MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
SKRIPSI
TEOPILUS ANDRI PUTRA GINTING 160801056
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan melengkapi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
TEOPILUS ANDRI PUTRA GINTING 160801056
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
PERNYATAAN
Rancang Bangun Alat Pembersih Akuarium dan Pemberi Makan Ikan Otomatis Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535
SKRIPSI
Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dari ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 14 September 2020
Teopilus Andri Putra Ginting
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“RANCANG BANGUN ALAT PEMBERSIH AKUARIUM DAN PEMBERI MAKAN IKAN OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535” skripsi ini disusun sebagai syarat akademis dalam menyelesaikan studi program strata satu (S1) Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa selama proses hingga terselesaikannya penyusunan skripsi ini, banyak mendapat masukan maupun motivasi dari berbagai pihak. Dengan kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala bantuan, dukungan, semangat yang telah diberikan. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada :
• Bapak Dr. Krista Sebayang, MS sebagai dekan FMIPA USU.
• Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS sebagai ketua Departemen Fisika FMIPA USU.
• Bapak Awan Maghfirah, S.Si, M.Si sebagai sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU.
• Bapak Dr. Bisman Perangin-angin, M. Eng. Sc sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan kritik dan saran, masukan, serta ide-ide selama penulis mengerjakan skripsi ini.
• Seluruh Bapak/Ibu dosen Fisika Universitas Sumatera Utara yang telah mendidik dan mengajar selama kurang lebih 4 Tahun sehingga penulis mampu mencapai gelar Sarjana.
• Terutama buat kedua orang tua tercinta Petrus Ginting dan Teringet br.
Tambun yang sudah banyak memberikan motivasi, semangat, doa-doa, materi, dan hal-hal lainnya yang tidak dapat kusebutkan.
• Saudara-saudara saya, abang saya Fileo Ferianto Ginting dan adik saya Fetrik Adel Piero Ginting yang sudah memberi semangat kepada penulis selama mengerjakan skripsi ini.
• Sahabat-sahabat saya, Juprianta Ginting yang menjadi tempat ku berbagi ketika ada masalah dalam pembuatan Tugas Akhir ini.
• Teman satu stambuk saya, Fisika 2016 terkhususnya Physics Revolution, yang paling saya sayangi, terimakasih karena sudah mau berjuang bersama dalam menyelesaikan masa kuliah kita semuanya.
• Teman seperdopingan, Renova Indri Sari Purba, Juliana br Sembiring, Mila Moranda Sigiro,, Aryanti Sitepu, Paulus Purba, dan Hartono Simanjuntak, yang juga sebagai partner di Laboratorium Elektronika Lanjutan, terimakasih atas semua dukungannya.
Tugas Akhir ini penulis dedikasikan untuk mereka sebagai ungkapan penghargaan atas keikhlasan, kesabaran, kebaikan dan kasih sayang yang teramat dalam dan hanya Tuhan yang Maha Esa yang dapat membalasnya.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata Penulis mengucapkan terimakasih dan semoga skripsi ini bermanfaat bagi orang yang membutuhkan.
Medan, 14 September 2020
Teopilus Andri Putra Ginting
RANCANG BANGUN ALAT PEMBERSIH AKUARIUM DAN PEMBERI MAKAN IKAN OTOMATIS BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian rancang bangun alat pembersih akuarium dan pemberi makan ikan otomatis berbasis mikrokontroler atmega 8535. Pengujian dilakukan setelah semua komponen diintegrasikan menjadi satu termasuk program keseluruhan yang telah dibuat. Pengujian dilakukan dengan menjalankan sistem sesuai prosedur dan mengamati kinerja sistem yaitu dimulai dengan pengukuran kekeruhan dan pengecekan jadwal penggantian air. Setelah itu diamati proses kerja yang berjalan pada sistem. Saat tingkat kekeruhan air sudah tinggi maka pompa pengurasan akan aktif dan memompa air keluar akuarium. Setelah level ketinggian air yang tersisa sekitar 25% maka pompa pengurasan akan berhenti, dan pompa pengisisan aktif.
Pompa pengisian hidup sampai level ketinggian air mencapai 100% dan kemudian mati. Setelah 10 menit pengisian air selesai, maka motor servo akan bergerak dan menjatuhkan pakan ikan ke dalam akuarium.
Kata Kunci : Akuarium, Pompa, Motor Servo, Mikrokontroller, Atmega 8535.
DESIGN OF AN AQUARIUM CLEANER AND AUTOMATIC FISH FEEDER DEVICE BASED ON ATMEGA 8535
MICROCONTROLLER
ABSTRACT
A research on the design of a replacement for aquarium cleaner and automatic fish feeder device based on the Atmega 8535 microcontroller has been carried out. Testing is carried out after all components are integrated into one including the overall program that has been created. The test is carried out by running the system according to the procedure and observing the system performance, namely starting with turbidity measurement and checking the water replacement schedule.
After that, we observe the work processes running on the system. When the water turbidity level is high, the drain pump will activate and pump water out of the aquarium. After the remaining water level is around 25%, the drain pump will stop, and the fill pump is active. The fill pump starts until the water level reaches 100% and then stops. After 10 minutes of water filling is complete, the servo motor will move and drop the fish feed into the aquarium.
Key Words: Aquarium, Pump, Servo Motor, Microcontroller, Atmega 8535.
