viii
Kualitas air kolam ikan harus terjaga untuk menjamin kelangsungan hidup ikan. Air sungai yang masuk ke kolam menentukan kualitas air kolam. Kualitas air kolam tersebut dapat diukur dengan bantuan sensor seperti suhu, oksigen, keasaman, kekeruhan air serta konduktivitas. Permasalahan yang ada pemilik kolam perlu sering meninjau kondisi kolam. Penelitian ini bertujuan membuat sistem telemetri antara bagian pengukur sensor serta bagian penampil untuk mempermudah pemilik kolam dalam menjaga kualitas air kolam.
Sistem telemetri dilakukan dengan cara modul terminal unit melakukan pengukuran parameter kualitas air kolam serta menentukan posisi buka-tutup pintu air kolam. Informasi tersebut kemudian dikirimkan ke modul sentral unit yang bertugas sebagai penampil secara telemetri menggunakan modul RX01-433D dan RX02-433D. Mikrokontroler Atmega128 pada modul terminal unit digunakan untuk mengambil data-data pada sensor yang kemudian dikumpulkan menjadi satu paket data dan dikirimkan ke sentral unit. Terminal unit ini juga melakukan kendali dari nilai sensor yang didapat dan dibandingkan dengan batasan sensor yang telah ditentukan.
Pengiriman paket data dapat menempuh jarak lebih dari sama dengan 20 meter. Modul terminal unit telah berhasil menerima data sensor, terima data dan pengiriman data dari sentral unit serta terminal unit telah berhasil melakukan pengendalian sesuai perancangan. Pegiriman paket data dari terminal unit ke sentral unit telah bekerja sesuai dengan waktu yang ditentukan.
ix
Fish pond water quality must be maintained to ensure the survival of fish. Water is the most important thing of that. The quality can be measurement with the sensor of temperature, oxygen, pH, turbidy and conductivity. The problem is the owners should frequently review to his fish pond. This study has the objective to make a telemetry system between the sensor and the screen to make the owners more easier in maintaining the quality of his fish pond water.
Telemetry system can be done by means of a terminal unit measuring the quality of the pool water and determine the position of opening and closing the door of the pool water. Data from the measurement will be sent to the central units that has the task of monitoring telemetry using TX02-433D and RX1-433D module. Microcontroller Atmega128 in the terminal units is used to retrieve the data from the sensor. Data that have been taken are collected into one data packet and sent to the central units. Terminal units will doing controlling by comparing the sensor value obtained and compared with a predetermined limit sensor.
Transmission of data packets can travel a distance equal to more than 20 meters. Terminal module unit has successfully send data from the sensors, receive data and transmission data from the central control unit and controlling. Data packets can be sent from the terminal unit to the central unit has been working with the specified time.
SISTEM TELEMETRI KUALITAS AIR KOLAM IKAN
MENGGUNAKAN TX02-433D DAN RX01-433D
SEBAGAI TERMINAL UNIT
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Oleh :
JOHN FISHER JEFFERSON PAKPAHAN NIM : 115114010
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
i
SISTEM TELEMETRI KUALITAS AIR KOLAM IKAN
MENGGUNAKAN TX02-433D DAN RX01-433D
SEBAGAI TERMINAL UNIT
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Oleh :
JOHN FISHER JEFFERSON PAKPAHAN NIM : 115114010
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
THE TELEMETRY SYSTEM OF FISH POND WATER
QUALITY USING TX02-433D AND RX01-433D
AS A TERMINAL UNIT
Presented As Partial Fulfillment Of The Requirements
To Obtain The Sarjana Teknik Degree
In Electrical Engineering Study Program
By:
JOHN FISHER JEFFERSON PAKPAHAN NIM : 115114010
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vi
MOTTO :
Hidup itu adalah pilihan yang berat
Jadi hadapi hidup dengan penuh senyuman
Skripsi ini kepersembahkan untuk…..
Yesus Kristus,Bunda Maria,Saint Yohannes Fisher Pelindungku
Bapak Thomas Pakpahan dan Ibu Alquirina yang aku banggakan
Teman dan Sahabat yang ada pada saat proses skripsi ini berlangsung
viii
Kualitas air kolam ikan harus terjaga untuk menjamin kelangsungan hidup ikan. Air sungai yang masuk ke kolam menentukan kualitas air kolam. Kualitas air kolam tersebut dapat diukur dengan bantuan sensor seperti suhu, oksigen, keasaman, kekeruhan air serta konduktivitas. Permasalahan yang ada pemilik kolam perlu sering meninjau kondisi kolam. Penelitian ini bertujuan membuat sistem telemetri antara bagian pengukur sensor serta bagian penampil untuk mempermudah pemilik kolam dalam menjaga kualitas air kolam.
Sistem telemetri dilakukan dengan cara modul terminal unit melakukan pengukuran parameter kualitas air kolam serta menentukan posisi buka-tutup pintu air kolam. Informasi tersebut kemudian dikirimkan ke modul sentral unit yang bertugas sebagai penampil secara telemetri menggunakan modul RX01-433D dan RX02-433D. Mikrokontroler Atmega128 pada modul terminal unit digunakan untuk mengambil data-data pada sensor yang kemudian dikumpulkan menjadi satu paket data dan dikirimkan ke sentral unit. Terminal unit ini juga melakukan kendali dari nilai sensor yang didapat dan dibandingkan dengan batasan sensor yang telah ditentukan.
Pengiriman paket data dapat menempuh jarak lebih dari sama dengan 20 meter. Modul terminal unit telah berhasil menerima data sensor, terima data dan pengiriman data dari sentral unit serta terminal unit telah berhasil melakukan pengendalian sesuai perancangan. Pegiriman paket data dari terminal unit ke sentral unit telah bekerja sesuai dengan waktu yang ditentukan.
ix
Fish pond water quality must be maintained to ensure the survival of fish. Water is the most important thing of that. The quality can be measurement with the sensor of temperature, oxygen, pH, turbidy and conductivity. The problem is the owners should frequently review to his fish pond. This study has the objective to make a telemetry system between the sensor and the screen to make the owners more easier in maintaining the quality of his fish pond water.
Telemetry system can be done by means of a terminal unit measuring the quality of the pool water and determine the position of opening and closing the door of the pool water. Data from the measurement will be sent to the central units that has the task of monitoring telemetry using TX02-433D and RX1-433D module. Microcontroller Atmega128 in the terminal units is used to retrieve the data from the sensor. Data that have been taken are collected into one data packet and sent to the central units. Terminal units will doing controlling by comparing the sensor value obtained and compared with a predetermined limit sensor.
Transmission of data packets can travel a distance equal to more than 20 meters. Terminal module unit has successfully send data from the sensors, receive data and transmission data from the central control unit and controlling. Data packets can be sent from the terminal unit to the central unit has been working with the specified time.
