SKRIPSI
ISMAIL HAKIM 170821032
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
ISMAIL HAKIM 170821032
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PROTOTIPE SISTEM PEMBERI PAKAN TERNAK AYAM DI KANDANG SECARA OTOMATIS BERBASIS ATMEGA 328
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2019
ISMAIL HAKIM 170821032
PENGESAHAN SKRIPSI
Judul : Prototipe Sistem Pemberi Pakan Ternak Ayam Di Kandang Secara Otomatis Berbasis Atmega 328
Kategori : Skripsi
Nama : Ismail Hakim
NIM : 170821032
Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika
Fakultas : MIPA- Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Juli 2019
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua, Dosen Pembimbing,
Dr. Perdinan Sinuhaji, MS Junedi Ginting, S.Si, M.Si NIP. 195903101987031002 NIP.197306222003121001
PROTOTIPE SISTEM PEMBERI PAKAN TERNAK AYAM DI KANDANG SECARA OTOMATIS BERBASIS ATMEGA 328
ABSTRAK
Pengendalian prototipe ini dirancang dengan menggunakan koneksi bluetooth dari smartphone dengan basis android sehingga mempermudah penggunaan dalam mengontrol prototipe dari jarak jauh. Sinyal-sinyal perintah akan dikirimkan melalui smartphone menuju mikrokontroler ATMega 328 yang terdapat di dalam modul Arduino. Sinyal-sinyal perintah yang dikirimkan melalui smartphone akan diproses menjadi gerakan-gerakan seperti berjalan atau membuka tutup wadah pakan sesuai dengan perintah yang diinginkan pengguna smartphone. Salah satu inovasi yang membantu pekerjaan manusia adalah peralatan dan sistem yang sudah otomatis atau terotomasi. Perkembangan teknologi yang semakin maju ini, membuat masyarakat mengharapkan adanya kemudahan dalam berbagi aspek kehidupan. Teknologi juga diharapkan dapat mempermudah segala aspek kehidupan manusia. Salah satunya mendukung kegiatan berwirausaha, sehingga usaha dapat dijalankan menjadi efisien, praktis, dan efektif.
Kata Kunci: Prototipe, Sistem, Pakan dan ATMega 328
PROTOTYPE OF CHICKEN FEED SYSTEM IN ENCLOSURE AUTOMATICALLY BASED ATMEGA 328
ABSTRACT
Control of this prototype was designed using bluetooth connections from smartphones with an android base making it easier for use in remotely controlling prototypes.Command signals will be delivered via smartphones towards the ATMega 328 microcontroller contained within the Arduino module. Command signals delivered via smartphones will be processed into movements such as running or opening the feed container lid according to the commands that smartphone users want. One innovation that helps human work is equipment and systems that are already automated or automated. This development of increasingly advanced technology, makes the community expect an ease in sharing aspects of life. One of them supports entrepreneurial activities, so that efforts can be run into efficient, practical, and effective.
Keywords: Prototype, System, Feed and ATMega 328
PENGHARGAAN
Alhamdulillahirabbil’Alamiin,
Puji Syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT. Yang Maha Menguasai dan Maha Menggerakkan hati serta anggota tubuh setiap makhluknya. Sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan skripsi ini dan tidak lupa pula penulis sampaikan shalawat berangkaikan salam kepada Nabi Muhammad SAW yang kita harapkan syafa’atnya di akhirat kelak. Laporan ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana fisika pada program studi fisika di FMIPA USU. Pada Skripsi ini penulis mengambil judul :
PROTOTIPE SISTEM PEMBERI PAKAN TERNAK AYAM DI KANDANG SECARA OTOMATIS BERBASIS ATMEGA 328
Penulis menyadari keterbatasan yang dimiliki, karena terselesaikannya skripsi ini tidak lepas dari bantuan serta dukungan dari berbagai pihak kepada penulis untuk itu, izinkan lah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, selaku ketua program studi Fisika FMIPA USU.
2. Bapak Junedi Ginting, S.Si, M.Si telah menjadi dosen pembimbing dalam penulisan skrpsi ini.
3. Kedua orang tua penulis dan serta saudara kandung yang telah memberikan dukungan, baik itu bantuan moril dan materil serta doa.
4. Seluruh Dosen dan Pegawai Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh teman-teman jurusan Fisika angkatan 2017 yang telah membantu dan memberikan dukungan untuk menyelesaikan laporan ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan laporan ini masih jauh dari kesempurnaan.
Medan, Agusutus 2019 Hormat Saya,
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN SKRIPSI i
ABSTRAK ii
ABSTRACT iii
PENGHARGAAN iv
DAFTAR ISI v
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 3
1.6 Sistematika Penulisan 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1. Pengertian Prototipe dan Sistem 5
2.2 Pengertian Pakan 6
2.3 Motor Servo 6
2.4 Sensor 8
2.5 Bluetooth HC-05 10
2.6 Mikrokontroler 11
2.7 Mikrokontroler ATMega 328 15
2.7.1 Komunikasi Serial Mikrokontroler 20
2.7.2 Pin Masukan dan Keluaran 22
2.7.3 Sumber Daya dan Pin Tegangan 23
2.7.4 Arduino IDE 24
BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM 26
3.1. Jenis Penelitian 26
3.2 Waktu dan Tempat Penelitian 26
3.3 Diagram Blok Rangkaian 26
3.4 Rangkaian Mikrokontroler ATMega 328 27
3.5 Rangkaian Sistematika Sistem 28
3.6 Prosedur Penelitian 29
3.7 Diagram Alir (Flowchart) 29
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 32 4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATmega 328 32 4.2 Implementasi Konstruksi Prototipe 34
4.3 Implementasi Program 35
4.3 Data Pengujian Alat 40
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 42
5.1. Kesimpulan 42
5.2. Saran 42
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Nomor. Judul Halaman
Tabel
4.1 Pengujian Pin Mikrokontroler ATMega 328 33
4.2 Data Hasil Pengujian Alat 40
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul
Halaman Gambar
2.1 Motor Servo 7
2.2 Bentuk dan Simbol Photo transistor 9
2.3. Modul Bluetooth HC-05 10
2.4 Blok Diagram Mikrokontroller 11
2.5 Chip Mikrokontroller 12
2.6 Konfigurasi Arduino Uno 16
2.7 Pin Mikrokontroller ATMega 328 18
2.8 Papan Arduino Uno 20
2.9 Logo Arduino 25
2.10 Arduino IDE 25
3.1 Diagram Blok Rangkaian 26
3.2 Perancangan Mikrokontroller 27
3.3 Rangkaian Skematik Minimum Sistem 28
3.4 Diagram Prosedur Penelitian 29
3.5 Diagram Alir (Flowchart) 30
4.1 Pengujian Mikrokontroler 32
4.2 Prototipe Sebelum Diisi Pakan dari dalam 34 4.3 Prototipe Sebelum Diisi Pakan dari atas 34
4.4 Prototipe Setelah Diisi Pakan 35
4.5 Program Keseluruhan Alat 38
4.6 Tampilan dari layar Smartphone yang terhubung 39 ke Bluetooth
4.7 Grafik Hubungan Waktu dengan Jumlah Ayam 40 4.8 Grafik Hubungan Berat Pakan dengan Jumlah 41
Ayam
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data Sheet Sensor Phototransistor Lampiran 2. Data Sheet ATMega 328
Lampiran 3. Data Sheet Motor Servo Lampiran 4. Foto Keseluruhan Alat Lampiran 5. Pengujian Berat Pakan
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada zaman modern ini, manusia banyak membuat inovasi-inovasi yang membantu mempermudah suatau pekerjaan, baik inovasi di bidang teknologi, kesehatan, pertanian, peternakan dan lainnya. Salah satu inovasi yang membantu pekerjaan manusia adalah peralatan dan sistem yang sudah otomatis atau terotomasi.