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... i
PERNYATAAN. ... ii
PENGHARGAAN. ... iii
ABSTRAK ... v
ABSTRACT ... vi
DAFTAR ISI… ... vii
DAFTAR TABEL... ix
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR SINGKATAN. ... xi
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang ... 1
Rumusan Masalah ... 2
Batasan Masalah ... 2
Tujuan Penelitian ... 2
Manfaat Penelitian ... 3
Sistematika Penulisan ... 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 5
Water Pump ... 5
Filter Akuarium ... 5
Sensor ... 6
Sensor Kekeruhan Air ... 6
Sensor Ketinggian Permukaan Air ... 9
Real Time Clock (RTC) IC DS1307 ... 10
Liquid Crystal Display (LCD) ... 12
Relay ... 14
Solenoid Valve ... 15
Mikrokontroler... 15
Mikrokontrolet ATMega8535 ... 16
Motor Servo ... 17
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ... 18
Diagram Blok ... 18
Rangkaian LCD ... 19
Rangkaian Minimum Mikrokontroler Atmega 8535 dan Catu Daya .. 20
Rangkaian Servo Motor ... 21
Rangkaian Pompa Air ... 21
Rangkaian RTC (Real Time Clock) ... 22
Rangkaian Turbidity Sensor ... 22
Diagram Alir (Flowchart) ... 25
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 26
Pengujian Display LCD M1362 ... 26
Pengujian Turbidity Sensor ... 26
Pengujian Pompa Air ... 28
Pengujian Timer RTC ... 29
Pengujian Sensor Ketinggian Air (Ultrasonik) ... 31
BAB 5 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 34
Kesimpulan ... 34
Saran ... 34
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Turbidity Sensor. ... 27
Table 4.3a Hasil Pengujian Pompa Pengisian ... 28
Tabel 4.3b Hasil Pengujian Pompa Pengurasan. ... 29
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Timer RTC. ... 31
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Sensor Ketinggian Air ... 32
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Halaman
2.1 Motor AC Water Pump 5
2.2 Filter Akuarium 6
2.3 Diagram Blok Cara Kerja Sensor Kekeruhan 7
2.4 Rangkaian Sensor Kekeruhan 8
2.5 Cara Kerja Gelombang Ultrasonik 9
2.6 Modul IC RTC DS1307 11
2.7 Pin IC RTC DS1307 11
2.8 Pin LCD 20x4 13
2.9 Skema LCD dengan modul I2C 13
2.10 Relay 14
2.11 Mikrokontroler ATMega 17
3.1 Diagram Blok Perancangan Sistem 18
3.2 Rangkaian LCD 19
3.3 Rangkaian Minimum Mikrokontroler Atmega 8535 dan catu
daya 20
3.4 Rangkaian Servo Motor 21
3.5 Rangkaian Pompa Air 21
3.6 Rangkaian RTC (Real Time Clock) 22
3.7 Rangkaian Turbidity Sensor 22
3.8 Rangkaian Sensor Ultrasonik 23
3.9 Rangkaian Lengkap 23
3.10 Diagram Alir (flowchart) 25
DAFTAR SINGKATAN
IC = Integrated Circuit RTC = Real Time Clock
NTU = Nephelometric Turbidity Units Op-Amp = Operational Amplifier LDR = Light Dependent Resistor ADC = Analog to Digital Converter LCD = Liquid Crystal Display CPU = Central Processing Unit RAM = Random Access Memory
BAB 1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Menurut Sirajudhen T. K et al (2014) hampir 2 juta masyarakat di seluruh dunia bekerja dibidang perikanan termasuk budidaya ikan hias. Sebagai contoh penelitian yang telah dilakukan di Kelara India, dari 100 orang memiliki minat terhadap ikan hias sejumlah 90 orang dan 60 orang minat sebagai pembudidaya ikan hias. Sedangkan penelitian budidaya ikan hias air tawar di Indonesia dari 10 orang konsumen, 4 orang memiliki ketertarikan ikan hias sebagai penggemar dan 6 orang memiliki ketertarikan sebagai pembudidaya (Karimah dkk, 2014). Hal ini sangat berpeluang untuk memberikan mata pencaharian masyarakat sebagai pembudidaya ikan hias mengingat jumlah peminat ikan hias lebih banyak (Karimah dkk, 2014).
Teknologi chip atau integrated circuit(IC) semakin berkembang dan semakin canggih sehingga memberikan peluang untuk pengembangan otomatisasi lebih jauh dan kompleks. Otomatisasi yaitu sebuah sistem yang bekerja otomatis akan memberikan banyak manfaat bagi manusia yaitu mendukung tugas manusia menjadi lebih efisien, praktis dan ekonomis. Banyak tugas manusia yang rutin dilakukan dan membutuhkan waktu yang panjang untuk penyelesaiannya sehingga tidak praktis dan membuang waktu. Salah satu contoh adalah tugas untuk mengganti air akuarium bagi yang memelihara ikan hias maupun ikan untuk konsumsi. Sebuah akuarium atau kolam ikan harus dilakukan penggantian air secara berkala.
Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk pengembangan penggantian air dan pemberian pakan otomatis pada akuarium. Salah satunya penelitian yang dilakukan Santoso dan Arfianto (2014) dalam mengembangkan sistem pengganti air akuarium berdasarkan tingkat kekeruhan dan pengontrolan air. Sistem ini dapat mengatasi kelemahan sistem lama dari segi keamanan, kenyamanan serta efisiensi waktu dan proses. Sistem otomatis pengganti air tawar pada akuarium ini diintegrasikan dengan teknologi mikrokontroler Atmega 256 dengan kapasitas memori 256 kb. Sedangkan Ramadona dkk (2014) mengembangkan sistem yang mengintegrasi Real Time Clock (RTC) dan sensor infrared sebagai penentuan kapan
air akuarium akan diganti, serta menggunakan dua buah pompa air mini untuk menguras dan mengisi air akuarium dengan berbasis Atmega8. Pada penelitian ini kita akan fokus pada kekeruhan dan jadwal sebagai faktor utama dalam pembersihan akuarium. Kita juga akan menggunakan jadwal untuk memberi makan ikan secara otomatis.
Rumusan Masalah
Permasalahan yang akan ditemukan dalam merealisasikan rancangan dirumuskan sebagai berikut :
1. Bagaimana merancang sebuah sistem pembersih dan penjadwalan makan ikan pada akuarium secara otomatis.
2. Bagaimana merancang perangkat keras yaitu rangkaian elektronik untuk aplikasi diatas.
3. Bagaimana merancang perangkat lunak agar sistem dapat bekerja sesuai fungsinya.
Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah:
1. Rancang bangun menggunakan Mikrokontroler atmega 8535 untuk mengontrol sistem secara keseluruhan.
2. Rancang bangun menggunakan DS1307 sebagai jam digital pencatat waktu.
3. Rancang bangun menggunakan sensor turbidity untuk mendeteksi kekeruhan air akuarium.
4. Rancang bangun menggunakan motor servo untuk mengatur pemberian makanan pada ikan
5. Rancangan perangkat lunak dibuat dalam bahasa C dengan menggunakan code vision avr sebagai editor program.
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Merancang sistem pembersih dan penjadwalan makan ikan pada akuarium secara otomatis .
2. Merancang rangkaian kontrol dengan komponen elektronik seperti mikrokontroler, sensor dan jam digital.
3. Merancang algoritma program untuk menjalankan sistem.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah:
1. Memberikan manfaat sebagai pembersih akuarium yang praktis sehingga akuarium tetap bersih.
2. Penjadwalan makan dan pembersihan secara berkala membuat Ikan dalam akuarium lebih sehat .
Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematikan pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari RANCANG BANGUN SISTEM PENCUCI AKUARIUM DAN PEMBERI MAKAN IKAN OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535. Maka penulis menulis skripsi ini dengan sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB 1 PENDAHULUAN
Bab ini berisikan pendahuluan yang menjelaskan mengenai latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian serta sistematika penulisan.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan tentang teori-teori pendukung dalam penelitian.
Adapun teori pendukung dalam penelitian ini yaitu tentang water pump, filter akuarium, sensor kekeruhan, sensor ketinggian permukaan air, real time clock, liquid crystal display, relay, solenoid valve, motor servo, dan mikrokontroler ATmega 8535.
BAB 3 METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tentang perancangan alat, diagram blok, diagram alir, skematik serta sistem kerja dari masing-masing rangkaian.
