PROGRAM STUDI D3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2021
PENGATUR WAKTU DAN MONITORING PENYIRAMAN OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN TENAGA SURYA
BERBASIS NODEMCU
LAPORAN TUGAS AKHIR
MELISA TERESIA SOICIYEN SINAGA
182408038
PROGRAM STUDI D3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PENGATUR WAKTU DAN MONITORING PENYIRAMAN OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN TENAGA SURYA
BERBASIS NODEMCU
LAPORAN TUGAS AKHIR
DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI TUGAS DAN MEMENUHI SYARAT MEMPEROLEH GELAR AHLI MADYA
MELISA TERESIA SOICIYEN SINAGA
182408038
PERNYATAAN ORISINALITAS
PENGATUR WAKTU DAN MEMONITORING PENYIRAMAN OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN TENAGA SURYA
BERBASIS NODEMCU
TUGAS AKHIR
Saya menyatakan bahwa Tugas Akhir ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2021
Melisa Teresia Soiciyen Sinaga 182408038
PENGATUR WAKTU DAN MONITORING PENYIRAMAN OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN TENAGA SURYA
BERBASIS NODEMCU
ABSTRAK
Perkembangan tanaman dan tumbuhan dipengaruhi oleh beberapa hal salah satunya adalah intensitas penyiraman air menggunakan pompa. Pada umumnya pompa yang digunakan adalah manual yang harus dioperasikan oleh manusia.
Penelitian ini mengusulkan prototipe rancang bangun pompa motor AC bertenaga surya yang dikendalikan dengan menggunakan mikrokontroller yang dapat bekerja secara otomatis jika terjadi perubahan pada tingkat kelembaban tanah sehingga pompa dapat bekerja secara otomatis tanpa harus dikendalikan oleh manusia. Sumber tenaga listrik bagi pompa air dihasilkan dari solar panel jenis monocrystalline 50WP sedangkan untuk pendeteksi kelembapan menggunakan sensor soil moisture dan mikrokontroller yang digunakan adalah jenis arduino uno. Pada saat kondisi matahari terik dan dapat bekerja selama 11 jam / hari. Pompa dapat bekerja secara otomatis untuk mengalirkan air ke tanaman setelah mendeteksi tanah dalam kondisi lembab (sedikit basah). Dari hasil yang diperoleh, prototipe yang dirancang telah sesuai dengan kriteria yang ditetapkan dan dapat diterapkan untuk sistem penyiraman otomatis pada tanaman.
Kata kunci : kelembapan tanah, mikrokontroler, pompa, panel surya
TIMER AND MONITORING AUTOMATIC WATERING USING SOLAR POWER BASED ON NODEMCU
ABSTRACT
The development of plant is influenced by several things, one of which is the intensity of watering using a pump. In general, the pump used is a manual that must be operated by humans. This study proposes a design prototype of a solar powered AC motor pump that is controlled by using a microcontroller that can work automatically if there is a change in the soil moisture level so the pump can work automatically without having to be controlled by humans. The electric power source for the water pump is produced from a 50WP monocrystalline solar panel while for the humidity detector using a soil moisture sensor and the microcontroller used is the Arduino Uno type. When the sun is hot and can work for 11 hours / day. The pump can work automatically to drain water to the plant after detecting the soil in moist (slightly wet) conditions. If the results obtained, the prototype designed is in accordance with the established criteria and can be applied to automatic watering systems on plants.
Keyword : microcontroller, pump, solar panel, soil moisture
KATA PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan laporan praktik proyek ini dengan judul Pengatur Waktu dan Memonitoring Penyiraman Otomatis Dengan Menggunakan Tenaga Surya Berbasis Nodemcu.
1. Ibu Dr. Nursahara Pasaribu, M.Sc selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc selaku Ketua Program Studi D-3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
3. Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu untuk memberikan bimbingan, arahan, dan semangat kepada penulis, sehingga tugas proyek ini dapat terselesaikan.
4. Seluruh Staf Pengajar/Pegawai Program Sudi D-3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
5. Kedua orang tua saya yang telah memberikan doa dan dukungan setiap harinya untuk menyelesaikan laporan ini dan pendidikan saya, serta seluruh keluarga yang juga memberikan dukungan dan semangat.
6. Abang Faturrahman yang sudah memberikan ilmu dan motivasi dalam mengerjakan Laporan Tugas Akhir
7. Kedua adik tersayang saya yang tiada hentinya memberikan semangat.
8. Rekan-Rekan Kentang Oktaviola Sibarani, Yenny Sitinjak, Sevena Napitupulu, Maria Manik, Eka Sirait, Rosmauli Situngkir dan Enjelika Nadeak yang tiada berhenti memberikan semangat.
9. Rekan Fisika Instrumentasi D-III yang memberikan bantuan penulisan untuk menyelesaikan Laporan.
10. Teman-teman virtual saya yang sangat membantu dan tiada hentinya memberikan semangat untuk menyelesaikan laporan ini.
11. Kepada BTS juga! Idol dan best friend yang telah memberikan semangat dan motivasi kepada saya serta sebagai penolong di kehidupan saya.
Penulis menyadari dalam penyusunan laporan proyek ini masih terdapat kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis sangat terbuka terhadap saran maupun kritikan dalam sebuah diskusi yang membangun dari pembaca. Akhir kata penulis mengharapkan semoga tugas proyek ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Medan, Juli 2021
Melisa Teresia Soiciyen Sinaga
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR i
PERNYATAAN ii
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
PENGHARGAAN v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR TABEL ix
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Tujuan 2
1.4 Manfaat Tugas Akhir 2
1.5 Batasan Masalah 3
1.6 Sistematika Penulisan 3
BAB 2 LANDASAN TEORI 4
2.1 Pengertian Timer 4
2.1.1 Real Time Clock 4
2.1.2 IC NE555 4
2.1.3 Relay 5
2.2 Pengertian Monitoring 5
2.3 Penyiraman Tanaman Otomatis 6
2.4 Komponen-Komponen Rangkaian 6
2.4.1 Sensor NodeMCU 6
2.4.2 Liquid Crystal Display (LCD) 7
2.4.3 Relay 8
2.4.4 Mikrokontroler 9
2.4.4.1 Mikrokontroler ESP8266 11
2.4.5 Pompa Air 12
2.4.6 Panel Surya 12
2.4.6.1 Prinsip Kerja Panel Surya 13
2.4.7 Solar Charger Controller 14
2.4.7.1 Fungsi Solar Charger Controller 14 2.4.7.2 Spesifikasi Solar Charger Controller 15
2.4.8 Soil Moisture Sensor 16
BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM 17
3.1 Metodologi Perancangan 17
3.1.1 Tahap Persiapan 17
3.1.2 Tahap Pembuatan Sistem 17
3.1.3 Tahap Pengukuran, Analisis, Kesimpulan 17
3.2 Diagram Blok 18
3.3 Perancangan Antar muka Setiap Blok Diagram 20 3.3.1 Perancangan Antarmuka Panel Surya dan Power Supply 20 3.3.2 Perancangan Antarmuka Cas Kontrol 21
3.3.3 Perancangan Antarmuka Baterai 21
3.3.4 Perancangan Antarmuka Power Supply 22 3.3.5 Perancangan Antarmuka Mikrokontroller dan Modul Wifi 22 3.3.6 Perancangan Antarmuka LCD dengan Mikrokontroller 23 3.3.7 Perancangan Antarmuka Relay dan Pompa 23 3.3.8 Perancangan Antarmuka Sensor Kelembapan Tanah 25
3.3.9 Perancangan Keseluruhan Sistem 26
3.4 Perancangan dan Pembuatan PCB 26
3.4.1 Alat dan bahan pembuatan PCB 26
3.5 Flowchart 30
3.6 Pengujian Komponen 31
3.6.1 Pengujian Mikrokontroller 31
3.6.2 Pengujian Rangkaian Panel Surya dan Power Supply 32 3.6.3 Pengujian Rangkaian Supply Regulator 33
3.6.4 Pengujian Rangkaian LCD 34
3.6.5 Pengujian Rangkaian Relay dan Pompa 35
3.6.6 Pengujian Rangkaian Sensor Kelembaban Tanah 36
3.6.7 Pengujian blynk 37
3.7 Pengujian Sistem 38
BAB 4 PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN
4.1 Analisis Hasil Pengukuran 41
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 42
5.2 Saran 42
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
2.1 RTC 4
2.2 IC NE555 4
2.3 Relay 5
2.4 Sensor NodeMCU 6
2.5 Rangkaian NodeMCU 6
2.6 Liquid Crystal Display (LCD) 12x2 7
2.7 Relay 9
2.8 Mikrokontroler ESP8266 11
2.9 Pompa Air 12
3.1 Diagram Blok 18
3.2 Rangkaian Panel Surya 20
3.3 Rangkaian Cas Controller 21
3.4 Rangkaian Baterai 21
3.5 Rangkaian Panel Surya 22
3.6 Rangkaian Mikrokontroller dan Modul Wifi 23
3.7 Rangkaian LCD dan Mikrokontroller 23
3.8 Rangkaian Relay dan Pompa 24
3.9 Rangkaian Sensor Kelembapan Tanah 25
3.10 Rangkaian Seluruh Sistem 26
3.11 Rangkaian PCB 30
3.12 Flowchart 31
3.13 Tampilan Pada Aplikasi Blynk 40
3.14 Pengujian Keseluruhan Sistem 40
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel
Judul Halaman
2.1 Spesifikasi NodeMCU 7
2.2 Spesifikasi Kaki LCD 12x2 8
2.3 Spesifikasi Solar Charger Controller 15
3.1 Hasil Pengujian Panel surya 33
3.2 Hasil Pengujian Regulator 33
3.3 Hasil Pengujian LCD 35
3.4 Pengujian Relay dan Pompa 36
4.1 Data Hasil Pengukuran Panel Surya 41
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam sistem pengatur otomasi kegiatan pengontrolan dan monitoring dilakukan dengan prinsip otomatis. Kegiatan control alat yang dilakukan secara berulang-ulang dan memiliki keakuratan dalam membaca data memungkinkan system control semakin menguatkan kedudukan alat atau mesin untuk melakukan pengontrolan secara otomatis. Pengaturan otomatis atau sistem pengaturan otomatis berasal dari tiga suku kata yaitu sistem, pengaturan dan otomatis. Sistem adalah sebuah susunan komponen-komponen fisik yang saling terhubung dan membentuk satu kesatuan untuk melakukan aksi tertentu. Pengaturan adalah suatu aktivitas mengatur, mengendalikan, mengarahkan dan memerintah. Sedangkan otomatis dapat bekerja dengan sendirinya. Dalam hal ini istilah pengaturan atau kontrol mengandung tiga unsur utama yaitu rencana yang jelas, dapat melakukan pengukuran, dan dapat melakukan tindakan. Dari pengertian tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa system pengatur otomatis dapat melakukan sesuatu sesuai dengan harapan ataupun rencana yang berjalan dengan sendirinya secara langsung. Atau, dapat disimpulkan pula bahwa system pengatur otomatis adalah suatu system yang dapat melakukan keluaran (output) system sesuai yang diharapkan.
