i
BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro
Disusun oleh:
YOHANES DWI HARDIYANTO NIM: 035114012
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
MICROCONTROLLER
Presented as Partial Fullfilment of the Requirment to Obtain the Sarjana Teknik Degree
in Electrical Engineering Study Program
written by :
YOHANES DWI HARDIYANTO
Student Number: 035114012
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
v
Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 2 april 2009
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : Yohanes Dwi Hardiyanto
Nomor Mahasiswa : 035114012
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
SISTEM PENYIRAMAN TANAMAN OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51
beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal : 30 Mei 2009 Yang menyatakan
(Yohanes Dwi Hardiyanto)
vii
HALAMAN MOTO DAN PERSEMBAHAN
viii
kondisi lingkungan. Dengan dasar tersebut dibuatlah sistem penyiraman yang memperhatikan lingkungan yang diterapkan pada penanaman bawang merah. Bawang merah harus mempunyai tata air dan tata udara dalam tanah yang baik.
Penyiraman dilakukan dengan pompa aquarium yang dikontrol oleh mikrokontroler berdasarkan suhu dan kelembaban tanah. Sensor suhu yang digunakan LM35. Sensor kelembaban tanah menggunakan dua pipa kuningan dengan prinsip elektroda. Unit antarmuka menggunakan beberapa rangkain pengondisi sinyal dan pengubah analog ke digital (ADC) yang diproses oleh mikrokontroler. Keluaran mikrokontroler ditampilkan ke LCD dan sebagai masukan transistor sebagai saklar. Transistor sebagai saklar digunakan untuk menghidupkan dan mematikan pompa.
Hasil pengujian dan analisa menunjukkan suhu udara yang dapat diukur 8 C - 50 C dengan tingkat kesalahan 1 C -2 C. Alat ini dapat mendeteksi keadaan tanah kering atau basah.
ix
ABSTRACT
In the natural condition or cultivated, plants suffered from stress as effect of environment condition. Based on this fact a watering system which concern the environment and apllied for onion planning was made. Onion had to have drainase system and airing system on the good soil.
The watering was made with an aquarium pump which was controled based on the temperature and soil humidity. The temperature sensor used was LM 35. The sensor of the oil humidity used two brass Pipes with an electrode principle. The interface unit used signal coditioning circuit and analog to digital (ADC) processed by microcontroller. The microcontroller output was displayed to LCD and switch transistor input. The switch transistor was used to turn off and turn on the pump.
The result of the measurement and analysis provided the air temperature which can be measured 6 C - 50 C with the error probability of 1 C - 2 C. This equiment could detect the condition of the soil whether is was dry or wet.
x
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ungkapkan pada Tuhan Yesus dan Bunda Maria, karena hanya berkat dan bimbingan-Nya penulis bisa menyelesaikan tugas akhir ini. Dengan usaha yang keras dan diiringi doa yang tiada henti juga atas bantuan semua pihak maka skripsi ini dapat diselesaikan.
Penulis menyadari bahwa mulai dari proses perancangan, realisasi sampai pengujian alat dan proses penyusunan skripsi ini tidak dapat lepas dari bantuan, dorongan, dan bimbingan berbagai pihak. Untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapakan terima kasih kepada :
1. Wiwien Widyastuti, S.T., M.T. selaku Dosen pembimbing I atas segala pemikiran dalam membimbing, ide, tenaga dalam menyelesaikan skripsi ini, serta kesabaran dan sarana yang sangat penulis perlukan untuk menyelesaikan tugas akhir ini dari awal hingga selesai.
2. Kedua orang tua tercinta Petrus Suradi dan Anna Cristina Boniyem. Terima kasih atas segalanya, perhatiannya, dukungan untuk terus maju, cinta dan kesabaran dalam mendidik penulis.
3. Kakakku Susan Premiati serta adikku Windriyani dan Clara Endri Prasetyani yang selalu memberikan dukungan semangat dan kasih sayang kepadaku. 4. Teman teman semua yang membantu karya tulis ini : Sukur Widodo, Wisnu
xi
5. Supriyono yang telah membantu dalam pembuatan mekanis alat.
6. Temanku yang mengerjakan bersama di lab TA: Taufik (TE04), Eri (TE04) dan Wiwied (TE03).
7. Laboran Teknik Elektro: Antonius Suryo, Suryo Asih Subrota, Aris Sukardjito dan semua staf sekretariat Fakultas Teknik.
8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu, yang telah membantu dalam seluruh rangkaian proses pendidikan ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, kelemahan dan jauh dari sempurna. Oleh sebab itu penulis dengan kerendahan hati mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan tugas akhir ini.
Yogyakarta, 2 april 2008 Penulis
xii
HALAMAN JUDUL....……….... i
HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INGGRIS.………... ii
HALAMAN PERSETUJUAN………. iii
HALAMAN PENGESAHAN ...………... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... vi
PERSEMBAHAN MOTTO...………... vi
INTISARI... vii
ABSTRACT ………... viii
KATA PENGANTAR………... ix
DAFTAR ISI ………... xi
DAFTAR GAMBAR ………... xiv
DAFTAR TABEL... xvi
DAFTAR LAMPIRAN... .………... xvii
BAB I. PENDAHULUAN... ………... 1
1.1 Judul …… ………... 1
1.2 Latar Belakang Masalah...……….... 1
1.3 Tujuan Dan Manfaat...………... 1
1.4 Batasan Masalah...………... 2
xiii
2.1 Tanaman Bawang Merah ... 5
2.2 Mikokontoler AT89S51...……….. 6
2.3 ADC 0804 ………... 10
2.4 Sensor Suhu ...………... 13
2.5 Sensor Kelembaban Tanah...……… 14
2.6 Komparator...………... 14
2.7 Pembagi Tegangan ...……….. 15
2.8 Penguat Non Inverting...……… 16
2.9 LCD……….………... 17
2.10 Transistor Sebagai Saklar...……….. 19
2.11 Relay...………... 20
BAB III. RANCANGAN PENELITIAN... 22
3.1 Prinsip Kerja...………... 22
3.2 Kontruksi Mekanis ……….. ……… 22
3.3 Sensor Suhu Dan Pengondisi Sinyal………... 23
3.4 Pembagi Tegangan Untuk Nilai Referensi ADC………... 25
3.5 ADC………... 26
3.6 Sensor Kelembaban Dan Pengondisi Sinyal ………... 28
3.7 Mikrokontroler………... 29
3.8 Transistor Sebagai Saklar... 31
xiv
3.9.3 Baca ADC…….……….... 35