BAB 4 HASIL DAN ANALISIS
Bab ini berisikan tentang pengujian alat dan juga analisis penelitian yang telah dibuat.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan bab penutup yang berisikan kesimpulan dan saran.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Water Pump
Water pump merupakan pompa sirkulasi air yang menggunakan motor AC sebagai motor pompa. Motor AC adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik (putaran). Energi mekanik diperoleh karena arus listrik yang mengalir melalui penghantar berada pada medan magnet sehingga timbul daya dorong mekanik (Santoso dan Arfianto, 2014). Pompa bekerja dengan cara menghisap air, sehingga akan dihasilkan suatu aliran air dengan kecepatan tertentu.
Untuk pompa sirkulasi diperlukan pompa yang kuat karena merupakan sistem utama semua sistem filtrasi. Sistem filtrasi berfungsi untuk pergantian air dan juga untuk menciptakan arus dalam air sehingga suplai oksigen ke dalam akuarium tetap terjaga. Water pump akuarium menggunakan merk Hai-Long tipe HL-1600 dengan tegangan 220 V dan frekuensi 50 Hz. Adapun bentuk fisik motor AC water pump ditunjukkan dalam gambar 2.1.
Gambar 2.1 Motor AC Water Pump
Filter Akuarium
Filter penting untuk sebuah akuarium. Fungsi dari filter akuarium adalah sebagai penyaring air dan meningkatkan kualitas air menjadi lebih baik. Dengan adanya filter akuarium akan terbebas dari tumpukan kotoran baik dari kotoran ikan maupun bekas
makanan yang nantinya akan diurai oleh bakteri dan menimbulkan nitrit atau amonia terlarut dalam air yang dapat meracuni ikan (Santoso dan Arfianto, 2014). Cara kerja pemfilteran pada air akuarium adalah pompa air mengalirkan air ke dalam box filter.
Selanjutnya air akan disaring di dalam box filter, pada box filter terdapat kapas dan batu zeolit sebagai bahan untuk menyaring air. Setelah air tersaring maka air dijatuhkan kembali ke akuarium dalam keadaan jernih. Bentuk fisik dari filter akuarium ditunjukkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Filter Akuarium
Sensor
Sensor adalah alat yang dapat menerima rangsangan dan merespon dengan suatu sinyal elektrik. Rangsangan adalah kuantitas, sifat, atau kondisi yang dirasakan dan dikonversi ke dalam sinyal elektrik. Tujuan dari suatu sensor adalah untuk merespon suatu masukan sifat fisis (rangsangan) dan mengkonversikannya ke dalam suatu sinyal elektrik melalui kontak elektronik (Manik dkk, 2013).
Sensor Kekeruhan Air
Air dikatakan keruh, apabila air tersebut mengandung begitu banyak partikel bahan yang tersuspensi sehingga memberikan warna maupun rupa yang berlumpur dan kotor.
Pengeruhan air disebabkan pula oleh kehadiran jasad – jasad renik, lumpur, tanah liat, dan zat koloid yang serupa atau benda terapung yang tidak mengendap dengan segera (Santoso dan Arfianto, 2014). Berikut bahan yang menyebabkan air menjadi keruh:
1. Tanah liat
2. Endapan (lumpur)
3. Zat organik dan bukan organik yang terbagi dalam butir-butir halus
4. Campuran warna organik yang bisa dilarutkan 5. Jasad renik (makhluk hidup yang sangat kecil)
Kekeruhan yang terlalu keruh berdampak terhadap Ikan Maskoki. Pada saat keruh pernapasan Ikan Maskoki terganggu akibat zat terlarut. Tingkat kekeruhan yang disarankan pada Ikan Maskoki berkisar antara 10 NTU (Nephelometric Turbidity Units). Dampak kekeruhan akan mengakibatkan Ikan Maskoki kekurangan oksigen dan respon terhadap makanan menurun akibat dari penglihatan yang terhalang (Rowe, D.K., et. al., 2002).
Sensor kekeruhan pada prinsipnya tergantung pada intensitas cahaya yang ditransmisikan sebagai fungsi dari konsentrasi fase terdispersi (zat terlarut), bilamana cahaya dilewatkan melalui suspensi maka sebagian dari energi radiasi yang jatuh dihamburkan dengan penyerapan, pemantulan, dan sisanya akan ditransmisikan (Maemunnur, 2016). Gambar 2.3 menjelaskan cara kerja sensor kekeruhan, ketika transmitter (Tx) memancarkan cahaya ke bidang berwarna putih maka cahaya akan dipantulkan hampir semuanya oleh bidang berwarna putih tersebut. Sebaliknya, ketika transmitter memancarkan cahaya ke bidang berwarna gelap atau hitam maka cahaya akan banyak diserap oleh bidang gelap tersebut, sehingga cahaya yang diterima receiver (Rx) menjadi sedikit.
Gambar 2.3 Diagram Blok Cara Kerja Sensor Kekeruhan
Sensor kekeruhan merupakan sensor yang dapat mendeteksi tingkat kekeruhan pada air berdasarkan intensitas cahaya. Sensor yang digunakan untuk mendeteksi kekeruhan pada penelitian ini menggunakan Light Dependent Resistor (LDR). Sensor kekeruhan memiliki prinsip kerja yang hampir sama dengan sensor cahaya, efektif dan efisien serta harganya yang lebih murah (Maemunnur, 2016). Pada prinsipnya sensor kekeruhan akan membaca intensitas cahaya yang dihamburkan oleh partikel yang berada dalam air. Semakin banyak cahaya yang mengenai LDR, maka semakin
menurun nilai resistansinya. Sebaliknya, jika cahaya yang mengenai LDR sedikit (gelap), maka nilai hambatannya menjadi semakin besar (Maemunnur, 2016).
Rangkaian sensor kekeruhan ditunjukkan pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Rangkaian Sensor Kekeruhan
Prinsip kerja sensor kekeruhan menggunakan LDR sebagai pemancar dan sebagai penerima. Rangkaian sensor kekeruhan menggunakan input tegangan 5 Volt dari mikrokontroler. Dalam rangkaian juga terdapat resistor pembanding sebesar 4k7 ohm.
Resistor pembanding digunakan untuk membandingkan tegangan LDR agar dapat diperoleh perbedaan output ketika LDR mendeteksi air keruh maupun bersih.
Rangkaian sensor kekeruhan yang digunakan sebanyak 2 buah, dengan masing-masing LDR mempunyai ukuran 3mm. Ketika air akuarium pada kondisi keruh, maka pancaran cahaya yang diterima LDR menjadi sedikit, sehingga resistansi LDR membesar dan output tegangan akan besar. Namun ketika air akuarium pada kondisi jernih, maka pancaran cahaya yang diterima LDR menjadi kecil, sehingga resistansi LDR mengecil dan output tegangan akan mengecil. Kondisi ini yang digunakan dalam perbandingan kekeruhan air pada akuarium (Maemunnur, 2016).
Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan.
