk mengalirkan air kedalam tempat wadah penampungan.
3.1.4 Perancangan Program
Flowchart pada mikrokontroler Atmega8535 dan PC ini menjelaskan urutan proses kerja sistem yang akan bekerja pada mikro. Flowchart sistem Mikrokontroler Atmega8535 seperti terlihat pada gambar 3.9.
Gambar 3.9 Flowchart sistem mikrokontroller
Pada gambar 3.9.,proses kerja sistem dimulai dari menginisialisasi port input dan output. Push button dan sensor Konuktivutas sebagai input, LCD dan USB to TTL sebagai output. Mikro akan memeriksa data analog yang masuk dari Sensor Konuktivitas. Data tersebut dirubah dalam bentuk digital dan dikalkulasikan di
dalam mikro. Jika hasil kalkulasi data terdeteksi angka 1,8 > maka nilai EC terdeteksi dan akan muncul data ke PC Namun jika pada layar LCD menampilkan nilai EC 0 atau “Error” maka data akan kembali diolah oleh mikrokontroller.
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengujian dan Analisis Software
Pengujian dan analisis software bertujuan untuk menjalankan program pada Mikrokontroler Atmega8535 dan Visual Basic, dimana penjelasan tiap bagian program akan dijelaskan sebagai berikut.
4.1.1. Pengujian Program Mikrokontroler Atmega8535
Pembuatan bahasa program dirancang pada Bascom AVR dengan menggunakan bahasa basic. Analisa untuk menjalankan sistem ini adalah:
Untuk konfigurasi register mikrokontroler yang digunakan, diberikan program sebagai berikut:
$regfile = "m8535.dat"
Untuk mengatur kecepatan proses kerja mikrokontroler, diberikan program sebagai berikut:
$crystal = 12000000
Untuk mengaur konfigurasi pin LCD maka digunakan program sebagai berikut
$regfile = “m8535.dat”
$crystal = 8000000
„konfigurasi pin lcd 16*2
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portc.4 , Db5 = Portc.5 , Db6 = Portc.6 , Db7 = Portc.7 , E = Portc.1 , Rs = Portc.0
Config Lcd = 16 * 2 cls
untuk pengujian pompa digunakan program : int pompa = 1;
//variable
int sensorValue; //adc value
float outputValueConductivity; //conductivity value //float outputValueTDS; //TDS value
void setup() {
untuk pengujian nilai EC maka digunakan program sebagai berikut : {
//read the analog in value:
sensorValue = analogRead(analogInPin);
//Mathematical Conversion from ADC to conductivity (uSiemens) //rumus berdasarkan datasheet
outputValueConductivity = (0.2142*sensorValue)+494.93;
//Mathematical Conversion from ADC to TDS (ppm) //rumus berdasarkan datasheet
//outputValueTDS = (0.3417*sensorValue)+281.08;
//print the results to the serial monitor:
Program Keseluruhan rangkaian adalah sebagai berikut :
#include <LiquidCrystal.h>
#define analogInPin A0 // Analog input pin
const int rs = 23, en = 21, d4 = 20, d5 = 19, d6 = 18, d7 = 17;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
int pompa = 1;
//variable
int sensorValue; //adc value