BAB IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN ……… ………... 38
4.1 Pengamtan Sensor Suhu Dan Pengondisi Sinyal………. ….. 38
4.2 Pengamtan ADC………..………... 40
4.3 Pengamatan Sensor Kelembaban Dan Pengondisi Sinyal ……… 41
4.4 Pengamatan Mikrokontroler……….………. 42
4.5 Pengamatan Transistor Sebagai Saklar………... 44
4.6 Pengamatan LCD…….……….... 46
4.7 Pengamatan Kerja Sistem………... ……… 46
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ………... 48
5.1 Kesimpulan ……… 48
5.2 Saran ……… 48
DAFTAR PUSTAKA
xv
Gambar 2.1 Konfigurasi pin AT89S51………... 9
Gambar 2.2 Rangkaian sinyal detak………... 10
Gambar 2.3 Konfigurasi tombol reset………... 10
Gambar 2.4 Konfigurasi ADC 0804………... 12
Gambar 2.5 Sensor suhu model TO………... 13
Gambar 2.6 Pipa kunigan sebagai sensor kelembaban ………... 14
Gambar 2.7(a) Komparator non inverting dengan bias positif………... 15
Gambar 2.7(b) Grafik keluaran komparator ………... 15
Gambar 2.8 (a) Komparator inverting dengan bias positif………... 15
Gamabar 2.8(b) Grafik keluaran komparator inverting………... 15
Gambar 2.9 Konfigurasi pembagi tegangan ………... 16
Gambar 2.10 Penguat non inverting ………... 16
Gambar 2.11 Diagram kotak LCD 2X16 karakter………... 17
Gambar 2.12 Susunan pin LCD 2X16 karakter………... 18
Gambar 2.13 Konfigurasi transistor sebagai saklar………... 20
Gambar 2.14 Relay SPDT………... 21
Gambar 3.1 Blok diagram penyiraman otomatis………... 22
Gambar 3.2 Kontruksi Mekanis dari sistem penyiraman otomatis………... 23
Gambar 3.3 Rangkaian penguat non inverting………... 25
Gambar 3.4 Konfigurasi tegangan referensi pembagi tegangan………….... 26
xvi
Gambar 3.8 Gambar diagram alir utama program………. 33
Gambar 3.9 Gambar digram alir untuk penampil LCD ...……… 35
Gambar 3.10 Gambar alir pembacaan ADC……… 36
Gambar 4.1 Kontruksi mekanis system penyiraman otomatis…………..…… 38
Gambar 4.2 Grafik kesalahan pengukuran tegangan sensor suhu terhadap suhu... 39
Gambar 4.3 Grafik kesslahan pengukuran penguatan terhadap suhu……….... 40
Gambar 4.4 Grafik kesalahan ADC terhadap suhu……… 41
Gambar 4.5 Keluaran tegangan pada kondisi basah pada VC... 42
Gambar 4.6 Kondisi port P2.6 saat logika 1………... 43
xvii
Tabel 2.1 Fungsi pin LCD 2X16 karakter………... 19
Tabel 3.1 Penskalaan tagangan………... ... 24
Tabel 3.2 Kondisi hidup mati pompa………... 33
Tabel 4.1 Perancangan sensor kelembaban dan pengondisi sinyal ………... 41
Tabel 4.2 Pengamatan sensor kelembaban dan pengondisi sinyal………... 42
Tabel 4.3 Pengamatan mikrokontroler ………... 43
Tabel 4.4 Perancangan transistor sebagai saklar………... 44
Tabel 4.5 Pengamatan transistor sebagai saklar………... 44
xviii
Listing program………... L2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
JUDUL
Sistem Penyiraman Tanaman Otomatis Berbasis Mikrokontroler AT89S51
1.2
LATAR BELAKANG MASALAH
Tanaman dalam kondisi alamiah maupun dibudidayakan dengan pertanian
seringkali mengalami stres akibat kondisi lingkungan (environmental stresses). Stres
biasanya didefinisikan sebagai faktor luar yang tidak menguntungkan yang berpengaruh
terhadap tanaman. Dalam kasus ini, stress terjadi karena kondisi lingkungan atau abiotic
stresses seperti suhu, kelembaban, salinitas, kekeringan, dan banjir [1].
Dengan dasar tersebut, penulis ingin membuat sistem penyiraman yang
memperhatikan lingkungan yang diterapkan dalam penanaman bawang merah. Bawang
merah harus mempunyai tata air (drainase) dan tata udara (aerasi) dalam tanah yang
baik, tidak boleh ada genangan[2].
Pada penanaman bawang merah hanya memperhatikan kelembaban tanah yaitu
kering atau basah dan suhu sekitar.
1.3
TUJUAN DAN MANFAAT
Tujuan penelitian ini adalah membuat suatu replika sistem penyiraman otomatis
Manfaat dari sistem penyiraman tanaman otomatis ini dapat digunakan untuk
meringankan pekerjaan manusia pada umumnya dan petani pada khususnya yaitu
membantu penyiraman secara otomatis yang diatur berdasarkan kelembaban tanah dan
suhu. Hal ini dapat meminimalisasi kendali manual oleh manusia.
1.4
BATASAN MASALAH
Sistem penyiraman ini menggunakan pompa untuk mengatur penyiraman. Mati
hidup pompa diatur oleh mikrokontroler AT89S51 berdasarkan sensor kelembaban tanah
dan suhu.
Dengan demikian, batasan tugas akhir ini sebagai berikut:
1. Sistem penyiraman ini hanya merupakan replika dari sistem penyiraman
tanaman bawang merah yang sebenarnya.
2. Sistem penyiraman ini menggunakan sensor suhu ( lm 35 ).
3. Sistem penyiraman ini menggunakan sensor kelembaban tanah (dua pipa
kuningan dengan membandingkan resistansi).
4. Sistem penyiraman ini menggunakan pompa aquarium.
5. Sistem penyiraman ini menggunakan LCD 2×16 karakter untuk menampilkan
suhu.
6. Tampilan nilai suhu pada sistem penyiraman ini hanya merupakan bilangan
bulat yang hanya mengukur dari suhu 0 C - 50 C.
1.5
METODOLOGI
Dalam penelitian ini, langkah-langkah yang perlu dilakukan untuk merealisasikan
1. Studi literatur tentang permasalahan yang dihadapi melalui perpustakaan
maupun melalui sumber-sumber yang terkait.
2. Perencanaan dan pembuatan perangkat keras dan perangkat lunak berdasar
teori penunjang.
3. Pengujian perangkat keras dan program secara keseluruhan serta analisis data.
4. Melakukan evaluasi dan presentasi hasil yaitu melakukan evaluasi cara kerja
dari sistem yang telah dibuat untuk mengetahui aspek-aspek yang
mempengaruhinya.
1.6 SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematika penulisan dibagi dalam lima bagian yaitu:
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini berisi latar belakang penelitian, tujuan penelitian, batasan masalah yang
diteliti dan sistematika penulisan laporan.
BAB II. DASAR TEORI
Dasar teori berisi dasar teori dari konsep-konsep dan komponen-komponen yang
digunakan dalam melakukan penelitian.
BAB III. PERANCANGAN ALAT
Bab ini membahas tentang perancangan alat, konsep-konsep alat yang akan
dibuat, dan menjelaskan sistem masing-masing bagian.
BAB IV. PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN.
Bab ini berisi tentang hasil pengamatan dan pembahasan hasil dari pengamatan
oleh penulis.