Namun perlu juga diingat bahwa respon dari rangkaian transistor akan sangat tergantung pada nilai LDR yang digunakan. Lebih tinggi nilai tahanan nya akan lebih cepat respon rangkaian. Akan lebih mudah mengatur respon rangkaian bila kita menggunakan Op-Amp sebagai penguat atau saklar pada rangkaian LDR. Kita bisa
gunakan berbagai jenis Op-Amp yang tersedia. Kalau tersedia jenis CMOS atau yang lain tidak akan mempengaruhi penampilan LDR pada rangkaian. Tergantung pada aplikasi rangkaian yang akan kita rakit. Apakah keluaran Op-Amp akan tinggi saat LDR tidak mendapat cahaya atau keluaran Op-Amp akan mencapai tegangan supply pada saat LDR mendapat cahaya. Gunakan rangkaian dasar Op-Amp Inverse atau Non-inverse. Dengan sifat LDR yang demikian, maka LDR (Light Dependent Resistor) biasa digunakan sebagai sensor cahaya. Biasanya LDR (atau lebih dikenal dengan fotoresistor) dibuat berdasarkan kenyataan bahwa film kadmium sulfida mempunyai tahanan yang besar kalau tidak terkena cahaya dan tahanannya akan menurun kalau permukaan film itu terkena sinar. (Bishop, 2002)
Sensor Ketinggian Permukaan Air
Ada beberapa jenis sensor pengukuran ketinggian air, yakni sensor ultrasonik, optik, dan elektronik (Hanani, 2016). Sensor optik adalah suatu sistem kendali otomatis untuk menangkap atau mengumpulkan informasi dengan bantuan cahaya.
Sensor elektronik memanfaatkan tenaga elektrik dalam bentuk sinyal elektrik.
Sedangkan sensor ultrasonik memanfaatkan gelombang ultrasonik sebagai deteksi pada sensornya. Gelombang ultrasonik adalah gelombang mekanik yang memiliki ciri- ciri longitudinal dan biasanya memiliki frekuensi di atas 20 Khz. Gelombang ultrasonik adalah gelombang rambatan energi dan momentum mekanik sehingga merambat melalui ketiga elemen tersebut sebagai interaksi dengan molekul dan sifat enersia medium yang dilaluinya (Hanani, 2016).
Gambar 2.5 Cara Kerja Gelombang Ultrasonik
Pada gambar 2.5 menjelaskan ketika gelombang ultrasonik menumbuk suatu penghalang maka sebagian gelombang tersebut akan diserap dan sebagian akan dipantulkan serta diteruskan. Kemudian akan diterima oleh rangkaian penerima ultrasonik. Sensor ultrasonik merupakan modul elektronik yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dalam bentuk gelombang suara ultrasonik.
Sensor ini terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang dinamakan transmitter dan penerima ultrasonik yang disebut receiver. Salah satu sensor ultrasonik adalah tipe SRF-05 yang merupakan jenis sensor ultrasonik yang kompatibel dengan mikrokontroler arduino (Hanani, 2016).
Pada alat penggantian air dan pemberian pakan otomatis sensor ultrasonik SRF- 05 berfungsi mendeteksi ketinggian permukaan air pada saat pengisian air dan pengurasan air akuarium. Ketinggian level atas digunakan pada saat pengisian air dengan ketinggian tertentu dan ketinggian level bawah digunakan pada saat pengurasan air akuarium. Selanjutnya setelah level atas maupun level bawah terpenuhi data akan diolah oleh mikrokontroler untuk menonaktifkan dengan menggunakan input sebesar 5V dari mikrokontroler, sedangkan output relay 12V dari power supply digunakan pada input solenoid. Solenoid valve merupakan kran elektronik yang digunakan pada saat pengisian air maupun pengurasan air pada akuarium.
Real Time Clock (RTC) IC DS1307
RTC adalah jam elektronik berupa chip yang dapat menghitung waktu (mulai detik hingga tahun) dengan akurat dan menjaga/ menyimpan data waktu tersebut secara real time (Ramadona dkk, 2014).
Real-time clock (RTC) yang kita bahas kali ini adalah RTC dengan antar muka I2C, yaitu DS1307. Artikel yang membahas RTC lain secara lengkap, DS12C887, yang menggunakan antarmuka paralel dan penggunaan bahasa assembly.
Pada alat penggantian air dan pemberian pakan otomatis ini, IC DS1307 berfungsi sebagai indikator waktu pemberian pakan otomatis pada ikan. Pin yang digunakan adalah SDA dan SCL yang terhubung dengan mikrokontroler. Bentuk fisik RTC IC DS1307 ditunjukkan pada gambar 2.6 dan gambar 2.7 merupakan fungsi pin IC RTC DS1307.
Gambar 2.6 Modul IC RTC DS1307
Gambar 2.7 Pin IC RTC DS1307
Berikut fungsi pin IC DS1307 yang memiliki 8 buah pin, yaitu (Datasheet IC RTC DS1307):
1) X1 merupakan pin yang digunakan untuk dihubungkan dengan kristal sebagai pembangkit clock.
2) X2 berfungsi sebagai keluaran atau output dari kristal yang akan digunakan.
3) VBAT merupakan backup supply untuk RTC DS1307 dalam menjalankan fungsi waktu dan tanggal.
4) GND berfungsi sebagai ground.
5) SDA berfungsi sebagai input / output (I/O) untuk I2C serial interface.
6) SCL berfungsi sebagai clock untuk input ke I2C dan digunakan untuk mensinkronisasi pergerakan data dalam serial interface.
7) SWQ/OUT berfungsi sebagai square wafe / output driver.
8) VCC merupakan sumber tegangan utama.
Liquid Cristal Display (LCD)
LCD adalah komponen yang dapat menampilkan tulisan. LCD 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 backlight. LCD berfungsi sebagai penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik (Abdul Kadir, 2013: 196).
LCD mempunyai kemampuan untuk menampilkan tidak hanya angka, huruf abjad, kata-kata tapi juga symbol – symbol. LCD ada banyak jenis dan ukuran, ada 16 kolom 2 baris, 20 kolom 2 baris, 40 kolom 2 baris, 20 kolom 1 baris, 16 kolom 4 baris dan masih banyak yang lain. LCD ada yang memiliki backlight dan ada yang tidak, backlight sangat berguna sekali bila malam hari ataupun gelap.
Dalam modul LCD terdapat mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD. Mikrokontroler pada suatu LCD dilengkapi dengan memori dan register. Memori yang digunakan mikrokontroler internal LCD adalah :
a. Display Data Random Access Memory (DDRAM) merupakan memori tempat karakter yang akan ditampilkan berada.
b. Character Generator Random Access Memory (CGRAM) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.
c. Character Generator Read Only Memory (CGROM) 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.
