Perancangan dalam tugas akhir ini terdiri dari beberapa komponen-komponen yang akan di rangkaikan menjadi sebuah diagram blok yang membentuk sebuah sistem yang akan di rancang, adapun perancangan alat keseluruhan terdiri dari beberapa rangkaian utama yaitu: rangkaian sensor suhu DHT 11, rangkaian display LCD 16 x 2 karakter, rangkaian mikrokontroller arduino UNO, komunikasi serial visual basic 6.0 dan data logger serta dapat diakses oleh smart phone lewat aplikasi team viewer.
3.1 Gambaran Umum
Rancang bangun monitoring suhu kapasitor bank tegangan menengah pada gedung bertingkat atau industri berbasis mikrokontroller arduino, komunikasi serial visual basic 6.0 dan dapat diakses melalui smart phone melalui aplikasi teamviewer digunakan untuk menghindari terjadi kebakaran atau ledakan pada kapasitor bank yang terlalu panas (over heat) yang melampaui batas tingkat kepanasan pada komponen kapasitor itu sendiri.
Dengan adanya sistem monitoring suhu kapasitor bank ini terdiri dari input dan output. Bagian input terdiri dari empat buah sensor suhu yang berfungsi sebagai pendeteksi suhu pada ke empat kapasitor bank. Proses data dilakukan oleh
mikrokontroller arduino melalui komunikasi serial visual basic yang dilengkapi dengan data logger sehingga setiap kejadian/history dapat di rekam dan di simpan datanya dalam bentuk excel. Pada bagian output terdapat sebuah display LCD 16 x 2 karakter dan aktif Buzzer lamp. Display LCD 16 x 2 karakter untuk mengetahui aktual suhu yang terdapat pada setiap kapasitor bank. Aktif Buzzer lamp sebagai indikator apabila pada salah satu atau lebih kapasitor bank terjadi kelebihan panas (over heat) melewati suhu yang sudah ditentukan. Monitoring suhu ini tidak hanya dapat dilihat melalui display LCD saja tetapi dapat di monitoring melalui komunikasi serial ke Personal Computer (PC), serta dapat di akses oleh smart phone melalui aplikasi team viewer.
3.2 Diagram Blok
Dalam perancangan suatu alat diagram blok berfungsi untuk mempermudah dalam memahami suatu rangkaian. Adapun sistem secara keseluruhan, diagram blok dan hubungan tiap bagian dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Keterangan blok diagram:
1. Sensor Suhu : Dimana rangkaian ini berfungsi sebagai alat untuk merubah besaran suhu menjadi besaran listrik.
2. Rangkaian Mikrokontroller : Rangkaian ini berfungsi untuk mengolah dan memproses data juga sebagai media penyimpan program assembly.
3. Rangkaian Display LCD 16 x 2 karakter : Rangkaian ini berfungsi untuk monitoring suhu yang ada di panel kapasitor bank secara aktual.
4. Personal Computer (PC) : Mengolah atau memproses data yang diterima komunikasi serial dan ditampilkan di layar monitor, juga berfungsi sebagai media penyimpan data base.
5. Smart Phone : Alat monitoring yang dapat di akses melalui aplikasi team viewer yang terintegrasi dengan Personal Computer (PC) melalui jaringan internet.
3.3 Desain Sistem Monitoring Suhu Kapasitor Bank
Sistem monitoring suhu kapasitor bank yang dibuat dalam penelitian ini dirancang untuk mencegah terjadinya kebakaran atau ledakan pada suatu gedung atau industri akibat suhu pada kapasitor bank yang terlalu panas (Over Heat) sehingga akan membakar frame dan kabel dari kapasitor itu sendiri. Sistem ini dikendalikan oleh mikrokontroller arduino uno dengan proses penerimaan dan pengiriman data berbasis komunikasi serial visual basic 6.0 berikut data logger nya dan data sensor suhu yang akan ditampilkan pada display LCD 16 x 2 karakter serta dapat
dimonitoring melalui Smart Phone melalui aplikasi Team Viewer. Sistem ini akan memberikan informasi dari hasil pengukuran sensor suhu pada setiap kapasitor bank dan dapat di monitor melalui PC dan display LCD serta dapat di lihat melalui Smart Phone melalui aplikasi Team Viewer.
