HCSR-04 DAN FLOW SENSOR BERBASIS ATMEGA 328
SKRIPSI
AYU LESTARI 180821023
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
HCSR-04 DAN FLOW SENSOR BERBASIS ATMEGA 328
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
AYU LESTARI 180821023
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
RANCANG BANGUN PENGISIAN DAN PENGHITUNG DEBIT DAN VOLUME PADA GALON AIR MENGGUNAKAN SENSOR HCSR-04 DAN
FLOW SENSOR BERBASIS ATMEGA 328
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 24 September 2020
Ayu Lestari 180821023
FLOW SENSOR BERBASIS ATMEGA 328
ABSTRAK
Perancangan alat berupa prototipe depot air minum yang digunakan untuk menghitung jumlah debit dan volume air secara otomatis telah berhasil dirancang.
Diharapkan alat ini akan memberikan manfaat kepada depot-depot air minum isi ulang agar lebih mudah dan efisien dalam mengontrol pengisian galon air serta diharapkan dapat memberikan ketelitian pengukuran yang baik. Sistem monitoring air ini menggunakan sensor water flow sebagai pengukur debit air. Sistem kerja dari alat ini adalah jika gelas ukur diletakkan tempat pengisian air maka sensor HCSR-04 akan membaca keberadaan gelas ukur, kemudian memerintahkan pompa agar menyala secara otomatis dan mengisi air sesuai yang dibutuhkan. Dalam pengujian ini dilakukan percobaan menggunakan gelas ukur 1 liter sesuai program. Hasil menunjukkan untuk mengisi 1 liter air pada gelas ukur membutuhkan waktu 1 menit.
Sehingga diproleh debit pada aliran ini adalah 1 liter/menit. Data hasil pengukuran yang diperoleh dikirim oleh mikrokontroler dan ditampilkan pada LCD berupa jumlah debit, volume, dan jarak.
Kata kunci : Atmega328, Water Flow Sensor, HCSR-04, Relay, Pompa Elektrik, LCD, Objek
ABSTRACT
Designing tools in the form of prototypes of drinking water depots used to calculate the amount of discharge and water volume automatically have been successfully designed. It is expected that this tool will provide benefits the refill drinking water depots to make it easier and more efficient in controlling the filling of water gallons and is expected to provide good measurement accuracy. This water monitoring system uses a water flow sensor as a measure of water flow. The working system of this tool is that if the measuring cup is placed where the water is filled, the HCSR-04 sensor will read the existence of a measuring cup, then order the pump to turn on automatically and fill the water as needed. In this test, an experiment was carried out using a measuring cup of 1 liter according to the program. The results show that to takes 1 minute to fill 1 liter of water in a measuring cup . So that the discharge in this flow is 1 liter / minute. The measurement data obtained is sent by the microcontroller and displayed on the LCD in the form of amount of discharge, volume, and distance.
Keywords: ATMEGA328, Water Flow Sensor, HCSR-04, Relay, Electric Pump, LCD, Object
Alhamdulillah segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah, dan karunia-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan skripsi ini tepat waktu yang sesuai dengan instruksi dan peraturan yang berlaku di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada Nabi Muhammad SAW, semoga mendapat safa’at diakhir kelak.
Dalam penyusunan dan penulisan tugas akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan, dukungan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa terimakasih dan penghargaan kepada:
1. Bapak Awan Maghfirah S.Si, M.Si selaku dosen pembimbing yang telah bekerja keras membimbing saya.
2. Bapak Dr. Kerista Sibayang, M.Si selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS selaku Ketua Program Studi S-1 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Universitas Sumatera Utara
4. Bapak Drs. Awan Maghfirah S.Si, M.Si selaku Sekretaris Program Studi D3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh tenaga pengajar, pegawai dan rekan-rekan kuliah program studi S-1 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
6. Ayah, Ibu dan keluarga yangselama ini selalu memberikan dukungan, mendoa’akan dan kasih sayang kepada penulis.
Semoga Allah SWT melimpahkan rahmad dan karunia-Nya kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis
Medan, 24 September 2020
Penulis
PERNYATAAN ORISINALITAS i
PENGESAHAN SKRIPSI ii
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
PENGHARGAAN v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR LAMPIRAN x
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang Masalah 2
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 3
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 4
2.1 Mikrokontroler 4
2.1.1 Mikrokontroler ATMEGA 328 6
2.1.1.1 Port B 7
2.1.1.2 Port C 8
2.1.1.3 Port D 8
2.2 Power Supply 9
2.3 Arduino Nano 10
2.4 Water Flow Sensor 11
2.5 Sensor Ultrasonik (HC-SR04) 14
2.5.1 Prinsip Kerja Sensor HCSR-04 15
2.7 Relay 18
2.7.1 Prinsip Kerja Relay 19
2.7.2 Jenis-Jenis Relay 20
2.8 Pompa Elektrik 21
2.9 Adaptor 22
BAB III BAHAN DAN METODE PENELITIAN 23
3.1 Metodologi Perancangan 23
3.1.1 Alat dan Fungsi 23
3.1.2 Tahap Pembuatan Sistem 24
3.2 Perancangan Sistem 24
3.2.1 Penjelasan Fungsi Tiap Blok Dari Diagram Blok 25
3.3 Diagram Alir (FlowChart) 26
3.3.1 Perancangan Rangkaian 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 31
4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler Atmega 328 31
4.2 Pengujian IC Regulator 31
4.3 Pengujian Rangkaian LCD 32
4.4 Pengujian Sensor HCSR-04 33
4.5 Pengujian Water Flow Sensor 35
4.6 Pengujian Relay dan Pompa Otomatis dengan kendali sensor HCSR 39 4.7 Pengujian Keseluruhan Sistem 42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 46
5.1 Kesimpulan 46
5.2 Saran 46
DAFTAR PUSTAKA 47
Nomor Judul Halaman
Tabel
2.1 Komponen Water Flow Sensor 14
2.2 Konfigurasi LCD 18
4.1 Pengujian IC regulator 31
4.2 Tabel Pengujian Sensor HCSR-04 35
4.3 Tabel Pengujian Water Flow Sensor 38
4.4 Data pengujian relay pada sensor HCSR-04 41
Nomor Judul Halaman Gambar
2.1 Chip Mikrokontroler 5
2.2 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega328 7
2.3 Papan Arduino Nano 11
2.4 Sensor Water Flow 13
2.5 Sensor Ultrasonik HC-SR04 15
2.6 Prinsip kerja sensor ultrasonik 16
2.7 LCD 2x16 17
2.8 Module Relay 19
2.9 Struktur Sederhana Relay 19
2.10 Pompa Air 21
2.11 Adaptor 22
3.1 Diagram Blok Sistem 24
3.2 FlowChart Sistem 26
3.3 Rangkaian Regulator 27
3.4 Rangkaian Mikrokontroler ATMega328 28
3.5 Rangkaian Sensor HCSR-04 28
3.6 Rangkaian Switch Relay Pompa Otomatis 29
3.7 Rangkaian Water Flow Sensor 29
3.8 Rangkaian Keseluruhan 30
4.1 Hasil Pengukuran Regulator 31
4.2 Tampilan Serial Monitor Pada keluaran LCD 32
4.3 Tampilan LCD 33
4.4 Tampilan Serial Monitor Pada keluaran sensor HCSR-04 34
4.5 Pengujian jarak sensor HCSR-04 pada tampilan LCD 34
4.6 Tampilan Serial Monitor Pada keluaran Water Flow Sensor 37 4.7 Tampilan data debit dan volume air pada baris kedua LCD 38 4.8 Tampilan Serial Monitor Pada Program Relay 41
4.9 Tampilan Serial Monitor Pada Keseluruhan Program 45
Nomor Judul Halaman Lampiran
1 Skema Rangkaian Prototipe Alat 49
2 Program Alat 50
3 Gambar Pengujian Pengukuran Regulator 53
4 Pengujian Sensor HCSR04 53
5 Pengujian Jarak Menggunakan Penggaris 54
6 Pengujian Dengan Gelas Ukur 54
7 Pengujian Pada Gelas Ukur sejumlah 1 Liter 55
8 Prototipe Alat 55
9 Perhitungan Nilai Deviasi Sensor Hcsr-04 56
10 Perhitungan Nilai Deviasi Water Flow Sensor 58
11 Data Sheet Water Flow Sensor 62
12 Data Sheet sensor HCSR-04 63
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Air merupakan salah satu kebutuhan vital bagi manusia karena sekitar 70%
tubuh manusia terdiri dari air. Kebutuhan tubuh terhadap air ini dipenuhi melalui asupan dari air minum dan makanan. Kebutuhan air minum setiap orang bervariasi, tergantung pada berat badan dan aktivitasnya. Berdasarkan pedoman umum gizi seimbang yang dikeluarkan oleh Depkes, masyarakat dianjurkan mengkonsumsi air minum minimal 2 liter (setara dengan 8 gelas) sehari untuk memenuhi kebutuhan cairan tubuh dan menjaga kesehatan. Air minum di perkotaan umumnya dipasok oleh Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM). Sebagian warga ada juga yang memperoleh air minum dari sumur bor. Seiring dengan pertumbuhan jumlah penduduk dan industri, kebutuhan masyarakat terhadap air minum juga semakin meningkat. Hal ini sulit terpenuhi bila mengandalkan pasokan dari PDAM saja. Pencemaran air tanah oleh bakteri dan zat-zat berbahaya dari limbah industri, serta gaya hidup masyarakat kota yang serba praktis mendorong munculnya depot-depot air minum isi ulang. Air minum yang dikemas dalam galon ini kini makin banyak diminati karena lebih praktis, murah, dan telah disterilisasi sehingga dapat diminum langsung tanpa harus dimasak lagi (Permenkes RI, 2010).