Konfigurasi pin LCD 20x4 adalah sebagai berikut:
a. Pin 1 (Vss) sebagai jalur power supply ground (GND) b. Pin 2 (Vcc) sebagai jalur power supply positif (+5V) c. Pin 3 (Vee) merupakan kontrol kontras LCD
d. Pin 4 (RS) jalur instruksi pemilihan data atau perintah
e. Pin 5 (R/W) merupakan jalur instruksi read / write pada LCD f. Pin 6 (E) jalur kontrol enable LCD
g. Pin7 – pin 14 (DB0 – DB7) adalah jalur data kontrol dan data karakter untuk LCD
Gambar 2.8 Pin LCD 20x4
Untuk menghubungkan LCD 20x4 dengan mikrokontroler, ditambahkan modul I2C agar rangkaian lebih sederhana yaitu menggunakan pin SDA dan pin SCL yang terhubung dengan mikrokontroler. Modul I2C ini juga dilengkapi dengan variable resistor untuk mengatur kontras LCD. Gambar 2.9 merupakan skema LCD dengan modul I2C.
Gambar 2.9 Skema LCD dengan modul I2C
Dalam alat akuarium ini digunakan LCD 20x4 yang memiliki 4 baris dan 20 kolom. Dalam aplikasinya LCD ini berfungsi sebagai penampil hasil output dari sensor ultrasonik yang berupa ketinggian air dan nilai ADC dari pembacaan sensor LDR.
Kemudian LCD juga digunakan untuk menampilkan waktu sekarang dan setting waktu buka dan tutup pakan otomatis serta pembersihan berdasarkan jadwal.
Relay
Relay adalah suatu peralatan elektronik yang berfungsi untuk memutuskan atau menghubungkan suatu rangkaian elektronik yang satu dengan rangkaian elektronik yang lainnya (Santoso dan Arfianto, 2014). Relay memiliki sebuah kumparan yang dililitkan pada sebuah inti dan sebuah armatur besi yang akan tertarik menuju inti apabila arus mengalir melewati kumparan. Armatur ini terpasang pada sebuah tuas berpegas. Saat armatur tertarik, kontak jalur akan berubah posisinya dari kontak normal tertutup ke kontak normal terbuka. Relay dibutuhkan dalam rangkaian elektronika sebagai eksekutor sekaligus interface antara beban dan sistem kendali elektronik yang berbeda sistem power supply-nya. Secara fisik antara saklar atau kontaktor dengan elektromagnet relay terpisah sehingga antara beban dan sistem kontrol terpisah. Besarnya gaya magnet yang ditetapkan oleh medan yang ada pada celah udara pada jangkar dan inti magnet, dan banyaknya lilitan kumparan, kuat arus yang mengalir dan pelawan magnet yang berada pada sirkuit pemagnetan. Untuk memperbesar kuat medan magnet dibentuk suatu sirkuit. Kontak-kontak atau kutub kutub dari relay umumnya memiliki tiga dasar pemakaian Bentuk fisik relay ditunjukkan pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Relay
Relay dapat digunakan untuk mengontrol motor AC dengan rangkaian kontrol DC atau beban lain dengan sumber tegangan yang berbeda antara tegangan rangkaian kontrol dan tegangan beban. Salah satu pengaplikasian relay adalah relay sebagai kontrol ON/OF beban dengan sumber tegangan yang berbeda. Relay sebagai selektor atau pemilih hubungan. Pada alat penggantian air dan pemberian pakan otomatis relay
berfungsi sebagai pengendali. Modul relay yang digunakan adalah modul relay 4 channel sesuai yang tersedia di pasaran. Namun yang digunakan adalah 3 channel yaitu channel untuk pompa pengurasan, pengisian, dan filter air. Kondisi relay adalah normally open, dengan menggunakan input sebesar 5V dari mikrokontroler, sedangkan output relay 12V dari power supply digunakan pada input solenoid.
Solenoid Valve
Solenoid valve adalah katup yang digerakan oleh energi listrik melalui solenoida. Solenoid valve mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang berfungsi untuk menggerakan piston yang dapat digerakan oleh arus AC maupun DC.
Solenoid valve atau katup solenoida mempunyai lubang keluaran, lubang masukan, dan lubang exhaust. Lubang masukan berfungsi sebagai terminal atau tempat udara bertekanan masuk atau supply (service unit), sedangkan lubang keluaran berfungsi sebagai terminal atau tempat keluar air, dan lubang exhaust berfungsi sebagai saluran untuk mengeluarkan udara bertekanan yang terjebak saat plunger bergerak atau pindah posisi ketika solenoid valve bekerja (Choir, 2012). Prinsip kerja dari solenoid valve yaitu katup listrik yang mempunyai koil sebagai penggeraknya, dimana ketika koil mendapat supply tegangan maka koil tersebut akan berubah menjadi medan magnet sehingga menggerakkan piston pada bagian dalamnya. Pada alat penggantian air dan pemberian pakan otomatis solenoid valve berfungsi sebagai kran otomatis saat pengisian maupun pengurasan air akuarium.
Mikrokontroler
Mikrokontroler ialah suatu chip (rangkaian terintegrasi yang sangat komplek) yang berfungsi sebagai pemroses data dari input yang diterima pada suatu sistem digital. Mikrokontroler digunakan untuk orientasi pengontrolan, seperti pengontrolan temperature, penampilan display LCD, pemroses sinyal digital dan sebagainya (Widodo Budiharto dan Togo Jefri, 2007). Bagian – bagian yang terdapat pada mikrokontroler (Widodo Budiharto dan Togo Jefri, 2007).
1. CPU ( Central Processing Unit) CPU ialah bagian yang terpenting dari suatu mikrokontroler sebagai pemroses data.
2. RAM (Random Accses Memory) RAM digunakan menyimpan data sementara.
3. EPROM/ PEROM/ ROM (Erasable Programable Read Only Memory). ROM digunakan untuk menyimpan program yang bersifat permanen.
4. I/O ( Input/ Output)- Serial dan Paralel.
5. Unit ini berfungsi agar mikrokontroler dapat berkomunikasi dalam serial atau paralel, sehingga dapat dengan mudah berkomunikasi dengan PC dan peralatan standart digitalnya.
6. Timer Timer berguna untuk mengatur perwaktuan pada sistem berbasis mikrokontoler, misalnya untuk delay atau pencacahan.
7. Interrupt Controller Berfungsi menangani suatu request pada saat mikrokontoler sedang running.
Mikrokontroler ATMega8535
Mikrokontoler AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor) memiliki arsitektur 8bit, dimana semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock, karena kedua jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda.
AVR berteknologi RISC (Reduce Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing), AVR dapat dikelompokan menjadi empat kelas, yaitu keluarga AT-tiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memory, peripheral dan fungsinya.
Di dalam Mikrokontroler ATMega 8535 sudah terdiri dari :
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D.
2. ADC (Analog Digital Converter) 10 bit sebanyak 8 channel.
3. Tiga buah timer/ counter dengan kemampuan pembandingan.
4. CPU yang terdiri dari 32 register.
5. Watchdog timer dengan osilator internal.
6. SRAM sebesar 512 byte.
7. Memory flash sebesar 8kb dengan kemampuan read while write.
8. Unit interupsi internal dan eksternal.
9. Port antarmuka SPI.
10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.