Seiring dengan perkembangan zaman yang semakin pesat dan teknologi semakin modern pada saat ini, maka kebutuhan manusiapun semakin berkembang juga. Untuk mempermudah kinerja manusia, telah banyak diciptakannya teknologi dengan menggunakan system otomatis, salah satunya adalah pompa air dengan penyemprotan dan memiliki pengatur waktu penyiraman secara otomatis. Teknologi pompa air dan pengatur waktu untuk kalangan pertanian dapat mempermudah perkerjaan manusia. Sistem otomatis dapat menghemat tenaga yang dilakukan manusia seperti menyiram, yang dapat digantikan oleh gerakan mekanik, listrik, hydrolik, dan lain-lain. Namun, penemuan di lapangan saat ini masih banyak melakukan pengoperasian pompa air dan waktu penyiraman secara manual. System
dimatikan. Ini sangat banyak menyita waktu untuk melakukan kegiatan penyiraman dengan lahan yang luas. Hal inilah yang menjadi dasar pemikiran untuk mendesain sebuah alat Pengatur Waktu dan Monitoring Penyiraman Otomatis Pada Tanaman Dengan Memanfaatkan Tenaga Surya Berbasis Nodemcu. Alat penyemprot ini akan menggunakan perangkat sensor sebagai masukan dan mikrokontroler sebagai pengolah data yang masuk. Hasil pembacaan (output) sensor berupa data yang akan menjadi dasar sistem bekerja.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang, maka permasalahan yang dikaji adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana kinerja sistem dalam mengatur waktu untuk mengendalikan pompa air untuk melakukan penyiraman pada tanaman?
2. Bagaimana merancang dan membuat sistem penyiraman tanaman otomatis berbasis Nodemcu?
3. Bagaimana prinsip kerja Nodemcu sebagai sistem otomatis penyiraman tanaman?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan praktik proyek ini adalah :
1. Untuk mengetahui kinerja system dalam mengatur waktu untuk mengendalikan pompa air saat ingin melakukan penyiraman.
2. Untuk mengetahui rancang bangun system penyiraman tanaman otomatis berbasis Nodemcu.
1.4 Manfaat Tugas Akhir
Tugas Akhir ini memiliki manfaat yaitu:
1. Memanfaatkan penggunaan daya listrik yang berasal dari panel surya.
2. Memanfaatkan alat penyiraman otomatis tanpa bantuan Manusia.
1.5 Batasan Masalah
Dalam perancangan dan pembuatan proyek ini diberikan batasan–batasan
masalah sebagai berikut :
1. Sistem ini bekerja dengan menggunakan panel surya sebagai sumber energi listrik untuk pompa air.
2. Sistem dapat terkendali secara otomatis ketika sensor menbaca kelembapan tanah.
3. Menggunakan android sebagai media untuk pemantauan tanaman dengan menghubungkan sistem yang dirancang.
4. Air yang akan dipergunakan untuk menyiram tanaman adalah sumur yang akan dialirkan melalui alat pompa air.
5. Mikrokontroler yang dipakai adalah mikrokontroler Arduino Nano dan NodeMcu.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah penulisan tugas Tugas Akhir ini, penulis membuat suatu sistematika penulisan yang terdiri dari :
1. BAB I: PENDAHULUAN
Bab ini akan membahas latar belakang tugas Tugas Akhir, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, dan sistematika penulisan.
2. BAB II: LANDASAN TEORI
Bab ini akan menjelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan.
3. BAB III: PERANCANGAN ALAT
Bab ini membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem secara keseluruhan.
4. BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang uji coba alat yang telah dibuat, pengoperasian dan spesifikasi alat dan lain-lain.
5. BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN
Sebagai bab terakhir penulis akan menguraikan beberapa kesimpulan dari uraian bab-bab sebelumnya, dan penulis akan berusaha memberikan saran yang bermanfaat.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Pengatur Waktu (Timer)
Timer adalah alat pewaktu yang sering digunakan untuk menentukan waktu hidup atau matinya (on or off) peralatan yang dikontrol oleh timer tersebut. Misalnya timer diatur 10 menit akan membuat tegangan mengalir selama 10 menit juga tetapi setelah itu tegangan akan mati. Rangkaian timer juga dapat dimodifikasi sesuai keinginan atau sesuai harapan. Berikut contoh komponen-komponen elektronika yang dapat digunakan sebagai timer:
2.1.1 Real-Time Clock (RTC)
RTC atau biasa disebut dengan Real Time Clock merupakan jam elektronika berupa chip yang dapat menghitung waktu mulai dari hitungan detik hingga tahun dengan sangat akurat dan dapat menyimpan data waktu tersebut secara real time.
Karena jam tersebut bekerja secara real time, maka setelah di proses hitung waktu dilakukan output (keluaran) datanya langsung disimpan atau dikirimkan ke device lain melalui system antarmuka.
Gambar 2.1 Real-Time Clock (RTC) 2.1.2 IC NE555
IC NE555 digunakan sebagai Timer (pewaktu) dengan operasi rangkaian monostable dan pulse Generator (pembangkit pulsa) dengan operasi rangkaian stabil.
Dan dapat juga digunakan sebagai Time Delay Generator dan Sequential Timing (waktu berurutan).
Gambar 2.2 IC NE555
2.1.3 Relay
Relay adalah komponen elektronika yang berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan menggunakan listrik. Relay juga bisa disebut sebagai komponen electromechanical atau elektromekanikal yang terdiri dari dua bagian utama yaitu coil atau electromagnet dan kontak saklar atau mekanikal. Salah satu fungsi Relay adalah Memberikan fungsi penundaan waktu alias time delay function.
Gambar 2.3 Relay
2.2 Pengertian Monitoring
Monitoring adalah kegiatan mengamati pelaksanaan program dan proyek,dalam waktu yang sedang berjalan, serta mencoba memperbaiki kesalahan agar pada akhir penyelesaian, program dan proyek diharapkan dapat dilaksanakan dengan benar.
