Alat penakar volume air berbasis mikrokontroler.

viii

INTISARI

Pengukuran merupakan kegiatan yang sering dilakukan dan dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari. Bantuan alat ukur sangat dibutuhkan untuk mengetahui nilai dari proses pengukuran. Pada umumnya, untuk melakukannya masih menggunakan peralatan yang manual. Pada kondisi tertentu, sebagai contohnya di dunia industri, ada proses pengisian yang membutuhkan keseragaman isi dan efisiensi waktu sehingga dibutuhkan suatu alat yang dapat bekerja secara otomatis.

Alat penakar volume air ini menggunakan sistem mikro sebagai pengendali utama. Ada 2 mode pilihan volume yaitu mode Khusus dan mode Lain. Rentang volume antara 100 ml sampai 2000 ml dengan kelipatan 100 ml. Pemilihan volume menggunakan keypad, mikrokontoler sebagai kendali akan mengaktifkan katub solenoid dan pompa sehingga air akan keluar. Aliran air akan terbaca oleh flow sensor. Sinyal pulsa dari sensor diolah oleh mikrokontroler untuk ditampilkan ke LCD berupa pencacah volume. Ketika volume sudah tercapai, mikrokontroler akan mematikan katub solenoid dan pompa sehingga air berhenti.

Sistem penakar volume air yang dirancang telah bekerja dengan baik pada rentang volume 100 ml sampai 2000 ml dengan kelipatan 100 ml. Pembacaan flow sensor pada alat ini memiliki persentase error maksimum adalah 2%.

ix

ABSTRACT

Measurement is the activity most frequently performed and necessary in every day. Aid the measuring instrument is needed to determine the value of the measurement process. In general, to do so still using manual equipment. in certain circumstances, for example in the industrialized world, there is a process that requires filling the content uniformity and efficiency of time so we need a tool that can work automatically.

This tool uses a micro system as the main controller. There are two modes for volume selection : “mode Khusus” (special mode) and “mode Lain” (other mode). Volume ranges between 100 ml to 2000 ml in increments of 100 ml. Selection of the volume using the keypad, microcontroller as control will activate the solenoid valve and pump so that the water will come out. The water flow will be read by the flow sensor. Pulse signal from the sensor is processed by a microcontroller for LCD display to be volume counter. When the volume has been reached, the microcontroller will shut off solenoid valve and the pump so the water stops.

A measurement system of the water volume that has been designed to work well on a range of volume 100 ml to 2000 ml in increments of 100 ml. Water flow sensor readings on this instrument has a maximum error percentage is 2%.

TUGAS AKHIR

ALAT PENAKAR VOLUME AIR

BERBASIS MIKROKONTROLER

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

disusun oleh :

SUYANTO

NIM : 125114055

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

i

TUGAS AKHIR

ALAT PENAKAR VOLUME AIR

BERBASIS MIKROKONTROLER

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

disusun oleh :

SUYANTO

NIM : 125114055

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

ii

FINAL PROJECT

WATER VOLUME MEASURING DEVICE

USING MICROCONTROLLER

In Partial Fulfilment of the Requirements for the Degree of Sarjana Teknik In Electrical Engineering Study Program

SUYANTO

NIM : 125114055

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTEMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

HALAMAN

PERSETUJUAN

TUGAS AKHIR

ALAT

PENAKAR

VOLUME

AIR

BERBASIS

MIKROKONTROLER

Tanggal:

2A

oktvbw

2ots

ill

Ketua

Sekretaris

Anggota

HALAMAN

PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

ALAT

PENAKAR

VOLUME

AIR

BERBASIS

MIKROKONTROLER

Disusun oleh :

SUYANTO

NIM :125114055

Telah dipertahankan di depan panitia penguji

pada tanggal 25 September 2015 dan dinyatakan memenuhi syarat

Susunan Panitia Penguji :

Nama Lengkap

: Petrus Setyo Prabowo, S.T.'M.T.

: Ir. Tjendro, M.Kom.

: Djoko Untoro Suwarnon S.Si., M.T.

Yogyakarta,

E

hPtohq

2blE

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 16 Oktober 2015

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

Motto :

Hidup adalah Anugrah

vii

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Suyanto

NIM : 125114055

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

Alat Penakar Volume Air Berbasis Mikrokontroler (Water Volume Measuring Device Using Microcontroller).

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannya di internet atau di media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya ataupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 16 Oktober 2015 Yang menyatakan

viii

INTISARI

Pengukuran merupakan kegiatan yang sering dilakukan dan dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari. Bantuan alat ukur sangat dibutuhkan untuk mengetahui nilai dari proses pengukuran. Pada umumnya, untuk melakukannya masih menggunakan peralatan yang manual. Pada kondisi tertentu, sebagai contohnya di dunia industri, ada proses pengisian yang membutuhkan keseragaman isi dan efisiensi waktu sehingga dibutuhkan suatu alat yang dapat bekerja secara otomatis.

Alat penakar volume air ini menggunakan sistem mikro sebagai pengendali utama. Ada 2 mode pilihan volume yaitu mode Khusus dan mode Lain. Rentang volume antara 100 ml sampai 2000 ml dengan kelipatan 100 ml. Pemilihan volume menggunakan keypad, mikrokontoler sebagai kendali akan mengaktifkan katub solenoid dan pompa sehingga air akan keluar. Aliran air akan terbaca oleh flow sensor. Sinyal pulsa dari sensor diolah oleh mikrokontroler untuk ditampilkan ke LCD berupa pencacah volume. Ketika volume sudah tercapai, mikrokontroler akan mematikan katub solenoid dan pompa sehingga air berhenti.

Sistem penakar volume air yang dirancang telah bekerja dengan baik pada rentang volume 100 ml sampai 2000 ml dengan kelipatan 100 ml. Pembacaan flow sensor pada alat ini memiliki persentase error maksimum adalah 2%.

ix

ABSTRACT

Measurement is the activity most frequently performed and necessary in every day. Aid the measuring instrument is needed to determine the value of the measurement process. In general, to do so still using manual equipment. in certain circumstances, for example in the industrialized world, there is a process that requires filling the content uniformity and efficiency of time so we need a tool that can work automatically.

This tool uses a micro system as the main controller. There are two modes for volume selection : “mode Khusus” (special mode) and “mode Lain” (other mode). Volume ranges between 100 ml to 2000 ml in increments of 100 ml. Selection of the volume using the keypad, microcontroller as control will activate the solenoid valve and pump so that the water will come out. The water flow will be read by the flow sensor. Pulse signal from the sensor is processed by a microcontroller for LCD display to be volume counter. When the volume has been reached, the microcontroller will shut off solenoid valve and the pump so the water stops.

A measurement system of the water volume that has been designed to work well on a range of volume 100 ml to 2000 ml in increments of 100 ml. Water flow sensor readings on this instrument has a maximum error percentage is 2%.

x

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala karuniaNya, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

Penelitian yang berupa tugas akhir ini merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa Jurusan Teknik Elektro untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik atas bantuan, gagasan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, peneliti ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Tuhan Yesus yang selalu memberikan banyak kebaikan dalam hidupku.

2. Petrus Setyo Prabowo, M.T., selaku Kaprodi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir.

3. Ir. Tjendro, M.Kom.

selaku pembimbing yang telah bersedia memberikan pengarahan

dan bimbingan selama penulis melaksanakan tugas akhir.

4. Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Teknik Elektro yang penuh semangat dan kesabaran. 5. Romo T. Agus Sriyono SJ, M.A, M.Hum. yang telah memberikan bantuan berupa dana

selama penulis belajar di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

6. Istri tercinta Aprina Kristi yang selalu memberi dukungan, semangat dan doa. 7. Anak tercinta : Kakak El dan si Kecil yang memberi semangat.

8. Orang tua yang selalu memberi dukungan dan doa.

9. Teman seperjuangan yang memberikan banyak dukungan tiada hentinya.

10.Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu atas bantuan dan dukungannya. Semoga Tuhan membalas kebaikan Anda. Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun serta menyempurnakan tulisan. Semoga tugas ini dapat dimanfaatkan dan dikembangkan lebih lanjut oleh peneliti lain sehingga tulisan ini dapat lebih bermanfaat.

