PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE ADAPTIVE ROOM TEMPERATUR CONTROLLER (ARTEC) BERBASIS MIKROKONTROLER

(1)

ISSN: 2503-0221

Perancangan dan Pembuatan Prototipe Adaptive Room Temperatur Controller (ARTeC) Berbasis Mikrokontroler Deni Kurnia dan Anisa Fitriani

Makalah dikirim 5 Desember 2017; Revisi 20 Desember 2017; Diterima 19 Januari 2018

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE

ADAPTIVE ROOM TEMPERATUR CONTROLLER (ARTEC)

BERBASIS MIKROKONTROLER

1_{Deni Kurnia dan}2_{Anisa Fitriani}

Prodi Teknik Mekatronika, Politeknik Enjinering Indorama, Purwakarta 1_{deni.kurnia@pei.ac.id,}2_{anisa.fitriani@gmail.com}

Abstrak

Kebutuhan suhu ruangan yang nyaman dan ideal merupakan salah satu faktor yang dibutuhkan untuk mendukung berbagai macam aktivitas saat ini. Untuk memenuhi kebutuhan itu, maka penelitian ini bertujuan untuk merancang suatu prototipe Adaptive Room Temperatur Controller (ARTeC) yang berfungsi untuk mengontrol suhu secara otomatis dengan cara mendeteksi jumlah orang yang berada di dalam suatu ruangan, sehingga kebutuhan suhu ideal yang diinginkan dapat terpenuhi dengan baik. Dalam proses pengembangan sistem ini, alat pendeteksi input yang digunakan adalah sensor infra merah dan mikrokontroler sebagai pengendalinya. Dalam proses pengujian, jumlah orang yang berada di dalam ruangan dan nilai suhu ditampilkan secara realtime melalui layar LCD 2x16 yang ditempatkan di dalam ruangan. Setelah seluruh tahapan pengujian dilakukan, diperoleh hasil bahwa sistem dapat bekerja dengan baik dan sesuai dengan perancangan yang telah ditetapkan.

Kata kunci: adaptive, suhu, otomatis, sensor, mikrokontroler

Abstract

Nowadays, the comfortable and ideal room temperature is one of the factors that needed to support a wide range of human activities. To support that requirement, this research is aimed to design a prototype Adaptive Room Temperature Controller (ARTeC) that serves to control the temperature automatically by detecting the number of people residing in a room, so that the ideal temperature requirement can be met well. In the process of developing this system, the input detector is using infrared sensor and microcontroller as a controller. In the testing process, the number of people in the room and the temperature value displayed in realtime through 2x16 LCD screen that being placed in the room. After all stages of testing done, the results obtained that the system can work well and in accordance with the design that has been set.

Keywords: adaptive, temperature, otomation, sensor, microcontroller

1. PENDAHULUAN

Kebutuhan suhu ruangan yang nyaman dan ideal merupakan salah satu faktor yang penting untuk mendukung berbagai macam aktivitas manusia saat ini. Diantara kebutuhan itu yaitu perlunya suhu udara yang sesuai dengan lingkungan pekerjaan, misalnya untuk aktivitas perkantoran, tempat ibadah atau ruang kelas di sekolah/universitas.

(2)

