SISTEM MONITORING PH DAN RH TANAH SECARA REALTIME DENGAN SMS BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 8
SKRIPSI
OSTARA WIRADINATA SARAGIH 130801002
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2019
SISTEM MONITORING PH DAN RH TANAH SECARA REALTIME DENGAN SMS BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 8
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
OSTARA WIRADINATA SARAGIH 130801002
PROGRAM STUDI S-1 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PERNYATAAN
SISTEM MONITORING PH DAN RH TANAH SECARA REALTIME DENGAN SMS BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 8
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Agustus 2019
Ostara Wiradinata Saragih 130801002
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Yesus Kristus atas berkat dan kasih setianya yang selalu menyertai dan memberi kemudahan sehingga saya dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini yang berjudul “Sistem Monitoring Ph Dan Rh Tanah Secara Realtime Dengan Sms Berbasis Mikrontroler Atmega 8” dengan baik dan lancar.
Penulis menyadari bahwa tanpa bimbingan, bantuan, dorongan, dan doa dari berbagai pihak, skripsi ini tidak akan dapat diselesaikan tepat pada waktunya.
Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua yaitu bapak Henriaman Saragih dan ibu Hornetty Purba yang telah memberikan dukungan moril dan material serta dorongan semangat, kasih sayang, dan doa yang tulus.
2. Bapak Dr. Bisman Perangin angin. M.Eng.Sc selaku dosen pembimbing utama yang telah meluangkan waktunya, memberikan saran, arahan, petunjuk, motivasi dan semangat dalam penulisan skripsi ini.
3. Bapak Ferdinan Sinuhaji, dan Awan Maghfirah selaku ketua dan sekretaris Departemen Fisika, serta seluruh staf pengajar dan pegawai Departemen Fisika yang selalu memperhatikan penulis terutama dalam proses perkuliahan di Departemen Fisika FMIPA USU.
4. Terkhusus kepada saudara penulis, Dedi Alexander Saragih,Bob Anderson Saragih yang telah memberikan semangat dan doa.
5. Teman-teman seperjuangan Fisika 2013, Orlando, Williams, Eko, Togel, Sahat serta teman-teman yang lain yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu yang telah menemani suka dukaselama perkuliahan.
6. Teman-teman penulis, Emma Norry Purba yang memberi semangat,kasih sayang dan doa.
Demikianlah yang dapat penulis sampaikan. Penulis menyadari bahwa penulisan ini masih jauh dari kesempurnaan.Maka dari itu, penulis mengharapkan
saran dan kritik yang bersifat membangun untuk memyempurnakan skripsi ini.Semoga dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca.
Medan, Agustus 2019
Ostara Wiradinata Saragih
SISTEM MONITORING PH TANAH DAN RH TANAH SECARA REAL TIME DENGAN SMS BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8
ABSTRAK
Telah dirancang suatu alat sebagai alat ukur sebuah pengukuran PH tanah dan RH tanah dengan menggunakan mikrokontroler ATMega 8. Alat ini terdiri dari dari Resistor,SIM 800L, Konverter AC-DC. Alat ini digunakan untuk untuk mengukur derajat keasaman dan kelembapann tanah dengan melaui telepon genggam (SMS) Prinsip kerja sistem ini secara umum adalaha dimulai saat catudaya sistem diaktifkan. Kontroler akan melakukan tugasnya setelah reset awal dan inisialisasi. Kontroler akan membaca data sensor, dimana sensor akan memulai membaca data dalam bentuk raw data . Setelah memperoleh data hasil olahan, data hasil tersebut kemudian ditampilkan pada telepon genggam.yang dikirim menggukan mode GSM SIM800L. Hasil perbandingan ketiga algoritma Hierarchical Clustering tersebut menunjukkan bahwa jarak antar cluster terpendek, yaitu 5,10593 diperoleh menggunakan metode Single Linkage.
Kata Kunci : mikrokontroler ATMega 8 ,pH tanah,rH tanah,single linkageter.jarak antar ,clus.GSM SIM 800L
REAL TIME MONITORING SYSTEM FOR SOIL PH AND SOIL RH WITH SHORT MESSAGE SERVICE BASE ON ATMEGA 8 MICROCONTROLLER
ABSTRACT
An instrument has been builded as a measuring devce to measure the level of pH and Rh with Atmega8 as the base. This instrument consist of resistor, SIM 800L, converter AC/DC. This instrument is use for measuring soil the degree of Acid and humidity via seluler phone(SMS). In general, the working procedure of this instrument start at the activation of power source. Controller Will do its task after the first reset and initialitation. Controller then read the sensor data, which come from the raw data read by that sensor .After its get a processed data, that data will be send to the sellular phone in the form of SMS with GSM SIM800L. The compared result between the three hieralchical cluster algorithm data show that the distance between the shortest cluster, which 5,10593, was got using single linkage method.
Keyword : microcontroller ATMega 8 ,soil pH ,soil rH ,single linkageter.distance between ,clus.GSM SIM 800L
DAFTAR ISI
Halaman
Halaman judul... .... i
Persetujuan... .... ii
Pernyataan... .... iii
Penghargaan... .... iv
Abstrak... .... v
Abstract... vi
Daftar isi... .... vii
Dafar Tabel... x
Daftar Gambar ... xi
Daftar Lampiran... .... xii
BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...1
1.2 Rumusan Masalah... .... 2
1.3 Batasan Masalah... .... 2
1.4 Tujuan Penelitian... .... 2
1.5 Manfaat Penelitian... .... 2
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teori Dasar pH... ....3
2.2 Dasar pengukuran Derajat Keasaman... ....3
2.3 Sensor... ....4
2.3.1 Sensor Kelembaban Tanah... 5
2.3.2 Sensor Kelembaban Tanah YL-69... 5
2.3.3 Spesifikasi Sensor Ph ... 6
2.4 Sensor Kelembaban Tanah... 7
2.5 Mikrokontroler... 7
2.5.1 Mikrokontroler ATMega8... 8
2.5.2 Konfigurasi Pin ATMega 8...9
2.6 Konverter DC ke DC Tipe Pensaklaran... 12
2.7 Regulator... ...18
2.7.1 Regulator Dengan Zener... 19
2.7.2 Regulator Zener Follower... 19
2.7.3 Regulator Op-Amp...19
2.7.4 Regulator IC (Integrated Circuit)...20
2.8 Telepon Genggam...20
2.8.1 Short Message Service (SMS)... 23
2.8.2 Format Short Message Service... 24
2.8.3 Mengirim SMS Menggunakan Mikrokontroler... 24
2.9 Liquid Crystal Display (LCD)... 24
2.10 Bahasa C...27
BAB III. METODE DAN RANGKAIAN 3.1 Diagram Blok... ....29
3.1.1. Fungsi Tiap blok... 29
3.1.2. Penjelasan Diagram blok... 29
3.2 Rangkaian mikrokontroller... ....30
3.3 Rangkaian power supplay... ....31
3.4 Rangkaian Buzzer... 32
3.5 Rangkaian LCD... ....32
3.6 Rangkaian SIM800... ....33
3.7 Rangkaian sensor RH dan pH Tanah... ....34
3.8 Flowchart...35
BAB IV. PENGUJIAN DAN HASIL 4.1 Pengujian rangkaian mikrokontroller... ....36
4.2 Pengujian rangkaian power supplay... ....37
4.3 Pengujian rangkaian Buzzer... ....37
4.4 Pengujian rangkaian LCD... 38
4.5 Pengujian rangkaian SIM800L... 39
4.6 Pengujian rangkaian sensor RH dan pH Tanah...40
4.7 Data Pengujian Kalibrasi Sensor Kelembaban, pH Tanah dan SMS ...42
4.8 Pengujian Data Keseluruhan ...45
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... ....51
5.2 Saran... 51
DAFTAR PUSTAKA...52 LAMPIRAN ...56
DAFTAR TABEL
Nomor Judul
Tabel Halaman
1. Data Kalibrasi Sensor Kelembapan ... 42 2. Tabel Kalibrasi sensor pH ... 43 3. Tabel hasil percobaan data... 45
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul
Gambar Halaman
1. Sensor Kelembaban Tanah YL-69... 6
2. ATMega8 ... 9
3. Rangkaian Chooper step-down ... .12
4. Chopper step-down ... 13
5. Chopper step-down dengan Beban RL ... 14
6. Rangkaian Ekivalen Chopper step-down dan Bentuk Gelombang Untuk Beban RL ... 15
7. Datasheet Telepon Seluler... 20
8. LCD ... 24
9. Rangkaian Minimum LCD ... 25
10. Diagram Blok Sistem ... 29
11. Rangkaian Mikrokontroller ... 30
12. Rangkaian Regulator ... 31
13. Rangkaian Buzzer ... 32
14. Rangkaian LCD 16x2 ... 33
15. Rangkaian Modul GSM ... 33
16. Rangkaian Sensor dan ADS1115 ... 34
17. Flowchart Sistem ... 35
18. Read Signature Mikrokontroller ATmega8 ... 36
19. Pengujian LCD ... 39
20. Grafik Alat Standar Vs Alat Rancangan ... 43
21. Grafik pH buffer Vs alat 50 ... 44
22. SMS yang di kirim ke user ... 45
23. Grafik percobaan data ... 46
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul
Lamp. Halaman
1. Rangkaian Lengkap ... 55 2. Gambar Pengujian ... 56 3. Data Sheet ... 58
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Semakin tahun kebutuhan hasil produksi beras di Indonesia semakin meningkat, ini disebabkan oleh meningkatnya jumlah penduduk. Untuk memenuhi kebutuhan beras tersebut, para petani kita melakukan berbagai cara baik melalui panca usaha tani maupun sapta usaha tani untuk meningkatkan produksi padi. Namun permasalahan sekarang adalah bagaimana para petani dapat mengetahui kualitas tanah dalam meningkatkan produksi padi, saat ini para petani kita belum memiliki indikator yang akurat untuk mengetahui kualitas tanah, para petani hanya menggunakan perkiraan, dan pengalaman dalam melakukan proses pemupukan lahan pertaniannya.
