TUGAS AKHIR
NICHO KRISMAN PURBA 172408005
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
IMPLEMENTASI SISTEM PENGGERAK ALAT JEMUR PAKAIAN OTOMATIS BERBASIS ARDUINO NANO
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh gelar Ahli Madya
NICHO KRISMAN PURBA 172408005
PROGRAM STUDI D3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
MEDAN 2020
IMPLEMENTASI SISTEM PENGGERAK ALAT JEMUR PAKAIAN OTOMATIS BERBASIS ARDUINO NANO
ABSTRAK
Hujan ataupun cuaca buruk hingga saat ini menjadi masalah utama bagi masyarakat yang memiliki jemuran. Biasanya pakaian yang dijemur sering ditinggalkan berpergian, sehingga tidak sempat lagi untuk mengangkat jemuran pada waktu akan turun hujan atupun hari sudah malam. untuk mengatasi masalah mengangkat jemuran saat turun hujan dan hari sudah malam maka perlu adanya sistem kontrol otomatis dengan cara membuat alat penggerak jemuran pakaian otomatis. Dengan merancang semua alat mulai dari sensor light dependent resistor (LDR) sebagai pendeteksi cahaya matahari, sensor air sebagai pendeteksi air hujan, motor stepper sebagai penggerak, dan Arduino Nano sebagai otak dari pembuat perintah dari alat tersebut, maka dapat dibuat jemuran otomatis untuk membantu pekerjaan dalam mengangkat pakaian pada saat turun hujan.
Dari hasil pengujian alat yang sudah dirancang. Alat bekerja setiap kali sensor akan membaca cuaca sekitar, seperti ketika sensor tidak mendeteksi cahaya maka Arduino nano tersebut akan menerjemahkan keadaan sekitar sebagai keadaan mendung/gelap, sehingga motor stepper akan menarik jemuran kedalam rumah.
Ketika sensor LDR mendeteksi sinar matahari maka Arduino akan menerjemahkan cuaca disekitar panas, secara otomatis jemuran akan keluar. Sedangkan ketika sensor air mendeteksi tetesan air hujan maka akan diterjemahkan oleh Arduino sebagai cuaca hujan kemudian motor stepper akan menarik jemuran ke dalam. Dari hasil pengujian tersebut penggerak alat jemur pakaian otomatis berbasis arduino nano telah bekerja sesuai dengan yang diharapkan dan menjadi solusi pengangkat jemuran disaat hujan ataupun hari sudah malam.
Kata Kunci : Jemuran Otomatis, Sensor LDR, Sensor Air, Motor Stepper
IMPLEMENTATION OF AUTOMATIC CLOTHING TOOL SYSTEM BASED ON ARDUINO NANO
ABSTRACT
Rain or bad weather until now has become a major problem for people who have clotheslines. Usually clothes that are dried are often left out traveling, so there is no time to pick up the clothesline when it will rain or it is already night. to overcome the problem of lifting clothesline when it rains and it is already night it is necessary to have an automatic control system by making automatic clothesline movers. By designing all devices ranging from light dependent resistor (LDR) sensors to detect sunlight, water sensors as rainwater detectors, stepper motors as movers, and Arduino Nano as the brains of the command makers of these devices, automatic clothespins can be made to assist with work in lifting clothes when it rains.
From the results of testing the tools that have been designed. The tool works every time the sensor will read the surrounding weather, such as when the sensor does not detect light, the Arduino nano will translate the surroundings as a cloudy / dark state, so the stepper motor will pull clothespins into the house. When the LDR sensor detects sunlight, Arduino will translate the weather around hot, the clothesline will automatically come out. Whereas when the water sensor detects raindrops it will be interpreted by Arduino as rainy weather then the stepper motor will pull the clothesline inside. From the test results, the automatic arduino nano- based clothes drying machine has worked as expected and has become a clotheslift removal solution when it rains or it is already night.
Keywords: Automatic Clothesline, LDR Sensor, Water Sensor, Stepper Motor
PENGHARGAAN
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, dengan limpahan berkat-Nya penyusunan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan Kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaikan Tugas Akhir ini yaitu Kepada:
1. Bapak Prof.Dr. Kerista Sebayang, MS selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Drs.Takdir Tamba,M.Eng.Sc selaku Ketua Program Studi D-III Fisika Fakultas MIPA Universitas Sumatra Utara .
3. Bapak Dr. Bisman Perangin-angin,M.Eng,Sc selaku Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan Kepada Penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
4. Bapak dan Mama yang saya kasihi, Saudari saya Ria Agatha Purba dan Manuel Jebson Purba yang telah memberikan bantuan berupa dukungan moral dan material yang sangat membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Seluruh Staf Pengajar/Pegawai Program Studi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatra Utara .
6. Terkhusus untuk Jeremia Ginting, Hendrianto Nainggolan, Wahyu Setianing Budi, Della Aristania Purba,Tri Windi Zendrato,Andre Silalahi, Yuanesta Sebayang,Christin Petra ,Lusia Sinaga,Elisa Parhusip dan Christin Tobing terimakasih telah menjadi sahabat dan teman terbaik bagi penulis yang selalu memberikan dukungan, semangat, motivasi, serta doa hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
7. Teman-teman seperjuangan dari D3 Fisika Instrumentasi FMIPA-USU stambuk 2017, yang telah memberikan banyak masukan serta dukungan kepada penulis.
Seluruh pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir yang namanya tidak dapat penulis sebutkan satu persatu
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR ... ii
ABSTRAK ... iii
ABSTRACT ... iv
PENGHARGAAN ... v
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL... x
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 2
1.4 Batasan Masalah... 2
1.5 Sistematika Penulisan... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Kendali ... 4
2.1.1 Sistem Kendali Otomatis... 5
2.1.2 Sistem Kontrol Loop Terbuka ... 6
2.1.3 Sistem Kontrol Loop Tertutup ... 7
2.2 Mikrokontroler ... 8
2.2.1 Arduino Nano ... 11
2.3 Sensor ... 15
2.3.1 Sensor Cahaya / LDR ... 17
2.3.2 Sensor Hujan MD0127 ... 20
2.4 Motor Stepper Nema17 ... 21
2.4.1 Jenis-Jenis Motor Stepper ... 23
2.5 Driver Motor Stepper TB6600 ... 26
2.6 Power Supply ... 27
2.6.1 Adaptor 12 Volt... 29
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM 3.1 Metodologi Perancangan ... 32
3.1.1 Tahap Persiapan ... 32
3.1.2 Tahap Pembuatan Sistem ... 33
3.1.2.1 Perancangan PCB ... 33
3.1.2.2 Pemeriksaan dan Perbaikan PCB ... 35
3.1.2.3 Penyolderan Komponen ... 35
3.2 Perancangan Sistem ... 36
3.2.1 Diagram Blok Sistem ... 36
3.2.2 Perancangan Rangkaian ... 37
3.2.2.1 Rangkaian Arduino Nano ... 37
3.2.2.2 Rangkaian Sensor LDR ... 38
3.2.2.3 Rangkaian Sensor Hujan ... 38
3.2.2.4 Rangkaian MicroStepper TB6600 dan Motor Stepper ... 39
3.2.2.5 Perancangan Rangkaian Keseluruhan Sistem ... 40
3.2.3 Flowchart Sistem ... 41
3.2.4 Perancangan Pemograman Sistem ... 43
3.3 Pengujian Rangkaian dan Pengukuran Hasil Sistem ... 44
3.3.1 Pengujian Rangkaian Sensor LDR ... 44
3.3.2 Pengujian Rangkaian Sensor Hujan MD0127 ... 44
3.3.3 Pengujian Rangkaian MicroStepper TB6600 ... 45
BAB IV PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN 4.1 Analisa Hasil Pengukuran... 46