xi
HALAMAN JUDUL... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
... vHALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
... viLEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii
INTISARI ... viii
ABSTRACT ... ix
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI... xi
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR TABEL ... xxi
BAB I : PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ... 11.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. Metodologi Penelitian ... 3
BAB II : DASAR TEORI
2.1. State of The Art... 42.1.1. Pengendalian Temperatur Air ... 5
2.1.2. Pengendalian Derajat Keasaman Air ... 5
2.1.3. Pengendalian Derajat Kekeruhan ... 7
2.1.4. Pengendalian Kandungan Oksigen ... 8
2.1.5. Pengendalian Konduktivitas Air ... 8
xii
2.2. Dummy Data ... 12
2.3. Mikrokontroler AVR ... 13
2.3.1. Port Input/Output ... 14
2.3.2. – Two-Wire Serial Communication ... 14
2.3.3. USART (Universal Synchronous and Asynchronou serial Receiver and Transmitter) ... 15
2.3.4. Serial Peripheral Interface (SPI) ... 16
2.3.5. External Interupt ... 18
2.3.5. EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read-Only Memory) ... 19
2.4. Modul Pemancar ... 20
2.4.1. RX01 - 433D ... 20
2.4.2. TX02 - 433D ... 22
2.5. LCD 16x2 ... 23
2.6. IC DS1307 – Real Time Clock (RTC) ... 24
2.7. Push Button ... 26
2.8. LED (Light-Emitting Diode) ... 26
BAB III : PERANCANGAN PENELITIAN
3.1. Perancangan Perangkat Keras ... 303.1.1. Rangkaian Minimum System ATmega128 ... 30
3.1.2. Rangkaian RTC – IC DS1307 ... 30
3.1.3. Rangkaian LCD ... 31
3.1.4. Rangkaian Sistem Pengendali ... 32
3.1.5. Modul Pemancar ... 32
3.2. Perancangan Perangkat Lunak ... 33
3.2.1. Diagram Alir Program Utama ... 33
3.2.2. Diagram Alir Setting Waktu Pengiriman Data ... 37
3.2.3. Diagram Alir Nilai Data Sensor ... 38
3.2.4. Diagram Alir Single Data Sensor ... 39
3.2.5. Diagram Alir Subrutin Menu... 40
xiii
3.2.8. Diagram Alir Subrutin Aksi ... 43
3.2.9. Diagram Alir Aksi Pengendalian ... 44
3.2.10. Diagram Alir Pengiriman Data ... 45
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Mekanik Kotak Sistem ... 474.2. Subsistem Elektronik ... 49
4.2.1. Rangkaian LCD 16x2... 50
4.2.2. Rangkaian TX02-433D dan RX01-433D ... 50
4.2.3. Rangkaian Mikrokontroler ... 51
4.3. Cara Penggunaan Alat ... 51
4.3.1. Pengaturan waktu RTC ... 52
4.3.2. Pengaturan jadwal pengiriman ... 53
4.3.3. Menu pengambilan salah satu data sensor ... 53
4.3.3.1. Pengambilan Data Suhu ... 53
4.3.3.2. Pengambilan data keasaman ... 54
4.3.3.3. Pengambilan data oksigen ... 54
4.3.3.4. Pengambilan data kekeruhan ... 55
4.3.3.5. Pengambilan data konduktivitas ... 56
4.3.4. Menu ambil paket data ... 56
4.3.5. Menu reset batasan kendali ... 57
4.3.6. Menu Metode Kendali ... 57
4.3.7. Pengaturan Kendali Manual ... 59
4.3.7.1. Pengendalian pintu masuk ... 59
4.3.7.2. Pengendalian pintu keluar ... 59
4.3.7.3. Pengendalian pompa air ... 60
4.3.7.4. Pengendalian pompa aerator ... 61
4.3.8. Pengaturan Kendali Otomatis ... 62
4.3.9. Tampilan Batasan Sensor ... 62
4.4. Pengujian Sistem ... 63
4.4.1. Pengujian Minimum Sistem Dan LCD 16x2 ... 63
xiv
4.5.1. Perubahan Perancangan Perangkat Lunak ... 66
4.5.1.1. Diagram Alir Utama ... 66
4.5.1.2. Diagram Alir Subrutin Data Masuk ... 68
4.5.1.3. Diagram Alir Subrutin Menu ... 70
4.5.1.4. Diagram Alir Subrutin Kendali Manual ... 71
4.5.1.5. Diagram Alir Subrutin Pengiriman Data ... 73
4.5.2. Pengujian Pengambilan Data Sensor ... 74
4.5.3. Pengujian Kendali ... 76
4.5.3.1. Kendali Manual ... 76
4.5.3.2. Kendali Otomatis ... 78
4.5.4. Pengujian Kirim Paket Data Ke Sentral Unit ... 81
4.5.5. Pengujian Terima Paket Data dari Sentral Unit... 83
4.5.5.1. Pengaturan Jadwal Pengiriman ... 84
4.5.5.2. Pengaturan Batasan Sensor ... 85
4.5.5.3. Pengiriman Salah Satu Sensor ... 87
4.6. Pengujian Alat Terminal Unit ... 91
4.6.1. Pengujian Tombol ... 91
4.6.2. Pengujian waktu RTC ... 95
4.6.3. Pengujian Jadwal Kirim ... 97
4.6.4. Pengujian Reset Batasan Kendali ... 98
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ... 1015.2. Saran…… ... 101
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xv
xvi
Hal
Gambar 2.1. Gambar plan pengendalian air kolam ... 4
Gambar 2.2. Sensor Suhu ... 5
Gambar 2.3. Sensor Keasaman ... 6
Gambar 2.4. PCB Sensor keasaman ... 6
Gambar 2.5. Sensor Cahaya ... 7
Gambar 2.6. Konstruksi Ketinggian Sensor Konduktivitas ... 8
Gambar 2.7. Sensor Konduktivitas ... 9
Gambar 2.8. Konstruksi Bagian Master ... 10
Gambar 2.9. Hasil Pengujian ... 10
Gambar 2.10. Gambar konfigurasi pin ATmega 128 ... 13
Gambar 2.11. Register TWCR ... 15
Gambar 2.12. USART Data Register ... 16
Gambar 2.13. Hubungan antara Master-Slave dengan SPI ... 16
Gambar 2.14. SPI controlregister ... 17
Gambar 2.15. SPI Data Register ... 18
Gambar 2.16. Register EICRA ... 18
Gambar 2.17. Register EICRB ... 19
Gambar 2.18. Register EIMSK ... 19
Gambar 2.19. Konfigurasi Pin IC RX01-433D ... 20
Gambar 2.20. Schematic Pin RX01-433D ... 20
Gambar 2.21. Konfigurasi Pin IC TX02-433D ... 22
Gambar 2.22. Schematic Pin TX02-433D ... 23
Gambar 2.23. LCD 16x2 ... 24
Gambar 2.24. Rangkaian umum dari IC DS1307 ... 25
Gambar 2.25. Register Control IC DS1307 ... 26
Gambar 2.26. Gambar Push Button ... 26
Gambar 2.27. Konfigurasi LED ... 27
Gambar 2.28. Rangkaian indikator LED... 27
xvii
Gambar 3.3. Rangkaian LCD 16x2 ... 31
Gambar 3.4. Rangkaian Sistem Pengendali ... 32
Gambar 3.5. Rangkaian Modul Pemancar ... 32
Gambar 3.6. Diagram Alir Utama ... 34
Gambar 3.7. Diagram Alir Setting Waktu Pengiriman Data ... 37
Gambar 3.8. Diagram Alir Setting nilai data sensor ... 38
Gambar 3.9. Diagram Alir Single Data Sensor ... 39
Gambar 3.10. Diagram Alir Subrutin Menu ... 40
Gambar 3.11. Diagram Alir Subrutin Pengambilan Data Suhu dan pH ... 41
Gambar 3.12. Diagram Alir Subrutin Pengambilan Data DO dan Kekeruhan ... 42
Gambar 3.13. Diagram Alir Subrutin Data Koduktivitas dan semua sensor ... 42
Gambar 3.14. Diagram Alir Kontrol Sistem ... 43
Gambar 3.15. Diagram Alir Subrutin Aksi ... 44
Gambar 3.16. Diagram Alir Aksi Pengendalian ... 44
Gambar 3.17. Diagram Alir Subrutin Kirim Data ... 45
Gambar 4.1. Mekanik kotak sistem tampak depan ... 46
Gambar 4.2. Mekanik kotak sistem tampak samping kanan ... 47
Gambar 4.3. Mekanik kotak sistem tampak samping kiri ... 47
Gambar 4.4. Mekanik kotak sistem tampak belakang ... 47
Gambar 4.5. Rangkaian LCD 16x2 ... 48
Gambar 4.6. Rangkaian TX02-433D dan RX01-433D... 48
Gambar 4.7. Rangkaian mikrokontroler... 49
Gambar 4.8. Tampilan Awal Alat Terminal Unit ... 50
Gambar 4.9. Tampilan menu RTC... 50
Gambar 4.10. Tampilan menu jadwal pengiriman paket data ... 51
Gambar 4.11. Tampilan menu ambil data suhu ... 54
Gambar 4.12. Tampilan menu ambil data Keasaman ... 54
Gambar 4.13. Tampilan menu ambil data oksigen ... 55
Gambar 4.14. Tampilan menu ambil data kekeruhan ... 55
Gambar 4.15. Tampilan menu ambil data konduktivitas ... 56
Gambar 4.16. Tampilan menu ambil semua data sensor ... 57
xviii
Gambar 4.19. Tampilan menu pilihan kendali otomatis ... 58
Gambar 4.20. Tampilan kendali pintu air masuk tertutup... 59
Gambar 4.21. Tampilan kendali pintu air masuk terbuka ... 59
Gambar 4.22. Tampilan kendali pintu air keluar tertutup ... 60
Gambar 4.23. Tampilan kendali pintu air keluar terbuka ... 60
Gambar 4.24. Tampilan kendali pompa air keadaan mati... 60
Gambar 4.25. Tampilan kendali pompa air keadaan hidup ... 61
Gambar 4.26. Tampilan kendali pompa aerator keadaan mati ... 61
Gambar 4.27. Tampilan kendali pompa aeratorkeadaan hidup ... 61
Gambar 4.28. Tampilan akses ditolak pada kendali otomatis ... 62
Gambar 4.29. Tampilan batasan sensor suhu dan keasaman ... 62
Gambar 4.30. Tampilan batasan sensor kekeruhan, konduktivitas dan oksigen ... 62
Gambar 4.31. Tampilan LCD 16x2 ... 63
Gambar 4.31. Tampilan LCD 16x2 kirim karakter ... 64
Gambar 4.32. Tampilan LCD 16x2 terima karakter ... 64
Gambar 4.33. Tampilan LCD 16x2 tidak terima data ... 64
Gambar 4.34. Diagram alir utama(1) ... 67
Gambar 4.34. Diagram alir utama(2) ... 68
Gambar 4.35. Diagram alir subrutin data masuk(1) ... 68
Gambar 4.35. Diagram alir subrutin data masuk(2) ... 69
Gambar 4.36. Diagram alir subrutin menu(1) ... 70
Gambar 4.36. Diagram alir subrutin menu(2) ... 71
Gambar 4.37. Diagram alir subrutin kendali manual ... 72
Gambar 4.38. Diagram alir subrutin pengiriman data ... 73
Gambar 4.39. Tampilan LCD 16x2 dummy sensor ... 74
Gambar 4.40. Tampilan LCD 16x2 data suhu ... 74
Gambar 4.41. Tampilan LCD 16x2 tidak terima data suhu ... 75
Gambar 4.42. Program Pengambilan data sensor ... 75
Gambar 4.43. Tampilan awal kendali LCD ... 76
Gambar 4.44. Tampilan awal kendali LED ... 76
Gambar 4.45. Tampilan LCD kendali pintu masuk keadaan hidup... 77
xix
xx
xxi
1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Tidak dapat dipungkiri bahwa penggunaan bibit dan induk yang unggul akan meningkatkan produksi dan keuntungan budidaya ikan air tawar. Direktorat Jenderal Perikanan Budidaya Kementerian Kelautan dan Perikanan menyebutkan bahwa, produksi perikanan budidaya terus mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Selama periode 2010 – 2013, produksi perikanan budidaya meningkat sekitar 28,64% per tahun, yaitu 6,28 juta ton pada tahun 2010 dan mencapai 13,31 juta ton pada tahun 2013 (data sementara). Sedangkan nilai produksinya mengalami kenaikan sekitar 22,51 % per tahun dalam kurun waktu yang sama. Capaian peningkatan yang signifikan selain dari rumput laut, juga dari peningkatan jenis ikan air tawar, utamanya ikan nila, mas, dan lele. Ketiga jenis ikan tersebut semakin diandalkan, baik untuk mendukung pertumbuhan ekonomi dan perolehan devisa Negara, menyediakan lapangan kerja di pedesaan dan juga dapat dilakukan berkesinambungan dengan menerapkan budidaya ramah lingkungan [1].
