TA : Rancang Bangun Alat Pengayun Bayi Berbasis Mikrokontroler Menggunakan Sensor Suara, Kelembaban dan Gas Amonia.

(1)

FAKULTAS TEKNOLOGI DAN INFORMATIKA

INSTITUT BISNIS DAN INFORMATIKA STIKOM SURABAYA 2016

RANCANG BANGUN ALAT PENGAYUN BAYI BERBASIS MIKROKONTROLER MENGGUNAKAN SENSOR SUARA, KELEMBABAN DAN GAS AMONIA

TUGAS AKHIR

Program Studi S1 Sistem Komputer Fakultas

Teknologi dan Informatika

Oleh :

(2)

x

HALAMAN JUDUL...i

HALAMAN SYARAT ...ii

MOTTO ...iii

HALAMAN PERSEMBAHAN ...iv

HALAMAN PENGESAHAN... v

HALAMAN PERNYATAAN ...vi

ABSTRAK ...vii

KATA PENGANTAR ...viii

DAFTAR ISI... x

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR TABEL...xviii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 3

1.4 Tujuan ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI ... 6

2.1 Ayunan Bayi ... 6

2.2 Urine (Air Kencing) ... 6

2.3 Amonia Pada Urin... 7

(3)

xi

2.4.1 Mikrokontroler ATMega32 ... 8

2.4.2 Downloader USBAsp ... 10

2.4.3 ADC (Analog to Digital Converter) ... 11

2.5 Sensor... 13

2.5.1 Sensor Suara ... 13

2.5.2 Desibel ... 14

2.5.3 Sensor Kelembaban ... 14

2.5.4 Kelembaban Nisbi ... 16

2.5.5 Sensor Gas Amonia ... 16

2.5.6 PPM (Parts per Million)... 19

2.6 Aktuator ... 20

2.6.1 LCD (Liquid Crystal Display)... 20

2.6.2 Motor DC (Direct Current) ... 21

2.6.3 IC L298 ... 22

2.6.4 PWM (Pulse Width Modulation) Motor DC ... 23

BAB III METODE PENELITIAN DAN PERANCANGAN SISTEM ... 25

3.1 Metode Penelitian ... 25

3.2 Model Perancangan... 26

3.3 Perancangan Perangkat Keras... 27

3.3.1. Perancangan Minimum Sistem ATMega32... 27

3.3.2. Perancangan Sensor Kelembaban ... 33

3.3.3. Perancangan Sensor Amonia ... 35

3.3.4. Perancangan Sensor Suara ... 36

(4)

3.3.6. Perancangan Motor Driver... 38

3.3.7. Perancangan Output Musik/Alaram... 39

3.4 Perancangan Mekanik ... 40

3.4.1. Perancangan Motor Pengayun ... 43

3.4.2. Perancangan LCD (Liquid Cristal Display) ...44

3.4.3. Perancangan Sensor Suara ... 45

3.4.4. Perancangan Sensor Gas Amonia ... 45

3.4.5. Perancangan Sensor Kelembaban ... 46

3.4.6. Perancangan Output Musik/Alaram... 47

3.5 Perancangan Perangkat Lunak ... 49

3.5.1. Setting Wizard Pada CodeVision AVR ... 49

3.5.2. Perancangan Program Pada Mikrokontroler ... 55

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN PENGAMATAN... 58

4.1 Pengujian Mikrokontroler ... 58

4.1.1. Tujuan Pengujian ... 58

4.1.2. Alat yang Dibutuhkan ... 58

4.1.3. Prosedur Pengujian ... 58

4.1.4. Hasil Pengujian ... 59

4.2 Pengujian Ayunan Bayi ... 60

(5)

xiii

4.4 Pengujian Motor... 62

4.5 Pengujian Motor Driver ... 63

4.6 Pengujian Rangkaian Musik ... 65

4.7 Pengujian Sensor Suara... 67

4.7.1 Tujuan Pengujian ... 67

4.7.2 Alat yang Dibutuhkan ... 67

4.7.3 Prosedur Pengujian ... 67

(6)

4.8 Pengujian Sensor Amonia... 70

4.9 Pengujian Sensor Kelambaban ... 88

4.9.4 Hasil Pengujian ... 89

4.10 Pengujian Sistem... 89

4.10.4 Hasil Pengujian ... 91

4.11 Hasil Analisa Keseluruhan Sistem... 101

BAB V PENUTUP... 103

5.1 Kesimpulan ... 103

5.2 Saran ... 103

DAFTAR PUSTAKA ... 105

LAMPIRAN ... 108

(7)

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Di zaman sekarang ini, perkembangan dalam bidang teknologi terus

dikembangkan agar memberikan kemudahan untuk meringankan pekerjaan

manusia serta memberikan keuntungan dalam menghemat tenaga dan waktu

dalam melakukan suatu kegiatan. Selain itu perkembangan teknologi tersebut juga

diharapkan memiliki nilai lebih dari teknologi sebelumnya. Perkembangan

teknologi salah satunya terjadi pada peralatan atau perlengkapan bayi yang

bertujuan meringankan pekerjaan para ibu.

Sering sekali ibu rumah tangga kelelahan dalam menimang untuk

menidurkan anaknya dan setelah itu meninggalkan anaknya dalam keadaan

tertidur di ranjang untuk melakukan aktivitas yang lain. Dan akibatnya bila anak

tersebut terjaga dan menangis, tidak ada seorang pun yang bisa menghiburnya.

Untuk membantu meringankan tugas ibu maka perlu adanya alat yang otomatis

dapat menghibur sementara anak menangis tersebut. Salah satunya adalah alat

penimang otomatis. (Purba,2013)

Penelitian sebelumnya yang berhubungan dengan teknologi peralatan

otomatis untuk kebutuhan bayi (Purba,2013) membahas hal yang berhubungan

dengan pendeteksian menggunakan sensor suara dan sensor kelembaban yang

akan mengayun bayi jika hasil input suara mendeteksi bayi menangis dan

meyalakan alarm jika bayi buang air jika terdeteksi dari input sensor kelembaban.

(8)

(Rachmadyanti,2010) mengembangkan penelitian pada gerak motor ayunan bayi

yang menggunakan metode kontrol PID (Proportional Integral Derivative) controller.

Berdasarkan beberapa permasalahan yang berhubungan dengan ibu bayi

diatas dan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, maka penyusun mencoba

untuk merancang sebuah alat pengayun bayi otomatis untuk mengayun sementara

bayi yang terbangun atau bersuara, diikuti dengan penanda musik ketika bayi

terbangun atau bersuara serta informasi pada layar LCD (Liquid Crystal Display) jika bayi tidak tertidur kembali. Alat ini dapat mengayun secara otomatis untuk

sementara sampai ibu bayi datang dan memberikan penanda kepada ibu bayi.

Penanda pada alat ini bertujuan agar bayi tidak terlalu lama menangis jika bayi

terbangun kemudian menangis. Tujuan lain dari alat ini adalah untuk memberikan

informasi/alasan yang menyebabkan bayi bersuara/menangis dari hasil proses

deteksi sensor suara, kelembaban dan amonia pada alat pengayun tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas maka dapat dirumuskan permasalahan :

1. Bagaimana cara mendeteksi secara benar atau mendekati keadaan bayi saat

terbangun dari tidur atau bersuara berdasarkan hasil deteksi sensor-sensor

yang digunakan pada alat pengayun bayi?

2. Bagaimana cara menjalankan pengayun secara otomatis dan memberikan

penanda dini pada ibu bayi ketika bayi terbangun dan informasi dari perkiraan

(9)

3

1.3 Batasan Masalah

Dalam perancangan alat pengayun bayi otomatis ini, terdapat beberapa

batasan masalah untuk menghindari pembahasan yang lebih luas terkait dengan

alat, batasan masalah tersebut antara lain:

1. Ayunan digunakan hanya untuk 1 bayi.

2. Bayi dalam keadaan sehat.

3. Bayi tidak menggunakan popok bayi.

4. Berat maksimal bayi 8 kg.

5. Pengujian dilakukan di tempat yang minimnoise.

6. Sistem bekerja setelah mendapat sinyal berupa suara bayi.

1.4 Tujuan

Berdasarkan rumusan masalah yang diuraikan diatas, maka tujuan

penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengolah secara benar atau mendekati untuk hasil deteksi sensor-sensor yang

digunakan pada alat pengayun bayi.

2. Alat dapat mengayun secara otomatis untuk menenangkan sementara bayi

hingga ibu bayi datang dan memberikan penanda dini pada ibu bayi dan juga

informasi dari perkiraan alasan bayi terbangun atau bersuara.