4.1.1 Pengukuran Nilai Sensor LDR ... 46
4.1.2 Pengukuran Nilai Sensor Hujan MD0127 ... 46
4.1.3 Pengukuran Rangkaian Power Supply ... 47
4.2 Pemrograman Keseluruhan Sistem ... 48
4.3 Desain Perancangan Alat ... 50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 51
5.2 Saran ... 52
DAFTAR PUSTAKA ... 53
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Komponen Sistem Kendali Loop Terbuka ... 6
Gambar 2.2 Komponen Sistem Kendali Loop Tertutup ... 7
Gambar 2.3 Bagian Mikrokontroler ... 9
Gambar 2.4 Arduino Nano ... 12
Gambar 2.5 Konfigurasi Pin Layout Arduino Nano ... 14
Gambar 2.6 Fisik Sensor LDR ... 18
Gambar 2.7 Karakteristik Sensor Cahaya / LDR ... 19
Gambar 2.8 Sensor Hujan MD0127 ... 20
Gambar 2.9 Motor Stepper Nema17 ... 21
Gambar 2.10 Motor Stepper Variable Reluctance (VR) ... 23
Gambar 2.11 Motor Stepper Permanent Magnet (PM) ... 24
Gambar 2.12 Motor Stepper Hibrid ... 24
Gambar 2.13 Motor Stepper Unipolar ... 25
Gambar 2.14 Motor Stepper Bipolar ... 25
Gambar 2.15 Gambar Elektronika Driver Motor Stepper ... 26
Gambar 2.16 Driver Motor Stepper TB6600 ... 27
Gambar 2.17 Adaptor 12 Volt ... 30
Gambar 2.18 Simbol Trafo ... 30
Gambar 2.19 Simbol Rectifier... 31
Gambar 2.20 Simbol Filter ... 31
Gambar 3.1 Rangkaian Board PCB ... 34
Gambar 3.2 Diagram Blok ... 36
Gambar 3.3 Rangkaian Arduino Nano ... 37
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor LDR ... 38
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Hujan ... 39
Gambar 3.6 Rangkaian MicroStepper TB6600 dan Motor Stepper ... 39
Gambar 3.7 Rangkaian Keselurahan Sistem ... 40
Gambar 3.8 Flowchart Sistem ... 42
Gambar 3.9 Informasi Signature Pemrograman Sistem ... 43
Gambar 4.1 Perancangan Mekanik Sistem ... 50
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Konfigurasi Pin Arduino Nano ... 13
Tabel 3.1 Pengujian Rangkaian Sensor LDR ... 44
Tabel 3.2 Pengujian Rangkaian Sensor Hujan ... 44
Tabel 3.3 Pengujian Rangkaian MicroStepper TB6600 ... 45
Tabel 4.1 Pengukuran Nilai Sensor LDR ... 46
Tabel 4.2 Pengukuran Nilai Sensor Hujan ... 47
Tabel 4.3 Pengukuran Nilai Power Supply ... 47
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi telah mendorong manusia untuk berusaha untuk mengatasi segala permasalahan yang timbul di sekitar nya serta meringankan pekerjaan yang ada. Salah satu teknologi yang sedang berkembang saat ini adalah mikrokontroler. Mikrokontroler merupakan keluarga mikroprosesor yaitu sebuah chip yang dapat melakukan pemprosesan data secara digital sesuai dengan perintah bahasa assembly yang diberikan. Dengan memanfaatkan mikrokontroler ini dapat diciptakan suatu alat secerdas komputer tetapi dengan biaya yang relatife lebih murah daripada komputer. Umumnya masyarakat Indonesia memanfaatkan panas matahari untuk mengeringkan pakaian yang dicuci. Namun, saat kondisi cuaca tidak dapat diprediksi seperti yang terjadi pada masa pancaroba, menjemur pakaian menjadi pekerjaan sangat merepotkan. Dalam kondisi seperti ini, orang akan membuang waktu dan tenaga hanya untuk menjemur dan mengangkat pakaian berulang-ulang. Salah satu cara agar pakaian dapat dijemur dengan memanfaatkan sinar matahari yang ada secara optimal dan juga dapat menghemat waktu serta tenaga adalah dengan membuat alat penggerak jemuran yang dilengkapi dengan sistem kontrol otomatis.Untuk memenuhi keinginan perkembangan zaman saat ini dibuatlah suatu penelitian dengan judul “IMPLEMENTASI SISTEM PENGGERAK ALAT JEMUR PAKAIAN OTOMATIS BERBASIS ARDUINO NANO”. Alat ini dirancang untuk bekerja secara otomatis mengeluarkan pakaian saat cuaca cerah untuk dijemur, dan menarik masuk pakaian ketempat yang aman saat terjadi hujan.
Dengan demikian, sinar matahari yang ada bisa dimanfaatkan dengan baik untuk menjemur pakaian sehingga memungkinkan pakaian menjadi kering dengan baik, juga menghilangkan kerepotan orang waktu mengangkat jemuran saat hujan dan menjemurnya kembali ketika cuaca cerah yang dilakukan secara manual.
2
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian diatas, penulis tertarik untuk mengangkat dan merancang sebuah Sistem Penggerak Alat Jemur Pakaian Otomatis Berbasis Arduino. Dimana pada perancangan alat penggerak ini akan digunakan sebuah mikrokontroler tipe Arduino nano. Dimana pada perancangan ini akan dirumuskan masalah:
1. Bagaimana prinsip kerja sistem penggerak alat jemur pakaian otomatis
2. Bagaimana sensor air mengubah tegangan menjadi suatu nilai rendah atau tinggi yang bisa dibaca oleh mikrokontroler
3. Bagaimana prinsip kerja motor stepper
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dalam tugas akhir ini adalah :
1. Mengetahui prinsip kerja dan nilai ukur sensor LDR dalam proses alat penggerak jemuran pakaian otomatis
2. Mengetahui prinsip kerja dan nilai ukur sensor hujan dalam proses alat penggerak jemuran pakaian otomatis
3. Mengimplementasikan arduino sebagai sistem penggerak alat jemur pakaian otomatis
1.4 Batasan Masalah
Pembatasan suatu masalah digunakan untuk menghindari adanya penyimpangan maupun pelebaran pokok masalah. Adapun batasan masalah pada tugas akhir ini adalah:
1. Mikrokontroler yang dipakai adalah Arduino Nano
2. Sensor cahaya yang digunakan adalah LDR ( Light Dependent Resistor ) 3. Sensor hujan yang digunakan adalah sensor MD 0127
4. Penggerak jemuran yang digunakan adalah Stepper motor Nema17
1.5 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah penulisan tugas akhir ini, penulis membuat suatu sistematika penulisan yang terdiri dari :
1. BAB I: PENDAHULUAN
Bab ini akan membahas latar belakang tugas akhir, identifikasi masalah, batasan masalah, tujuan, metode penelitian, tinjauan pustaka, dan sistematika penulisan.
2. BAB II: LANDASAN TEORI
Bab ini akan menjelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan.
3. BAB III: PERANCANGAN ALAT
Bab ini membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem secara keseluruhan.
4. BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisi tentang uji coba alat yang telah dibuat, pengoperasian dan spesifikasi alat dan lain-lain.
5. BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN
Sebagai bab terakhir penulis akan menguraikan beberapa kesimpulan dari uraian bab-bab sebelumnya, dan penulis akan berusaha memberikan saran yang mungkin bermanfaat.
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Sistem Kendali
Sistem kendali adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama–sama secara timbal balik dan membentuk konfigurasi sistem yang akan memberikan suatu hasil yang dikehendaki. Hasil ini sering dinamakan sebagai tanggapan system (system response). Sistem kendali juga dapat diartikan sebagai suatu proses pengaturan /pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter ) sehingga berada pada suatu harga (range) tertentu. Sistem kendali terdiri dari tiga komponen utama yaitu masukan kendali, proses kendali dan keluaran kendali. Kendali adalah sesuatu yang diinginkan atau target yang akan dicapai. Jadi sistem kendali dapat dikatakan sebagai kumpulan komponen yang saling berinteraksi untuk melakukan pengendalian atau dapat juga dikatakan dengan kumpulan komponen yang saling bekerja sama untuk mencapai tujuan atau target tertentu.