Proses sterilisasi di depot pengisian-ulang air minum umumnya telah dilakukan dengan menggunakan peralatan yang relatif modern (filtration, ultraviolet, dan ozone generator), namun proses pengisian air ke dalam galon masih dilakukan secara manual (masih menggunakan tenaga manusia). Pengoperasian secara manual menyebabkan operator harus memperhatikan level permukaan air di dalam galon secara seksama selama proses pengisian. Kelalaian dalam pemantauan proses pengisian ini dapat menyebabkan air luber/melimpah dari galon karena tombol terlambat ditekan, atau galon tidak terisi penuh karena tombol terlalu cepat ditekan.
Pencatatan jumlah galon yang telah diisi air minum di depot selama ini dilakukan secara manual pada buku catatan. Oleh karena itu perlu adanya alat yang mampu melakukan pengisian secara otomatis agar terciptanya waktu yang efisien dan pencatatan yang akurat.
Untuk memantau debit, volume dan tinggi air ini ada beberapa cara, dari cara tradisional dan cara modern. Sebelum ditemukannya suatu cara modern, manusia menggunakan semacam tongkat panjang atau galah untuk mendeteksi nilai tinggi air.
Cara tradisional ini memiliki kelemahan yaitu untuk mengukur tangki yang memiliki kedalaman yang cukup dalam akan mengalami kesulitan dan pengukuran dengan cara ini tidak dapat dilakukan secara terus menerus karena faktor keterbatasan fisik yang ada pada manusia. Monitoring air mempunyai peranan sangat penting dalam kelangsungan kehidupan mahluk hidup di bumi. Air akan sangat bermanfaat bagi kehidupan di bumi dalam jumlah yang proporsional. Manusia memanfaatkan air untuk berbagai kebutuhan pada rumah tangga misalnya untuk dikonsumsi, mandi, mencuci, dan sebagainya. Selain itu air juga digunakan pada industri untuk pembangkit listrik tenaga air, transportasi, irigasi dan lain-lain. Jumlah air yang kurang/berlebihan (overflow) dapat berdampak berbagai hal (Fajar Permana, 2009).
Dari hasil beberapa referensi yang didapat mengenai judul ini terdapat bahwa sistem pengisian air otomatis masih menggunakan tombol manual, sistem kerja ini masih memiliki kelemahan yaitu subjek harus memberikan instruksi secara manual.
Dalam penelitian ini akan dilakukan suatu percobaan yaitu perancangan alat berupa prototipe depot air minum yang digunakan untuk menghitung jumlah debit dan volume air secara otomatis. Sistem otomatis yang digunakan adalah kendali relay.
Dan menghasilkan sebuah alat yang mampu bekerja dengan efektif sehingga dilakukan penelitian dengan judul “Rancang Bangun Pengisian dan Penghitung Debit dan Volume pada Galon Air Menggunakan Sensor HCSR-04 dan Flow Sensor Berbasis ATMEGA328”.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang, maka permasalahan yang diteliti dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut :
1. Bagaimana merancang sistem pengisian otomatis pada depot air.
2. Bagaimana mengaplikasikan Flow Sensor sebagai pengukur debit dan volume air pada sistem pengisian galon air otomatis.
3. Bagaimana mengaplikasikan Sensor HCSR-04 sebagai pendeteksi ukuran galon pada sistem pengisian galon air otomatis.
1.3 Batasan Masalah
Penelitian yang dilakukan dibatasi pada ruang lingkup yang lebih rinci agar sesuai dengan topik penelitian. Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah:
1. Rangakaian mikrokontroller yang di gunakan adalah mikrokontroller atmega 328.
2. Sistem berbasis mikrokontroller atmega 328 yang bertugas mengatur seluruh kegiatan sistem yang dirakit.
3. Flow Sensor Sebagai input sensor untuk mendeteksi debit dan volume air pada saat alat mengisi galon air.
4. HC-SR04 sebagai input sensor untuk mendeteksi adanya galon air dan pendeteksi ukuran galon air.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dalam penelitian ini adalah :
1. Untuk melakukan perancangan sistem otomatis pada depot air.
2. Untuk mengetahui pengaplikasikan water flow sensor sebagai pengukur debit dan volume air pada sistem pengisian galon air otomatis.
3. Untuk melakukan pengaplikasikan sensor HCSR-04 sebagai pendeteksi ukuran galon padam sistem pengisian galon air otomatis.
1.5 Manfaat Penelitian
Rancang bangun pengisian galon air otomatis dengan pengukuran volume dan debit air menggunakan Flow sensor dan HCSR-04 berbasis atmega 328 ini diharapkan dapat memberikan solusi untuk :
1. Melatih kemampuan mahasiswa untuk membuat suatu teknologi yang dapat diaplikasikan dalam kehidupan terkhususnya dalam bidang sistem otomatis.
2. Dengan perancangan alat ini diharapkan dapat membantu dan memudahkan pekerjaan manusia dalam kehidupan sehari-hari.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah suatu chip berupa IC (Integrated Circuit) yang dapat menerima sinyal input, mengolahnya dan memberikan sinyal output sesuai dengan program yang diisikan ke dalamnya. Sinyal input mikrokontroler berasal dari sensor yang merupakan informasi dari lingkungan sedangkan sinyal output ditujukan kepada aktuator yang dapat memberikan efek ke lingkungan. Jadi secara sederhana mikrokontroler dapat diibaratkan sebagai otak dari suatu perangkat/produk yang mempu berinteraksi dengan lingkungan sekitarnya. Mikrokontroler pada dasarnya adalah komputer dalam satu chip, yang di dalamnya terdapat mikroprosesor, memori, jalur Input/Output (I/O) dan perangkat pelengkap lainnya (Suhata.2005).