11. Antarmuka komperator analog.
12.Port USART untuk komunikasi serial.
Gambar 2.11 Mikrokontroler ATMega 8535
Motor Servo
Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem closed feedback di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Tampak pada gambar dengan pulsa 1.5 mS pada periode selebar 2 mS maka sudut dari sumbu motor akan berada pada posisi tengah. Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam. Motor Servo merupakan sebuah motor DC yang memiliki rangkaian control elektronik dan internal gear untuk mengendalikan pergerakan dan sudut angularnya.
LCD
PERANCANGAN SISTEM
Diagram Blok Perancangan Sistem
Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini:
Kekeruhan
Air Pengurasan
Air
Level Air
Pengisian Air
Makanan/
Pelet ikan
Gambar 3.1 Diagram Blok Perancangan Sistem
Diagram blok sistem yang digambarkan pada gambar 3.1 menjelaskan tentang konfigurasi input dan output sistem. Dalam rancangan ini inputnya adalah kekeruhan air yang diukur dengan sensor turbidity, level ketinggian air yang diukur dengan sensor ultrasonik, dan sinyal dari RTC DS1307. Saat sensor turbidity mendeteksi air sudah keruh atau waktu penggantian air sudah sesuai dengan jadwal, maka pompa pengurasan air akan aktif dan air dipompa keluar akuarium. Sensor ultrasonik akan mengukur level ketinggian air di dalam akuarium. Jika level ketinggian air sudah mencapai sekitar 25% dari volume air semula, maka pompa pengurasan akan padam dan pompa pengisian air akan aktif memompa air ke dalam akuarium. Ketika level ketinggian air sudah mencapai 100% maka pompa pengisian akan padam. Setelah pompa pengisisan padam, 14 menit kemudian motor servo akan bergerak dan menjatuhkan pakan ikan
RTC DS1307
Servo Motor Ultrasonik
Sensor
Pompa Relay
Pompa Relay
Turbidity Sensor
ATMEGA 8535
mengatur proses pengisian dan pengurasan air serta pengukuran level ketinggian air.
Rangkaian LCD
Display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16x2. Pada LCD terdapat driver yang berfungsi untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Pada gambar dibawah ini merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan dengan mikrokontroler.
Gambar 3.2 Rangkaian LCD
40 39 38 37 36 35 34 33
U1
PA0/ADC0 PA1/ADC1
PB0/T0/XCK PB1/T1 PA2/ADC2 PB2/AIN0/INT2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7
PB3/AIN1/OC0 PB5/MOSI PB4/SS 6
1 2 3 4 5
PB6/MISO PB7/SCK
7 8 22
23 24 25 26 27 28 29
PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5
PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PC6/TOSC1 PD6/ICP1 PC7/TOSC2 PD7/OC2
14 15 16 17 18 19 20 21 5V
32 30 AREF
AVCC ATMEGA8535
XTAL1 XTAL2 RESET
13 12 9
www.TheEngineeringProjects.com LCD1
LCD 16X2
D7D6D5
D4D3
D2D1D0E RW
RSVEEVDD
VSS
Rangkaian sistem mikrokontroler Atmega 8535 dan catu daya dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 3.3 Rangkaian Minimum Mikrokontroler Atmega 8535 Dan Catu Daya
Mikrokontroler memiliki fungsi untuk mengontrol keseluruhan sistem. Tipe mikrokontroler yang digunakan adalah Atmega 8535. Mikrokontroler ini diprogram dengan bahasa C dengan menggubakan perangkat lunak codevision AVR. Mikrokontroler juga berfungsi untuk mengontrol ketinggian air yang dipompa serta mengaktifkan motor servo serta dihubungkan dengan LCD untuk menampilkan output berupa waktu dan tingkat kekeruhan air.
Rangkaian catu daya pada rangkaian ini menggunakan sumber tegangan dari PLN 220 Volt, diturunkan menjadi +12 Volt AC oleh trafo step down. Tegangan yang telah diturunkan, disearahkan oleh diode menjadi +5 Volt DC.
SW2
SW-SPST
L2 U3
7805
V2
220VAC 1
VI VO 3
BR2 1N4002
C3
1000u/50V
C4
10u
40 39 38 37 36 35 34 33
U1
PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7
PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK
1 2 3 4 5 6 7 8
22 23 24 25 26 27 28 29
PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5 PC6/TOSC1 PC7/TOSC2
PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2
14 15 16 17 18 19 20 21
32 30 AREF
AVCC ATMEGA8535
XTAL1 XTAL2 RESET
13 12 9
+88.8
12V 2GND 5V
Pada rangkaian ini, servo motor berfungsi untuk membuka lubang tempat pakan ikan, sehingga pakan akan jatuh ke dalam akuarium. Servo motor terhubung dengan
mikrokontroler seperti gambar berikut :
Gambar 3.4 Rangkaian Servo Motor
Rangkaian Pompa Air
Pada rangkaian ini, pompa berfungsi untuk memompa air keluar akuarium dan memompa air dari sumber air masuk ke dalam akuarium. Pompa terhubung ke relay, dimana pada saat pompa bekerja, relay akan normally close (NC).
Gambar 3.5 Rangkaian Pompa Air
WATER PUMP 1
12V 220V
RL1
12V V1
Source 220V
U1 R1
40 PA0/ADC0 PB0/T0/XCK 1 Q1
BD139 WATER PUMP 2
39 PA1/ADC1 PB1/T1 2 330R 38 PA2/ADC2 PB2/AIN0/INT2 3
37 PA3/ADC3 PB3/AIN1/OC0 4 12V 220V
36 PA4/ADC4 35 PA5/ADC5 34
PA6/ADC6 33 PA7/ADC7 22 PC0/SCL 23 PC1/SDA 24 PC2 25 PC3 26 PC4 27 PC5 28 PC6/TOSC1 29 PC7/TOSC2
PB4/SS 5 PB5/MOSI 6 PB6/MISO 7 PB7/SCK 8 PD0/RXD 14 PD1/TXD 15 PD2/INT0 16 PD3/INT1 17 PD4/OC1B 18 PD5/OC1A 19 PD6/ICP1 20 PD7/OC2 21 13
RL2
12V V3
Source 220V
32 XTAL1 12
XTAL2 9
R2 330R
Q2 BD139 30 AREF
AVCC RESET
ATMEGA8535
+88.8
40 39 38 37 36 35 34 33
U1
PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7
PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK
1 2 3 4 5 6 7 8
22 23 24 25 26 27 28 29
PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5 PC6/TOSC1 PC7/TOSC2
PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2
14 15 16 17 18 19 20 21
32 30 AREF
AVCC ATMEGA8535
XTAL1 XTAL2 RESET
13 12 9
Pada rangkaian ini, RTC berfungsi untuk penjadwalan penggantian air akuarium dan pemberian pakan ikan.