Yogyakarta, 16 Oktober 2015 Penulis,

xi

DAFTAR ISI

Halaman Sampul (Bahasa Indonesia) ... i

Halaman Sampul (Bahasa Inggris) ... ii

Halaman Persetujuan ... iii

Halaman Pengesahan ... iv

Pernyataan Keaslian Karya ... v

Halaman Persembahan dan Motto Hidup ... vi

Lembar Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah ... vii

Intisari ... viii

Abstract ... ix

Kata Pengantar ... x

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 2

1.3. Batasan Masalah ... 2

1.4. Metodologi Penelitian ... 3

BAB II DASAR TEORI 2.1. Pengertian Pengukuran dan Penakaran Volume ... 4

2.2. Fluida ... 5

2.2.1. Aliran Fluida dalam Pipa ... 5

2.2.2. Tekanan Hidrostatis ... 6

2.3. Sensor Aliran Air (Water Flow Sensor) ... 6

2.3.1. Spesifikasi Water Flow Sensor G1/2 ... 7

2.3.2. Karakteristik Sinyal Water Flow Sensor G1/2 ... 7

2.3.3. Prinsip Kerja Sensor Hall Effect ... 8

2.4. Mikrokontroler AVR ATmega8535 ... 9

2.4.1. Fitur ATmega8535 ... 9

2.4.2. Konfigurasi Pin ATmega8535 ... 10

xii

2.4.4. Reset ATmega8535 ... 14

2.4.5. Timer/Counter ATmega8535 ... 15

2.4.5.1. Prescaler ... 17

2.4.5.2. Timer0 ... 17

2.4.5.3. Timer1 ... 18

2.4.5.4. Counter0 ... 19

2.4.5.5. Counter1 ... 19

2.4.5.6. Setting Timer/Counter ... 20

2.5. Katub Solenoid (Solenoid Valve) ... 23

2.5.1. Dasar Solenoid Valve ... 23

2.5.2. Electric Solenoid Valve G1/2 (Normally Closed) ... 24

2.6. Liquid Crystal Display (LCD) 2x16 ... 25

2.7. Keypad ... 27

2.8. Transistor sebagai Saklar ... 28

BAB III RANCANGAN PENELITIAN 3.1. Proses Kerja Sistem ... 31

3.2. Perancangan Perangkat Keras ... 32

3.2.1. Desain Alat Penakar Volume Air ... 32

3.2.2. Minimum Sistem ATmega8535 ... 32

3.2.3. Rangkaian Water Flow Sensor ... 34

3.2.4. Rangkaian Driver Solenoid Valve ... 36

3.2.5. Rangkaian LCD 2x16 ... 38

3.2.6. Rangkaian Keypad 4x4 ... 38

3.2.7. Kalibrasi Volume ... 39

3.3. Perancangan Perangkat Lunak ... 40

3.3.1. Mode Pilihan Volume ... 40

3.3.2. Diagram Alir Utama ... 41

3.3.3. Diagram Alir Mode ... 42

3.3.4. Diagram Alir Mode Khusus ... 43

xiii BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Bentuk Fisik Alat dan Hardware Elektronik ... 45

4.1.1. Bentuk Fisik Alat Penakar Volume Air ... 45

4.1.2. Hardware Elektronik Alat Penakar Volume Air ... 47

4.2. Cara penggunaan Alat ... 47

4.2.1. Cara Penggunaan Mode Khusus ... 48

4.2.2. Cara Penggunaan Mode Lain ... 49

4.3. Percobaan Alat ... 50

4.3.1. Set Point Program Dipengaruhi Desain Alat ... 51

4.3.2. Set Point Program dari Percobaan ... 53

4.4. Pengujian Keberhasilan ... 54

4.4.1. Pengujian Volume Mode Khusus ... 55

4.4.2. Pengujian Volume Mode Lain ... 56

4.5. Analisis Hasil Pengujian ... 58

4.6. Pembahasan Software ... 61

4.7. Program Utama ... 62

4.7.1. Program Pemilihan Mode ... 63

4.7.2. Program Mode Khusus ... 63

4.7.3. Program Mode Lain ... 64

4.7.4. Program Run ... 65

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 66

5.2. Saran ... 66

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Contoh Gelas Ukur ... 4

Gambar 2.2. Pipa dengan Penampang yang Bervariasi ... 5

Gambar 2.3. Pipa dengan Penampang Menyempit ... 5

Gambar 2.4. Bentuk Fisik dan Kabel Water Flow Sensor G1/2 ... 7

Gambar 2.5. Bagian Dalam dari Water Flow Sensor ... 8

Gambar 2.6. Prinsip Kerja Hall Effect ... 8

Gambar 2.7. Bentuk Fisik Mikrokontroler ATmega8535 ... 9

Gambar 2.8. Konfigurasi Pin ATmega8535 ... 10

Gambar 2.9. Rangkaian Reset ATmega8535 ... 14

Gambar 2.10. Kurva Pengisian dan Pengosongan Kapasitor ... 14

Gambar 2.11. Diagram Blok Counter0 ... 19

Gambar 2.12. Diagram Blok Counter1 ... 20

Gambar 2.13. Timer/Counter1 Control Register A (TCCR1A) ... 20

Gambar 2.14. Timer/Counter1 Control Register B (TCCR1B) ... 21

Gambar 2.15. Timer/Counter1 – TCNT1H dan TCNT1L ... 21

Gambar 2.16. Output Compare Register 1 A – OCR1AH dan OCR1AL ... 22

Gambar 2.17. Output Compare Register 1 B – OCR1BH dan OCR1BL ... 22

Gambar 2.18. Input Capture Register 1 B – ICR1H dan ICR1L ... 22

Gambar 2.19. Timer/Counter Interrupt Mask Register (TIMSK) ... 22

Gambar 2.20. Timer/Counter Interrupt Flag Register (TIFR) ... 23

Gambar 2.21. Bagian-bagian Solenoid Valve ... 24

Gambar 2.22. Electric Solenoid Valve G1/2 ... 25

Gambar 2.23. Bentuk Fisik dan Pin LCD 2x16 ... 26

Gambar 2.24. Kontruksi Keypad 4x4 ... 28

Gambar 2.25. Perbedaan Transistor NPN dan PNP ... 28

Gambar 2.26. Transistor sebagai Saklar ... 29

Gambar 3.1. Diagram Blok Perancangan ... 31

Gambar 3.2. Desain Alat Penakar Volume Air ... 32

Gambar 3.3. Minimum Sistem ATmega8535 ... 33

xv

Gambar 3.5. Rangkaian Driver Solenoid Valve ... 36

Gambar 3.6. Rangkaian ATmega8535 ke LCD 2x16 ... 38

Gambar 3.7. Rangkaian ATmega8535 ke Keypad ... 38

Gambar 3.8. Desain antara Solenoid Valve san Sensor ... 40

Gambar 3.9. Diagram Alir Program Utama ... 41

Gambar 3.10. Diagram Alir Pilihan Mode ... 42

Gambar 3.11. Diagram Alir Program Mode Khusus ... 43

Gambar 3.12. Diagram Alir Program Mode Lain ... 44

Gambar 4.1. Implementasi Sistem (Tampak Depan) ... 45

Gambar 4.2. Implementasi Sistem Bagian Dalam (Tampak Samping) ... 46

Gambar 4.3. Implementasi Hardware Elektronik pada Sistem ... 47

Gambar 4.4. Tampilan Awal Sistem dan Tombol Keypad ... 48

Gambar 4.5. Volume Sisa pada Alat ... 51

Gambar 4.6. Kalibrasi Volume Air dengan Timbangan Digital ... 54

Gambar 4.7. Grafik Persentase Error Terhadap Volume pada Mode Khusus ... 55

Gambar 4.8. Grafik Persentase Error Terhadap Volume pada Mode Lain... 57

Gambar 4.9. Grafik Pencocokan Kurva Input-Output volume... 60

Gambar 4.10. Listing Program Awal ... 62

Gambar 4.11. Listing Program Pilih Mode ... 63

Gambar 4.12. Listing Program Mode Khusus Pilihan 4 ... 63

Gambar 4.13. Listing Program Persamaan Set Point Mode Lain ... 64

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Compare Output Mode, non-PWM ... 20

Tabel 2.2. Clock Select Bit Desciption ... 21

Tabel 3.1. Konfigurasi Kabel Output Water Flow Sensor G1/2 ... 35

Tabel 3.2. Hubungan Volume dengan Jumlah Pulsa ... 35

Tabel 3.3. Tombol Keypad Perancangan ... 39

Tabel 3.4. Mode Pilihan Volume ... 41

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Debit Air pada Sistem ... 50

Tabel 4.2. Set Point Perhitungan tiap Volume Pilihan ... 51

Tabel 4.3. Set Point Program Dipengaruhi Desain Alat ... 52

Tabel 4.4. Set Point Program dari Percobaan ... 53

Tabel 4.5. Hasil Pengujian Mode Khusus ... 55

Tabel 4.6. Hasil Pengujian Mode Lain ... 56

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

1

BABBIB

PENDAHULUANB

1.1.

