RANCANG BANGUN PROTOTYPE PENGHITUNG
JUMLAH ORANG DALAM RUANGAN TERPADU
BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA328P
TUGAS AKHIR
Diajukan guna memenuhi sebagian persyaratan
Dalam rangka menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) Jurusan Teknik Elektro
I MADE IRWAN SUSANTO NIM. 0704405066
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN - BALI
iii
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
JUDUL : RANCANG BANGUN PROTOTYPE
PENGHITUNG JUMLAH ORANG DALAM RUANGAN TERPADU BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA328P
NAMA : I MADE IRWAN SUSANTO NIM : 0704405066
BIDANG STUDI : ELEKTRONIKA TERAPAN PROGRAM STUDI : TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS : TEKNIK PERIODE : 2011/2012 DIUJI TANGGAL : 11 JULI 2012
Menyetujui
Dosen Pembimbing I
(I.G.A.P. Raka Agung, ST.,MT) NIP. 19670701 199603 1 001
Dosen Pembimbing II
(Pratolo Rahardjo, ST., MT) NIP. 19720714 200003 1 003
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana
(Ir.I Nyoman Setiawan, MT) NIP. 19631229 199103 1 001
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
ii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Denpasar, Juli 2012
IMADE IRWAN SUSANTO NIM. 0704405066
iii
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
JUDUL : RANCANG BANGUN PROTOTYPE PENGHITUNG JUMLAH ORANG DALAM RUANGAN TERPADU BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA328P NAMA : IMADE IRWAN SUSANTO
NIM : 0704405066
KONSENTRASI : ELEKTRONIKA TERAPAN JURUSAN : TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS : TEKNIK PERIODE : 2011/2012
Denpasar, Juli 2012
MENYETUJUI :
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
(I.G.A.P.Raka Agung, ST, MT.) Pratolo Rahardjo,ST,MT. NIP. 19670701 199603 1 001 NIP.19720714 200003 1 003
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa yang senantiasa memberikan rahmat dan perlindungan-Nya, sehingga tugas akhir yang berjudul “RANCANG BANGUN PROTOTYPE PENGHITUNG JUMLAH
ORANG DALAM RUANGAN TERPADU BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA328P” ini dapat diselesaikan tepat pada
waktunya. Tugas akhir ini disusun dalam rangka memenuhi sebagian persyaratan dalam rangka menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis mendapatkan petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehubungan dengan hal tersebut pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Ir. I Wayan Redana, MA.Sc., PhD. sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana.
2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan., MT sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Udayana.
3. Bapak I.G.A.P.Raka Agung, ST, MT. sebagai Dosen Pembimbing I yang telah memberikan banyak petunjuk, semangat, waktu dan bimbingan kepada penulis selama penyusunan tugas akhir ini.
4. Bapak Pratolo Rahardjo, ST., MT. sebagai Dosen Pembimbing II yang telah memberikan banyak petunjuk, semangat, waktu dan bimbingan kepada penulis selama penyusunan tugas akhir ini
5. Bapak I Nyoman Satya Kumara, ST.,MSc.,PhD. sebagai Pembimbing Akademis yang telah memberikan bimbingan, perhatian dan dorongan selama menempuh kuliah di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.
6. Bapak Ir. I Nyoman Budiastra, MErg., MT selaku penguji I. 7. Bapak Widyadi Setiawan, ST.,MT selaku penguji II
v
9. Bapak Anak Agung Ketut Agung Cahyawan W, ST., MT. sebagai dosen yang telah memberikan banyak ilmu tentang komunikasi digital selama menempuh kuliah di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.
10. Anggota keluarga yang telah memberikan dukungan baik jasmani maupun rohani selama penulis menyusun tugas akhir ini.
11. Denny Cahyadi ,ST, Gede tangkas, Mr. Crab dan teman-teman penulis dari semua angkatan dan jurusan yang tidak dapat disebutkan satu per satu dalam menyusun tugas akhir ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala bentuk ide pengembangan, kritik dan saran baik yang konstruktif maupun tidak dari berbagai pihak, sangat penulis hargai dan harapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat dalam pengembangan ilmu sains dan teknologi, pengetahuan luas serta semua pihak.