Penerapan metode pengalaman dan perkiraan, menyebabkan para petani tidak bisa meningkatkan kualitas tanah bahkan dapat menyebabkan tanah di sawah menjadi tidak subur Sebenarnya dipasaran telah ada alat yang dipakai untuk mengetahui tingkat kualitas tanah, yaitu pHmeter. Namun dari segi harga masih terlalu mahal untuk kalangan petani. Selain itu, juga terdapat metode mengetahui tingkat kualitas tanah dengan mengambil sample tanah sawah kemudian diteliti di laboratorium. Akan tetapi cara ini membutuhkan waktu yang lama, tidak semua orang bisa melakukan, dan juga dinas pertanian tiap kabupaten tidak mempunyai laboratorium penguji kualitas tanah sendiri. Dalam melakukan pengujian kualitas tanah harus dilakukan di laboratorium resmi yang diantaranya laboratorium milik Universitas Brawijaya, Institut Pertanian Bogor, Universitas Sebelas Maret, dan untuk swasta di Laboratorium PT. Sucofindo Surabaya.
Harga untuk pengujian kualitas tanah tiap sample tanah sebesar Rp.
600.000,00, namun nilai tersebut cukup mahal untuk kalangan para petani. Oleh karena itu, kami akan membuat alat yang dapat mengetahui kualitas tanah, jenis tanah, dan memberikan rekomendasi menggunakan parameter pH dan resistivitas tanah. Spesifikasi dari alat ini yaitu menggunakan sensor resistivitas tanah dan
sensor pH tanah. Alat ini mempunyai kelebihan dibandingkan alat yang telah ada yaitu lebih murah, lebih lengkap dalam hal memberikan informasi mengenai jenis tanah, kualitas tanah, rekomendasi proses pemupukan agar tanah menjadi tanah subur, portable, fleksibel, waktu pengukuran dan data yang diperoleh cepat.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang sebelumnya, maka penulis merumuskan beberapa hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini, yaitu:
1. Bagaimana sensor mendeteksi ph dengan baik.
2. Bagaimana cara menghubungkan sensor dengan mikrokontroler.
3. Bagaimana cara mengkalibrasi alat dengan alat standart.
1.3 Batasan Masalah
1.Bagaimana cara membuat suatu alat berfungsi secara otomatis secara memonitoring kadar PH tanah dan RH tanah menggunakan mikrokontroler ATMEGA 8.
2. Pengkondisian signal menggunakan ADS115.
3.Sistem monitoring tanah yang dikirim melalui SMS.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk monitoring PH dan RH tanah secara realtime.
2. Memanfaatkan mikrokontroler sebagai pengolah data.
3. Membuat buzzer mengeluarkan suara sebagai tanda pengiriman data melaui GSM smartphone(SMS).
1.5 Manfaat Penelitian
1.Melalui alat dapat memberi kemudahan dalam pengambilan monitoring data.
2.Melalui aplikasi SMS dapat memberi kemudahan memonitoring kadar PH tanah
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Teori Dasar pH
PH atau derajat keasaman digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau basa yang dimiliki oleh suatu zat, larutan atau benda. pH normal memiliki nilai 7 sementara bila nilai pH > 7 menunjukkan zat tersebut memiliki sifat basa sedangkan nilai pH < 7 menunjukkan keasaman. pH 0 menunjukkan derajat keasaman yang tinggi, dan pH 14 menunjukkan derajat kebasaan tertinggi.
Umumnya indikator sederhana yang digunakan adalah kertas lakmus yang berubah menjadi merah bila keasamannya tinggi dan biru bila keasamannya rendah.
Selain menggunakan kertas lakmus, indikator asam basa dapat diukur dengan pH meter yang berkerja berdasarkan prinsip elektrolit / konduktivitas suatu larutan. Sistem pengukuran pH mempunyai tiga bagian yaitu elektroda pengukuran pH, elektroda referensi dan alat pengukur impedansi tinggi. Istilah pH berdasarkan dari “p”, lambing metematika dari negatif logaritma, dan “H”, lambang kimia dari unsur Hidrogen.
2.2 Dasar pengukuran Derajat Keasaman
Asam dan basa adalah besarang yang sering digunakan untuk pengolahan sesuatu zat, baik di industry maupun kehidupan sehari-hari, pada industry kimia, keasaman merupakan variabel yang menentukan mulai dari pengolahan bahan baku, menentukan kualitas produksi yang diharapkan sampai pengendalian limbah industry agar dapat mencegah pencemaran pada lingkungan. Pada bidang pertanian, keasaman pada waktu mengelola tanah pertanian perlu diketahui. Untuk mengetahui dasar pengukuran derajat keasaman akan diuraikan dahulu pengertian derajat keasaman itu sendiri.
Pada prinsipnya pengukuran suatu pH adalah didasarkan pada potensial elektro kimia yang terjadi antaar larutan yang terdapat didalam elektroda gelas
(membran gelas) yang telah diketahui dengan larutan yang terdapat diluar elektroda 4
gelas yang tidak diketahui. Hal ini dikarenakan lapisan tipis dari gelembung kaca akan berinteraksi dengan ion hydrogen yang ukurannya relative kecil dan aktif, elektroda gelas tersebut akan mengukur potensial elektro kimia dari ion hydrogen. Untuk melengkapi sirkuit elektrik dibutuhkan elektroda pembanding. Sebagai catatan alat tersebut tidak mengukur arus tetapi hanya mengukur tegangan. Pada umumnya tanah sangat berperan penting sebagai tempat tumbuhnya vegetasi yang sangat berguna bagi kepentingan hidup manusia. Dalam bidang pertanian, tanah juga tidak lepas hubungannya dengan kesuburan tanah agar didapatkan hasil panen yang maksimal. Mutu tanah pada kesuburan tanah ditentukan oleh interaksi sejumlah sifat fisika, kimia dan biologi tanah yang menjadi habitat akar akar aktif tanaman pH merupakan ukuran jumlah ion hidrogen dalam suatu larutan. Larutan dengan nilai pH rendah dinamakan
”asam” sedangkan yang nilai pH tinggi dinamakan ”basa”. Biasanya tanah pada daerah basah bersifat asam, sedangkan tanah di daerah kering bersifat basa. Pada tanah asam larutan tanahnya mengandunglebih banyak ion hidrogen (H+) dibandingkan denganion hidroksil (OH-), sebaliknya pada tanah basa tanahnya mengandung lebih banyak ion hidroksil (OH-) dibandingkan dengan ion hidrogen (H+). Skala pH terentang dari 0 (asam kuat) sampai 14 (basa kuat) dengan 7 (netral). Sedangkan pada pH tanah umumnya berada pada skala dengan nilai 4 hingga 10.