3.3.1 Desain Perangkat Keras (Hardware) a) Sensor Suhu
Dalam rancangan alat ini menggunakan 4 buah sensor suhu DHT 11 yang berfungsi untuk mengukur temperatur pada kapasitor bank yang memiliki tingkat stabilitas yang sangat baik, fitur kalibrasi yang sangat akurat, pembacaan data yang cepat serta kemampuan anti-interference. Berikut gambar rangkaian Arduino dan sensor suhu DHT 11.
Tabel 3.1 Karakteristik sensor Suhu DHT 11
Model DHT 11
Power supply 3-5.5 VDC
Output signal Digital signal via single bus
Measuring range Humidity 20-90%RH ±5%RH error
temperature 0-50ºC error of ± 2ºC
Accuracy Humidity ±4%RH (Max ±5%RH) error
temperature 0-50ºC error of ± 2ºC
Resolution or sensitivity Humidity 1%RH; Temperature
0.1Celsius
Repeatability Humidity ±1%RH; Temperature ±
1Celsius
Humidity hysteresis ±1%RH
Long-term stability ±0.5%RH/year
Sensing period Average: 2s
Interchangeability Fully interchangeable
Dimensions size 12*15.5*5.5mm
Dari penjelasan diatas bahwa struktur yang merupakan cara kerja dari sensor suhu DHT 11 memiliki 3 buah kaki yaitu: yang pertama pada bagian kaki (Vcc) di DHT 11 dihubungkan ke bagian yang bernilai sebesar 5V pada board arduino uno, yang kedua untuk bagian kaki GND DHT 11 dihubungkan ke ground (GND) pada board arduino uno, sedangkan yang ketiga pada bagian kaki data yang merupakan keluaran (Output) dari hasil pengolahan data analog dari sensor DHT 11 yang dihubungkan ke bagian analog input (pin 8, pin 9, pin 12 dan pin 13). Berikut rangkaian sensor suhu :
Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Suhu DHT 11
b). Mikrokontroller Arduino Uno
Arduino UNO menggunakan mikrokontroller ATmega328 dan memiliki 14 input output dan 6 input analog ( dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 Mhz osilator Kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header dan tombol reset. Arduino UNO berisi fitur-fitur yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroller, antara lain yaitu:
Mikrokontroller : ATMEGA328
Tegangan Operasi : 5 Volt
Tegangan Input (recommended) : 7 – 12 Volt
Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM)
Pin analog input : 6
Arus DC per pin I/O : 40 mA
Arus DC untuk Pin 3.3 V : 150 mA
Flash Memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader
EEPROM : 1 KB
Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz Seperti gambar dibawah ini:
Gambar 3.4 Mikrokontroller Arduino Uno
Adapun beberapan pin yang dipergunakan untuk rangkaian monitoring suhu kapasitor bank adalah sebagai berikut:
Pin 2 sampai dengan pin 7 (Digital) untuk display LCD 16 x 2 karakter
Pin 8 (Digital) untuk sensor suhu DHT 11 kapasitor bank 1 (CB1)
Pin 9 (Digital) untuk sensor suhu DHT 11 kapasitor bank 2 (CB2)
Pin 11 (Digital) untuk buzzer lamp
Pin 12 (Digital) untuk sensor suhu DHT 11 kapasitor bank 3 (CB3)
Pin 13 (Digital) untuk sensor suhu DHT 11 kapasitor bank 4 (CB4)
Pin 5 volt untuk power suplai
Pemrograman Arduino Uno
Pemrograman board Arduino dilakukan dengan menggunakan Arduino Software (IDE). Chip ATmega328 yang terdapat pada Arduino Uno R3 telah diisi program awal yang sering disebut bootloader. Bootloader tersebut yang bertugas untuk memudahkan untuk melakukan pemrograman lebih sederhana menggunakan Arduino Software, tanpa harus menggunakan tambahan hardware lain. Cukup hubungkan Arduino dengan kabel USB ke PC atau Mac/Linux, kemudian jalankan software Arduino Software (IDE), dan sudah bisa mulai memrogram chip ATmega328. Lebih mudah lagi, di dalam Arduino Software sudah diberikan banyak contoh program yang memanjakan untuk belajar mikrokontroller.