1.5 Sistematika Penulisan

Pembahasan Tugas Akhir ini secara garis besar tersusun dari 5 (lima)

bab, yaitu diuraikan sebagai berikut:

1. BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang masalah, batasan

(10)

2. BAB II LANDASAN TEORI

Pada bab ini akan dibahas teori penunjang dari permasalahan, yaitu

mengenai Ayunan Bayi, Urine (Air Kencing), Amonia Pada Urin,

Mikrokontroler ATMega32, Downloader USBAsp, ADC (Analog to Digital Converter), Sensor Suara, Desibel, Sensor Kelembaban, Kelembaban Nisbi, Sensor MQ-137, PPM (Parts per Millon), LCD (Liquid Crystal Display), Motor DC (Direct Current), IC L298 dan PWM (Pulse Width Modulation). 3. BAB III METODE PENELITIAN DAN PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini akan dibahas tentang blok diagram sistem serta metode

yang digunakan dalam pembuatan rancang bangun. Perancangan dilakukan

dengan melakukan perancangan perangkat keras yang meliputi perancangan

minimum sistem ATMega32, perancangan sensor kelembaban, perancangan

sensor amonia, perancangan sensor suara, perancangan LCD (Liquid Crystal Display), perancangan motor driver dan perancangan musik/alarm. Kemudian dilanjutkan dengan perancangan alat, yaitu perancangan yang

berhubungan dengan mekanik pada rancang bangun. Perancangan alat yang

dilakukan meliputi perancangan motor pengayun, LCD (Liquid Crystal Display), sensor suara, sensor gas amonia, sensor kelembaban dan output musik/alarm. Terakhir dilakukan perancangan perangkat lunak yang akan

menjalankan seluruh sistem dengan pusat kendali pada mikrokontroler

dengan pembahasan tentang setting wizard pembuatan program dan diagram

(11)

5

4. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai hasil dari pengujian

masing-masing komponen pendukung dalam pembuatan rancang bangun yang

nantinya hasil dari pengujian masing-masing komponen akan menentukan

apakah komponen bekerja dengan baik. Selain itu data dari pengujian sensor

dapat digunakan sebagai dasar pembuatan program pada sistem keseluruhan

yang mengambil nilai penentuan kondisi yang tepat dan dapat digunakan

sebagai dasar penentuan letak posisi tiap komponen. Kemudian akan

dibahas dari hasil pengujian perancangan seluruh sistem yang nantinya

dapat diperoleh hasil nilai-nilai kondisi yang tepat agar sistem dapat bekerja

dengan baik sesuai dengan ide perancangan.

5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi kesimpulan yang didapat dari hasil penelitian berdasarkan

(12)

6 2.1 Ayunan Bayi

Salah satu jenis ayunan bayi otomatis terutama yang digunakan pada

perancangan adalah babyelle swing. Ayunan bayi elektrik ini merupakan ayunan yang dapat mengayun secara otomatis menggunakan sumber tegangan dari baterai

atau adaptor pada saat ayunan dinyalakan. Ayunan ini menggunakan rangkaian

mikrokotroler yang berasal dari pabrik pembuatan ayunan tersebut.

Mikrokontroler yang digunakan telah terintegrasi dengan bagian motor, rotary,

musik dan speaker pada ayunan. Kecepatan pada ayunan dihasilkan dari analisa

rotary oleh mikrokontroler untuk kecepatan pada ayunan sesuai dengan input

kecepatan yang diinginkan. Berikut spesifikasi pada ayunan bayi tersebut :

1. Kecepatan bisa diatur.

2. Bisa 2 posisi (posisi tidur atau posisi duduk).

3. Ayunan bisa diatur sampai 6 jenis kecepatan.

4. Dilengkapi dengan musik untuk menenangkan bayi.

5. Terdapat mainan pada ayunan.

6. Bisa menahan berat bayi sampai 11 kilogram.

7. Berat ayunan 6 kilogram.

2.2 Urine (Air Kencing)

Urin dibentuk oleh ginjal dalam menjalankan sistem homostatik. Sifat dan

susunan urin dipengaruhi oleh faktor fisiologis (misalkan masukan diet, berbagai

(13)

7

patologis (seperti pada gangguan metabolisme misalnya diabetes mellitus dan

penyakit ginjal). Oleh karena itu pemeriksaan urin berguna untuk menunjang

diagnosis suatu penyakit. Pada penyakit tertentu, dalam urin dapat ditemukan

zat-zat patologik antara lain glukosa, protein dan zat-zat keton (Probosunu, 1994).

Jumlah urin yang dihasilkan seseorang dipengaruhi oleh jumlah air yang

diminum, anti-diuretika hormon (ADH) saraf dan banyaknya garam yang harus

dikeluarkan. Unsur sedimen dibagi atas 2 golongan : golongan organik yang

berasal dari organ / jaringan, golongan anorganik yang tidak berasal dari organ

atau jaringan (Dahelmi, 1991).

Urine memiliki sifat kimia dan fisik diantaranya adalah jumlah rata-rata

1-2 liter/hari tergantung banyaknya cairan yang dimasukan, berwarna

bening/orange pucat tanpa endapan, mempunyai bau yang menyengat, dan reaksi

sedikit asam terhadap lakmus dengan pH rata-rata 6. Sedangkan komposisi urine

adalah 96% air, Natrium, Pigmen Empedu,, 1,5% garam,Kalium, Toksin,, 2,5% urea, kalsium, Bikarbonat, Kreatinin N, Magnesium, Kreatini, Khlorida, Asam urat N, Sulfat anorganik,Asam urat, Fosfat anorganik, Amino N, Sulfat, Amonia N dan Hormon. (Armstrong, 1998).

2.3 Amonia Pada Urin

Amonia merupakan senyawa yang ada didalam urin, yang bersifat basa

bila terkena sinar atau panas akan menimbulkan bau menyengat. Bau amonia

tersebut berasal dari peruraian urea sebagai komponen bahan organik terbanyak

dalam urin oleh jasad renik menjadi energi dan gas NH3. Urin mengandung

amonium sianat (NH4CNO), dan jika terkena sinar atau panas akan menjadi urea

(14)

(CO2) dan amonia (NH3). Selanjutnya amonia (NH3) bereaksi dengan air (H2O)

yang akan terhidrolisis menjadi amonium (NH4+) dan ion hidroksida (OH-).

(Mukaromah, dkk., 2010).

Amonia merupakan limbah cair yang berasal dari limbah domestik

(rumah tangga), dari industri, dan buangan lainnya. Komposisi dan karakteristik

limbah cair sebagian besar terdiri dari air (99,9%) dan sisanya zat padat. Sifat air

limbah dibedakan menjadi 3 bagian yaitu sifat fisika, kimia, dan biologis. Sifat

fisika seperti kandungan zat padat, bau misalnya bau amonia dari limbah yang

berasal dari kamar mandi dan WC (toilet) merupakan hasil peruraian urea dari

komponen urin oleh bakteri, warna dan temperatur. Sifat kimia meliputi bahan

kimia organik seperti fenol, protein, karbohidrat, lemak, minyak, dan surfaktan,

dan sifat biologis seperti mikroorganisme bakteri, jamur, ganggang, protozoa,

virus dan sebagainya. (Sugiharto,2005).

Efek Amoniak (NH3) terhadap kesehatan dan lingkungan adalah

mengganggu pernapasan, iritasi selaput lendir hidung dan tenggorokan pada

konsentrasi 5000 sebagai Parts Per Million (ppm) dapat menyebabkan ederma

laryng, paru, dan akhirnya dapat menyebabkan kematian, iritasi mata (mata

merah, pedih, dan berair) dan bisa menyebabkan kebutaan total, iritasi kulit dapat

menyebabkan terjadinya luka bakar (frostbite), bersifat teratogenik pada paparan

yang menahun. (Mukono, 2005).

2.4 Mikrokontroler

2.4.1 Mikrokontroler ATMega32

(15)

9

Semiconductor) 8-bit buatan Atmel. AVR (Alf and vegard’s Risc processor) memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan

sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock. Mikrokontroler AVR

(Alf and vegard’s Risc processor) memiliki arsitektur Havard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori data. AVR (Alf and vegard’s Risc processor) berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing). AVR (Alf and vegard’s Risc processor) dapat dikelompokkan menjadi empat kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega dan AT86RFxx. Pada

dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan

fungsinya. (Sunardi, dkk., 2009). Fitur-fitur yang dimiliki oleh microcontroller AVR (Alf and vegard’s Riscprocessor) ATmega32 adalah sebagai berikut:

1. Dapat bekerja pada tegangan 4,5 Volt–5,5 Volt.

2. Merupakan mikrokontroler AVR (Alf and vegard’s Risc processor) 8 bit berkemampuan tinggi dengan daya yang rendah.

3. Memiliki 32 x 8general purpose working register.

4. Kecepatan eksekusi program yang dimiliki cepat karena sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 clock dengan arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computing) hamper mencapai 16 MIPS (Million Instruction Per Second) pada frekuensi 16 MHz (MegaHertz).

5. Memori data dan program yang tidak mudah hilang (Nonvolatile Programand Data Memories) dengan pemrograman flash memiliki kapasitas 8 KB (KiloBytes).

(16)

7. Fasilitastimer/counteryang ada pada mikrokontroler ini terdiri dari dua buah Timer/Counter8 bit dan satu buahTimer/Counter16 bit.