2.3 Sensor
Menurut D. Sharon sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energy fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Sebagai contoh adalah kamera sebagai sensor penglihatan, telinga sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor peraba, LDR (light dependent resistance) sebagai sensor cahaya, dan lainnya.
Menurut William D.C, transduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optik (radiasi) atau thermal (panas). Misalnya generator merupakan transduser
yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik, motor adalah transduser yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik, dan sebagainya. Adapun alat ukur adalah sesuatu alat yang berfungsi memberikan batasan nilai atau harga tertentu dari gejala-gejala atau sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi, seperti voltmeter dan ampermeter untuk sinyal listrik, tachometer dan speedometer untuk kecepatan gerak mekanik, lux-meter untuk intensitas cahaya, dan sebagainya. Dalam memilih peralatan sensor dan transduser yang tepat dan sesuai dengan sistem yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan umum sensor yaitu linearitas, kepekaan, dan tanggapan waktu. 5.
2.3.1 Sensor Kelembaban Tanah
Sensor kelembaban tanah atau dalam istilah bahasa inggris soilmoisture sensor adalah jenis sensor kelembaban yang mampu mendeteksi intensitas air di dalam tanah (moisture). Sensor ini sangat sederhana, tetapi ideal untuk memantau tingkat air pada tanaman pekarangan. Sensor ini terdiri 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).
2.3.2 Sensor Kelembaban Tanah YL-69
Nilai yang dibaca oleh sensor kelembaban tanah YL-69 menghasilkan nilai yang besar pada tanah dengan kandungan air yang rendah dan sebaliknya, menghasilkan nilai yang kecil pada tanah dengan kandungan air yang lebih banyak. Sensor kelembaban tanah YL-69 merupakan sensor yang terdiri dari dua probeuntuk melewatkan arus melalui tanah, kemudian membaca resistansinya untuk mendapatkan nilai tingkat kelembaban. Oleh karena itu, pada saat sensor dimasukkan ke tanah kering nilai yang terbaca oleh sensor lebih besar ( resistansi besar) daripada nilai pada tanah yang memiliki kadar air lebih tinggi ( resistansi kecil). Sensor ini sangat membantu untuk memberitahukan tingkat kelembaban pada tanaman atau memantau kelembaban tanah. Berikut spesifikasi dari sensor kelembaban tanah :
- Menggunakan sensor tanah berkualitas tinggi untuk menguji kelembaban tanah
- Memakai plat lapis nikel sehingga memperbesar area induksi dan meningkatkan konduktivitas, mencegah masalah karat dan meningkatkan usia pakai
- Dapat mengendalikan berbagai tingkat kelembaban tanah, dengan mengatur potensiometer. Jika kelembaban tanah di bawah nilai yang diset, DO menghasilkan sinyal high, dan sebaliknya jika di atas nilai yang diset, DO menghasilkan sinyal low
- MenggunakanchipcomparatorLM393 yang stabil - Tegangan kerja: 3.3-5 V
- Dilengkapi lubang baut untuk memudahkan pemasangan - Ukuran PCB: 3.2cm x 1.4 cm
Interface:
1. VCC: +3.3V-5 V 2. GND: -
3. DO: digital output (0 dan 1), dapat langsung dihubungkan ke IO port mikrokontroller. Sensor kelembaban tanah ditunjukkan pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Sensor Kelembaban Tanah YL-69
2.3.3 Spesifikasi Sensor pH
Pada perencanaan sensor derajat kesamaan (pH), sensor pH yang akan digunakan adalah jenis Electroda (Sku: Sen0161) dari DF Robot dengan spesifikasi sebagai berikut:
a. Module Power : 5V
b. Module Size : 43mmx32mm c. Measuring Range : 0-14.0 pH
d. Measuring Temperature : 0-60 oC e. Accuracy : ± 0.1 pH (25 oC) f. Response Time : < 1min
g. pH Sensor with BNC Connector h. pH 2.0 Interface ( 3 foot patch ) i. Gain Adjustment Potentiometer j. Power Indicator LED
2.4 Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output.
Mikrokontroler merupakan keluarga mikroprosesor yaitu sebuah chips yang dapat melakukan pemrosesan data secara digital sesuai dengan perintah bahasa assembly yang diberikan perusahaan pembuatnya. Banyak aplikasi yang dapat dibangun berbasis Mikrokontroler, hal dikarenakan bentuknya yang compaq dan kesederhanaannya untuk membangun suatu sistem berbasis Mikrokontroler.
Selain memiliki banyak kelebihan, mikrokontroler juga memiliki kekurangan, diantaranya adalah kurangnya ruang memori data. Bila digunakan untuk aplikasi – aplikasi tertentu yang membutuhkan kapasitas memori yang besar, perlu dilakukan penambahan memori berupa memori eksternal. Salah satu media yang dapat digunakan sabagai media penyimpanan atau memori tambahan adalah Multi Media Card (MMC). Berdasarkan uraian diatas maka perlu dibangun suatu sistem antarmuka yang dapat mengkoneksikan antara mikrokontroler dan MMC sebagai media penyimpanan data.
Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor
memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka, sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas, rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi, pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak.
Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi.
Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi.
Sebuah IC mikrokontroler tidakakan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama.
2.4.1. Mikrokontroler ATMega8
ATMega8 adalah low power mikrokontroler 8 bit dengan arsitektur RISC.
Mikrokontroler ini dapat mengeksekusi perintah dalam satu periode clock untuk setiap instruksi. Mikrokontroler ini diproduksi oleh atmel dari seri AVR. Beberapa fitur yang dimiliki ATMega8 adalah 8 kbyte flash program, 512 kbyte EEPROM, 1 kbyte SRAM, 2 timer 8 bit dan 1 timer 16 bit, analog to digital converter, USART, Analog comparator, dan two wire interface (12C). Terdapat dua jenis package di ATMega8 yaitu DIP package dan TQFP package yang lebih dikenal dengan SMD (Surface Mount Device). Untuk jenis DIP package sangan mudah dalam mounting ke PCB, sedangkan TQFP package akan mendapatkan kesulitan selama penyolderannya sehinggabagi pemula disarankan untuk menggunakan DIP package. (Kurniawan, 2009 ; 1)
2.4.2. Konfigurasi Pin ATMega 8
Gambar 2.1.ATMega8 (Winoto, 2010)
ATMega8 memiliki 28 pin yang masing – masing pin – nya memiliki fungsi yang berbeda – beda baik sebagai port ataupun sebagai fungsi yang lain.
Berikut akan dijelaskan tentang kegunaan dari masing – masing kaki pada ATMega8.
VCC : Tegangan supply GND : Ground
Port B (PB7..PB0) :
Port I/O 8-bit dengan resistor pull-up internal tiap pin. Buffer portB mempunyai kapasitas menyerap (Sink) dan mencatu (sorce).
Khusus PB6 dapat digunakan sebagai input kristal (inverting oscilator amplifier) dan input kerangkaian clock internal, bergantung pada pengaturan fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock.
Khusus PB7 dapat digunakan output kristal (output inverting oscilator amplifier) bergantung pada pengaturan Fuse bit yang digunakan untuk memilih sumber clock. Jika sumber clock yang dipilih dari oscilator internal, PB7 dan PB6 dapat digunakan sebagai I/O atau jika menggunakan Asincronous Timer/Counter maka PB6 dan PB7 (TOSC2
dan TOSC1) digunakan untuk saluran input counter.
Port C (PC5..PCo) :
Port I/O 7-bit (PC6, PC5,...PCo) dengan resistor pull-up internal tiap pin.
Buffer portC mempunyai kapasitas menyerap (Sink) dan mencatu (sorce).
RESET/PC6 :
Jika fuse bitRSTDISBL di “programed”, PC6 digunakan sebagai pin I/O.
