74
APLIKASI KONTROL PADA PENGENDALIAN ATAP JEMURAN
BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA16
Galih Anindita8, Edy Setiawan9 ABSTRACT
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi mendorong orang untuk lebih mengembangkan pengetahuan dan keterampilan mereka, terutama pada aplikasi kontrol otomatis. Sekarang lulusan dari sekolah menengah untuk lulusan perguruan tinggi kejuruan dituntut untuk dapat terjun ke lapangan atau bisa langsung menangani pekerjaan. Hal yang pembahasan artikel ini akan memberikan pengetahuan tentang aplikasi desain "Application Control di Roof Pengendalian ATMEGA16 Mikrokontroler Berbasis". Hasil pengujian yang dilakukan pada kontrol ini memberikan hasil efisiensi waktu dan biaya, kontrol aplikasi ini diharapkan dapat memberikan pemahaman mendasar dari sistem dasar kontrol otomatis, dan juga pemahaman dan penerapan mikrokontroler, sensor cahaya dan sensor hidro
Kata kunci: mikrokontroler, LDR, Sensor hidro ABSTRACT
Advances in science and technology encourages people to further develop their knowledge and skills, especially on automatic control applications. Now it graduates from secondary schools to graduates of vocational colleges are required to be able to plunge into the field or can directly handle a job. Of the things that the discussion of this article will provide knowledge about the design application "Application Control on Roof Control ATMEGA16 Microcontroller Based". The results of tests already performed on this control applications deliver results time and cost efficiency, control of the application is expected to provide a fundamental understanding of the basic system of automatic control , and also an understanding and application of microcontroller, sensor light and hydro sensors.
Keyword: Microcontroller, LDR, Sensor Hydro
8Dosen Jurusan Keselamatan dan Kesehatan Kerja PPNS Surabaya 9Dosen Jurusan Teknik Kelistrikan Kapal PPNS Surabaya
75 Pendahuluan
Dalam kegiatan sehari-hari pada zaman yang modern ini, setiap orang pada umumnya menginginkan sesuatu yang serba praktis dan efisien. Begitu banyak kegiatan yang sering dilakukan setiap hari, akan tetapi membuat orang melupakan hal-hal yang dianggap kecil terhadap benda yang dimilikinya sendiri tetapi sebenarnya begitu penting. Salah satu contohnya dalam hal menjemur pakaian.Pada saat selesai mencuci pakaian, tentunya juga perlu menjemur pakaian agar kering dan bersih. Namun kegiatan sehari-hari di luar rumah dari pagi hingga petang membuat letih dan tidak dapat mengambil pakaian yang ada di jemuran pada saat hujan turun. Hasilnya pakaian yang sudah kering dan bersih menjadi basah dan kotor. Oleh karena itu perlu adanya alat pengendali automatis untuk mengatasi permasalahan tersebut. Maka dalam pembahasan artikel ini akan membahas aplikasi pengendalian automatis atap jemuran dengan menggunakan sensor cahaya dan air berbasis mikrokontroller. Kajian Pustaka
ATMega16
Mikrokontroller yang dipakai adalah mikrokontroller jenis AVR yaitu ATMega16 produksi ATMEL, yang merupakan tipe mikrokontroller dengan arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). ATMega16 ini memiliki
karakteristik sebagai berikut :
1. 16 Kbytes (ATmegal6) In Sytem Self Programmable Flash.
2. 1 Kbytes Internal SRAM (Static Random Access Memory).
3. 512 bytes EEPROM (Electricaly Erasable Programmable Read Only Memory).
4. Programmable serial USART
(Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter).
5. 32 (ATmegal6) Programmable I/O Line.
6. Kecepatan maksimum hingga 16 MIPS (Million Instruction Per Second) dengan menggunakan
kristal 8 MHz.
Gambar 1. Konfigurasi pin-pin ATmegal6
Mikrokontroller ATMega16 memiliki konfigurasi pin seperti tampak pada
gambar diatas, dengan fungsi masing-masing pin adalah sebagai berikut :
1. VCC merupakan pin yang berfungsi
sebagai masukan catu daya (Tegangan Sumber)
2. GND merupakan pinGround
3. Port A (PA7..PA0)
Port A merupakan pin input/output
dua arah dan pin masukan ADC.