8. Memiliki 4 kanal PWM (Pulse Width Modulation) dan memiliki 6 kanal ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit.

9. Memiliki pemrograman serial USART (Universal Serial Asyncronous and Syncronous Receiver Transmitter), On-chip Analog Comparator, dan interrupt. (Madhawirawan, 2012)

Gambar 2.1KonfigurasipinATmega32

Sumber : (Atmel, 2009)

2.4.2 Downloader USBAsp

(17)

11

dalam chip. Programer ini hanya menggunakan firmware Universal Serial Bus driver dan tidak diperlukan USB (Universal Serial Bus) kontroler khusus.(Stevanus, 2012).

USBAsp juga merupakan programmer mikrokontroler yang sudah

menggunakan USB (Universal Serial Bus) secara langsung sebagai sarana komunikasinya. USBAsp sudah tidak lagi menggunakan komunikasi berstandar

serial RS-232, sehingga tidak lagi memerlukan berbagai macam converteruntuk berkomunikasi dengan perangkat komputasi modern. USBAsp umumnya

dipergunakan untuk melakukan pemrograman mikrokontoller ATMEL AVR (Alf and vegard’s Risc processor). Termasuk yang sudah umum dipergunakan di Indonesia seperti attiny2313, atmega8, atmega8535, atmega16 dan atmega32.

(Stevanus, 2012).

2.4.3 ADC (Analog to Digital Converter)

ATMega32 memiliki fitur ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit dengan metode successive approximation. ADC (Analog to Digital Converter) dikoneksikan ke 8 kanal multiplekser analog dimana mengizinkan 8 buah

tegangan masukan single-ended yang dibangun dari pin-pin pada port A. Tegangan masukan single-ended mempunyai referensi titik 0 Volt atau Ground. Piranti ini juga mendukung 16 kombinasi tegangan masukan diferensial. Dua dari

masukan diferensial (ADC1,ADC0 dan ADC3,ADC2) dilengkapi dengan penguat

terprogram, menyediakan penguatan 0 desibel (dB) (1x), 20 desibel (dB) (10x),

atau 46 desibel (dB) (200x) pada tegangan masukan diferensial sebelum konversi

(18)

Tujuan kanal masukan analog diferensial mempunyai terminal negative

bersama, yaitu ADC1, di mana masukan ADC(Analog to Digital Converter) yang lain dapat dipilih sebagai terminal masukan positif. Jika penguatan 1x atau 10x

digunakan, resolusi 8 bit dapat bekerja sesuai dengan yang diharapkan, tetapi jika

penguatan 200x digunakan, resolusi 7 bit yang dapat diharapkan. (Susilo, 2010).

Berikut dijelaskan hasil konversi ADC (Analog to Digital Converter): a. Setelah proses konversi selesai (bit ADIF berlogika “1”), hasil konversi

dapat ditemukan dalam Analog to Digital Converter Result Register (ADCL, ADCH). Untuk konversisingle-ended, hasilnya adalah :

= × 1024

Dimana VIN adalah tegangan pada pin masukan yang dipilih dan VREF

adalah tegangan refrensi yang diberikan. 0x000 merepresentasikan ground

analog, dan 0x3FF merepresentasikan tegangan referensi dikurangi satu

LSB (Least Significant Bit).

b. Jika kanal diferensial digunakan, hasilnya adalah :

= ( − ) × × 512

Dimana VPOSadalah tegangan masukan pin positif, VNEGadalah tegangan

masukan pin negatif, GAIN dalah faktor penguatan yang dipilih, dan VREF

adalah tegangan referensi. Hasilnya disimbolkan dalam bentuk

komplemen 2, dari 0x200 (-152 desimal) sampai 0x1FF (+511 desimal).

(19)

13

2.5 Sensor

2.5.1 Sensor Suara

Sensor suara adalah sebuah alat yang mampu mengubah gelombang

Sinusoidal suara menjadi gelombang sinus energi listrik. Sensor suara bekerja

berdasarkan besar/kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran

sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang juga terdapat

sebuah kumparan kecil di balik membran sensor naik dan turun. Oleh karena

kumparan tersebut sebenarnya adalah ibarat sebuah pisau berlubang-lubang, maka

pada saat ia bergerak naik-turun, ia juga telah membuat gelombang magnet yang

mengalir melewatinya terpotong-potong. Kecepatan gerak kumparan menentukan

kuat-lemahnya gelombang listrik yang dihasilkannya.(Purba,2013)

Salah satu komponen yang termasuk dalam sensor ini adalah Microphone atau Mic. Microphone adalah komponen elektronika dimana cara kerjanya yaitu membran yang digetarkan oleh gelombang suara akan menghasilkan sinyal listrik

dan lain-lain. Secara umum ada dua jenis microphone yaitu condenser microphonedandynamic microphone. Microphonetipecondensertersusun atas 2 keping plat tipis yang berfungsi untuk menangkap gelombang suara. Cara

kerjanya sederhana, gelombang suara yang masuk akan menggetarkan kedua plat

ini sehingga membentuk sinyal-sinyal audio yang kemudian diteruskan ke

pre-amplifier untuk dikuatkan. Karena hanya menggunakan 2 plat yang bisa

disesuaikan ukuranya, maka mic condenser ini memiliki ukuran yang kecil dan ringan. Mic tipe ini harus menggunakan daya dalam pengoperasiannya. Jika tidak

(20)

2.5.2 Desibel

Desibel adalah satuan yang digunakan untuk menyatakan kuantitas

elektrik dari perubahan kuat-lemahnya amplitudo gelombang sinyal suara yang di

dengar oleh telinga manusia. Jangkauan kuantitas yang ada pada ilmu akustik

seperti tekanan akustik, intensitas, daya, kepadatan energi sangatlah besar.

Contohnya, telinga manusia yang sehat bisa mendeteksi suara bertekanan sekecil

20mPa dan bisa bertahan selama beberapa menit dengan suara yang bertekanan

sebesar 20Pa. Akibat dari besarnya lebar jangkauan nilai tersebut maka

dikembangkan skala yang dapat mewakili kuantitas ini dengan cara yang tidak

menyusahkan. Dalam perkembangannya, ditemukan bahwa respon telinga

manusia terhadap suara lebih bergantung kepada rasio intensitas dua suara yang

berbeda dari pada perbedaan dalam intensitas.

Dengan alasan ini, skala logaritma atau bisa disebut skala level ditetapkan.

Level kuantitas ditetapkan sebagai logaritma basis 10 dari rasio kuantitas energi

dengan nilai kuantitas referensi standard. Walaupun level sebenarnya adalah

kuantitas yang tak berdimensi, tetapi diberikan unit bel sebagai penghormatan

kepada Alexander Graham Bel. Pada umumnya penggunaannya lebih praktis

dengan desibel (dB), dimana 1 desibel nilainya sama dengan 0,1 bel. Level

biasanya disimbolkan dengan huruf L dangan huruf subscriptdisebelah kanannya untuk menunjukan kuantitas level yang disimbolkan.(Tuwaidan, 2015).

2.5.3 Sensor Kelembaban

Sensor DHT11 terdiri dari elemen polimer kapasitif digunakan untuk mengukur kelembaban dan sensor temperatur. Didalamnya juga terdapat memori

(21)

15

sensor. Data hasil pengukuran dari DHT11 ini berupa digital logic yang diakses secara serial.

DHT11 merupakan sensor digital untuk temperature dan kelembaban

sekaligus yang memiliki kisaran pengukuran dari 2 – 90 persen RH (Relative Humidity) dan 0–50 derajat celcius. Data yang diperoleh berupa data pengukuran temperatur dari lingkungan. Jika, sensor membaca temperatur makin rendah maka

tegangan pull down yang dialirkan menjadi lebih besar, sehingga akan menghasilkan Vcc data yang semakin besar, data yang dihasilkan dari sensor ini

adalah sudah berupa data digital. (Mardani,2015).

Sensor DHT11 memiliki 4 pin, yaitu pin VCC, Groud, NC dan Data. Pada

perancangan ini menggunakan sensor DHT11 yang telah dilengkapi dengan

modul seperti pada gambar 2.2, sehingga menggunakan 3 pin. Pin yang digunakan

adalah VCC, Ground dan Data.

Gambar 2.2Sensor DHT11

DHT11 memiliki fitur kalibrasi yang sangat akurat. Koefisien kalibrasi ini

disimpan dalam OTP (One Time Programming) program memori, sehingga ketika internal sensor mendeteksi sesuatu suhu atau kelembaban, maka module ini

membaca koefisien sensor tersebut. Ukurannya yang kecil dengan transmisi sinyal

hingga 20 meter, membuat produk ini cocok digunakan untuk banyak aplikasi

(22)

Gambar 2.3Rangkaian DHT11

Sumber: (http://www.sunrom.com)

2.5.4 Kelembaban Nisbi

Kelembaban udara nisbi memiliki pengertian sebagai nilai perbandingan

antara tekanan uap air yang ada pada saat pengukuran (e) dengan nilai tekanan

uap air maksimum (em ) yang dapat dicapai pada suhu udara dan tekanan udara

saat pengukuran. Persamaan untuk kelembaban udara relative adalah seperti

berikut:

= × 100%

Dengan:

RH = kelembaban udara relative (%),

e = tekanan uap air pada saat pengukuran (mb),

em = tekanan uap air maksimum yang dapat dicapai pada suhu udara dan tekanan

udara saat pengukuran (mb).