Gambar 3.6 Rangkaian RTC (Real Time Clock)
Rangkaian Turbidity Sensor
Turbidity sensor merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk mengukur tingkat kekeruhan air. Turbidity sensor terhubung dengan mikrokontroler seperti gambar berikut.
Gambar 3.7 Rangkaian Turbidity Sensor
Turbidity sensor mendeteksi partikel tersuspensi dalam air dengan cara mengukur transmitansi dan hamburan cahaya yang berbanding lurus dengan kadar Total Suspended Solids (TTS). Semakin tinggi kadar TTS, maka semakin tinggi pula tingkat kekeruhan air
5V
Turbidity Sensor
Vcc
analog output ground
40 39 38 37 36 35 34 33
U1
PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7
PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK
1 2 3 4 5 6 7 8 22
23 24 25 26 27 28 29
PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5
PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PC6/TOSC1 PD6/ICP1 PC7/TOSC2 PD7/OC2
14 15 16 17 18 19 20 21
32 30 AREF
AVCC ATMEGA8535
XTAL1 XTAL2 RESET
13 12 9
DS1307 RTC1 U1
40 PA0/ADC0
SDA SCL SOUT VCC GND
39 38 37 36 35 34 33
PB0/T0/XCK 1 PA1/ADC1
PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7
PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK
2 3 4 5 6 7 8 22
23 24 25 26 27 28 29
PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5 PC6/TOSC1 PC7/TOSC2
PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2
14 15 16 17 18 19 20 21
32 30 AREF
AVCC ATMEGA8535
XTAL1 XTAL2 RESET
13 12 9
11.0592Mhz
DS1307 RTC Module www.TheEngineeringProjects.com X1 X2 5V
Sensor Ultrasonik berfungsi untuk mengukur level ketinggian air dalam akuarium. Sensor ultrasonik terhubung dengan mikrokontroler seperti gambar berikut.
Gambar 3.8 Rangkaian Sensor Ultrasonik
‘
40 39 38 37 36 35 34 33
U1
PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7
PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK
1 2 3 4 5 6 7 8
22 23 24 25 26 27 28 29
PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5
PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A
PC6/TOSC1 PD6/ICP1
PC7/TOSC2 PD7/OC2
14 15 16 17 18 19 20 21
32 30 AREF
AVCC ATMEGA8535
XTAL1 XTAL2 RESET
13 12 9
5V
TestPin www.TheEngineeringProjects.com
SONAR1
ULTRASONIC SENSOR
Gnd
Echo Trigger+5V
Berdasarkan uraian yang telah diterangkan pada bagian sebelumnya, maka dibuatlah rangkaian lengkap dari keseluruhan sistem. Adapun rangkaian lengkap dari perancangan sistem ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 3.9 Rangkaian Lengkap
Sistem ini bekerja dimulai dari pembacaan jadwal pada RTC dan tingkat kekeruhan oleh turbidity sensor. Ketika waktu sekarang sudah sesuai dengan jadwal penggantian air atau jika air sudah keruh, maka pompa pengurasan akan aktif dan memompa air keluar akuarium.
Jika level ketinggian air sudah mencapai 25%, maka pompa pengurasan akan berhenti dan pompa pengisian mulai memompa air bersih ke dalam akuarium. Ketika level ketinggian air sudah mencapai 100% maka pompa pengisian akan padam. 10 menit kemudian motor servo akan aktif dan membuka lubang pada wadah tempat pakan ikan, sehingga pakan ikan akan jatuh ke dalam akuarium.
SW2 SW-SPST
L2 U3
7805 V2
220VAC 1 VI VO 3 WATER PUMP 1
BR2 1N4002 12V 220V
C3 1000u/50V
C4 10u
+88.8
RL1
5V 12V V1
Source 220V
Turbidity Sensor
DS1307 RTC1 U1
Vcc 40 PA0/ADC0 PB0/T0/XCK 1 R1
330R Q1
BD139 WATER PUMP 2
SDA SCL SOUT VCC GND
39
PA1/ADC1 PB1/T1 2 38 PA2/ADC2 PB2/AIN0/INT2 3 37
PA3/ADC3 PB3/AIN1/OC0 4 12V 220V
analog output 36
PA4/ADC4 PB4/SS 5
35 6
ground 34 PA6/ADC6 PA5/ADC5 PB5/MOSI
33 PA7/ADC7
22 PC0/SCL 23
PC1/SDA 24 PC2 25 PC3 26 PC4 27 PC5 28 PC6/TOSC1 29
PC7/TOSC2 5V
PB6/MISO 7 PB7/SCK 8 PD0/RXD 14 PD1/TXD 15 PD2/INT0 16 PD3/INT1 17 PD4/OC1B 18 PD5/OC1A 19 PD6/ICP1 20 PD7/OC2 21 13
RL2
12V V3
Source 220V
32 XTAL1 12
30 AREF XTAL2 9
R2 Q2
BD139
330R
AVCC RESET
ATMEGA8535
11.0592Mhz
5V
www.TheEngineeringProjects.com LCD1
LCD 16X2
TestPin www.TheEngineeringProjects.com SONAR1
ULTRASONIC SENSOR
G nd EchoTrigger +5V
D7
D6 D5
D4 D3 D2
D1 D0
E RW
RS
VEEVDD
VSS
DS1307 RTC Modulewww.TheEngineeringProjects.com X1 X2 5V 12V 2GND 5V
Start
Inisiasi dan nilai awal
Baca jam digital
Bandingkan dengan setpoint
Jadwal
penggantian air? Y Aktifkan pompa air pengurasan
T
Baca sensor kekeruhan air
Baca sensor ultrasonik
Air mencapai 25%?
T
Air = keruh? Y
T
T
Y
Matikan pompa penguras, aktifkan pompa isi
T Jadwal makan?
Baca sensor ultrasonik
Y
Aktifkan servo motor
Air =100%? T
Y
Matikan pompa isi
Stop
Gambar 3.2 Diagram Alir (Flowchart)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian Display LCD M1632
Pengujian LCD menggunakan program yang dibuat khusus untuk menampilkan sebuah pesan pada LCD oleh mikrokontroler. Program dibuat dengan bahasa C, dan dijalankan pada kontroler dgn kondisi terhubung antara kontroler dengan LCD. Berikut adalah program yg dibuat untuk pengujian tersebut.
Lcd_init(16);
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf(“ALAT PEMBERSIH”);
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_putsf(“AKUARIUM AUTO”);
delay_ms(2000);
lcd_clear();
Setelah dijalankan pada rangkaian, saat diaktifkan display akan menampilkan pesan “ALAT PEMBERSIH AKUARIUM AUTO”.
Pengujian Turbidity Sensor
Turbidity sensor adalah sensor yang berfungsi mendeteksi tingkat kekeruhan air. Sensor tersebut adalah sensor analog yaitu sensor yang mengeluarkan output tegangan sesuai tingkat kekeruhannya. Program yang digunakan untuk kalibrasi dan pengukuran kekeruhan dibuat sebagai berikut.