Jika fuse bit RSTDISBL di “unprogramed”, PC6 digunakan sebagai pin RESET (aktif low).
Port D (PD7..PDo) :
Port I/O 8 bit dengan resistor pull-up internal tiap pin. Buffer portC mempunyai kapasitas menyerap (Sink) dan mencatu (sorce).
AVcc :
AVcc adalah pin tegangan catu untuk A/D converter, PC3..PCo, dan ADC(7..6). AVcc harus dihubungkan ke Vcc, walaupun ADC tidak digunakan. Jika ADC digunakan, maka AVcc harus dihubungkan ke VCC melalui “low pass filter”. Catatan : PC5,PC4 gunakan catu tegangan Vcc digital.
AREF :
Untuk pin tegangan referensi analog untuk ADC.
ADC7..6(TQPF,QFN/MLF)
Hanya ada pada kemasan TQPF dan QFN/MLF, ADC7..6 digunakan untuk pin input ADC. (Winoto, 2010 ; 40)
ATMega 8 merupakan mikrokontroler keluarga AVR 8 bit yang banyak digunakan oleh pemula seperti saya. Seperti yang terbaca pada datasheet, mikrokontroler yang kita gunakan ini memiliki ukuran flash memori sebesar 8KB, SRAM sebesar 1KB, dan memori EEPROM sebesar 512 Bytes. Jenis memori pada ATMega8.
Flash memori merupakan lokasi penyimpanan program yang kita buat. File hex hasil kompilasi program nantinya akan dimasukkan ke mikrokontroler melalui alat yang disebut downloader/programmer. Nah, file hex tersebut nantinya akan disimpan pada sebuah memori yang disebut flash memori. Pada saat melakukan proses pemograman (coding) biasanya kita memerlukan apa yang disebut dengan variabel atau tempat menampung data. Pada saat program dijalankan oleh mikrokontroler, kemudian terdapat proses yang melibatkan variabel tersebut ( misalnya operasi aritmatika ) maka data dari variabel tersebut akan disimpan pada memori yang bernama SRAM. Kemudian jika ingin menyimpan sebuah data seperti halnya pada flashdisk ( data tidak hilang ketika tidak ada aliran listrik ) dimanakah kita harus menyimpan data tersebut ? Jawabannya adalah pada sebuah memori yang bernama EEPROM. EEPROM sama halnya seperti hardisk, flashdisk yang ada pada komputer yaitu sebagai tempat penyimpanan data yang tidak terpengaruh terhadap aliran listrik.
Sekarang kita masuk ke bagian kebutuhan supply. Pada datasheet ditulisakan seperti pada gambar dibawah ini
2.5 Konverter DC ke DC Tipe Pensaklaran
Terdapat dua macam cara untuk mengolah daya yaitu tipe linear dan tipe pensaklaran (switching). Dalam tugas akhir ini akan digunakan cara yang kedua dalam pengolahan daya yaitu menggunakan konverter DC ke DC tipe pensaklaran. dengan konverter DC ke DC (chopper).
Konverter DC ke DC atau biasa disebut chopper diperlukan untuk mengubah tegangan DC tetap menjadi tegangan DC yang bersifat variabel. Seperti halnya pada transformator yang berfungsi menaikkan atau menurunkan tegangan AC, konverter DC ke DC dapat digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan DC. Rangkaian konverter DC ke DC memerlukan suatu sumber tegangan DC yang konstan dan tegangan keluaran yang bervariasi dengan mengatur waktu pensaklaran pada transistor yang dihubungkan ke beban. Cara kerjanya adalah suatu tegangan arus searah konstan di switch on dan off untuk mereduksi harga mula-mula tegangan yang digunakan pada beban.
1) Chopper Step-Down
Prinsip kerja chopper step-down dapat dijelaskan melalui gambar 2 sebagai berikut.
a). Rangkaian Chooper step-down
b). Bentuk gelombang tegengan dan arus Gambar 2. Chopper step-down
Ketika saklar SW ditutup selama waktu t1, tegangan masukan Vs muncul melalui beban. Bila saklar off selama waktu t2, tegangan yang melalui beban adalah nol.
Bentuk gelombang untuk tegangan keluaran dan arus beban ditunjukkan pada gambar 2. (b). Saklar chopper dapat diimplementasikan dengan menggunakan sebuah BJT daya, MOSFET
daya, IGBT atau thyristor komutasi paksa.
Tegangan keluaran rata-rata dari chopper diberikan oleh
2-2
Dan arus beban rata-rata, , dengan T adalah periode chopping, adalah duty cycle chopper, dan f adalah frekuensi
chopping. Nilai rms tegangan keluaran ditentukan oleh
2-3
Dengan mengasumsikan bahwa tidak ada rugi-rugi pada chopper maka daya masukkan pada chopper sama dengan daya keluaran yang diberikan dengan persamaan
2-4
Resistansi masukan efektif yang dilihat dari sumber
2-5 Duty cycle (k) dapat divariasikan dari 0 sampai 1 dengan variasi menurut
, T atau f, maka tegangan keluaran dapat divariasikan dari 0 samapai dengan megatur k.
Chopper dengan beban RL ditunjukan pada gambar 3. Cara kerja chopper dapat dibagi menjadi dua mode. Selama mode 1, chopper akan on dan arus akan mengalir ke beban. Selama mode 2, chopper akan off dan arus beban terus mengalir melalui dioda freewheeling . Rangkaian ekivalen untuk mode-mode ini ditunjukkan pada gambar 4.(a). Bentuk gelombang arus beban dan tegangan keluaran ditunjukkan pada gambar 4.(b).
3. Chopper step-down dengan beban RL
Mode 1 Mode 2
(a) Rangkaian ekivalen
(b) Bentuk gelombang
Gambar 4. Rangkaian ekivalen chopper step-down dan bentuk gelombang untuk
beban RL Arus beban untuk mode 1 dapat ditentukan melalui
2-6
Penyelesaian persamaan 2-6 dengan arus mula menghasilkan arus beban
2-7
Mode ini berlaku untuk 0 ≤ t ≤ (= kT); dan pada akhir mode ini, arus beban menjadi
(t = = kT ) = 2-8
Arus beban untuk mode 2 dapat ditentukan melalui
2-9
Dengan arus mula (t = 0) = dan mendefinisikan arus mula (misalnya, t
= 0) pada permulaan mode 2 kita dapatkan
2-10
Mode ini berlaku untuk 0 ≤ t ≤ [= ( 1 – k ) T ] dan pada akhir mode ini arus beban menjadi
( t = ) = 2-11
Diakhir mode 2, chopper menjadi on kembali pada siklus berikutnya setelah waktu T = 1 / ƒ = + .
Dalam kondisi keadaan tunak, . arus ripple beban puncak ke beban dapat ditetukan dari persamaan 2-7, 2-8, 2-10, 2-11. dari persamaan 2-7 dan 2-8 memberikan nilai
2-12
Dari persamaan 2-10 dan 2-11 memberikan nilai
2-13
Arus ripple puncak-ke puncak adalah
2-14
Dan setelah penyederhanaan menjadi
2-15
Kondisi untuk ripple maksimum
2-16
Menghasilkan atau – k = – (1 – k) atau k =
0,5. Arus ripple puncak ke puncak maksimum (pada k = 0,5) adalah
2-17
Untuk 4fL >> R, tanh θ ≈ θ dan arus ripple maksimum dapat diaproksimasi menjadi
2-18
2.6 REGULATOR
Regulator adalah rangkaian regulasi atau pengatur tegangan keluaran dari sebuah catu daya agar efek darinaik atau turunnya tegangan jala-jala tidak mempengaruhi tegangan catu daya sehingga menjadi stabil. Rangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan ripple-nya kecil, tetapiada masalah stabilitas.
Jika tegangan PLN naik/turun, maka tegangan outputnya juga akan naik/turun.
Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan dc keluarannya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu, sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil.