Monitoring akan memberikan informasi tentang status dan kecenderungan pengukuran dan evaluasi yang diselesaikan secara berulang dari waktu ke waktu, monitoring (pemantauan) umumnya dilakukan sebagai tujuan tertentu, salah satunya untuk memeriksa proses berikut objek atau untuk mengevaluasi kondisi objek serta kemajuan menuju tujuan hasil manajemen atas efek tindakan objek salah satunya untuk mempertahankan manajemen yang sedang berjalan.
2.3 Penyiraman Tanaman Otomatis
Penyiraman tanaman otomatis adalah sebuah piranti elektronika yang tersusun atas beberapa elemen yang saling terkait secara padu yang berfungsi melakukan penyiraman terhadap tanaman tanpa adanya campur tangan manusia, dengan sebuah papan mikrokontroler sebagai pusat kendali dan bertujuan untuk di aplikasikan pada sebuah bangunan untuk budidaya tanaman.
2.4 Komponen-Komponen Rangkaian 2.4.1 Sensor NodeMCU
Sensor NodeMCU adalah sebuah platform IoT yang bersifat open source. Istilah NodeMCU sebenarnya mengacu pada firmware yang digunakan untuk perangkat keras development kit. NodeMCU bisa dianalogikan sebagai board Arduinonya ESP8266. NodeMCU telah mengemas ESP8266 kedalam sebuah board yang memiliki dengan berbagai fitur yang sama seperti mikrokontroler yang kapabilitas aksesnya bisa ke wi-fi wifi dan juga chip komunikasinya adalah USB to Serial.
Sehingga untuk melakukan pemograman sensor NodeMCU hanya diperlukan eksistensi kabel data USB yang sama digunakan sebagai kabel data atau kabel charging Smartphone atau Android.
Gambar 2.4 Sensor NodeMCU
Gambar 2.5 Rangkaian NodeMCU
Tabel 2.1 Spesifikasi NodeMCU
Spesifikasi NodeMCU V3
Mikrokontroler ESP8266
Ukuran Board 57 mm x 30 mm
Tegangan Input 13 PIN
GPIO 13 PIN
Kanal PWM 10 Kanal
10 bit ADC Pin 1 Pin
Flash Memori 4 MB
Clock Speed 40/26/24 MHz
Wi-Fi IEEE 802.11 b/g/n
Frekuensi 2.4 GHz – 22.5 GHz
USB Port Mikro USB
Card Reader Tidak Ada
USB to Serial Converter CH340G
2.4.2 Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid Crystal Display (LCD) 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. Liquid Crystal Display (LCD) berfungsi sebagai tampilan keluran data baik dalam bentuk karakter, huruf ataupun angka.
Contoh Liquid Crystal Display (LCD) 12x2 diperlihatkan pada gambar 2.7.
Gambar 2.6 Liquid Crystal Display (LCD) 12x2
Liquid Crystal Display (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.
Tabel 2.2 Spesifikasi Kaki LCD 12x2
Pin 1 Ground
Pin 2 VCC
Pin 3 Pengatur Kotras
Pin 4 “RS” Intructions/Register Select
Pin 5 “R/W” Read/Write Register
Pin 6 “EN” Enable
Pin 7 – Pin 14 Data I/O Pin
Pin 15 VCC
Pin 16 Ground
2.4.3 Relay
Relay adalah suatu alat yang bekerja berdasarkan elektromagnetik untuk menggerakan sejumlah kontaktor yang tersusunatau sebuah saklar elektronis yang dapat dikendalikan dari rangkaianelektronik lainnya dengan memanfaatkan tenaga listrik sebagai sumber energinya. Kontaktor akan tertutup (menyala) atau terbuka (mati) karena efek induksi magnet yang dihasilkan kumparan (induktor) ketika dialiri arus listrik. Berbeda dengan saklar, pergerakan kontaktor (on atau off) dilakukan manual tanpa perlu arus listrik. Sebagai komponen elektronika, relay mempunyai peran penting dalam sebuah sistem rangkaian elektronika dan rangkaian listrik untuk menggerakan sebuah perangkat yang memerlukan arus besar tanpa terhubung langsung dengan perangakat pengendali yang mempunyai arus kecil. Dengan
demikian relay dapat berfungsi sebagai pengaman atau sebagai time delay function.
Relay adalah sebuah saklar yang dikendalikan oleh arus. Relay memiliki sebuah kumparan tegangan rendah yang dililitkan pada sebuah inti. Terdapat sebuah armatur besi yang tertarik menuju inti apabila arus mengalir melewati kumparan. Armature ini terpasang pada sebuah tuas berpegas. Ketika armature tertarik menuju inti, kontak jalur bersama (COM) akan berubah posisinya dari kontak normal-tertutup (NC) ke kontak normal-terbuka (NO).
Gambar 2.7 Relay
2.4.4 Mikrokontroller
Saat ini perkembangan teknologi semakin pesat berkat adanya teknologi mikrokontroler, sehingga rangkaian kendali atau rangkaian kontrol semakin banyak dibutuhkan untuk mengendalikan berbagai peralatan yang digunakan manusia dalam kehidupan sehari-hari. Dari rangkaian kendali inilah akan terciptanya suatu alat yang dapat mengendalikan sesuatu. Rangkaian kendali atau rangkaian kontrol adalah rangkaian yang dirancang sedemikian rupa sehingga dapat melakukan fungsi–fungsi kontrol tertentu sesuai dengan kebutuhan. Sebelum adanya mikrokontroler, IC lah yang pertama kali ditemukan. Selain IC, alat yang dapat bekerja sebagai pengendali adalah chip. Chip merupakan perkembangan dari IC, dimana chip berisikan rangkaian elektronika yang dibuat dari artikel silicon yang mampu melakukan proses logika.
Chip berfungsi sebagai media penyimpan program dan data, karena pada sebuah chip tersedia RAM dimana data dan program ini digunakan oleh logic chip dalam menjalankan prosesnya. Chip lebih di identikkan sebagai mikroprocesor.
computer tanpa adanya memory, I/O yang dibutuhkan oleh sebuah system yang lengkap. Selain mikroprocesor ada sebuah chip lagi yang dikenal dengan nama mikrokomputer. Berbeda dengan mikroprocesor, pada mikrokomputer ini telah tersedia I/O dan memory. Dengan kemajuan teknologi dan dengan perkembangan chip yang pesat sehingga saat ini didalam sekeping chip terdapat CPU memory dan control I/O. Chip jenis ini sering disebut microcontroller.
Mikrokontroller merupakan sebuah sistem komputer di mana seluruh atau sebagian besar elemennya dikemas dalam satu chip IC (Integrated Circuit), sehingga sering disebut single chip microcomputer. Mikrokontroller ini juga merupakan sebuah sistem komputer yang memiliki satu atau beberapa tugas yang spesifik, berbeda dengan PC yang memiliki beragam fungsi. Perbedaan yang lain adalah perbandingan RAM dan ROM yang sangat besar antara mikrokontroller dengan komputer. Dalam mikrokontroller ROM jauh lebih besar dibanding RAM, sedangkan dalam komputer atau PC RAM jauh lebih besar dibanding ROM.
Mikrokontroller memiliki kemampuan untuk mengolah serta memproses data sekaligus juga dapat digunakan sebagai unit kendali, maka dengan menggunakan mikrokontroller kita dapat mengendalikan suatu alat. Pada dasarnya terdapat perbedaan sangat mencolok antara mikrokontroller, mikroprosesor serta mikrokomputer yaitu pada aplikasinya, karena mikrokontroller hanya dapat digunakan pada aplikasi tertentu saja. Kelebihan lainnya yaitu terletak pada perbandingan Random Access Memory (RAM) dan Read Only Memory (ROM).
Sehingga ukuran board mikrokontroller menjadi ringkas atau kecil, dari kelebihan yang ada terdapat keuntungan pemakaian mikrokontroller dengan mikroprocesor yaitu pada mikrokontroller sudah terdapat RAM dan peralatan I/O pendukung sehingga tidak perlu menambahnya lagi. Pada dasarnya struktur dari mikroprocesor memiliki kemiripan dengan mikrokontroller. Mikrokontroller biasanya dikelompokkan dalam satu keluarga, yang memiliki spesifikasi tersendiri namun cocok dalam pemrogramannya misalnya keluarga MCS-51 yang diproduksi ATMEL seperti AT89C51, AT89S52 dan lainnya sedangkan keluarga AVR seperti Atmega 8535 dan lain sebagainya.
2.4.4.1 Mikrokontroller ESP8266
ESP8266 merupakan modul wifi yang berfungsi sebagai perangkat tambahan mikrokontroler seperti Arduino agar dapat terhubung langsung dengan wifi dan membuat koneksi TCP/IP. Modul ini membutuhkan daya sekitar 3.3v dengan memiliki tiga mode wifi yaitu Station, Access Point dan Both (Keduanya). Modul ini juga dilengkapi dengan prosessor, memori dan GPIO dimana jumlah pin bergantung dengan jenis ESP8266 yang kita gunakan. Sehingga modul ini bisa berdiri sendiri tanpa menggunakan mikrokontroler apapun karena sudah memiliki perlengkapan layaknya mikrokontroler.