Kecepatan pengolahan data pada mikrokontroler lebih rendah jika dibandingkan dengan PC. Pada PC kecepatan mikroprosesor yang digunakan saat ini telah mencapai orde GHz, sedangkan kecepatan operasi mikrokontroler pada umumnya berkisar antara 1 – 16 MHz. Begitu juga kapasitas RAM dan ROM pada PC yang bisa mencapai orde Gbyte, dibandingkan dengan mikrokontroler yang hanya berkisar pada orde byte/Kbyte. Meskipun kecepatan pengolahan data dan kapasitas memori pada mikrokontroler jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan komputer personal, namun kemampuan mikrokontroler sudah cukup untuk dapat digunakan pada banyak aplikasi terutama karena ukurannya yang kompak.
Mikrokontroler sering digunakan pada sistem yang tidak terlalu kompleks dan tidak memerlukan kemampuan komputasi yang tinggi. Sistem yang menggunakan mikrokontroler sering disebut sebagai embedded system atau dedicated system. Embeded system adalah sistem pengendali yang tertanam pada suatu produk, sedangkan dedicated system adalah sistem pengendali yang dimaksudkan hanya untuk suatu fungsi tertentu. Sebagai contoh, printer adalah suatu embedded system karena di dalamnya terdapat mikrokontroler sebagai pengendali dan juga dedicated system karena fungsi pengendali tersebut berfungsi hanya untuk menerima data dan mencetaknya. Hal ini berbeda dengan suatu PC yang dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan, sehingga mikroprosesor pada PC sering
disebut sebagai general purpose microprocessor (mikroprosesor serba guna). Pada PC berbagai macam software yang disimpan pada media penyimpanan dapat dijalankan, tidak seperti mikrokontroler hanya terdapat satu software aplikasi.
Penggunaan mikrokontroler anatara lain terdapat pada bidang-bidang berikut :
1. Otomotif : Engine Control Unit, Air Bag, Fuel Control, Antilock Braking System, Sistem pengaman alarm, speedometer.
2. Perlengkapan rumah tangga dan perkantoran : sistem pengaman alarm, remote control,mesin cuci, microwave, timbangan digital, printer, mouse.
3. Robotika
4. Pengendalian peralatan industri
Saat ini mikrokontroler 8 bit masih menjadi jenis mikrokontroler yang paling populer dan paling banyak digunakan. Maksud dari mikrokontroler 8 bit adalah data yang dapat diproses dalam satu waktu adalah 8 bit, jika data yang diproses lebih besar dari 8 bit maka akan dibagi menjadi beberapa bagian data yang masing-masing terdiri dari 8 bit. Masing-masing mikrokontroler mempunyai cara dan bahasa pemrograman yang berbeda, sehingga program untuk suatu jenis mikrokontroler tidak dapat dijalankan pada jenis mikrokontroler lain (Sulhan Setiawan, 2008).
Untuk memilih jenis mikrokontroler yang cocok dengan aplikasi yang dibuat terdapat tiga kriteria yaitu:
1. Dapat memenuhi kebutuhan secara efektif dan efisien, yaitu menyangkut pada kecepatan, kemasan/packaging, konsumsi daya, jumlah RAM dan ROM, jumlah I/O dan timer, harga per unit.
2. Bahasa pemrograman yang tersedia.
3. Kemudahan dalam mendapatkannya.
Gambar 2.1 Chip Mikrokontroler (http://wikipedia.com/mikrokontroler)
Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu sistem komputer.
Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama.
Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan inputan yang diterima dan program yang dikerjakan. 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 programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer. Mikrokontroler tersusun dalam satu chip dimana prosesor, memori, dan I/O terintegrasi menjadi satu kesatuan kontrol sistem sehingga mikrokontroler dapat dikatakan sebagai komputer mini yang dapat bekerja secara inovatif sesuai dengan kebutuhan sistem. Sistem running bersifat berdiri sendiri tanpa tergantung dengan komputer sedangkan parameter komputer hanya digunakan untuk download perintah instruksi atau program. Langkah-langkah untuk download komputer dengan mikrokontroler sangat mudah digunakan karena tidak menggunakan banyak perintah.
Pada mikrokontroler tersedia fasilitas tambahan untuk pengembangan memori dan I/O yang disesuaikan dengan kebutuhan sistem. Harga untuk memperoleh alat ini lebih murah dan mudah didapat (Eko Setiawan, 2012).
2.1.1 Mikrokontroler ATMEGA 328
Mikrokontroler Atmega328 digunakan pada arduino UNO sebagai otak untuk mengendalikan perangkat elektronik yang kan dirancang. Atmega328 itu sendiri diproduksi oleh ATMEL yang mempunyai arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computing) dimana arsitektur RISC ini adalah suatu arsitektur yang memiliki instruksi yang sederhana namun memiliki banyak fasilitas tambahan. Fitur-fitur yang terdapat pada mikrokontroler Atmega328 antara lain :
- Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catudaya dimatikan.
- Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
- Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.
- 32 x 8-bit register serba guna.
- Dengan clock 16 MHz kecepatan mencapai 16 MIPS.
- 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader menggunakan 2 KB dari flash memory sebagai bootloader.
- 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORT B, PORT C, dan PORT D dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/output digital atau difungsikan sebagai alternatif lainnya (Wayan I Sutaya, 2014).
Gambar 2.2 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega328
(Sumber:http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/35001/4/Chapter%20II.pdf)
2.1.1.1 Port B
Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan sebagai input / output. Selain itu PORT B juga dapat memiliki fungsi allternatif seperti di bawah ini.
- ICP1 (PB0), berfungsi sebagai Timer Counter 1 input capture pin.
- OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2 (PB3) dapat difungsikan sebagai keluaran PWM (Pulse Width Modulation).
- MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur komunikasi SPI.
- Selain itu pin ini juga berfungsi sebagai jalur pemograman serial (ISP).
- TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk timer
- XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama mikrokontroler.
2.1.1.2 Port C
Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai input / output digital. Fungsi allternatif PORT C antara lain sebagai berikut.
- 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
- 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.
2.1.1.3 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.
- 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 berfungsi untuk menerima data serial.
- 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 menjalankan program interupsi.
- juga dapat memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak perlu membutuhkan externalclock.
- T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter external untuk timer 1 dan timer 0.
- AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog comparator (Budiarto Widodo, 2005).
Ada 3 buah timer yang bersedia pada mikrokontroler ATmega328 dan dapat dikonfigurasikan untuk memenuhi kebutuhan:
- Timer 0 berfungsi untuk waktu delay dengan satuan milisecond dan pin output adalah pin 5 dan 6.
- Timer 1 berfungsi untuk pengendalian output PWM dan pin output nya adalah pin 9 dan 10.
- Timer 2 berfungsi untuk pengendalian output PWM dan pin output nya adalah pin 3 dan 11.
Dari ketiga timer tersebut, hanya 0 yang dilengkapi dengan ISR (Interrupt Service Rountine) sehingga untuk keperluan PWM (Pulse Width Modulation) hanya menggunakan timer 1 yang akan mengatur pin 9 dan 10 dan sedangakan timer 2 untuk mengatur pin 3 dan 11.