ELEKTRA, Vol.3, No.1, Januari 2018, Hal. 65 – 74

ISSN: 2503-0221 66

Perancangan dan Pembuatan Prototipe Adaptive Room Temperatur Controller (ARTeC) Berbasis Mikrokontroler Deni Kurnia dan Anisa Fitriani Dewasa ini sudah banyak produk Air Conditioning yang suhunya dikontrol secara otomatis, diantaranya diterapkan pada mobil. Begitu juga penelitian tentang pengendalian suhu untuk berbagai macam aplikasi pun sudah banyak dilakukan. Diantaranya penelitian yang dilakukan oleh Rajagukguk (2011), tentang perancangan sistem kontrol dan monitoring suhu ruangan berbasis mikrokontroler AVR 8535 [1]. Penelitian lain dilakukan oleh Anizar Indirani, dkk. (2014) tentang pemanfaatan sensor suhu LM 35 berbasis mikrokontroler AVR 8535 pada sistem pengontrolan temperatur air laut skala kecil [2]. Penelitian terbaru dilakukan oleh Dias Prihatmoko (2016) tentang perancangan dan implementasi pengontrol suhu ruangan berbasis arduino serta Abdul Hakim (2017) tentang pengatur suhu ruangan otomatis berbasis mikrokontroler ARM cortex [3,4]. Namun dari beberapa penelitian yang sudah dilakukan, belum ada peneliti yang melakukan pengontrolan suhu yang inputnya didasarkan kepada jumlah orang yang berada dalam suatu ruangan. Sehingga kebutuhan suhu dalam suatu ruangan dapat menyesuaikan dengan jumlah orang yang membutuhkannya. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk merancang prototipe Adaptive Room Temperatur Controller (ARTeC) yang mengontrol suhu ruangan mengikuti jumlah orang yang berada di dalam suatu ruangan, sehingga diharapkan kebutuhan suhu ideal dapat terpenuhi dengan baik dan penggunaan daya menjadi efektif dan efisien.

2. METODE PENELITIAN

Metode penelitian yang dilakukan dalam perancangan dan pembuatan prototipe ini dilakukan dengan cara mengidentifikasi masalah, kemudian menentukan rumusan masalah, selanjutnya menentukan tujuan serta batasan masalah penelitian .

Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini adalah, bagaimana cara menyesuaikan suhu ideal secara otomatis di dalam suatu ruangan didasarkan pada jumlah orang yang ada di dalam ruangan, sehingga kebutuhan suhu idealnya dapat terpenuhi dengan baik. Dari rumusan masalah tersebut dapat ditentukan tujuan penelitian yaitu untuk merancang dan membuat sebuah prototipe pengontrolan suhu ruangan secara otomatis dengan perangkat kontrol menggunakan mikrokontroler. Prototipe ini selanjutnya dinamakan Adaptive Room Temperatur Controller (ARTeC).

Supaya penelitian ini fokus dan terarah maka lingkup penelitian ini dibatasi pada hal-hal sebagai berikut:

 Prototipe yang dirancang dan dibuat pada tahap awal dilakukan di bengkel Teknik Mekatronika Politeknik Enjinering Indorama (http://pei.ac.id).

 Kapasitas ruangan yang dipakai antara empat sampai dengan enam orang.

 Sistem kontrol suhu ruangan harus mampu menyesuaikan secara otomatis mengikuti jumlah orang yang ada pada ruangan.

 Suhu minimun dan maksimum akan ditentukan mengacu kepada literatur suhu ideal untuk manusia bekerja. Menurut Basaria Talarosa (2005), suhu nyaman thermal untuk orang Indonesia berada pada rentang suhu 22,8°C - 25,8°C dengan kelembaban 70% [5]. Sehingga pada sistem ini ditentukan suhu minimun adalah 22 °C dan maksimum adalah 26°C.

Dari batasan masalah, selanjutnya menentukan spesifikasi alat dengan rancangan prototipe sebagai berikut (Gambar 1).

Berdasarkan rancangan prototipe yang akan dibuat, maka dalam penelitian ini dilakukan perancangan sebagai berikut :

a. Perancangan sistem elektronik b. Perancangan Sistem Kontrol

2.1. Perancangan Sistem Elektronik

Perancangan sistem elektronik merupakan perancangan catu daya, perancangan komponen input, perancangan kontroler dan perancangan komponen output.

(3)

ISSN: 2503-0221

Perancangan dan Pembuatan Prototipe Adaptive Room Temperatur Controller (ARTeC) Berbasis Mikrokontroler Deni Kurnia dan Anisa Fitriani Gambar 1. Rancangan Prototipe ARTeC.