Peningkatan produksi budidaya air tawar yang sangat signifikan ini merupakan hasil dari penggunaan induk dan benih unggul, pakan yang sesuai dan efisien, penerapan teknologi yang aplikatif dan inovatif serta intensifikasi budidaya yang ramah lingkungan dan ini merupakan bagian dari Total Akuakultur [1]. Hal penting lain adalah pengelolaan air kolam. Untuk mendapatkan hasil maksimal kualitas dan kuantitas air harus tetap terjaga. Kesesuaian lingkungan hidup untuk setiap ikan berbeda tergantung pada jenis ikan. Jenis ikan tertentu yang sesuai dengan kondisi lingkungannya dapat bertumbuh dan berkembang. Sebaliknya jika keadaan tidak sesuai akan menghambat pertumbuhan dan perkembangannya. Suhu, pH dan oksigen merupakan faktor yang paling sering ditemukan dalam khasus kematian ikan.
hasil survey yang didapatkan, kebutuhan para petani kolam ikan ini ialah pengendalian dan monitoring jarak jauh dikarenakan keberadaan kolam ikan yang jauh sehingga dapat mempermudah para petani ikan memonitoring dan mengendalikan air kolam ikan dari jarak jauh tanpa harus melihat langsung kolam ikan tersebut.
Berdasarkan hal tersebut peneliti ingin mengembangkan penelitian tersebut dengan sistem telemetri antara pengendali utama sistem tersebut atau sebagai sentral unit dengan
terminal unit yang bertugas mengumpulkan data-data dari sensor yang ada. Pada sistem ini penulis akan lebih berkonsentrasi pada bagian terminal unit, dimana tugas dari terminal unit ini sendiri adalah mengumpulkan data dari setiap sensor yang ada, kemudian data-data ini akan dijadikan satu paket data yang siap dikirimkan ke sentral unit. Bila parameter-parameter tersebut berada di luar standar maka secara otomatis terminal unit akan melakukan beberapa pengendalian atau aksi, antara lain : menutup saluran masuk air, mengurangi air kolam dengan membuka saluran air kolam ke pembuangan, menarik air dari sumber lain untuk mengendalikan kualitas air, mengaktifkan aerator saat DO berada di bawah standar. Pengendalian ini juga dapat dilakukan secara manual dari sentral unit ketika data yang di terima tidak sesuai dengan yang diinginkan.
1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan dilakukan penelitian ini adalah Membuat alat monitoring dan kontrol sistem komunikasi yang dapat memudahkan dalam proses monitoring kualitas air pada kolam ikan sehingga dapat dikendalikan dari jarak jauh.
Manfaat dilakukan penelitian ini adalah:
1. Menjaga kualitas air kolam ikan untuk menghasilkan kualiatas ikan yang baik. 2. Mendukung pembudidayaan ikan.
3. Membantu peternak ikan air tawar memonitoring kolam ikan dari jarak jauh.
1.3. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini berisikan tentang batasan komponen yang akan digunakan:
2. LCD 16X2 sebagai penampil menu dan waktu RTC.
3. Proses pengiriman perintah dan pengambilan paket data dilakukan secara bergantian atau half duplex.
4. Komunikasi antara terminal unit dengan dummy sensor menggunakan komunikasi USARTsedangkan komunikasi TX02-433D dan RX01-433D menggunakan SPI. 5. Data dari setiap sensor memiliki karakter khusus yang mewakili sensor tersebut. 6. TX02-433D sebagai pengirim paket data ke sentral unit dan RX01-433D sebagai
penerima intruksi dari sentral unit.
7. Pada proses percobaan kendali menggunakan LED, dengan push button sebagai masukan pengaturan kendali.
1.4. Metodologi Penelitian
Metode penulisan yang digunakan adalah :
1. Studi lineatur berupa pengumpulan referensi buku, internet, jurnal dan artikel. 2. Studi kasus terhadap alat yang sudah dibuat sebelumnya. Tahap ini dilakukan untuk
memahami prinsip kerja dari alat yang telah dibuat sebelumnya.
3. Perancangan sistem hardware dan software. Tahap ini bertujuan mencari bentuk model yang optimal dari sistem yang dibuat dengan mempertimbangkan dari berbagai factor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan.
4. Pembuatan sistem hardware dan software. Sistem bekerja apabila, Terminal unit
dapat menerima data dari dummy sensor yang telah disediakan dan melakukan aksi pengendalian dari hasil data sensor yang didapatkan. Kemudian data dari dummy
sensor ini dikumpulkan menjadi satu paket data yang siap dikirimkan ke sentral unit sesuai jadwal waktu yang telah ditentukan. Paket data ini akan dikirimkan dua kali ke sentral unit.
5. Pengujian alat menggunakan LED sebagai keluaran kendali dan push button sebagai masukan, dimana hasil yang didapatkan menggunakan dummy variable.
4
DASAR TEORI
2.1.
State of The Art
Faktor lingkungan seperti air, temperatur, derajat keasaman (pH), kandungan oksigen (DO), dan lain-lain sangat diperlukan untuk biota air tawar (ikan, plankton, ganggang, zooplankton, dll). Kesesuaian lingkungan hidup untuk setiap ikan berbeda tergantung pada jenis ikan. Jenis ikan tertentu yang sesuai dengan kondisi lingkungannya dapat bertumbuh dan berkembang[3]. Sebaliknya, jika keadaan tidak sesuai akan menghambat pertumbuhan dan perkembangannya.
Pada penelitian [11] yang sudah ada telah berhasil dibuat prototype model kolam ikan.
Gambar 2.1. Model Kolam Ikan
Pada gambar 2.1. ukuran bak prototype yang digunakan ialah ; panjang bak 51,5cm, lebar bak 36cm dan tinggi bak 31,5cm, dengan keterangan gambar; (1) bak sumber, (2) boks elektronik, (3) bak kolam, (4) penampang aerator, (5) bak pembuangan, (6) bak sumur (sumber lain).
2.1.1.
Pengendalian Temperatur Air
Temperatur air sangat berpengaruh pada pertumbuhan dan perkembangan ikan. Temperatur air yang tidak cocok, misalnya terlalu tinggi atau terlalu rendah dapat menyebabkan ikan tidak dapat bertumbuh dengan baik. Temperatur yang cocok untuk pertumbuhan ikan adalah berkisar antara 15ºC - 30ºC dan perbedaan suhu antara siang dan malam kurang dari 5ºC. Perubahan suhu yang mendadak berpengaruh buruk pada kehidupan ikan karena ikan tidak dapat hidup dengan baik pada suhu yang telalu dingin atau terlalu panas[3]. Sensor suhu terdiri dari dua bagian yaitu bagian kerangka sensor dan sensor LM35. Sensor LM35 terletak di ujung kerangka sensor dan mengalami kontak langsung dengan sampel air seperti pada gambar 2.2.
Gambar 2.2. Sensor Suhu[4]
2.1.2.