Berbagai ukuran dapat digunakan untuk menyatakan nilai kelembaban

udara. Salah satunya adalah kelembaban udara relative (nisbi). (Swarinoto, dkk. ,

2011).

2.5.5 Sensor Amonia

Sensor Amonia yang digunakan adalah sensor MQ137. Materi sensitif dari

(23)

17

bersih. Konduktivitas sensor akan lebih tinggi seiring dengan meningkatnya

konsentrasi gas. Menggunakan electro circuit sederhana, Convert perubahan konduktivitas untuk menyesuaikan sinyal output konsentrasi gas. Sensor gas

MQ137 memiliki sensitivitas tinggi terhadap Amonia, juga untuk amina organik

lainnya. Sensor ini dapat digunakan untuk mendeteksi gas yang mengandung

Amonia dan cocok untuk aplikasi yang berbeda. Sensor gas MQ137 memiliki

konfigurasi sensitivitas yang baik untuk amonia, tahan lama dan memiliki sirkuit

drive circuit sederhana.

Kondisi yang tidak boleh dialami oleh sensor :

1. Terkena uap silikon organik

Uap silikon organik menyebabkan sensor tidak valid, sensor harus

menghindari kontak silikon, fixature, silikon lateks, dempul atau plastik

mengandung lingkungan silikon.

2. Gas Korosif Tinggi

Jika sensor terkena konsentrasi tinggi gas korosif (seperti H2Sz, SOX, Cl2,

HCl dll), itu tidak hanya akan mengakibatkan korosi sensor struktur, juga

menyebabkan pelemahan sensitivitas.

3. Alkali, Alkali logam garam, polusi halogen

Kinerja sensor akan berubah buruk jika sensor akan disemprot tercemar oleh

logam alkali garam terutama garam, atau terkena halogen seperti fluorin.

4. Terkena air

Sensitivitas sensor akan berkurang bila terpercik atau dicelupkan ke dalam

air.

(24)

Tegangan yang diberikan pada sensor tidak harus lebih tinggi dari nilai yang

ditetapkan, jika tidak maka menyebabkan down-lineatau pemanas rusak, dan membuat karakteristik sensitivitas sensor berubah buruk.

6. Tegangan pada pin yang salah

Untuk sensor 6 pin, jika menerapkan tegangan pada pin 1 dan pin 3 atau pin 4

dan pin 6, ketika diterapkan pada pin 2 dan pin 4 akan membuat led rusak dan

tanpa sinyal.

Kondisi berikut harus dihindari dalam penggunaan sensor :

1. Kondensasi Air

Kondensasi air pada ruangan yang sedikit akan mempengaruhi kinerja sensor

ringan. Namun, jika kondensasi air di permukaan sensor tetap pada periode

tertentu, sensitivitas sensor akan menurun.

2. Digunakan pada konsentrasi gas yang tinggi

Sensor yang ditempatkan dalam konsetrasi gas yang tinggi pada waktu yang

lama akan mempengaruhi karakteristik sensor, tidak peduli sensor listrik atau

bukan.

3. Terkena lingkungan yang merugikan dalam waktu yang lama

Sensor yang terkena lingkungan yang merugikan seperti kelembaban tinggi,

suhu tinggi, polusi yang tinggi atau alasan lain pada waktu yang lama akan

mempengaruhi kinerja sensor menjadi buruk. Hal tersebut berpengaruh

terhadap sensor listrik atau bukan.

4. Getaran

(25)

19

peneumatik obeng/ultrasonik mesin las dapat menjadi penyebab getaran.

(china-total.com)

Gambar 2.4Sensor MQ-137 2.5.6 PPM (Parts per Million)

Kebanyakan kontaminan dinyatakan sebagai Parts Per Million (ppm). Ini

berarti bahwa konsentrasi substansi tertentu sangat rendah meskipun badan

pengawas dapat mempertimbangkan itu jumlah yang signifikan. Satu ppm adalah

1 part dalam 1 million atau nilai ini setara dengan jumlah pecahan dikalikan

dengan satu juta. Cara yang lebih baik untuk memikirkan ppm adalah untuk

memvisualisasikan menempatkan empat tetes tinta di barel 55 galon air dan

pencampuran secara menyeluruh. Parts per million juga bisa dinyatakan sebagai

miligram per liter (mg / L). Pengukuran ini adalah massa dari bahan kimia atau

mencemari per satuan volume air. Karena ppm atau mg / L pada laporan

laboratorium merupakan satuan yang sama. University of Minnesota memberikan

beberapa analogi lainnya yang dapat membantu memvisualisasikan skala terlibat

dengan ppm dan ppb. Satu ppm adalah seperti: satu inci di 16 mil, satu menit

dalam dua tahun. (Satterfield, 2004)

Unit sistem metrik masuk dalam langkah 10, 100, dan 1.000. untuk

Misalnya, miligram adalah seperseribu gram (memindahkan koma desimal tiga

tempat ke kiri) dan gram adalah seperseribu dari kilogram (memindahkan koma

(26)

dari seperseribu, atau kesejuta dari kilogram bergerak enam tempat titik desimal.

Jadi, miligram adalah satu ppm dari kilogram. Oleh karena itu, satu ppm adalah

sama dengan satu miligram per kilogram. Satu miligram dalam kg adalah 1 ppm

(massa). Satu liter (L) air murni pada 4ºC dan 1 tekanan atmosfer standar berat

tepat 1 kg, jadi 1 mg / L adalah 1 ppm. Cara lain untuk mengatakan itu adalah satu

liter air beratnya 1.000 gram atau 1 juta miligram.Oleh karena itu,1 mg dalam 1

liter adalah l mg dalam 1 juta miligram atau 1 parts per million. (Satterfield,

2004).

2.6 Aktuator

2.6.1 LCD(Liquid Crystal Display)

LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD (Liquid Crystal Display) sudah digunakan diberbagai bidang, misalnya dalam alat-alat elektronik, seperti kalkulator ataupun layar komputer. Pada LCD (Liquid Crystal Display) berwarna semacam monitor, terdapat banyak sekali titik cahaya (pixel) yang

terdiri dari satu buah kristal cair sebagai suatu titik cahaya. Walaupun disebut

sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri.

LCD (Liquid Crystal Display) LMB162A merupakan modul LCD (Liquid Crystal Display) buatan Top way dengan tampilan 2 x 16 karakter (2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah, sekitar 5 Volt DC (Direct Current). Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk

(27)

21

Gambar 2.5LCD (Liquid Crystal Display) 2.6.2 Motor DC (Direct Current)

Motor listrik merupakan perangkat elektro magnetis yang mengubah

energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk

memutar impellerpompa, fan ataublower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga dirumah (mixer, bor listrik,fanangin) dan di industri. Motor listrik kadang kala disebut “kuda kerja” nya industri sebab

diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di

industri.

Motor DC (Direct Current) memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada

motor DC (Direct Current) disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada

kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan GGL

(Gaya Gerak Listrik) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran,

sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah adalah

membalik fasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan

menggunakan komutator, dengan demikian arus akan berbalik arah dari kumparan

jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana

memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub

(28)

Gambar 2.6Motor DC (Direct Current) Sederhana

Sumber : (Renreng, 2012)

2.6.3 IC L298

Driver motor yang digunakan adalah L298 H-bridge. Pada IC (Integrated Circuit) L298 ini tedapat rangkaian H-bridge transistor NPN (Negative Positive Negative). Transistor-transistor ini digunakan sebagai switching yang berfungsi untuk mengatur arah putar motor. Gerbang logika pada rangkaian digunakan

untuk mengaktifkan transistor dari sinyal input masing-masing pin. (Antoni, 2008).

(29)

23

Rangkaian H-bridge adalah rangkaian untuk mengendalikan motor yang menghasilkan keluaran putaran motor yang dapat berputar searah jarum jam dan

berlawanan arah jarum jam. (Herisaputra, dkk., 2011).

IC (Integrated Circuit) L298 merupakan IC (Integrated Circuit) buatan SG5 Thomson Microelectron Inc. yang digunakan untuk mengontrol motor. L298

menggunakan prinsip kerja H-Bridge motor drive. Didalam L298 terdapat dual

full bridge sehingga dapat mengontrol 2 motor DC (Direct Current) sekaligus dengan kemampuan arah motor bolak-balik (bidirectional). (Rudiyanto, 2009).