Perkembangan teknologi yang semakin maju ini, membuat masyarakat mengharapkan adanya kemudahan dalam berbagi aspek kehidupan. Teknologi juga diharapkan dapat mempermudah segala aspek kehidupan manusia. Salah satunya mendukung kegiatan berwirausaha, sehingga usaha dapat dijalankan menjadi efisien, praktis, dan efektif.[1]
Bagi peternak yang memiliki sejumlah besar ayam, dapat menjadi tugas yang sulit untuk menjaga mereka makan sepanjang waktu. Umumnya para peternak ayam masih menggunakan sistim konvensional untuk memberi makan ayam-ayam yang dipelihara. Mereka menggunakan tangan untuk menaburkan pakan pada tilang pakan dan berjalan sepanjang kandang yang mana kandang ayam petelur yang di ternakan sangatlah luas. Kegiatan seperti itu bagi peternak ayam akan menyita waktu dan tenaga.[2]
Dimasa sekarang ini banyak peternak unggas yang memberi pakan ternak unggasnya dengan cara yang terbilang klasik dengan menaburkan pakannya kedalam kandang atau dengan menaruhnya ke dalam sebuah wadah yang diletakkan di kandang unggas tersebut. Kesulitan yang sering terlihat adalah dimana para peternak unggas ayam terutama ayam pedaging/boiler mengangkat pakan kedalam kandang ayam lalu mendistribusikan pakan itu ke masing-masing bejana yang tersedia pada kandang. Prototipe sistem pemberi pakan ternak ayam ini dirancang agar dapat mempermudah dan mengontrol pemberiaan pakan lebih teratur. [3]
Pengendalian prototipe ini dirancang dengan menggunakan koneksi bluetooth dari smartphone dengan basis android sehingga mempermudah penggunan dalam mengontrol prototipe dari jarak jauh. Sinyal-sinyal perintah akan dikirimkan melalui
smartphone menuju mikrokontroler ATMega 328 yang terdapat di dalam modul Arduino Nano. Sinyal-sinyal perintah yang dikirimkan melalui smartphone akan diproses menjadi gerakan-gerakan seperti berjalan atau membuka katup wadah pakan sesuai dengan perintah yang telah program dalam sistem. Oleh karena itu penulis ingin membuat sebuah Prototipe pemberi pakan ternak unggas berbasis mikrokontroler ATMega 328 Arduino dengan sistem otomatis untuk membantu manusia dalam mempermudah pekerjaannya.[4]
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada skripsi ini yaitu:
1. Bagaimana agar memudahkan para peternak unggas ayam dalam pemberian pakan kepada ternak mereka, yang mana diharapkan agar memberikan efisiensi kinerja dan waktu.
2. Untuk memberikan pakan kepada ternak mereka maka para peternak biasanya mempekerjakan beberapa orang tergantung jumlah kandang yang dimiliki dan jumlah ternak mereka.
Masalah yang terjadi adalah pada saat peternak mempunyai banyak ternak dan harus memperkerjakan pekerja dimana semakin banyak jumlah pekerja yang dipekerjakan maka semakin besar biaya dan tenaga yang dibutuhkan. Protipe pemberi pakan ternak ayam berbasis mikrokontroler ATMega 328 Arduino Nano ini diharapkan dapat menyelesaikan permasalahan tersebut.
1.3 Batasan Masalah
Beberapa batasan masalah dalam perancangan protipe sistem pemberi pakan ayam otomatis ini, yaitu:
1. Mikrokontroler yang dipakai adalah Mikrokontroler ATMega 328 pada modul Arduino Nano.
2. Prototipe dikontrol menggunakan koneksi Bluetooth HC-05 yang tersambung ke Smartphone Android.
3. Bahasa pemrograman yang digunakan pada mikrokontroler ATMega 328 pada modul Arduino Nano menggunakan bahasa pemrograman C.
4. Perhitungan jumlah ayam yang masuk dengan sensor phototransistor 5. Menggunakan motor servo sebagai aktuator pada prototipe.
6. Pakan yang digunakan hanya sebatas pakan kering dan memiliki tekstur/bentuk halus.
7. Jumlah pakan ternak yang keluar dalam setiap kali katup terbuka.
8. Penelitian dilakukan pada kasus ayam pedaging atau ayam boiler berumur 1- 30 hari.
1.4 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah:
1. Menambah ilmu pengetahuan penulis dalam proses pembuatan prototipe berbasis ATMega 328.
2. Mengetahui jumlah pakan yang dikeluarkan berdasarkan jumlah ayam yang masuk.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Membantu pekerjaan manusia terutama pemilik peternakan ayam dalam memberi pakan ternaknya demi menghemat tenaga, waktu dan biaya.
2. Menciptakan suatu sistem yang dapat menghindari ayam terkena malnutrisi atau kurang gizi.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman, penulis membuat sistematika penulisan bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari protipe pemberi pakan ternak ayam otomatis di kandang ini, maka penulis menulis skripsi dengan urutan sistematika laporan ini sebagai berikut :
BAB 1 PENDAHULUAN
Bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, serta sistematika penulisan.
BAB 2 LANDASAN TEORI
Bab ini meliputi tentang teori landasan teori, dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari rangkaian teori pendukung itu antara lain tentang mikrokontroler yang digunakan, bahasa program yang dipergunakan dan komponen pendukung.
BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
Membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem secara keseluruhan.
BAB 4 PENGUJIAN DAN HASIL RANGKAIAN
Pembahasan rangkaian dan program yang dijalankan serta pengujian rangkaian, uji coba alat yang telah dibuat, pengoperasian dan spesifikasi alat dan lain sebagainya.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dari laporan skripsi ini serta saran apakah rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan dengan metode lain yang mempunyai sistem kerja yang sama.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Prototipe dan Sistem 2.1.1 Pengertian Prototipe
Prototipe (dalam bahasa ingris : prototype) adalah bentuk awal (contoh) atau standar ukuran dari sebuah entitas. Dalam bidang desain, sebuah prototipe dibuat sebelum dikembangkan atau justru dibuat khusus untuk pengembangan sebelum dibuat dalam skala sebenarnya atau sebelum diproduksi secara massal.
Dengan prototipe ini, kita dapat mengetahui rincian alat yang mau dibuat dan simulasi kerjanya.
2.1.2 Pengertian Sistem
Sistem kontrol (control system) merupakan suatu kumpulan cara atau metode yang dipelajari dari kebiasaan-kebiasaan manusia dalam bekerja, dimana manusia membutuhkan suatu pengamatan kualitas dari apa yang telah mereka kerjakan sehingga memiliki karakteristik sesuai dengan yang diharapkan pada mulanya.
Perkembangan teknologi menyebabkan manusia selalu terus belajar untuk mengembangkan dan mengoperasikan pekerjaan-pekerjaan kontrol yang semula dilakukan oleh manusia menjadi serba otomatis (dikendalikan oleh mesin).Dalam aplikasinya, sistem kontrol memegang peranan penting dalam teknologi. Sebagai contoh, otomatisasi industri dapat menekan biaya produksi, mempertinggi kualitas, dan dapat menggantikan pekerjaan-pekerjaan rutin yang membosankan.
Sehingga dengan demikian akan meningkatkan kinerja suatu sistem secara keseluruhan, dan pada akhirnya memberikan keuntungan bagi manusia yang menerapkannya. Sistem (system) adalah kombinasi dari komponen-komponen yang bekerja bersama-sama membentuk suatu obyek tertentu.