BAB V. PENUTUP
berisi saran-saran yang memuat ide-ide untuk pengembangan sistem yang sudah
BAB II
DASAR TEORI
Bab ini berisi dasar-dasar teori tentang hal yang berhubungan dengan penanaman
tanaman bawang merah, konfigurasi sensor, rangkaian penguat, pengubah analog ke
digital, mikrokontroler, LCD, dan pompa air.
2.1
TANAMAN BAWANG MERAH
Tanaman bawang merah dalam tata nama tumbuhan, termasuk dalam klasifikasi
sebagai berikut: Divisio: Spermatophyta, Sub division: Angiospermae, Kelas :
Monocotyledone, Ordo : Lilialaes (LiliafloraeFamili), Sub ordo : Liliales, Genus :
Allium, Spesies : Allium ascalonicum[2].
Bawang merah dapat tumbuh dan berproduksi dengan baik di dataran rendah
sampai dataran tinggi ± 1.100 m (ideal 0 – 800 m) di atas permukaan laut. Produksi
terbaik dihasilkan dari dataran rendah yang didukung keadaan iklim, meliputi:
a) Suhu udara antara 25 C – <=32 C dan iklim kering.
b) Tempat terbuka dengan pencahayaan ± 70% karena bawang merah termasuk
tanaman yang memerlukan sinar matahari yang cukup panjang (long day plant).
c) Tiupan angin sepoi-sepoi berpengaruh baik bagi tanaman terhadap laju
fotosintesis dan pembentukan umbinya akan tinggi.
d) Drainase dan porositas tanah bagus namun dapat menjaga kelembaban tanah.
Bawang merah tumbuh baik pada tanah subur, gembur, dan banyak mengandung
bahan organik dengan dukungan syarat sebagai berikut:
a) Jenis tanah yang paling baik adalah lempung berpasir atau lempung berdebu.
b) Derajat keasaman tanah atau PHtanah untuk bawang merah antara 5,5 – 6,5.
c) Tata air (drainase) dan tata udara (aerasi) dalam tanah berjalan baik dan tidak
boleh ada genangan.
2.2
MIKROKONTROLER AT89S51
Mikrokontroler AT89S51 merupakan mikrokontroler yang diproduksi oleh
ATMEL. Mikrokontroler memiliki memori program internal yang disebut dengan
PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory). Mikrokontroler
AT89S51 mempunyai intruksi timer yang dapat diprogram sebagai PWM (Pulse Width
Modulator). Sebagai suatu sistem kontrol, di dalam mikrokontroler AT89S51 sudah
terdapat RAM dan ROM. Mikrokontroler AT89S51 mempunyai 40 kaki, 32 kaki untuk
keperluan input/output port, satu port I/O terdiri dari 8 kaki sehingga totalnya terdapat 4
buah port I/O yang masing-masing dikenal sebagai port 0, port 1, port 2, dan port 3 [3].
Secara umum, konfigurasi yang dimiliki mikrokontroler AT89S51 adalah :
• Kompatibel dengan produk MCS-51.
• 8 bit CPU (Central Processing Unit) dengan register A dan B.
• 16 bit PC (Program Counter) dan DPTR (Data Pointer).
• 8 bit PSW (Program Status Word).
• 8 bit SP (Stack Pointer).
• 8 Kbyte PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory).
• 32 pin Input/Output yang tersusun dari 4 port (masing-masing port 8 bit).
• 2 buah Timer/Counter 16 bit.
• Register Control : TCON, TMOD, SCON, PCON, IP, dan IE.
• Rangkaian osilator dan clock.
• Data Transmitter/Receiver (SBUF).
• 2 buah eksternalinterrupt dan 3 buah internal interrupt.
Berikut fungsi masing-masing pin AT89S51 pada Gambar 2.1
1. Pin 1 sampai 8, P1.0 sampai P1.7. Port 1 ini dapat berfungsi sebagai I/O biasa
dan dapat berfungsi sebagai input dengan memberi logika “1”. Sebagai output,
port ini dapat memberikan sink output keempat buah input TTL. Sedangkan
sebagai fungsi yang lain, dalam hal ini untuk In-System Programming (ISP),
port 1 dapat berperan sebagai:
a. P1.5 atau MOSI, digunakan untuk serial data input.
b. P1.6 atau MISO, digunakan untuk serial data output.
c. P1.7 atau SCK, digunakan untuk serial clock input.
2. Pin 9, RST, sebagai masukan reset. Kondisi “1” selama 2 mc (machine cycle)
pada saat osilator bekerja akan me-reset mikrokontroler yang bersangkutan.
3. Pin 10 sampai 17, P3.0 sampai P3.7. Port 3 ini sebagai port I/O biasa dan
mempunyai sifat yang sama dengan port 1 maupun port 2. Sedangkan sebagai
fungsi khusus, port ini mempunyai keterangan sebagai berikut:
• Pin 10, P3.0 atau RXD, sebagai serial input port.
• Pin 11, P3.1 atau TXD, sebagai serial output port.
• Pin 12, P3.2 atau INT0, sebagai external interrupt 0 port.
• Pin 14, P3.4 atau T0, sebagai external timer 0 inputport.
• Pin 15, P3.5 atau T1, sebagai external timer 1 inputport.
• Pin 16, P3.6 atau WR, sebagai external data memory write strobe port.
• Pin 17, P3.7 atau RD, sebagai external data memory read strobe port.
4. Pin 18, XTAL1, sebagai oscillator input.
5. Pin 19, XTAL2, sebagai oscillator output.
6. Pin 20, GND, sebagai ground.
7. Pin 21 sampai 28, P2.0 sampai P2.7 atau A8 sampai A15. Port 2 ini berfungsi
sebagai I/O biasa. Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai
input dengan memberi logika “1”. Sebagai output, port ini dapat memberikan
sink output ke empat buah input TTL.
8. Pin 29, PSEN (Program Store Enable), merupakan sinyal baca untuk memori
program eksternal. PSEN akan aktif dua kali setiap cycle.
9. Pin 30, PROGatau ALE (Address Latch Enable), pin ini menghasilkan
pulsa-pulsa untuk mengunci byte rendah (low byte) alamat selama pengaksesan
memori eksternal. Pin ini juga berfungsi sebagai masukan pulsa program (the
pulse program input). Pada operasi normal, ALE akan mengeluarkan sinyal
clock sebesar 1/6 dari frekuensi kristal.
10. Pin 31, Vpp atau EA (External Access Enable), EA harus selalu dihubungkan
ke ground apabila mikrokontroler akan mengeksekusi program dari memori
eksternal 0000h sampai FFFFh. Selain dari itu, EA akan dihubungkan ke Vcc
agar mikrokontroler mengakses program secara internal.
11. Pin 32 sampai 39, P0.7 sampai P0.0 atau D7 sampai D0 dan A7 sampai A0.
dapat memberikan sink output ke delapan buah TTL input atau dapat diubah
sebagai input dengan memberikan logika “1” pada port tersebut.