2.2 Power Supply
Pengertian Power Supply adalah perangkat keras yang menyuplai tegangan listrik Power supply biasanya digunakan untuk komputer sebagai penghantar tegangan listrik secara langsung kepada komponen- komponen atau perangkat keras lainnya yang ada di komputer tersebut, seperti hardisk, kipas, motherboard dan lain sebagainya. Power supply memiliki input dari tegangan yang berarus alternating current (AC) dan mengubahnya menjadi arus direct current (DC) lalu menyalurkannya ke berbagai perangkat keras yang ada dikomputer kita. Karena memang arus direct current (DC)-lah yang dibutuhkan untuk perangkat keras agar dapat beroperasi, direct current biasa disebut juga sebagai arus yang searah sedangkan alternating current merupakan arus yang berlawanan. Pengertian Power Supply secara umum dalam sebuah komputer adalah sebagai alat bantu konverter tegangan listrik pada komputer yang dapat mengubah tegangan listrik yang memiliki arus AC ke arus DC sehingga semua hardware yang membutuhkan tegangan listrik
yang berarus DC mendapatkan tegangan listrik yang secara langsung diberikan oleh power supply ini. Fungsi dari power supply adalah mengubah arus AC menjadi DC.
Jadi mengalirkan arus dari listrik ke hardware komputer dengan operasi arus DC berupa input arus bolak-balik (E.A Fitzgerald, 2010)
2.3 Arduino Nano
Arduino nano adalah salah satu varian dari produk board mikrokontroller keluaran Arduino. Arduino nano adalah board Arduino terkecil, menggunakan mikrokontroller Atmega328 untuk Arduino Nano 3.x dan Atmega168 untuk Arduino Nano 2.x. Varian ini mempunyai rangkaian yang sama dengan jenis Arduino Duemilanove, tetapi dengan ukuran dan desain PCB yang berbeda. Arduino Nano tidak dilengkapi dengan soket catudaya, tetapi terdapat pin untuk catu daya luar atau dapat menggunakan catu daya dari mini USB port. Arduino nano memiliki 14 pin digital (6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi USB, sebuah konektor sumber tegangan, sebuah header ICSP, dan sebuah tombol reset. Arduino Nano dapat diberi tenaga dengan power yang diperoleh dari koneksi kabel Mini-B USB, atau via power supply eksternal. External power supply dapat dihubungkan langsung ke pin 30 atau Vin (unregulated 6V - 20V), atau ke pin 27 (regulated 5V) (Abdul Kadir, 2013).
Chip FTDI FT232L pada Arduino Nano akan aktif apabila memperoleh daya melalui USB, ketika Arduino Nano diberikan daya dari luar (Non-USB) maka Chip FTDI tidak aktif dan pin 3.3V pun tidak tersedia (tidak mengeluarkan tegangan), sedangkan LED TX dan RX pun berkedip apabila pin digital 0 dan 1 berada pada posisi HIGH. Arduino Nano mempunyai 14 pin digital yang dapat digunakan sebagai pin input atau output. Pin ini akan mengeluarkan tegangan 5V untuk mode HIGH (logika 1) dan 0V untuk mode LOW (logika 0) jika dikonfigurasikan sebagai pin output. Jika di konfigurasikan sebagai pin input, maka ke 14 pin ini dapat menerima tegangan 5V untuk mode HIGH (logika1) dan 0V untuk mode LOW (logika 0).
Besar arus listrik yang diijinkan untuk melewati pin digital I/O adalah 40 mA. Pin digital I/O ini juga sudah dilengkapi dengan resistor pull-up sebesar 20-50 kΩ
Arduino Nano memiliki spesifikasi sebagai berikut :
Mikrokontroller : Atmel ATmega168 untuk Arduino Nano 2.x
Atmer Atmega328 untuk Arduino Nano 3.x Tegangan kerja : 5 V
Tegangan input : Optimal : 7 – 12 V Minimum : 6 V Maksimum : 20 V
Digital pin I/O : 14 pin yaitu pin D0 sampai pin D13 Dilengkapi dengan 6 pin PWM Analog pin : 8 pin yaitu pin A0 sampai pin A7 Arus listrik maksimum : 40 mA
Flash memori : 32 Mbyte untuk Arduino Nano 3.x , 16 Mbyte untuk Arduino Nano 2.x Besar flash memori ini dikurangi 2 kbyte yang digunakan untuk menyimpan file boatloader.
SRAM : 1 kbyte (ATmega168) dan 2 kbyte (ATmega328) EEPROM : 512 byte (Atmega168) dan 1 kbyte (Atmega328) Kecepatan clock : 16 MHz
Ukuran board : 4,5 mm x 18 mm Berat : 5 gram
Gambar 2.3 Papan Arduino Nano
(Sumber : http://belajar-dasar-pemrograman.blogspot.co.id/2013/03/arduino- nano.html)
2.4 Water Flow Sensor
Water flow sensor merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengukur laju aliran atau Jumlah suatu fluida yeng bergerak mengalir dalam suatu pipa tertutup
atau saluran terbuka seperti channel atau sungai atau parit atau gorong-gorong. Jenis fluida yang melalui atau diukur oleh flow meter bisa berupa cairan, gas maupun solid. Dalam Aplikasinya penggunaan flow meter untuk mengukur aliran baik berupa kecepatan aliran, kapasitas aliran maupun volumenya atau beratnya fluida mempunyai aplikasi yang bermacam macam. Aplikasi penggunaan flow meter tergantung pada tujuan, manfaat, kendala yang tergantung pada situasi yang dibutuhkan rekayasa sehingga pemasangan flow meter tersebut sesuai dengan tujuan dan manfaatnya. Flow meter mempunyai banyak istilah penyebutan baik berdasarkan fungsi maupun tujuannya seperti flow gauge, flow indicator, liquid meter, gas meter, water meter dan lainnya tergantung pada jenis industri.
Dalam penggunanya kita harus tahu bahwa flow meter mempunyai berbagai jenis dan model dimana mempunyai fungsi aplikasi yang berbeda dengan tingkat akurasi yang juga berbeda. Makin tinggi akurasi dari pembacaan flow meter maka makin mahal harganya. Sebelum menentukan jenis flow meter yang kita pasang kita harus tahu berapa besar akurasi yang kita inginkan dari hasil pembacaan flow meter yang akan kita pasang. Karena Pengukuran untuk aliran air sungai atau air limbah tentunya mempunyai akurasi yang berbeda ketika kita gunakan flow meter untuk mengukur susu, bahan kimia atau obat cair.
Seperti yang terjadi untuk semua sensor, akurasi mutlak pengukuran memerlukan fungsi untuk kalibrasi.Ada berbagai macam sensor aliran dan aliran meter, termasuk beberapa yang memiliki baling-baling yang didorong oleh cairan, dan dapat mendorong potensiometer putar, atau perangkat sejenis. Sensor aliran lain didasarkan pada sensor yang mengukur transfer panas yang disebabkan oleh media bergerak. Prinsip ini umum untuk mikrosensor untuk mengukur aliran. Arus meter berhubungan dengan perangkat yang disebut velocimeter velocimeters yang mengukur kecepatan cairan yang mengalir melalui mereka. Berbasis laser interferometri sering digunakan untuk pengukuran aliran udara, tetapi untuk cairan, sering kali lebih mudah untuk mengukur aliran. Hall sensor efek juga dapat digunakan, pada katup flapper, atau baling-baling, untuk merasakan posisi baling- baling, seperti pengungsi akibat aliran fluida. Flow meter adalah alat untuk mengukur jumlah atau laju aliran dari suatu fluida yang mengalir dalam pipa atau sambungan terbuka. alat ini terdiri dari primary device, yang disebut sebagai alat
utama dan secondary device (alat bantu sekunder). Alat utamanya merupakan sebuah orifis yang mengganggu laju aliran, yaitu menyebabkan terjadinya penurunan tekanan.