Dalam sistem ini, catu daya dirancang menggunakan sumber tegangan 5V DC. Output dari catu daya digunakan untuk sensor, modul relay, mikrokontroler, dan modul step down.

Pada komponen input, digunakan sensor infrared yang berfungsi sebagai pendeteksi objek masuk atau keluar ruangan. Sensor infrared yang digunakan adalah sensor infrared dengan jenis NPN tipe E-18 D80NK (Gambar 2 dan 3). Sensor infrared ini menggunakan input tegangan dari power supply sebesar 5V DC.

Sensor ini memiliki kemampuan mendeteksi jarak yang cukup jauh dan dapat diatur kemampuan jarak deteksinya. Namun, sensor ini tidak mengembalikan nilai jarak. Implementasi sinyal IR termodulasi membuat sensor kebal terhadap gangguan yang disebabkan oleh cahaya normal dari sebuah bola lampu atau sinar matahari.

Gambar 2. Sensor IR NPN tipe E-18 D80NK.

Gambar 3. Wiring diagram sensor NPN tipe E-18 D80NK.

(4)

ISSN: 2503-0221 68

Tabel 1.Spesifikasi Sensor Infrared E18-D80NK.

Spesifikasi

Sumber cahaya Infrared

Kisaran Sensing 80 cm ( tergantung pada permukaan hambatan )

tegangan input 5V DC

Konsumsi arus 100 mA

Output tipe NPN

Dimensi 1.7 cm ( D ) x 4.3 cm ( L )

Selanjutnya, pada komponen kontrol, digunakan arduino uno untuk mengendalikan komponen input dan output. Arduino Uno merupakan mikrokontroller yang berbasis chip ATmega328 yang memiliki jumlah pin digital sebanyak 14 dan pin analog sebanyak 6. Semua pin digital dapat difungsikan sebagai input atau output dengan menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Selain dapat difungsikan sebagai pin digital, pin tersebut juga dapat digunakan sebagai output PWM sebanyak 6 pin (Gambar 4).

Pin pada arduino uno dapat bekerja pada tegangan 5 Volt. Pada setiap pin dapat mengeluarkan atau menerima arus sebesar 40 mA serta memiliki resistor pull-up internal dari 20 – 50 KΩ. Secara detail spesifikasinya dapat dilihat pada Tabel 2.

Gambar 4. Tampilan Arduino Uno

Adapun spesifikasi Spesifikasi Arduino Uno dapat dijelaskan pada Tabel 2.

Tabel 2. Spesifikasi Arduino Uno. Spesifikasi

Mikrokontroler 5 V

Input Voltage 7-12 V (rekomendasi)

I/O 14 PIN (6 PIN untuk PWM)

Arus 50 mA

Flash Memory 32 KB

Bootloader SRAM 2 KB

EEPROM 1 KB

Kecepatan 16 MHz

Untuk mendukung komponen input, digunakan juga modul relay 2 channel yang berfungsi sebagai auto switch on/off tegangan yang masuk ke sensor berdasarkan perintah dari output mikrokontroler (Gambar 5).

(5)

ISSN: 2503-0221 69

Perancangan dan Pembuatan Prototipe Adaptive Room Temperatur Controller (ARTeC) Berbasis Mikrokontroler Deni Kurnia dan Anisa Fitriani Gambar 5. Modul Relay 2 Channel.

Modul relay elektro mekanik memiliki kondisi saklar atau kontaktor dalam dua posisi. Kedua posisi saklar atau kontaktor relay ini akan berubah pada saat relay mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya.

Kedua posisi saklar relay tersebut adalah:

1. Posisi Normally Open (NO), yaitu posisi saklar relay yang terbuka atau terhubung ke terminal NO pada saat kondisi awal yaitu kondisi relay tidak diberi arus listrik.

2. Posisi Normally Close (NC), yaitu posisi saklar relay yang terhubung ke terminal NC pada saat kondisi awal yaitu kondisi relay tidak diberi arus listrik.