Masukan sistem kendali adalah target yang diinginkan, proses kendali adalah kegiatan yang dilakukan untuk mencapai target, sedangkan keluaran sistem kendali adalah kenyataan yang terjadi atau hasil dari proses pengendalian.
Pengendalian berkaitan erat dengan strategi yang memungkinkan sebuah pengendali (controller) yang berperan sebagai otak dalam sistem pengendalian mengarahkan gerakan–gerakan dari sebuah alat terkendali dengan perantara actuator, dan menerima respon dari sensor yang memiliki oleh alat terkendali tersebut kepengendali. Strategi inilah yang dikenal sebagai teori pengendali. Jadi, dalam sistem pengendalian ada tiga komponen utama yang saling berhubungan yaitu, sensor, actuator, dan controller. Istilah pengendali (controller) merupakan kombinasi dari komponen kontrol dan rangkaian kontrol yang digunakan untuk mengoperasikan peralatan refrijerasi dan tata udara secara otomatik dan secara akurat Berbagai komponen di dalam sistem kontrol pada prinsipnya dapat dibagi menjadi tiga kategori, yaitu :
a) Primary control b) Operating control c) Limit control
Primary Control merupakan sebuah piranti di dalam sistem kontrol yang mengoperasikan suatu sistem dengan aman berdasarkan instruksi dari operating control. Pada prakteknya primary control berbeda-beda tergantung pada sistem yang digunakan (sistem pendinginan atau sistem pemanasan).
Operating control digunakan untuk mengontrol aksi starting dan stopping selama siklus pendinginan atau pemanasan berlangsung. Operating control yang paling banyak digunakan adalah sequential operating control. Sequential operating control adalah operasi pengontrolan secara seri atau sekuensial.
Limit control biasanya memiliki fitur sebagai pengaman. Limit control menjaga kondisi minimum atau maksimum yang diijinkan dalam suatu sistem. Limit control jika mendeteksi adanya kondisi yang tidak aman, tidak normal dan membahayakan sistem maka akan mengirimkan instruksi untuk mematikan atau menghentikan kerja sistem.
Dalam industri pendingin (cooling) dan pemanas (heating), ketiga komponen tersebut dikombinasikan menjadi suatu sistem kontrol.
2.1.1 Sistem Kendali Otomatis
Sistem kontrol otomatis adalah sistem kontrol umpan balik dengan acuan masukan atau keluaran yang dikehendaki dapat konstan atau berubah secara perlahan dengan berjalannya waktu dan tugas utamanya adalah menjaga keluaran sebenarnya berada pada nilai yang dikehendaki dengan adanya gangguan. Sistem kendali otomatis adalah suatu sistem pengendali yang sedang berkembang saat ini.
Tujuannya adalah untuk menggantikan sistem kendali manual yang memiliki kekurangan baik dari segi efisiensi maupun efektivitas. Dalam pengoperasiannya sistem kendali automatik dapat digolongkan menjadi sistem kendali dua posisi (ON- OFF), dan sistem kendali kontinyu. Pemakaian sistem control otomatis dalam segala bidang keteknikan masa kini semakin banyak dipakai. Hal ini disebabkan sistem kontrol otomatis mempunyai banyak keunggulan dibandingkan dengan sistem kontrol konvensional (manual), yaitu dari segi kecepatan, ketepatan dan pemakaian tenaga manusia yang relatif lebih sedikit. Apalagi ditunjang dengan pengembangan dunia elektronika, pneumatika maupun hidrolik. Banyak contoh sistem control otomatis, beberapa di antaranya adalah kontrol suhu ruangan mobil secara otomatis, pengatur otomatis tegangan pada plant daya listrik di tengah-tengah adanya variasi
6
beban daya listrik, dan kontrol otomatis tekanan dan suhu dari proses kimiawi.
Dalam sistem control otomatis, terdapat elemen-elemen penyusun, yaitu : 1. Sensor/Tranduser
Sensor adalah suatu komponen yang mendeteksi keluaran atau informasi lainnya yang diperlukan dalam siste kontrol. Sedangkan tranduser adalah suatu komponen yang mampu merubah besaranbesaran non listrik (mekanis, kimia atau yang lainnya) menjadi besaranbesaran listrik atau sebaliknya.
2. Kontroler
Kontroler adalah suatu komponen, alat, atau peralatan (berupa mekanis, pneumatik, hidrolik, elektronik atau gabungan darinya) yang mampu mengolah data masukan dari membandingkan respon plant (hasil pembacaan dari keluaran plant) dan referensi yang dikehendaki untuk dikeluarkan menjadi suatu data perintah atau disebut sinyal control.
3. Aktuator
Aktuator adalah suatu komponen, alat atau peralatan (berupa mekanis, pneumatik, hidrolik, elektronik atau gabungan dari hal tersebut) yang mampu mengolah data perintah (sinyal kontrol) menjadi sinyal aksi ke suatu plant. Untuk lebih mudah memahami cara kerja sistem kontrol otomatis diberikan contoh sistem kontrol secara otomatis pada aplikasi kontrol level air. Pada bagian ini sudah tidak menggunakan seorang operator manusia lagi untuk mempertahankan level air sesuai yang diinginkan, tetapi sudah menggunakan kontroler yang bekerja secara otomatis, berupa bahan pelampung dan tambahan komponen elektronik.
2.1.2 Sistem Kontrol Loop Terbuka (open–loop control system)
Sistem kontroler loop terbuka adalah suatu sistem yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Artinya, sistem kontrol terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai umpan balik dalam masukan
Gambar 2.1 Komponen Sistem Kendali Loop Terbuka
Dalam suatu sistem kontrol terbuka, keluaran tidak dapat dibandingkan dengan masukan acuan. Jadi untuk setiap masukan acuan berhubungan dengan operasi tertentu, sebagai akibat ketetapan dari sistem tergantung kalibrasi.Adanya gangguan membuat sistem kontrol terbuka tidak dapat melaksanakan tugas yang diharapkan.
Sistem kontrol terbuka dapat digunakan hanya jika hubungan antara masukan dan keluaran diketahui dan tidak terdapat ganguan internal dan eksternal. Kinerja Sistem Kontrol Loop Terbuka, yaitu :
1. Kontrol terbuka sesuai untuk sistem operasi gerak robot dengan aktuator yang berdasarkan pada umpan logika berbasis langkah sekuensial (urutan program)
2. Tidak menggunakan sensor untuk mengetahui posisi akhir 3. Dapat diatur dengan menggunakan delay
4. Cocok untuk robot sistem mapping
Salah satu Aplikasi dari sistem kendali terbuka (Open Loop) yaitu pada mesin cuci penggilingan pakaian, pemberian sabun, dan pengeringan yang bekerja sebagai operasi mesin cuci tidak akan berubah (hanya sesuai dengan yang diinginkan seperti semula) walaupun tingkat kebersihan pakaian (sebagai keluaran sistem) kurang baik akibat adanya factor-faktor yang kemungkinan tidak di prediksi sebelumnya.
2.1.3 Sistem Kontrol Loop Tertutup (closed–loop control system)
Sistem kontrol loop tertutup adalah sistem kontrol yang sinyal keluarnya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Sistem kontrol loop tertutup juga merupakan sistem kontrol berumpan balik.
Gambar 2.2 Komponen Sistem Kendali Loop Tertutup
Gambar di atas menunjukkan hubungan masuk dan keluar dari sistem kontrol loop tertutup. Jika dalam hal ini manusia bekerja sebagai operator, maka manusia ini
8
akan menjaga sistem agar tetap pada keadaan yang diinginkan.