Pengendalian Derajat Keasaman Air
Derajat keasaman air dapat berpengaruh terhadap pertumbuhan ikan. Derajat keasaman air yang sangat rendah atau sangat asam dapat menyebabkan kematian ikan dengan gejala gerakannya tidak teratur, tutup insang bergerak sangat aktif, dan berenang sangat cepat pada permukaan air. Keadaan air yang sangat basa juga dapat menyebabkan pertumbuhan ikan terhambat. Kisaran derajat keasaman air cocok untuk budidaya ikan gurami adalah 6,5 – 8,0 dan untuk ikan nila 7 – 8. Namun, ikan nila masih dapat hidup pada pH air antara 5 – 11[3]. Sedangkan pH air yang cocok untuk ikan mas berkisar 7,5 – 8,5. Perairan yang asam juga sangat berpengaruh terhadap nafsu makan ikan (selera makan akan berkurang).
Pengujian pengendalian keasaman air dibagi menjadi 2 yaitu pengujian pengendalian
basa (dari pH di atas normal ke normal). Pengendalian pH asam dilakukan dengan mencampurkan air kolam dengan air sumur, air kolam yang memiliki pH 4,6 telah kurang dari batas normal pH air untuk ikan. Untuk mengendalikan pH air kolam maka dicampurkan dengan air sumur yang memiliki pH 6,3 untuk mendapatkan pH kurang dari 5. Pengendalian pH basa dilakukan dengan air kolam yang memiliki 8,7 telah kurang dari batas normal pH air untuk ikan maka air kolam dicampurkan dengan air sumur yang memiliki pH sebesar 6,3. Untuk mendapatkan pH yang lebih dari 8,7.
Gambar 2.3. Sensor pH
[image:30.612.127.538.421.674.2]Mekanik sensor dapat dilihat dari gambar 2.4. dalam kotak mekanik sensor ini terdapat beberapa bagian (1) kipas DC, (2) rangkaian driver motor, (3) rangkaian sisterm mikrokontroler dan LCD, (4) rangkaian catu daya, (5) trafo 1 A.
2.1.3.
Pengendalian Derajat Kekeruhan
Air yang terlalu keruh dapat menyebabkan ikan mengalami gangguan pernafasan (sulit bernafas) karena insangnya terganggu oleh kotoran. Di samping itu juga air keruh dapat menurunkan atau dapat melenyapkan selera makan karena daya penglihatan ikan terganggu. Batas kekeruhan dapat diukur dengan memasukan benda yang terang (berwarna putih) sampai kedalaman 40cm[3]. Jika masih kelihatan, maka kekeruhan air masih belum mengganggu kehidupan ikan.
Satuan yang biasa dipakai dalam kekeruhan ialah NTU (Nephelometric Turbidity Units). Kekeruahan juga sering digambarkan dengan dalam satuan TSS (Total Suspended Solids) atau mg/l (miligram per liter). Air murni memiliki NTU kurang dari 1 atau 0 mg/l. Standar kekeruhan air yang baik bagi ikan harus kurang dari 400 NTU[6], bila kekeruhan berada di atas 400 NTU maka akan mengganggu pertumbuhan ikan.
Dalam pengujian pengendalian kekeruhan air dilakukan dengan mencampurkan air sumur dengan air kolam. Air kolam yang dibuat keruh (434 NTU) dikendalikan dengan air sumur yang memiliki kekeruhan sebesar 104 NTU. Pada pengendalian ini menggunakan sensor cahaya untuk mendeteksi apakah air di dalam kolam berada pada kondisi keruh atau jernih, berikut adalah rangkaian sensor cahaya terdapat pada Fototransistor dalam pengujian derajat kekeruhan.
2.1.4.
Pengendalian Kandungan Oksigen
Oksigen sangat diperlukan untuk pernapasan dan metabolisme ikan serta jasad – jasad renik dalam air. Kandungan oksigen yang tidak mencukupi kebutuhan ikan dan biota lainya dapat menyebabkan penurunan daya hidup ikan. Kandungan oksigen terlarut dalam air cocok untuk kehidupan dan pertumbuhan ikan gurami sebesar 5ppm, untuk ikan nila lebih dari 3ppm, dan ikan mas berkisar 5 – 7ppm (5 – 7cc per liter air)[3]. Pengaliran air yang baik dan permukaan kolam yang selalu terbuka dapat meningkatkan kadar oksigen dalam air.
Peningkatan nilai kandungan oksigen dapat ditingkatkan dengan menggunakan
aerator. Peningkatan kandungan oksigen dikarenakan kontak yang terjadi antara air dan udara, sehingga oksigen dalam air meningkat dari sebelumnya 0.07339% menjadi 0.33763%.
Gambar 2.6. Konstruksi Ketinggian Sensor Konduktivitas[8]
2.1.5.
Pengendalian Konduktivitas Air
Nilai konduktivitas merupakan ukuran terhadap konsentrasi total elektrolit di dalam air. Kandungan elektrolit yang pada prinsipnya merupakan garam-garam yang terlarut dalam air, berkaitan dengan kemampuan air di dalam menghantarkan arus listrik. Standar
Pengendalian konduktivitas dilakukan dengan mencampurkan air kolam dengan air sumur. Air kolam yang memiliki konduktivitas 5548 uS/cm dengan suhu sebesar 250C, telah melewati batas normal konduktivitas air untuk ikan maka harus dikendalikan. Untuk mengendalikan konduktivitas air kolam, maka air kolam dicampurkan dengan air sumur yang memiliki konduktivitas sebesar 543 uS/cm. Untuk mendapatkan konduktivitas yang lebih dari 500uS/cm maka air kolam dicampurkan dengan garam.
Gambar 2.7. Sensor Konduktivitas[4]
2.1.6.
Pengambilan Data Sensor
Pengambilan data dari sensor dilakukan menggunakan ATMega128, dimana master
Gambar 2.8. Konstruksi Bagian Master
2.1.7.
Aksi Pengendalian
Pada sistem ini digunakan beberapa aktuator yang diaktifkan berdasarkan data input bagian monitoring, aktuator yang digunakan adalah pintu inlet, pintu outlet, pompa sumur dan pompa aerator. Salah satu output diaktifkan berdasarkan perbandingan hasil pengukuran dari bagian monitoring dan standar yang telah ditentukan. Karena adanya perbedaan standar kualitas air untuk tiap jenis ikan, maka ditetapkanstandar air yang dikendalikan sistem. Hal ini ditetapkan agar sistem dapat digunakan untuk semua jenis ikan seperti pada tabel 2.1. Pada tabel tersebut juga ditentukan aksipengendalian berdasarkan standar yang ditentukan;
2.2.
Dummy Data
Data dummy adalah data yang menyerupai data aslinya tetapi tidak memiliki fungsi aslinya. Data ini akan digunakan untuk menggantikan data setiap sensor dalam pengujian dan pengambilan data. Data yang digunakan disimpan pada eeprom setiap mikro untuk menggantikan sensor. Sensor suhu untuk kualitas kolam batas pengukurannya adalah 15ºC - 39ºC dengan perbedaan data setiap 1,5ºC, untuk sensor keasaman batas pengukurannya adalah 4 pH – 10,5 pH dengan perbedaan data setiap 0,5 pH, sensor kekeruhan memiliki batas pengukuran sebesar 25 NTU – 475 NTU dengan perbedaan data sebesar 25 NTU, dan sensor DO memiliki batas pengukuran 3 ppm – 9,5 ppm dengan perbedaan data setiap 0,5 ppm [10]. Setiap sensor memiliki waktu pengukuran yang berbeda. Sensor kekeruhan, dan keasaman waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan data yang valid selama 5 setik [5]. Untuk sensor kadar oksigen waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan data yang valid sekitar 20 menit [8].
Dalam pengujian, data yang digunakan mengikuti data yang sudah pernah didapat dari tugas akhir Charles Wilianto yang berjudul Sistem Komunikasi Pengendalian Kualitas Air Kolam Ikan Berbasis Atmega128. Setiap mikro mewakili 1 sensor yang memiliki jumlah data yang berbeda. Mikro yang mewakili sensor suhu memiliki 17 data dari 15ºC - 39ºC dengan perbedaan data setiap 1,5º, untuk mikro yang mewakili sensor keasaman memiliki 14 data dari 4 pH – 10,5 pH dengan perbedaan data setiap 0,5 pH, sedangkan mikro yang mewakili sensor kekeruhan mimiliki 19 data dari 25 NTU – 475 NTU dengan perbedaan data sebesar 25 NTU, dan untuk mikro yang mewakili sensor DO memiliki 14 data dari 3 ppm – 9,5 ppm dengan perbedaan data setiap 0,5 ppm.
2.3.