Firmware default yang digunakan oleh perangkat ini menggunakan AT Command, selain itu ada beberapa Firmware SDK yang digunakan oleh perangkat ini berbasis opensource yang diantaranya adalah sebagai berikut :
NodeMCU dengan menggunakan basic programming lua
MicroPython dengan menggunakan basic programming python
AT Command dengan menggunakan perintah perintah AT command
Untuk pemrogramannya sendiri kita bisa menggunakan ESPlorer untuk Firmware berbasis NodeMCU dan menggunakan putty sebagai terminal control untuk AT Command. Selain itu kita bisa memprogram perangkat ini menggunakan Arduino IDE. Dengan menambahkan library ESP8266 pada board manager kita dapat dengan mudah memprogram dengan basic program arduino, ditambah lagi dengan harga yang cukup terjangkau. Maka dari itu banyak orang yang menggunakannya modul ini untuk membuat projek Internet of Thinking (IoT).
2.4.5 Pompa Air
Water pump atau pompa air merupakan elemen yang berfungsi untuk menyerap sekaligus mendorong air yang terdapat pada sistem pendinginan sehingga dapat bersikulisasi pada mesin. Rongga-rongga mesin yang dilewati sirkulasi akan mendinginkan suhu dinding pada booring silinder. Hal ini secara otomatis dapat menaikkan suhu mesin dan untuk selanjutnya proses pendinginan dilakukan dibagian radiator. Kelancaran sirkulasi air pendingin harus benar-benar dijaga sebab apabila kelancaran sirkulasi air terganggu dengan adanya karat atau kotoran-kotoran lain dapat menimbulkan kenaikan temperatur mesin atau bahkan menimbulkan kerusakan pada mesin. Pompa air dapat bekerja setelah mesin dihidupkan sebab pompa air bekerja melalui bantuan v-belt. V -belt berfungsi untuk menggerakkan kipas yang mengalirkan air ke seluruh rongga-rongga mesin. Salah satu kerusakan yang terjadi pada pompa air adalah putusnya benda yang bertugas menggerakkan kipas ini.
Gambar 2.9 Pompa Air 2.4.7 Panel Surya
Panel surya adalah suatu perangkat atau komponen yang terdiri dari sel surya yang dapat mengubah energy cahaya matahari menjadi energy listrik terbarukan dengna menggunakan prinsip yang disebut efek Photovoltaic (efek cahaya listrik). Efek photovoltaic ini sendiri merupakan suatu fenomena munculnya tegangan listrik yang mana terjadi karena adanya kontak antara dua elektroda yang dihubungkan dengan suatu padatan atau cairan saat terkena atau mendapatkan energy dari cahaya matahari. Efek photovoltaic ini ditemukan pertama kali oleh Henri Becquerel pada tahun 1839. Panel surya ini merupakan suatu kumpulan dari sel surya yang memiliki fungsi untuk menangkap sinar matahari. Selnajutnya untuk mengaktifkan rangkaian untuk menghasilkan energy listrik.
Arus listik yang di dapatkan dari energy matahari terjadi karena adanya energy foton dari cahaya matahari yang diterima berhasil melepaskan elektron- elektron dalam rangkaian semikonduktor tipe-N atau tipe-P yang cara kerjanya sama dengan Photodioda. Pada dasarnya, sel surya dapat disebut Dioda Foto (Photodioda) yang memiliki permukaan yang sangat besar. Luas permukaaan sel surya tersebut menjadikan perangkat sel surya ini lebih sensitive terhadap cahaya matahari yang masuk dan menghasilkan tegangan saat terkena cahaya matahari.
Sel surya atau solar cell ini juga memiliki kaki positif dan kaki negative yang terhubung ke rangkaian atau perangkat yang memerlukan sumber listrik.
Gambar 2.10 Panel Surya 2.4.7.1 Prinsip Kerja Panel Surya
Prinsip kerja sel surya ini dimulai dari partikel yang disebut „Foton‟.
Foton adalah partikel sinar matahari yang sangat kecil, dan juga partikel matahari tersebut menghantam ataom semikonduktor sel surya sehingga dapat menimbulkan energy yang besar untuk memisahkan electron dari struktur atomnya. Electron yang terpisahkan dan bermuatan negative tersebut akan bebas bergerak pada daerah pita konduksi dari material semikonduktor. Atom yang kehilangan electron tersebut akan terjadi kekosongan pada strukturnya, kekosongan tersebut dinamakan dengan „Hole‟ dengan bermuatan positif. Daerah semikonduktor dengan electron bebas ini bersifat negative dan bertindak sebagai pendonor electron, daerah semikonduktor ini disebut dengan Hole bersifat positif dan bertindak sebagai penerima (Acceptor) electron yang dinamakan dengan
akan menimbulkan energy yang mendorong elektorn dan hole untuk bergerak kearah yang berlawanaan. Electron akan bergerak menjauhi daerah negative sedangkan hole akan bergerak menjauhi daerah positif. Ketika diberikan sebuah beban berupa lampu maupun perangkat listrik lainnya di persimpangan positif dan negative (PN-Junction) ini, maka akan menimbulkan arus listrik.
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Panel Surya
2.4.8 Solar Charger Controller
Solar Charge Controller (SCC) atau juga dikenal sebagai Battery Charge Regulator (BCR) adalah komponen elektronik daya di PLTS untuk mengatur pengisian baterai dengan menggunakan modul fotovoltaik menjadi lebih optimal.
Perangkat ini beroperasi dengan cara mengatur tegangan dan arus pengisian berdasarkan daya yang tersedia dari larik modul fotovoltaik dan status pengisian baterai (SoC, state of charge). Untuk mencapai arus pengisian yang lebih tinggi, beberapa SCC dapat dipasang secara paralel di bank baterai yang sama dan menggabungkan daya dari larik modul fotovoltaik.
Gambar 2.12 Solar Charger Controller
2.4.7.1 Fungsi Solar Charge Controller
Adapun fungsi dari Solar Charge Controller adalah sebagai berikut :
1. Mengubah arus DC bertegangan tinggi dari larik modul fotovoltaik ke tegangan yang lebih rendah baterai (tegangan sistem 48 VDC).
2. Melindungi bank baterai dari pengisian yang berlebih dengan mengurangi arus pengisian dari larik modul fotovoltaik di saat baterai sudah penuh. Memaksimalkan transfer daya dari larik modul fotovoltaik ke baterai dengan menggunakan algoritma maximum power point tracker.
3. Memblokir arus balik dari bank baterai di saat radiasi sinar matahari tidak mencukupi atau di malam hari.
4. Mengukur dan memonitor tegangan, arus, dan energi yang ditangkap dari larik modul fotovoltaik dan mengirimkannya ke bank baterai.
2.4.7.2 Spesifikasi Solar Charge Controller
Memilih tipe dan desain SCC yang tepat merupakan hal penting untuk menjaga efisiensi panel surya dan umur pakai dari baterai. Spesifikasi SCC ditentukan berdasarkan konfigurasi larik modul fotovoltaik, sistem tegangan yang dipakai, dan karakteristik baterai. Oleh karena itu, penting untuk memahami spesifikasi SCC agar tidak menyebabkan kerusakan pada komponen SCC maupun baterai.
Tabel 2.3 Spesifikasi Solar Charge Controller
Max. Open circuit voltage (v) Tegangan DC maksimum dari larik modul fotovoltaik pada larik terbuka MPP or operating range (v) Rentang tegangan untuk pelacak titik
daya maksimum
Max. Input current (A) Arus DC masukan maksimum dari larik modul dari larik modul fotovoltaik pada
arus hubungan arus pendek Output voltage (v) Tegangan keluaran atau tegangan
nominal baterai
Max. Battery charging current (A) Arus keluaran untuk pengisian baterai.