4. Port B (PB7..PBO)
Port B merupakan pin input/output
dua arah dan pin fungsi khusus. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port B
dapat dilihat pada tabel 1: Tabel.1 Fungsi Khusus Port B
76
5. Port C (PC7..PCO)
Port C merupakan pin input/output
dua arah dan pin fungsi khusus. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port C
dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 2
Tabel.2 Fungsi Khusus Port C
6. Port D (PD7..PDO)
Port D merupakan pin input/output
dua arah dan pin fungsi khusus. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port D
dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel 3.
Tabel 3. Fungsi Khusus Port D
7. AVCC
Pin dari AVCC merupakan sumber
tegangan untuk ADC. Pin AVCC
harus tetap disambungkan ke VCC meskipun tidak menggunakan konfigurasi dari ADC.
8. AREF
AREF merupakan pin tegangan analog referensi untuk ADC.
9. Reset
Input reset. Jika pin ini mendapat
logika ”low” maka akan
menjalankan reset (meskipun clock
tidak aktif). Pulsa yang pendek tidak akan menjamin dapat menjalankan reset ini.
10. XTALl
Merupakan pin untuk inverting oscillator amplifier dan input dari
rangkaian internal clock.
11. XTAL2
Merupakan output dari inverting oscillator amplifier
LDR ( Light Dependent Resistor ) LDR adalah salah satu jenis resistor yang nilai hambatannya dipengaruhi oleh cahaya yang diterima olehnya. LDR dibuat dari Cadmium Sulfida yang peka terhadap cahaya. Seperti yang telah diketahui bahwa cahaya memiliki dua sifat yang berbeda yaitu sebagai gelombang elektromagnetik dan foton/partikel energi (dualisme cahaya).
Gambar 2. Simbol Komponen LDR Saat cahaya menerangi LDR, foton akan menabrak ikatan Cadmium Sulfida dan melepaskan elektron. Semakin besar intensitas cahaya yang datang, semakin banyak elektron yang terlepas dari ikatan. Sehingga hambatan LDR akan
77 turun saat cahaya meneranginya. LDR
akan mempunyai hambatan yang sangat besar saat tak ada cahaya yang mengenainya. Dalam kondisi ini hambatan LDR, mampu mencapai 1 M ohm. Akan tetapi saat terkena sinar, hambatan LDR akan turun secara drastis hingga nilai beberapa puluh ohm saja. Dalam aplikasi, dianjurkan untuk mengukur nilai Rmax dan Rmin dari LDR. Pengukuran Rmax dilakukan saat tidak terkena cahaya (“agak gelap”) dan pengukuran Rmin dilakukan saat terkena cahaya.
Sensor Hydro
Merupakan jenis sensor yang akan aktif jika sensor terkena air hujan.Jika sensor terkena air hujan maka jalur antara port dan ground akan terhubung. Sehingga
nilai tegangan diport akan bernilai nol karena terhubung langsung dengan
ground.
Gambar 3. Simbol Komponen Sensor Hujan
Motor DC
Motor DC adalah motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC memiliki 3 bagian atau komponen utama untuk dapat berputar sebagai berikut.
Bagian Atau Komponen Utama Motor DC
Kutub medan Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi ruang terbuka diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet.
Current Elektromagnet atau Dinamo, Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi.
Commutator, Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk transmisi arus antara dinamo dan sumber daya. Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
1. Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan 2. Arus medan – menurunkan arus
medan akan meningkatkan kecepatan.
Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:
Gaya Elektromagnetik (E): E=K Φ N Torque (T) : T=K Φ Ia
dimana:
E= gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
78
Φ= flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N= kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T= Torque electromagnetik Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan Jenis-Jenis Motor DC
Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited
Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.
Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited
Pada jenis motor DC sumber daya sendiri di bagi menjadi 3 tipe sebagi berikut :
Motor DC Tipe Shunt Pada motor shunt
Gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A). Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.