Komunikasi Serial dengan Personal Computer (PC)
Arduino Uno R3 memiliki beberapa fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, berkomunikasi dengan Arduino lainnya, atau dengan mikrokontroller lain nya. Chip Atmega328 menyediakan komunikasi serial UART TTL (5V) yang tersedia di pin 0 (RX) dan pin 1 (TX). Chip ATmega16U2 yang terdapat pada board berfungsi menterjemahkan bentuk komunikasi ini melalui USB dan akan tampil sebagai Virtual Port di komputer. Firmware 16U2 menggunakan driver USB standar sehingga tidak membutuhkan driver tambahan. Pada Arduino Software (IDE) terdapat monitor serial yang memudahkan data textual untuk dikirim menuju Arduino atau keluar dari Arduino. Led TX dan RX akan menyala berkedip-kedip
ketika ada data yang ditransmisikan melalui chip USB to Serial via kabel USB ke komputer. Untuk menggunakan komunikasi serial dari digital pin, menggunakan Software Serial library. Chip ATmega328 juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Di dalam Arduino Software (IDE) sudah termasuk Wire Library untuk memudahkan menggunakan bus I2C. Untuk menggunakan komunikasi SPI, gunakan SPI library.
c). Display LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2 karakter
Dalam menampilkan karakter untuk membantu menginformasikan proses dan kontrol yang terjadi dalam suatu program yaitu menggunakan Display LCD. LCD (Liquid Crystal Display) ini akan menampilkan suhu atau temperatur yang aktual pada setiap kapasitor bank, sehingga dapat di monitoring setiap saat. LCD 16 x 2 karakter yaitu terdiri dari 16 kolom dan 2 baris sehingga dapat menampilkan suhu kapasitor bank sebanyak 4 buah yaitu: CB (Capasitor Bank) 1, CB 2, B 3 dan CB 4.Seperti gambar dibawah ini:
Modul display LCD ini memiliki karakteristik sebagai berikut : 1. Terdapat 16 x 2 karakter huruf yang bias ditampilkan. 2. Terdiri dari 5 x 7 dot-matrix cursor.
3. Terdapat 192 macam karakter.
4. Terdapat 80 x 8 bit display RAM (maksimal 80 karakter)
5. Memiliki kemampuan penulisan dengan 8 bit maupun dangan 4 bit 6. Dibangun oleh osilator lokal
7. Satu sumber tegangan 5 volt.
8. Otomatis reset saat tegangan dihidupkan. 9. Bekerja pada suhu 0ºC sampai 55ºC.
Tabel 3.2 Konfigurasi Pin Display LCD 16 x 2 karakter
No Simbol Level Fungsi
1 Vss - 0 Volt
2 Vcc - 5+10% Volt
3 Vee - Penggerak LCD
4 RS H/L
H=Memasukan Data, L= Memasukan Ins 5 R/W H/L H=Baca, L=Tulis 6 E Enable Signal 7 DB0 H/L Data Bus 8 DB1 H/L
9 DB2 H/L 10 DB3 H/L 11 DB4 H/L 12 DB5 H/L 13 DB6 H/L 14 DB7 H/L 15 V+BL Kecerahan LCD 16 V-BL
Berikut gambar rangkaian Display LCD 16 x 2 karakter:
c). Personal Computer (PC)
Personal Computer adalah seperangkat komputer yang digunakan oleh satu orang saja / pribadi. Fungsi utama dari PC adalah untuk mengolah data input dan menghasilkan output berupa data/informasi sesuai dengan keinginan user (pengguna). Dalam pengolahan data yang dimulai dari memasukkan data (input) sampai akhirnya menghasilkan informasi, komputer memerlukan suatu sistem dari kesatuan elemen yang tidak bisa terpisahkan yaitu: Hardware (Perangkat keras), Software (Perangkat Lunak) dan Brainware (Perangkat Manusia/User). PC disini bertugas untuk menampilkan suhu/temperature pada kapasitor bank melalui pemrograman visual basic 6.0 sehingga akan tampil secara actual dengan komunikasi serial dari mikrokontroller arduino Uno R3 melalui USB ke PC. Seperti gambar dibawah ini:
Gambar 3.7 Komunikasi Serial Arduino UNO dengan PC/Laptop
PC tersebut dapat di monitor setiap saat melalui jaringan internet dengan Smart Phone (Telepon Cerdas), sehingga dapat di monitor dengan jarak jauh.