Mikrokontroler ATmega 128[12]
ATmega128 merupakan sebuah mikrokontroler CMOS 8-bit berdaya rendah yang berdasarkan arsitektur AVR RISC (Reduced Instruction Set Computing). Mikrokontroler ATmega 128 merupakan mikrokontroler buatan Atmel Corporation yang memiliki 53 pin dengan catu daya tunggal 4,5 – 5,5 volt..
a) Saluran I/O sebanyak 53 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D, Port E, Port F dan Port G.
b) ADC 10 bit sebanyak 8 saluran. c) Internal SRAM sebesar 4 kbyte. d) Memori flash sebesar 128 kBytes. e) Interupsi Eksternal.
f) Port antarmuka SPI. g) EEPROM sebesar 4 kbyte.
h) Dua buah port USART untuk komunikasi serial.
2.2.1.
Port Input/Output
ATmega128 mempunyai 53 pin I/O yang terbagi menjadi tujuh port dan mampu difungsikan sebagai masukan atau keluaran. Setiap pin I/O mempunyai tiga register yaitu DDRxn, PORTxn dan PINxn yang nilainya tergantung dari aplikasi pin I/O itu sendiri. Huruf
“x” mewakili Port I/O tersebut, sedangkan huruf “n” mewakili nomor pin I/O yang dituju. Untuk mengatur sebuah pin I/O menjadi sebuah keluaran maka register DDR pada pin tersebut harus diberi logika tinggi, sedangkan agar berfungsi sebagai masukan, maka DDR pada pin tersebut diberi logika rendah [13].
Saat berfungsi sebagai pin masukan, maka register PINxn digunakan untuk membaca nilai pada pin tersebut. Sedangkan saat berfungsi sebagai sebuah pin keluaran, register PORTxn digunakan untuk mengatur nilai keluaran pin I/O tersebut.
2.2.2.
–
Two-Wire Serial Communication
Two-wire serial communication (TWI) adalah salah satu fitur yang sering dipakai pada aplikasi mikrokontroler. TWI memungkinkan pengguna untuk terhubung dengan 128 perangkat yang berbeda dengan hanya menggunakan dua jalur data, SCL sebagai pengatur
clock dan SDA sebagai jalur utama.
Terdapat lima register yang digunakan untuk mengatur penggunaan TWI, yaitu TWI
Bit Rate Register (TWBR), TWI Control Register (TWCR), TWI Status Register (TWSR), TWI Data Register (TWDR), dan TWI (Slave) Address Register (TWAR).
Register TWBR digunakan sebagai pengatur bit rate dari komunikasi serial. Nilai TWBR dapat dihitung dari rumus:
(2.4)
Gambar 2.11. Register TWCR
Memberi logika high pada bit TWSTA membuat perangkat menjadi master device
pada jalur data. Perangkat akan mendeteksi keberadaan jalur data, apabila jalur data tersedia, maka perangkat akan menginisialisai kondisi START. Apabila jalur data sedang digunakan oleh perangkat lain, maka perangkat akan menunggu sampai terdeteksi kondisi STOP
kemudian menginisialisasi kondisi START dan mengambil alih jalur data.
Sedangkan bit TWSTA digunakan untuk menginisialisasi kondisi STOP pada jalur data. Apabila perangkat diatur sebagai slave device, maka bit ini dapat digunakan untuk memulihkan kondisi eror.
Bit TWEN digunakan untuk mengaktifkan antarmuka TWI, saat TWEN bernilai 1, maka antarmuka TWI akan mengambil alih pin I/O SDA dan SCL dan menggunakannya sebagai jalur data.
2.2.3.
Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and
Transmitter (USART)
Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver and Transmitter (USART) merupakan salah satu mode komunikasi serial yang dimiliki ATmega128. USART merupakan komunikasi yang memiliki fleksibilitas tinggi yang dapat digunakan untuk melakukan transfer data baik antara mikrokontroler maupun dengan modul modul eksternal termasuk PC yang mempunyai fitur UART.
USART memungkinkan transmisi data baik secara synchronous maupun asynchronous
sehingga USART kompatibel dengan UART. Pada ATmega128 umumnya pengaturan mode komunikasi baik synchronous maupun asynchronous adalah sama. Perbedaannya terletak pada sumber clocknya. Pada mode synchronous mempunyai sumber clock sendiri sedangkan pada
hardware hanya membutuhkan dua pin yaitu TXD dan RXD sedangkan untuk mode
synchronous membutuhkan 3 pin yaitu RXD, TXD, dan SCK. Register yang digunakan adalah USART Data Register (UDR). Meskipun register UDR hanya menempati satu lokasi memori yaitu 0x0C (0x02C) tetapi sebenarnya register UDR mempunyai dua register I/O yaitu RXB sebagai buffer untuk menyimpan data yang diterima dan TXB sebagai buffer untuk menyimpan data yang dikirim. Bagan UDR dapat dilihat pada gambar 2.12.
Gambar 2.12. USART Data Register
2.2.4.
Serial Peripheral Interface (SPI)
Transfer data pada SPI digunakan antara master dan slave dalam jarak dekat dengan kecepatan cukup tinggi. Terdapat empat buah pin yang mengatur komunikasi serial antara
master dan slave yaitu:
1. SCLK dari master ke slave yang berfungsi sebagai clock.
2. MOSI jalur data dari master yang masuk ke dalam slave.
3. MISO jalur data keluar dari slave dan masuk kedalam master.
4. SS (Slave Select) merupakan pin yang berfungsi mengaktifkan slave.
Setiap bit dari register yang berhubungan dengan SPI mempunyai fungsinya masing-masing. Dan untuk mengaktifkan SPI. Pada gambar 2.14. menunjukan register yang berhubungan dengan SPI.
Gambar 2.14. SPI control register
a) Bit 7 – SPIE: SPI Interrupt Enable. SPIE digunakan untuk mengaktifkan interupsi SPI.
b) Bit-6 SPE (SPI Enable). SPE digunakan untuk mengaktifkan dan menonaktifkan komunikasi SPI dimana jika SPI bernilai 1 maka komunikasi SPI aktif sedangkan jika bernilai 0 maka komunikasi SPI tidak aktif.
c) Bit 5 – DORD: Data Order. DORD digunakan untuk memilih urutan pengiriman data, dari LSB atau MSB terlebih dahulu. Nilai satu untuk LSB dan nilai nol untuk MSB.
d) Bit-4 MSTR (Master or Slave Select). MSTR digunakan untuk mengkonfigurasi sebagai master atau slave secara software dimana jika MSTR bernilai 1 maka terkonfigurasi sebagai master sedangkan MSTR bernilai 0 maka terkonfigurasi sebagai
slave. Pengaturan bit MSTR ini tidak akan bisa dilakukan jika pin SS dikonfigurasi sebagai input karena jika pin SS dikonfigurasi sebagai input maka penentuan master
atau slavenya otomatis dilakukan secara hardware yaitu dengan membaca level tegangan pada SS.
e) Bit-3 CPOL dan Bit-2 CPHA digunakan untuk pengaturan polaritas dan fasa dari
clock.
f) Bit-1 SPR1/0 (SPI Clock Rate Select) SPR1 dan SPR0 digunakan untuk menentukan kecepatan clock yang digunakan dalam komunikasi SPI.
satu (high). SPIF ini berada dalam SPI Status Register (SPSR). SPI Data Register (SPDR) SPDR merupakan register yang digunakan untuk menyimpan data yang akan dikirim atau diterima pada komunikasi SPI.
Gambar 2.15. SPI Data Register
2.2.5.
External Interupt
Mikrokontroler ATmega128 mempunyai delapan buah pin yang dapat digunakan sebagai external interupt. Empat register utama digunakan sebagai pengatur kerja external interupt.
Gambar 2.16. Register EICRA
Register EICRA digunakan untuk mengatur kerja pin INT0 sampai INT3. Bit ISCn1 dan ISCn0 digunakan sebagai pengatur sinyal yang dapat digunakan sebagai perintah interupsi
pada mikrokontroler, dengan huruf “n” menyatakan pin interupsi yang dituju.
Tabel 2.2. Pengaturan Bit ISCn1 dan ISCn0
ISCn1 ISCn0 Keterangan
0 0 Logika rendah pada pin INTn menyatakan interupsi
0 1 Reserved
1 0 Perubahan logika tinggi ke rendah pada pin INTn
menyatakan interupsi
1 1 Perubahan logika rendah ke tinggi pada pin INTn
Gambar 2.17. Register EICRB
Register EICRB digunakan untuk mengatur kerja pin INT4 sampai INT7. Bit ISCn1 dan ISCn0 digunakan sebagai pengatur sinyal yang dapat digunakan sebagai perintah interupsi
pada mikrokontroler, dengan huruf “n” menyatakan pin interupsi yang dituju. Sinyal pada pin
INTn akan diambil contohnya (sampling) sebelum dilakukan pengambilan keputusan interupsi. Sinyal yang panjangnya lebih besar dari sumber detak mikrokontroler akan digunakan sebagai sumber interupsi.
Gambar 2.18. Register EIMSK
Register EIMSK digunakan untuk mengaktifkan fungsi interupsi pada pin INTn. Apabila bit INTn pada register ini bernilai satu, maka pin INT pada mikrokontroler akan berfungsi sebagai sumber interupsi program.
2.2.6.
EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read-Only Memory)
2.4.