Denpasar, Juli 2012
vi
ABSTRAK
Melihat kondisi negara sekarang ini yang sedang mengalami krisis energi hendaknya kita harus selalu menghemat dan menggunakan energi secara efisien. Tempat umum seperti perkantoran atau ruang rapat kebanyakan belum dilengkapi alat yang dapat bekerja secara otomatis yang bisa mengontrol lampu dan AC di dalam ruangan tersebut. Hal ini sangat tidak efisien karena sering ditemukan lampu dan AC tetap aktif meskipun ruangan tersebut tidak digunakan. Kondisi ini yang mengakibatkan pemborosan energi listrik dan membengkaknya tagihan listrik pada gedung tersebut.
Pada penelitian ini direalisasikan sistem yang dapat mengontrol lampu penerangan dan AC berdasarkan jumlah orang yang berada di dalam ruangan tersebut. Sistem yang akan dibuat adalah Prototype Penghitung Jumlah Orang Dalam Ruangan Terpadu Berbasis Mikrokontroler ATMega328P. Cara kerja sistem ini adalah menghitung jumlah orang yang masuk dan keluar di dalam ruangan menggunakan sensor infrared dengan mikrokontroler ATMega 328P sebagai kontrol utamanya. Berdasarkan jumlah orang yang ada dalam ruangan ini, mikrokontroler mengatur lampu dan AC agar ruangan tetap nyaman digunakan. Sistem ini juga dilengkapi rangkaian kontrol lampu di luar gedung dengan menggunakan RTC DS 1307. Dengan sistem kontrol penerangan ini, maka lampu dapat menyala otomatis pada sore hari dan mati pada saat pagi hari.
Hasil yang dicapai dalam penerapan sistem ini sudah dapat memudahkan penghitungan dan mengetahui jumlah pengunjung dalam ruangan sehingga dapat memperkecil pemborosan energi listrik terutama untuk penggunaan AC dan lampu penerangan di dalam maupun di luar ruangan tersebut.
Kata Kunci : Mikrokontroler ATmega328P, Infrared, RTC DS 1307, Kontrol
vii
ABSTRACT
Looking at the current condition of the country which is experiencing an energy crisis, better we must always have to save and use energy efficiently. Public places such as offices or meeting rooms equipped with tools that most of them have not been able to work that can automatically control the lights and air conditioning in the room. It is very inefficient because is often found the lights and air conditioning remain active even if the room is not used. These conditions result in waste of electrical energy and pay more electricity bills in the building.
In this research will using the system that can control lighting and air conditioning based on the number of people who are in the room. This system will use Prototype countering number of people in rooms integrated Based ATMega328P Microcontroller. The module of this system is to calculate the number of people who enter and exit the room using an infrared sensor with a microcontroller ATMega 328P as the main control. Based on the number of people in the room, microcontroller will automaticly set the lights and air conditioning so the room remains comfortable to use. The system also features a light control circuit outside the building by using the DS 1307 RTC. The system able to turn on lights automatically in the evening and off in the morning with a lighting control system.
The Results achieved in the implementation of this system is able to facilitate the counting and knowing the number of visitors in the room to minimize the waste of electrical energy, especially for the use of air conditioning and lighting inside the room.
Keyword: ATmega328P Microcontroller, Infrared, DS 1307 RTC, ON/OFF light
viii
DAFTAR ISI
JUDUL ... i
PERNYATAAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