LatarBBelakangB

Pengukuran merupakan kegiatan yang sering dilakukan dan dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari. Bantuan alat dalam hal ini alat ukur sangat dibutuhkan untuk mengetahui nilai dari proses pengukuran. Salah satu jenis proses pengukuran adalah mengukur volume benda padat, cair dan gas. Pada umumnya, untuk melakukannya masih menggunakan peralatan yang manual. Sebagai contohnya adalah pengukuran volume zat cair dengan menggunakan gelas ukur. Pengukuran dengan gelas ukur harus dilihat visual

mata yang memungkinkan perbedaan hasil pengukuran antara orang yang satu dengan yang lain. Pada kondisi tertentu, sebagai contohnya di dunia industri, ada proses pengisian yang membutuhkan ketelitian pengukuran, keseragaman isi dan efisiensi waktu sehingga dibutuhkan suatu alat yang dapat bekerja secara otomatis.

Perkembangan teknologi yang cukup pesat, ditemukan alat-alat yang bekerja secara otomatis dan digital, termasuk juga dalam proses pengukuran volume. Contoh yang jelas adalah mesin pengisian bahan bakar minyak (BBM) pada stasiun pengisian bahan bakar umum (SPBU). Mesin tersebut didesain dengan pilihan jumlah liter atau nominal harga, yang diinginkan. Harga 1 mesin pengisian tergolong mahal di atas ratusan juta rupiah. Mengadaptasi dari prinsip mesin tersebut, ingin dibuat alat penakar volume otomatis yang lebih ekonomis untuk kebutuhan yang kecil, contohnya pada pengisian air ke gelas atau galon, industri rumah tangga pengisian suatu produk ke wadahnya, dengan tujuan hasil pengisian yang sama dan pekerjaan lebih efisien.

Pada penelitian kali ini akan dibuat alat penakar volume air yang berbeda, yaitu pada jenis sensor dan tambahan tampilan LCD (liquid crystal display). Sensor yang digunakan adalah sensor aliran air (water flow sensor) yang mengukur aliran air untuk mengetahui volume yang mengalir. LCD berfungsi sebagai tampilan masukan dan keluaran dari alat. Masukan pilihan volume tetap menggunakan keypad, mikrokontroler dari keluarga ATmega, dan keran otomatis dengan solenoid valve.

Penjelasan singkat untuk proses kerja alat adalah sebagai berikut : mikrokontroler sudah diberi program untuk mengendalikan kerja dari alat. Pilihan atau masukan data dari

keypad akan diterima oleh mikrokontroler. Mikrokontroler akan memberikan keluaran ke LCD dan driver solenoid valve. Driver memberikan sinyal ON untuk mengaktifkan

solenoid valve sehingga air dapat mengalir. Aliran air yang mengalir akan terdeteksi oleh sensor. Keluaran sensor berupa pulsa diolah mikrokontroler menjadi counter yang ditampilkan di LCD dan setelah mencapai volume pilihan akan mematikan solenoid valve

sehingga air berhenti mengalir.

1.2.

TujuanBdanBManfaatBPenelitianB

Tujuan dari penelitian ini adalah mengembangkan alat penakar otomatis yang berdasarkan volume suatu benda dengan pengendalian berbasis mikrokontroler.

Manfaat penelitian ini bagi usaha kecil dan rumah tangga dalam proses pengisian suatu produk agar lebih efisien dan efektif.

1.3.

BatasanBMasalahB

Agar Tugas Akhir ini bisa mengarah pada tujuan dan untuk menghindari terlalu kompleknya permasalahan yang muncul, maka perlu adanya batasan-batasan masalah yang sesuai dengan judul tugas akhir ini. Adapun batasan masalah adalah :

1. Menggunakan mikrokontroler keluarga AVR ATmega sebagai pengolah data.

2. Media yang diukur adalah air sehingga sensor yang digunakan adalah sensor aliran air (water flow sensor).

3. Volume maksimum yang diukur adalah 2 liter. 4. Keypad 4x4 sebagai masukan pilihan volume. 5. Solenoid valve sebagai keran otomatis.

1.4.

MetodologiBPenelitianB

Berdasarkan pada tujuan yang ingin dicapai metode-metode yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah :

1. Studi literatur, yaitu dengan cara mendapatkan data dengan membaca buku-buku dan jurnal-jurnal yang berkaitan dengan permasalahan yang dibahas dengan tugas akhir ini.

2. Dokumenter, yaitu dengan mendapatkan sumber infomasi berdasarkan data atau arsip yang telah ada sehingga dapat membantu penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini. 3. Eksperimen, yaitu dengan langsung melakukan praktek maupun pengujian terhadap

hasil pembuatan alat dalam pembuatan tugas akhir. 4. Perancangan subsistem hardware.

Tahap ini bertujuan untuk mencari bentuk model yang optimal dari sistem yang akan dibuat dengan pertimbangan dari berbagai faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan.

5. Pembuatan subsistem hardware.

Keypad dan water flow sensor sebagai masukan mikrokontroler untuk mengendalikan

solenoid valve serta LCD sebagai penampil. 6. Proses percobaan dan pengambilan data.

Percobaan alat dan pengambilan data volume keluaran tiap pilihan yang ada. Data yang diambil adalah volume air yang keluar dan diukur dengan alat ukur yang standar atau alat pembanding.

7. Analisis dan penyimpulan hasil percobaan.

Analisis data dilakukan dengan melihat kerja dari alat berupa kesesuaian antara masukan pilihan dan keluaran dari sistem. Kemudian perbandingan data antara keluaran sistem dengan hasil pengukuran nyata (alat ukur standar atau pembanding). Penyimpulan hasil percobaan dapat dilakukan dengan menghitung persentase error

4

BABBIIB

DASARBTEORIB

2.1.

PengertianBPengukuranBdanBPenakaranBVolumeB

Pengukuran (measurement) adalah serangkaian kegiatan yang bertujuan

menentukan nilai suatu besaran dalam bentuk angka (kuantitatif). Jadi mengukur adalah suatu proses mengaitkan angka secara empiris dan obyektif pada sifat-sifat obyek atau kejadian nyata sehingga angka yang diperoleh tersebut dapat memberikan gambaran yang jelas mengenai obyek atau kejadian yang diukur. Alat ukur adalah alat untuk mengetahui harga suatu besaran atau suatu variabel. Suatu alat ukur dikatakan baik bila memenuhi syarat yaitu valid dan reliable (dipercaya). Selain dua syarat di atas, ketelitian alat ukur juga harus diperhatikan. Semakin teliti alat ukur yang digunakan, maka semakin baik kualitas alat ukur tersebut. Contoh alat ukur untuk : panjang adalah mistar; berat adalah neraca; suhu adalah thermometer; waktu adalah stop watch. Instrumen adalah alat ukur

yang komplek, yang minimal terdiri atas komponen : sensor dan tranducer, pengkondisi

sinyal, dan unit keluaran analog atau monitor. Contoh instrumen yang banyak di industri maupun di laboratorium antara lain : alat ukur kadar air, alat ukur gaya, dan alat ukur getaran [2].

Penakaran adalah suatu kegiatan pembanding suatu besaran tertentu, agar diperoleh hasil yang tepat dan sesuai dengan data yang didapat. Penakaran volume air berarti proses pembandingan isi (volume) air terhadap penampung atau wadah yang digunakan [1]. Pada umumnya sistem penakaran volume air menggunakan gelas ukur yang sudah ada garis indikasi satuan volume (centimeter cubic; milliliter; liter). Gambar 2.1 memperlihatkan contoh gelas ukur.

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

(2.5)

2.2.

FluidaB

2.2.1.

AliranBFuidaBdalamBPipa

B

Aliran fluida dalam pipa dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu : kecepatan alir, gesekan terhadap pipa, viskositas dan kerapatan fluida. Fluida atau cairan yang mengalir dalam pipa dengan diameter penampang yang bervariasi, volume yang mengalir akan sama ditiap titik [4]. Maka kecepatan aliran akan meningkat pada penampang yang menyempit, dapat dilihat pada gambar 2.2.