Konfigurasi pin-pin pada L298 dapat dilihat pada gambar 2.8 berikut :

Gambar 2.8Konfigurasi Pin-Pin L298

Sumber : (Herisaputra, dkk., 2011)

2.6.4 Pulse Width Modulation Motor DC (Direct Current)

Cara pengaturan kecepatan yang digunakan adalah dengan menggunakan

(30)

pengaturan kecepatan motor adalah, pengaturan kecepatan motor dengan cara

merubah-rubah besarnyaduty cyclepulsa.

Pulsa yang berubah-ubah duty cycle-nya inilah yang menentukan kecepatan motor. Besarnya amplitudo dan frekuensi pulsa adalah tetap, sedangkan

besarnya duty cycle berubah-ubah sesuai dengan kecepatan yang diinginkan, semakin besar duty cycle maka semakin cepat kecepatan motor, dan sebaliknya semakin kecil duty cycle maka semakin pelan pula kecepatan motor. (Antoni, 2008)

[image:30.595.93.511.309.527.2]

Pulsa kotak dengan duty cycle pulsa 50 % dapat dilihat pada gambar 2.9 berikut.

Gambar 2.9 Pulse Width Modulation(PWM)

(31)

25 BAB III

METODE PENELITIAN DAN PERANCANGAN SISTEM

3.1 Model Penelitian

Pada metode penelitian tugas akhir ini dilakukan untuk memberikan

penanda dini kepada ibu bayi ketika bayi yang ada di dalam ayunan terbangun

atau bahkan menangis selain itu juga agar bayi tidak terlalu lama terbangun atau

menangis. Perancangan rancang bangun ini berbasis mikrokontroler yang

memperoleh input dari sensor-sensor yang digunakan, data input akan diolah oleh

mikrokontroler, kemudian akan menentukan hasil output yang sesuai dengan data

input dan hasil proses mikrokontroler.

Sistem rancangan ini akan mulai bekerja jika terdeteksi suara bayi. Ketika

hasil sensor suara terdeteksi suara bayi dari alat akan mengayun secara otomatis

untuk mengayun sementara bayi. Selanjutnya setelah alat mengayun beberapa

saat, sensor amonia akan mendeteksi apakah bayi buang air. Hasil deteksi akan di

sempurnakan dengan sensor kelembaban. Sensor kelembaban untuk mendeteksi

apakah bayi benar-benar buang air atau tidak dengan mendeteksi apakah kasur

ayunan bayi benar-benar basah atau tidak. Alasan digunakan sensor kelembaban

adalah menghindari kesalahan hasil deteksi ketika kasur bayi pada pengayun

kering namun masih terdetaksi amonia pada kasur bayi sehingga dapat

meminimalisir kesalahan hasil deteksi sensor. Dari hasi pengolahan sensor-sensor

pada rancang bangun ini akan diberikan penanda berupa musik ketika bayi

(32)

Sensor Suara (Mendeteksi Suara

bayi)

Sensor Kelembaban (Mendeteksi Kondisi Pasti Kasur

Ayunan)

Sensor Gas Amonia (Mendeteksi gas

amonia)

Mikrokontroler

penanda yang diberikan tidak mengganggu bayi serta informasi yang ditampilkan

pada layarLCD (Liquid Crystal Display).

Untuk kondisi bayi buang air, maka hasil diperoleh dari hasil akhir deteksi

sensor kelembaban menyatakan kasur ayunan tidak kering kemudian akan

memberikan informasi pada layar LCD (Liquid Crystal Display)bahwa bayi telah buang air. Selain itu untuk kondisi bayi tidak buang air, maka akan dinyatakan

bayi terbangun karena alasan haus atau alasan lain yang juga akan diberikan

informasi kondisi bayi pada layarLCD (Liquid Crystal Display). 3.2 Model Perancangan

Perancangan sistem pada rancang bangun alat pengayun bayi ini dapat

[image:32.595.91.542.303.622.2]

dilihat dan dijelaskan pada diagram blok seperti gambar 3.1.

Gambar 3.1Blok Diagram Perancangan

Dari gambar 3.1 di atas dapat diperjelas bahwa fungsi dari sensor suara

adalah untuk mendeteksi suara bayi, fungsi dari sensor kelembaban adalah

mendeteksi apakah kondisi kasur ayunan bayi kering dan fungsi sensor amonia Driver

motor

Musik (penanda/Alaram)

Motor DC

(Motor pengayun otomatis)

Liquid Cristal Display (Informasi hasil deteksi

(33)

27

adalah mendeteksi gas amonia terutama dari kencing bayi. Seluruh sensor

merupakan komponen input dari mikrokontroler yang merupakan kendali kontrol

yang nantinya akan mengontrol kerja dari motor DC (Direct Current) sebagai komponen output untuk mengayun secara otomatis. Selain itu juga memberikan

output musik dan informasi pada layar LCD (Liquid Crystal Display) sesuai dengan kondisi bayi dari hasil pengolahan deteksi sensor-sensor input.

3.3 Perancangan Perangkat Keras

[image:33.595.92.506.291.566.2]

3.3.1 Perancangan Minimum Sistem ATMega32

Gambar 3.2Minimum Sistem Mikrokontroler Atmega32

Minimum sistem milrokontroler adalah sistem elektronika sederhana yang

terdiri dari komponen-komponen dasar yang dirangkai menjadi satu karena

dibutuhkan suatu mikrokontoler agar dapat berfungsi dengan baik. Suatu

mikrokontroler membutuhkan dua komponen tambahan selain power untuk dapat

(34)

RESET, kedua rangkaian tersebut pada umumnya selalu ada pada minimum

sistem mikrokontroler. Rangkaian tambahan lain yang digunakan pada minimum

sistem terutama yang digunakan pada perancangan ini adalah rangkaian power,

rankaian led indikator dan konektor ISP (In System Chip Program) untuk mengunduh (download) program ke mikrokontroler. Bagian inti yaitu mikrokontroler yang digunakan adalah ATMega 32 yang merupakan otak dari

minimum sistem. Pengujian terhadap Minimum Sistem dilakukan dengan

mendownload progam pada mikrokontroler, jika proses download program berhasil maka Minimum Sistem dapat bekerja dengan baik dan dapat digunakan

pada perancangan.

a. Kristal Oscillator (XTAL)

Gambar 3.3Rangkaian KristalOscillatorpada Minimum Sistem

Kristal Oscillator adalah bagian dari rangkaian minimum sistem diumpamakan seperti jantung pada manusia yang memompa darah dan seluruh

kandungannya. Namun kerja kristal pada minimum sistem berguna untuk

memompa data yaitu bersifat timer (semacam clock)/pulsa digital oleh karena itu

kristal memiliki sebuah frekuensi dengan satuan MHz (MegaHertz).

Karena kristaloscillatordiumpamakan sebagai jantung, maka komponen ini adalah bagian yang paling penting pada rangkaian minimum sistem

milkrokontroler agar mikrokontroler dapat digunakan. Sebenarnya pada

(35)

29

oscillator internal, namun oscillator internal ini besar frekuensi maksimalnya hanya 8 MHz (MegaHertz) sehingga jika ingin menggunakan frekuensi diatas 8 Mhz (MegaHertz) harus menggunakan oscillator external. Rangkaian oscillator externalini terdiri dari sebuah kristal dan dua buah kapasitor.

[image:35.595.98.505.209.522.2]

b. Rangkaian Reset

Gambar 3.4Rangkaian Reset pada Minimum Sistem

Pin RESET pada AVR adalah aktif low yaitu reset mikrokontroler akan

terjadi jika pin reset diberi logika 0. Fungsi rangkaian reset adalah untuk membuat

mikrokontroler memulai kembali pembacaan program, hal tersebut dibutuhkan

pada saat mikrokontroler mengalami ganguan dalam meng-eksekusi program.

Dengan sistem kerja membuat semua pin dalam kondisi tri-state (High Impedance) kecuali pin XTAL, menginisialisasi register I/O, dan meng-set counterprogram kembali ke NOL.

Resistor pada rangkaian reset adalah sebagai pull-up eksternal yang

digunakan untuk menjaga agar pin reset tidak berlogika 0 secara tidak sengaja.

Kapasitor pada rangkaian yang terhubung dengan pin reset dan ground berfungsi

(36)

[image:36.595.92.505.291.665.2]

c. Rangkaian Inidikator

Gambar 3.5Rangkaian Indikator pada Minimum Sistem

Indikator pada rangkaian minimum sistem menggunakan led yang berfungsi

untuk mengetahui status alat/detektor. Dari penanda led indikator dapat diketahui

apakah rangkaian mikrokontroler telah terhubung dengan baik untuk menghindari

kegagalan dalam proses pengiriman data. Pada rangkaian indikator juga

dilengkapi dengan komponen resistor yang berfungsi untuk menurunkan tegangan

dari input tegangan 5 Volt, komponen ini dibutuhkan karena led memiliki

tegangan input sebesar 3 Volt, led akan rusak jika menerima tegangan lebih dari 3

Volt.

d. Rangkaian Power

Gambar 3.6Rangkaian Power pada Minimum Sistem

Pada rangkaian minimum sistem juga ditambahkan rangkaian power

(37)

31

kelebihan tegangan tidak melebihi 5,5 Volt. Hal ini bertujuan agar mikrokontroler

ATMega32 tidak rusak, karena ATMega32 bekerja pada tegangan input 4,5 –5,5

Volt. Dengan sistem kerja sumber tegangan input dari batrai 12 Volt masuk ke

transistor, tegangan akan diturunkan menjadi 5,5 Volt dan arus 1 Ampere dengan

transistor 7806.