Perlunya Regulator
Ada beberapa alasan yang mungkin diperlukannya sebuah regulator 1.Fluktuasi tegangan jala-jala
2.Perubahan tegangan akibat beban (loading)
3.Perlu pembatas arus dan tegangan untuk keperluan tertentu 2.6.1 Regulator Dengan Zener
Rangkaian regulator yang paling sederhana, zener bekerja pada daerah breakdown sehingga menghasilkan tegangan output yangsama dengan tegangan zener atau :
Vout = Vz
Namun, rangkaian ini hanya bermanfaat jika arus beban tidak lebihdari 50mA. san arus dan tegangan untuk keperluan tertentu
2.6.2 Regulator Zener Follower
Regulator ini pada dasarnya adalah regulator zener yangdikonfigurasikan dengan sebuah transistor NPN untuk menghasilkan arus yang cukup besar. V BE adalah teganganbase-emitor dari transistor Q1 yang besarnyaantara 0.2 - 0.7 volt bergantung pada jenis transistor yangdigunakan. Dengan mengabaikan arus I B yang mengalirpada base transistor, dapat dihitung besar tahanan R2 yangdiperlukan adalah :Iz adalah arus minimum yang diperlukan oleh dioda zeneruntuk mencapai tegangan breakdown zener tersebut.Besar arus ini dapat diketahui dari
datasheet yangbesarnya lebih kurang 20 mAJika diperlukan catu arus yang lebih besar, tentu perhitungan arus base I B padarangkaian di atas tidak bisa diabaikan lagi. Seperti yang diketahui, besar arus I Cakan berbanding lurus terhadap arus I B
atau dirumuskan . IC =ß×IB
.Untuk keperluan itu, transistor Q1 yang dipakai bisa diganti dengan transistor darlington yang biasanya memiliki nilai b yang cukup besar. Dengan transistor darlington, arus base yang kecil bisa menghasilkan arus Ic yang lebih besar.
2.6.3 Regulator Op-Amp
Teknik regulasi yang lebih baik lagi adalahdengan menggunakan Op-Amp untuk men-drive transistor Q. Dioda zener di sini tidak langsung memberi umpan ke transistor Q,tetapi sebagai tegangan referensi bagi Op-Amp IC1. Umpan balik pada pin negatif Op-amp adalah cuplikan dari tegangan keluarregulator, yaitu :
V in(-) = (R2/(R1+R2)) V out
Jika tegangan keluar V out menaik, teganganV in(-) juga akan menaik sampai tegangan inisama dengan tegangan referensi Vz.Demikian sebaliknya jika tegangan keluar Vout menurun, misalnya karena suplai arus kebeban meningkat, Op-amp akan menjaga kestabilan di titik referensi V z denganmemberi arus IB ke transistor Q1 sehinggapada setiap saat Op-amp menjaga kestabilan:V in(-) = V zDengan mengabaikan tegangan VBE transistor Q1 dan mensubsitusi rumus,diperoleh hubungan matematis :
V out = ( (R1+R2)/R2) V z
Pada rangkaian ini tegangan output dapat diatur dengan mengatur besar R1 danR2.
Kestabilan di titik referensi V z denganmemberi arus IB ke transistor Q1 sehinggapada setiap saat Op-amp menjaga kestabilan:V in(-) = V zDengan mengabaikan tegangan VBE transistor Q1 dan mensubsitusi rumus,diperoleh hubungan matematis :
V out = ( (R1+R2)/R2) V z 2.6.4 Regulator IC (Integrated Circuit)
Sekarang mestinya tidak perlu susah payah lagimencari op-amp,transistor dan komponenlainnya untuk merealisasikanrangkaian regulator seperti di atas karenarangkaian semacam ini sudah dikemas menjadisatu IC regulator tegangan tetap. Saat inisudah banyak dikenal komponen seri78XX sebagai regulator tegangan tetap positif dan seri79XX yang merupakan regulator untuk tegangan tetap negatif.Bahkan komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus (current limiter ) dan juga pembatas suhu (thermal shutdown). Komponen ini hanya tigapin dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan baik
2.7 Telepon genggam
Telepon genggam (telepon genggam) atau telepon seluler (ponsel) atau handphone (HP) adalah perangkat telekomunikasi elektronik yang mempunyai kemampuan dasar yang sama dengan telepon konvensional saluran tetap, namun dapat dibawa ke mana-mana (portabel/mobile) dan tidak perlu disambungkan dengan jaringan telepon menggunakan kabel (nirkabel wireless).
Datasheet Telepon Seluler
Handphone merupakan perangkat komunikasi yang telah luas digunakan oleh masyarakat di seluruh dunia. Handphone memiliki ukuran kecil sehingga mudah dibawa-bawa dan ringan. Sampai saat ini teknologi yang digunakan pada handphone meningkat dan handphone tidak hanya digunakan untuk komunikasi saja tetapi juga sebagai sarana hiburan dan manajemen personal sang pengguna.
Terlepas dari fitur dan teknologi handphone yang bermacam-macam, dalam tulisan ini akan dijelaskan secara singkat komponen yang sering terdapat pada handphone.
Pada handphone terdapat rangkaian utama yaitu :
1. Rangkaian Transmisi (Tx) adalah rangkaian yang berfungsi untuk mentransmisikan/mengirimkan sinyal radio ke operator. Dalam rangkaian ini terdapat TX Filter, RF power amp, ANT switch, dll.
2. Rangkaian Receiver (Rx) berfungsi untuk menerima sinyal dan penyaring sinyal yang diterima ponsel dari BTS. Dalam rangkaian ini terdapat Frequency Synthesizer, RX-VCO, dan Intermediate
Frequency(IF) Module.
3. IC power supply berfungsi untuk menyediakan daya pada seluruh komponen yang ada di handphone, sesuai dengan kebutuhan daya masing- masing komponen. IC ini juga memiliki fitur automatic charging, dan memutus aliran listrik ke baterai ketika baterai sudah full charge.
Kebutuhan daya pada masing- masing bagian diatur menggunakan sinyal PWM.
4. IC Power Amplifier berfungsi sebagai penguat sinyal dan pengirim data ke operator yang menandakan bahwa nomor ringtone telah aktif. Berfungsi juga sebagai power transmit, yakni mengirimkan energi gelombang elektromagnetik ke operator sekaligus mengunci agar tetap tersambung. IC ini bekerja saat handphone dihidupkan dan saat melakukan panggilan.
IC ini membutuhkan daya yang besar untuk menguatkan sinyal.
5. Antena berfungsi untuk menangkap gelombang radio yang dipancarkan oleh operator.
6. Switch antenna (duplexer) berfungsi sebagai pengirim dan penerima gelombang elektromagnetik. Dengan teknologi full duplexer berupa switch antena pada handphone, kita dapat melakukan komunikasi dua arah.
Duplexer merupakan penyesuai antara antena dan RF/PA.
7. IF IC(RF Processor) merupakan komponen pengolah sinyal yang masuk atau yang keluar dan memperkuat sinyal pada selisih frekuensi. Fungsi lain IF IC adalah sebagai mikser dan detektor. Sebagai mikser, IF IC mencampurkan sinyal operator dengan sinyal ponsel. Sebagai detektor, IF IC memangkas sinyal pembawa dan sinyal audio yang kemudian dialirkan ke IC audio sehingga terjadi selisih. Selisih tersebut diperkuat oleh IF IC sebagai detektor untuk memangkas sinyal pembawa dan sinyal audio yang kemudian dialirkan ke IC audio. Jika komponen ini rusak, ponsel tidak dapat menerima sinyal.
8. IC audio berfungsi memperbesar gelombang suara serta mengubah getaran dari digital ke analog atau sebaliknya. Fungsi IC audio adalah sebagai Pulse Code Modulation(PCM). Kerusakan pada IC audio dapat menyebabkan suara menjadi kecil.