Debit (Q) dihitung dari volume cairan (V) dibagi dengan waktunya (t), ditunjukkan pada persamaan 2.1.

=

Volume cairan sendiri dihitung dari luas penampang (A) dikalikan panjangnya (s) :

= .

Persamaan 2.1 dan 2.2 digabung menjadi:

= .

Sedangkan adalah kecepatan (v), setelah disubtitusi persamaan debit menjadi :

= .

Lihat pada gambar 2.3, jumlah debit (Q) pada tiap penampang di dalam pipa selalu sama. Jika ada perbedaan penampang pipa A1 dan A2, maka akan berpengaruh pada kecepatan v1 dan v2 [4].

1 = 2 ; 1 = 1 . 2 ; 2 = 2 . 2

GambarB2.2BPipaBdenganBPenampangByangBBervariasiB[4]B

(2.6) Persamaan antar penampang yang berbeda :

1. 1 = 2 . 2

Berikut ini keterangan simbol huruf pada persamaan 2.1 sampai persamaan 2.6 : Q : debit fluida (m3/jam; liter/menit)

V : volume (m3_;liter)

t : waktu (detik; menit; jam)

A : luas penampang (m2₎

s : panjang (m)

v : kecepatan (m/s)

2.2.2.

TekananBHidrostatisB

Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat cair terhadap suatu luas suatu bidang tekan pada kedalaman tertentu. Besarnya tekanan tergantung kepada ketinggian zat cair, massa jenis dan percepatan gravitasi. Perhitungan tekanan hidrostatis dapat dicari melalui persamaan 2.7 [5].

ℎ = . . ℎ (2.7) Berikut ini keterangan simbol huruf pada rumus 2.7 :

Ph : tekanan hidrostatis (N/m2₎

 : massa jenis (massa jenis air = 1000 kg/m3₎

g : gaya gravitasi bumi (9,8 m/s2₎

h : jarak ke permukaan zat cair (m)

2.3.

SensorBAliranBAirB(

Water Flow Sensor

)B

Sensor aliran banyak digunakan untuk pemantauan dan pengendalian aplikasi, untuk mengukur aliran berupa udara atau cairan. Aspek aliran itu sendiri yaitu kecepatan

aliran (flow rate) dan total massa atau volume dari material yang mengalir dalam jangka

waktu tertentu. Parameter yang diterima oleh sensor akan dikirim berupa data angka dapat juga diteruskan guna menghasilkan aliran listrik atau sinyal yang bisa digunakan sebagai input pada kontrol atau rangkaian elektrik lainnya.

menghasilkan frekuensi keluaran yang berbanding lurus dengan laju aliran volumetrik atau total laju aliran yang melewati sensor. Mengukur laju aliran dengan perputaran rotor memberikan akurasi yang tinggi, pengulangan yang baik dan struktur yang sederhana [7]. Sensor ini adalah hanya membutuhkan satu sinyal (SIG) selain jalur 5 volt DC dan ground. Gambar 2.4 memperlihatkan bentuk fisik dan kabeldari water flow sensor G1/2.

2.3.1.

SpesifikasiB

Water Flow Sensor

BG1/2B

Di bawah ini merupakan spesifikasi dari water flow sensor G1/2 [6] :

1. Bekerja pada tegangan 5V DC sampai 24 V DC.

2. Arus maksimum 15 mA (DC 5V).

3. Berat sensor 43 gram.

4. Diameter luar 20 mm.

5. Rentang aliran 1 sampai 30 liter per menit.

6. Suhu pengoperasian 0 C sampai 80 C.

7. Operasi kelembaban 35% sampai 90% RH.

8. Operasi tekanan bawah 1,75 MPa.

9. Store temperature -25 C sampai +80 C.

2.3.2.

KarakteristikB

Sinyal Water Flow Sensor

BG1/2B

Di bawah ini merupakan karakteristik sinyal dari water flow sensor G1/2 [6] : 1. Output pulse high level : Signal voltage > 4,5 V ( input DC 5 V).

2. Output pulse low level : Signal voltage < 0,5V ( input DC 5V). 3. Precision : 3% (1 sampai 10 liter per menit).

4. Output signal duty cycle : 40% sampai 60%.

(2.8)

Untuk mendapatkan nilai pulse frequency dalam satuan Hertz dihitung dengan persamaan

2.8 berikut ini [6] :

= 7,5.

Dengan : Q adalah debit air dalam liter per menit.

2.3.3.

PrinsipBKerjaBSensorB

Hall Effect

B

Sensor hall effect pada water flow sensor G1/2 adalah transduser yang mendeteksi putaran rotor dan menghasilkan sinyal pulsa. Pulsa tersebut berupa sinyal listrik sebagai

masukan frekuensi ke mikrokontroler. Gambar 2.5 menunjukkan bagian dalam dari water

flow sensor.

Sensor hall effect memberikan output berupa tegangan yang proporsional dengan kekuatan medan magnet yang diterima oleh sensor tersebut. Sensor hall effect ini dibangun dari sebuah lapisan semikonduktor yang tipis seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6. Terdapat 2 terminal tegangan input dan 2 terminal tegangan output. Fluks magnetik tegak lurus terhadap lapisan semikonduktor menghasilkan tegangan akibat gaya Lorentz [7].

GambarB2.5BBagianBDalamBdariBWater Flow SensorB[7]B

(2.9)

Tegangan yang dihasilkan dalam elemen Hall adalah berbanding lurus dengan arus

yang dihasilkan (I) dan kerapatan fluks magnetik (B) seperti yang ditunjukkan dalam persamaan 2.9.

= ∗

Dimana, VH adalah tegangan Hall, RH adalah koefisien hall effect, I adalah arus yang melalui sensor, T adalah tebal sensor (mm), B adalah kerapatan fluks magnetik (Tesla), sedangkan Ic adalah drive current.

2.4.

MikrokontrolerBAVRBATmega8535B

Mikrokontroler adalah sistem mikroprosesor lengkap yang terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler biasanya terdiri atas CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), EEPROM/EPROM/PROM/ROM, I/O Serial dan parallel, Timer, dan interrupt controller. Mikrokontroler jenis AVR pertama kali dikembangkan

pada tahun 1996 oleh 2 orang mahasiswa Norwegian Institute of Technology yaitu Alf-Egil

Bogen dan Vegard Wollen yang kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh Atmel. AVR dibagi menjadi beberapa varian yaitu AT90Sxx, ATMega, AT86RFxx, dan ATTiny. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing varian adalah kapasitas memori dan beberapa fitur tambahan saja [8],[9]. Penulis menggunakan salah satu produk ATMEL dari keluarga ATmega yaitu ATmega8535. Gambar 2.7 menunjukkan bentuk fisik mikrokontroler ATmega8535.

2.4.1.

FiturBATmega8535B

Fitur yang tersedia pada ATmega8535 adalah [8],[11] :

1. Frekuensi clock maksimum 16 MHz.

2. Jalur I/O 32 buah, yang terbagi dalam PortA, PortB, PortC dan PortD.

3. Analog to Digital Converter 10 bit sebanyak 8 input. 4. Timer/Counter sebanyak 3 buah.

5. CPU 8 bit yang terdiri dari 32 register. 6. Watcdog Timer dengan osilator internal.

7. SPRAM sebesar 512 byte.

8. Memory Flash sebesar 8 Kbyte dengan kemampuan read while write. 9. Interrupt internal maupun eksternal.

10. Port komunikasi SPI.

11. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.

12. Analog comparator.

13. Komunikasi serial standar USART dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.

2.4.2.

KonfigurasiBPinBATmega8535B

Konfigurasi pin ATmega8535 dengan kemasan 40 pin DIP (Dual Inline Package)

dapat dilihat pada gambar 2.8.

B

B

B

B

B

B

B

Dari gambar 2.8 dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin ATmega8535 sebagai berikut [8] :

1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.

2. GND merupakan Ground Pin.

3. Port A (PA0...PA7) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan ADC.

4. Port B (PB0...PB7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus yaitu

Timer/Counter, Analog comparator dan SPI.

5. Port C (PC0...PC7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu

TWI, analog comparator dan Timer Oscillator.

6. Port D (PD0...PD1) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus yaitu

7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.

8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin inputclock eksternal.

9. AVCC merupakan pin input untuk tegangan ADC.

10. AREFF merupakan pin input tegangan referensi ADC.

B

2.4.3.