Penggunaan relay pada perancangan sistem elektronik ini bertujuan untuk menentukan kapan arus diberikan kepada sensor, karena jika sensor 1 dalam posisi On, maka sensor 2 harus dalam posisi Off, kondisi tersebut berlaku sebaliknya. Penjelasannya adalah sebagai berikut (Gambar 6).

Gambar 6. Modul Relay dan implementasi wiring dengan pin arduino.

2.2. Perancangan Sistem Kontrol

Perancangan sistem kontrol ini dibagi kedalam tiga bagian pemograman, yaitu : 1. Pemograman sensor infrared NPN tipe E-18 D80NK

2. Pemograman remote control AC

3. Pemograman LCD 2x16 sebagai media penampil

Flow chart pemograman tersebut dapat dijelaskan pada Gambar 7.

3. Dias Prihatmoko (2016)

4. Abdul Hakim (2017)

5. (http://pei.ac.id) 6. Basaria Talarosa (2005)

(6)

ISSN: 2503-0221 70

Start Sensor 1, Sensor 2 Sensor 1 Medeteksi Sensor 2 Medeteksi Matikan Sensor 1 Turunkan Suhu 1 Derajat Celcius Matikan Sensor 2 Naikan Suhu 1 Derajat Celcius Tempilkan Suhu Selesai Apakah Suhu = 26 Derajat C ? Apakah Suhu = 22 Derajat C ?

Sensor 2 OFF Sensor 1 OFF

YA YA TIDAK TIDAK TIDAK YA YA TIDAK Set Suhu = 26 derajat Celcius

(7)

ISSN: 2503-0221

Perancangan dan Pembuatan Prototipe Adaptive Room Temperatur Controller (ARTeC) Berbasis Mikrokontroler Deni Kurnia dan Anisa Fitriani 3. PEMBAHASAN DAN HASIL PENELITIAN

Penggunaan sensor infrared pada penelitian ini memegang peranan penting untuk mendeteksi sebuah objek yang akan dijadikan sebagai parameter input untuk sistem pengontrolan ruangan otomatis. Sensor diprogram agar dapat mendeteksi berapa banyak orang yang berada di dalam suatu ruangan dengan metode counting-up dan counting-down.

Pin yang digunakan untuk sensor infared pertama adalah pin analog (1) dan pin sensor infrared kedua adalah pin analog (2), cara kerja counting-up dan counting-down adalah dengan menggunakan media relay sebagai pemutus tegangan sensor infrared yang berasal dari power supply. Untuk mengaktifkan sensor dan jarak jangkauan, maka dilakukan inisiasi sensor dengan syntax sebagai berikut :

//...

int sensor1; // insiasi sensor 1 int sensor2; // insiasi sensor 2

int thresh; // inisiasi jangkauan sensor

int counter; // inisiasi counter untuk mengontrol remote Up-down //...

Pin yang digunakan sensor infrared adalah pin analog 1 dan 2, sehingga syntax untuk menaikkan dan menurunkan nilai variabel counter adalah berikut :

//...

sensor1=analogRead (A1); // definisi sensor 1 di pin anlog A1 sensor1=analogRead (A2); // definisi sensor 2 di pin anlog A2 thresh=300; // nilai analog jangkauan sensor

if(sensor1>thresh) // jika nilai analog > nilai tresh

{

digitalWrite (relay1, HIGH); digitalWrite (relay2, LOW);

counter=counter+1; // naikkan nilai counter sebanyak 1 delay(500);

}

else (counter=counter); if(sensor1>thresh)

{

digitalWrite (relay1, LOW); digitalWrite (relay2, HIGH); counter=counter-1;

delay(500);

}

else (counter=counter); //...

Selanjutnya untuk mengaktifkan remote control, maka tahapan awal adalah dengan menginisiasi pin untuk power On/Off di pin 8, serta step-up dan step-down di pin 9 dan 10.