Komponen proses sistem kontrol loop tertutup :
1. Reference Input (masukan acuan,r), merupakan sinyal acuan bagi sistem kontrol 2. Actuating Signal (e), merupakan sinyal kesalahan / error yang merupakan selisih antara sinyal acuan (r) dan sinyal (b)
3. Control Element, (g1) merupakan element yang berfungsi untuk memproses kesalahan/error yang terjadi dan setelah kesalahan tersebut dimasukan melalui element pengontrol
4. Manipulated Variable (variabel yang dimanipulasi), merupakan sinyal yang dihasilkan oleh control element yang berfungsi sebagai sinyal pengontrol tanpa adanya gangguan
5. Plant/proses, merupakan obyek fisik yang dikontrol, dapat berupa proses mekanis, elektris, hidraulis maupun gabungannya
6. Disturbance, merupakan sinyal gangguan yang tidak diinginkan
7. Feedback Element (jalur umpan balik), merupakan bagian sistem yang mengukur keluaran yang dikontrol dan kemudian mengubahnya menjadi sinyal umpan balik 8. Forward Path, merupakan bagian sistem tanpa umpan balik.
Salah satu aplikasi dari Sistem Kendali Tertutup (Close Loop) yaitu pada Pendingin Udara (Ac) Masukan dari sistem AC adalah derajat suhu yang diinginkan oleh pemakai. Keluaranya berupa udara dingin yang akan mempengaruhi suhu ruangan sehingga suhu ruangan diharpakan akan sama dengan suhu yang diinginkan.
Dengan memberikan umpan balik berupa derajat suhu ruangan setelah diberikan aksi udara dingin, maka akan didapatkan kesalahan (error) dari derajat suhu actual dengan derajat suhu yang diinginkan. Adanya kesalahan ini membuat kontroler berusaha memperbaikinya, sehingga didapatkan kesalahan yang semakin mengecil.
2.2 Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara
khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data maka Anda dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatik menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda.
Mikrokontroler terdiri dari beberapa bagian seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 2.3 Bagian Mikrokontroler
1. Central Processing Unit (CPU)
CPU merupakan bagian utama dalam suatu mikrokontroler. CPU pada mikrokontroler ada yang berukuran 8 bit ada pula yang berukuran 16 bit.
CPU ini akan membaca program yang tersimpan di dalam ROM dan melaksanakannya.
2. Read Only Memory (ROM)
ROM merupakan suatu memori (alat untuk mengingat) yang sifatnya hanya dibaca saja. Dengan demikian ROM tidak dapat ditulisi. Dalam dunia mikrokontroler ROM digunakan untuk menyimpan program bagi mikrokontroler tersebut. Program tersimpan dalam format biner (,,0”atau ,,1”). Susunan bilangan biner tersebut bila telah terbaca oleh mikrokontroler akan memiliki arti tersendiri.
3. Random Only Memory (RAM)
10
Berbeda dengan ROM, RAM adalah jenis memori selain dapat dibaca juga dapat ditulis berulang kali. Tentunya dalam pemakaian mikrokontroler ada semacam data yang bisa berubah pada saat mikrokontroler tersebut bekerja.
Perubahan data tersebut tentunya juga akan tersimpan ke dalam memori. Isi pada RAM akan hilang jika catu daya listrik hilang.
4. Input/Output (I/O)
Untuk berkomunikasi dengan dunia luar, maka mikrokontroler menggunakan terminal (I/O), yang digunakan untuk masukan atau keluaran.
Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya.
Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.
Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka :
a) Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
b) Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
c) Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak.
Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum.
Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi. Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC
mikrokontroler tidak akan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama. Pada pembahasan ini Mikrokntroler yang digunakan adalah Arduino Nano.
2.2.1 Arduino Nano
Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source, diturunkan dari Wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller.
Saat ini Arduino sangat populer di seluruh dunia. Banyak pemula yang belajar mengenal robotika dan elektronika lewat arduino karena mudah dipelajari.
Tapi tidak hanya pemula, para hobbyist atau profesional pun ikut senang mengembangkan aplikasi elektronik menggunakan arduino. Ada banyak projek dan alat-alat yang dikembangkan oleh mereka, selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk bisa disambungkan dengan arduino. Arduino berevolusi menjadi sebuah platform karena ia menjadi pilihan dan acuan bagi banyak praktisi. Bahasa yang dipakai dalam arduino bukan assembler yang relatif sulit, tetapi bahasa C yang disederhanakan dengan bantuan (libraries) Arduino. Arduino juga menyederhanakan proses bekerja dengan mikrokontroler, sekaligus menawarkan berbagai macam kelebihan antara lain:
a. Arduino biasanya dijual relatif murah (antara 125 ribu hingga 400 ribu rupiah saja) dibandingkan dengan platform mikrokontroler pro lainnya.
Harganya akan lebih murah lagi jika pengguna membuat papannya sendiri dan merangkai komponen-komponennya satu per satu.
b. Software Arduino dapat dijalankan pada sistem operasi Windows, Macintosh OSXdan Linux, sementara platform lain umumnya terbatas hanya pada Windows.
c. Perlu diketahui bahwa lingkungan pemrograman di Arduino mudah digunakan untuk pemula, dan cukup fleksibel bagi mereka yang sudah
12
tingkat lanjut. Untuk guru/dosen, Arduino berbasis pada lingkungan pemrograman processing, sehingga jika mahasiswa atau murid-murid terbiasa menggunakan processingtentu saja akan mudah menggunakan Arduino.
d. Perangkat lunak Arduino IDE dipublikasikan sebagai Open Source, tersedia bagi para pemrogram berpengalaman untuk pengembangan lebih lanjut.
Bahasanya bisa dikembangkan lebih lanjut melalui pustaka-pustaka C++
yang berbasis pada Bahasa C untuk AVR.
e. Perangkat keras Arduino berbasis mikrokontroler Atmega8, Atmega168, Atmega328 dan Atmega1280 dan yang terbaru Atmega2560.
Arduino yang digunakan pada alat ini Arduino Nano. Arduino Nano adalah salah satu papan pengembangan mikrokontroler yang berukuran kecil, lengkap dan mendukung penggunaan breadboard. Fungsi Arduino Nano kurang lebih sama dengan Arduino lain, tetapi dikemas dalam paket yang berbeda.
Arduino nano juga merupakan versi mini dari Arduino Uno, perbedaannya adalah Arduino Nano menggunakan IC dengan ukuran kecil/SMD (Surface Mount Deface) dimana IC ATmega328 sudah tertanam secara permanen dan hanya dapat dilakukan penggantian dengan menggunakan solder uap blower. Perangkat ini tidak memiliki colokan listrik DC, dan untuk memberikan suplai daya dapat dilakukan melalui pin 30 (v in). Komunikasi serial menggunakan pin TX dan RX sebagai Receiver dan Transmmiter. Arduino Nano bekerja dengan kabel USB Mini standar untuk melakukan pemrograman dan komunikasi dengan komputer maupun laptop.
Arduino Nano dirancang dan diproduksi oleh Gravitech
Gambar 2.4 Arduino Nano
Konfigurasi pin Arduino Nano. Arduino Nano memiliki 30 Pin. Berikut Konfigurasi pin Arduino Nano :
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya digital.
2. GND merupakan pin ground untuk catu daya digital.
3. AREF merupakan Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan fungsi analog Reference.
4. RESET merupakan Jalur LOW ini digunakan untuk me-reset (menghidupkan ulang) mikrokontroler. Biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset pada shield yang menghalangi papan utama Arduino.
5. Serial RX (0) merupakan pin yang berfungsi sebagai penerima TTL data serial.
6. Serial TX (1) merupakan pin yang berfungsi sebagai pengirim TT data serial.
7. External Interrupt (Interupsi Eksternal) merupakan pin yang dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interupsi pada nilai yang rendah,
meningkat atau menurun, atau perubahan nilai.
8. Output PWM 8-Bitmerupakan pin yang berfungsi untuk analog Write.
9. SPI merupakan pin yang berfungsi sebagai pendukung komunikasi.
10. LED merupakan pin yang berfungsi sebagai pin yag diset bernilai HIGH, maka LED akan menyala, ketika pin diset bernilai LOW maka LED padam.
LED Tersedia secara built-in pada papan Arduino Nano.
11. Input Analog (A0-A7) merupakan pin yang berfungsi sebagi pin yang dapat diukur/diatur dari mulai Ground sampai dengan 5 Volt, juga memungkinkan untuk mengubah titik jangkauan tertinggi atau terendah mereka menggunakan fungsi analogReference.