Modul Pemancar
2.3.1 RX01 - 433D
RX01-433D merupakan modul receiver dimana modul tersebut bekerja menggunakan modulasi Frequency Shift Keying (FSK) dengan menggunakan frekuensi kerja 433 Mhz[14]. Untuk konfigurasi pin IC RX01-433D dapat dilihat pada gambar 2.19. sedangkan Schematic
pin dapat dilihat pada gambar 2.20. Fungsi setiap pinnya dapat dilihat pada table 2.3.
Gambar 2.19. Konfigurasi Pin IC RX01-433D
Tabel 2.3. Fungsi Pin RX01-433D
Pin Nama Tipe Fungsi
1 VDI DO Valid Data Indicator output
2 SDI DI Data input of serial control interface
3 nSEL DI Chip select input of three-wire control interface (active low) 4 NRES DO Reset output (active low)
5 nIRQ DO Interrupt request output, (active low)
6 FFIT DO FIFP IT (active low) FIFO empety function can be achieved when FIFO IT level is set to one
7 VDD S Digital VDD (connect to VDD)
8 SCK DI Clock input of serial control interface
9 SDO DO FIFO IT (active low) or serial data out for Status Read Command. Tristate with bushold cell if nSEL = H
10 VSS S Digital VSS (connect to VSS)
11 nFFS DI FIFO select input
12 CLK DO Clock output for the microcontroller
RX01-433D memiliki spesifikasi, diantaranya sebagai berikut[14]:
a. Tidak membutuhkan tuning pada frekuensi. b. Menggunakan teknologi PLL.
c. Bit rate sampai 115.2 kbps saat mode digital dan 256 kbps saat mode analog. d. Differential antenna.
e. Tuning antena otomatis dilakukan oleh modul. f. Tegangan Supply 2.2 V sampai 5.4 V.
g. Bandwidth dapat diatur antara 67 KHz sampai 400 KHz. h. Automatic Frequency Control dan Data Quality Detection.
2.3.2 TX02 - 433D
TX02-433D merupakan modul transmitter dimana modul tersebut bekerja menggunakan modulasi Frequency Shift Keying (FSK) dengan menggunakan frekuensi kerja 433 Mhz[10]. Untuk konfigurasi pin IC TX02-433D dapat dilihat pada gambar 2.21. serta
schematic pin pada TX02-433D dapat dilihat pada gambar 2.22. Fungsi setiap pinnya dapat dilihat pada table 2.4. TX02-433D memiliki spesifikasi, diantaranya sebagai berikut[15]: a. Tidak membutuhkan tuning pada frekuensi.
b. Menggunakan teknologi PLL.
c. Menggunakan modulasi FSK yang stabil dan akurat. d. Differential antenna.
e. Tuning antena otomatis dilakukan oleh modul. f. Tegangan Supply 2.2 V sampai 5.4 V.
g. Menggunakan Antarmuka SPI.
Gambar 2.22. Schematic Pin TX02-433D
Tabel 2.4. Fungsi Pin TX02-433D[15]
Pin Nama Tipe Fungsi
1 FSK DI Serial data input for FSK modulation
2 VDD S Digital VDD (Connect to VDD)
3 SDI DI Data input of serial control interface
4 VSS S Digital VSS (Connect to VSS)
5 CLK DO Microcontroller clock (1 MHz-10 MHz)
6 NIRQ DO Interrupt request output for microcontroller (active low) and status read output
7 SCK DI Clock input of serial control interface
8 NSEL DI Chip select input of serial control interface (active Low)
2.5.
LCD 16x2
Gambar 2.23. LCD 16x2
Terdapat tiga register utama pada modul LCD karakter 16x2 yaitu register DDRAM (Display Data Random Access Memory), register CGRAM (Character Generator Random Access Memory), register CGROM (Character Generator Read Only Memory). Register DDRAM merupakan memori tempat karakter yang akan dikirimkan / ditampilkan. Register CGROM merupakan memori untuk menggambarkan sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan..[16]
Tabel 2.5. Tabel Konfigurasi PIN LCD 16x2 [17]
2.6.
IC DS1307
–
Real Time Clock (RTC)
Gambar 2.24. Rangkaian umum dari IC DS1307 [18]
Pertukaran data menggunakan antarmuka , yang setiap memulai pertukaran data,
master device harus mengisialisai keadaan START dan diakhiri dengan keadaan STOP.
Keadaan START terjadi apabila pin SDA berubah dari logika satu ke logika nol saat pin SCL berada pada logika satu.
Tabel 2.6. Memori IC DS1307 [18]
Alamat Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Fungsi Rentang
00h CH 10 detik detik Detik 00-59
01h 0 10 menit menit Menit 00-59
02h 12 10 jam 10 jam jam Jam 1-12
+AM/PM
02h 24 AM/ PM 10 jam jam Jam 1-12
+AM/PM
03h 0 0 0 0 0 hari Hari 01-07
04h 0 0 10 tanggal tanggal Tanggal 01-31
05h 10
Bulan
bulan Bulan 01-12
06h 10 tahun tahun Tahun 00-99
07h Out 0 0 SQWE 0 0 RS1 RS0 Kontrol -
Gambar 2.25. Register Control IC DS1307
Bit ini mengontrol tingkat output dari bit SQW / OUT ketika gelombang output dinonaktifkan. Jika bit SQW sama dengan satu maka tingkat logika pada bit SQW / OUT juga bernilai satu sedangkan jika bit SQW bernilai nol maka SQW / OUT juga bernilai nol. [18]
2.7.
Push Button
Push Button adalah saklar tekan yang berfungsi untuk menghubungkan atau memisahkan bagian – bagian dari suatu instalasi listrik satu sama lain (suatu sistem saklar tekan push button terdiri dari saklar tekan start. Stop reset dan saklar tekan untuk emergency. Push button memiliki kontak NC (normally close) dan NO (normally open). Push button ini digunakan sebagai tombol menu dan pengaturan pada sistem. Push button dapat dilihat pada gambar 2.26.
Gambar 2.26. Gambar Push Button [19]
2.8.
LED (Light-Emitting Diode)
Pemasangan kutub LED tidak boleh terbalik karena apabila terbalik kutubnya maka LED tersebut tidak akan menyala. LED memiliki karakteristik berbeda-beda menurut warna yang dihasilkan. Semakin tinggi arus yang mengalir pada LED maka semakin terang pula cahaya yang dihasilkan, namun perlu diperhatikan bahwa arus yang diperbolehkan 10mA-20mA dan pada tegangan 1,6V-3,5V menurut karakter warna yang dihasilkan. Apabila arus yang mengalir lebih dari 20mA, maka LED akan terbakar. Untuk menjaga agar LED tidak terbakar perlu digunakan resistor sebagai penghambat arus. LED ditunjukkan pada gambar 2.27.
Gambar 2.27. Konfigurasi LED
Berdasarkan gambar 2.28, persamaan untuk mencari nilai tegangan menggunakan hokum ohm adalah V = I.R, sehingga persamaan untuk mencari nilai resistor yang digunakan sebagai indikator adalah :
(2.7)
Gambar 2.28. Rangkaian indikator LED Dimana :
Vs = Tegangan sumber = Tegangan LED
Tegangan kerja pada sebuah LED menurut warna yang dihasilkan [20]: 1. Merah : 1,8 V – 2,1 V
2. Biru : 3,0 V – 3,5 V 3. Putih : 3,0 V – 3,6 V
29
RANCANGAN PENELITIAN
Perancangan sistem telemetri kualitas kolam air ikan ini dibagi menjadi menjadi dua bagian utama, yaitu:
1. Perancangan hardware yang terdiri dari mikrokontroler dan perangkat pendukung, RX01-433D dan TX02-433D, IC RTC DS1307, push button dan LCD. Gambar 3.1. menunjukkan blok diagram sistem yang akan dibuat.
[image:53.612.89.536.174.603.2]2. Perancangan software yang terdiri dari pemograman utama, dan subrutin – subrutinnya seperti, IC RTC, dan LCD
Gambar 3.1. Konsep Perancangan
Berikut merupakan keterangan cara kerja sistem yang ditunjukan pada gambar 3.1.
waktu yang telah ditentukan data-data dari sensor akan dikirimkan ke sentral unit dengan dua kali pengiriman data yang sama. Sentral unit akan memproses dan menyesuaikan kedua paket data yang telah diterima, jika sesuai maka data-data tersebut akan langsung ditampilkan pada komputer, namun jika kedua data yang diterima sentral unit tidak sama, maka sentral unit akan mengirimkan perintah kepada terminal unit untuk mengirimkan data lagi. Jika sampai lima kali pengiriman data dan tidak sesuai, maka data kelima yang akan digunakan.
2. Push Button digunakan untuk memberikan masukan berupa pengaturan dari pengguna. Pengaturan ini memungkinkan pengguna untuk mengubah konfigurasi dan mode – mode pengendalian yang dilakukan sistem.