Output dari transistor masuk ke resistor untuk mengurangi nilai arusnya,

selanjutnya arus masuk ke input kaki base Tip 41. Pada kaki collector Tip 41 dihubungkan ke tegangan 12 Volt. Kemudian kaki emitter akan menghasilkan output 5 Volt dan menaikkan arus sebesar 4 Ampere. Kapasitor di rangkaian

power berguna untuk menyimpan daya saat baterai dari sumber tegangan mati.

e. Konektor ISP (In- System chip Program)

In-System chip Program(ISP) adalah sebuah fitur bagi mikrokontroler agar dapat di download dengan program tanpa harus mencabut mikrokontroler dari sistemnya. Sehingga mikrokontroler tetap pada kedududukannya dan

dihubungkan dengan ISP (In-System chip Program) untuk melakukan proses download. Begitu pula saat memutuskan hubungan antara downloader dan mikrokontroler, cukup dengan memutuskan kabel penguhubung antara

downloaderdengan mikrokontroler dari sistemnya.

Untuk melakukan proses download program, yaitu file dengan extensi “.hex” digunakan perangkat bantu ATMEL USB ISP (USBasp) seperti pada

gambar 3.7 yang akan dihubungkan denganportUSB (Universal Serial Bus) pada komputer. Sebelum downloader dapat digunakan perlu dilakukan instalasi driver terlebih dahulu. Kemudian perlu dilakukan instalasi aplikasi Khazama AVR

(38)

[image:38.595.248.376.568.709.2]

Gambar 3.7 DownloaderATMEL USB ISP (USBasp)

ATMEL USB ISP merupakanin-circuit programmer untuk mikrokontroler Atmel AVR (Alf and vegard’s Risc processor). Rangkaiannya menggunakan ATMega48 atau ATMega8 dan beberapa komponen pasif lainnya. Downloader ini hanya menggunakan sebuah penggerak USB (Universal Serial Bus) firmware, tidak memerlukan pengontrol USB (Universal Serial Bus) khusus. Fitur pada ATMEL USB ISP (USBasp) antara lain bisa digunakan untuk berbagai macam

platform, tidak memerlukan pengontrol atau komponen SMD (Surface Mount Device) khusus, kecepatan pemrograman bisa mencapai 5 kilobyte/detik dan Opsi SCK (Serial Clock) untuk mendukung mikrokontroler target yang berkecepatan rendah (< 1.5 MegaHertz). Konfigurasi pinout terdapat pada gambar 3.8 dan keterangan daridownloaderterdapat pada Tabel 3.1.

(39)

33

Tabel 3.1Tabel KeteranganPinoutATMEL USB ISP (USBasp)

No Nama No PIN I/O Keterangan

1. VTG 2 - Catu daya dari project

board (2.7–5.5 V)

2. GND 4,6,8,10 - Titik referensi

3. NC 3 - Tidak digunakan

4. MOSI 1 Output

Command dan data dari USBasp ke target

AVR

5. MISO 9 Input Data dari target AVR

ke USBasp

6. SCK 7 Output Serial clock

7. RESET 5 Output Fungsi Reset

3.3.2 Perancangan Sensor Kelembaban

Sensor yang digunakan pada perancangan ini menggunakan sensor

DHT11. Pada perancangan sensor kelembaban akan digunakan port pin PORTD

pada mikrokontroler. Tepatnya pada pin PORTD.3 pada mikrokontroler dengan

diberi rangkaianpull upantara sensor dan PORTD.3.

DHT11 termasuk ke dalam kategori sensor yang mudah digunakan, baik

dalam hal protokol komunikasi maupun wiring hardware. DHT11 hanya membutuhkan 1 jalur pertukaran data dengan mikrokontroler (one-wire interface), dimana proses pertukaran data tersebut dilakukan menggunakan metode PWM (Pulse Width Modulation) sederhana.

Proses pengambilan data dari sensor DHT11 dilakukan dengan melakukan

perulangan dari pengambilan data tiap bit. Pengambilan data tiap bit ini akan

dikelompokkan menjadi 5 segmen. Perulangan dari pengambilan data tiap bit ini

sebanyak 8 kali sesuai dengan jumlah bit pada 1 byte. 1 segmen/ 1 byte dari data

yang diperoleh berasal dari penjumlahan bit 0 dan 1 yang dihasilkan. Nilai bit

(40)

delay respon 70 µs. Data segmen yang di peroleh yang pertama menghasilkan nilai integer kelembaban, kedua menghasilkan nilai desimal kelembaban, ketiga

menghasilkan nilai integer suhu, keempat menghasilkan nilai desimal suhu dan

kelima menghasilkan nilai total kelembaban dan suhu. Maka perulangan

pengambilan data yang dilakukan adalah 8 kali untuk mengambil data per bit pada

tiap segmen yaitu 8 perulangan dalam 5 perulangan pengambilan data. Sehingga

terdapat 40 data bit yang diperoleh dari poses pengambilan data.

Hasil dari pembacaan sudah berupa data digital yang berasal dari proses

perhitungan clock sinyal high pada saat proses pembacaan data. Keterangan pin

pada DHT11 dapat dilihat pada tabel 3.2 dan rangkaian koneksi sensor

kelembaban dengan mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 3.9. Pengujian

sensor ini akan dilakukan dengan melihat hasil dari sensor saat dikondisikan

mendeteksi suatu kelembaban dari kain atau handuk basah yang didekatkan pada

sensor, apakah terjadi peningkatan kelembaban atau tidak. Kemudian dilakukan

pengujian berkali-kali untuk mengetahui bahwa sensor dapat digunakan dan

[image:40.595.100.518.293.678.2]

bekerja dengan baik dan hasil data kelembaban stabil.

Tabel 3.2Tabel Keterangan Pin DHT11

Pin Nama Fungsi

1 VCC Terhubung ke catu daya (3–5,5 Volt)

2 DATA Terhubung pada PORT data, untuk memberikan data hasil pembacaan dari sensor

3 NC Tidak digunakan

(41)

35

Gambar 3.9Rangkaian Koneksi Sensor Kelembaban Dengan Mikrokontroler 3.3.3 Perancangan Sensor Amonia

Pada perancangan ini digunakan sensor MQ 137 yang merupakan sensor

analog, sehingga memiliki nilai output berupa sinyal analog. Untuk sensor analog

akan digunakan port ADC (Analog to Digital Converter) pada mikrokontroler, yaitu port A pada mikrokontroler. Dengan menggunakan port ADC (Analog to Digital Converter) maka nilai dari kadar amonia yang ingin dideteksi akan diketahui nilainya, karena data yang akan ditampilkan berupa nilai digital. Satuan

nilai kadar amonia yang dideteksi adalah ppm (part per milion). Untuk rangkaian

Circuit Drive MQ 137 dapat dilihat pada gambar 3.10. Pengujian sensor ini akan dilakukan dengan melihat hasil penguapan gas amonia dengan membedakan

kondisi saat terpapar atau tidak terpapar oleh bau amonia, serta konsistensi sensor

dengan pengujian berkali-kali untuk mengetahui bahwa sensor dapat digunakan

(42)

Gambar 3.10RangkaianCircuit DriveMQ 137 3.3.4 Perancangan Sensor Suara

Gambar 3.11Rangkaian Sensor Suara

Gambar 3.11 merupakan perancangan hubungan antara port sensor dengan

mikrokontroler. Sensor suara dapat bekerja dengan tegangan masuk antara 4 Volt

DC (Direct Current) sampai dengan 6 Volt DC (Direct Current). Tegangan masukan telah disesuaikan dengan spesifikasi tegangan sensor. Sensor suara

memiliki 3 pin yang dihubungkan pada mikrokontroler. Pin pada sensor berupa

input tegangan 5 Volt DC (Direct Current), Ground dan Output. Output pada sensor dihubungkan pada mikrokontroler yang digunakan sebagai input data dari

sensor. Chip utama pada sensor menggunakan LM393 dengan perangkat input

adalah mic kondensator. Sensor bekerja dengan sinyal aktif low, jadi ketika

mikrokontroler mendapat logika 0 dari output sensor maka dapat dikatakan suara

input dapat terdeteksi. Sedangkan ketika mikrokontroler mendapat logika 1 atau

(43)

37

Jarak maksimal penerimaan input suara adalah 0,5 meter atau 50 cm. Gambar 3.12

adalah sensor yag digunakan pada perancangan.