Tabel 2.1 Konfigurasi Pin Arduino Nano Nomor Pin Arduino Nano Nama Pin Arduino Nano
1 Digital Pin 1 (TX)
2 Digital Pin 0 (RX)
3 dan 28 Reset
4 dan 29 GND
5 Digital Pin 2
14
6 Digital Pin 3 (PWM)
7 Digital Pin 4
8 Digital Pin 5 (PWM)
9 Digital Pin 6 (PWM)
10 Digital Pin 7
11 Digital Pin 8
12 Digital Pin 9 (PWM)
13 Digital Pin 10 (PWM-SS)
14 Digital Pin 11 (PWM-MOSI)
15 Digital Pin 12 (MISO)
16 Digital Pin 13 (SCK)
18 AREF
19 Analog Input 0
20 Analog Input 1
21 Analog Input 2
22 Analog Input 3
23 Analog Input 4
24 Analog Input 5
25 Analog Input 6
26 Analog Input 7
27 VCC
30 Vin
Gambar 2.5 Konfigurasi Pin Layout Arduino Nano
Berikut ini adalah Spesifikasi yang dimiliki oleh Arduino Nano:
1. MikrokontrolerAtmel ATmega168 atau ATmega328 2. 5 V Tegangan Operasi
3. 7-12V Input Voltage (disarankan) 4. 6-20V Input Voltage (limit)
5. Pin Digital I/014 (6 pin digunakan sebagai output PWM) 6. 8 Pin Input Analog
7. 40 Ma Arus DC per I/O
8. Flash Memory 16KB (Atmega168) atau 32KB (Atmega328) 2KB digunakan oleh Bootloader
9. 1 Kbyte Ram (Atmega168) atau 2 Kbyte (Atmega328)
10. 512 Byte EEPROM (ATmega168) atau 1Kbyte (ATmega328) 11. 16 MHz Clock Speed
12. Ukuran1.85cm x 4.3cm
Arduino Nano dapat diaktifkan melalui koneksi USB Mini-B, atau melalui catu daya eksternal dengan tegangan belum teregulasi antara 6-20 Volt yang dihubungkan melalui pin 30 atau pin VIN, atau melalui catu daya eksternal dengan tegangan teregulasi 5 volt melalui pin 27 atau pin 5V. Sumber daya akan secara otomatis dipilih dari sumber tegangan yang lebih tinggi. 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.
2.3 Sensor
Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu.
Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya.
Penggunaan sensor di perangkat-perangkat elektronik ini telah diaplikasikan di hampir semua bidang di kehidupan kita sehari-hari mulai dari perangkat pribadi, layanan kesehatan, keamanan, industri, hiburan, transportasi, militer, alat rumah tangga hingga ke sektor pertanian. Dengan semakin besarnya penggunaan Sensor di
16
dalam teknologi masa kini, pengetahuan tentang sensor ini menjadi sangat penting dan wajib kita pahami apa sebenarnya yang dilakukan oleh sensor serta jenis-jenis sensor tersebut. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran yang sangat kecil dengan orde nanometer. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi.
Sensor adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi perubahan besaran fisik seperti tekanan, gaya, besaran listrik, cahaya, gerakan, kelembaban, suhu, kecepatan dan fenomena-fenomena lingkungan lainnya. Setelah mengamati terjadinya perubahan, Input yang terdeteksi tersebut akan dikonversi mejadi Output yang dapat dimengerti oleh manusia baik melalui perangkat sensor itu sendiri ataupun ditransmisikan secara elektronik melalui jaringan untuk ditampilkan atau diolah menjadi informasi yang bermanfaat bagi penggunanya. Sensor pada dasarnya dapat digolong sebagai Transduser Input karena dapat mengubah energi fisik seperti cahaya, tekanan, gerakan, suhu atau energi fisik lainnya menjadi sinyal listrik ataupun resistansi (yang kemudian dikonversikan lagi ke tegangan atau sinyal listrik).
Sensor-sensor yang digunakan pada perangkat elektronik pada dasarnya dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori utama yaitu :
1. Sensor Pasif dan Sensor Aktif 2. Sensor Analog dan Sensor Digital
Berikut ini adalah pembahasan singkat mengenai kedua klasifikasi sensor tersebut.
1. Sensor Pasif dan Sensor Aktif
Sensor Pasif (Passive Sensor)
Sensor Pasif adalah jenis sensor yang dapat menghasilkan sinyal output tanpa memerlukan pasokan listrik dari eksternal. Contohnya Termokopel (Thermocouple) yang menghasilkan nilai tegangan sesuai dengan panas atau suhu yang diterimanya.
Sensor Aktif (Active Sensor)
Sensor Aktif adalah jenis sensor yang membutuhkan sumber daya eskternal untuk dapat beroperasi. Sifat fisik Sensor Aktif bervariasi sehubungan dengan efek eksternal yang diberikannya. Sensor Aktif ini disebut juga dengan Sensor Pembangkit Otomatis (Self Generating Sensors).
2. Sensor Analog dan Sensor Digital
Sensor Analog
Sensor Analog adalah sensor yang menghasilkan sinyal output yang kontinu atau berkelanjutan. Sinyal keluaran kontinu yang dihasilkan oleh sensor analog ini sebanding dengan pengukuran. Berbagai parameter Analog ini diantaranya adalah suhu, tegangan, tekanan, pergerakan dan lain-lainnya. Contoh Sensor Analog ini diantaranya adalah akselerometer (accelerometer), sensor kecepatan, sensor tekanan, sensor cahaya dan sensor suhu.
Sensor Digital
Sensor Digital adalah sensor yang menghasilkan sinyal keluaran diskrit. Sinyal diskrit akan non-kontinu dengan waktu dan dapat direpresentasikan dalam “bit”.
Sebuah sensor digital biasanya terdiri dari sensor, kabel dan pemancar. Sinyal yang diukur akan diwakili dalam format digital. Output digital dapat dalam bentuk Logika 1 atau logika 0 (ON atau OFF). Sinyal fisik yang diterimanya akan dikonversi menjadi sinyal digital di dalam sensor itu sendiri tanpa komponen eksternal. Kabel digunakan untuk transmisi jarak jauh. Contoh Sensor Digital ini diantaranya adalah akselerometer digital (digital accelerometer), sensor kecepatan digital, sensor tekanan digital, sensor cahaya digital dan sensor suhu digital.
2.3.1 Sensor Cahaya/LDR (Light Dependent Resistor)
LDR adalah sensor cahaya yang memiliki 2 terminal output, dimana kedua terminal output tersebut memiliki resistansi yang dapat berubah sesuai dengan intensitas cahaya yang diterimanya. Dimana nilai resistansi kedua terminal output LDR akan semakin rendah apabila intensitas cahya yang diterima oleh LDR semakin tinggi. LDR (Light Dependent Resistor) merupakan salah satu komponen resistor yang nilai resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai sensor ini. LDR juga dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Perlu diketahui bahwa nilai resistansi dari sensor ini sangat bergantung pada intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya jika semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan menjadi semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat.
18
LDR berfungsi sebagai sebuah sensor cahaya dalam berbagai macam rangkaian elektronika seperti saklar otomatis berdasarkan cahaya yang jika sensor terkena cahaya maka arus listrik akan mengalir (ON) dan sebaliknya jika sensor dalam kondisi minim cahaya (gelap) maka aliran listrik akan terhambat(OFF). LDR juga sering digunakan sebagai sensor lampu penerang jalan otomatis, lampu kamar tidur, alarm, rangkaian anti maling otomatis menggunakan laser, sutter kamera otomatis, dan masih banyak lagi yang lainnya.
Gambar 2.6 Fisik Sensor LDR
Karakteristik LDR (Light Dependent Resistor) terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral.
1. Laju Recovery
Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu kedalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu
tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuaran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR type arus harganya lebih besar dari 200 K/detik (selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.