3. IC RTC DS1307 digunakan sebagai penjaga waktu mikrokontroler, sehingga pengiriman paket data bisa disesuaikan sesuai keinginan pengguna.
4. Mikrokontroler akan mengambil data dari setiap sensor yang kemudian di tampilkan di LCD sekaligus diubah menjadi paket data yang siap untuk dikirim ke Cental Unit.
3.1.
Perancangan Perangkat Keras
3.1.1.
Rangkaian Minimum System ATmega128
Minimum system merupakan pusat kontrol dan pengolahan data. Gambar 3.2. merupakan minimum sistem dengan IC mikrokontroler ATMEGA128 CPU sebagai komponen utama. Setiap pin dalam ATmega128 ini telah dihubungkan dengan konektor
female yang terpasang di dalam board pcb, sehingga memudahkan dalam pemakaiannya.
3.1.2.
Rangkaian RTC
–
IC DS1307
Gambar 3.3. Rangkaian RTC
3.1.3.
Rangkaian LCD
LCD merupakan perangkat interface yang menampilkan data-data dari sensor yang telah dikumpulkan dan aksi yang akan dilakukan, LCD yang digunakan dalam perancangan ini adalah LCD 16x2. LCD ini memiliki lampu latar yang dapat dinyalakan dengan tegangan 4,2V pada pin A dan menyambungkan pin K pada jalur ground, namun tegangan kontras maksimum pada LCD ini adalah 5V sehingga diberikan variable resistor sebesar 10K agar lampu latar belakang LCD tidak menyala terlalu terang.
[image:55.612.90.542.324.661.2]Rangkaian sistem pengendali ini dapat digunakan oleh pengguna dari terminal unit. Pada sistem pengendali ini menggunakan tombol sebagai masukan dan lampu sebagai keluarannya, satu tombol digunakan untuk satu aksi pengendalian dimana pengendalian yang dapat dilakukan terdiri dari pintu inlet, pintu outlet, pompa sumur dan pompa aerator. LED
[image:56.612.93.512.220.449.2]yang digunakan untuk pintu inlet yaitu merah, pintu outlet yaitu biru, pompa sumur yaitu hijau, pompa aerator yaitu putih. Resistor yang digunakan untuk LED sendiri menggunakan nilai 330ohm.
Gambar 3.7. Rangkaian Sistem Pengendali
3.1.5.
Modul Pemancar
Modul pemancar ini digunakan sebagai komunikasi dari sentral dan terminal unit, modul pemancar ini menggunakan RX01 dan TX02 yang bekerja pada frekuensi 433MHz.
[image:56.612.140.509.455.675.2]3.2.1. Diagram Alir Program Utama
Pada program utama ini terdapat dua masukan, yaitu setting pengguna dari sentral unit dan setting pengguna dari terminal unit. Setting waktu pengiriman data merupakan setting pengguna dari sentral unit, pada setting ini sentral unit dapat mengatur waktu pengiriman paket data yang akan dikirimkan dari terminal unit ke sentral unit. Setting parameter baru merupakan setting pengguna dari sentral unit, pada setting ini sentral unit akan mengganti nilai-nilai parameter yang sudah ditentukan sebelumnya. Subrutin pengiriman satu data merupakan setting pengguna dari sentral unit, pada setting ini sentral unit akan meminta data
Gambar 3.9. Program Utama
Karakter Keterangan
A Perintah dari sentral unit ke terminal unit untuk mengirimkan data Suhu B Perintah dari sentral unit ke terminal unit untuk mengirimkan data pH C Perintah dari sentral unit ke terminal unit untuk mengirimkan data DO
D Perintah dari sentral unit ke terminal unit untuk mengirimkan data Kekeruhan E Perintah dari sentral unit ke terminal unit untuk mengirimkan data Kondukttivitas
J Perintah dari sentral unit ke terminal unit untuk mengubah waktu pengriman data U Perintah dari sentral unit ke terminal unit untuk mengirimkan ulang paket data V Perintah dari sentral unit ke terminal unit untuk mengubah nilai batasan Suhu W Perintah dari sentral unit ke terminal unit untuk mengubah nilai batasan DO
X Perintah dari sentral unit ke terminal unit untuk mengubah nilai batasan pH
Y Perintah dari sentral unit ke terminal unit untuk mengubah nilai batasan Kekeruhan Z Perintah dari sentral unit ke terminal unit untuk mengubah nilai batasan
Konduktivitas
a Perintah dari terminal unit ke sensor untuk mengambil data Suhu b Perintah dari terminal unit ke sensor untuk mengambil data pH c Perintah dari terminal unit ke sensor untuk mengambil data DO
d Perintah dari terminal unit ke sensor untuk mengambil data Kekeruhan e Perintah dari terminal unit ke sensor untuk mengambil data Konduktivitas
Tabel 3.2. Tabel Karakter Data
Karakter Keterangan
S Karakter yang menunjukkan parameter Suhu P Karakter yang menunjukkan parameter pH D Karakter yang menunjukkan parameter DO
[image:59.612.80.548.81.664.2]K Karakter yang menunjukkan pintu inlet L Karakter yang menunjukkan pintu outlet M Karakter yang menunjukkan pompa sumur N Karakter yang menunjukkan pompa aerator
Tabel 3.3. Format Data
Format Data Keterangan
“S”;”aaaa”;”#” Sensor Suhu
“P”;”bbbb”;”#” Sensor pH
“D”;”cccc”;”#” Sensor Do
“H”;”dddd”;”#” Sensor Kekeruhan
“O”;”eeee”;”#” Sensor Konduktivitas
“J”;”ff”;”#” Mengubah waktu pengiriman data
“V”;”gggg”;”hhhh”;”#” Mengubah parameter suhu
“W”;”gggg”;”hhhh”;”#” Mengubah parameter DO
“X”;”kkkk”;”#” Mengubah parameter pH
“Y”;”kkkk”;”#” Mengubah parameter Kekeruhan
“Z”;”kkkk”;”#” Mengubah parameter Konduktivitas
“K”;”0”;”#” Pintu Inlet dalam keadaan mati
“K”;”1”;”#” Pintu Inlet dalam keadaan Hidup
“L”;”0”;”#” Pintu Outlet dalam keadaan mati
“L”;”1”;”#” Pintu Outlet dalam keadaan hidup
“M”;”0”;”#” Pompa Sumur dalam keadaan mati
“M”;”1”;”#” Pompa Sumur dalam keadaan hidup
“N”;”0”;”#” Pompa Aerator dalam keadaan mati
[image:60.612.76.550.85.627.2]pengambilan data sensor selalu dilakukan berulang – ulang selama sistem berjalan, dan pengiriman data akan dilakukan sesuai jadwal yang sudah ditentukan (default) kecuali ada perubahan jadwal pengiriman dari user sentral unit. Nilai pada parameter-parameter sudah ditentukan dari awal dan akan dikirimkan dalam bentuk satu paket data, namun user dapat mengubah nilai parameter sesuai dengan keinginan user, dan pada subrutin single data sendiri user dapat mengambil parameter satu per satu dan tidak dalam bentuk paket data.
Dalam diagram alir ini terdapat beberapa karakter yang akan digunakan untuk berkomunikasi antara sentral unit dan terminal unit, terdapat karakter perintah dan karakter yang menunjukan data. Dimana karakter perintah adalah karakter yang akan dikirimkan sentral unit ke sentral unit untuk meminta data satu per satu, perintah untuk mengubah nilai parameter yang ada, terdapat juga karakter perintah dari terminal unit untuk mengambil paket data dari sensor. Sedangkan untuk karakter data adalah karakter yang menunjukkan bahwa data tersebut suhu, pH, DO, kekeruhan dan konduktivitas, selain itu terdapat pula karakter yang menunjukkan pintu inlet, pintu outlet, pompa sumur dan pompa aerator.
3.2.2.
Diagram Alir Setting Waktu Pengiriman Data
Waktu pengiriman data dapat diatur oleh pengguna dari sentral unit setiap beberapa menit atau beberapa jam sekali, namun jika pengguna tidak mengatur waktu pengiriman data, maka pengiriman data tersebut akan menggunakan default yang telah ditentukan. Diagram alir setting waktu pengiriman data ditunjukan pada gambar 3.10.
3.2.3.
Diagram Alir Nilai Data Sensor
Gambar 3.11. Diagram Alir Setting nilai data sensor
Pada gambar 3.11. menunjukan cara kerja dalam mengubah setting nilai untuk yang ada. Dimana pengguna dari sentral unit dapat merubah nilai sensor yang telah ditentukan, namun jika pengguna dari sentral unit tidak memberikan nilai untuk sensor ini maka nilai yang akan digunakan adalah nilai awal (default).
Gambar 3.12. Diagram Alir Single Data Sensor
Gambar 3.13. Diagram Alir Subrutin Menu
Pada gambar 3.13. merupakan penjelasan dari subrutin menu. Dimana didalam subrutin menu ini terdapat dua masukan yaitu setting RTC dan setting sistem pengendalian.
3.2.6.