12. Pin 40, VCC, sebagai penyedia tegangan.
Gambar 2.1 Konfigurasi pin AT89S51
Mikrokontroler ATMEL AT89S51 memiliki osilator yang tersedia pada kemasan
IC tersebut (on chip) sebagai sumber detak (clock). Kaki pin 18 dan 19 merupakan kaki
XTAL1 dan XTAL2 yang dihubungkan dengan kristal keramik dan kapasitor, selanjutnya
terhubung dengan ground. Gambar 2.2 menunjukkan cara menghubungkan kristal
sumber detak dengan Mikrokontroler AT89S51. Besar kapasitor yang terhubung dengan
sumber detak tergantung dari jenis sumber detak yang dipasangkan. Bila sumber detak
berupa kristal, maka besar kapasitor yang terpasang adalah 30 pF ± 10 pF dan bila jenis
keramik besar kapasitor yang terpasang adalah 40 pF ± 10 pF sesuai dengan yang
Gambar 2.2 Rangkaian pembangkit sinyal detak
Gambar 2.3 menunjukkan konfigurasi tombol reset. Reset akan aktif bila pin RST
diberikan logika tinggi selama 2 µs.
VCC
R
RST
C
0
SW1
1 2
Gambar 2.3 Konfigurasi tombol reset
Bila tombol reset tidak ditekan, maka pin RST akan mendapat input logika
rendah, sehingga mikrokontroler akan bekerja normal. Resistor dan kapasitor digunakan
untuk memperoleh waktu pengosongan kapasitor. Waktu pengosongan kapasitor dapat
dihitung sebagai berikut:
C R
T= × ………... (2.1)
2.3
ADC 0804
Konversi dari level tegangan ke dalam bentuk digital itu sangat penting di dalam
antarmuka antara digital dan dunia nyata. Pengonversi level tegangan analog ke digital,
telah tersedia dalam bentuk IC ADC 0804. Berisi delapan pin analog to digital converter,
yang dibutuhkan dalam antarmuka di dalam mikroprosesor[5].
Ketelitian ADC tergantung pada bit data digital yang diharapkan. ADC 8 bit dapat
dibangkitkan 2,55 Volt. ADC dapat mencacah tegangan dari 0 Volt sampai 2,55 Volt,
dengan kenaikan input 0,01 Volt. Setiap kenaikan 0,01 Volt keluaran ADC akan berubah
1 bit. Nilai cacahan 0 sampai 225 akan diubah menjadi digital dengan nilai 00H sampai
FFH. Waktu pengubahan pada ADC ditentukan dengan persamaan 2.2.
64 T
Tkonversi= clock ………. (2.2)
Tkonversi = Waktu yang dibutuhkan untuk mengubah 1 data analog menjadi 1 data digital.
Tclock = Periode Clock
clock Clock
T 1
Frekuensi =
……… (2.3)
Sesuai dengan rumusan pada data sheet ADC 0804, frekuensi clock dengan konfigurasi typical pada data sheet seperti Gambar 2.4 adalah
C x R x 1,1 1 = clock f ………..(2.4)
Resolusi ADC dinyatakan dengan persamaan 2.5.
255 V -V
Resolusi= ref(+) ref(-) ………...(2.5)
Resolusi = Ketelitian ADC Vref(+) = Referensi tegangan atas
Vref(-) = Referensi tegangan bawah
mv 19,6
Perubahan ADC tiap bit dinyatakan dengan persamaan 2.6.
ADC Resolusi
konversi Tegangan
Level = ………..(2.6)
Tegangan konfersi = Level x Resousi ADC …………..…………(2.7)
Rev erensi 0 U5 ADC0804/SO 6 7 8 9 1 0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 0 4 5 1 2 3 +IN -I N G N D VREF/2 G N D DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 CLKR V C C /V R E F CLKIN INTR CS RD WR SOC Input 0 Mengaktif kan ADC
EOC
VCC = 5 v olt
Data Digital R 10K Baca ADC C 150pF
Gambar 2.4 Konfigurasi ADC 0804
Fungsi dari 20 pin DIP ADC 0804
1. Pin 1. Chip Select (CS), sinyal untuk mengaktifkan ADC. Jika pin CS rendah, maka ADC aktif.
2. Pin 2. Read (RD), merupakan sinyal baca. Jika RD rendah, maka ADC memulai membaca data analog.
3. Pin 3. Write (WR), merupakan pin mulai konversi. Jika WR rendah, mulai konversi.
4. Pin 4 (Clk In) dan 19 (Clk R), merupakan pin yang berfungsi sebagai sumber
5. Pin 5 (INTR), merupakan pin interupsi. Bila INTR bernilai tinggi, menandakan
ADC mulai konversi. Jika nilai rendah berarti selesai konversi.
6. Pin 6 (Vin +), merupakan pin tegangan input analog positif.
7. Pin 7 (Vin -), merupakan pin tegangan input analog negatif.
8. Pin 8 dan pin 10 (Agng dan Vdng), pin ini harus di tanahkan karena Agnd
merupakan acuan bagi decoder pada ADC dan Vdgn sebagai acuan bagi clock
generator.
9. Pin 9 (Vref/2), merupakan pin untuk input tegangan yang menentukan besarnya
tegangan yang dibutuhkan untuk tiap cacahan.
10.Pin 1-18 (D7-D0), merupakan pin untuk output digital.
11.Pin 20 (VCC), merupakan pin untuk catu tegangan sebesar 5 Volt.
2.4
SENSOR SUHU
Untuk sensor suhu secara khusus sudah tersedia dalam bentuk semikonduktor.
Sensor ini bentuk fisik seperti transistor mempunyai tiga buah kaki. Contohnya adalah IC
LM 35. IC LM 35 mempunyai karakteristik seperti berikut: Mempunyai perubahan pada
keluaran sebesar 10 mV setiap 1 C, akan menghasilkan suhu yang linear, dan
mempunyai jangkah pengukuran suhu sebesar -55 C−150 C[6]. Gambar 2.5 menunjukan sensor suhu LM 35
2.5
SENSOR KELEMBABAN TANAH
Elektroda adalah konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan bagian
atau media non logam dari sebuah circuit, misalnya semikonduktor, elektrolit, atau
vacum[7].
Prinsip di atas digunakan untuk sensor kelembaban. Sensor kelembaban tanah
menggunakan dua pipa kuningan. Logam ini mempunyai sifat konduktor. Tanah
memiliki nilai resistansi tertentu yang dipengaruhi oleh kadar airnya.
Berdasarkan pengertian di atas, pada saat tanah kering maka arus yang ada di pipa
satu tidak mengalir ke pipa 2. Sebaliknya jika dalam keadaan basah arus pada pipa1 akan
mengalir ke pipa 2. Gambar 26 menunjukan sensor kelembaban.