2.2 Pengertian Pakan
Pakan adalah makanan/asupan yang diberikan kepada hewan ternak (peliharaan). Istilah ini diadopsi dari bahasa Jawa. Pakan merupakan sumber energi dan materi bagi pertumbuhan dan dan kehidupan makhluk hidup. Zat yang terpenting dalam pakan adalah protein . Pakan berkualitas adalah pakan yang kandungan protein, lemak, karbohidrat, mineral dan vitaminnya seimbang . Hal yang harus diperhatikan mengenai pakan yaitu pakan tidak boleh disimpan dalam 2 minggu, tempat penyimpanan pakan sebaiknya kering (tidak lembap). Apabila pakan dibeli di pabrik sebaiknya dipastikan pabrik tersebut memproduksi pakan dengan kualitas yang baik . Kualitas pakan dapat menentukan kualitas ternak . Jika pakan disimpan dalam wadah, sebaiknya wadah tersebut ditutup rapat dan tidak ada udara yang masuk. Pakan yang terkontaminasi udara lembap akan berjamur .
Bagi semua makhluk hidup, pakan mempunyai peranan sangat penting sebagai sumber energi untuk pemeliharaan tubuh, pertumbuhan dan perkembangbiakan . Selain itu, pakan juga dapat digunakan untuk tujuan tertentu, misalnya untuk menghasilkan warna dan rasa tertentu. Fungsi lainnya diantaranya yaitu sebagai pengobatan, reproduksi, perbaikan metabolisme lemak dll. Namun pemberian pakan berlebih dapat membuat hewan peliharaan menjadi rentan terhadap penyakit, produktifitasnyapun akan menurun.
2.3 Motor Servo
Motor servo adalah sebuah perangkat sebagai aktuator putar (motor) yang dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo), sehingga dapat di set-up atau di atur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dari poros output motor. Motor servo merupakan perangkat yang terdiri dari motor DC, serangkaian gear, rangkaian kontrol dan potensiometer. Serangkaian gear yang melekat pada poros motor DC akan memperlambat putaran poros dan meningkatkan torsi motor servo, sedangkan potensiometer dengan perubahan resistansinya saat motor berputar berfungsi sebagai penentu batas posisi putaran poros motor servo. Penggunaan sistem kontrol loop tertutup pada motor servo berguna untuk mengontrol gerakan dan posisi akhir dari poros motor servo. Posisi poros output akan dihasilkan oleh sensor, untuk mengetahui posisi poros sudah tepat seperti yang di inginkan atau belum, dan
jika belum, maka kontrol input akan mengirim sinyal kendali untuk membuat posisi poros tersebut tepat pada posisi yang diinginkan. Motor servo biasa digunakan dalam aplikasi-aplikasi di industri, selain itu juga digunakan dalam berbagai aplikasi lain seperti pada mobil mainan radio kontrol, robot, pesawat, dan lain sebagainya. Ada dua jenis motor servo, yaitu motor servo AC dan DC. Motor servo AC lebih dapat menangani arus yang tinggi atau beban berat, sehingga sering diaplikasikan pada mesin-mesin industri. Sedangkan motor servo DC biasanya lebih cocok untuk digunakan pada aplikasi-aplikasi yang lebih kecil. Dan bila dibedakan menurut rotasinya, umumnya terdapat dua jenis motor servo yang dan terdapat di pasaran, yaitu motor servo rotation 180⁰ dan servo rotation continuous 360⁰.
a. Motor servo standard (servo rotation 180⁰) adalah jenis yang paling umum dari motor servo, dimana putaran poros outputnya terbatas hanya 90⁰ kearah kanan dan 90⁰ kearah kiri. Dengan kata lain total putarannya hanya setengah lingkaran atau 180⁰.
b. Motor servo rotation continuous 360⁰ merupakan jenis motor servo yang sebenarnya sama dengan jenis servo standard, hanya saja perputaran porosnya tanpa batasan atau dengan kata lain dapat berputar terus, baik ke arah kanan maupun kiri.
Gambar 2.1 Motor Servo
Motor servo DC memiliki sistem umpan balik tertutup di mana posisi rotor- nya akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor DC, serangkaian gear, potensiometer, dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor servo.
2.4 Sensor
Sensor adalah komponen yang digunakan untuk mendeteksi suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil., ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi.
Sensor merupakan bagian dari transducer (pengubah energi) yang berfungsi untuk melakukan sensing atau “merasakan dan menangkap” adanya perubahan energi eksternal yang akan masuk kebagian input dari transducer, sehingga perubahan kapasitas energi yang ditangkap segera dikirim kepada bagian konvertor dari transducer untuk dirubah menjadi energi listrik.
Photo Transistor adalah Transistor yang dapat mengubah energi cahaya menjadi listrik dan memiliki penguat (gain) Internal. Penguat Internal yang terintegrasi ini menjadikan sensitivitas atau kepekaan Photo Transistor terhadap cahaya jauh lebih baik dari komponen pendeteksi cahaya lainnya seperti Photo Diode ataupun Photo Resistor. Cahaya yang diterima oleh Photo Transistor akan menimbulkan arus pada daerah basis-nya dan menghasilkan penguatan arus hingga ratusan kali bahkan beberapa ribu kali. Photo Transistor juga merupakan komponen elektronika yang digolongkan sebagai Transduser.
Photo Transistor dirancang khusus untuk aplikasi pendeteksian cahaya sehingga memiliki Wilayah Basis dan Kolektor yang lebih besar dibanding dengan Transistor normal umumnya. Bahan Dasar Photo Transistor pada awalnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Silikon dan Germanium yang membentuk struktur Homo-junction.
Namun seiring dengan perkembangannya, Photo Transistor saat ini lebih banyak menggunakan bahan semikonduktor seperti Galium Arsenide yang tergolong dalam kelompok Semikonduktor III-V sehingga membentuk struktur Hetero-junction yang memberikan efisiensi konversi lebih tinggi. Yang dimaksud dengan Hetero- junction atau Heterostructure adalah Struktur yang menggunakan bahan yang berbeda pada kedua sisi persimpangan PN.
Gambar 2.2 Bentuk dan simbol Photo Transistor
Photo Transistor pada umumnya dikemas dalam bentuk transparan pada area dimana Photo Transistor tersebut menerima cahaya. Cara kerja Photo Transistor atau Transistor Foto hampir sama dengan Transistor normal pada umumnya, dimana arus pada Basis Transistor dikalikan untuk memberikan arus pada Kolektor. Namun khusus untuk Photo Transistor, arus Basis dikendalikan oleh jumlah cahaya atau inframerah yang diterimanya. Oleh karena itu, pada umumnya secara fisik Photo Transistor hanya memiliki dua kaki yaitu Kolektor dan Emitor sedangkan terminal Basisnya berbentuk lensa yang berfungsi sebagai sensor pendeteksi cahaya.
Pada prinsipnya, apabila Terminal Basis pada Photo Transistor menerima intensitas cahaya yang tinggi, maka arus yang mengalir dari Kolektor ke Emitor akan semakin besar. Meskipun Phototransistor memiliki berbagai kelebihan, namun bukan juga tanpa kelemahan. Berikut ini adalah beberapa Kelebihan dan kelemahan Phototransistor :
Kelebihan Photo Transistor
Photo Transistor menghasilkan arus yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan Photo Diode.
Photo Transistor relatif lebih murah, lebih sederhana dan lebih kecil sehingga mudah untuk diintegrasikan ke berbagai rangkaian elektronika.
Photo Transistor memiliki respon yang cepat dan mampu menghasilkan Output yang hampir mendekati instan.
Photo Transistor dapat menghasilkan Tegangan, sedangkan Photoresistor tidak bisa.