Gambar 3.12Sensor Suara

Untuk mengetahui rangkaian sensor suara bekerja dengan baik dan dapat

digunakan, secara sederhana dapat dilakukan dengan melihat led pada modul

sensor menyala atau tidak. Ketika terdapat input suara dan terdeteksi oleh sensor

maka led pada modul sensor akan menyala,sedangkan ketika input suara tidak

terdeteksi maka led tidak menyala. Selain itu akan dilakukan pengujian terhadap

jarak input sensor sehingga dapat diketahui jarak maksimal input suara yang

nantinya berguna dalam tata letak perancangan alat yang juga dilakukan

pengukuran desibel dari suara input.

3.3.5 Perancangan LCD (Liquid Cristal Display)

LCD (Liquid Cristal Display)yang digunakan adalah LCD (Liquid Cristal Display) dengan karakter 16x2 dengan fungsi untuk menampilkan informasi yang dibutuhkan pada perancangan alat. Pada perancangan digunakan port B untuk

(44)

(Liquid Cristal Display) dapat menampilkan kalimat sesuai dengan instruksi program, maka dapat dikatakan LCD (Liquid Cristal Display) dapat digunakan dan bekerja dengan baik.

Gambar 3.13Rangkaian LCD (Liquid Cristal Display) 3.3.6 Perancangan Motor Driver

Motor driver yang digunakan pada perancangan ini adalah rangkaian

motor driver dengan IC (Integrated Circuit) L298. IC (Integrated Circuit) driver L298 memiliki kemampuan menggerakan motor DC (Direct Current) sampai arus 4 Ampere dan tegangan maksimum 12 Volt. Pada rangkaian pin Enable A dan B untuk mengendalikan kecepatan motor yang diinputkan dari minimum sistem

berupa sinyal PWM (Pulse Width Modulation). Input 1 dan 2 pada rangkaian berguna sebagai pengendali arah putar, yaitu searah atau berlawanan arah jarum

jam sesuai dengan cara kerja motor yang digunakan pada perancangan. Kemudian

output 1 dan 2 pada motor driver dihubungkan pada rangkaian diode bridge

(45)

39

DC (Direct Current). H-Bridge driver motor DC (Direct Current) L298 masing -masing dapat mengantarkan arus 2 Ampere. Namun, dalam penggunaannya,

H-Bridge driver motor DC (Direct Current) L298 hanya diggunakan 1 buah H-Bridge driver motor DC (Direct Current) L298 karena hanya membutuhkan 2 buah output untuk mengendalikan 1 buah motor DC (Direct Current). Pada gambar 3.14 dapat dilihat rangkaian motor driver yang digunakan pada

perancangan.

Gambar 3.14Rangkaian Motor Driver 3.3.7 Perancangan Output Musik/Alaram

Pada perancangan ini output musik digunakan sebagai penanda bahwa

bayi telah terbangun. Musik ini akan diaktifkan jika motor pengayun menyala

yang menandakan bahwa bayi terbangun. Musik akan terus diaktifkan jika sistem

masih berjalan. Kemudian musik akan nonaktif jika selesai melakukan deteksi

semua sensor dan kemudian sensor suara tidak mendeteksi inputan suara yang

menandakan tidak ada input suara bayi. Jika motor perngayun berhenti bekerja

(46)

melakukan proses kerja. Pada gambar 3.15 dapat dilihat rangkaian output musik

yang digunakan pada perancangan.

Gambar 3.15Rangkaian Output Musik 3.4 Perancangan Mekanik

Selain perancangan hardware, dilakukan juga perancangan mekanik dari rancang bangun yang tentunya berguna untuk pengujian keseluruhan sistem pada

kondisi yang dibutuhkan sesuai dengan ide perancangan. Karena ini berhubungan

dengan pengembangan teknologi terutama pada perlengkapan bayi. Pada gambar

3.16 berikut merupakan mekanik dari keseluruhan sistem rancang bangun yang

berasal dari kerangka asli ayunan bayi (baby swing).

(47)

41

Mekanik dari rancang bangun menggunakan kerangka ayunan bayi

otomatis. Ayunan bayi otomatis ini memiliki komponen rangkaian mikrokontroler

ayunan otomatis, sensor rotary, motor DC (Direct Current) dan speaker. Karena terdapat komponen motor DC (Direct Current) pada ayunan, maka motor DC pada ayunan dapat dimanfaatkan dalam pembuatan perancangan. Ayunan bayi

otomatis ini untuk mengatur kecepatannya menggunakan rangkaian

mikrokontroler yang sudah terintegrasi dan dalam hal tingkat kecepatan motor

digunakan sensor rotary yang diawali dengan input tombol sesuai dengan tingkat

kecepatan yang nantinya akan diolah pada mikrokontroler yang telah terpasang

[image:47.595.95.506.319.540.2]

pada ayunan otomatis dalam pengoperasiannya.

Gambar 3.17Design Asli Ayunan Bayi

Dalam pembuatan rancang bangun, penelis hanya memanfaatkan motor

pada mekanik dari ayunan bayi otomatis tersebut yang nantinya akan

diintegrasikan dengan sistem mikrokontroler ATMega32 yang telah dirancang

oleh penulis. Gambar 3.18 berikut menunjukkan motor pada mekanik yang

(48)

Gambar 3.18Motor Pada Ayunan Bayi

Motor DC ini terletak pada bagian sisi kanan penyangga bagian atas yang

dapat dilihat dari gambar 3.16. Kemudian sisi yang lainnya dari ayunan bayi

menggunakan as agar bagian sisi yang tidak terdapat motor DC (Direct Current)/motor pengayun dapat ikut bergerak sama dengan arah ayun dari sisi bagian yang terdapat motor DC (Direct Current)/motor pengayun.

Gambar 3.19Bagian As Pada Sisi Penyangga Atas Tanpa Motor DC (Direct Current) Selanjutnya untuk meyempurnakan gerak dari ayunan maka digunakan

penghubung yang sudah terdapat pada mekanik yang dimanfaatkan sekaligus

sebagai tempat menggantung mainan bayi. Lengkungan yang digunakan sebagai

penghubung antara penyangga atas sisi kanan dan sisi kiri dapat dilihat secara

jelas pada gambar 3.20. Lengkungan tersebut berguna untuk menyamakan gerak

penyangga sisi kanan dan sisi kiri agar dapat benar-benar bergerak bersamaan

(49)

43

Gambar 3.20Penghubung Sisi Kanan & Kiri Penyangga Atas Dari bagian mekanik yang telah dijelaskan, akan dilakukan perancangan

sistem pada mekanik alat pengayun bayi yang telah ada.

3.4.1 Perancangan Motor Pengayun

Pada perancangan motor pengayun digunakan motor DC (Direct Current) yang telah ada pada alat pengayun yang menggunakan rangkaian motor driver

L298 untuk menjalankan motor. Rangkaian motor driver L298 ini akan

dihubungkan dengan mikrokontroler ATMega32. Sistem kerja dari rancangan

diawali dari kontrol mikrokontroler yang memberikan nilai PWM (Pulse Width Modulation) dan direction pada rangkaian motor driver. Dari rangkaian motor driver L298 yang mendapat input 12 Volt dan ground pada port input power.

Kemudian pada port input L298 yang dihubungkan dengan mikrokontroler adalah

input direction, PWM (Pulse Width Modulation), 5 Volt dan Ground. Selanjutnya pada output rangkaian motor driver dari rangkaian H-Bridge dihubungkan pada

motor DC (Direct Current)/motor pengayun yang nantinya akan bekerja berdasarkan kontrol dari mikrokontroler. Untuk pengaturan besar PWM (Pulse Width Modulation) untuk perancangan software dapat dilakukan dengan pengujian langsung yang akan disesuaikan dengan berat beban pada alat

(50)

Tabel 3.3TabelAllocation ListMotor Driver

No Alamat IN/OUT Keterangan

1. PORTD.0 Output Direction

2. PORTD.1 Output Direction

3. PORTD.4 (OCR1B) Output PWM

4. VCC VCC 5 V

5. GND Ground Ground

Untuk gambaran sistem kerja dari rancangan dapat dilihat pada bagan yang

[image:50.595.94.514.252.529.2]

ditunjukan oleh gambar 3.21.

Gambar 3.21Bagan Sistem Perancangan Motor 3.4.2 Perancangan LCD (Liquid Cristal Display)

LCD (Liquid Cristal Display) pada rancangan digunakan sebagai output untuk informasi kondisi dari sistem yang telah dibuat. LCD (Liquid Cristal Display) pada rancangan dihubungkan langsung pada mikrokontroler yang nantinya akan memberikan tampilan hasil output berdasarkan sistem pada

mikrokontroler yang telah dibuat. Pada tabel 3.4 akan disajikan allocation list pada mikrokontroler.