Gambar.2.6 Pipa kuningan sebagai Sensor kelembaban tanah
2.6
KOMPARATOR
Rangkaian komparator merupakan rangkaian pembanding antara terminal input
inverting maupun non inverting. Bila input terminal inverting lebih tinggi dari input
terminal non inverting, maka output saturasi positif. Sebaliknya, bila input non inverting
lebih tinggi dari terminal inverting, maka output-nya saturasi negatif [8]. Komparator non
a) b)
Gambar 2.7 a) Komparator non inverting dengan bias positif b)Grafik keluran komparator
Dari gambar 2.7 terlihat bahwa saat VI < Vref maka VO = -Vsat, sedangkan
saatVI > Vrefmaka VO= Vsat. Comparator inverting dengan bias positif ditunjukkan oleh
gambar 2.8.
a) b)
Gambar 2.8 a) Komparator inverting dengan bias positif b)grafik keluran komparator inverting
2.7
PEMBAGI TEGANGAN
Rangkaian pembagi tegangan merupakan rangkaian yang terdiri dari resistor
yang dikonfigurasikan seperti pada gambar 2.9. Vout ditentukan dengan persamaan 2.8[9].
CC 2 1
2
out V
R R
V x
R
+
= ……….…(2.8)
Vsat
-Vsat Vref Vo
Vi -Vsat
Vsat
Vi Vo
VC C
R2
Vout
0 R1
Gambar 2.9 Konfigurasi pembagi tegangan
2.8
PENGUAT
NON INVERTING
Rangkaian penguat non inverting merupakan rangkaian penguat dengan OP-Amp
dengan konfigurasi seperti pada Gambar 2.10 0utput penguat non inverting tidak
membalik nilai amplitudo gelombang input [9].
VCC
+
-3 2
6
4
7
RB
RA
V o
V i
Gambar 2.10 Penguat non inverting
I O V
V V
A = ……….(2.9)
I B A
O V
R R
V
+
= 1 ………..………(2.10)
2.9
LCD (
LIQUID CRISTAL DISPLAY
)
LCD merupakan salah satu penampil pada peralatan elektronik modern saat ini.
Beberapa peralatan elektronik menggunakan penampil LCD. LCD ini dibuat khusus
sehingga dapat menampilkan tanda-tanda tertentu seperti yang dipakai pada layar
handphone. Tampilan tersebut harus dibuat khusus pada saat LCD dibuat [10].
Pada LCD telah terdapat sebuah kontroler. Kontroler akan mempermudah
hubungan antarmuka antara LCD tersebut dengan mikrokontroler. Kontroler yang
ditanamkan ke dalam LCD umumnya kompatibel (berbasis kontroler Hitachi
HD44780U), walaupun berbeda pabrik pembuat LCD tersebut.
Kontroler HD44780 memerlukan 3 jalur kontrol dan 4 atau 8 jalur untuk data.
Dengan menggunakan jalur data 8 bit, maka diperlukan 11 jalur I/O. Sedangkan jika
menggunakan komunikasi 4 bit, maka pemrograman sedikit lebih rumit tetapi jalur I/O
yang diperlukan turun menjadi 7 jalur. Diagram dari LCD 2X16 karakter ditunjukkan
oleh gambar 2.11.
Gambar 2.12 Susunan Pin LCD 2X16 Karakter
Ketika dua jalur yang penampil karakter pada LCD diatur oleh pin EN, RS, dan
RW,
Jalur EN dinamakan Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahu LCD bahwa sedang
dikirimkan sebuah data. Untuk mengirimkan data ke LCD. Melalui program EN harus
dibuat logika “0” dan set pada dua jalur kontrol yang lain RS dan RW lain telah siap. Set
EN dengan logika “1” dan tunggu untuk sejumlah waktu tertentu (sesuai dengan data
sheet dari LCD tersebut) dan berikutnya set EN ke logika “0” lagi. Jalur RS adalah jalur
Register Select. Ketika RS berlogika “0”. Data akan dianggap sebagai sebuah perintah
atau instruksi khusus (seperti clear screen, posisi kursor). Ketika RS berlogika “1”, data
yang dikirim adalah data teks yang akan ditampilkan pada penampil LCD.
Sebagai contoh, untuk menampilkan huruf “T” pada layar LCD. RS harus diset
logika “1”. Jalur RW adalah jalur kontrol Read/ Write. Ketika RW berlogika “0”, maka
informasi pada bus data akan dituliskan pada layar LCD. Ketika RW berlogika ”1”, maka
program akan melakukan pembacaan memori dari LCD. Sedangkan pada aplikasi umum
pin RW selalu diberi logika ”0”. Pada akhirnya, bus data terdiri dari 4 atau 8 jalur
Tabel 2.1 Fungsi Pin LCD 2X16 Karakter
No Pin Simbol Fungsi
1 Vss Ground
2 Vcc Vcc +5V
3 VEE Pengatur Kontras
4 RS Register Select
5 R/W Read/Write
6 E Enable
7 DB0 Data Bit 0
8 DB1 Data Bit 1
9 DB2 Data Bit 2
10 DB3 Data Bit 3
11 DB4 Data Bit 4
12 DB5 Data Bit 5
13 DB6 Data Bit 6
14 DB7 Data Bit 7
15 BPL Back Plane Light
16 GND Ground
2.10 TRANSISTOR SEBAGAI SAKLAR
Untuk dapat menggunakan transistor sebagai saklar. Transistor harus
dikonfigurasi sedemikian rupa sehingga bekerja di daerah cut-off. Jika kemudian
C
I mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja transistor berada pada daerah
cut-off yaitu dari keadaan saturasi (OFF) lalu menjadi aktif (ON). Perubahan ini dipakai
pada sistem digital yang hanya mengenal angka biner 1 dan 0 yang tidak lain dapat
direpresentasikan oleh status transistor OFF dan ON [11].
C CC B C
R V I
I =β = ... ( 2.11)
C c
I
R = VCC -VCE ……….. (2.12)
B B
I
R = VB-VBE ... (2.13)
RB
RC Vcc
Vin VB
Gambar 2.13 Konfigurasi transistor sebagai saklar
2.11
RELAY
Relay merupakan jenis kontak yang diaktifkan melalui elektromagnetik. Relay
terdiri dari koil dan kontak. Koil ini diaktifkan dengan memberikan arus elektrik. Koil
yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang akan menarik kontak
K1
RELAY SPDT 3
5
4 1
2
Gambar 2.14 Relay SPDT
Cara kerja komponen ini dimulai pada saat mengalirnya arus listrik melalui koil.
Membuat medan magnet sekitarnya mengubah posisi saklar, sehingga menghasilkan arus
listrik yang lebih besar. Di sini keutamaan komponen sederhana ini yaitu dengan
BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
3.1
PRINSIP KERJA
Alat penyiraman ini mempunyai tiga bagian utama yang dirancang yaitu : bagian
input, bagian pengendali, dan bagian output. Bagian input atau masukan merupakan
sensor kelembaban tanah, sensor suhu, pengondisi sinyal, dan ADC. Bagian pengendali
merupakan IC mikrokontroler. Bagian output atau keluaran adalah pompa dan LCD. Blok
diagram alat seperti gambar 3.1.