Kelemahan Photo Transistor
Photo Transistor yang terbuat dari Silikon tidak dapat menangani tegangan yang melebihi 1000Volt
Photo Transistor sangat rentan terhadap lonjakan listrik yang mendadak (electric surge).
Photo Transistor tidak memungkin elektron bergerak sebebas perangkat lainnya (contoh: Tabung Elektron).
2.5 Bluetooth HC-05
Bluetooth adalah protokol komunikasi wireless yang bekerja pada frekuensi radio 2.4 GHz untuk pertukaran data pada perangkat bergerak seperti PDA, laptop, HP, dan lain-lain1 . Salah satu hasil contoh modul Bluetooth yang paling banyak digunakan adalah tipe HC-05. modul Bluetooth HC-05 merupakan salah satu modul Bluetooth yang dapat ditemukan dipasaran dengan harga yang relatif murah. Modul Bluetooth HC-05 terdiri dari 6 pin konektor, yang setiap pin konektor memiliki fungsi yang berbeda - beda. Untuk gambar module bluetooth dapat dilihat pada gambar 2.3 dibawah ini:
Gambar 2.3 Modul Bluetooth HC-05
Modul Bluetooth HC-05 dengan supply tegangan sebesar 3,3 V ke pin 12 modul Bluetooth sebagai VCC. Pin 1 pada modul Bluetooth sebagai transmitter.
kemudian pin 2 pada Bluetooth sebagai receiver. Module Bluetooth HC-05 merupakan module Bluetooth yang bisa menjadi slave ataupun master hal ini dibuktikan dengan bisa memberikan notifikasi untuk melakukan pairing keperangkat lain, maupun perangkat lain tersebut yang melakukan pairing ke module Bluetooth
CH-05. Untuk mengeset perangkat Bluetooth dibutuhkan perintah-perintah AT Command yang mana perintah AT Command tersebut akan di respon oleh perangkat Bluetooth jika modul Bluetooth tidak dalam keadaan terkoneksi dengan perangkat lain.
2.6 Mikrokontroler
Mikrokontroler (microcontroller) atau disingkat dengan “micron” adalah pengendali yang merupakan suatu komputer kecil yang terletak di dalam sebuah chip atau IC (integrated circuit) yang berisikan inti prosesor, memori, dan komponen input/output yang dapat diprogram.
Mikrokontroler biasa digunakan pada produk dan perangkat yang dapat dikontrol secara otomatis, seperti sistem kontrol mesin mobil (engine control), perangkat medis (medical devices), pengendali jarak jauh (remote control), mesin perkantoran (office machines), dan juga mainan (games). Penggunaan mikrokontroler lebih ekonomis dibandingkan sebuah desain sistem yang berisikan mikroprosesor, memori, dan perangkat input/ouput terpisah. Mikrokontroler adalah komputer mikro dalam satu chip tunggal. Mikrokontroler memadukan CPU, ROM, RWM, I/O paralel, I/O seri, counter-timer, dan rangkaian clock dalam satu chip tunggal seperti terlihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.4 Blok Diagram Mikrokontroler
Sama halnya dengan mikroprosesor, mikrokontroler adalah perangkat yang dirancang untuk kebutuhan umum (specific purpose). Sesuai dengan fungsinya sebagai pengendali, mikrokontroler berisikan sepaket chip lengkap yang terdiri dari fitur-fitur pengolah data yang juga terdapat dalam mikroprosesor, ditambah RAM, ROM, I/O, dan fitur lain yang terintegrasi di dalamnya. Contohnya dapat ditemui pada perangkat otomotif, mesin industri, elektronik dan perangkat- perangkat lain yang memiliki embedded sistem di dalamnya. Mikrokontroler sebagai sebuah chip
telah mengalami perkembangan baik dari sisi arsitektur, teknologi dan kemampuannya.
Mikrokontroler sebagai teknologi baru yaitu teknologi semikonduktor kehadirannya sangat membantu perkembangan dunia elektronika. Dengan arsitektur yang praktis tetapi memuat banyak kandungan transistor yang terintegrasi, sehingga mendukung dibuatnya rangkaian elektronika yang lebih portable. Mikrokontroler dapat diproduksi secara masal sehingga harganya menjadi lebih murah dibandingkan dengan mikroprosessor, tetapi tetap memiliki kelebihan yang bisa diandalkan.
Gambar 2.5 memperlihatkan beberapa contoh chip mikrokontroler.
Gambar 2.5 Chip Mikrokontroler
Mikrokontroler memiliki perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar, artinya program kontrol disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.
Perkembangan Mikrokontroler mengalami perubahan dari segi rancangan dan aplikasinya, seperti faktor kecepatan pengolah data yang semakin meningkat (cepat) dibanding pendahulunya. Seperti halnya sebuah mikroprosesor, mikrokontroler juga berkembang sesuai rancangan dan model-model aplikasinya. Mikrokontroler berdasarkan jumlah bit data yang dapat diolah dapat dibedakan dalam :
1. Mikrokontroler 4 Bit : merupakan mikrokontroler dengan jumlah bit data terkecil. Mikrokontroler jenis ini diproduksi untuk meminimalkan jumlah pin dan ukuran kemasan.
2. Mikrokontroler 8 Bit : merupakan mikrokontroler yang paling banyak digunakan untuk pekerjaan-pekerjaan perhitungan skala kecil. Dalam komunikasi data, Data ASCII serial juga disimpan dalam ukuran 8 bit.
Kebanyakan IC memori dan fungsi logika dibangun menggunakan data 8 bit sehingga interface bus data menjadi sangat mudah dibangun. Penggunaan mikrokontroler 8 bit jauh lebih banyak dibandingkan dengan mikrokontroler 4 bit. Aplikasinya juga sangat variatif mulai dari aplikasi kendali sederhana sampai kendali mesin berkecepatan tinggi.
3. Mikrokontroler 16 Bit : keterbatasan-keterbatasan yang ada pada mikrokontroler 8 bit berkaitan dengan semakin kompleknya pengolahan data dan pengendalian serta kecepatan tanggap/respon disempurnakan dengan menggunakan mikrokontroler 16 bit. Salah satu solusinya adalah dengan menaikkan kecepatan clock, dan ukuran data. Mikrokontroler 16 bit digunakan untuk mengatur tangan robot, dan aplikasi Digital Signal Processing (DSP).
4. Mikrokontroler 32 Bit : ditargetkan untuk aplikasi Robot, Instrumen cerdas, Avionics, Image Processing, Telekomunikasi, Automobil, dan sebagainya.
Program-program aplikasinya bekerja dengan sistim operasi dan dipadukan dengan perangkat pintar lainnya.
Karena kebutuhan yang tinggi terhadap “smart chip” dengan berbagai fasilitasnya, maka berbagai vendor juga berlomba untuk menawarkan produk-produk mikrokontrolernya. Selain mikroprosesor dan mikrokontroler, sebenarnya telah bemunculan chip-chip pintar lain seperti DSP prosesor dan Application Spesific Integrated Circuit (ASIC). Di masa depan, chip-chip mungil berkemampuan sangat tinggi akan mendominasi semua desain elektronik di dunia sehingga mampu memberikan kemampuan komputasi yang tinggi serta meminimumkan jumlah komponen-komponen konvensional.