Modul GSM SIM800L adalah modul GSM yang bisa untuk project mikrokontroler seperti monitoring melalui SMS, menyalakan atau mengendalikan saklar listrik melalui SMS dan sebagainya. Modul GSM ini juga dapat berfungsi sebagai SMS gateway apabila dihubungkan dengan mikrokontroler.Spesifikasi Modul GSM SIM800L a.Operasi tegangan: 3.7 ~ 4.2V.
b.Ukuran modul: 2.2cmx1.8cm.
c.TTL port serial dapat digunakan dengan link langsung ke mikrokontroler.
d.Tidak memerlukan MAX232.
e.Power pada modul otomatis boot secara otomatis mencari jaringan
f.Onboard lampu sinyal (dengan sinyal lampu kilat perlahan, tidak ada flash sinyal cepat).Salah satu kelebihan modul GSM ini adalah sangat mudah digunakan dan di operasikan baik melalui computer langsung maupun menggunakan mikrokontroler seperti Arduino Nano. Apabila menggunakan Arduino Nano dibutuhkan sebuah tambahan listing program berupa Library yang dapat membantu mempermudah dalam pemogramanan modul GSM ini
(Gusmanto, 2016)
Modem GSM adalah sebuah perangkat elektronik yang berfungsi sebagai alat pengirim dan penerima pesan SMS. Tergantung dari tipenya, tapi umumnya alat ini berukuran cu
kup kecil, ukuran sama dengan pesawat telepon seluler GSM.Sebuah modem GSM terdiri dari beberapa bagian, di antaranya adalah lampu indikator, terminal daya,terminal kabel ke komputer, antena dan untuk meletakkan kartu SIM.
(Malyan, A. B. J dan Surfa Yondri, Elektron 2.7.1 Short Message Service (SMS)
Pengiriman SMS dari dan ke PC perlu dilakukan terlebih dahulu koneksi
ke SMSC. Koneksi PC ke SMSC adalah dengan menggunakan terminal berupa GSM modem ataupun ponsel yang terhubung dengan PC. Dengan menggunakan ponsel, SMS yang mengalir dari atau ke SMSC harus berbentuk PDU (Protocol Data Unit). PDU berisi bilangan-bilangan heksadesimal yang mencerminkan bahasa I/O (kode). PDU sendiri terdiri atas beberapa bagian yang berbeda antara mengirim dan menerima SMS dari SMSC. Format data PDU ini dikirimkan ke PCdalam bentuk teks (
string) yang menunjukkan nilai heksadesimalnya. Jadi saat ponsel mengirim data heksadesimal F (0FH), maka yang diterima oleh PC adalah teks F.
(Prasetyo,2011: 3)
2.7.2 Format Short Message Service
ATCommand untuk Komunikasi dengan SMS-Centre
AT Command adalah kode instruksi yang digunakan untuk melakukan komunikasi dengan ponsel. Ponsel pada dasarnya adalah modem, sehingga
ATCommand pun berlaku pada modem. Dengan menggunakan kabel data yang tersedia pada masing-masing jenis merek ponsel, kita dapat berkomunikasi dengan ponsel melalui komputer. Keuntungan menggunakan perintah AT Command adalah dapat mengotomatisasi tugas pada ponsel mulai dari penerimaan sampai dengan pengiriman balasan SMS. Untuk mengotomatisasi tugas pada ponsel, maka diperlukan juga bahasa pemrograman yang dapat berkomunikasi dengan port COM pada komputer.
2.7.3 Mengirim SMS Menggunakan Mikrokontroler
Untuk setiap pengiriman SMS, diperlukan data baku sesuai penetapan dokumen spesifikasi dari organisasi ETSI(European
TelecommunicationStandards Institute)pada dokumen spesifikasi GSM 03.04 dan GSM 03.38.Format SMS dibagi menjadi beberapa segmen data di mana setiap segmen memiliki maksud dan spesifikasi. Segmen tersebut adalah nomor SMS center,nomor telepon tujuan, byte untuk keperluan setting sms, dan yang
terpenting adalah isi pesan SMS yang telah diubah dalam bentuk PDU.Untuk dapat mengirimkan atau upload data SMS ke ponsel dan memerintahkan ponsel untuk mengirimkan data SMS, diperlukan instruksi AT.“AT+CMGS=<panjang karakter pesan maksimum>.
2.8 Liquid Crystal Display (LCD)
LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai banyak digunakan.Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari penampil CRT (Cathode Ray Tube), yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan manusia sebagai penampil gambar/text baik monokrom (hitam dan putih), maupun yang berwarna.Teknologi LCD memberikan keuntungan dibandingkan dengan teknologi CRT, kaena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang digunakan sebelum transistor ditemukan. Beberapa keuntungan LCD dibandingkan dengan CRT adalah konsumsi daya yang relative kecil, lebih ringan, tampilan yang lebih bagus, dan ketika berlama-lama di depan monitor, monitor CRT lebih cepat memberikan kejenuhan pada mata dibandingkan dengan LCD.
Gambar 6. LCD
LCD memanfaatkan silicon atau gallium dalam bentuk Kristal cair sebagai pemendar cahaya.Pada layar LCD, setiap matrik adalah susunan dua dimensi
piksel yang dibagi dalam baris dan kolom.Dengan demikian, setiap pertemuan baris dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang latar (backplane), yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang ditutupi oleh lapisan elektroda trasparan.Dalam keadaan normal, cairan yang digunakan memiliki warna cerah. Daerah-daerah tertentu pada cairan akan berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar dan pola elektroda yang terdapat pad sisi dalam lempeng kaca bagian depan.
Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil (beberapa microampere), sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat menggunakan catu daya yang kecil.Keunggulan lainnya adalah tampilan yang diperlihatkan dapat dibaca dengan mudah di bawah terang sinar matahari.Di bawah sinar cahaya yang remang-remang dalam kondisi gelap, sebuah lampu (berupa LED) harus dipasang dibelakang layar tampilan.
Gambar 7. Rangkaian Minimum LCD
LCD yang digunakan adalah jenis LCD yang mena mpilkan data dengan 2 baris tampilan pada display. Keuntungan dari LCD ini adalah :
1. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga dapat memudahkan untuk membuat program tampilan.
2. Mudah dihubungkan dengan port I/O karena hanya mengunakan 8 bit data dan 3 bit control.
3. Ukuran modul yang proporsional.
4. Daya yang digunakan relative sangat kecil.
Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan instruksi membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, tiap karakter dengan huruf 5x7 dot matrik.Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter (membaca program), maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah utama LCD adalah Display Clear, Cursor Home, Display ON/OFF, Display Character Blink, Cursor Shift, dan Display Shift.
Lapisan film yang berisis Kristal cair diletakkan di antara dua lempeng kaca yang telah ditanami elektroda logam transparan. Saat tegangan disatukan pada beberapa pasang elektroda, molekul – molekul Kristal cair akan menyusun diri agar cahaya yang mengenainya akan dipantulkan atau diserap. Dari hasil pemantulan atau penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk pola huruf, angka, atau gambar sesuai bagian yang di aktifkan.
LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat popular untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrument elektronika lain seperti Global Positioning System (GPS), baragraph display dan multimeter digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In Line Package (DIP) dan mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam satu panel. Untuk membentuk pola, baik karakter maupun gambar pada kolom dan baris secara bersamaan digunakan metode Screening.
Metode screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolom dan suatu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua.
Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalur yang digunakan untuk mengaktifkan panel LCD. Saat ini telah dikembangkan berbagai jenis LCD, mulai jenis LCD biasa, Passive Matrix LCD (PMLCD), hingga Thin-Film Transistor Active Matrix (TFT-AMLCD). Kemampuan LCD juga telah ditingkatkan dari yang monokrom hingga yang mampu menampilkan ribuan warna.
2.9 Bahasa C
Bahasa C adalah bahasa pemrograman yang dapat dikatakan berada di antara bahasa beraras rendah dan beraras tinggi. Bahasa beraras rendah artinya bahasa yang berorientasi pada mesin dan beraras tinggi berorientasi pada manusia.
Bahasa beraras rendah, misalnya bahasa assembler, bahasa ini ditulis dengan sandi yang dimengerti oleh mesin saja, oelha karena itu hanya digunakan bagi yang memprogram mikroprosesor. Bahasa beraras rendah merupakan bahasa yang membutuhkan kecermatan yang teliti bagi pemrogram karena perintahnya harus rinci, ditambah lagi masing-masing pabrik mempunyai sandi perintah sendiri.
Bahasa tinggi relatif mudah digunakan, karena ditulis dengan bahasa manusia sehingga mudah dimengerti dan tidak tergantung mesinnya. Bahasa beraras tinggi biasanya digunakan pada komputer.