Gambar 2.4 Water Flow Sensor
(Sumber : http://www.robotshop.com/en/adafruit-water-flow-sensor.html)
Alat bantu sekunder menerima sinyal dari alat utama lalu menampilkan, merekam, dan/atau mentrasmisikannya sebagai hasil pengukuran dari laju aliran. Spesifikasi dari sensor water flow G adalah sebagai berikut :
1. Bekerja pada tegangan 5 VDC~24 VDC 2. Arus maksimum 15 mA (DC 5V) 3. Berat sensor 43 gram
4. Tingkat aliran rentang 1~30 L/menit 5. Suhu pengoperasian 0o~80o
6. Operasi kelembaban 35%~90% RH 7. Operasi tekanan bawah 1.75 Mpa 8. Store temperature -25o~+80o 9. Store Humidity 25%~90%RH
Prinsip Kerja Sensor Water Flow yaitu Ketika air mengalir melalui rotor, maka rotor akan berputar sesuai dengan kecepatan aliran air yang mengalir melalui rotor tersebut. Perputaran rotor inilah yang menjadi dasar dari perhitungan jumlah air yang keluar dari keran air tersebut. Prinsip kerja sensor ini adalah dengan memanfaatkan sensor hall effect. Hall effect ini didasarkan pada efek medan magnetic terhadap partikel bermuatan yang bergerak. Ketika ada arus listrik yang mengalir pada hall effect yang ditempatkan dalam medan magnet yang arahnya tegak
lurus arus listrik. Pergerakan pembawa muatan akan berbelok ke salah satu sisi dan menghasilkan medan listrik. Output sensor ini yaitu berupa sinyal kotak yang menghasilkan pulsa frekuensi untuk menentukan debit air yang dihasilkan oleh sensor water flow (E.A Fitzgerald, 2010).
Tabel 2.1 Komponen Water Flow Sensor
No. Name Quantity Material Note
1 Valve Body 1 PA66+33% Glass
Fiber 2 Stainless Steel Bead 1 Stainless Steel
SUS304
3 Axis 1 Stainless Steel
SUS304
4 Impeller 1 POM
5 Ring Magnet 1 Ferrite
6 Middle Ring 1 PA66+33% Glass
Fiber
7 O-seal Ring 1 Rubber
8 Elecronic Seal Ring 1 Rubber
9 Cover 1 PA66+33% Glass
Fiber
10 Screw 4 Stainless Steel
SUS304
3.0*11
11 Cabel 1 1007 24AWG
(Sumber: http://www.robotshop.com/en/adafruit-water-flow-sensor.html)
2.5 Sensor Ultrasonik (HC-SR04)
Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, di mana sensor ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali gelombang suara
tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya (Ibnu Kusumayadi, 2014).
Gambar 2.5 Sensor Ultrasonik HC-SR04
(Sumber : http://www.elangsakti.com/2015/05/sensor-ultrasonik.html)
2.5.1 Prinsip Kerja Sensor HCSR-04
Pada sensor HCSR-04, gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah alat yang disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu. Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40kHz) ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Secara umum, alat ini akan menembakkan gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target. Setelah gelombang menyentuh permukaan target, maka target akan memantulkan kembali gelombang tersebut.
Gelombang pantulan dari target akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor menghitung selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang pantul diterima. Secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut:
1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi tertentu dan dengan durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz. Untuk mengukur jarak benda (sensor jarak), frekuensi yang umum digunakan adalah 40kHz.
2. Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu benda, maka sinyal tersebut akan dipantulkan oleh benda tersebut.
3. Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jarak benda tersebut (Arif Setiawan, 2012).
Gambar 2.6 Prinsip kerja sensor ultrasonik
(Sumber : http://www.elangsakti.com/2015/05/sensor-ultrasonik.html)
2.6 LCD (Liquid Cyrstal Display)
Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Crystal Display) adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD (Liquid Crystal Display) berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.
LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul-molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan (Eko Setiawan, 2012).
Dalam modul LCD (Liquid Crystal Display) terdapat microcontroller yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD (Liquid Crystal Display).
Microntroller pada suatu LCD (Liquid Crystal Display) dilengkapi dengan memori dan register. Memori yang digunakan microcontroler internal LCD adalah:
1. DDRAM (Display Data Random Access Memory), merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan berada
2. CGRAM (Character Generator Random Access Memory), merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.
3. CGROM (Character Generator Read Only Memory), merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana pola tersebut merupakan karakter dasar yang sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat LCD (Liquid Crystal Display) tersebut sehingga pengguna tinggal mangambilnya sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada dalam CGROM.
Register control yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya yaitu register perintah, yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Crystal Display) pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD (Liquid Crystal Display) dapat dibaca pada saat pembacaan data. Register data, yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau keDDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut keDDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya
Gambar 2.7 LCD 2x16
(Sumber : http://elektronika-dasar.web.id/wp content/uploads/2012/06/LCD-HD- 4470.jpg)
2.6.1 Fitur LCD 16x2
Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah:
- Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.
- Mempunyai 192 karakter tersimpan.
- Terdapat karakter generator terprogram.
- Dapat dialamati dengan mode 4bit dan 8bit dan dilengkapi dengan backlight (Bagus Prehan, 2013).
Tabel 2.2 Konfigurasi LCD
Pin Assigment Pin
no
Symbol Function
1 Vss Power Supply (Ground)
2 Vdd Power Supply (+)
3 Vo Contrast Adjust
4 RS Register Select Signal
5 R/W Data Read/Write
6 E Enable Signal
7 DB0 Data Bus Line
8 DB1 Data Bus Line
9 DB2 Data Bus Line
10 DB3 Data Bus Line
11 DB4 Data Bus Line
12 DB5 Data Bus Line
13 DB6 Data Bus Line
14 DB7 Data Bus Line
15 A Power Supply for LED
BL (+)
16 K Power Supply for LED
BL (-)
(Sumber : http://elektronika-dasar.web.id/wp content/uploads/2012/06/LCD-HD- 4470.jpg)
2.7 Relay
Relay adalah saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni elektromagnet (Coil) dan mekanikal (seperangkat kontak saklar/switch). Relay
menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan relay yang menggunakan elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan armature relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A
Gambar 2.8 Module Relay
(Sumber: https://digitalapik.blogspot.com/2019/12/program-relay-1-channel-pada- arduino.html)
2.7.1 Prinsip Kerja Relay
Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu Electromagnet (Coil), Armature, Switch Contact Point (Saklar) dan Spring. Berikut ini merupakan gambar dari bagian-bagian relay :
Gambar 2.9 Struktur Sederhana Relay
(Sumber : http://teknikelektronika.com/pengertian-relay-fungsi-relay/)
Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :
1. Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi close (tertutup)
2. Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi open (terbuka)
Berdasarkan gambar tersebut, sebuah besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan besi tersebut. Apabila Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya Elektromagnet yang kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi open atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali lagi ke posisi awal (NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik contact poin ke posisi close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil. Solenoid valve adalah katup yang digerakan oleh energi listrik, mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang berfungsi untuk menggerakan piston yang dapat digerakan oleh arus AC maupun DC, solenoid valve atau katup (valve) solenoida mempunyai lubang keluaran, lubang masukan dan lubang exhaust, lubang masukan, berfungsi sebagai terminal/tempat cairan masuk atau supply, lalu lubang keluaran, berfungsi sebagai terminal atau tempat cairan keluar yang dihubungkan ke beban, sedangkan lubang exhaust, berfungsi sebagai saluran untuk mengeluarkan cairan yang terjebak saat piston bergerak atau pindah posisi ketika solenoid valve bekerja. Prinsip kerja dari solenoid valve/katup (valve) solenoida yaitu katup listrik yang mempunyai koil sebagai penggerak dimana ketika koil mendapat supply tegangan maka koil tersebut akan berubah menjadi medan magnet sehingga menggerakan piston pada bagian dalamnya ketika piston berpindah posisi maka pada lubang keluaran dari solenoid valve akan keluar cairan yang berasal dari supply, pada umumnya solenoid valve mempunyai tegangan kerja 100/200 VAC namun ada juga yang mempunyai tegangan kerja DC
2.7.2 Jenis – Jenis Relay 1. Berdasarkan Cara Kerja
a. Normal terbuka. Kontak sakelar tertutup hanya jika relay dihidupkan.