Karena kemampuannya yang tinggi, bentuknya yang kecil, konsumsi dayanya yang rendah, dan harga yang murah maka mikrokontroler begitu banyak digunakan di dunia. Mikrokontroler digunakan mulai dari mainan anak-anak, perangkat elektronik rumah tangga, perangkat pendukung otomotif, peralatan industri, peralatan telekomunikasi, peralatan medis dan kedokteran, sampai dengan pengendali robot
serta persenjataan militer. Terdapat beberapa keunggulan yang diharapkan dari alat- alat yang berbasis mikrokontroler (microcontroller-based solutions) :
1. Kehandalan tinggi (high reliability) dan kemudahan integrasi dengan komponen lain (high degree of integration)
2. Ukuran yang semakin dapat diperkecil (reduced in size)
3. Penggunaan komponen dipersedikit (reduced component count) yang juga akan menyebabkan biaya produksi dapat semakin ditekan (lower manufacturing cost)
4. Waktu pembuatan lebih singkat (shorter development time) sehingga lebih cepat pula dijual ke pasar sesuai kebutuhan (shorter time to market)
5. Konsumsi daya yang rendah (lower power consumption)
Penerapan teknologi di masyarakat akan memberikan banyak keuntungan.
Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip.
Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka:
1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas,
2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi,
3. Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang mudah merespons.
Mikrokontroler juga merupakan sebuah prosesor yang digunakan untuk kepentingan kontrol. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen- elemen dasar yang sama. Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi–instruksi yang diberikan kepadanya.
Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programer. Program ini mengisntruksikan komputer untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang di inginkan oleh programmer. Beberapa fitur yang umumnya ada di dalam mikrokontroler adalah sebagai berikut:
1. ROM (Read Only Memory)
ROM berfungsi untuk tempat penyimpanan variable. Memori ini bersifat volatile yang berarti akan kehilangan semua datanya jika tidak memdapat catu daya.
2. RAM (Random Access Memory)
RAM digunakan oleh mikrokontroler untuk tempat penyimapan program yang akan diberikan oleh user
3. Register
Merupakan tempat penyimpanan nilai – nilai yang akan digunakan dalam proses yang telah disediakan oleh mikrokontroler.
4. Special Function Register
Merupakan register khusus yang berfungsi untuk mengatur jalanya mikrokontroler. Register ini terletak pada RAM.
5. Input dan Output Pin
Pin input adalah bagian yang berfungsi sebagai penerima signal dari luar, pin ini dapat dihubungkan ke berbagai media inputan seperti keypad, sensor, dan sebagainya. Pin output adalah bagian yang berfungsi untuk mengeluarkan signal dari hasil proses algoritma mikrokontroler.
6. Interupt
Interupt adalah bagian mikrokontroler yang berfungsi sebagai bagian yang dapat melakukan interupsi, sehinga ketika program utama sedang berjalan, program utama tersebut dapat di interupsi dan menjalankan program instrupsi terlebih dahulu.
Rata-rata mikrokontroler memiliki instruksi manipulasi bit, akses ke I/O secara langsung dan mudah, dan proses interupt yang cepat dan efisien. Dengan kata lain mikrokontroler adalah “Solusi satu Chip” yang secara drastis mengurangi jumlah komponen dan biaya desain (harga relatif murah).
2.7 Mikrokontroler ATMega 328
Mikrokontroler ATMega 328 atau Arduino adalah sebuah nama produk desain sistem minimum mikrokontroler yang di buka secara bebas. Kelebihan dari arduino adalah Arduino mempunyai bahasa pemrograman sendiri, pemrograman
yang digunakan adalah bahasa C yang telah dipermudah dengan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga pemula pun bisa mempelajarinya dengan cukup mudah.
Arduino juga memiliki program yang namanya boot loader yang sudah di tanam pada mikrokontrolernya, boot loader ini sendiri berfungsi untuk menjembatani antara software compiler arduino dengan mikrokontrolernya yang berfungsi untuk mengontrol dalam bentuk yang kecil. Di sini mikrokontroler memiliki memori sendiri, serta proses-proses yang dapat berdiri sendiri, sehingga ketika dihubungkan dengan input dan output yang lain, pengguna juga dapat mengontrol alat tersebut.
Arduino NANO adalah sebuah papan mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328.
Arduino NANO mempunyai 14 pin data input /output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 pin input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack , sebuah ICSP header dan sebuah tombol reset. Arduino NANO mudah sangat mudah untuk dihubungkan ke sebuah komputer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.
Arduino NANO adalah sebuah seri terakhir dari board Arduino USB dan model referensi untuk papan Arduino Arduino NANO R3 merupakan board mikrokontroler yang didasarkan pada mikrokontroler jenis ATmega328. Konfigurasi bagian utama mikrokontroler dari Arduino Nano ditunjukkan pada Gambar 2.7 berikut ini.
Gambar 2.6 Konfigurasi Arduino Nano
Dari gambar 2.8 dijelaskan bahwa kofigurasi Arduino Nano yaitu sebagai berikut.
a. Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka yang digunakanuntuk komunikasi serial seperti pada RS-232, RS-422 dan RS-485.
b. 2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan), digunakan oleh variable-variabel di dalam program.
c. 32KB RAM flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan program yang dimuat dari komputer. Selain program, flash memory juga menyimpan bootloader. Bootloader adalah program inisialisasi yang ukurannya kecil, dijalankan oleh CPU saat daya dihidupkan. Setelah boot loader selesai dijalankan, berikutnya program di dalam RAM akan dieksekusi.
d. 1KB EEPROM bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan data yang tidak boleh hilang saat daya dimatikan. Tidak digunakan pada papan Arduino.
e. Central Processing Unit (CPU), bagian dari mikrokontroler untuk menjalankan setiap instruksi dari program.
f. Port input/output, pin-pin untuk menerima data (input) digital atau analog, dan mengeluarkan data (output) digital atau analog.
Mikrokontroler ini memiliki beberapa fitur antara lain:
1. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
2. 32 x 8-bit register serba guna.
3. Kecepatan mencapai 16 MPS dengan clock 16 MHz.
4. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2KB dari flash memori sebagai bootloader. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1 KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karenaa EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
5. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.Mikrokontroler ATMega328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja.
Gambar 2.7 Pin Mikrokontroler Atmega 328
Konfigurasi pin ATMega 328 dengan kemasan 28 pin DIP (Dual Inline Package) dapat dilihat pada gambar di atas. Dari gambar di atas dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin ATMega328 sebagai berikut : ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC, dan PORTD dengan total pin input/output sebanyak 23 pin.[15] PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/output digital atau difungsikan sebagai periperal lainnya.
1. Port B
Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output. Selain itu PORTB juga dapat memiliki fungsi alternatif seperti di bawah ini.
a. ICP1 (PB0), berfungsi sebagai Timer Counter 1 input capture pin.
b. OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2 (PB3) dapat difungsikan sebagai keluaran PWM (Pulse Width Modulation).
c. MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur komunikasi SPI. Selain itu pin ini juga berfungsi sebagai jalur pemograman serial (ISP).
d. TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk timer.
e. XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama mikrokontroler.
2. Port C
Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output digital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai berikut.
a. ADC6 channel (PC0,PC1,PC2,PC3,PC4,PC5) dengan resolusi sebesar 10 bit. ADC dapat kita gunakan untuk mengubah input yang berupa tegangan analog menjadi data digital
b. I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat pada PORTC. I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor atau device lain yang memiliki komunikasi data tipe I2C seperti sensor kompas, accelerometer nunchuck.
3. Port D
Port D merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin-nya juga dapat difungsikan sebagai input/output. Sama seperti Port B dan Port C, Port D juga memiliki fungsi alternatif dibawah ini.
a. USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi serial dengan level sinyal TTL. Pin TXD berfungsi untuk mengirimkan data serial, sedangkan RXD kebalikannya yaitu sebagai pin yang berfungsiuntuk menerima data serial.
b. Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi khusus sebagai interupsi hardware. Interupsi biasanya digunakan sebagai selaan dari program, misalkan pada saat program berjalan kemudian terjadi interupsi hardware/software maka program utama akan berhenti dan akan menjalankan program interupsi.
c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk USART, namun kita juga dapat memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak perlu membutuhkan external clock.
d. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter external untuk timer 1 dan timer 0.
e. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog comparator.