Pencipta bahasa C adalah Brian W. Kernighan dan Denis M. Ritchi, sekitar tahun 1972. Penulisan program dalam bahasa C dilakukan dengan membagi dalam blok-blok, sehingga bahasa C disebut dengan bahasa terstruktur. Bahasa C dapat digunakan di berbagai mesin dengan mudah, mulai dari PC sampai dengan mainframe, dengan berbagai sistem operasi misalnya DOS, UNIX,
VMS dan lain-lain.
2. Penulisan Program Bahasa C
Program Bahasa C tidak mengenal aturan penulisan di kolom tertentu, jadi bisa dimulai dari kolom manapun. Namun demikian, untuk mempermudah pembacaan program dan untuk keperluan dokumentasi, sebaiknya penulisan bahasa C diatur sedemikian rupa sehingga mudah dan enak dibaca.
Berikut contoh penulisan Program Bahasa C:
#include <at89c51.h>
mai n () {
………
………
}
Program dalam bahasa C selalu berbentuk fungsi seperti ditunjukkan dalam main (). Program yang dijalankan berada di dalam tubuh program yang dimulai dengan tanda kurung buka { dan diakhiri dengan tanda kurung tutup }. Semua yang tertulis di dalam tubuh program ini disebut dengan blok.
Tanda () digunakan untuk mengapit argumen suatu fungsi. Argumen adalah suatu nilai yang akan digunakan dalam fungsi tersebut. Dalam fungsi main diatas tidak ada argumen, sehingga tak ada data dalam (). Dalam tubuh fungsi antara tanda { dan tanda } ada sejumlah pernyataan yang merupakan perintah yang harus dikerjakan oleh prosesor. Setiap pernyataan diakhiri dengan tanda titik koma
;
Baris pertama #include <…> bukanlah pernyataan, sehingga tak diakhiri dengan tanda titik koma (;). Baris tersebut meminta kompiler untuk menyertakan file yang namanya ada di antara tanda <…> dalam proses kompilasi. File-file ini (ber-ekstensi .h) berisi deklarasi fungsi ataupun variable. File ini disebut header.
File ini digunakan semacam perpustakaan bagi pernyataan yang ada di tubuh program.
BAB 3
METODE DAN RANGKAIAN 3.1. Diagram blok
Sensor PH Tanah
Sensor RH Tanah
ADS1115 ATmega8
Power Suply
LCD
SIM800L Mobile
Phone
Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem
3.1.1. Fungsi Tiap blok
Power suplay sebagai Sumber tegangan keseluruh sistem
Lcd sebagai tampilan data dari sensor
Sensor pH tanah sebagai pendeteksi pH tanah
Sensor RH tanah sebagai pendeteksi kelembaban tanah
ADS1115 sebagai konversi tegangan output sensor ke ADC 16 bit
Mikrokontroller sebagai otak atau pengendali sistem
Sim800L sebagai modul GSM untuk menerima dan mengirim sms
Mobile phone sebagai monitor jarak jauh
3.1.2. Penjelasan Diagram blok
Diagram blok diatas menjelaskan alat ini berfungsi untuk mendeteksi kelembaban dan pH tanah secara realtime dengan sms. Alat ini terdiri dari dua sensor yaitu sensro kelembaban tahan dan pH tanah, vout dari kedua sensor tersebut di konversi oleh IC ADS1115 yaitu pengkonversi ADC 16 bit, untuk mendapatkan ketelitian yang lebih bagus. Komunikasi ADS1115 ini adalah i2c yang dapat langsung di read oleh mikrokontroller dengan register-register yang tersedia oleh IC tersebut. Data yang di hasilkan dari IC tersebut akan di tampilkan di LCD dan di kirim melalui SMS, untuk interval sms dapat di atur sesuai keinginan.
3.2. Rangkaian mikrokontroller
Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMEGA8 dapat dilihat pada gambar 3.2 di bawah ini :
Gambar 3.2 Rangkaian Mikrokontroller
Dari gambar 3.2 yaitu gambar rangkaian mirkonontroller berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega8. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.
Pin 9 dan 10 dihubungkan ke XTAL 16 MHz dan dua buah kapasitor 22 pF.
XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler ATMega8 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 1 merupakan masukan reset (aktif Low). Pulsa transisi dari tinggi ke rendah akan me-reset mikrokontroler ini.
Untuk men-download file heksadesimal ke mikrokontroler, Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd dari kaki mikrokontroler dihubungkan ke Jack 10 Pin header sebagai konektor yang akan dihubungkan ke ISP Programmer. Dari ISP Programmer inilah dihubungkan ke komputer melalui port USB.
Kaki Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd pada mikrokontroler terletak pada kaki 17, 18, 19, 1, 7 dan 8. Apabila terjadi keterbalikan pemasangan jalur ke ISP Programmer, maka pemograman mikrokontroler tidak dapat dilakukan karena mikrokontroller tidak akan merespon.
3.3. Rangkaian power supplay
Rangkaian power suplay atau rangkaian regulator dapat dilihat pada gambar 3.3 di bawah ini :
Gambar 3.3 Rangkaian Regulator
Rangkaian ini menggunakan IC 7805 sebagai IC regulator yang akan mempertahankan tegangan output tetap 5 Volt walaupun input tegangan pada rangkaian ini naik turun. Kapasitor 2200uF sebagai filter tegangan masuk 12 volt dan 220uF filter tegangan output regulator.
3.4. Rangkaian Buzzer
Rangkaian buzzer dapat dilihat pada gambar 3.3 di bawah ini :
Gambar 3.4 Rangkaian buzzer
Komponen buzzer pada rangkaian ini berfungsi sebagai indicator pada system, jika ada sms masuk sms keluar dan lain lain membutuhkan indicator sebagai pemberitahuan kepada user yang sedang terjadi pada keseluruhan system.
Untuk mengaktifkan buzzer membutuhkan suplay sebesar 5 Volt, pin posistif buzzer dihubungkan ke pin PORTB.5.
3.5. Rangkaian LCD
Pada alat ini display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16x2, dan ditambahkan dengan converter I2C to karakter yang berfungsi untuk mempermudah dan menghemat pin mirkrokontroller, pemasangan lcd dan converter i2c to lcd sangat mudah, karena tidak perlu mengubah konfigurasi pin input dan outputnya. Rangkaian lcd dapat di lihat pada gambar 3.5 di bawah ini.
Gambar 3.5. Rangkaian LCD 16x2
Converter i2c to LCD menggunakan komunikasi i2c yang sangat mudah digunakan dan register sudah terdapat di dalam mikrokontroller yaitu pada pin PORTC.4 untuk pin SDA dan PORTC.5 untuk pin SCL.
3.6. Rangkaian SIM800
Rangkaian GSM menggunakan modul sim800L, modul ini bersimensi kecil sehingga mudah untuk digunakan dan dirangkai di rangkaian manapun.
Untuk mengaktifkan modul ini membutuhkan suplay 4 volt DC karena pada modul ini tidak tersedia regulator yang dapat menurunkan tegangan sebesar 4 volt.
Untuk rangkaian modul yang terhubung ke mikrokontroller dapat di lihat pada gambar 3.6. di bawah ini.
Gambar 3.6. Rangkaian Modul GSM
Komunikasi modul sim800l ini Serial RX dan TX, pada alat ini saya merubah pin analog menjadi pin serial dengan library yang telah tersedia, untuk rangkaian modul ini terhubung ke PORTC.0 dan PORTC.1.
3.7. Rangkaian sensor RH dan pH Tanah
Untuk mendapatkan data yang baik sensor membutuhkan sebagai pengondisi signa yang baik, pada rangkaian ini saya mengginakan modul ADS1115 yang merupakan modul adc 16 bit dalam 860 sampel perdetik dan mengginakan protocol i2c untuk mentransfer datanya.
Ada dua cara untuk menggunakan modul ini yaitu dengan singgle dan differential channel. Dimana singel ended bekerja pada stu pin inputan adc setuap chanelnya sedangkan differentil bekerja dengan menggunakan dua pin inputan yaitu satu pun masuk ke output sensor dan satu lagi ke pin ground. Rangkaian modul ADS1115 dapat di lihat pada gambar 3.7 di bawah ini.