2. Respon Spektral
LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, alumunium, baja, emas, dan perak. Dari
kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik. Pada keadaan gelap tanpa cahaya sama sekali, LDR memiliki nilai resistansi yang besar (sekitar beberapa Mega ohm). Nilai resistansinya ini akan semakin kecil jika cahaya yang jatuh ke permukaannya semakin terang. Pada keadaan terang benderang (siang hari) nilai resistansinya dapat mengecil, lebih kecil dari 1 KΩ. Dengan sifat LDR yang demikian maka LDR biasa digunakan sebagai sensor cahaya. Contoh penggunaannya adalah pada lampu taman dan lampu di jalan yang bisa menyala di malam hari dan padam di siang hari secara otomatis.
Gambar 2.7 Karakteristik Sensor Cahaya/LDR (Light Dependent Resistor)
Aplikasi dari Sensor Cahaya/LDR (Light Dependent Resistor) a. Sensor pada rangkaian sensor cahaya
b. Sensor pada lampu otomatis c. Sensor pada alarm brankas
d. Sensor pada tracker cahaya matahari e. Sensor pada kontrol arah solar cell f. Sensor pada robot line follower
Prinsip kerja LDR sangat sederhana tak jauh berbeda dengan variable resistor pada umumnya. LDR dipasang pada berbagai macam rangkaian elektronika dan dapat memutus dan menyambungkan aliran listrik berdasarkan cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenai LDR maka nilai resistansinya akan menurun, dan sebaliknya semakin sedikit cahaya yang mengenai LDR maka nilai hambatannya akan semakin membesar.
20
2.3.2 Sensor Hujan MD 0127
Sensor hujan adalah jenis sensor yang berfungsi untuk mendeteksi terjadinya hujan atau tidak, yang dapat difungsikan dalam segala macam aplikasi dalam kehidupan sehari – hari. Dipasaran sensor ini dijual dalam bentuk module sehingga hanya perlu menyediakan kabel jumper untuk dihubungkan ke mikrokontroler atau Arduino. Prinsip kerja dari module sensor ini yaitu pada saat ada air hujan turun dan mengenai panel sensor maka akan terjadi proses elektrolisasi oleh air hujan. Dan karena air hujan termasuk dalam golongan cairan elektrolit yang dimana cairan tersebut akan menghantarkan arus listrik. Pada sensor hujan ini terdapat ic komparator yang dimana output dari sensor ini dapat berupa logika high dan low (on atau off). Serta pada modul sensor ini terdapat output yang berupa tegangan pula.
Sehingga dapat dikoneksikan ke pin khusus Arduino yaitu Analog Digital Converter.
Sensor MD0127 merupakan alat ukur yang berukuran 5 cm x 4 cm digunakan untuk mendeteksi tetesan atau rintikan air hujan. Sensor ini bisa juga berguna untuk memantau keadaan cuaca (hujan atau tidak), karena pada keluarannya sensor ini dikonversi ke beberapa sinyal output digital ataupun sinyal analog. Dapat digunakan untuk berbagai projek yang berhubungan dengan cuaca. Contohnya : sunroof otomatis yang menutup jika cuaca hujan. Board sensor (FC-37) terbuat dari bahan nikel plated berkualitas sehingga tidak mudah karatan.
Gambar 2.8 Sensor Hujan MD0127
Spesifikasi:
- Tegangan 3.3-5V DC
- LED indikator power dan indikator kondisi basah - Chipser board pengendali LM393
- Dilengkapi dengan trimpo untuk mengatur tingkat sensitifitas sensor - Output keluaran bisa berupa signal Analog dan Digital
- Ukuran board pengendali 3.2 x 1.4mm - Ukuran board sensor rintikhujan 54 x 40mm - Arus output keluaran analog 100mA 11
2.4 Motor Stepper Nema17
Motor stepper adalah salah satu jenis motor dc yang dikendalikan dengan pulsa-pulsa digital. Prinsip kerja motor stepper ini adalah bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit dimana motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor stepper tersebut. Motor stepper merupakan motor listrik yang tidak mempunyai komutator, di mana semua lilitannya merupakan bagian dari stator. Dan pada rotornya hanya merupakan magnet permanen. Semua komutasi setiap lilitan harus di kontrol secara eksternal sehingga motor stepper ini dapat dikontrol sehingga dapat berhenti pada posisi yang diinginkan atau bahkan berputar ke arah yang berlawanan.
Gambar 2.9 Motor Stepper Nema17
Kelebihan motor stepper dibandingkan dengan motor DC biasa adalah :
1. Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.
2. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak 3. Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi
4. Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)
22
5. Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC
6. Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung ke porosnya
Motor stepper terdiri rotor dan stator yang bekerja berdasar sifat magnet, dimana magnet sejenis tolak menolak dan yang berlawanan tarik menarik. Kumparan pada stator membentuk medan magnet saat diberi arus, sehingga motor yang menggunakan magnet akan bergerak untuk mencari kestabilan agar kutub magnet bersesuaian dengan medan magnet yang terjadi. Arah putaran motor stepper ditentukan oleh arah urutan arus yang diberikan pada input motor stepper. Motor stepper mempunyai 4 input dan satu input tegangan. Motor stepper dapat berputar kekiri maupun kekanan sesuai dengan input yang diberikan. Untuk perputaran kearah kiri dengan memberikan input ring counter dengan arah kekiri dan untuk berputar kekanan dengan memberikan input ring counter dengan arah kekanan. Motor stepper bergerak setiap satu langkah dengan besar sudut 1,8º jadi untuk berputar satu putaran penuh membutuhkan 200 step. Dengan motor stepper kita dapat memutar motor sesuai dengan yang diinginkan. Kecepatan motor stepper juga dapat diubah sesuai dengan kebutuhan. Dengan mengubah waktu perpindahan dari suatu input ke input lain pada motor stepper. Ada dua mode dalam menggerakkan motor stepper yaiyu mode full step dan mode half step. Pada mode full step perputaran motor lebih kasar dibandingkan dengan mode half step. Hal ini dikarenakan pada mode half step untuk menggerakkan satu step dibutuhkan dua kondisi sehingga perputaran yang dihasilkan akan lebih halus, sedangkan pada mode full step torsinya akan lebih besar dibandingkan dengan mode half step.
Prinsip kerja motor stepper sebenarnya sangatlah sederhana, yakni dengan mengubah pulsa-pulsa input menjadi gerakan-gerakan mekanis yang diskrit. Oleh sebab itu agar gerakan motor stepper sesuai, diperlukan pengendali yang berfungsi membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Arah putaran motor dapat diatur dengan mengatur kondisi logika masukan. Jika diterapkan logika 0, maka motor akan berputar berlawanan dengan arah jarum jam (counter clock wise) sedangkan jika diterapkan logika 1, maka motor akan berputar dengan arah sesuai dengan ajah jarum jam (clockwise).
2.4.1 Jenis-Jenis Motor Stepper
Berdasarkan struktur rotor dan stator pada motor stepper, maka motor stepper dapat dikategorikan dalam 3 jenis sebagai berikut :
1. Motor Stepper Variable Reluctance (VR)
Motor stepper jenis ini telah lama ada dan merupakan jenis motor yang secara struktural paling mudah untuk dipahami. Motor ini terdiri atas sebuah rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator. Ketika lilitan stator diberi energi dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi termagnetasi. Perputaran terjadi ketika gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR) :
Gambar 2.10 Motor stepper variable reluctance (VR)
2. Motor Stepper Permanent Magnet (PM)
Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng bundar (tin can) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang diselang-seling dengan kutub yang berlawanan. Dengan adanya magnet permanen, maka intensitas fluks magnet dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat menghasilkan torsi yang lebih besar. Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi langkah (step) yang rendah yaitu antara 7,50 hingga 150 per langkah atau 48 hingga 24 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe permanent magnet :
24
Gambar 2.11 Motor stepper permanent magnet (PM)
3. Motor Stepper Hybrid (HB)
Motor stepper tipe hibrid memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari kedua tipe motor stepper sebelumnya. Motor stepper tipe hibrid memiliki gigi-gigi seperti pada motor tipe VR dan juga memiliki magnet permanen yang tersusun secara aksial pada batang porosnya seperti motor tipe PM. Motor tipe ini paling banyak digunkan dalam berbagai aplikasi karena kinerja lebih baik. Motor tipe hibrid dapat menghasilkan resolusi langkah yang tinggi yaitu antara 3,60 hingga 0,90 per langkah atau 100-400 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid :
Gambar 2.12 Motor stepper hibrid
Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper dapat dibagi menjadi 2 jenis yaitu motor stepper unipolar dan motor stepper bipolar.
a. Motor Stepper Unipolar
Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch / transistor setiap lilitannya. Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup dengan menerapkan pulsa digital yang hanya terdiri atas tegangan positif dan nol (ground) pada salah satu terminal lilitan (wound) motor sementara terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan (VM) pada bagian tengah (center tap) dari lilitan seperti pada gambar berikut.