Hanya dengan menghubungkannya ke sebuah komputer melalui USB atau memberikan tegangan DC dari baterai atau adaptor AC ke DC sudah dapat membuanya bekerja. [16].
Setelah mengenal bagian-bagian utama dari mikrokontroler Atmega sebagai komponen utama, selanjutnya kita akan mengenal bagian-bagian dari papan Arduino seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11.
Gambar 2.8 Papan Arduino Uno
Arduino Uno berbeda dari semua board Arduino yang telah dibuat sebelumnya, Arduino UNO tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial.
Sebaliknya, fitur-fitur Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai ke versi R2) diprogram sebagai sebuah pengubah USB ke serial.
2.7.1 Komunikasi Serial Mikrokontroler
Komunikasi Serial adalah komunikasi yang pengiriman data per-bit secara berurutan dan bergantian. Komunikasi ini mempunyai kelebihan yaitu hanya membutukan satu jalur dan kabel yang sedikit dibandingkan dengan komunikasi
paralel. Pada prinsipnya komunikasi serial merupakan komunikasi dimana pengiriman data dilakukan per bit sehinga lebih lambat dibandingkan komunikasi paralel, atau dengan kata lain komunikasi serial merupakan salah satu metode komunikasi data dimana hanya satu bit data yang dikirimkan melalui seuntai kabel pada satu waktu tertentu. Pada dasarnya komunikasi serial adalah kasus khusus komunikasi paralel dengan nilai n = 1, atau dengan kata lain adalah suatu bentuk komunikasi paralel dengan jumlah kabel hanya satu dan hanya mengirimkan satu bit data secara simultan. Hal ini dapat disandingkan dengan komunikasi paralel yang sesungguhnya di mana n-bit data dikirimkan bersamaan, dengan nilai umumnya 8 ≤ n ≤ 128.
Komunikasi serial ada dua macam, asynchronous serial dan synchronous serial. Synchronous serial adalah komunikasi dimana hanya ada satu pihak (pengirim atau penerima) yang menghasilkan clock dan mengirimkan clock tersebut bersama- sama dengan data. Contoh pengunaan synchronous serial terdapat pada transmisi data keyboard. Asynchronous serial adalah komunikasi dimana kedua pihak (pengirim dan penerima) masing-masing menghasilkan clock namun hanya data yang ditransmisikan, tanpa clock. Agar data yang dikirimkan sama dengan data yang diterima, maka kedua frekuensi clock harus sama dan harus terdapat sinkronisasi.
Setelah adanya sinkronisasi, pengirim akan mengirimkan datanya sesuai dengan frekuensi clock penerima. Contoh penggunaan asynchronous serial adalah pada Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) yang digunakan pada serial port (COM) komputer.
Antarmuka kanal serial lebih kompleks/sulit dibandingkan dengan antarmuka melalui kanal paralel, hal ini disebabkan karena :
1. Dari segi perangkat keras : adanya proses konversi data paralel menjadi serial atau sebaliknya menggunakan piranti tambahan yang disebut UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter).
2. Dari segi perangkat lunak : lebih banyak register yang digunakan atau terlibat.
Namun di sisi lain antarmuka kanal serial menawakan beberapa kelebihan dibandingkan secara paralel, antara lain :
1. Kabel untuk komunikasi serial bisa lebih panjang dibandingkan dengan paralel; data-data dalam komunikasi serial dikirimkan untuk logika „1‟ sebagai tegangan -3 s/d -25 volt dan untuk logika‟0‟ sebagai tegangan +3 s/d +25 volt, dengan demikian tegangan dalam komunikasi serial memiliki ayunan tegangan maksimum 50 volt, Hal ini menyebabkan gangguan pada kabel- kabel panjang lebih mudah diatasi dibandingkan pada paralel.
2. Jumlah kabel serial lebih sedikit; Anda bisa menghubungkan dua perangkat komputer yang berjauhan dengan hanya 3 kabel untuk konfigurasi null modem, yaitu TxD (saluran kirim), RxD (saluran terima) dan Ground, bayangkan jika digunakan teknik paralel akan terdapat 20 – 25 kabel. Namun pada masing-masing komputer dengan komunikasi serial harus dibayar “biaya”
antarmuka serial yang agak lebih mahal.
3. Banyaknya piranti saat ini (palmtop, organizer, hand-phone dan lain-lain)menggunakan teknologi infra merah untuk komunikasi data, dalam hal ini pengiriman datanya dilakukan secara serial.
IrDA-1 (spesifikasi infa merah pertama) mampu mengirimkan data dengan laju 115,2 kbps dan konsep komunikasi serial dibantu dengan piranti UART, hanya panajang pulsa berkurang menjadi 3/16 dari standar RS-232 untuk menghemat daya.
4. Untuk teknologi embedded system, banyak mikrokontroler yang dilengkapi dengan komunikasi serial (baik seri RISC maupun CISC) atau Serial Communication Interface (SCI); dengan adanya SCI yang terpadu pada IC mikrokontroler akan mengurangi jumlah pin keluaran, sehingga hanya dibutuhkan 2 pin utama TxD dan RxD (di luar acuan ground).
2.7.2 Pin Masukan dan Keluaran
Masing-masing dari 14 pin digital arduino uno dapat digunakan sebagai masukan atau keluaran menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite() dan digitalRead(). Setiap pin beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin mampu
menerima atau menghasilkan arus maksimum sebasar 40 mA dan memiliki 10 resistor pull-up internal (diputus secara default) sebesar 20-30 KOhm. Sebagai tambahan, beberapa pin masukan digital memiliki kegunaan khusus yaitu:
Komunikasi serial: pin 0 (RX) dan pin 1 (TX), digunakan untuk menerima(RX) dan mengirim(TX) data secara serial.
External Interrupt: pin 2 dan pin 3, pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interrupt pada nilai rendah, sisi naik atau turun, atau pada saat terjadi perubahan nilai.
Pulse-width modulation (PWM): pin 3,5,6,9,10 dan 11, menyediakan keluaran PWM 8-bit dangan menggunakan fungsi analogWrite().
Serial Peripheral Interface (SPI): pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) dan 13 (SCK), pin ini mendukung komunikasi SPI dengan menggunakan SPI library.
LED: pin 13, terdapat built-in LED yang terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai HIGH maka LED menyala, sebaliknya ketika pin bernilai LOW maka LED akan padam.
Arduino Uno memiliki 6 masukan analog yang diberi label A0 sampai A5, setiap pin menyediakan resolusi sebanyak 10 bit (1024 nilai yang berbeda). Secara default pin mengukur nilai tegangan dari ground (0V) hingga 5V, walaupun begitu dimungkinkan untuk mengganti nilai batas atas dengan menggunakan pin AREF dan fungsi analogReference(). Sebagai tambahan beberapa pin masukan analog memiliki fungsi khusus yaitu pin A4 (SDA) dan pin A5 (SCL) yang digunakan untuk komunikasi Two Wire Interface (TWI) atau Inter Integrated Circuit (I2C) dengan menggunakan Wire library.
2.7.3 Sumber Daya dan Pin Tegangan
Arduino uno dapat diberi daya melalui koneksi USB (Universal Serial Bus) atau melalui power supply eksternal. Jika arduino uno dihubungkan ke kedua sumber daya tersebut secara bersamaan maka arduino uno akan memilih salah satu sumber daya secara otomatis untuk digunakan. Power supplay external (yang bukan melalui USB) dapat berasal dari adaptor AC ke DC atau baterai. Adaptor dapat dihubungkan ke soket power pada arduino uno. Jika menggunakan baterai, ujung
kabel yang dibubungkan ke baterai dimasukkan kedalam pin GND dan Vin yang berada pada konektor POWER.