Gambar 3.7 Rangkaian sensor dan ADS1115
Dari pembacaan pada volt meter sensor pH dan RH tanah memiliki output yang sangat kecil max sekitar 400mV untuk mendapatkan ketelitian dengan adc internal mikrokontroller tidak dapat di lakukan karena nilai max adc mikrokontroller hanya 1024 yaitu 10 bit. Maka dari itu membutuhkan ADS1115 untuk mendapatkan ketelitian yang lebih baik. Ads1115 memiliki nilai max 16 bit atau setara dengan 65.536 untuk vout yang kecil dapat terbaca oleh IC tersebut.
3.8. Flowchart
Mulai
Inisialisasi
Read pH Tanah
Read RH tanah
Konversi Data
Tampil Data LCD
Inveterval SMS Kirim SMS
Selesai
ya Tidak
Gambar 3.8. Flowchart sistem
BAB 4
PENGUJIAN DAN HASIL
4.1. Pengujian rangkaian mikrokontroller
Untuk melakukan pengujian mikrokontroller ATmega8 pada penelitian ini, membutuhkan sebuah PC (Personal Computer) digunakan untuk menginstal software yang dibutuhkan dalam pengujian mikrokontroller ATmega8 dan juga sebuah usbasp atau usbisp. Salah satu pengujian mikrokontroller ATmega8 menggunakan software ProgIsp yaitu dengan menguhubungkan mikrokontroller ATmega8 ke PC menggunakan usbasp. Dengan terhubungnya mikrokontroller ke PC maka software dapat membaca data (read signature) pada mikrokontroller ATmega8. Dibawah ini dalah gambar hasil read signature pada mikrokontroller ATmega8.
Gambar 4.1 Read signature mikokontroller ATmega8
Dengan demikian mikrokontroller ATmega8 dapat bekerja dengan baik, cara kedua yaitu dengan memprogram mikrokontroller dengan software arduino.
Pada software ini dapat menanamkan sebuah program kedalam chip mikrokontroller ATmega8. Dibawah ini adalah contoh program yang di compile pada software arduino kemudian di upload.
void setup() {
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
delay(1000);
}
Dari program di atas dapat di upload dengan sempurna dan program dapat bekerja dengan baik. Hasil dari program di atas yaitu pin 13 pada mikrokontroller ATmega8 mengeluarkan tegangan sebesar 5 Volt kemudian 0 volt dengan waktu tunda selama 1 detik. Dengan demikian mikrokontroller ATmega8 dapat dipastikan bekerja dengan baik dan sempurna.
4.2. Pengujian rangkaian power supplay
Pengujian power suplay adalah pengujian output dari regulator 7805 untuk menghindari kerusakan pada mikrokontroller, inputan regulator menggunakan catudaya 1 arus Amper dan tegangan 12Volt, kemudian difilter oleh sebuah kapasitor untuk menghilangkan noise yang belum terfilter pada catudaya tersebut
kemudian di regulalasi agar tegangan tetap 5 volt walaupun input naik turun.
Pengujian ini dilakukan dengan pengukuran inputan pada regulator dan output regulator. Setelah di ukur input regulator 12,1 Volt dan output regulator 5,03 volt, dengan demikian regulator aman digunakan untuk mikrokontroller karena tegangan masih di ambang aman untuk konsumsi tegangan pada mikrokontroller.
4.3. Pengujian rangkaian Buzzer
Buzzer adalah salah satu komponen indikator sebagai pemberitahuan atau juga bisa digunakan sebagai alarm. Untuk mengaktifkan buzzer sangat mudah yaitu dengan memberikan tegangan sebesar 3 Volt dc maka buzzer akan aktif, maka dari itu saya merangkai buzzer langsung ke pin mikrokontroller tanpa menggunakan komponen lain. Untuk pengujian buzzer dapat dilakukan 2 cara yang pertama memberikan suplay tegangan 3 volt dc dan dengan memprogram mikrokontroller dan dirangkaian sesuai dengan setting program. Pada program buzzer di setting hidup dan mati dengan interval satu detik, dengan program seperti dibawah ini
Int LED = 13;
void setup() {
pinMode(LED, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(LED, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(LED, LOW);
delay(1000);
}
4.4. Pengujian rangkaian LCD
Bagian ini hanya terdiri dari sebuah LCD dot matriks 2 x 16 karakter yang berfungsi sebagai tampilan hasil pengukuran dan tampilan dari beberapa keterangan. LCD dihubungkan langsung ke A4 dan A5 dari mikrokontroler Atmega328 yang berfungsi mengirimkan data hasil pengolahan untuk ditampilkan dalam bentuk alfabet dan numerik pada LCD. Display karakter pada LCD diatur oleh pin EN, RS dan RW. Jalur EN dinamakan Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahu LCD bahwa anda sedang mengirimkan sebuah data. Untuk mengirimkan data ke LCD, maka melalui program EN harus dibuat logika low dan set ( high ) pada dua jalur kontrol yang lain RS dan RW. Jalur RW adalah jalur kontrol Read/ Write. Ketika RW berlogika low, maka informasi pada bus data akan dituliskan pada layar LCD. Ketika RW berlogika high, maka program akan melakukan pembacaan memori dari LCD. Sedangkan pada aplikasi umum pin RW selalu diberi logika low.
Berdasarkan keterangan di atas maka kita sudah dapat membuat progam untuk menampilkan karaker pada display LCD. Adapun program yang diisikan ke mikrokontroller untuk menampilkan karakter pada display LCD adalah sebagai berikut:
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
void setup() {
lcd.begin();
lcd.backlight();
lcd.print("Inisialisasi GSM");
}
void loop(){}
Program di atas akan menampilkan kata “Hello, world!"” di baris pertama pada display LCD 2x16. Pada alat dalam penelitian ini, Saat keseluruhan rangkaian diaktifkan, maka pada LCD akan menampilkan status sensor dan mengirimkan data ke mobile phone melalui sms.
Gambar 4.2. Pengujian LCD 4.5. Pengujian rangkaian SIM800L
SIM800L memilik 4 pin yang penting yaitu vcc, gnd, rx dan tx, vcc di hubungkan kesumber tegangan 4 volt, gnd di hubungkan ke gnd alat, tx di hubungkan ke pin mikrokontroller pin rx dan pin tx di hubungkan ke pin rx mirkokontroller. Karena komunikasi sim800L serial, maka pin komunikasinya harus di balik agar sinkron. Pengujian sim800L ini menggunakan sebuah program yang akan mengirimkan sms ke user yaitu dengan program seperti dibawah ini.
#include <Sim800l.h>
#include <SoftwareSerial.h>
Sim800l Sim800l;
char* text;
char* number;
bool error;
void setup(){
Sim800l.begin();
text="Testing Sms";
number="085261065652";
error=Sim800l.sendSms(number,text);
}
void loop(){
}
Program diatas adalah perintah mikrokontroller ke sim800L untuk mengirimkan sms ke nomor “085261065652” dengan isi sms “Testing Sms”.
Dengan demikian mirkontroller telah terhubung ke sim800L dengan benar dan sim800L dapat digunakan dengan baik.
4.6. Pengujian rangkaian sensor RH dan pH Tanah
Sensor RH tanah adalah sensor yang dapat mengukur kadar air yang terdat pada tanah dan mengubah menjadi tegangan listrik, sensor RH ini memiliki output yang sangat kecil untuk mendapatken ketelitian yang baik maka pada rangkaian ini menggunakan modul ADS1115 yang dapat mengkonversi ADC 16 bit.
Pengujian rangkaian sensor ini dengan cara memprogram mikrokontroller dengan program seperti di bawah ini.
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_ADS1015.h>
Adafruit_ADS1115 ads;
void setup(void)
{
Serial.begin(9600);
ads.setGain(GAIN_FOUR);
ads.begin();
}
void loop(void) {
int16_t results;
float multiplier = 0.03125;
results = ads.readADC_Differential_2_3();
Serial.print("Differential: ");
Serial.print(results);
Serial.print("(");
Serial.print(results * multiplier);
Serial.println("mV)");
delay(1000);
}
Dengan Program diatas dapat dihaslkan output dari sensor dengan resulusi 0.03125 mV, maka dapat di pastikan dengan modul tersebut sensor dapat menghasilkan data dengan baik dan dengan ketelitian yang baik.