ABSTRAK ... vi
ABSTRACT ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xvii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 2
1.4 Manfaat ... 3
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Counter ... 5
2.1.1 Counter UP ... 6
2.1.2 Counter Down ... 7
2.2 Mikrokontroler ... 8
2.2.1 Mikrokontroler AVR Arduino ... 10
2.2.2 Fungsi Blok Pada Masing – masing Komponen Dalam System Mikrokontroler ATMega 328P ... 12
2.2.2.1 AVR CPU Core ... 12
2.2.2.2 AVR ATMega 328P Memory In-system Reprogramable Flash Program Memory ... 15
ix
2.2.2.3 SRAM Data Memory ... 16
2.2.2.4 EEPROM Data Memory ... 16
2.2.3 Bagian –bagian Papan PCB Dari Arduino Uno ... 17
2.2.4 Software Arduino ... 19
2.3 Liquid Cristal Display (LCD) ... 20
2.3.1 LCD Programming ... 22
2.3.2 Rutin Untuk LCD Command ... 22
2.3.3 Rutin Untuk Sending Data/Karakter ke LCD ... 22
2.3.4 Rutin Untuk Membaca Status LCD ... 23
2.3.5 Inisialisasi LCD ... 24
2.4 Rangkaian Pengndali Motor ... 24
2.4.1 H-bridge ... 25
2.4.2 IC L298 ... 26
2.5 Motor DC ... 27
2.5.1 Cara Kerja Motor DC ... 28
2.5.2 Starting Motor DC ... 31
2.5.3 Pengaturan Kecepatan Motor DC ... 32
2.5.4 Reaksi Jangkar Pada Motor DC ... 34
2.5.5 Rugi – rugi Daya Dan Efisiensi Motor DC ... 35
2.6 Transistor ... 36
2.6.1 Transistor Sebagai Saklar ... 37
2.7 Relay ... 38
2.7.1 Prinsip Kerja Dan Simbol Relay ... 39
2.8 Infrared ... 39
2.8.1 Jenis – jenis Infrared ... 40
2.8.2 Prinsip Kerja Infrared ... 40
2.9 Real Time Clock (RTC) DS1307 ... 41
2.9.1 Komunikasi Serial antar IC (I2C/TWI) ... 44
2.9.2 Prinsip Komunikasi I2C ... 44
2.9.3 Pengalamatan 7-bit I2C/TWI ... 45
x
2.9.5 Metode Pengoprasian Transfer Data ... 46
2.9.6 Metode Operasi RTC DS1307 Melalui I2C/TWI ... 47
2.9.7 Peta Alamat (Address Map) RTC DS1307 ... 49
2.9.8 Jam dan Kalender ... 49
2.9.9 Register Kontrol (Control Register) ... 50
BAB III METODE DAN PERANCANGAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 52
3.2 Data ... 52
3.2.1 Sumber Data ... 52
3.2.2 Jenis Data ... 52
3.2.3 Teknik Pengumpulan Data ... 53
3.3 Metode Perancangan ... 53
3.3.1 Perangkat Keras ... 53
3.3.2 Perangkat Lunak ... 54
3.3.3 Peralatan Kerja ... 55
3.4 Perancangan Perangkat Keras ... 55
3.4.1 Gambaran Umum Sistem ... 55
3.4.2 Perancangn Blok – blok Perangkat Keras ... 59
3.4.2.1 Rangkaian Minimum System ATMega328P ... 59
3.4.2.2 Perancangan Sensor Infrared ... 60
3.4.2.3 Perancangan Rangkaian LCD ... 64
3.4.2.4 Perancangan Driver Motor DC ... 66
3.4.2.5 Perancangan Transistor Switch ... 68
3.4.2.6 Perancangan Rangkaian RTC ... 71
3.4.2.7 Perancangan Push Button ... 72
3.4.2.8 Perancangan Rangkaian Keseluruhan Sistem ... 73
3.4.2.9 Denah Perancangan Keseluruhan Sistem... 74
3.5 Perancangan Perangkat Lunak ... 75
3.5.1 Diagram Alir Software Rancang Bangun Sistem Pada Pintu Masuk ... 75
xi
3.5.2 Diagram Alir Software Rancang Bangun Sistem
Pada Pintu Keluar ... 77
3.5.3 Diagram Alir Software Rancang Bangun Sistem Untuk Kontrol AC dan Lampu Dalam Ruangan ... 78
3.5.4 Diagram Alir Software Rancang Bangun Sistem Untuk Kontrol Lampu Diluar Ruangan ... 79
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Realisasi Hasil Perancangan ... 81
4.2 Pengujian dan Pembahasan Prototype Penghitung Jumlah Orang Dalam Ruangan Terpadu Berbasis Mikrokontroler ATMega 328P ... 82
4.2.1 Pengujian Sensor Infrared dengan Arduino ... 82
4.2.2 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian LCD dengan Arduino ... 86