2.4.9 Soil Moisture Sensor
Sensor soil moisture merupakan sebuah sensor yang dapat mengukur kadar air atau kelembaban tanah. Pengaplikasian sensor ini biasa digunakan pada suatu tanaman, ada jenis tanaman yang tidak boleh terlalu lembab atau kering contohnya adalah jamur, sehingga kita membutuhkan adanya alat yang dapat mengukur kelembaban tanah. Sensor ini menggunakan dua buah probe untuk melewatkan arus melalui tanah lalu membaca tingkat resistansinya untuk mendapatkan tingkat kelembaban tanah. Makin banyak air membuat tanah makin mudah mengalirkan arus listrik (resistansi rendah), sementara tanah kering sulit mengalirkan arus listrik (resistansi tinggi). Ada tiga buah pin yang terdapat pada sensor ini yang mana masing masing pin memiliki tugas sendiri sendiri, yaitu :
1. Analog output yang (kabel biru) , 2. Ground (kabel hitam), dan 3. Power (kabel merah).
Sensor ini merupakan sensor ideal untuk memantau kadar air tanah untuk tanaman. Sensor ini menggunakan dua konduktor untuk melewatkan arus melalui tanah, kemudian membaca nilai resistansi untuk mendapatkan tingkat kelembaban.
Lebih banyak air dalam tanah akan membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik (nilai resistansi lebih besar), sedangkan tanah kering akan mempersulit untuk menghantarkan listrik (nilai resistansi kurang). Sensor soil moisture dalam
penerapannya membutuhkan daya sebesar 3.3 v atau 5 V dengan keluaran tegangan sebesar 0–4.2 V. Sensor ini mampu membaca kadar air yang memiliki 3 kondisi yaitu :
0–300: tanah kering/ udara bebas
300–700: tanah lembab
700– 950: di dalam air
Sensor ini memiliki 3 pin yang terdiri dari pin ground, 5 V dan data.
Gambar 2.13 Sensor Soil Moisture
BAB 3
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
Perancangan yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi perancangan perangkat keras dan perencangana perangkat lunak.Perancangan perangkat keras dimulai dengan merancang diagram blok dan prinsip kerja sistem, kemudian dilanjutkan merancang rangkaian system dengan menggabungkan keseluruhan perangkat menjadi sebuah system terkendali.
3.1 Metodologi Perancangan 3.1.1 Tahap Persiapan
Pada sub bab ini penulis memaparkan persiapan analisis permasalahan yang diangkat dan dirancang menjadi sebuah alat yang disajikan diawal dengan diagram blok dan flowchart serta dipaparkan juga perancangan sistem yang akan dibangun,baik yang berupa perangkat keras ataupun perangkat lunak, dan cara melakukan pengujian.
3. 1.2 Tahap Pembuatan Sistem
Pada tahap Pembuatan sistem penulis memaparkan bagaimana perancangan pembuatan sistem,baik mulai dari peracangan rangkaian,hingga menyelesaikan perancangan alat secara keseluruhan. Sehingga dapat melalukan pengujian nantinya.
3. 1.3 Tahap pengukuran, Analisis dan Kesimpulan
Analisis masalah adalah mengidentifikasi sebuah masalah, guna untuk memperoleh informasi agar dapat dipecahkan atau deselesaikan. Data-data yang telah diperoleh dari pengujian sensor kemudian dilakukan analisa baik dari sensor kelembaban tanah dan sensor suhu Dilakukan analisa pada output-nya juga yaitu dari pompa hidup dan mati. Data analisa yang diperoleh adalah data saat alat digunakan pada pengujian yang telah dibuat, dan melakukan perbandingan dengan alat standar.
3.2 Diagram Blok Proyek
Diagram blok merupakan salah satu bagian terpenting dalam perancangan peralatan elektronika,Untuk mempermudah perancangan system diperlukan sebuah diagram blok sistem yang mana tiap blok mempunyai fungsi dan cara kerja tertentu.Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah sebagai berikut :
Gambar 3.1 Diagram Blok
Berdasarkan diagram blok diatas terdapat beberapa komponen dan cara kerjanya sebagai berikut:
1. Panel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi energi listrik. Panel surya sering disebut sel PhotoVoltaic yang dapat diartikan sebagai “cahaya-listrik”. Sel surya atau sel PhotoVoltaic (PV) bergantung pada efek PhotoVoltaic untuk menyerap energi matahari dan menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan.
LCD
Pompa Relay
Mikrokntroller Baterai
Smartphone Modul WIFI
Sensor Kelembaban Tanah Cas kontrol Panel surya
2.
Cas Kontrolrangkaian elektronik yang mengatur proses pengisian aki atau rangkaian aki (Battery Bank). Tegangan DC yang dihasilkan oleh panel sel surya umumnya bervariasi 12 volt ke-atas. Kontroler ini berfungsi sebagai alat pengatur tegangan aki agar tidak melampaui batas toleransi dayanya.
3. Baterai
perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang disediakan untuk memberi daya pada perangkat listrik seperti senter, ponsel, dan mobil listrik.
4. Mikrokontroller
Rangkaian kendali atau rangkaian kontrol adalah rangkaian yang dirancang sedemikian rupa sehingga dapat melakukan fungsi–fungsi kontrol tertentu sesuai dengan kebutuhan.
5.
Sensor Kelembapan TanahSensor soil moisture merupakan sebuah sensor yang dapat mengukur kadar air atau kelembaban tanah. Pengaplikasian sensor ini biasa digunakan pada suatu tanaman.
6. Relay
Relay adalah sebuah saklar yang dikendalikan oleh arus. Relay memiliki sebuah kumparan tegangan rendah yang dililitkan pada sebuah inti dan arus nominal yang harus dipenuhi output rangkaian pendriver atau pengemudinya.
7.
PompaWater pump atau pompa air merupakan elemen yang berfungsi untuk menyerap sekaligus mendorong air yang terdapat pada sistem pendinginan sehingga dapat bersikulisasi pada mesin.
8. LCD
LCD berfungsi untuk menampilkan karakter angka, huruf ataupun simbol dengan konsumsi arus yang rendah.
9. Modul Wi-Fi
berfungsi sebagai perangkat tambahan mikrokontroler seperti Arduino
TCP/IP.modul WiFi serbaguna ini sudah bersifat SoC (System on Chip) 10. Smarthpone
Berfungsi sebagai alat komunikasi.
3.3 Perancangan Antar muka Setiap Blok Diagram
3.3.1 Perancangan Antarmuka Panel Surya dan Power Supply
Pembuatan Rangka Panel Surya Rangka simulasi panel surya dibuat dari bahan besi kotak ukuran 2x4 cm dengan panjang 6 meter dengan ditambah besi pipa ukuran
¼ inch untuk tempat penyangga panel surya diletakkan dan plat alumunium ukuran 20x30 cm untuk peletakkan Solar Charge Controller dan Inverter. Plat alumunium tersebut dirangkai sedemikian rupa menggunakan sekrup dan baut sehingga menjadi bentuk rangka panel surya. Prinsip kerja sel surya silikon adalah berdasarkan konsep semikonduktor p-n junction. Pada sel surya terdapat junction antara dua lapisan tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing diketahui sebagai semikonduktor jenis p (positif) dan semikonduktor jenis n (negatif). Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya untuk menyerap atau menyimpan energi cahaya matahari yang kemudian menjadi pembangkitan listrik sebagai sumber untuk kebutuhan kapasitas baterai untuk beban pompa air 125 Watt.
Rangkaian power supply berfungsi sebagai sumber tegangan utama dari alat yang akan dibuat.Rangkaian power supply memanfaatkan tegangan dari PLN sebesar 220 VAC dan 10 VAC.Tegangan dari PLN ini terlalu besar, sehingga digunakan trafo step down 5 ampere dengan keluaran tegangannya dibuat 12 VAC. Output ini telah sesuai dengan menggunakan IC 7805.Selanjutnya tegangan akan disearahkan oleh dioda sehingga tegangan AC.
Gambar 3.2 Rangkaian Panel Surya
3.3.2 Perancangan Antarmuka Cas Kontrol
Solar Charger Controller adalah charger baterai yang disuplai dari panel surya / fotovoltaik. Kit elektronik ini berfungsi untuk mengatur arus dari panel surya ke dalam baterai. Kit ini memiliki fitur yang lengkap dan pengoperasian yang mudah dengan satu potensiometer untuk pengaturan tegangan mengambang / floating voltage, dan kompensasi suhu ruang otomatis, sehingga masa pakai baterai akan lebih lama. Dilengkapi juga dioda untuk proteksi kutub terbalik.
Gambar 3.3 Rangkaian Cas Kontrol
3.3.3 Perancangan Antarmuka Baterai
Dalam rangkaian charger baterai berikut didesain dengan menggunakan IC regulator variabel yaitu IC LM317 dengan fitur auto-cut-off/pemutusan arus otomatis. Maka dengan sirkuit ini, output DC bisa diatur dengan menambahkan VR 10K sehingga bisa mengisi baterai mulai dari 6 volt hingga 12 Volt.