Sensor_Keruh = (9800 - read_adc(0)*10)/3;
Read_Level();
lcd_clear();
if (Sensor_Keruh >= 630 && C >= 190 && D==0) { lcd_clear();lcd_putsf(" PERINGATAN !!!");
lcd_gotoxy(0,1);lcd_putsf("AIR KOLAM KERUH");delay_ms(1000);
PORTB.3 = 1;delay_ms(1000);PORTB.3 = 0;
lcd_clear();
sprintf(display_buffer,"LEVEL AIR: %imm ",C);
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_puts(display_buffer);
sprintf(display_buffer,"TBDITY : %i ntu ",Sensor_Keruh);
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_puts(display_buffer);
delay_ms(2000);
Untuk menguji sensor tersebut cukup menggunakan alat ukur voltmeter digital. Berikut afalah hasil pengujian yang dilakukan terhadap sensor turbidity.
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Turbidity Sensor Jenis Air Tegangan
Sensor (V)
Tingkat Kekeruhan
(NTU)
Kondisi Air
Aqua murni 4,37 56 Jernih
Teh 3,92 256 Kurang jernih
Teh tebal 3,36 468 Pekat
Susu 1,15 833 Sangat pekat
Air sabun 2,73 472 Pekat
Air lumpur 1,21 796 Sangat pekat
Dari pengujian diatas dapat dilihat bahwa tegangan akan tinggi mendekati 4,5V untuk air jernih. Makin kurang kejernihan air makin kecil tegangan keluarannya.
Pompa yang digunakan adalah pompa akuarium tipe sentrifugal arus bolak balik.
Aktifasi sensor oleh rangkaian digunakan relay dan penguat. Tegangan kerja pompa adalah 220V. Pengujian pompa adalah untuk mengetahui unjuk kerja pompa dalam mengalirkan air dari satu tempat ke tempat lain. Pompa dihubungkan dengan penampungan air dan tempat pembuangan air dengan menggunakan selang. Dengan demikian pengujian pompa dilakukan dengan mengukur volume air yang dipindahkan persatuan waktu. Prosedur atau cara pengujian pompa adalah dengan mengisi/memompakan air ke suatu penakar air dan ukur waktu setiap pencapaian batas 1 liter.
Tabel 4.3a Hasil Pengujian Pompa Pengisian Volume(L) Waktu(s) Debit(l/s)
1 5 0,2
2 10 0,2
3 16 0,18
4 21 0,19
5 25 0,2
6 31 0,19
7 36 0,19
8 41 0,19
9 47 0,19
10 52 0,2
Rata-rata debit dari hasil pengukuran diatas adalah:
Rata-rata = (0,2+0,2+0,18+0,19+0,2+0,19+0,19+0,19+0,19+0,2)/10
= 0,19L/s.
pengisisan adalah 0,19L/detik.
Tabel 4.3b Hasil Pengujian Pompa Pengurasan Volume(L) Waktu(s) Debit(l/s)
1 5 0,2
2 11 0,18
3 16 0,18
4 22 0,18
5 26 0,19
6 32 0,18
7 37 0,18
8 42 0,19
9 48 0,18
10 54 0,18
Rata-rata debit dari hasil pengukuran diatas adalah:
Rata-rata = (0,2+0,18+0,18+0,18+0,19+0,18+0,18+0,19+0,18+0,18)/10
= 0,18L/s.
Dari hasil pengujian diatas diperoleh debit rata-rata yang dapat dialirkan oleh pompa pengurasan adalah 0,18L/detik.
Pengujian Timer RTC
Timer RTC adalah jam digital yang mengatur waktu penggantian air dan pengatur waktu pemberian pakan ikan. RTC DS1307 memiliki pewaktu dalam variabel detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan dan tahun. RTC menyediakan pin battery-backup untuk dihubungkan dengan baterai lithium 3V sehingga ketika catu daya mati, battery-backup akan mengambil alih dan timer akan tetap berjalan sebagaimana mestinya. Berikut program yang dibuat untuk menset RTC.
// DS1307 Real Time Clock initialization for Bit-Banged I2C rtc_init(0,0,0);
for (i=0;i<30;i++){PORTD.2 = 1;delay_us(1000);PORTD.2 = 0;delay_ms(20);}
//rtc_set_time(10,9,30);
//rtc_set_date(4,20,8,20);
while (1) { lcd_clear();
rtc_get_time(&hour,&min,&sec);
sprintf(display_buffer,"Time: %2d:%02d:%02d\n ",hour,min,sec);
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_puts(display_buffer);
rtc_get_date(&week_day,&day,&month,&year);
sprintf(display_buffer,"Date: %2d/%02d/%d",day,month,2000+year);
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_puts(display_buffer);
delay_ms(2000);
lcd_clear();
for (i=0;i<15;i++){
Setminute = read_adc(1)/17;
sprintf(display_buffer,"SET TIME : %i mt ",Setminute);
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_puts(display_buffer);
delay_ms(200);
}
Dari program terlihat bahwa waktu di set pada pukul 10:9:30 dan pada tanggal 4
dilakukan 2 atau 3 kali sehari. Sedangkan penggantian air tergantung pada kekeruhan air tersebut. Hasil uji ketepatan waktu penggantian air untuk 10 hari pengujian adalah sebagai berikut.
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Timer RTC.
Hari Jam Penggantian Air
Waktu Pemberian Pakan Pagi
Waktu Pemberian Pakan Sore
1 8:00:04 8:10:02 18:15:06
2 8:00:03 8:10:01 18:15:03
3 8:00:05 8:10:08 18:15:09
4 8:00:02 8:10:09 18:15:05
5 8:00:07 8:10:08 18:15:09
6 8:00:05 8:10:07 18:15:11
7 8:00:02 8:10:12 18:15:01
8 8:00:04 8:10:11 18:15:03
9 8:00:03 8:10:06 18:15:08
10 8:00:04 8:10:09 18:15:02
Dari data tabel diatas dapat disimpulkan ketepatan waktu RTC cukup akurat, akurasi mencapai 100% untuk jam dan menit. Adapun selisih waktu hanya pada hitungan detik.
Pengujian Sensor Ketinggian Air (Ultrasonik)
Sensor diuji dengan membandingkan hasil pengukuran sensor pada display dengan pengukuran manual. Berikut adalah hasil pengujian yang dilakukan pada sensor ultrasonic.
Tampilan LCD (mm)
Ukur manual (mm)
% error
0 0 0%
11 10 10%
22 21 4,7%
31 30 3,3%
45 44 2,3%
58 61 4,9%
65 66 1,5%
77 79 2,5%
89 90 1,1%
97 98 1%
103 102 1%
111 112 0,9%
122 122 0%
131 130 0,8%
144 145 0,7%
152 150 1,3%
161 163 1,2%
173 177 2,3%
185 182 1,7%