4.2.3 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian RTC dengan Arduino ... 91
4.2.4 Pengujian dan Pembahasan Rangkaian Pengendali Motor DC... 94
4.2.4.1 Pengujian dan Pembahasan Masukan Pengendali Motor DC ... 94
4.2.4.2 Pengujian dan Pembahasan Keluaran Pengendali Motor DC ... 96
4.2.5 Pengujian dan Pembahasan Transistor switch dengan Arduino ... 101
4.2.5.1 Pengujian dan Pembahasan MasukanTransistor switch dengan Arduino ... 102
4.2.5.2 Pengujian dan Pembahasan KeluaranTransistor switch dengan Arduino ... 104
4.2.6 Pengujian dan Pembahasan Push Button dengan Arduino ... 108
4.2.7 Cara Operasional Sistem ... 114
BAB V HASIL PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 117
5.2 Saran ... 117
DAFTAR PUSTAKA ... 118
LAMPIRAN ... 119 TABEL ANGGARAN BIAYA
xii
LISTING PROGRAM
DATASHEET SENSOR INFRARED DATASHEET ATMEGA 328P DATASHEET IC L298 DATASHEET DS 1307 DATASHEET BC 547 DATASHEET LCD 2X16 RIWAYAT PENULIS
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkaian counter asinkron... 6
Gambar 2.2 Rangkaian counter sinkron... 6
Gambar 2.3 Rangkaian counter up... 6
Gambar 2.4 Rangkaian counter down ... 7
Gambar 2.5 Mikrokontroler ... 9
Gambar 2.6 Mikrokontroler arduino uno ... 10
Gambar 2.7 Diagram blok mikrokontroler ATMega 328P ... 11
Gambar 2.8 Diagram blok arsitektur MCU AVR ... 13
Gambar 2.9 Register status SREG ... 14
Gambar 2.10 Diagram blok AVR CPU General Purpose Working Register .. 14
Gambar 2.11 Register pada memori AVR ATMega 328P... 15
Gambar 2.12 Peta memory program... 15
Gambar 2.13 Peta memory data ... 16
Gambar 2.14 Register EPROM ... 17
Gambar 2.15 Bagian – bagian Arduino Uno ... 17
Gambar 2.16 Tampilan IDE Arduino ... 20
Gambar 2.17 Pin pada LCD ... 20
Gambar 2.18 Rangkaian H-bridge ... 25
Gambar 2.19 Bentuk IC L298 ... 26
Gambar 2.20 Pengaturan motor DC dengan IC L298 ... 27
Gambar 2.21 Aturan tangan kiri untuk prinsip kerja motor DC(a) model kerja Motor(b). ... 28
Gambar 2.22 Hubungan belitan penguat medan dan jangkar motor ... 29
Gambar 2.23 Proses pembangkitan torsi motor DC... 30
Gambar 2.24 Pengcekan sifat elektromagnetik pada jangkar motor DC ... 30
Gambar 2.25 Starting motor DC dengan tahanan depan jangkar(a) karakteristik arus pengsutan motor DC(b) ... 31 Gambar 2.26 Drop tegangan penguat medan seri dan jangkar
xiv
motor DC ... 32
Gambar 2.27 Karakteristik putaran fungsi tegangan jangkar... 32
Gambar 3.28 Pengaturan tegangan jangkar dengan sudut penyalaan thyristor ... 33
Gambar 2.29 Karakteristik putaran fungsi arus eksitasi ... 34
Gambar 2.30 Kutub bantu untuk uengatasi ukibat reaksi jangkar pada motor DC ... 34
Gambar 2.31 Symbol transistor (a) NPN (b) PNP ... 37
Gambar 2.32 Asumsi transistor sebagai saklar ... 37
Gambar 2.33 Transistor sebagai saklar ... 37
Gambar 2.34 Garis beban DC ... 38
Gambar 2.35 Bentuk Fisik Relay ... 38
Gambar 2.36 Skema relay elektromagnetik ... 39
Gambar 2.37 Susunan cahaya pada sinar matahari ... 40
Gambar 2.38 Pancaran sinar radiasi yang dibaca infrared pada tubuh manusia ... 41
Gambar 2.39 Pin DS1307 ... 42
Gambar 2.40 Diagram blok DS1307 ... 43
Gambar 2.41 Prinsip komunikasi serial bus I2C ... 44
Gambar 2.42 Proses transfer data pada I2C ... 47
Gambar 2.43 Data write – slave receiver mode ... 48
Gambar 2.44 Data read – slave transmitter mode ... 49
Gambar 3.1 Diagram blok hardware rancang bangunsistem ... 56
Gambar 3.2 Rangkaian minimum sistem ATMega328P ... 60
Gambar 3.3 Bentuk fisik sensor infrared ... 61
Gambar 3.4 Perancangan rangkaian sensor infrared ... 61
Gambar 3.5 Perancangan rangkaian LCD ... 64