Arduino uno dapat beroperasi pada tegangan 6 sampai 20 volt. Jika arduino uno diberi tegangan di bawah 7 volt, maka pin 5V akan menyediakan tegangan di bawah 5 volt dan arduino uno munkin bekerja tidak stabil. Jika diberikan tegangan melebihi 12 volt, penstabil tegangan kemungkinan akan menjadi terlalu panas dan merusak arduino uno. Tegangan rekomendasi yang diberikan ke arduino uno berkisar antara 7 sampai 12 volt.
Pin-pin tegangan pada arduino uno adalah sebagai berikut:
a. Vin adalah pin untuk mengalirkan sumber tegangan ke arduino uno ketika menggunakan sumber daya eksternal (selain dari koneksi USB atau sumber daya yang teregulasi lainnya). Sumber tegangan juga dapat disediakan melalui pin ini jika sumber daya yang digunakan untuk arduino uno dialirkan melalui soket power.
b. 5V adalah pin yang menyediakan tegangan teregulasi sebesar 5 volt berasal dari regulator tegangan pada arduino uno.
c. 3V3 adalah pin yang meyediakan tegangan teregulasi sebesar 3,3 volt berasal dari regulator tegangan pada arduino uno.
d. GND adalah pin ground.
2.7.4 Arduino IDE
Arduino IDE Arduino adalah perangkat lunak IDE (Integrated Development Environment). Sebuah perangkat lunak yang memudahkan kita mengembangkan aplikasi mikrokontroler mulai dari menuliskan source program, kompilasi, upload hasil kompilasi, dan uji coba secara terminal serial. Arduino ini bisa dijalankan di komputer dengan berbagai macam platform karena didukung atau berbasis Java.
Source program yang kita buat untuk aplikasi mikrokkontroler adalah bahasa C/C++
dan dapat digabungkan dengan assembly.
Gambar 2.9 Logo Arduino
Gambar 2.10 Arduino IDE
Pada tampilan Arduino IDE terdapat tiga jendela yaitu menu, tombol icon, eitor dan pesan. Pada bagian bawah terlihat jenis mikrokontroler atau board arduino saat ini yaitu Board Arduino BT dengan mikrokontroler 328 dengan menggunakan kanal serial COM7 untuk upload hasil kompilasi dan koomunikasi konsole serial.
Arduino sangat kaya dengan library karena arduino sifatnya adalah opensoource.
Selain arduino IDE sebagai jantungnya, bootloader adalah jantung arduino lainnya yang berupa program kecil yang dieksekusi sesaat setelah mikrokontroler diberi catu daya. Bootloader ini berfungsi sebagai pemonitor aktifitas yang diiginkan oleh arduino. Jika dalam IDE terdapat file hasil kompilasi yang akan diupload, bootloader secara otomatis menyambutnya untuk disimpan dalam memori program. Jika pada saat awal mikrokontroler bekerja, bootloader akan mengeksekusi program aplikasi yang telah diupload sebelumnya. Jika IDE hendak mengupload program baru, bootloader seketika akan menghentikan eksekusi program berganti menerima data program untuk selanjutnya diprogramkan dalam memori program mikrokontroler.
BAB 3
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
3.1 Jenis Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah yang diajukan, penelitian ini menggunakan pendekatan eksperimen, karena data yang diperlukan bersifat data yang diambil langsung dari objek penelitian. Data dari variabel yang didapatkan akan dianalisis secara deskriptif kuantitatif, dan akan dijadikan sebagai bahan analisis sekaligus menjadi kesimpulan akhir penelitian.
3.2 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan mulai pada bulan April 2019 sampai dengan Juli 2019, dilaksanakan di Laboratorium Teknik Elektro USU. Pengambilan data dilakukan pada waktu siang hari.
3.3 Diagram Blok Rangkaian
Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
POWER SUPPLY
MIKROKONTROLLER ATMEGA 328
BLUETOTH HC-05
SENSOR PHOTOTRANSISTOR
MOTOR SERVO
ANDROID
LED
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian
Adapun fungsi setiap blok adalah sebagai berikut:
Power Supply : Sebagai sumber tegangan.
Sensor Phototransistor : Sebagai pendetek ayam yang masuk.
LED : Sebagai indikator cahaya yang ditangkap sensor.
ATMaga328 : Sebagai media pengolah dan memproses data.
Motor Servo : Sebagai aktuator pembuka tutup katup tempat pakan ternak.
Modul HC-05 : Sebagai media penyambung ke android.
Android : Sebagai output atau interface.
3.4 Rangkaian Mikrokontroler ATMega328
Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega328 dapat dilihat pada gambar 3.2 di bawah ini :
Gambar 3.2 Perancangan Mikrokontroler
Rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega328.
Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.
Mikrokontroler ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja. Instruksi – instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU (Arithmatic Logic unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan
sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X (gabungan R26 dan R27), register Y (gabungan R28 dan R29), dan register Z (gabungan R30 dan R31).
3.5 Rangkaian Skematik Sistem
Rangkaian Minimum System ATMega 328 Rangkaian Minimum System memiliki peran penting dalam seluruh sistem kerja alat. Sistem Minimum Rangkaian Mikrokontroler ATMega 328 Komponen utama dari rangkaian Arduino Nano adalah IC Mikrokontroler sebagai prosesnya mikrokontroler yang digunakan dalam system ini adalah mikrokontroler dengan jenis AVR seri ATMega 328. Mikrokontroler ini mempunyai 20 pin yang meliputi 14 pin I/O digital dengan 6 pin yang dapat berfungsi sebagai output PWM (Pulse Width Module) dan 6 pin I/O analog.
Pemilihan ATMega ini akan memaksimalkan pembuatan alat sebagai pengolah data.
Rangkaian mikrokontroler ATMega 328 pada Arduino dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 3.3 Rangkaian Skematik Minimum Sistem
3.6 Prosedur Penelitian
MULAI
STUDY PUSTAKA , PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
PERANCANGAN SPESIFIKASI TEKNIS
RANGKAIAN / ALAT
PEMBELIAN KOMPONEN DAN PEMBUATAN RANGKAIAN / ALAT
PENYUSUNAN LAPORAN
SELESAI
PROSES PENGUJIAN PENGUJIAN DAN ANALISA RANGKAIAN
ALAT
TIDAK YA
YA
Gambar 3.4 Diagram Prosedur Penelitian
Kegiatan penelitian diawali dengan studi pustaka, pengumpulan, dan pengolahan data. Kemudian dilanjutkan dengan kegiatan perancangan spesifikasi teknis rangkaian atau alat, pembelian komponen (spare-part), pembuatan rangkaian / alat, pengujian dan analisa rangkaian / alat, dan seterusnya, sampai dengan kegiatan penelitian ini benar-benar selesai (penulisan laporan penelitian).
3.7 Diagram Alir (Flowchart)
Dalam membuat suatu alat ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu bagaimana cara merancang sistem yang akan diimplementasikan pada alat. Dalam perancangan sistem perlu dibuat flowchart dari sistem tersebut.