SpesifikasiBMasing-masingB

Port

B[11]B

Spesifikasi masing-masing port dijelaskan sebagai berikut :

1. PORTA

Fungsi tambahan pada PORTA :

a. PA.0 ADC0 (input ADC channel 0)

b. PA.1 ADC1 (input ADC channel 1)

c. PA.2 ADC2 (input ADC channel 2)

d. PA.3 ADC3 (input ADC channel 3)

e. PA.4 ADC4 (input ADC channel 4)

f. PA.5 ADC5 (input ADC channel 5)

g. PA.6 ADC6 (input ADC channel 6)

h. PA.7 ADC7 (input ADC channel 7)

Fungsi khusus PORTA :

Pada seri AVR ATmega8535 telah dilengkapi 8 saluran ADC internal dengan fidelitas 10 bit. Dalam mode operasinya, ADC dapat dikonfigurasi baik secara single ended input maupun differrential input. Selain itu, ADC ATmega8535 memiliki konfigurasi pewaktuan, tegangan referensi, mode operasi, dan kemampuan filter derau yang sangat fleksibel, sehingga mudah disesuaikan dengan kebutuhan ADC itu sendiri.

2. PORTB

Fungsi tambahan pada PORTB :

a. PB.0 T0 (Timer/Counter0 External Counter Input)

XCK (USART External Clock Input/Output)

b. PB.1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)

c. PB.2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input)

d. PB.3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input)

OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Match Output)

e. PB.4 SS (SPI Slave Select Input)

f. PB.5 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)

g. PB.6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)

h. PB.7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

Fungsi khusus PORT B :

a. MOSI, MISO, SCK berguna sebagai inputdownloader ISP.

b. T0/T1 sebagai inputexternal timer atau external counter.

c. AIN0 dan AIN1 sebagai input komparator, AIN0 sebagai input positif (+) sedangkan

AIN1 sebagai input (-).

3. PORTC

Fungsi tambahan pada PORTC :

a. PC.0 SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)

b. PC.1 SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line)

c. PC.2 TCK (JTAG Test Clock)

d. PC.3 TMS (JTAG Test Mode Select)

e. PC.4 TDO (JTAG Test Data Out)

f. PC.5 TDI (JTAG Test Data In)

g. PC.6 TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)

h. PC.7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2)

Fungsi khusus PORTC :

a. SCL dan SDA merupakan pin yang dapat berfungsi sebagai mengatur interface serial

2 jalur.

b. TCK merupakan pin yang dapat berfungsi sebagai operasi sinkronisasi dari JTAG ke

TCK. Jika pin ini digunakan seperti fungsi periferal tersebut maka pin ini tidak dapat berfungsi sebagai I/O.

d. TD0 merupakan pin yang dapat berfungsi sebagai output data serial dari data register. Jika pin ini digunakan seperti fungsi periferal tersebut maka pin ini tidak dapat berfungsi sebagai I/O.

e. TD1 merupakan pin yang dapat berfungsi sebagai input data serial ke register atau data register. Jika pin ini digunakan seperti fungsi periferal tersebut maka pin ini tidak dapat berfungsi sebagai I/O.

f. TOSC1 dan TOSC2 jika disambungkan dengan kristal dan bit ASR serta bit ASSR

diatur “1” (high) untuk mengaktifkan asyncronous clocking dari Timer/Counter2 maka

pin ini dapat digunakan sebagai input penguat amplifier osilator. Dalam keadaan ini

pin tidak dapat berfungsi sebagai I/O.

4. PORTD

Fungsi tambahan pada PORTD :

a. PD.0 RXD (USART Input Pin)

b. PD.1 TXD (USART Output Pin)

c. PD.2 INT0 (External Interrupt 0 Input) d. PD.3 INT1 (External Interrupt 1 Input)

e. PD.4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output)

f. PD.5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output)

g. PD.6 ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin)

h. PD.7 OC2 (Timer/Counter2 Output Compare Match Output)

Fungsi khusus PORTD :

a. RXD dan TXD merupakan pin yang digunakan untuk komunikasi serial.

b. INT0 dan INT1 merupakan pin yang digunakan sebagai input interupsi eksternal 0 dan

input interupsi eksternal 1.

c. OC1A dan OC1B merupakan output untuk PWM mode fungsi timer dan OC1A juga

berfungsi sebagai output eksternal dari pembanding timer/counter A serta OC1B juga berfungsi sebagai output eksternal dari pembanding timer/counter B.

d. ICP1 merupakan pin yang berfungsi sebagai penampung inputtimer/counter 1.

2.4.4.

Reset

ATmega8535B

Pin reset pada AVR adalah aktif low. Maksudnya reset mikrokontroler akan terjadi jika pin reset diberi logika 0. Reset memiliki 2 fungsi, yaitu :

1. Membuat semua pin dalam kondisi tri-state atau high impedance (kecuali pin XTAL),

menginisialisasi register I/O, dan meng-set counter progam kembali ke nol.

2. Memasuki mode program.

Gambar 2.9 menunjukkan rangkaian reset pada ATmega8535 yang umum

digunakan. Pada mikrokontroler sudah terdapat Reset Pull-up Resistor sebesar 30 kΩ

sampai 60 kΩ [11]. Rangkaian reset memerlukan tambahan komponen berupa push-button

reset dan kapasitor. Kapasitor digunakan untuk melindungi pin reset dari noise dan

proteksi tambahan pada pin reset. Gambar 2.10 menunjukkan kurva pengisian dan

[image:34.595.89.518.174.505.2]

pengosongan yang terjadi pada kapasitor.

GambarB2.9BRangkaian ResetBATmega8535B

GambarB2.10BKurvaBPengisianBdanBPengosonganBKapasitorB[12]B a. KuvaBPengisianBKapasitorB

b. KurvaBPengosonganBKapasitorB

Ketika kapasitor melakukan pengisian atau pengosongan, sebuah waktu tertentu dibutuhkan kapasitor untuk proses pengisian penuh atau pengosongan penuh. Waktu

tertentu itu disebut dengan RC Time Constant (). Persamaan 2.10 menunjukkan

perhitungan RC Time Constant () [12].

= . (2.10)

Persamaan 2.11 menunjukkan persamaan umum saat pengisian kapasitor.

= . ( 1 − ) (2.11) Sedangkan persamaan 2.12 menunjukkan persamaan umum saat pengosongan kapasitor.

= . (2.12)

Proses pengosongan kapasitor dipergunakan dalam sistem reset pada mikrokontroler.

Berikut ini keterangan simbol huruf pada persamaan 2.10 sampai persamaan 2.12 :  : time constant (detik)

R : nilai resistor (ohm)

C : nilai kapasitor (Farad)

vC : tegangan kapasitor (volt)

VF : final voltage (volt) Vi : initial voltage (volt)

t : waktu pengisian / pengosongan (detik)

2.4.5.

Timer/Counter

BATmega8535B

ATmega8535 mempunyai timer/counter yang berfungsi sebagai berikut :

1. Melaksanakan tugas tertentu secara berulang (mode normal).

2. Menghitung panjang pulsa (input capture).

3. Menghitung banyaknya event (sebagai counter).

4. Mengendalikan kecepatan motor DC (PWM).

5. Membuat penundaan waktu (delay).

6. Sinyal generator gelombang kotak.

Komponen utama timer/counter adalah sebuah register yang bertugas hanya berhitung dari 0 sampai batas maksimumnya, register ini pada AVR disebut register

TCNT. Misalnya sebuah register TCNT pada AVR adalah 8 bit, maka nilai maksimunya

adalah 255. Register yang digunakan untuk mendukung operasi timer/counter pada AVR :

2. Register TCCR = untuk pengaturan mode operasi timer/counter.

3. Register TIMSK = untuk memilih timer/counter mana yang aktif.

4. Register TIFR = untuk mengetahui adanya interupsi akibat operasi timer/counter.

5. Register OC (output compare) = untuk menyimpan nilai pembanding dengan nilai pada register TCNT.

Pengaturan timer/counter pada register TCCRn, dengan n adalah nomor

timer/counter, misal : ingin menggunakan Timer0 maka yang diatur adalah TCCR0. Perbedaan yang mendasar antara timer dan counter adalah pada sumber clock-nya. Jika timer, sumber clock-nya berasal dari internal mikrokontroler dalam hal ini berasal dari kristal. Sedangkan untuk counter sumber clock-nya berasal dari luar mikrokontroler (eksternal) / Pin T, sebagai contoh dari sensor. Ketika difungsikan sebagai timer, maka register penampung tersebut berisikan jumlah waktu yang terlampaui tiap selang waktu tertentu. Besar selang waktu tersebut dapat di-setting sesuai dengan kebutuhan. Jika

dipakai sebagai counter, maka register penampung tersebut digunakan untuk menyimpan

data hasil perhitungan terakhir. Saat difungsikan sebagai counter, maka masuk melewati pin T0 dan T1. Pemilihan sumber clock ada pada bit CS pada register TCCR.