Gambar 2.13 Motor Stepper Unipolar
b. Motor Stepper Bipolar
Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubah- ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan sebaliknya. Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang agak lebih kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper bipolar memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam hal torsi yang lebih besar untuk ukuran yang sama.
Gambar 2.14 Motor Stepper Bipolar
26
2.5 Driver Motor Stepper TB6600
Secara teoritis, sebuah motor stepper dapat digerakkan langsung oleh sebuah mikrokontroller. Dalam kenyataannya, arus dan tegangan yang dikeluarkan oleh mikrokontroller terlalu kecil untuk menggerakkan sebuah motor stepper. Gerbang- gerbang Transistor Transistor Logic (TTL) mikrokontroller yang hanya mampu mengeluarkan arus dalam orde mili-ampere dan tegangan antara 2 sampai 2,5 Volt.
Sementara itu untuk menggerakkan motor stepper diperlukan arus yang lebih besar (dalam orde ampere) dan tegangan berkisar 5 sampai 24 Volt. Untuk mengatasi masalah tersebut, diperlukan sebuah piranti tambahan yang memenuhi kebutuhan arus dan tegangan yang cukup besar. Rangkaian driver motor stepper merupakan rangkaian “open collector”, dimana output rangkaian ini terhubung dengan ground untuk mencatu lilitan-lilitan motor stepper.
Gambar 2.15 Gambar elektronika Driver Motor Stepper
Driver motor stepper yang digunakan pada alat untuk tugas akhir ini yaitu Driver mikro stepper TB6600. Driver langkah mikro TB6600 dibangun di sekitar Toshiba TB6600HG Toshiba dan dapat digunakan untuk menggerakkan motor stepper bipolar dua fase. Dengan arus maksimum 3,5 A kontinu, driver TB6600 dapat digunakan untuk mengontrol motor stepper yang cukup besar seperti NEMA 23. Motor stepper biasanya memiliki ukuran langkah 1,8 ° atau 200 langkah per revolusi, ini mengacu pada langkah penuh. Pengandar langkah mikro seperti TB6600 memungkinkan resolusi yang lebih tinggi dengan memungkinkan lokasi langkah menengah. Ini dicapai dengan memberi energi pada kumparan dengan level arus menengah.
Spesifikasi TB6600 Tegangan operasi 9 - 42 V
Output maksimum saat ini 4,5 A per fase, 5,0 A puncak1 Resolusi Microstep penuh, 1/2, 1/4, 1/8 dan 1/162
Perlindungan Pematian tegangan rendah, panas berlebih, dan proteksi arus berlebih Dimensi 96 x 72 x 28/36 mm
Jarak lubang 88, ⌀ 5 mm
Gambar 2.16 Driver Motor Stepper TB6600
2.6 Power Supply
Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya. Pada dasarnya Power Supply atau Catu daya ini memerlukan sumber energi listrik yang kemudian mengubahnya menjadi energi listrik yang dibutuhkan oleh perangkat elektronika lainnya. Oleh karena itu, Power Supply kadang-kadang disebut juga dengan istilah Electric Power Converter. Sistem kerjanya cukup sederhana yakni dengan mengubah daya 120V ke dalam bentuk aliran dengan daya yang sesuai kebutuhan komponen-komponen tersebut. Sesuai dengan pengertian power supply pada komputer, maka fungsi utamanya adalah untuk mengubah arus AC menjadi arus DC yang kemudian diubah menjadi daya atau energi yang dibutuhkan komponen-komponen pada komputer seperti motherboard, CD Room, Hardisk, dan komponen lainnya.
28
Berdasarkan rancangannya, power supply dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu:
1. Power Supply/Catu Daya Internal : yaitu power supply yang dibuat terintegrasi dengan motherboard atau papan rangkaian induk. Contohnya;
ampilifier, televisi, DVD Player, power supply-nya menyatu dengan motherboard di dalam chasing perangkat tersebut.
2. Power Supply/Catu Daya Eksternal : yaitu power supply yang dibuat terpisah dari motherboard perangkat elektroniknya. Contohnya charger Laptop dan charger HP.
Cara Kerja Power Supply
Ketika pengguna menyalakan power pada komputer, maka power supply akan melakukan pemeriksaan dan tes sebelum menjalakan sistem komputer. Jika tes berjalan dengan baik maka power supply akan mengirim sinyal (power good) ke mainboard sebagai pertanda bahwa sistem komputer siap untuk beroperasi.
Selanjutnya, power supply atau catu daya akan membagi daya sesuai dengan kapasitas yang diperlukan masing-masing komponen komputer. Selain menyalurkan daya listrik ke komponen komputer, power supply juga menjaga stabilitas arus listrik pada berbagai komponen tersebut. Dari penjelasan pengertian power supply dan fungsinya di atas, maka komponen ini sama pentingnya seperti CPU pada komputer yang sering kali dianggap sebagai otak komputer. Jika terjadi gangguan pada power supply, maka akan menyebabkan gangguan aliran daya pada komponen-komponen komputer.
Komponen Power Supply
Mengacu pada pengertian power supply, perangkat keras ini berfungsi mengubah arus AC menjadi arus DC dan menyalurkannya ke berbagai komponen komputer di dalam chasing. Untuk membentuk tegangan maka dibutuhkan beberapa komponen, adapun komponen power supply adalah sebagai berikut:
1. Transformator
Ini merupakan komponen di dalam pada Power Supply yang digunakan untuk memindahkan tenaga listrik antar dua rangkaian listrik atau lebih melalui induksi elektromagnetik.
2. Dioda
Ini adalah gabungan dari dua kata elektroda, yaitu anoda dan katoda. Sifat dari dioda yaitu menghantarkan arus pada tegangan maju dan menghambat arus pada aliran tegangan balik.
3. Kapasitor
Kapasitor berfungsi sebagai penyempurna penyerahan dari tegangan arus AC ke tegangan arus DC.
4. Resistor
Resistor adalah perangkat yang membantu Power Supply dalam menurunkan tegangan, membagi tegangan, dan membatasi arus listrik yang masuk, sehingga akan dapat mengontrol perangkat-perangkat keras yang ada pada motherboard.
5. IC regulator
IC Regulator berfungsi untuk mengatur tegangan pada rangkaian elektronika selalu tetap stabil.
6. LED
LED pada Power Supply adalah komponen sejenis diode semikonduktor yang memiliki keistimewaan.
2.6.1 Adaptor 12 Volt
Adaptor adalah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC (arus bolak-balik) yang tinggi menjadi tegangan DC (arus searah) yang lebih rendah. Seperti yang kita tahu bahwa arus listrik yang kita gunakan di rumah, kantor dll, adalah arus listrik dari PLN (Perusahaan Listrik Negara) yang didistribusikan dalam bentuk arus bolak-balik atau AC. Akan tetapi, peralatan elektronika yang kita gunakan hampir sebagian besar membutuhkan arus DC dengan tegangan yang lebih rendah untuk pengoperasiannya. Oleh karena itu diperlukan sebuah alat atau rangkaian elektronika yang bisa merubah arus dari AC menjadi DC serta menyediakan tegangan dengan besar tertentu sesuai yang dibutuhkan.