Gambar 3.1 Blok diagram penyiraman tanaman otomatis
3.2 KONSTRUKSI MEKANIS
Rancangan konstruksi mekanis sistem penyiraman tanaman ini terdiri dari sumber
Gambar 3.2 Konstruksi mekanis dari sistem penyiraman tanaman
3.3
SENSOR SUHU DAN PENGONDISI SINYAL
Untuk mengetahui suhu udara dibutuhkan sensor suhu yaitu menggunakan sensor
LM 35. LM 35 yang mempunyai beberapa kelebihan yaitu harganya cukup murah,
mempunyai kalibrasi yang langsung dengan celcius, dan mempunyai skala 10 mV/ C.
Pada suhu 20 C, LM 35 mempunyai lineritas tegangan 200 mV. Jangkuan LM 35 adalah
antara 0 C sampai 150 C. Keluaran maksimal suhu sebesar 1,5 Volt. Penelitian ini
hanya memakai 0 sampai 0,5 Volt karena dipakai untuk mengukur sampai 50 C.
Bila ADC mempunyai resolusi 19,6 mV, nilai maksimal sama dengan ADC 5 V
maka besarnya tegangan yang dibutuhkan ADC untuk menghasilkan nilai suhu tertentu.
Jika Setiap 1 C diwakili nilai desiamal 5.1 maka saat 50 C diwakili nilai desimal 255
adalah sebagai berikut :
Untuk 1 C: Untuk 50 C :
Vin ADC = 5.1 x 19,6 mV Vin ADC = 255x 19,6 mV
Vin ADC = 0,099V Vin ADC = 4,998V
Hubungan tegangan antara masukan sensor yang harus disesuaikan dengan ADC adalah
seperti pada tabel 3.1
Tabel 3.1 Penskalaan tegangan
Suhu ( C)
Tegangan
Sensor suhu
(V)
Tegangan
input ADC (V)
Bilangan
Heksadesimal
ADC
0 0 0 00H
1 0,01 0,099 05H
31 0,31 3,098 9EH
32 0,32 3,198 A3H
33 0,33 3,298 A8H
50 0,5 4.998 FFH
Untuk mencapai masukan yang diinginkan oleh ADC diperlukan rangkaian
penguat non inverting, seperti terlihat pada gambar 3.3. Penguatan dari penguat non
inverting dicari dengan persamaan 2.9
996 , 9 5 , 0 998 . 4 = = V A VCC_CIRCLE ADC
s ens or +
-U1A OP-11 3 2 1 4 1 1 RB RA
Penguatan nilai dari penguat non inverting sama dengan 9,996 Nilai RA dan RB
dapat diketahui dengan persamaan 2.10.
+ = B A R R 1 996 , 9 996 , 8 = B A R R
jika RB=10K maka nilai RA=89,96K. Nilai RA tidak ada di pasaran
sehingga digunakan resistor yang diseri yaitu 56K , 33K , 330 , dan 330 .
3.4 PEMBAGI TEGANGAN UNTUK NILAI REFERENSI ADC
Pembagi tegangan ini berfungsi untuk tegangan referensi ADC. Nilai tegangan
referensi sama dengan 2,5 Volt. Tegangan VCC sama dengan 5 Volt. Nilai resistornya
dapat dicari dengan persamaan 2.8.
5 5 , 2 4 3 4 × + = R R R 4 3 4 5 , 0 R R R + = 4 3 0,5
5 ,
0 R = R
4
3 R
R =
Bila nilai R3 dipilih sama dengan 10 K maka nilai R4 sama dengan 10 K.
VCC
R3
10K
R4
10K
Vref
Gambar 3.4 Konfigurasi tegangan referensi dengan pembagi tegangan
3.5 ADC
Untuk menghidupkan IC 0804, generator clock internal harus diaktifkan dengan
menghubungkan resistor eksternal antara pin CLK OUT dan CLK IN serta sebuah
kapasitor eksternal (C) antara CLK IN dan ground digital.
Perancangan ADC menggunakan waktu konversi 100µs sesuai dengan data sheet
ADC 0804. Mengacu persamaan 2.2, frekuensi clock yang digunakan sebesar:
4 6 6 10 64 T T 10 6400 64 T 10 100 − − − × = = × = × clock clock clock kHz fclock fclock Tclock fclock 640 10 64 1 1 4 = × = = −
dengan persamaan 2.4, maka nilai-nilai R dan C adalah :
1.1 640.000
1 C
R
× =
×
Bila R dipilih 10 K , maka:
pF C
C
150
100000 1
. 1 640000
1
= × ×
=
Input ADC berupa tegangan DC antara 0 Volt sampai dengan 5 Volt. Kontrol-kontrol ADC yang meliputi CS, RD, WR, dan INT masing-masing aktif bila diberikan logika rendah. Pin-pin kontrol dihubungkan dengan mikrokontroler AT89S51 pada kaki P2.0, P2.1, P2.2, dan P2.3.
Output ADC yang berupa data digital dihubungkan dengan mikrokontroler pada
port 1. Kaki DB7 pada ADC 0804 dihubungkan pada kaki P1.7 sebagai MSB (Most Significant Bit) dan pada kaki DB0 sebagai LSB (Least Significant Bit) yang terhubung dengan kaki P1.0 pada mikrokontroler.
3.6 SENSOR KELEMBABAN DAN PENGONDISI SINYAL
Sensor ini menggunakan dua pipa kuningan. Pipa pertama tehubung ke catu daya dan pipa kedua terhubung ke rangkaian komparator. Hal ini dilakukan agar kedua sensor mampu mendeteksi keadaan kering maupun basah. Saat keadaaan basah arus akan mengalir dari pipa pertama ke pipa kedua. Sebaliknya, pada keadaan kering pipa tidak mampu mengalirkan arus karena terhalang oleh resistansi tanah.
Sensor ini dirangkaikan dengan komparator, pembagi tegangan, dan transistor sebagai saklar seperti gambar 3.5.
ref
menggunakan pembagi tegangan dengan nilai resistor sama yaitu 10 K sehingga dapat
diperkirakan nilai inputnya:
CC xV 4 3 4 in R R R V + = V V K K K V in in 5 , 2 5 10 10 10 = × + = R5 POT 1 3 2 VCC 5V R3 R R4 R Q1 3 2 1 R7 R vref + -U1A 3 2 1 8 4 R6 R pipa1 mikrokontroler P3.2 v cc 5V
vin
pipa2
vc
R1 R
Gambar. 3.5 Rangkaian sensor kelembaban tanah.
Untuk transistor sebagai saklar dapat diperoleh nilai-nilai sebagai berikut.