ATmega8535 memiliki fasilitas 3 buah timer/counter yaitu timer/counter0 8 bit, timer/counter1 16 bit, dan timer/counter2 8 bit [8],[11]. Delapan bit dan 16 bit adalah

jumlah data yang bisa ditampung pada register penampungnya. Ketiga timer/counter

tersebut beserta fiturnya adalah :

1. Timer/Counter0

Timer/Counter0 adalah 8 bit Timer/Counter dengan fitur sebagai berikut : a. Delapan bit Timer/Counter 1 kanal.

b. Auto reload, yaitu timer akan dinolkan kembali saat match compare.

c. Dapat menghasilkan pulsa PWM dengan glitch-free.

d. Frequence generator. e. External event counter. f. Prescalar 10 bit untuk time.

g. Membangkitkan interupsi saat timer overflow dan atau match compare.

2. Timer/Counter1

b. Memiliki 2 compare unit. c. Memiliki 2 register pembangkit. d. Memiliki 1 input capture unit.

e. Memiliki input capture noise canceler.

f. Auto reload, dimana timer akan dinolkan kembali saat match compare.

g. Dapat menghasilkan pulsa PWM dengan glitch-free dan periode yang bisa diubah-ubah.

h. Frequence generator. i. External event counter.

j. Memiliki 4 buah sumber interupsi, yaitu TOV1, OCF1A, OCF1B dan ICF1.

3. Timer/Counter1

Timer/Counter2 adalah 8 bit Timer/Counter dengan fitur sebagai berikut : a. Delapan bit Timer/Counter 1 kanal.

b. Auto reload, yaitu timer akan dinolkan kembali saat match compare.

c. Dapat menghasilkan pulsa PWM dengan glitch-free.

d. Frequence generator. e. Prescalar 10 bit untuk time.

f. Membangkitkan interupsi saat timer overflow dan atau match compare (TOV2 DAN

OCF2).

g. Mengijinkan pencatatn waktu (clocking) dari External 32 kHz Watch Crystal

Independent pada I/O Clock.

2.4.5.1.

Prescaler

Timer pada dasarnya hanya menghitung pulsa clock. Frekuensi pulsa clock yang dihitung tersebut bisa sama dengan frekuensi kristal yang dipasang atau dapat diperlambat

menggunakan prescaler dengan faktor 8, 64, 256 atau 1024. Ketika prescaler digunakan,

waktu timer dapat diperpanjang namun tingkat ketelitiannya menjadi turun [9].

2.4.5.2.

Timer0

Sebenarnya timer0 tidak dapat menghasilkan periode selama 1 detik karena

keterbatasan jumlah bitnya (8 bit = 256). Namun dengan penggunaan rumus dapat

(2.14)

(2.15)

Dengan cara membuat timer selama 0,01 detik (10 ms) lalu dilakukan perulangan sebanyak

100 kali sehingga akan menghasilkan waktu 1 detik. Perhitungan dalam timer0 dapat menggunakan persamaan 2.13.

= . (256 − 7 0) .7 (2.13) Dengan Tosc adalah :

= 1

Keterangan :

Ttimer0 : waktu yang diinginkan pada timer0

Tosc : periode clock

256 : nilai maksimum timer0 8 bit

TCNT0 : registertimer0 (dalam heksadesimal)

N : nilai prescaler (dengan pilihan 1, 8, 64, 256 atau 1024)

fosc : frekuensi clock kristal

Nilai TCNT0 merupakan nilai yang dihitung yang akan di-input pada program AVR untuk

setting timer0.

2.4.5.3.

Timer1

Timer1 adalah timer 16 bit sehingga memiliki nilai maksimum 65536. Perhitungan

dalam timer1 dapat menggunakan persamaan 2.15.

= . (65536 − 7 1) .7

Perhitungan Tosc sama dengan persamaan 2.14.

Keterangan :

Ttimer1 : waktu yang diinginkan pada timer1

Tosc : periode clock

65536 : nilai maksimum timer1 16 bit

TCNT1 : register timer1 (dalam heksadesimal)

N : nilai prescaler (dengan pilihan 1, 8, 64, 256 atau 1024)

Sama seperti timer0, nilai TCNT1 pada timer1 merupakan nilai yang dihitung yang akan

2.4.5.4.

Counter0

Aplikasi counter pada sistem mikro lebih mudah dibandingkan dengan timer, karena tidak perlu menghitung nilai dari register TCNT. Register TCNT akan secara

otomatis mencacah jika ada input yang masuk. Setting pada program AVR hanya

dilakukan untuk pemilihan jenis counter yang ingin digunakan.

Counter0 adalah counter paling dasar pada AVR. Counter0 adalah counter 8 bit

sehingga hanya mampu mencacah sampai dengan nilai 256. Ia mendapat input dari pin T0

melewati sinyal ke Edge Detection, bila terpicu akan mengirimkan pulsa ke Control Logic. Control Logic menerima sinyal dan akan menambahkan pada register TCNT0. Ketika register TCNT0 melewati nilai atas (0xFF atau 255) maka akan kembali ke 0, pada saat

yang sama Flag TOV0 di-set. Gambar 2.11 menunjukkan diagram blok counter0.

2.4.5.5.

Counter1

Counter1 sedikit mewah dibanding counter0, tetapi secara prinsip hampir sama. Counter1 adalah counter 16 bit sehingga mampu mencacah sampai dengan nilai 65536. Input dari pin T1 melewati sinyal ke Edge Detection, yang bila dipicu akan mengirimkan pulsa ke Control Logic. Perbedaannya adalah register TCNT1 merupakan register 16 bit.

Selain itu, unit Control Logic di counter1 memiliki kemampuan untuk kenaikan,

penurunan atau reset pada register TCNT1. Ada 16 mode operasi yang mengatur Control Logic yang sebagian besar dari mereka hanya berguna untuk operasi PWM.

Dua mode yang berlaku untuk menghitung input eksternal, yaitu : Mode Normal dan CTC (Clear Timer On Comparer). Pada Mode Normal, counter akan menghitung

sampai mencapai nilai atas ( 0xFFFF atau 65535 ) pada register TCNT1 dan akan kembali

ke 0, pada saat yang sama Flag TOV1 akan di-set. Dalam CTC (Clear Timer on Compare),

mode counter akan menghitung sampai nilai yang ditentukan dalam register OCR1. Ketika

TCNT1 melewati nilai yang ditentukan oleh OCR1, maka akan kembali ke 0 dan pada saat

yang sama Flag TOV1 akan di-set. Gambar 2.12 menunjukkan diagram blok counter1.

2.4.5.6.

Setting

B

Timer/Counter

Penjelasan Timer/Counter1 control Register A (TCCR1A) ditunjukkan pada

gambar 2.13.

Dengan :

Bit 7:6 – COM1A1:0 : compare output mode for channel A

Bit 5:4 – COM1B1:0 : compare output mode for channel B

Bit 3 – FOC1A : force output compare for channel A

Bit 2 – FOC1B : force output compare for channel B

[image:40.595.84.525.132.591.2]

Bit 1:0 – WGM11:0 : waveform generation mode

Tabel 2.1 menunjukkan perbandingan mode output, non-PWM.

TabelB2.1BCompare Output Mode, non-PWMB[11]B GambarB2.12BDiagramBBlokBCounter1B[11]B

Penjelasan Timer/Counter1 control Register B (TCCR1B) ditunjukkan pada gambar 2.14.

Dengan :

Bit 7 – ICNC1 : input capture noise canceler

Bit 6 – ICES1 : input capture edge select

Bit 5 – Reserved Bit

Bit 4:3 – WGM13:2 : waveform generation mode

Bit 2:0 – CS12:0 : clock select

Tabel 2.2 menunjukkan 3 bit pemilih prescaler timer/counter1 dan hubungannya dengan clock eksternal pada pin T1.

TabelB2.1BClock Select Bit DescriptionB[11]B

Penjelasan Timer/Counter1 – TCNT1H dan TCNT1L ditunjukkan pada gambar

2.15.