Trafo CT 15V memberikan tegangan ouput AC yang kemudian disearahkan 2x dioda in4007 dan elco 2200mF 12V sebagai filter, lalu kemudian masuk ke kaki 1(input) IC1 LM317. VR 10K berperan untuk mengatur rentang tegangan keluaran regulator melalui kaki 1(Adjust) kemudian keluaran regulator dari kaki 2 (output).
3.3.4 Perancangan Antarmuka Power Supply
Rangkaian power supply berfungsi sebagai sumber tegangan utama dari alat yang akan dibuat.Rangkaian power supply memanfaatkan tegangan dari PLN sebesar 220 VAC dan 10 VAC. Tegangan dari PLN ini terlalu besar, sehingga digunakan trafo step down 5 ampere dengan keluaran tegangannya dibuat 12 VAC. Output ini telah sesuai dengan menggunakan IC 7805. Selanjutnya tegangan akan disearahkan oleh dioda sehingga tegangan AC dirubah menjadi tegangan DC.Kapasitor untuk filter sehingga tegangan keluarnya bisa menjadi normal. Komponen penyusun pembuatan power supply ini diantaranya trafo step down, dioda, kapasitor, resistor, dan ic regulator. Agar alat dapat digunakan, maka dibutuhkan sebuah catu daya yang memberikan daya pada seluruh rangkaian. Sensor, display dan mikrokontroler umumnya menggunakan tegangan 5V DC agar dapat bekerja. Untuk itu dibangun sebuah system power supply yang mempunyai output 5V DC. Rangkaian power supply dengan output 12 VDC dapat dilihat pada gambar berikut ini :
Gambar 3.5 Rangkaian Panel Surya
3.3.5 Perancangan Antarmuka Mikrokontroller dan Modul Wifi
Modul wifi NODE MCU ESP8266 ini merupkan modul development kit berbasis esp8266 yang mampu berkomunikasi dengan protokol wifi seperti pada jaringan 802.11 bgn. Selain sebagai penyedia akses kejaringan wifi melalui komunikasi uart dan SPI, modul in juga dapat beerja sebagai access point.
Keuntungan dari modul ini adalah selain telah di hubungkan dengan dengan akses ke semua pin IO Full IO breakout melalu ipin header, dengan demikian dapat mudah dihubungkan dengan perangkat lainnya seperti mikrokontroller.Rangkaian Modul Wifi ESP8266 Perancangan modul wifi ESP8266 ini menggunakan komunikasi serial untuk menerima data dari hasil pengolahan sensor oleh mikrokontroller.
Gambar 3.6 Rangkaian Mikrokontroller dan Modul Wi-Fi 3.3.6 Perancangan Antarmuka LCD dengan Mikrokontroller
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2.Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi – M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler rmenjadi tampilan karakter.Pemasangan potensio sebesar 5 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil.Gambar 3.7 berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler.
Gambar 3.7 Rangkaian LCD dengan Mikrokontroller
3.3.7 Perancangan Antarmuka Relay dan Pompa
Komponen utama dari rangkaian ini adalah relay. Relay ini memisahkan
tegangan rendah dari rangkaian dengan tegangan tinggi dari beban yang dihubungkan dengan sumber tegangan 12 - 24 volt PLN. Relay merupakan salah satu komponen elektronik yang terdiri dari lempengan logam sebagai saklar dan kumparan yang berfungsi untuk menghasilkan medan magnet. Pada rangkaian ini digunakan relay 9 volt, ini berarti jika positif relay kaki 1 dihubungkan ke sumber tegangan 9 volt dan negative relay kaki 2 dihubungkan ke ground, maka kumparan akan menghasilkan medan magnet, dimana medan magnet ini akan menarik logam yang mengakibatkan saklar terhubung. Pada rangkaian ini untuk mengaktifkan atau menon-aktifkan relay digunakan transistor type PNP. Dari gambar dapat dilihat bahwa negative relay dihubungkan ke kolektor akan terhubung ke emitor dimana emitor langsung terrhubung ke ground yang menyebabkan tegangan di kolektor menjadi 0 volt, keadaan ini akan mwngakibatkan relay aktif. Sebaliknya jika transistor tidak aktif, maka kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor menjadi 9 volt, keadaan ini menyebabkan tidak aktif Kumparan pada relay akan menghasilkam tegangan singkat yang besar ketika relay dinon-aktifkan dan ini dapat merusak transistor yang ada pada rangkaian ini. Untuk mencegah kerusakan pada transistor tersebut sebuah dioda harus dihubungkan ke relay tersebut .
Gambar 3.8 Rangkaian Relay dan Pompa
3.3.8 Perancangan Antarmuka Sensor Kelembapan Tanah
Kelembaban tanah adalah jumlah air yang ditahan di dalam tanah setelah kelebihan air dialirkan, apabila tanah memiliki kadar air yang tinggi maka kelebihan air tanah dikurangi melalui evaporasi, transpirasi dan transporair bawah tanah.
Standar atau acuan dalam mengukur kelembaban tanah, yaitu American Standard Method (ASM). Prinsip dari metode ini adalah dengan cara melakukan perbandingan antara massa air dengan massa butiran tanah (massa tanah dalam kondisi kering.
Salah satu cara untuk menentukan kadar air dalam tanah (kelembaban tanah) adalah dengan menggunakan soil moisture sensor. Soil moisture sensor adalah sensor kelembaban yang dapat mendeteksi kelembaban dalam tanah. Sensor ini membantu memantau kadar air atau kelembaban tanah pada tanaman. Sensor ini terdiri dari dua probe untuk melewatkan arus melalui tanah, kemudian membaca resistansinya untuk mendapatkan nilai tingkat kelembaban. Semakin banyak air membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik (resistansi kecil), sedangkan tanah yang kering sangat sulit menghantarkan listrik (resistansi besar). Adapun spesifikasi dari sensor yaitu:
Gambar 3.9 Rangkaian Sensor Kelembapan Tanah
a. Tegangan masukan: 3.3 volt atau 5 volt b. Tegangan keluaran: 0 – 4.2 volt
c. Arus: 35 mA
Sensor ini mampu mendeteksi langsung nilai kelembaban tanah yang menunjukkan banyaknya kadar air di dalam tanah dengan memadukannya dengan mikrokontroller.
3.3.9 Perancangan Keseluruhan Sistem
Alat yang dirancang pada penelitian ini merupakan rangkaian keseluruhan yang berfungsi sebagai Sistem kendali ponpa otomatis untuk penyiraman tanaman dengan solar cell berbasis mikrokontroller disini berfungsi sebagai mikrokontroller untuk mengontrol dan mengendalikan.
Gambar 3.10 Rangkaian Seluruh Sistem
3.4 Perancangan dan Pembuatan PCB 3.4.1 Alat dan bahan pembuatan PCB 1. Papan Pcb
Printed Circuit Board (PCB) adalah sebuah papan rangkaian yang terbuat dari bahan ebonit( Pertinax) atau fiber glass dimana salah satu sisi permukaannya dilapisi dengan tembaga tipis.Jenis ini umumnya disebut single side karana hanya memiliki satu permukaan yang berlapiskan tembaga. Sedangkan PCB yang kedua sisinya digunakan untuk pembuatan rangkaian yang bersifat kompleks dan rumit, sehingga kedua bagian sisinya dapat difungsikan sebagai jalur – jalur pengawatan, PCB ini juga berfungsi sebagai dudukan komponen – komponen.
2. Kertas Milimeter Block
Kertas milimeter block adalah kertas bergaris yang memiliki block kotak bergaris yang telah terukur. Dimana kertas milimeter block dalam pembuatan papan PCB digunakan untuk menggambar gambar rangkaian, gambar tata letak komponen, dan gambar jalur PCB
3. Setrika
Setrika ini berfungsi untuk menggosok gambar rangkaian yang sudah di print ke permukaan papan PCB polos agar dapat digunakan untuk membuat projek tersebut.
4. Pelarut Pcb
Bahan Pelarut untuk menghilangkan lapisan tembaga pada papan PCB yang tidak tergambar pola jalur (tidak tertutup tinta) adalah dengan melakukan etching (pelarutan). Ada beberapa bahan kimia yang dapat dipergunakan untuk etching diantaranya adalah larutan :
a.Feri Clorida (FeCl3) b.Natrium Sulfat (Na2SO4) c.Asam Nitrat (HNO3)
d.Asam Clorida + Perhidrosida (HCl + H2O2) 5. Amplas
Amplas (kadang juga disebut kertas pasir) adalah sejenis kertas yang digunakan untuk membuat permukaan benda - benda menjadi lebih halus dengan cara menggosokkan salah satu permukaan amplas yang telah ditambahkan bahan yang kasar kepada permukaan benda tersebut.