Dengan menentukan nilai resistansi RC sebesar 100 , β transistor 100, VB = 5 V
(keluaran dari komparator) maka dapat ditentukan nilai RB sebesar:
mA R V I C CC C 50 100 5 = = = A mA I I C
B
β
500µ
100 50 = = = Ω = − = − = K A I V V R B BE B
B 8,6
Dari gambar 3.5, nilai Vc dapat diketahui. Saat kondisi kering, nilai Vin < V ref
maka VO = Vsat sehingga nilai pada port mikrokontroler VC = 0 V. Saat kondisi basah,
nilai Vin > Vref VO = -Vsat sehingga nilai pada port mikrokontroler dapat dicari dengan
persamaan:
C C
C I R
V = ×
mA VC =100×50
VC = 5 V
3.7
MIKROKONTROLER
Mikrokontroler AT89S51 adalah pengolah data dalam perancangan tugas akhir
ini. Data input yang berasal dari sensor akan diproses lebih lanjut dengan serangkaian
interupsi yang telah diprogramkan ke dalam mikrokontroler.
Untuk menjalankan mikrokontroler dibutuhkan rangkaian eksternal, yaitu resistor
pullup, rangkaian osilator, dan rangkaian reset, seperti ditunjukan pada gambar 3.6.
Mikrokontroler AT89S51 sudah memiliki rangkaian osilator internal (On Chip
Osilator) yang dapat digunakan sebagai sumber Clock bagi CPU. Untuk dapat
menggunakan rangkaian osilator dalam Chip, harus ditambahkan sebuah kristal dan dua
buah kapasitor pada pin XTAL 1 dan pin XTAL 2 (kaki 19 dan kaki 18 mikrokontroler).
Rangkaian osilator pada perancangan ini menggunakan kristal 12 MHz dan dua
VCC VCC_CIRCLE U2 AT89C51 9 18 19 29 30 31 1 2 3 4 5 6 7 8 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 39 38 37 36 35 34 33 32 RST XTAL2 XTAL1 PSEN ALE/PROG EA/VPP P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INTO P3.3/INT1 P3.4/TO P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 SW1 1 2 C5 10u Y 1 12Mhz C3 30p C4 30p R2 R adc lcd
RANGAKIAN PENGERAK POMPA SOC
MENGAKTIFKAN ADC E PADA LCD BACA ADC
sensor suhu EOC
RS pada lcd
Gambar 3.6 Rangkaian mikrokontroler
Rangkaian reset digunakan untuk mereset mikrokontroler pada saat catu daya
dihidupkan. Keadaan reset pada mikrokontroler terjadi apabila pin reset diberi logika
tinggi selama beberapa milidetik Waktu reset dapat dihitung menggunakan persamaan
2.1. Pada perancangan ini, waktu reset ditetapkan 100 ms. Nilai kapasitor sebesar 10 uF.
Nilai resistor yang diperlukan sama dengan:
R = 6
3 10 . 10 10 . 100 − −
= 10 K
Pin EA/VPP dihubungkan dengan sumber VCC +5 Volt agar mikrokontroler
mengakses program internal dari PEROM. Jika dihubungkan dengan ground,
mikrokontroler akan mengeksekusi program eksternal. PIN PSEN dan ALE/PROG tidak
Output mikrokontroler digunakan untuk menghidupkan pompa dengan rangkaian
transistor sebagai saklar dan relay.
3.8TRANSISTOR SEBAGAI SAKLAR
Untuk dapat menyalakan sebuah pompa diperlukkan rangkaian transistor sebagai
saklar dan relay dengan konfigurasi seperti gambar 3.7.
Untuk transistor sebagai saklar dapat diperoleh nilai-nilai sebagai berikut.
Dengan menentukan nilai resistansi RC sebesar 100 , β transistor 100, VB = 5 V
(keluaran dari mikrokontroler) maka dapat ditentukan nilai RB dengan persamaan 2.11,
2.12, dan 2.13.
mA R V I C CC C 50 100 5 = = = A mA I
IB C
µ
β
100 500 50 = = = VCC_CIRCLE Q1 BDB01A 3 2 1 R1 R D1 DIODE K1 RELAY SPDT 3 5 4 1 2 mikrokontroler sumbe acGambar 3.7 Rangkaian transistor sebagai saklar untuk menggerakan pompa
Ω = − = − = K A I V V R B BE B
B 8,6
3.9 PEMROGRAMAN PADA MIKROKONTROLER
Pemrograman mikrokontroler digunakan untuk dapat menjalankan rangkaian
elektronis sesuai yang diharapkan. Komponen elektronis harus mengikuti aturan yang
telah diprogramkan dalam mikrokontroler yang sesuai dengan logika program seperti
yang tersusun dalam diagram alir gambar 3.8.
Pemrograman mikrokontroler digunakan untuk membaca data dari ADC dan
pengondisi sinyal. Data ini diolah kemudian digunakan untuk menggerakan pompa.
Hidup mati pompa diatur oleh sensor kelembaban tanah dan suhu. Kondisi hidup mati
pompa dapat dilihat dalam tabel 3.2. Pada tabel 3.2, kondisi hidup mati pompa pada
kenaikan suhu diberi histerisis 1 C untuk menghindari hidup mati pompa yang terlalu
cepat.
Program dikelompokkan menjadi inisialisasi program dan subroutine. Subroutine
adalah pembacaan data ADC dan tampilan suhu pada LCD.
Tabel 3.2 Kondisi hidup mati pompa
Kondisi suhu≤ 31 C ≥32 C
kering Hidup hidup
3.9.1
INISIALISASI PORT
Port pada mikrokontroler perlu diinisialisasi untuk dapat dijalankan:
1. P.3.2 untuk output rangkaian sensor kelembaban tanah.
2. P.1.0 sampai P.1.7 untuk output dari ADC dengan DB0 sebagai LSB
diinisialisasikan sebagai P.1.0 dan DB7 sebagai MSB diinisialisasikan
sebagai P.17.
3. P.2.0 untuk output AOC.
4. P.2.1 untuk output baca ADC.
5. P.2.2 untuk output SOC.
6. P.2.3. diinisialisasikan sebagai pengaktif ADC.
7. P.2.6 untuk input dari rangkaian rangkaian penggerak pompa.
8. P0.0 sampai P.0.7 untuk input dari LCD dengan P.0.0 diinisialisasikan
sebagai DB0 dan P.0.7 diinisialisasikan sebagai DB7.
9. P.2.4 untuk RS pada LCD dan P.2.5 untuk enable pada LCD.
3.9.2
RUTIN PENAMPIL LCD
Untuk dapat menampilkan data, LCD perlu mengikuti aturan yang telah
diprogramkan pada mikrokontroler sesuai logika program sesuai diagram alir pada
gambar 3.9. LCD mempunyai beberapa kontrol yaitu: enable, RS dan RW. Enable harus
dibuat logika “0”. Jalur ini digunakan untuk mengetahui bahwa LCD sedang menerima
data. Setelah ada sinyal pengiriman data, sinyal RS dikirim. Pada RW biasanya rangkaian
telah diset berlogika “0”. Simpan data ADC ke ACC. Ubah data ADC ditambah 30H
Gambar 3.9 Gambar diagram alir untuk penampil LCD
3.9.3
BACA ADC
Dalam melakukan konversi data analog menjadi digital, ADC 0804
1. Start of Convertion (SOC), ADC mulai konversi, bila pin SOC di berikan
logika rendah.