[image:41.595.86.523.121.608.2]

Penjelasan Output Compare Register 1 A – OCR1AH dan OCR1AL ditunjukkan pada gambar 2.16.

Penjelasan Output Compare Register 1 B – OCR1BH dan OCR1BL ditunjukkan

pada gambar 2.17.

Penjelasan Input Capture Register 1 B – ICR1H dan ICR1L ditunjukkan pada gambar 2.18.

Penjelasan Timer/Counter Interrupt Mask Register (TIMSK) ditunjukkan pada

gambar 2.19.

Dengan :

Bit 5 – TICIE1 : Timer/Counter1, input capture interrupt enable

[image:42.595.81.528.87.714.2]

Bit 4 – OCIE1A : Timer/Counter1, output compare A match interrupt enable

GambarB2.16BOutput compare Register 1BA – OCR1AHBdanBOCR1ALB[11]B

GambarB2.18BInput Capture Register 1BB – ICR1HBdanBICR1LB[11]B GambarB2.17BOutput compare Register 1BB – OCR1BHBdanBOCR1BLB[11]B

Bit 3 – OCIE1B : Timer/Counter1, output compare B match interrupt enable

Bit 2 – TOIE1 : Timer/Counter1, overflow interrupt enable

Penjelasan Timer/Counter Interrupt Flag Register (TIFR) ditunjukkan pada gambar

2.20.

Dengan :

Bit 5 – ICF1 : Timer/Counter1, input capture flag

Bit 4 – OCF1A : Timer/Counter1, output compare A match flag

Bit 3 – OCF1B : Timer/Counter1, output compare B match flag

Bit 2 – TOV1 : Timer/Counter1, overflow flag

2.5.

KatupBSolenoidB(

Solenoid Valve

)B

2.5.1.

DasarB

Solenoid Valve

B

Solenoid valve adalah perangkat elektromekanis yang digunakan untuk mengendalikan aliran cairan atau gas. Solenoid valve dikendalikan oleh arus listrik yang dijalankan melalui kumparan. Ketika kumparan diberi energi, maka terjadi medan magnet yang menyebabkan pendorong di dalam kumparan bergerak. Pendorong akan membuka atau menutup katup tergantung dari desain katup. Ketika arus listrik dihentikan dari kumparan, katup akan kembali ke kondisi semula [13].

Solenoid valve jenis direct-acting, pendorong langsung membuka dan menutup lubang di dalam katup. Pada katup yang dioperasikan pilot (juga disebut tipe servo), pendorong membuka dan menutup lubang pilot. Tekanan jalur masuk, yang melalui lubang

pilot akan membuka dan menutup segel katup. Solenoid valve yang paling umum

digunakan memiliki dua port : port masukan (inlet port) dan port keluaran (outlet port).

Dalam perkembangannya sudah ada yang didesain dengan memiliki beberapa port.

Solenoid valve digunakan sebagai pengendali otomatis untuk cairan dan gas. Solenoid valve yang modern menawarkan operasi yang cepat, keandalan yang tinggi, umur panjang

dan desain yang kompak [13]. Gambar 2.21 menunjukkan bentuk dasar dan bagian-bagian dari solenoid valve.

B

B

B

B

B

B

B

B

Cara kerja solenid valve seperti ditunjukkan pada gambar 2.21 adalah media (cairan atau gas) dikendalikan oleh katup dan masuk melalui port masukan (inlet port). Media harus mengalir melalui lubang orifice sebelum menuju ke port keluaran (outlet port). Orifice ditutup dan dibuka oleh pendorong (plunger).

Katup seperti gambar di atas adalah jenis solenoid valve normal tertutup (normally-closed). Katup biasanya tertutup menggunakan pegas (spring) yang menekan

ujung pendorong terhadap pembukaan lubang. Sealing di ujung pendorong membuat media

memasuki lubang, sampai pendorong terangkat oleh medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh koil [13].

2.5.2.

Electric Solenoid Valve

G1/2

(Normally Closed)

[image:44.595.97.501.132.446.2]

Solenoid valve yang akan digunakan adalah electric solenoid valve G1/2 normally closed. Katup ini dengan catu daya 12 volt DC yang memiliki 1 port masukan dan 1 port keluaran dengan ukuran 1/2 inchi. Sangat baik untuk cairan dengan viskositas rendah dan katup ini banyak digunakan diberbagai aplikasi, contohnya pada kran otomatis [14]. Gambar 2.22 menunjukkan bentuk fisik dari electric solenoid valve G1/2 normally closed.

GambarB2.21BBagian-bagianBSolenoid ValveB[13]B

1. Valve body

2. Inlet port

3. Outlet port

4. Coil/Solenoid

5. Coil windings

6. Lead wires

7. Plunger

8. Spring

Ciri dan keistimewaan electric solenoid valve G1/2 (normally closed) [14] : 1. Normally closed.

2. Tahan lama.

3. Stainless steel inlet filter.

4. Suhu operasi yang beragam.

Spesifikasi electric solenoid valve G1/2 (normally closed) [14] :

1. Tegangan kerja : 12 VDC.

2. Arus maksimum: 450 mA.

3. Mode operasi : normally closed.

4. Inlet/Outlet ports: G1/2”.

5. Material / bahan : nylon / stainless steel / Polyoxymethylene. 6. Vale type : diaphragm valve (dioperasikan oleh servo). 7. Filter screen : stainless steel inlet filter.

8. Media yang sesuai : air, dengan viskositas rendah.

9. Suhu kerja maksimum : 120°C.

10. Valve response time : cepat.

11. Range tekanan operasi : 0,02 – 0,8 MPa. 12. Umur pakai : lebih dari 200.000 langkah.

2.6.

Liquid Crystal Display

B(LCD)B2x16B

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 banyak sekali digunakan dalam perancangan suatu sistem dengan menggunakan mikrokontroler. LCD berfungsi untuk menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler [8],[15]. LCD yang digunakan adalah LCD 2x16, artinya LCD terdiri dari 2 baris dan 16 karakter dengan 16 pin konektor. Gambar 2.23 menunjukkan bentuk fisik dan nama pin LCD 2x16.

Konfigurasi dan deskripsi dari pin-pin LCD antara lain :

1. VSS (Pin 1) : merupakan power supply (GND).

2. VCC (Pin 2) : merupakan power supply (+5V).

3. VEE (Pin 3) : merupakan input tegangan kontras LCD.

4. RS Register Select (Pin 4) : merupakan register pilihan 0 = Register Perintah, 1 = Register Data.

5. R/W (Pin 5) : merupakan read select, 1 = Read, 0 = Write.

6. Enable Clock LCD (Pin 6) : merupakan masukan logika 1 setiap kali pengiriman atau pembacaan data.

7. D0 sampai D7 (Pin 7 sampai Pin 14) : merupakan data bus 1 sampai 7.

Dalam modul LCD terdapat mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali

tampilan karakter LCD. Mikrokontroler tersebut dilengkapi dengan memori dan register

[9]. Memori yang digunakan mikrokontroler internal LCD adalah :

1. DDRAM (Display Data Random Access Memory) merupakan memori tempat karakter

[image:46.595.91.523.237.597.2]

yang akan ditampilkan.

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 tersebut sehingga pengguna tinggal mangambilnya sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada dalam CGROM.

Register yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah :

1. Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD dapat dibaca pada saat pembacaan data.

2. Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau ke

DDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut ke DDRAM

sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya.

2.7.

Keypad

Keypad adalah bagian penting dari suatu perangkat elektronika yang membutuhkan interaksi manusia. Keypad berfungsi sebagai interface antara perangkat (mesin) elektronik dengan manusia atau dikenal dengan istilah HMI (Human Machine Interface). Pada

dasarnya keypad adalah sejumlah tombol yang disusun sedemikian rupa sehingga

membentuk susunan tombol angka dan beberapa menu lainnya [15].