//...

Int power=8 int remote1up=9; int remote2down=10; //...

(8)

ISSN: 2503-0221 72

Perancangan dan Pembuatan Prototipe Adaptive Room Temperatur Controller (ARTeC) Berbasis Mikrokontroler Deni Kurnia dan Anisa Fitriani Adapun logika pemograman remote control ini dapat dijelaskan dengan aturan yang dibuat sebagai berikut :

1. Nilai suhu di set pada angka 26 derajat C dan ruangan dianggap kosong.

2. Suhu akan turun 1 derajat, jika counter=-1, artinya sensor 2 mendeteksi sehingga relay2=HIGH dan remote2=HIGH.

3. Suhu akan naik 1 derajat, jika counter=+1, artinya jika sensor 1 mendeteksi sehingga relay1=HIGH dan remote1=HIGH.

Selanjutnya untuk pemograman LCD, maka didalam program dilakukan registrasi header pada syntax :

//...

#include <LiquidCrystal_I2C.h> //...

Kemudian untuk menampilan suhu dan kinerja sensor di layar LCD dituliskan syntax sebagai berikut : //... Serial.print(“ counter= “); Serial.print(counter); lcd.setCursor(0,0); lcd.print (“Terdeteksi : “); lcd.setCursor(13,0); lcd.print(counter); lcd.print (“Suhu : “); lcd.Setcursor(8,1); lcd.print (“temp”); delay(500); //...

3.1 Pengujian Sistem Elektronik

Pada pengujian sistem Elektronik, Sensor ditempatkan dalam dua buah penyangga yang dibuat dari plat besi yang berukuran 50 x 35 mm, diameter lubang sensor berukuran 21 mm. Penyangga sensor dirancang dengan tujuan untuk memposisikan sensor pada sisi pintu. Kemudian rangka dudukan panel dibuat dengan ukuran tinggi kaki 46 cm dan lebar 30 cm berbahan dari besi hollo 2 x 2 rangka dudukan dirancang untuk dudukan box panel (Gambar 8).

(a) (b) (c)

(9)

ISSN: 2503-0221

Perancangan dan Pembuatan Prototipe Adaptive Room Temperatur Controller (ARTeC) Berbasis Mikrokontroler Deni Kurnia dan Anisa Fitriani Pengujian dilakukan dengan cara memastikan semua tegangan yang masuk dengan menggunakan alat ukur (Tabel 3).

Tabel 3 Pengujian Tegangan yang masuk ke semua perangkat (device).

No Device LED Indikator Tegangan (V) Hasil

1 Sensor Infrared 1 On 4.9 V DC Sesuai (dalam range)

2 Sensor Infrared 2 On 4.9 V DC Sesuai (dalam range)

3 Terminal Relay 1 On 4.9 V DC Sesuai (dalam range)

4 Terminal Relay 2 On 4.9 V DC Sesuai (dalam range)

5 Arduino Uno On 5.1 V DC Sesuai (dalam range)

6 LCD 2x16 On 5.1 V DC Sesuai (dalam range)

3.2 Pengujian Sistem Kontrol

Setelah semua tahap perancangan dan pembuatan selesai, selanjutnya dilakukan tahap pengujian sebagai berikut :

a. Pengujian Sensor Infrared b. Pengujian Remote Control

Sensor infrared yang digunakan menggunakan dua buah sensor, hal ini difungsikan agar sistem counting dapat berjalan. Pengujian sensor infrared diletakkan pada pintu ruangan bagian luar dan pintu ruangan bagian dalam. Pada Tabel 4 dapat dilihat hasil pengujian dua sensor untuk sistem counting-up dan counting-down.

Tabel 4. Pengujian Sensor Infrared terhadap hasil counting-up dan counting-down.