6. Pisau Cutter
Cutter memiliki beragam bentuk dan ukuran, ada yang besar, sedang, dan kecil. Ada yang berbentuk bulat, panjang atau seperti gantungan kunci. Tapi meskipun memiliki berbagai bentuk dan ukuran yang berbeda - beda, fungsi cutter cuma satu, yaitu untuk memotong.
7. Bor Pcb
Bor PCB adalah merupakan bor listrik tangan mini yang digunakan untuk membuat lubang pada PCB, lubang - lubang yang terdapat di bantalan PCB yang berfungsi untuk menaruh kaki komponen elektronika.
Langkah-langkah yang harus dilakukan dalam pembuatan PCB :
a. Pertama-tama mendesain layout PCB menggunakan software Ares Proteus.
b. Mencetak gambar layout dengan kertas glossy tinta serbuk.
c. Selanjutnya mengunting kertas layout PCB yang sudah diprint sesuai dengan ukuran.
d. Mempersiapkan papan PCB dan mengukur PCB sesuai kebutuhan.
e. Memotong PCB sesuai dengan ukuran menggunakan alat pemotong atau cuter.
f. Membersihkan lapisan tembaga PCB dengan stel wool atau amplas sampai bersih. Hingga tidak ada bekas sidik jari atau karat yang menempel pada PCB tersebut.
g. Menyablon PCB
1. Memasang kertas glossy pada PCB dengan permukaan yang terdapat cetakan gambar menghadap ke sisi PCB polos yang terdapat lapisan tembaganya.
2. Menyiapkan setrika sampai dengan tingkat panas yang sedang. Setrika tidak boleh terlalu panas, karena bisa membuat tembaga pada PCB memuai dan mengelembung.Juga tidak boleh terlalu dingin, karena selain akan membuat proses penyablonan lebih lama juga membuat tinta jalur PCB tidak menempel dengan sempurna.
3. Menyetrika kertas glossy dengan penekanan yang sedang dan merata pada setiap bagian PCB
4. Setelah kertas glossy merekat pada PCB, PCB direndam dalam air sampai kertas glossy terangkat dengan sendirinya, atau dengan mengosok kertas dengan perlahan menggunakan tangan mulai dari bagian tengah PCB. Hal ini dilakukan agar tidak merusak tinta yang sudah merekat pada PCB.
5. Setelah selesai proses penyablonan, memastikan tidak ada gambar jalur PCB yangterpotong atau mengelupas.Jika ada gambar jalur yang hilang, dapat ditambal atau disambung menggunakan spidol permanen.
h. Menaburkan FeCl3 ke dalam nampan non logam dan melarutkannya menggunakan air panas.Semakin banyak FeCl3 akan mempercepat pelarutan. Air yang panas juga akan mempercepat proses pelarutan.
i. Setelah FeCl3 larut dalam air, memasukan PCB yang terdapat gambar layout ke dalamnya.Untuk mempercepat proses pelarutan, dapat dilakukan dengan menggoyang-goyangkan nampan secara perlahan. Hal ini dilakukan secara terus menerus sampai semua tembaga yang tidak tertutup tinta dipermukaan PCB larut.
j. Setelah tembaga yang tidak tertutup tinta telah larut, PCB diangkat dan dibersihkan dengan air mengalir.
k. Mengeringkan PCB dan menggosoknya menggunakan steel wool sampai tintayang melekat pada jalur PCB bersih. Hal ini dilakukan agar mempermudah penyolderan komponen.
l. Tahap selanjutnya yaitu drilling atau membuat lubang pada PCB. Mata bor yang digunakan memiliki diameter kecil, antara 0,8 dan 1 milimeter untuk komponen dan 3 milimeter untuk mur-baut.
m. Setelah menggebor PCB, selanjutnya melapisi PCB menggunakan gondorukem pada permukaan tembagaPCB agar tidak mudah teroksidasi, juga untuk mempermudah proses penyolderan. Gondorukem akan membuat timah lebih mudah menempel pada tembaga saat disolder.
n. Memasang komponen sesuai dengan sekema rangkaian, jangan sampai keliru dalam memasang komponen terutama jika ada polaritas atau kutubnya.
o. Setelah komponen terpasang dengan benar, dapat merekatkan bagian kaki-kaki komponen dengan cara disolder. Dalam penyolderan harap berhati-hati dan jangan menghirup asap dari timah solder, karena berbahaya bagi kesehatan. Sebaiknya dalam melakukan penyolderan
menyolder komponen, karena beberapa komponen tidak tahan terhadap panas seperti IC, transistor, LED, bahakan kapasitor bisa kemungkinan akan mati.
p. PCB selesai dibuat, kemudian melakukan pengecekan apakah layout yang telah dibuat dapat bekerja dengan baik atau belum.
Pada saat rangkaian dihubungkan dengan umber tegangan, maka jalur – jalur pengawatan pada PCB ini akan berfungsi sebagai penghantar arus listrik.Jalur – jalur pengawatan tersebut akan menghubungkan satu komponen dengan komponen yang lain secara terpadu, sehingga berbentuk suatu rangkaian elektronik.Menggunakan PCB didalam perakitan – perkitan peralatan elektronik, diperoleh keuntungan antara lain :
1. Mudah mencari kerusakan, jika alat tersebut mengalami gangguan.
2. Dapat dibuat peralatan elektronik yang semakin kecil, karana tempat dudukan komponen dapat dipersempit.
3. Sedikit menggnakan kabel.
4. Pada peralatan yang bekerja dengan frekwensi tinggi dapat dicegah terjadinya frekuensi liar
Gambar 3.11 Rangkaian PCB
3.5 Flowchart
Flowchart adalah suatu bagan dengan simbol-simbol yang menggambarkan urutan proses secara mendetail dan hubungan antara suatu proses (intruksi) dengan proses lainnya dalam suatu program. Dalam pembuatan sistem yang dilakukan, maka akan menghasilkan flowchart sebagai berikut :
Gambar 3.12 Flowchart
3.6 Pengujian Komponen
3.6.1 Pengujian Mikrokontroller
Pada alat ini mikrokontroller menggunakan ESP8266 yang dapat terhubung ke wifi,
Mulai
Sensor membaca
Nilai Kelembaban
tanah
Y Jika Kelembaban tanah < batas
T
Kirim Data Keserver
Terima di android
Selesai Tampilkan data ke
LCD Pompa Non aktif Pompa Aktif
Inisialisasi
diprogram dan program dapat berjalan dengan baik, untuk mengetahui hal tersebut harus dilakukan pemrograman untuk menghidupkan led yang berada pada board esp8266 . Dimana pengujian dilakukan dengan program seperti dibawah ini.
void setup() {
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
delay(1000);
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
delay(1000);
}
Gambar 3.13 Pengujian Mikrokontroller 3.6.2 Pengujian Rangkaian Panel Surya dan Power Supply
Pengujian disini dilakukan untuk mengetahui berapa lama waktu pengisian untuk baterai dengan kapasitas 12 V 18 AH, dan pengamatan dilakukan setiap 60 menit. Dibawah ini adalah data hasil pengamatan pada waktu pengisian yang dilakukan pada siang hari mulai dari jam 07.00 sampai baterai penuh dan kondisi baterai kosong atau low. Pengamatan tersebut dilakukan selama satu hari.
Tabel 3.1 Hasil Pengujian Panel Surya dan Power supply Jam
Panel Surya Baterai
Cuaca Voc (V) Isc 1 (A) Vsc 2 (V) Isc 2
(A)
07.00 19,20 0,35 11,88 0,25 Cerah
08.00 19,24 0,95 12,10 0,90 Cerah
09.00 19,25 1,60 12,86 1,50 Cerah
10.00 19,37 1,65 12,97 1,50 Cerah
11.00 19,85 1,70 13,13 1,55 Cerah
12.00 20,22 1,75 13,24 1,65 Cerah
13.00 20,20 1,80 13,22 1,60 Cerah
14.00 20,26 1,75 13,22 1,60 Cerah
15.00 19,35 1.70 13,18 1,55 Cerah
16.00 18,71 1,70 13,16 1,55 Cerah
17.00 16,37 1,50 13,15 1,50 Cerah
Data di atas adalah hasil pengukuran panel surya dan baterai dan pada power supply akan di aliri tegangan yang bersumber dari baterai.
3.6.3 Pengujian Rangkaian Supply Regulator
Rangkaian regulator ini adalah rangkaian yang dapat menstabilkan degangan walaupun tegangan pada input naik dan turun. Output rangkaian ini di sesuaikan dengan kebutuhan pada mikrokontroller yaitu 5V dengan arus minimal 10mA.
Pengujian rangkaian regulator ini bertujuan untuk mengetahui kelayakan rangkaian di dalam pengaplikasian. Unutk menghindari kerusakan pada mikrokontroler dan komponen pendukung lainya seperti sensor, resistor, transistor dan lain lain.