Salah satu jenis keypad yang sering digunakan adalah keypad matriks 4×4. Konstruksi keypad matriks 4×4 cukup sederhana, yaitu terdiri dari 4 baris dan 4 kolom

dengan tombol berupa saklar push button yang diletakkan disetiap persilangan kolom dan

barisnya. Konfigurasi keypad dengan susunan bentuk matriks ini bertujuan untuk

Rangkaian keypad diatas terdiri dari 16 saklar push button dengan konfigurasi 4 baris dan 4 kolom. Delapan garis yang terdiri dari 4 baris dan 4 kolom tersebut dihubungkan dengan port mikrokontroler 8 bit. Sisi baris dari keypad ditandai dengan nama Row1, Row2, Row3 dan Row4 kemudian sisi kolom ditandai dengan nama Col1, Col2, Col3 dan Col4. Sisi input atau output dari keypad 4×4 ini tidak mengikat, dapat dikonfigurasikan kolom sebagai input dan baris sebagai output atau sebaliknya tergantung

programernya. Cara kerja keypad adalah sistem scanning yaitu mendeteksi terus menerus

apakah ada penekanan tombol [9],[15].

2.8.

TransistorBsebagaiBSaklarB

Transistor merupakan komponen elektronika yang terdiri dari tiga lapisan semikonduktor. Transistor jenis NPN terdapat 2 lapis n dan 1 lapis p, sedangkan jenis PNP terdiri 2 lapis p dan 1 lapis n. Transistor mempunyai tiga kaki yang disebut dengan Emitor (E), Basis/Base (B) dan Kolektor/collector (C) [16],[17]. Gambar 2.25 menunjukkan perbedaan jenis NPN dan PNP.

GambarB2.24BKonstruksiBKeypadB4x4B[15]B

Penerapan transistor tidak terbatas hanya untuk amplifikasi sinyal. Melalui desain yang tepat dapat digunakan sebagai saklar untuk komputer dan kontrol aplikasi [17]. Gambar 2.26 menunjukkan rangkaian transistor sebagai saklar.

Prinsip kerja transistor sebagai saklar adalah memanfaatkan kondisi jenuh dan

cut-off suatu transistor, dimana kedua kondisi ini bisa diperoleh dengan pengaturan besarnya

arus yang melalui basis transistor. Kondisi jenuh atau saturasi akan diperoleh jika basis transistor diberi arus cukup besar sehingga transistor mengalami jenuh dan berfungsi seperti saklar yang tertutup. Sedangkan kondisi cut-off diperoleh jika arus basis dilalui oleh arus yang sangat kecil atau mendekati 0 amphere, sehingga transistor bekerja seperti saklar yang terbuka.

Sebenarnya jenis transistor memiliki spesifikasi yang berbeda-beda mengenai arus yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi jenuh atau cut-off. Tetapi biasanya tidak terlalu jauh berbeda kecuali terbuat dari bahan semikonduktor yang berbeda (silikon atau germanium).

Nilai saturasi untuk arus kolektor dihitung dengan persamaan 2.16 adalah berikut ini :

= (2.16)

Nilai IB daerah aktif sebelum hasil saturasi dapat didekati dengan persamaan 2.17 adalah berikut ini :

≅ (2.17)

Nilai saturasi IB harus memenuhi syarat sesuai persamaan 2.19 adalah berikut ini :

> (2.19)

Kemudian nilai hambatan masukan RB dapat dihitung dengan persamaan 2.20 adalah berikut ini :

= , (2.20)

31

BABBIIIB

RANCANGANBPENELITIANB

3.1.

ProsesBKerjaBSistemB

Perancangan alat ini terdiri dari beberapa bagian utama, yaitu sistem mikro dengan mikrokontroler ATmega8535, water flow sensor, solenoid valve, keypad dan LCD (liquid crystal display). Power supply 5 dan 12 volt DC disediakan untuk alat yang membutuhkan besar tegangan tersebut. Sistem mikro berfungsi sebagai pengendali utama input dan output dari sistem alat ini. Gambar 3.1 menunjukkan diagram blok perancangan dari alat ini.

Proses kerja alat adalah sebagai berikut k mikrokontroler sudah diberi program untuk mengendalikan kerja dari alat. Pilihan atau masukan data dari keypad akan diterima oleh mikrokontroler. Mikrokontroler akan memberikan keluaran ke LCD dan rangkaian driver solenoid valve. Driver memberikan sinyal ON untuk mengaktifkan solenoid valve sehingga air dapat mengalir. Aliran air yang mengalir akan terdeteksi oleh sensor. Keluaran sensor berupa sinyal pulsa diolah oleh mikrokontroler menjadi counter yang ditampilkan di LCD. Saat mencapai volume pilihan, mikrokontroler akan memberikan sinyal OFF ke driver. Solenoid valve akan kembali ke posisi normal sehingga air berhenti mengalir.

GambarB3.1BDiagramBBlokBPerancanganB

ke bagian yang membutuhkan Sistem Mikro

PS +5 V PS +12 V

Flow Sensor

Solenoid Valve LCD

3.2.

PerancanganBPerangkatBKerasB

3.2.1.

DesainBAlatBPenakarBVolumeBAirB

Desain alat direncanakan seperti dispenser air minum yang berukuran kurang lebih 30 cm x 40 cm dengan tinggi 80 cm (sudah termasuk penampung air). Gambar 3.2 menunjukkan desain alat beserta bagian-bagiannya.

B

B

B

B

B

B

B

Beberapa bagian atau komponen akan ditempatkan di dalam box yaitu k rangkaian sistem mikro, sensor, dan solenoid valve. Keypad dan LCD akan ditempatkan di luar box karena sebagai input pilihan dan output tampilan.

3.2.2.

MinimumBSistemBATmega8535B

Rangkaian elektronika AVR mikrokontroler akan berfungsi dengan baik jika dirangkai dengan sistem minimum pada chip AVR agar bekerja dengan optimal. Pada pin

GambarB3.2BDesainBAlatBPenakarBVolumeBAirB a. PandanganBsampingB b. PandanganBdepanB 1 2 3 4

5 6

7 8 9

Keterangan k

1. Penampung air 2. Box

3. Solenoid valve

4. Waterflow sensor

5. Saluran keluar air 6. Sistem Mikro

a. _b.

7. Keypad

8. LCD

9. Driver solenoid valve

40 cm 30 cm

45

cm

35 c

12 dan pin 13 adalah pin kristal eksternal yang harus dirangkaikan dengan kristal sebagai

sumber clock eksternal pada chip ATmega8535. Pada pin 9 adalah pin RESET yang harus

dirangkaikan dengan rangkaian reset, yang berfungsi sebagai pe-reset program apabila terjadi error saat program berjalan.

Komponen yang dibutuhkan untuk rangkaian sumber clock eksternal adalah [11]k a. satu buah Kristal 10 MHz

b. dua buah Kapasitor 22 pF

Nilai kapasitor diambil dari datasheet yang memiliki rentang dari 12 pF sampai 22 pF dengan Kristal 10 MHz.

Komponen yang dibutuhkan untuk rangkaian reset adalah k a. satu buah Kapasitor 22 pF

[image:53.595.83.507.148.599.2]

b. satu buah Push Button sebagai tombol Reset

Gambar 3.3 menunjukkan rangkaian minimum sistem ATmega8535.

Rangkaian reset pada perancangan menggunakan Reset Pull-up Resistor yang sudah tersedia pada mikrokontroler dengan batasan sesuai datasheet sebesar 30 kΩ sampai 60 kΩ. Reset diperlukan untuk me-reset mikrokontroler secara otomatis setiap kali catu daya dinyalakan dan me-reset program counter sehingga perintah program dieksekusi dimulai pada alamat awal. Ketika catu daya diaktifkan, rangkaian reset menahan logika rendah pada pin reset dengan jangka waktu tertentu. Sesuai datasheet, jangka waktu

minimal (t) yang direkomendasikan adalah 1,5 s dan tegangan reset (vC) adalah 0,2 volt sampai 0,9 volt. Perhitungan RC time constant (t) mengacu pada persamaan 2.12 adalah k

= . t

0,9 = 5 . ,t

0,18 = ,t

ln 0,18 = ln ,t

ln 0,18 = −1,5_t

8,75x10 = t

Nilai pull-up resistor minimal pada datasheet sebesar 30 kΩ, maka didapat nilai kapasitor maksimal yang mengacu pada persamaan 2.10.

= t = 8,75x10_30x10 = 29,16 pF

Nilai pull-up resistor maksimal pada datasheet sebesar 60 kΩ, maka didapat nilai kapasitor minimal yang mengacu pada persamaan 2.10.

= t = 8,75x10_60x10 = 14,58 pF

Dari perhitungan diperoleh nilai kapasitor minimal adalah 14,58 pF dan maksimal adalah 29,16 pF, maka dipilih nilai kapasitor (C3) standar adalah 22 pF.

3.2.3.

RangkaianB

Water Flow Sensor

B