e). Smart Phone (Telepon Cerdas)
Telepon cerdas (bahasa Inggris: smartphone) adalah telepon genggam yang mempunyai kemampuan dengan pengunaan dan fungsi yang menyerupai komputer. Belum ada standar pabrik yang menentukan arti ponsel cerdas. Bagi beberapa orang, ponsel cerdas merupakan telepon yang bekerja menggunakan seluruh perangkat lunak sistem operasi yang menyediakan hubungan standar dan mendasar bagi pengembang aplikasi. Bagi yang lainnya, ponsel cerdas hanyalah merupakan sebuah telepon yang menyajikan fitur canggih seperti surel (surat elektronik), internet dan kemampuan membaca buku elektronik (e-book) atau terdapat papan ketik (baik sebagaimana jadi maupun dihubung keluar) dan penyambung VGA.
Dengan kata lain, ponsel cerdas merupakan komputer kecil yang mempunyai kemampuan sebuah telepon. Pertumbuhan permintaan akan alat canggih yang mudah dibawa ke mana-mana membuat kemajuan besar dalam pemroses, layar dan sistem operasi yang di luar dari jalur telepon genggam sejak beberapa tahun ini. Smart phone disini berfungsi untuk mengontrol parameter suhu/temperature yang ada di PC melalui jaringan internet dengan aplikasi team viewer, sehingga dengan mudah monitoring suhu kapasitor bank meskipun dalam keadaaan jauh dari lokasi panel tersebut. Melalui aplikasi team viewer secara online sangat mudah pengoperasiannya yaitu dengan cara memasukkan IP address dan password yang ada di aplikasi team viewer PC melalui smart phone dan langsung dapat terkoneksi secara real. Berikut gambar smart phone yang terintegrasi dengan PC:
Gambar 3.8 Smart Phone terintegrasi dengan PC
Dari semua konsep diagram blok, gambar dan rangkaian diatas digabungkan menjadi satu yang berbentuk hardware, seperti gambar di bawah ini:
Smart phone App Team Viewer Jaringan Internet PC 4 buah sensor suhu DHT 11 Trim pot Display LCD 16 x 2 karakter Arduino UNO R3 Komunikasi Serial USB App Team Viewer Indikator Lamp Buzzer
Komponen diatas terdiri dari :
1. 1 buah Mikrokontroller arduino UNO R3. 2. 4 buah sensor suhu tipe DHT 11.
3. 1 buah Display LCD 16 x 2 karakter.
4. 1 buah PC (Personal Computer) dengan install aplikasi Team Viewer. 5. 1 buah Smart Phone sudah terinstall aplikasi Team Viewer.
6. 1 buah Buzzer 7. 1 buah lampu LED
Prinsip kerja:
Ketika salah satu atau lebih kapasitor bank melampaui batas panas yang sudah di setting, maka sensor suhu sebagai input akan bekerja dan mengeluarkan tegangan masuk ke mikrokontroller arduino UNO kemudian diproses sesuai program yang akan tampil di Display LCD 16 x 2 karakter dan buzzer akan bekerja/bunyi begitupun lampu indicator LED akan menyala. Dari semua data akan dikirim melalui komunikasi serial lewat USB ke PC (Personal Computer) akan tampil di layar PC dengan menggunakan aplikasi program Visual basic 6.0 , sehingga dapat memonitoring suhu pada kapasitor bank secara real/nyata, bukan hanya itu saja tetapi dengan membuat program di Visual Basic 6.0 dapat menyimpan data kejadian-kejadian (history) yang lalu sesuai dengan interval yang kita inginkan yang disebut dengan Data Logger. Dalam PC (Interface) tersebut dapat di monitoring juga melalui Smart Phone (Telepon cerdas) dengan menginstall aplikasi Team Viewer baik dari PC itu sendiri dan telepon cerdas akan terintegrasi apa yang dilihat di monitor PC akan
terlihat juga di smart phone melalui jaringan internet secara online, sehingga kita dapat memonitoring kapasitor tersebut dengan jarak jauh.