Tabel 3.4TabelAllocation ListLCD (Liquid Cristal Display)

No Alamat IN/OUT Keterangan

1. PORTB.0 Output RS

2. PORTB.1 Output RD

3. PORTB.2 Output EN

4. PORTB.4 Output D4

8. VCC VCC 5 V

Mikrokontroler Motor Driver L298

(51)

45

Pada rancangan LCD (Liquid Cristal Display) akan diletakan pada bagian penyangga atas ayunan dengan tujuan agar infomasi yang di tampikan pada LCD

(Liquid Cristal Display)mudah untuk diketahui. 3.4.3 Perancangan Sensor Suara

Sensor suara adalah sensor yang digunakan sebagai input pada rancangan

untuk mendeteksi apakah terdeteksi suara bayi yang terbangun. Input sensor ini

nantinya sebagai input awal untuk menentukan kerja motor dan komponen lain

yang digunakan pada rancangan oleh mikrokontroler. Sensor ini juga digunakan

sebagai penentu apakah sistem yang telah berjalan akan dilanjutkan atau berhenti

karena sensor tidak mendeteksi adanya input suara. Pada tabel 3.5 akan disajikan

allocation listpada mikrokontroler.

Tabel 3.5TabelAllocation ListSensor Suara

No Alamat IN/OUT Keterangan

1. PORTC.2 Input Data Input

2. VCC VCC 5 V

Pada rancangan sensor suara akan diletakan dekat dengan kasur ayunan

tepatnya dekat dengan sisi kepala bayi yang bertujuan agar suara dari bayi yang

terbangun dapat benar-benar terdeteksi dan memberikan input sesuai dengan

kondisi yang diharapkan.

3.4.4 Perancangan Sensor Gas Amonia

Sensor gas amonia adalah sensor pada rancangan yang digunakan sebagai

input untuk mendeteksi bau amonia yang berasal dari kencing bayi. Sensor

amonia akan bekerja untuk menganalisa hasil kadar amonia setelah sistem bekerja

(52)

memperoleh nilai ADC (Analog to Digital Converter) dari hasil deteksi sensor, sistem akan berlanjut untuk mengaktifkan sensor kelembaban. Hasil dari analisa

sensor amonia yang dilanjutkan dengan hasil analisa sensor kelembaban akan

memberikan informasi kondisi dari alasan bayi terbangun berdasarkan hasil

deteksi sensor-sensor dan analisa hasil dari mikrokontroler.

Pada mikokontroler output sensor di inputkan pada PORT A, karena

sensor yang di gunakan adalah sensor MQ-137 yang merupakan sensor dengan

output analog. Alasan penggunaan PORT A adalah untuk mengubah hasil deteksi

sensor menjadi data digital, karena PORT A merupakan PORT ADC (Analog to Digital Converter) pada mikrokontroler. Hasil dari pembacaan ADC (Analog to Digital Converter) ini akan menjadi dasar kondisi untuk menentukan apakah sensor gas amonia mendeteksi bau amonia pada ayunan bayi atau tidak. Pada

rancangan sensor gas amonia akan diletakan pada bagian bawah kasur ayunan

dekat dengan bagian ompol bayi namun bagian yang tidak sampai mengenai

ompol bayi agar sensor tidak terkena air, sensor akan berkurang sensitifitasnya

jika terkena air. Penempatan sensor pada tempat itu bertujuan agar sensor dapat

benar-benar mendeteksi bau amonia yang berasal dari kencing bayi.

3.4.5 Perancangan Sensor Kelembaban

Sensor kelembaban pada rancangan digunakan sebagai input untuk

menentukan hasil pasti dari hasil deteksi sensor gas amonia. Sensor ini digunakan

dengan tujuan memastikan bahwa tempat bayi pada ayunan benar-benar basah

atau tidak. Sensor ini akan memberikan kondisi pasti agar tidak terjadi kesalahan

hasil saat sensor gas amonia mendeteksi bau amonia namun tempat bayi dalam

(53)

47

informasikan pada layar LCD (Liquid Cristal Display). Sensor kelembaban pada rancangan menggunakan sensor DHT11 yang merupakan sensor modul yang

sudah dapat langsung terintegrasi dengan mikrokontroler. Pada port output dari

sensor terdapat 4 pin, yaitu pin VCC, pin DATA, pin NC dan pin GND. Namun

pada perancangan hanya menggunakan 3 pin, yaitu VCC, DATA dan GND. Pin

DATA akan dihubungkan pada pin mikrokontroler yang telah diberi rangkaian

pull up. Pembacaan data berasal dari perhitungan nilai clock saat pembacaan tiap

bit data. Pada perancangan akan digunakan PORTD.3 pada mikrokontroler.

Pada rancangan sensor kelembaban akan diletakan pada bagian sabuk pada

ayunan bayi dekat ompol bayi dengan tujuan sensor dapat mendeteksi kelembaban

disekitar tempat kencing bayi dan dapat memberikan input pasti sehingga hasil

dari deteksi sensor dapat di informasikan secara benar. Pada tabel 3.6 akan

[image:53.595.92.511.310.543.2]

disajikanallocation listpada mikrokontroler.

Tabel 3.6TabelAllocation ListSensor Kelembaban

No Alamat IN/OUT Keterangan

1. PORTD.3 Input DATA

2. VCC VCC 5 V

3.4.6 Perancangan Output Musik/Alaram

Musik pada rancangan merupakan komponen output yang berfungsi untuk

memberikan penanda bahwa bayi terbangun. Rangkaian ini akan aktif jika sistem

mulai berjalan yang ditandai dengan adanya input suara yang terdeteksi oleh

sensor suara kemudian mengaktifkan motor pengayun pertanda bayi terbangun.

Musik akan terus aktif sampai seluruh sensor selesai mendeteksi hingga kembali

(54)

suara yang terdeteksi maka motor pengayun dan musik akan nonaktif pertanda

sistem telah berhenti berjalan. Pada gambar 3.22 berikut merupakan rangkaian

output musik yang digunakan pada perancangan.

Gambar 3.22Rangkaian Musik

Pada rangkaian mikrokontroler output musik dihubungkan pada PORTC.6

dan PORTC.7. Pada PORTC.6 akan dijadikan sebagai input positif dan pada

PORTC.7 akan dijadikan input negatif pada rangkaian IC (Integrated Circuit) musik. Komponen speaker serta rangkaian IC (Integrated Circuit) musik akan diletakan pada bagian penyangga atas ayunan dengan tujuan agar hasil suara dari

speaker dapat terdengar dengan jelas. Pada tabel 3.7 berikut akan disajikan

[image:54.595.96.510.308.592.2]

allocation listpada mikrokontroler.

Tabel 3.7TabelAllocation ListRangkaian Musik

No Alamat IN/OUT Keterangan

1. PORTC.6 Output Input Positif

2. PORTC.7 Output Input Negatif

Untuk gambaran sistem kerja dari rancangan dapat dilihat pada bagan yang

ditunjukan oleh gambar 3.23.

Gambar 3.23Bagan Sistem Perancangan Output Musik Mikrokontroler IC (Integrated

(55)

49

3.5 Perancangan Perangkat Lunak

3.5.1 Setting Wizard Pada CodeVision AVR

Sebelum membuat listing program pada CodeVision AVR dilakukan

pembuatan project baru untuk chip tipe ATMega. Setting awal ini dilakukan untuk

langkah awal dalam penulisan listing program sebelum membuat listing program

untuk proses pada bagian main. Setting wizard yang dilakukan, disesuaikan

dengan kebutuhan komponen yang digunakan pada perancangan. Setting

dilakukan pada bagian :

1. Chip

Setting pada bagian chip dilakukan pada pengaturan chip yang digunakan dan

clock yang digunakan pada rangkaian minimum sistem. Pada perancangan

[image:55.595.92.508.299.643.2]

digunakan chip ATMega32 dan clock 11,0592 MegaHertz. Setting wizard chip dapat dilihat pada gambar 3.24.

Gambar 3.24Setting Chip Pada CodeVision AVR 2. Port

Setting pada bagian port dilakukan hanya pada PORT C dari setting awal

wizard. Dengan mengganti data direction pada PORTC.6 dan PORTC.7

(56)

komponen rangkaian musik. Setting wizard PORTC dapat dilihat pada

[image:56.595.95.524.139.508.2]

gambar 3.25.

Gambar 3.25Setting PORTC Pada CodeVision AVR 3. Timer

Setting pada bagian timer dilakukan hanya pada timer 0 dan timer 1. Pada

timer 0 setting dilakukan hanya pada clock value, gunakan clock value dengan nilai yang paling besar pada rancangan menggunakan nilai

110.592,200 kiloHertz. Setting ini berguna untuk menghitung nilai clock sinyal high dari sensor kelembaban, digunakan nilai clok paling besar agar

jarak anatara nilai clock bernilai 1 dan 0 cukup jauh. Setting wizard timer 0

(57)

[image:57.595.136.506.84.288.2]

51

Gambar 3.26Setting Timer 0 Pada CodeVision AVR

Pada timer 1 lakukan setting pada clock value, atur clock yang di butuhkan. Kemudian setting mode menjadi “Ph. Correct PWM top=0x00FF” dan OutA

beserta OutB menjadi “Non-Inv”. Setting ini berguna untuk pengaturan

PWM (Pulse Width Modulation)