MULAI
MENGHUBUNGKAN SMARTPHONE DENGAN ATMEGA 328 MENGGUNAKAN BLUETOOTH
APAKAH SUDAH TERHUBUNG DENGAN BLUETOOTH
MENGHITUNG JUMLAH AYAM YANG MASUK
JUMLAH AYAM 5-6 JUMLAH AYAM
3-4 JUMLAH AYAM
1-2
JUMLAH AYAH 7-8
JUMLAH AYAM 9-10
PEMBERIAN PAKAN SETIAP:
6 DETIK PEMBERIAN PAKAN
SETIAP:
7 DETIK PEMBERIAN PAKAN
SETIAP:
8 DETIK PEMBERIAN PAKAN
SETIAP:
9 DETIK PEMBERIAN PAKAN
SETIAP:
10 DETIK
SELESAI
SELESAI SELESAI SELESAI SELESAI
YA
TIDAK
Gambar 3.5 Diagram Alir (Flowchart)
Dari gambar 3.5 adapun langkah-langkah dari diagram alir (flowchart) yaitu:
1. Pertama-tama alat dihubungkan dengan Android melalui Bluetooth.
2. Alat akan menghitung jumlah ayam yang masuk.
3. Kemudian, Android akan menampilkan jumlah ayam dan rentang waktu pemberian pakan tersebut.
4. Selanjutnya alat akan memberikan pakan secara otomatis sesuai jumlah ayam yang masuk.
5. Selesai.
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATMega 328
Pengujian pada rangkaian mikrokontroler ATMega 328 ini dapat dilakukan dengan menghubungkan rangkaian ini dengan rangkaian power suplay sebagai sumber tegangan. Pemrograman menggunakan mode ISP (In System Programming) mikrokontroler harus dapat deprogram langsung pada papan rangkaian dan rangkaian mikrokontroler harus dapat dikenali oleh program downloader. Pada pengujian ini berhasil dilakukan dengan dikenalinya jenis mikrokontroler oleh program downloader yaitu Atmega 328.
Gambar 4.1. Pengujian Mikrokontroler
Rangkaian mikrokontroler bekerja dengan baik dengan mode ISP-nya.
Pengujian pin ATmega 328 dengan mengukur tegangan tertera pada tabel 1 dibawah ini.
Tabel 4.1 Pengujian Pin Mikrokontroler ATMega328
Pin Tegangan Keluaran (V)
1 4,9
2 0,1
3 3,1
4 0,01
5 0,1
6 0,02
7 5,1
8 0
9 0,4
10 0,3
11 2,1
12 3,4
13 5,0
14 4,8
15 0,1
16 0,00
17 0,03
18 0,02
19 0,01
20 5,0
21 5,0
22 0
23 5,0
24 4,4
25 3,0
26 1,0
27 2,2
28 0,02
4.2 Implementasi Konstruksi Prototipe
Setelah dilakukan analisis dan perancangan yang dituliskan pada BAB 3, proses berikutnya adalah melakukan tahapan implementasi. Tahap implementasi sendiri dilakukan berdasarkan rancangan general arsitektur pada software dan hardware prototipe pemberi pakan ini.
Gambar 4.2 Prototipe Sebelum diisi pakan dari dalam
Gambar 4.3 Prototipe Sebelum diisi pakan dari atas
Gambar 4.4 Prototipe Setelah diisi pakan
Rangkaian pada prototipe pemberi pakan ayam ini disusun sedemikian rupa sehingga menjadi satu kesatuan sistem yang terintegrasi dan dapat dijalankan sesuai denganperintah yang diberikan. Kerangka protipe ini sendiri menggunakan bahan kayu ketebalan 1 inchi. Penggunaan kayu sendiri berdasarkan beberapa alasan yaitu bahan tersebut relatif murah, mudah didapat dan bahan ini cukup kuat untuk menampung rangkaian dan beban yang diberikan. Dalam pemrogramannya digunakan bahasa C untuk arduino dan pada media untuk pengontrol prototipe yaitu smartphone dengan sistem operasi android digunakan software basic for android untuk media pemrogramannya.
4.3 Implementasi Program
Program yang dibuat pada arduino IDE menggunakan bahasa pemrograman bahasa C. Program yang dibuat akan di compile dan langsung diunggah ke arduino uno yang dihubungkan ke komputer dengan menggunakan kabel usb. Implementasi pemrograman pada mikrokontroler pada arduino dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 4.5 Program keseluruhan Alat
Gambar 4.6 Tampilan dari layar Smartphone yang terhubung ke Bluetooth
4.4 Data Pengujian Alat
Pengujian merupakan langkah uji coba yang yang dilakukan terhadap alat yang telah dibuat supaya dapat diketahui kekuatan alat yang dibuat. Adapun data percobaan dari hasil pengujian Alat adalah sebagai berikut.
Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Alat Jumlah Ayam
(Ekor)
Jangka Waktu (detik)
Berat Pakan Yang Dikeluarkan dalam 1 menit (gram)
1 - 2 ayam 10 2,12316
3 - 4 ayam 9 2,47702
5 - 6 ayam 8 2,83088
7 - 8 ayam 7 3,18474
9 - 10 ayam 6 3,5386
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Waktu dengan Jumlah Ayam
Pada gambar 4.7 menjelaskan bahwa jangka waktu katup terbuka lebih singkat dengan jumlah ayam yang bertambah banyak. Sebaliknya jangka waktu katup terbuka akan lebih lama dengan jumlah ayam yang lebih sedikit.
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Berat pakan dengan Jumlah Ayam
Dari gambar 4.8 menjelaskan hubungan antara berat pakan yang dikeluarkan dengan jumlah ayang masuk berbanding lurus atau linier. Dimana, apabila jumlah ayam bertambah, maka jumlah pakan yang dikeluarkan dalam satu menit juga akan bertambah.
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil perancangan alat hingga pengujian dan pembahasan sistem maka penulis dapat menarik kesimpulan, antara lain :
1. Mikrokontroler ATMega 328 mempunyai peran penting dalam rangkaian, sehingga perlu diuji pin-pinnya sebelum digunakan untuk mengetahui apakah mikrokontroler baik dan dapat digunakan.
2. Jumlah pakan yang dikeluarkan berbanding lurus dengan jumlah ayam yang masuk. Jika jumlah ayam bertambah, maka katup pemberi pakan akan lebih sering terbuka.
5.2. Saran
Berikut beberapa saran yang penulis berikan untuk pengembangan lebih lanjut dari penelitian ini:
1. Prototipe ini menggunakan koneksi via Bluetooth dengan jarak efektif sekitar 10 meter. Untuk meningkatkan jarak koneksi sebaiknya digunakan modul wifi sehingga jarak komunikasi antara prototipe dan sistem kendali jadi lebih jauh.
2. Prototipe sistem pemberi pakan ayam otomatis ini, diharapkan dapat diimplementasikan pada peternakan dalam skala yang lebih besar. Bagi yang ingin mengimplementasikan sistem ini harap memperhatikan daya, kekuatan setiap komponen, skala peternakan, dan kebutuhan lainnya, karena semua sangat berpengaruh dengan sistem ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Banzi, M. 2011. Getting Started with Arduino. 2nd Edition. O‟Reilly : United States.
[2] Djuandi, F. 2011. Pengenalan Arduino. (online) tobuku.com/index.php/2011/01/08/pengenalan-arduino
[3] Durfee, W. 2011. Arduino Microcontroller Guide. (online) www.me.umn.edu/courses/me2011/arduino
[4] Dzulqarnain, M.F. 2015. Rancang Bangun Aplikasi Mobil Remote Control Pemantau Berbasis Android Pada Mikrokontroller Arduino. Paper Teknik Infromatika Uniersitas TanjungPura Kalimantan Barat. 1-6.
[5] Eko Putra, Agfianto.2002."Teknik Antarmuka Komputer Konsep dan Aplikasi". Yogyakarta: Graha Ilmu
[6] Kendal, B. 2015. Getting Started With Arduino a Beginner‟s Guide. (online) http://manuals.makeuseof.com.s3.amazonaws.com/for-mobile/Arduino_
[7] Susanto,Indra.2018."Microcontroller Menguasai Arduino" .Yogyakarta:
Teknosain_MakeUseOf.com.pdf