Rangkaian yang berfungi untuk merubah arus AC menjadi DC tersebut disebut dengan istilah DC Power suply atau adaptor. Rangkaian adaptor ini ada yang dipasang atau dirakit langsung pada peralatan elektornikanya dan ada juga yang dirakit secara terpisah. Untuk adaptor yang dirakit secara terpisah biasanya merupakan adaptor yang bersipat universal yang mempunyai tegangan output yang
30
bisa diatur sesuai kebutuhan, misalnya 3 Volt, 4,5 Volt, 6 Volt, 9 Volt,12 Volt dan seterusnya.
Dalam prinsip kerjanya kedua sistem adaptor tersebut berbeda, adaptor step- down menggunakan teknik induksi medan magnet, komponen utamanya adalah kawat email yang di lilit pada teras besi, terdapat 2 lilitan yaitu lilitan primer dan lilitan skunder, ketika listrik masuk kelilitan primer maka akan terjadi induksi pada kawat email sehingga akan terjadi gaya medan magnet pada teras besi kemudian akan menginduksi lilitan skunder. Sedangkan sistem switching menggunakan teknik transistor maupun IC switching, adaptor ini lebih baik dari pada adaptor teknik induksi, tegangan yang di keluarkan lebih stabil dan komponennya suhunya tidak terlalu panas sehingga mengurangi tingkat resiko kerusakan karena suhu berlebih.
Gambar 2.17 Adaptor 12 Volt
Bagian-bagian pada sebuah adaptor terdapat beberapa bagian atau blok yaitu trafo (transformator), rectifier (penyearah) dan filter
1. Trafo (Transformator) Adalah sebuah komponen yang berfungsi untuk menurunkan atau menaikan tegangan AC sesuai kebutuhan. Pada sebuah adaptor, trafo yang digunakan adalah trafo jenis step down atau trafo penurun tegangan.
Gambar 2.18 Simbol Trafo
Trafo tediri dari 2 bagian yaitu bagian primer dan bagian sekunder, pada masing-masing bagian terdapat lilitan kawat email yang jumlahnya berbeda.
Untuk trafo step-down, jumlah lilitan primer akan lebih banyak dari jumlah sekunder. Lilitan Primer merupakan input dari pada Transformator sedangkan Output-nya adalah pada lilitan sekunder. Meskipun tegangan telah
diturunkan, output dari Transformator masih berbentuk arus bolak-balik (arus AC) yang harus diproses selanjutnya.
2. Rectifier (Penyearah)
Gambar 2.19 Simbol Rectifier
Dalam rangkaian adaptor atau catu daya, tegangan yang sudah di turunkan oleh trafo, arusnya masih berupa arus bolak-balik atau AC. Karena arus yang dibutuhkan oleh rangkaian elektronika adalah arus DC, sehingga harus disearahkan terlebih dahulu. Bagian yang berfungsi untuk menyearahkan arus AC menjadi DC pada adaptor disebut dengan istilah rectifier ( penyearah gelombang ). Rangkaian Rectifier biasanya terdiri dari komponen Dioda.
3. Filter (Penyaring) adalah bagian yang berfungsi untuk menyaring atau meratakan sinyal arus yang keluar dari bagian rectifier. Filter ini biasanya terdiri dari komponen Kapasitor (Kondensator) yang berjenis Elektrolit atau ELCO ( Electrolyte Capacitor ).
Gambar 2.20 Simbol Filter
Sebenarnya dengan adanya bagian trafo, rectifier dan filter syarat dari sebuah adaptor sudah terpenuhi, namun terkadang tegangan yang dihasilkan biasanya tidak stabil sehingga diperlukan bagian lain yaitu yang berfungsi untuk menstabilkan tegangan dan mendapatkan tegangan yang akurat. Bagian tersebut adalah bagian regulator atau pengatur tegangan.
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
3.1 Metodologi Perancangan
Proses tugas akhir dimulai dari studi pustaka, yaitu mengumpulkan teori-teori pendukung. Langkah selanjutnya adalah merancang sistem berdasarkan teori-teori yang didapat. Analisa kebutuhan meliputi kebutuhan perangkat lunak dan perangkat keras sesuai dengan rancangan yang telah dibuat. Setelah semua komponen telah tersedia maka akan dilakukan proses integrasi perancangan sistem perangkat lunak dan perangkat keras secara terpisah. Setelah sistem perangkat lunak dan perangkat keras telah berhasil dibuat. Selanjutnya akan dilakukan proses pengujian sistem, jika pengujian berhasil, maka akan dilakukan proses penerapan, yaitu penggabungan sistem perangkat lunak dan perangkat keras menjadi satu sistem yang saling berhubungan.
3.1.1 Tahap Persiapan
Adapun komponen yang digunakan dalam pembuatan alat pada tugas akhir ini yaitu :
1. Arduino Nano
Arduino Nano adalah salah satu papan pengembangan mikrokontroler yang berukuran kecil, lengkap dan mendukung penggunaan breadboard. Arduino nano juga merupakan versi mini dari Arduino Uno, perbedaannya adalah Arduino Nano menggunakan IC dengan ukuran kecil. Pada rangkaian alat penggerak jemuran pakaian otomatis ini, Arduino yang berfungsi sebagai mikrokontroler digunakan sebagai pengontrol, penerima data dan pengolah data dalam sistem elektronika alat.
2. Sensor Cahaya / LDR
LDR adalah sensor cahaya yang memiliki 2 terminal output, dimana kedua terminal output tersebut memiliki resistansi yang dapat berubah sesuai dengan intensitas cahaya yang diterimanya. Fungsi sensor LDR pada alat ini yaitu untuk mendeteksi ada atau tidaknya cahaya yang mengenai permukaan sensor tersebut. Jika pada permukaan sensor LDR tersebut terkena cahaya maka motor stepper akan mengeluarkan pakaian secara otomatis untuk dijemur dan sebaliknya jika sensor
LDR tidak terkena cahaya maka motor stepper akan menarik pakaian yang terjemur kedalam rumah sehingga tidak terkena air hujan.
3. Sensor Hujan MD 0127
Sensor MD0127 merupakan alat ukur yang berukuran 5 cm x 4 cm digunakan untuk mendeteksi tetesan atau rintikan air hujan. Dapat digunakan untuk berbagai projek yang berhubungan dengan cuaca. Fungsi sensor hujan MD 0127 pada alat ini yaitu untuk mendeteksi adanya tetesan air hujan yang mengenai permukaan sensor tersebut, jika sensor tersebut mendeteksi adanya air hujan maka jemuran pakaian akan tertarik kedalam rumah yang digerakkan oleh motor stepper dan sebaliknya.
4. Motor Stepper Nema17
Motor stepper adalah sebuah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper yang dipakai pada alat tugas akhir ini yaitu motor stepper nema 17 yang berfungsi untuk menggerakkan jemuran pakaian secara otomatis sesuai dengan perintah dari arduino.
5. Adaptor 12 Volt
Adaptor adalah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC (arus bolak-balik) yang tinggi menjadi tegangan DC (arus searah) yang lebih rendah. Akan tetapi, peralatan elektronika yang kita gunakan hampir sebagian besar membutuhkan arus DC dengan tegangan yang lebih rendah untuk pengoperasiannya. Oleh karena itu diperlukan sebuah alat atau rangkaian elektronika yang bisa merubah arus dari AC menjadi DC serta menyediakan tegangan dengan besar tertentu sesuai yang dibutuhkan. Rangkaian yang berfungi untuk merubah arus AC menjadi DC tersebut disebut dengan istilah DC Power suply atau adaptor.
3.1.2 Tahap Pembuatan Sistem
Pada tahap Pembuatan sistem penulis memaparkan bagaimana perancangan pembuatan sistem,baik mulai dari peracangan rangkaian,hingga menyelesaikan perancangan alat secara keseluruhan. Sehingga dapat melalukan pengujian nantinya.
3.1.2.1 Perancangan PCB
Perancangan PCB (Printed Circuit Board) dilakukan bersama dengan perancangan tata letak komponen. Proses ini sangat erat kaitannya dengan pola PCB.