b. Normal tertutup. Kontak sakelar terbuka hanya jika relay dihidupkan.
c. Tukar-sambung. Kontak sakelar berpindah dari satu kutub ke kutub lain saat relay dihidupkan.
d. Bila arus masuk Pada gulungan, maka seketika gulungan akan berubah menjadi medan magnet. Gaya magnet inilah yang akan menarik luas sehingga saklar akan bekerja
2. Berdasarkan Konstruksi
a. Relay menggrendel yaitu enis relai yang terus bekerja walaupun sumber tenaga kumparan telah dihilangkan.
b. Relay lidi digunakan untuk pensakelaran cepat daya rendah. Terbuat dari dua lidi feromagnetik yang dikapsulkan dalam sebuah tabung gelas.
Kumparan dililitkan pada tabung gelas (Aripriharta, 2014).
2.8 Pompa Elektrik
Pompa adalah suatu alat atau mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain melalui suatu media perpipaan dengan cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan dan berlangsung secara terus menerus. Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge). Dengan kata lain, pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini berguna untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang pengaliran.
Gambar 2.10 Pompa Air
(Sumber: https://www.jakartanotebook.com/pompa-air-mini-aquarium-ikan-fish- tank-12v-14150-white
Contoh pompa dalam kehidupan sehari-hari antara lain pompa air, pompa diesel, pompa hydram, pompa bahan bakar dan lain-lain. Dari sekian banyak pompa yang ada tentunya mempunyai prinsip kerja dan kegunaan yang berbeda-beda, walaupun pada akhirnya pompa adalah alat yang di gunakan untuk memberikan tekanan yang tinggi pada fluida (Bayu Gilang Purnomo, 2013).
2.9 Adaptor
Adaptor merupakan jembatan untuk menyambungkan sumber tegangan DC.
Tegangan DC dibutuhkan oleh berbagai macam rangkaian elektronik untuk dapat dioperasikan. Seperti halnya adaptor/ power supply yang digunakan pada hiasan lampu akrilik. Rangkaian inti dari adaptor/ power supply adalah suatu rangkaian penyearah yaitu rangkaian yang mengubah sinyal bolak-balik (AC) menjadi sinyal searah (DC). Proses pengubahan dimulai dari penye-arah oleh diode, penghalusan tegangan kerut (Ripple Viltage Filter) dengan menggunakan condensator dan pengaturan (regulasi) oleh rangkaian regulator. Sistem rangkaian penyearah ada 4 fungsi dasar yaitu:
Tranformasi (travo) tegangan yang diperlukan untuk menurunkan tegangan yang diinginkan.
Rangkaian penyearah, rangkaian ini untuk mengubah tingkat tegangan arus bolak balik ke arus searah.
Filter (Condesator), merupakan rangkaian untuk memproses fluktuasi penyearah yang menghasilkan keluaran tegangan DC yang lebih rata.
Regulasi adalah parameter yang sangat penting pada adaptor dan regulator tegangan dengan bahan bervariasi.
Gambar 2.11 Adaptor
(Sumber:https://elekkomp.blogspot.com/2018/10/pengertian-adaptor-dan
BAB 3
BAHAN DAN METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metodologi Perancangan 3.1.1 Alat dan Fungsinya
Persiapan peralatan dan bahan yang digunakan dalam penelitian :
a. Sensor Ultrasonik HC-SR04 sebagai pendeteksi keberadaan gelas ukur b. Sensor Debit Air (Water Flow sensor) penghitung debit air
c. Switch relay 12 volt sebagai saklar elektrik
d. IC regulator 7805 untuk menurunkan tegangan dari adaptor 12 volt e. Atmega328 sebagai mikrokontroler
f. LCD Print 16 x 2 menampilkan output
g. Adapator 12V sebagai supply daya untuk menghidupkan mikrokontroler h. Kabel Jumper sebagai penghubung antar pin
i. Pompa Air 12 volt sebagai mengalirkan air ke wadah j. Dioda sebagai penyearah
k. USB TTL Atmega 328 konfigurasi untuk pemrograman l. Solder sebagai alat pembantu merakit rangkaian elektronika m. Triplek sebagai wadah prototipe
n. Paku berfungsi untuk menyambungkan triplek o. Pin header sebagai wadah chip atau komponen
p. Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan tegangan listrik sementara q. Potensiometer sebagai resistor variabel
r. Timah Solder sebagai alat pembantu merakit rangkaian elektronika s. Martil sebagai alat pembantu merakit rangkaian elektronika
t. Multimeter sebagai pengukur tegangan
u. Downloader atmega 328 sebagai konfigurasi untuk pemrograman
3.1.2 Tahap Pembuatan Sistem
Dalam tahap pembuatan sistem terdapat beberapa tahapan yaitu sebagai berikut:
1. Perancangan Alat (Hardware)
Dalam percangan ini dihubungkan sistem otomatis rangkaian dan mekanik. Dalam Sistem otomatis dikonfigurasikan seluruh sensor input dan output sehingga membentuk sistem rancang bangun pengisian dan penghitung jumlah debit dan volume air pada depot air minum dengan menggunakan sensor HCSR-04 dan Flow Sensor Berbasis Atmega 328.
Dalam perancangan mekanik dibutuhkan Mekanik yang presisi agar sistem kerja berjalan dengan baik.
2. Perancangan Program (Software)
Dalam perancangan program menggunakan sistem aplikasi arduino dengan Driver Atmega 328. Prorgram yang digunakan menggunakan bahasa C++
menggunakan USB downloader atmega 328 untukmengkonfigurasikan bahasa pemograman.