Diagram Alir Pengambilan Data
dibulatkan menjadi8 ms, dihitung dari:
1 byte = 10 bit 6 karakter = 6 byte 6 karakter = 60 bit
[image:65.612.107.533.321.631.2]
Jika tidak ada data yang dikirimkan 7 ms, data yang ditampilkan adalah 0000. Berikut diagram alir subrutin pengambilan data sensor ditunjukkan gambar 3.14 dan 3.15, sedangkan subrutin pengambilan data setiap sensor ditunjukkan pada gambar 3.16.
Gambar 3.15. Diagram Alir Subrutin Pengambilan Data DO dan Kekeruhan
Gambar 3.17. Diagram Alir Kontrol Sistem
Pada gambar 3.17. dijelaskan nilai parameter pada batas atas dan batas bawah untuk parameter kualitas kolam air ikan yang digunakan dalam mengontrol sistem yang ada, dimana jika data yang didapatkan dari sensor tidak sesuai dengan nilai parameter yang ada, maka kontrol sistem akan melakukan aksi. Namun pada parameter DO, jika nilai tidak sesuai maka sistem akan menghidupkan pompa aerator.
3.2.8.
Diagram Alir Subrutin Aksi
Gambar 3.18. Diagram Alir Subrutin Aksi
3.2.9.
Diagram Alir Aksi Pengendalian
dimana aksi pengendalian ini menggunakan push button untuk membuka pintu inlet, pintu outlet, pompa sumur dan pompa aerator. Aksi pengendalian ini sama dengan aksi pintu inlet dan outlet yang dikendalikan dari sentral unit, namun aksi pengendalian dari terminal unit ini lebih dominan dari aksi yang diperintahkan dari sentral unit. Pada aksi pengendalian ini juga menggunakan karakter untuk menentukan kondisi yang sedang berjalan, karakter yang digunakan adalah “K” sebagai pintu inlet, “L” sebagai pintu outlet, “M” sebagai pompa sumur, dan “N” sebagai pompa aerator. Dan karakter “0” untuk menentukan tidak aktif dan karakter “1” untuk menentukan aktif.
[image:69.612.90.516.209.678.2]3.2.10.
Diagram Alir Pengiriman Data
47
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi gambar fisik hardware yang dibuat, pembahasan tentang perbagian
hardware, hasil pengujian hardware, hasil pengujian rangkaian, hasil pengambilan data, pembahasan tentang data yang diperoleh, dan pembahasan tentang program yang digunakan di mikrokontroler. Data yang akan dibahas terdiri atas pengambilan data dari terminal unit ke sensor dan paket data dari terminal unit ke sentral unit dan sebaliknya dengan komunikasi serial, serta pengujian tiap bagian hardware. Hasil pengujian berupa data-data yang diperoleh untuk memperlihatkan bahwa hardware atau software yang dirancang telah bekerja dengan baik atau tidak. Berdasarkan data-data tersebut dapat dilakukan analisis terhadap proses kerja alat yang kemudian dapat digunakan untuk menarik kesimpulan akhir.
4.1.
Mekanik Kotak Sistem
Gambar 4.1. Mekanik kotak sistem tampak depan
[image:72.612.83.540.274.562.2]Bagian kanan alat terminal unit. Pada bagian kanan alat terminal unit ini terdapat kabel RX dan TX yang digunakan sebagai komunikasi ke dummy sensor. Kabel berwarna biru adalah TX dan kabel berwarna ungu adalah RX. Bagian kiri alat terminal unit ini dapat dilihat pada gambar 4.2.
Gambar 4.2. Mekanik kotak sistem tampak samping kanan
Gambar 4.3. Mekanik kotak sistem tampak samping kiri
Bagian belakang alat terminal unit. Pada bagian belakang alat terminal unit ini terdapat socket
[image:73.612.86.538.299.545.2]power yang digunakan untuk daya pada alat terminal unit ini. Daya yang dibutuhkan untuk alat terminal unit ini adalah 5V. Bagian belakang alat terminal unit ini dapat dilihat pada gambar 4.4.
Gambar 4.4. Mekanik kotak sistem tampak belakang
4.2.
Subsistem Elektronik
Rangkaian LCD 16x2 merupakan rangkaian yang digunakan untuk menghubungkan LCD 16x2 dengan minimum sistem serta pengaturan tingkat kecerahan LCD 16x2. Rangkaian LCD 16x2 dapat dilihat pada gambar 4.5.
Gambar 4.5. Rangkaian LCD 16x2 Keterangan Gambar 4.5.:
1. Input 5V 4. RW 7. D5
2. Ground 5. E 8. D6
3. RS 6. D4 9. D7
4.2.2.
Rangkaian TX02-433D dan RX01-433D
Rangkaian TX02-433D dan RX01-433D merupakan rangkaian pemancar berupa
[image:74.612.86.539.435.673.2]transmitter atau pengirim data serta receiver atau penerima data. rangkaian TX dan RX dapat dilihat pada gambar 4.6.
penguat TX02-433D dan RX01-433D dalam menerima ataupun mengirimkan data: Keterangan Gambar 4.6.:
1. Port untuk bagian TX02-433D 4. Input 5V dan Ground
2. Modul TX02-433D 5. Port untuk bagian RX01-433D
3. Modul RX01-433D
4.2.3.
Rangkaian Mikrokontroler
[image:75.612.87.509.265.565.2]Rangkaian sistem mikrokontroler merupakan rangkaian yang digunakan untuk menjalankan ATMega128. Rangkaian ATMega128 dapat dilihat pada gambar 4.7.
Gambar 4.7. Rangkaian mikrokontroler Keterangan Gambar 4.7.:
1. Input 5V dan Ground 5. Port Rx01-433D dan Tx02-433D
2. Port Push Button 6. Port ATmega 128
3. Rangkaian RTC 7. Port LCD
4. Port Rx Tx sensor 8. Output 5V untuk modul RX dan TX
4.3.
Cara Penggunaan Alat
Untuk menggunakan alat ini, user harus memasangkan kabel power sebagai daya dan memasang kabel RX TX ke dummy sensor. Prinsip kerja sistem telemetri modul terminal unit ini pada dasarnya bekerja dengan mengambil data dari dummy sensor dan disimpan di array
mengirimkan paket data kembali dan dipancarkan sebanyak dua kali sampai terminal unit tidak menerima perintah kirim ulang data. Selain itu, alat ini juga dapat menerima perintah lain dari sentral unit, seperti pengaturan jadwal pengiriman data, batasan untuk masing-masing sensor, pengambilan salah satu sensor, dan reset untuk batasan masing-masing sensor. Dalam alat terminal unit juga terdapat menu yang dapat digunakan untuk mengatur waktu RTC, pengaturan jadwal pengiriman paket data, pengaturan untuk kendali pintu air apakah manual atau otomatis, reset batasan masing-masing sensor dan pengecekan data sensor. Gambar 4.8. merupakan tampilan awal alat terminal unit. Pada tampilan ini LCD 16x2 menampilkan jam, menit, detik, tanggal, bulan, tahun dan kendali yang sedang terjadi. K L M N merupakan kendali yang ada, dimana K adalah pintu air masuk, L pintu air keluar, M pompa sumur, N pompa aerator. 0 dan 1 merupakan status kendali, dimana 0 adalah tertutup dan 1 adalah terbuka.
Gambar 4.8. Tampilan Awal Alat Terminal Unit
4.3.1.Pengaturan waktu RTC.
Gambar 4.9. Tampilan menu RTC
4.3.2.Pengaturan jadwal pengiriman.
Pada jadwal pengiriman paket data ini user dapat mengatur waktu pengiriman paket data dari terminal unit ke sentral unit sesuai dengan keinginan user. Pengaturan jadwal ini dapat dilakukan dengan menekan tombol UP pada saat tampilan atur jam, maka akan muncul “edit jadwal?”. Jika ingin mengubah jadwal pengiriman user dapat menekan tombol OK dan tombol UP untuk menambah waktu dan DOWN untuk mengurangi jadwal pengiriman. Tampilan menu edit jadwal dapat dilihat pada gambar 4.10.
Gambar 4.10. Tampilan menu jadwal pengiriman paket data
4.3.3.Menu Pengambilan Salah Satu Data Sensor
4.3.3.1. Pengambilan Data Suhu
Pada menu ini user dapat mengambil data sensor suhu dari dummy sensor. Pengambilan data sensor ini dapat dilakukan dengan menekan tombol MENU saat tampilan awal kemudian tekan tombol UP sampai LCD menampilkan “ambil data suhu?’. Setelah itu
Gambar 4.11. Tampilan menu ambil data suhu
4.3.3.2. Pengambilan data keasaman
Pada menu ini, user dapat mengambil data sensor keasaman dari dummy sensor. Pengambilan data sensor keasaman ini dapat dilakukan dengan menekan tombol UP setelah pengambilan data sensor suhu atau menekan tombol MENU pada tampilan awal dan menekan tombol UP sampai LCD menampilkan “ambil da