Pengujian rangkaian regulator ini dengan cara mengukur bagian input dan output pada regulator. Untuk memastikan tegangan output tetap 5V, dibawah ini adalah data tengan input dan output yang dihasilkan regulator saat diberi supply.
Tabel 3.2 Hasil Pengujian Regulator Pengujian Input (volt) Output (volt) Pertama 12.39 5.00
Kedua 12.39 4.99
Ketiga 12.38 4.99
Hasil dari pengukuran dari volt meter pada bagian input dan output regulator.
Gambar 3.14 Hasil pengujian regulator
3.6.4 Pengujian Rangkaian LCD
Pengujian rangkaian LCD ini bertujuan untuk mengetahui kelayakan pakai LCD. Karena LCD berperan penting pada penelitian ini, untuk mengetahui hasil dari pembacaan dari sensor. Pengujian rangkaian ini yaitu dengan cara memprogram mikrontroller sesuai dengan rangkaian. Rangkaian lcd ini menggunakan modul konverter i2c ke LCD untuk menghemat pin pada atmega328. Pengujian lcd ini dengan memprogram mikrokontroller dengan program dibawah ini.
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
void setup(){
lcd.begin();
lcd.backlight();
lcd.print("Panel Surya ");
}
void loop(){}
Tabel 3.3 Hasil Pengujian LCD
No Pin LCD Tegangan (volt)
1 1 0.00
2 2 4.98
3 3 0.65
4 4 4.97
5 5 0.00
6 6 0.01
7 7 4.98
8 8 4.98
9 9 4.98
10 10 4.98
11 11 0.20
12 12 0.31
13 13 0.15
14 14 0.25
15 15 4.98
16 16 0.00
3.6.5 Pengujian Rangkaian Relay dan Pompa
Pengujian dilakukan dengan cara memprogram seperti program dibawah ini, maksud program dibwah yaitu menghidupkan dan mematikan pompa dengan interval satu detik, dengan demikian diharapkan pompa dapat berkerja dengan baik.
void setup() {
pinMode(15, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(15, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(15, LOW);
delay(1000);
}
Dari program diatas maka dilakukan pengecekan menggunakan volt meter.
Tabel 3.4 Hasil Pengujian Relay dan pompa NO Kondisi pompa Tegangan pompa (Volt)
1 Hidup pompa air 12,32
2 Mati pompa air 0.00
3 Hidup pompa sabun 12,13
4 Mati pompa sabun 0.00
3.6.6 Pengujian Rangkaian Sensor Kelembaban Tanah
Pengujian senosor kelembaban tanah ini adalah pengujian untuk mengetahui sensor kelembaban tanah dapat mengukur kelembaban tanah atau tidak. Pengujian kelembaban tanah ini mengukur kelembaban tanah berdarkan kadar air yang ada ditanah. Output sensor kelembaban tanah akan berubah ketika mendeteksi perubahan kadar air pada tanah. Output dari seosor akan dibaca oleh mikrokontroller dan akan ditampilkan pada serial monitor. Pengujian dilakukan dengan memprogram mikrokontroller dengan program pembacaan nilai analog. Program tersebut seperi program dibawah ini.
void setup() { Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int sensorValue = analogRead(A0);
Serial.println(sensorValue);
delay(1);
}
Gambar 3.15 Hasil Pengujian Sensor Kelembapan Tanah
3.6.7 Pengujian blynk
Pengujian blynk ini adalah pengujian untuk mengetahui data dari alat dapat dikirim ke smartphone melalui koneksi wifi, program dibawah ini adalah program yang dapat mengirimkan data ke smartphone.
#define BLYNK_PRINT Serial
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <BlynkSimpleEsp8266.h>
char auth[] = "8jTI_Dcv8dmzqQ8p2ZC3zqpRcyic7Th7";
char ssid[] = "wifi";
char pass[] = "pass";
WidgetLCD lcd(V1);
void setup() {
Serial.begin(9600);
Blynk.begin(auth, ssid, pass);
lcd.clear();
lcd.print(4, 0, "Hello");
lcd.print(4, 1, "World");
}
void loop(){Blynk.run();}
Gambar 3.16 Hasil Pengujian Blynk
3.7 Pengujian Sistem
Pengujian sistem merupakan hal terpenting yang bertujuan untuk menemukan kesalahan-kesalahan atau kekurangan-kekurangan pada perangkat lunak dan perangkat keras yang diuji. Adapun teknik pengujian yang dilakukan yaitu pengujian sinkronisasi setiap kompoenen yang terhubung ke mikrokontroller. pengujian berfokus pada persyaratan fungsional alat. Persyaratan fungsional meliputi
bekerjanya alat secara keseluruhan tanpa adanya eror.
Panel surya pada alat ini sebagai pengonversi cahaya matahari menjadi listrik, tegangan yang di hasilkan oleh panel surya akan disimpan di baterai melalui cas control, untuk menjaga agar baterai tidak terjadi over charge. Tegangan dari baterai yang telah disimpan dimanfaatkan untuk menghidupkan pompa otomatis sebagai penyiraman otomatis. Penyiraman ini dikendalikan oleh mikronotroller ESP8266 yang dapat terhubung ke internet. Pengujian ini adalah pengujian untuk menghubungkan alat ke internet dengan aplikasi blynk pada smartphone.
Dibawah ini adalah hasil pengujian dari alat yang telah dirancang
Gambar 3.17 Gambar Alat
Gambar 3.18 Tampilan Pada LCD
Gambar 3.19 Tampilan Pada Aplikasi Blynk
Gambar 3.20 Pengujian Sistem
BAB 4
PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN
4.1 Analisis Hasil Pengukuran
Pengujian Rangkaian Alat secara keseluruhan bertujuan untuk mengetahui alat yang telah dibuat dapat berjalan secara baik dan benar antara software dan hardware. Untuk pengujian sistem kendali pompa air otomatis untuk penyiraman tanaman dengan solar cell dilakukan dengan memberikan inputan yang berbeda berupa objek yang disini dimisalkan sebagai kendaraan yang bervariasi untuk melihat apakah alat ini bekerja sesuai dengan yang diinginkan.
Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Panel surya
Pukul Tegangan (volt) Cuaca
10.00 18.2 Cerah
10.30 18.5 Cerah
11.00 19.8 Cerah
11.30 20.0 Cerah
12.00 20.4 Terik
12.30 20.4 Terik
13.00 20.8 Terik
13.30 20.2 Cerah
14.00 20.3 Cerah
14.30 20.2 Cerah
15.00 19.9 Cerah
15.30 17.8 Berawan
16.00 14.4 Berawan
16.30 14.2 Berawan
17.00 14.0 Berawan
Pada saat pengukuran tegangan open circuit panel surya ini kondisi cuaca terik, cerah dan berawan. Dari pengujian di atas di dapat bahwa tegangan keluaran rata- rata panel surya adalah sebesar 18,08 V. Serta dari grafik pengukuran tegangan open circuit diketahui bahwa keluaran dari tegangan open circuit panel surya sangat di pengaruhi oleh intensitas sinar matahari.
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Perancangan sistem kendali pompa otomatis dengan tenaga surya dapat bekerja sesuai yang di inginkan, dari pengujian yang di lakukan bahwa tegangan keluaran rata-rata panel surya adalah sebesar 19,08 V. Serta dari grafik pengukuran tegangan open circuit diketahui bahwa keluaran dari tegangan open circuit panel surya sangat di pengaruhi oleh intensitas sinar matahari.
2. Perancangan prototipe otomatisasi pompa air motor AC bertenaga surya berbasis mikrokontroller dan kelembaban tanah berhasil dilakukan, dan dapat bekerja sesuai yang di inginkan Indikator keberhasilan alat ini adalah system dapat memberikan respon keluaran berupa kenaikan dan penurunan kelembaban media tanam, dan system akan memberikan respon terhadap parameter batas bawah dan parameter batas atas dengan menghidupkan atau mematikan pompa air melalui relay.
5.2 Saran
Pembuatan proyek ini tidak lepas dari berbagai macam kekurangan dan kesalahan.Maka dari itu agar sistem dapat menjadi lebih baik diperlukan sebuah pengembangan
1. Disarankan untuk pengembangan sistem ini bisa ditambahkan sensor yang dapat mendeteksi dari tinggi kendarran tersebut supaya lebih akurat.
2. Disarankan pengembangan alat ini sebaiknya digunakan untuk mempermudah kegiatan manusia agar lebih efesien.
3. Disarankan menggunakan komponen nozzle water sprinkle atau variasi dari keluaran air agar proses penyiraman tanamannya merata.