3.2 Perancangan Sistem
Ada beberapa tahap dalam perancangan sistem untuk membentuk suatu sistem yang baik adalah sebagai berikut :
Gambar 3.1.Diagram Blok Sistem Power Supply
Mikrokontroller Atmega 328
Flow Sensor Pompa
Relay Air
HCSR-04 LCD 16x2
3.2.1 Penjelasan Fungsi Tiap Blok Dari Diagram Blok 1. Power Supply berfungsi sebagai sumber daya listrik.
2. Mikrokontroller Atmega328 berfungsi sebagai pemroses, penerima dan pengirim data.
3. Flow Sensor Sebagai input sensor untuk mendeteksi debit dan volume air pada saat alat mengisi galon air.
4. HC-SR04 sebagai input sensor untuk mendeteksi adanya galon air dan pendeteksi ukuran galon air.
5. Relay sebagai saklar elektrik untuk menghidup dan matikan pompa air.
6. Pompa Air sebagai output untuk mengisi galon air.
7. LCD 16x2 sebagai Output tampilan nilai pembacaan debit dan volume air.
3.3 Diagram Alir (FlowChart)
T
Y
Gambar 3.2 FlowChart Sistem Mulai
Inisialisasi Program
Sensor HCSR-04 Membaca Keberadaan Benda dan Flow
Sensor Membaca Debit
Jika Sensor HCSR-04 Mendeteksi Adanya Gelas
ukur
Pompa Air Mati
Pompa Air Hidup dan Air terisi Penuh
Tampilan LCD
Selesai
3.3.1 Perancangan Rangkaian
1. Rangkaian Penstabil Tegangan (Regulator)
Rangkaian ini berfungsi untuk memberikan supplay tegangan keseluruh rangkaian yang ada. Keluaran rangkaian regulator ini yaitu 5 volt, keluaran 5 volt. Regulator yang digunakan adalah IC 7805. Fungsi dari rangkaian ini adalah untuk memberikana sistem daya 5 volt untuk menghidupka sistem mikrokontroler, agar dapat berjalan dangan baik. Berikut merupakan gambar dari rangkaian regulator:
Gambar 3.3 Rangkaian Regulator
2. Rangkaian Minimum Sistem Atmega328
Rangkaian sistem minimum mikrokontoler ATMega328 terdiri dari rangkaian sistem minimum dan rangkaian I/O. Rangkaian minimum mikrokontroler terdiri dari rangkaian clock dan rangkaian reset. Rangkaian clock pada mikrokontroler ATMega328 membutuhkan osilator kristal dan 2 buah kapasitor non polar agar dapat berosilasi. Pada perancangan ini, besar frekuensi osilator kristal yang digunakan adalah 16 MHz dan besar kapasitas kapasitor adalah 22 pF. Pemilihan frekuensi dan besar kapasitor tersebut dirancang berdasarkan datasheet mikrokontroler ATMega328.
Rangkaian reset pada sistem mikrokontroler ATMega328 berfungsi untuk mengembalikan mikrokontroler pada program awal (vektor reset). Berikut gambar 3.3 rangkaian mikrokontroler ATMega328:
\
Gambar 3.4 Rangkaian Mikrokontroler ATMega328
3. Rangkaian Sensor HCSR-04
Pada rangkaian ini yang digunakan adalah Sensor HCSR-04 Untuk blok ini pin pada sensor terdapat 3 pin, yaitu pin RX,TX,GND,dan VCC. Pin RX sensor dihubungkan ke pin 0 atmega328, Pin TX Sensor ke pin 1 atmega328, pin gnd ke gnd, dan pin VCC ke VCC. Berikut merupakan gambar rangakain sensor HCSR-04:
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor HCSR-04
4. Rangkaian Switch Relay dan Pompa Otomatis
Pada rangkaian ini relay switch yang digunakan adalah module switch relay dc dan ac. Untuk blok ini pin relay switch dihubungkan ke sistem atmega sesuai jalur jalur yang telah dirancang. Pin vcc relay ke pin Atmega 328, pin gnd ke gnd Atmega 328, dan pin out relay ke pin 5 Atmega 328. Berikut merupakan gambar rangkaian:
Gambar 3.6 Rangkaian Switch Relay Pompa Otomatis
5. Rangkaian Water Flow Sensor
Pada rangkaian ini yang digunakan adalah water flow sensor. Pada sensor debit terdapat 3 pin, yaitu gnd, input, dan vcc. Pin gnd ke gnd atmega 328, pin input ke pin 3 atmega 328, pin vcc ke vcc atmega328. Berikut merupakan gambar rangkaian:
Gambar 3.7 Rangkaian Water Flow Sensor
6. Rangkaian Keseluruhan
Berdasarkan uraian-uraian yang telah diterangkan pada bagian sebelumnya, maka dibuat rangkaian keseluruhan dari sistem. Adapun rangkaian keseluruhan dari perancangan sistem ini berupa gabungan dari rangkaian regulator, rangkaian mikrokontroler Atmega 328, rangkaian LCD, rangkaian relay switch, rangkaian sensor HCSR-04, rangkaian pompa air, rangkaian water flow sensor. Keseluruhan rangkaian ini yang bekerja sebagai sistem rancang bangun pengisian dan penghitung jumlah debit dan volume air pada depot air minum dengan menggunakan sensor HCSR-04 dan Flow Sensor Berbasis Atmega 328. Berikut merupakan gambar dari rangkaian kesuluruhan alat.
Gambar 3.8 Rangkaian Keseluruhan
Gambar 3.8 Rangkaian Keseluruhan
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler Atmega 328
Pemrograman menggunakan mode ISP (In System Programming) mikrokontroler harus dapat diprogram 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 Arduino nano. Arduino nano menggunakan kristal dengan frekuensi 8 MHz, apabila Chip Signature sudah dikenali dengan baik dan dalam waktu singkat, bisa dikatakan rangkaian mikrokontroler bekerja dengan baik dengan mode ISP-nya.
4.2 Pengujian IC Regulator
Pada pengujian ini dilakukan pengukuran tegangan masuk dari Arus PLN dan masuk ke adaptor DC 12V kemudian ke Rangkaian Regulator ini dilakukan dengan mengukur tegangan keluaran menggunakan Voltmeter. . Apabila catu daya tidak bekerja dengan baik, maka akan mempengaruhi kinerja sistem dari alat tersebut sehingga alat tidak dapat bekerja maksimal. Berikut adalah gambar pengukuran tegangan keluaran dari rangkaian Regulator.
Tabel 4.1 Pengujian IC regulator
Input Adaptor (DC 12 V) Out Regulator
220 V 12,12 V 4,93 V
Gambar 4.1 Hasil Pengukuran Regulator
4.3 Pengujian Rangkain LCD
Pada Pengujian Rangkaian LCD bertujuan untuk mengetahui apakah LCD dapat berjalan dengan baik. Dalam hal ini pengujian dilakukan sesuai program yang telah dibuat di mikrokontroler.
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,16,2); // set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display
void setup() {
lcd.init(); // initialize the lcd lcd.init();
// Print a message to the LCD.
lcd.backlight();
lcd.setCursor(1,0);
lcd.print("Fisika Ekstensi");
lcd.setCursor(1,1);
lcd.print("Tugas Akhir");
}
void loop() {
Gambar 4.2 Tampilan Serial Monitor Pada keluaran LCD
Gambar 4.3 Tampilan LCD
4.4 Pengujian Sensor HCSR-04
Pada Pengujian ini dilakukan dengan menggunakaan program yang telah dibuat dan menampilkan data di serial monitor. Berikut pengujian sensor dan program:
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,16,2);
#define pintriger 4 //Pin Trigger Ultrasonic
#define pinecho 5
#define relaybahaya 6 void setup() {
Serial.begin (9600); //Inisialisasi komunikasi serial lcd.init(); // initialize the lcd
lcd.init();
lcd.backlight();
pinMode(pintriger, OUTPUT);
pinMode(pinecho, INPUT);
}
void loop() {
long durasi, jarak; //Varibel durasi dan jarak digitalWrite(pintriger, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(pintriger, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(pintriger, LOW);
durasi = pulseIn(pinecho, HIGH);
jarak = (durasi/2) / 29; //Perhitungan untuk pembacaan jarak Serial.print(jarak);
Serial.println (" cm");
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Jarak = ");
lcd.print(jarak);
lcd.print(" cm");
}
Gambar 4.4 Tampilan Serial Monitor Pada keluaran sensor HCSR-04
Gambar 4.5 Pengujian jarak sensor HCSR-04 pada tampilan LCD
Berikut adalah hasil pengujian dengan menggunakan penggaris sebagai pembanding jarak dari sensor HCSR-04 dengan rumus :
%Deviasi =Hasil pengukuran alat pembanding−hasil pengukuran alat
× 100%
Tabel 4.2 Tabel Pengujian Sensor HCSR-04
No Jarak Hasil Data Pengukuran
Sensor HCSR-04 Penggaris Deviasi (%)
1 Pertama 3 cm 3.1 cm 3.33%
2 Kedua 4 cm 4.1 cm 2.5 %
3 Ketiga 5 cm 5.2 cm 4 %
4 Keempat 6 cm 6.1 cm 1.67 %
5 Kelima 7 cm 7.1 cm 1.43 %
6 Keenam 8 cm 8 cm 0 %
7 Ketujuh 9 cm 9 cm 0 %
8 Kedelapan 10 cm 10 cm 0 %
9 Kesembilan 11 cm 11 cm 0 %
10 Kesepuluh 12 cm 12 cm 0 %
Rata-rata 7.5 cm 7.56 cm 1.293%
Berdasarkan tabel diatas telah dilakukan sebanyak sepuluh kali pengujian.