Karakter kecepatan motor DC tipe shunt adalah :
1. Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
2. Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).
Motor DC Tipe Seri Pada Motor Seri Gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan
gulungan dinamo (A). Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo. Karakter kecepatan dari motor DC tipe seri adalah :
1. Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM 2. Harus dihindarkan menjalankan
motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor DC Tipe Kompon/Gabungan, Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A). Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Karakter dari motor DC tipe kompon/gabungan ini adalah, makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini.
Gambar 4. Motor DC Metode Pembahasan
Metode yang digunakan dalam pembahasan artikel ini adalah sebagai berikut:
1. Mengidentifikasi permasalahan awal berdasar kebutuhan
2. Merencanakan sistem berdasar kebutuhan
79 3. Membuat suatu rangkaian dan
menerapkannya 4. Melakukan pengujian 5. Memberikan kesimpulan Hasil Dan Pembahasan
Diagram Blok Kontrol
Gambar 5. Diagram Blok Kontrol Keterangan:
1. Input(Set point) berupa keadaan udara di dalam ruang jemuran. Keadaan udara yang diharapkan adalah udara dalam keadaan kering.
2. Kontroller, yaitu Atmega16. 3. Aktuator, yaitu motor untuk
menggerakkan atap jemuran. Hanya ada dua macam aksi dari atap ini, terbuka atau tertutup. 4. Plant, yaitu ruang jemuran. 5. Gangguan, berupa keadaan
lingkungan, bisa berupa hujan atau panas matahari.
6. Output berupa keadaan udara di dalam ruang jemuran. Hanya ada dua macam keadaan yaitu basah atau kering.
7. Sensor, hidrosensor yang mendeteksi ada atau tidaknya air di udara dan LDR yang mendeteksi ada atau tidaknya cahaya matahari.
Rancangan
Rancangan sensor cahaya (LDR)
Gambar 6. Rangkaian Sensor Cahaya Sensor yang digunakan pada rangkaian ini adalah sebuah LDR ( Light Dependent Resistor ) sebagai pendeteksi cahaya pada saat alat dijalankan. Cara kerja LDR sendiri adalah jika kondisi cahaya terang maka nilai hambatannya menjadi kecil bahkan dapat menyentuh angka nol tergantung intensitas cahaya yang mengenai LDR tersebut dan bila kondisi gelap maka hambatannya menjadi semakin besar. Rancangan Sensor Hydro
Gambar 7. Sensor Hydro
Sebenarnya ini bukan sebuah rangkaian elektronik, tapi hanya papan sirkuit yang dimanfaatkan lapisan tembaganya. Papan sirkuit dibentuk sedemikian rupa, sehingga saat terkena air, kedua sisi tembaga akan terhubung. Bisa dikatakan ini lebih mirip saklar air dari
+ - Kontroller Plant + + Sensor Setpoint Input error Gangguan Keluaran Output Feedback Aktuator
80
pada sensor air. Untuk rancangan rangkaian bisa dilihat pada gambar 8
Gambar 8. Rangkaian sensor Hydro
Sensor ini digunakan untuk mendeteksi adanya hujan salah satu kakinya terhubung dengan port mikro dan kaki satunya lagi terhubung dengan ground,
jadi apabila sensor terkena air maka ground dan port mikro akan terhubung singkat,lalu port mikro akan berlogika nol.
Rangkaian driver motor DC
Gambar 9. Rangkaian driver Motor DC DIAGRAM ALIR KERJA
81 Gambar 10. Diagram Alir Kerja Sistem
Diagram alir pada gambar 10 menjelaskan prinsip dari kerja sistem pengendali atap jemuran automatis. Pengujian.