No Keterangan Obyek Jarak sensor dengan Obyek (cm)

Sensor 1 Sensor 2 Hasil

Counting

1 Orang Masuk 5 On Off 1

2 Orang Masuk 5 On On 2

3 Orang Keluar 5 Off Off 1

5 Orang Keluar 10 Off On 1

Selanjutnya pengujian dilakukan pada remote control yang digunakan untuk mengatur on, off serta menaikan dan menurunkan suhu AC (Air Conditioner) secara otomatis. Remote control yang digunakan pada pengontrolan ruangan ini telah dimodifikasi dengan modul relay sebagai trigger-nya. Pada pengujian ini, modul remote akan berfungsi jika diberikan masukan dari mikrokontroler baik untuk on/off maupun menaikkan dan menurunkan suhu. Pengujiannya dapat dijelaskan pada Tabel 5.

Tabel 5.Pengujian Remote AC.

No Orang Masuk Orang Keluar Hasil Counting

Respon AC On/Off Suhu 1 1 1 On 25 2 1 2 On 24 3 1 1 On 25 4 1 0 Off 26 5 1 1 On 25 6 1 2 On 24 7 1 3 On 23 8 1 4 On 22

(10)

ISSN: 2503-0221 74

Perancangan dan Pembuatan Prototipe Adaptive Room Temperatur Controller (ARTeC) Berbasis Mikrokontroler Deni Kurnia dan Anisa Fitriani 4. KESIMPULAN

Setelah melewati tahap desain, implementasi dan pengujian, diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Setelah dilakukan pengujian, tegangan yang di-supply ke semua perangkat ARTeC sesuai dengan yang perancangan, dalam hal ini tidak ada drop maupun over voltage di setiap perangkat sehingga arus yang dibutuhkan sesuai yang berdampak pada kinerja sistem berjalan dengan baik.

2. Kedua sensor infrared dapat bekerja dengan baik, artinya mampu mendeteksi obyek yang melewati pintu dengan jarak jangkauan antara 5 sampai 10 cm.

3. Suhu secara otomatis akan turun setiap satu derajat, jika ada obyek (manusia) yang masuk ke dalam ruangan, namun apabila jumlah orang sudah melebih 6, maka suhu terendah di-set pada angka 22 derajat celcius. Begitu juga sebaliknya, suhu akan berubah naik di-setiap satu derajat, jika ada orang yang keluar dari ruangan. Adapun batas maksimum suhu ruangan adalah 26 derajat celcius.

4. Secara keseluruhan sistem yang dikembangkan dapat bekerja dengan baik, rekomendasi penelitian lanjutan dapat dikembangkan lagi dengan implementasi sistem cerdas pada ARTeC ini.

5. DAFTAR PUSTAKA

[1] Rajagukguk, Perancangan Sistem Kontrol dan Monitoring Suhu Ruangan Berbasis Mikrokontroler 8535. jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan, 2011.

[2] Indriani, Anizar,dkk, Pemanfaatan Sensor Suhu LM 35 Berbasis Microcontroller ATmega 8535 pada Sistem Pengontrolan Temperatur Air Laut Skala Kecil. Jurnal Rekayasa Mesin Vol.5, No.2 Tahun 2014.

[3] Prihatmoko, Diaz. Perancangan dan Implementasi Pengontrol Suhu Ruangan Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno, Jurnal SIMETRIS, Vol 7 No 1 April 2016.

[4] Hakim, Abdul, dkk. Pengatur Suhu Ruangan Otomatis Berbasis Mikrokontroler ARM Cortex M0 NUMICRO NUC140VE3CN, 2017.

[5] Talarosa, Basaria. Menciptakan Kenyamanan Thermal dalam Bangunan. Jurnal Sistem Teknik Industri Volume 6, No. 23 Juli 2005.

[6] Monk, Simon, 2010, 30 Arduino Projects for The Evil Genius, McGraw-Hill Companies Inc. USA.

[7 ] Jacob Fraden., HandBook of Modern Sensors, Physics, Designs and Applications. Third Edition, Springer-Verlag New York, 2003,