3.3.2 Desain Perangkat Lunak (Software)
Perangkat lunak (Sofware) yaitu untuk mendukung perangkat keras (Hardware). Perangkat lunak berisi program-program yang akan digunakan untuk memberikan sejumlah perintah yang akan dieksekusi oleh mikrokontroller. Sebuah perangkat lunak akan dapat bekerja dengan baik jika sejumlah perintah yang diberikan mikrokontroller dapat dieksekusi dengan baik sesuai dengan perintah program yang diberikan maka, antara perangkat lunak dan perangkat keras harus sinkron, sehingga system dapat bekerja dengan baik. Pada gambar dibawah ini menunjukkan flowchart dari keseluruhan sistem.
Spesifikasi yang digunakan perangkat lunak adalah sebagai berikut:
Pemograman Arduino UNO IDE digunakan untuk mikrokontroller terhadap rangkaian alat dan komunikasi dengan komputer PC.
Pemograman visual basic 6.0 berikut data logger berbentuk windows excel untuk menampilkan hasil pembacaan dari sensor suhu DHT 11 yang disimpan dalam bentuk file excel.
A. Perancangan Sofware Arduino UNO
Untuk menyelesaikan perancangan alat yang telah dibuat agar disesuaikan yang kita inginkan, maka tahap selanjutnya adalah membuat bahasa pemograman untuk di upload ke board arduino UNO. Adapun bahasa pemograman yang digunakan adalah sebagai berikut:
o Void setup : digunakan untuk mendefinisikan mode pin atau memulai komunikasi serial.
o Pin Mode : digunakan untuk mengatur fungsi sebuah pin sebagai INPUT atau OUTPUT.
o Void Loop : digunakan untuk menggunakan fungsi yang terus menerus setelah fungsi void setup dijalankan satu kali.
o Serial begin (9600) : digunakan untuk mengaktifkan fitur UART dan menginiliasisasinya.
Aktifkan program arduino UNO lalu buat program pada sketch arduino sebagaimana pada gambar dibawah ini, lalu save program setelah muncul done saving, selanjutnya program di compile untuk memeriksa apakah program sudah benar. Apabila program di compile tidak ada kesalahan maka akan tampil done compiling yang berarti program sudah siap di upload. Berikut program yang sudah Done di Arduino UNO:
B. Perancangan Software Visual Basic 6.0
Visual Basic mempunyai program dengan aplikasi Grafichal User Interface (GUI) yang dapat menjadikan pemakai computer dapat berkomunikasi langsung dengan computer lain dan dapat menyimpan history sesuai dengan interval yang kita inginkan dalam data logger. Dengan menggunakan Komunikasi Serial yang sudah dikemas pada software Arduino menjadikan pengguna biar berkomunikasi dengan Arduino melalui GUI. Program tampilan yang dibuat menggunakan Visual Basic 6.0 akan memudahkan untuk melihat hasil pengukuran yang dapat dari arduino.
Pertama aktifkan VB 6.0 melaui tombol start>Program>Microsoft Visual Basic, seperrti gambar dibawah ini:
Tunggu beberapa saat dan akan tampil seperti gambar dibawah ini:
Gambar 3.13 Tampilan New Project Visual Basic 6.0
Kemudian akan tampil form untuk membuat project baru serta kenali komponen-komponen pada Tool Box, lalu klik EXE sehingga dapat melihat tampilan kerja atau IDE VB 6.0. Ada beberapa komponen yang dipergunakan pada visual basic 6.0 antara lain :
3 Timer
1 MSComm
1 Combo
8 Command
2 Text
1 List
Berikut gambar tampilan visual bascic 6.0 yang sudah di program dibawah ini:
Title: Subject: Author: user Keywords: Comments: Creation Date: 10/17/2016 8:27:00 PM Change Number: 38
Last Saved On: 12/9/2016 1:16:00 PM Last Saved By: user
Total Editing Time: 1,621 Minutes
Last Printed On: 12/9/2016 1:24:00 PM As of Last Complete Printing
Number of Pages: 21
Number of Words: 2,866 (approx.)