A.Blok Sensor
1. Menyiapkan alat dan bahan
Modul sensor air dan sensor cahaya LDR,project board,led,kabel,adaptor 2. Led sebagai indikator bahwa sensor
mengeluarkan logic 1(tegangan 5V) 3. Memasukkan tegangan supply
sebesar 12V
4. Dalam keadaan normal(LDR terkena cahaya),sensor air belum ditetesi air 5. Pada gambar 11, menjelaskan
pengujian untuk kondisi LDR tidak terkena cahaya, sensor air belum ditetesi air
Gambar 11. Pengujian sensor
6. Pada gambar 12, menjelaskan pengujian untuk kondisi LDR
82
terkena cahaya, sensor air 1ditetesi air, sensor air 2 tidak ditetesi air.
Gambar 12. Pengujian Sensor
7. Pada gambar 13, menjelaskan pengujian untuk kondisi LDR terkena cahaya, sensor air 1 tidak ditetesi air, sensor 2 ditetesi air.
Gambar 13. Pengujian Sensor
B. Blok Kontroller
1. menyiapkan alat dan bahan a. Minimum System atmega16 a. Downloader USB-ASP b. Kabel USB-ASP c. PC
2. Menghubungkan PC dengan Downloader menggunakan kabel USB-ASP
3. Mengubungkan Port ASP downloader dengan Port ASP Minimum System
4. Membuka Aplikasi PROGISP 5. Meng up-load program
C. Blok Aktuator
1. Menyiapkan alat dan bahan a. Driver motor
b. Motor DC 12V
c. Power supply 12V dan 5V DC
d. Minsis Atmega16
2. Menghubungkan driver motor dengan supply 12V sebagai tegangan motor dan 5V sebagai tegangan kerja driver motor.
3. Menghubungkan Port input driver dengan Minsis portb.3 dan portb.5
4. Menghubungkan Port output Driver motor dengan motor 5. Memberikan nilai logic ke
driver motor
Tabel 4. Hasil Pengujian Motor N o Input1 (portb. 3) Input2 (portb. 5) Pergerak an motor 1 0 0 Motor berputar searah jarum jam 2 1 0 Motor berputar berlawan an arah jarum jam 3 0 1 Motor tidak berputar 4 1 1 Motor tidak berputar
83 D. Sistem
1. Menyiapkan alat dan bahan a. Miniatur atap jemuran
otomatis anti hujan b. Power supply 12V
c. Air
d. Penerangan
2. Memberikan supply 12V DC pada sistem
3. Memposisikan atap dalam keadaan terbuka
4. Memberikan perlakuan pada sensor-sensor dan menghasilkan aksi sebagai berikut
Tabel. 5 Hasil Pengujian Sensor
No Sensor air1 Sensor air2 LDR Aksi
1. Tdk ditetesi air Tidak ditetesi Air Terkena cahaya Atap diam dalam keadaan terbuka
2. Ditetesi air Tidak ditetesi Air Terkena cahaya Atap diam dalam keadaan terbuka
3. Ditetesi air Ditetesi air Terkena cahaya Atap menutup
4. Ditetesi air Ditetesi air Tidak terkena cahaya Atap menutup
5. Dikeringkan Ditetesi air Tidak terkena cahaya Atap diam dalam keadaan tertutup
6. Dikeringkan Dikeringkan Tidak terkena cahaya Atap diam dalam keadaan tertutup
7. Dikeringkan Dikeringkan Terkena cahaya Atap terbuka
Simpulan
Dari aplikasi pengendalian automatis
atap jemuran dengan menggunakan sensor cahaya dan air berbasis mikrokontroller ini menghasilkan efisiensi waktu dan biaya.
Daftar Pustaka
Bejo, Agus. 2005. C & AVR Rahasia kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroler ATMega8535. Edisi pertama. Yogyakarta. Penerbit Gava Media.
Budiharto, Widodo. 2005. Panduan Lengkap Belajar Mikrokontroler Perancangan Sistem dan Aplikasi Mikrokontroler.Jakarta : PT. Elex Media Komputindo. ______,2005. Pemrograman MikrokontrolerAVR ATMEGA16 Menggunakan Bahasa C, Informatika, Bandung .
Setiawan, Edy, 2014, Modul praktikum Pengendalian Automatik (Analog Proses), Lab.Kontrol Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya.