Gambar 3.6 Perencanaan tampilan LCD ... 66
Gambar 3.7 Rangkaian Driver Motor DC... 67
Gambar 3.8 Rangkaian kontrol AC dan Lampu ... 69
xv
Gambar 3.10 Rangkaian push button ... 72
Gambar 3.11 Perancangan rangkaian keseluruhan sistem ... 73
Gambar 3.12 Denah perancangan keseluruhan sistem ... 74
Gambar 3.13 Diagram alir Software rancang bangun prototype sistem pada pintu masuk ... 76
Gambar 3.14 Diagram alir software rancang bangun prototype sistem pada pintu keluar ... 77
Gambar 3.15 Diagram alir software rancang bangun prototype sistem untuk kontrol AC dan lampu penerangan dalam ruangan ... 78
Gambar 3.16 Diagram alir software rancang bangun prototype sistem untuk kontrol lampu luar ruangan ... 79
Gambar 4.1 Rangkaian Keseluruhan Sistem Tampak dari Depan ... 81
Gambar 4.2 Rangkaian Keseluruhan Sistem Tampak dari Belakang ... 81
Gambar 4.3 Diagram blok pengujian keluaran sensor infrared dengan arduino ... 83
Gambar 4.4 Pengukuran tegangan keluaran infrared sebelum terhalang ... 83
Gambar 4.5 Pengukuran tegangan keluaran infrared setelah terhalang ... 84
Gambar 4.6 Diagram blok pengujian LCD dengan arduino ... 86
Gambar 4.7 Pengujian rangkaian LCD dengan arduino ... 86
Gambar 4.8 tampilan menu utama pada LCD ... 89
Gambar 4.9 Diagram blok pengujian RTC dengan arduino ... 91
Gambar 4.10 Rangkaian RTC ... 91
Gambar 4.11 Pengujian rangkaian RTC dengan arduino waktu lampu dihidupkan ... 92
Gambar 4.12 Pengujian rangkaian RTC dengan arduino waktu lampu dipadamkan ... 92
Gambar 4.13 Diagram blok pengujian masukan IC L298 dengan arduino... 94
Gambar 4.14 Pengukuran masukan IC L298 sebelum infrared terhalang ... 95
Gambar 4.15 Pengukuran masukan IC L298 setelah infrared terhalang ... 95
Gambar 4.16 Diagram blok pengujian keluaran IC L298 dengan motor DC .. 96
xvi
Gambar 4.18 Pengukuran keluaran IC L298 setelah infrared terhalang ... 97
Gambar 4.19 Diagram blok pengujian masukan transistor switch dengan arduino ... 102
Gambar 4.20 Pengukuran tegangan masukan transistor switch waktu mati ... 102
Gambar 4.21 Pengukuran tegangan masukan transistor switch waktu hidup ... 103
Gambar 4.22 Diagram blok pengujian keluaran transistor switch ... 104
Gambar 4.23 Pengukuran tegangan keluaran transistor switch sebelum aktif... 104
Gambar 4.24 Pengukuran tegangan keluaran transistor switch setelah aktif ... 105
Gambar 4.25 Diagram blok pengujian push button dengan arduino ... 108
Gambar 4.26 Tombol push button ... 108
Gambar 4.27 Pengukuran tegangan sebelum push button ditekan ... 109
Gambar 4.28 Pengukuran tegangan setelah push button tombol kembali ditekan... 110
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kebenaran counter up ... 7
Tabel 2.2 Kebenaran counter down ... 8
Tabel 2.3 Prinsip Kerja H-bridge ... 26
Tabel 2.4 Tabel Kebenaran IC L298 ... 27
Tabel 2.5 Peta alamat RTC DS1307 ... 50
Tabel 2.6 Register kontrol (control register) ... 51
Tabel 2.7 Rate select (RS1, RS0) ... 51
Tabel 3.1 Konektor pin infrared dengan arduino... 62
Tabel 3.2 Konektor pin LCD dengan arduino ... 65
Tabel 3.3 Konektor pin driver motor DC dengan ardino ... 67
Tabel 3.4 Konektor pin transistor switch dengan arduino... 69
Tabel 3.5 Konektor pin RTC dengan arduino ... 71
Tabel 4.1 Hasil pengujian tegangan keluaran sensor infrared ... 84
Tabel 4.2 Hasil pengujian masukan IC L298 ... 96
Tabel 4.3 Hasil pengujian keluaran IC L298 ... 97
Tabel 4.4 Hasil pengujian masukan transistor switch ... 103
Tabel 4.5 Hasil pengujian keluaran transistor switch... 105