Diketahui bahwa % (persen) deviasi tertinggi yaitu 4 % yang terjadi pada saat pengujian ke-3. Sedangkan nilai deviasi terendah yaitu 0 % yang terjadi pada saat pengujian ke-6 sampai ke-10. Maka rata-rata % (persen) deviasinya yaitu 1.293 %.
Standar deviasi adalah ukuran yang digunakan untuk mengukur jumlah variasi atau sebaran sejumlah nilai data. Semakin rendah nilai deviasi maka semakin mendekati rata-rata, sedangkan jika nilai deviasi semakin tinggi , maka semakin lebar rentang variasi datanya.
4.5 Pengujian Water Flow Sensor
Pada Pengujian water flow sensor dilakukan dengan program yang telat dibuat. Dan akan ditampilkan diserial monitor. Berikut pengujian sensor dan program:
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,16,2); byte indikator = 13;
byte sensorInt = 0;
byte flowsensor = 3;
float konstanta = 4.5; //konstanta flow meter volatile byte pulseCount;
float debit;
unsigned int flowmlt;
unsigned long totalmlt;
unsigned long oldTime;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(indikator, OUTPUT);
digitalWrite(indikator, HIGH);
pinMode(flowsensor, INPUT);
digitalWrite(flowsensor, HIGH);
pulseCount = 0;
debit = 0.0;
flowmlt = 0;
totalmlt = 0;
oldTime = 0;
attachInterrupt(sensorInt, pulseCounter, FALLING);
}
void loop() {
if((millis() - oldTime) > 1000) {
detachInterrupt(sensorInt);
debit = ((1000.0 / (millis() - oldTime)) * pulseCount) / konstanta;
oldTime = millis();
flowmlt = (debit / 60) * 1000;
totalmlt += flowmlt;
unsigned int frac;
Serial.print("Debit air: ");
Serial.print(int(debit));
Serial.print("L/min");
Serial.print("\t");
Serial.print("Volume: ");
Serial.print(totalmlt);
Serial.println("mL");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("D:");
lcd.setCursor(2, 1);
lcd.print(int(debit));
lcd.print("L/m,");
lcd.setCursor(8, 1);
lcd.print("V:");
lcd.setCursor(10, 1);
lcd.print(totalmlt);
lcd.print("mL....");
pulseCount = 0;
attachInterrupt(sensorInt, pulseCounter, FALLING);
} }
void pulseCounter() {
// Increment the pulse counter pulseCount++;
}
Gambar 4.6 Tampilan data debit dan volume air pada baris kedua LCD
Gambar 4.7 Tampilan Serial Monitor Pada keluaran Water Flow Sensor
Berikut adalah hasil pengujian dengan menggunakan gelas ukur sebagai pembanding jarak dari Water Flow Sensor dengan rumus :
%Deviasi =Hasil pengukuran alat pembanding−hasil pengukuran alat
hasil pengukuran alat × 100%
Tabel 4.3 Tabel Pengujian Water Flow Sensor No Acuan
Volume
Hasil Data Pengukuran Pengukuran pada
gelas ukur
Pengukuran pada sensor
Deviasi (%)
1 200 ml 203 ml 200 ml 1.5 %
2 250 ml 253 ml 250 ml 1.2 %
3 300 ml 304 ml 300 ml 1.3 %
4 350 ml 354 ml 350 ml 1.1 %
5 400 ml 401 ml 400 ml 0.2 %
6 450 ml 452 ml 450 ml 0.4 %
7 500 ml 505 ml 500 ml 1 %
8 550 ml 552 ml 550 ml 0.3 %
9 600 ml 601 ml 600 ml 0.16 %
10 650 ml 652 ml 650 ml 0.3 %
11 700 ml 703 ml 700 ml 0.42 %
12 750 ml 753 ml 750 ml 0.4 %
13 800 ml 802 ml 800 ml 0.2 %
14 850 ml 854 ml 850 ml 0.47 %
15 900 ml 902 ml 900 ml 0.2 %
16 950 ml 954 ml 950 ml 0.42 %
17 1000 ml 1009 ml 1000 ml 0.9 %
Rata-rata 603,18 ml 600 ml 0.615 %
Berdasarkan tabel diatas telah dilakukan sebanyak tujuh belas kali pengujian.
Diketahui bahwa % (persen) deviasi tertinggi yaitu 1.5 % yang terjadi pada saat pengujian pertama. Sedangkan nilai deviasi terendah yaitu 0.2 % yang terjadi pada saat pengujian ke-5, ke-13 dan ke-15. Nilai rata-rata % (persen) deviasinya yaitu 0.615 %. Standar deviasi adalah ukuran yang digunakan untuk mengukur jumlah variasi atau sebaran sejumlah nilai data. Semakin rendah nilai deviasi maka semakin mendekati rata-rata, sedangkan jika nilai deviasi semakin tinggi , maka semakin lebar rentang variasi datanya.
4.6 Pengujian Relay dan Pompa Otomatis dengan kendali sensor HCSR-04 Pada Pengujian water flow sensor dilakukan dengan program yang telat dibuat. Dan akan ditampilkan diserial monitor. Berikut pengujian sensor dan program:
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,16,2);
//pin Ultrasonik
#define pintriger 0 //Pin Trigger Ultrasonic
#define pinecho 1 //Pin Echo Ultrasonic
#define relaybahaya 5 //Pin Modul Relay untuk peringatan bahay void setup() {
Serial.begin (9600); //Inisialisasi komunikasi serial lcd.init(); // initialize the lcd
lcd.init();
// Print a message to the LCD.
lcd.backlight();
//Deklarasi pin
pinMode(pintriger, OUTPUT);
pinMode(pinecho, INPUT);
pinMode(relaybahaya, OUTPUT);
}
void loop() {
long durasi, jarak; //Varibel durasi dan jarak digitalWrite(pintriger, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(pintriger, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(pintriger, LOW);
durasi = pulseIn(pinecho, HIGH);
jarak = (durasi/2) / 29; //Perhitungan untuk pembacaan jarak Serial.print(jarak);
Serial.println (" cm");
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Jarak = ");
lcd.print(jarak); //Menampilkan jarak pada LCD 16x2 lcd.print(" cm");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("relay pompa ");
if (jarak >= 21) //Pada jarak lebih dari sama dengan 21 cm mengaktifkan LED level low
{
digitalWrite(relaybahaya,HIGH);
} else {
if (jarak <= 20)
digitalWrite(relaybahaya,LOW);
delay(500);