2. End of Convertion (EOC), pemberitahuan keluar ADC, bahwa ADC telah
selesai mengonversi. Tanda EOC merupakan logika rendah.
3. Read (RD), proses pengambilan data pada ADC.
Gambar 3.10 Diagram alir pembacaan ADC
Pertama, rutin baca ADC dimulai dengan mengirimkan sinyal SOC dengan
memberikan logika rendah pada pin SOC agar ADC mulai mengonversi. Proses kedua
yaitu menunggu sinyal balasan dari ADC yang berupa logika rendah pada pin EOC yang
berarti ADC selesai konversi. Proses ketiga yaitu dikirimkan sinyal RD agar data digital
Proses pembacaan ADC diteruskan dengan menyalin isi port 1 ke accumulator
yang nantinya akan diubah menjadi data serial. Gambar 3.10 merupakan gambar diagram
HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
Bab ini akan membahas mengenai hasil pengamatan dari alat penyiraman
otomatis berbasis mikrokontroler AT89S51. Pengujian dilakukan dengan cara simulasi
dengan menggunakan tanah dan air sebagai sampel.Tanah digunakan untuk mendeteksi
kering atau basah. Air digunakan untuk pengujian suhu udara. Hasil akhirnya adalah
perangkat keras. Pengamatan perangkat keras ini menggunakan multimeter digital,
osiloskop dan termometer air raksa. Hasil akhir dari alat penyiraman otomatis secara
mekanis tampak seperti gambar 4.1
Gambar 4.1 Kontruksi mekanis sistem penyiraman otomatis
4.1 PENGAMATAN SENSOR SUHU DAN PENGONDISI SINYAL
Sensor suhu dan penguat non inverting diamati pada bagian ini. Tegangan sensor
Pengujian sensor suhu menggunakan media air. Tegangan sensor suhu diukur
menggunakan multimeter. Suhu diukur menggunakan termometer air raksa. Suhu ruangan
terukur 28 C pada saat pengujian. Grafik kesalahan pengukuran tegangan sensor suhu
terhadap suhu dapat dilihat pada gambar 4.2
Grafik kesalahan pengukuran tegangan sensor suhu terhadap suhu
0% 5% 10% 15% 20% 25% 5 9 1 3 1 7 2 1 2 5 2 9 3 3 3 7 4 1 4 5 4 9 Suhu (C) k e s a la h a n %
Gambar 4.2 Grafik kesalahan pengukuran tegangan sensor suhu terhadap suhu
Penggunaan media air menyebabkan perubahan suhu yang cepat sehingga
tegangan mudah berubah-ubah. Kesalahan pengukuran tegangan sensor suhu juga
diakibatkan pengeleman sensor suhu. Pengeleman sensor suhu digunakan supaya tidak
kena air.
Penguatan non inverting digunakan untuk menguatkan tegangan sensor
suhu.Tegangan penguat non inverting digunakan sebagai masukan ADC. Penguat non
inverting dirancang menggunakan catu daya 5 V. Penguat non inverting dengan catu
daya 5V memiliki VO maksimal hanya 3,82 V. Akibat dari VO maksimal 3,82 V
mempengaruhi tampilan. Tampilan yang diperoleh maksimal hanya 39 C.Oleh karena
itu penguat non inverting pada catu daya diubah menjadi 9V. Pengubahan catu daya
suhu dapat dilihat pada gambar 4.3.
kesalahan penguatan tegangan terhadap suhu
0 0.05 0.1 0.15
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
Suhu (C)
k
e
s
a
la
h
a
n
%
Gambar 4.3 Grafik kesalahan pengukuran penguatan terhadap suhu.
Kesalahan hasil penguatan sensor suhu disebabkan penggunaan nilai resistor
menyesuaikan resistor di pasaran. Nilai resistor tidak sesuai dengan nilai resistor yang
dibutuhkan. Nilai resistor di pasarann juga mempunyai nilai toleransi.
4.2
PENGAMATAN ADC
ADC sensor suhu menggunakan resolusi 8 bit untuk setiap perubahan tegangan
19,6 mV. Pengamatan ADC yang difungsikan sebagai pengubah data tegangan menjadi
data digital dilakukan dengan menggunakan probe logika. Probe logika dapat
menunjukkan logika 1 dan logika 0 dengan mengamati nyala LED.
Hasil pengamatan ADC dapat dilihat pada tabel 3 lampiran. Hasil pengamatan
ADC menghasilkan pengubahan tegangan keluaran pengondisi sinyal menjadi digital
Pengubahan tegangan masukan ADC menjadi digital telah sesuai dengan resolusi
ADC, akan tetapi masukan tegangan ADC tidak sesuai. Masukan tegangan ADC tidak
Grafik kesalahan masukan ADC terhadap suhu
0 0.1 0.2 0.3
1 6 11 16 21 62 31 36 41 46
Suhu (c)
%
K
e
s
a
la
h
a
n
Gambar4.4 Grafik kesalahan masukan ADC terhadap suhu
4.3 PENGAMATAN SENSOR KELEMBABAN DAN PENGONDISI
SINYAL
Sensor kelembaban yang digunakan adalah dua pipa kuningan. Prinsip dari
pengunanan dua pipa kuningan adalah prinsip elektroda. Sensor ini dihubungkan dengan
komparator inverting. Kedua pipa kuningan diletakkan dengan jarak 2,5 cm. Data
perancangan dapat dilihat dari tabel 4.1
Tabel 4.1 Perancangan sensor kelembaban dan pengondisi sinyal
Kondisi Komparator Transistor
sebagai saklar
Vref(V) Vin(V) Vout(V) Vc(V)
kering <2,5 0 5 0
basah <2,5 2,5 0 5
Hasil dari pengamatan tegangan sensor kelembaban dan pengondisi sinyal dapat
dilihat pada tabel 4.2. Keluaran tegangan sensor kelembaban menunjukkan keluaran 5 V
(cm) sebagai saklar
Vref(V) Vin(V) Vout(V) Vc(V)
Kering 2,5 1,11 0 3,65 0
Basah 2,5 1,11 2,95 0 4.98
Kering 2,5 1,5 0 3,65 0
Basah 2,5 1,5 2,85 0 4.98
Kering 2,5 2;02 0 3,65 0
Basah 2,5 2,02 2,95 0 4.98
Kering 4 1,11 0 3,65 0
Basah 4 1,11 2,16 0 4.98
Kering 4 1,5 0 3,65 0
Basah 4 1,5 2,16 0 4.98
Kering 4 2,02 0 3,65 0
Basah 4 2,02 2,16 0 4.98
Kering 6 1,11 0 3,65 0
Basah 6 1,11 2,02 0 4.98
Kering 6 1,5 0 3,65 0
Basah 6 1,5 2,02 0 4.98
Kering 6 2,02 0 3,65 0
Sensor kelembaban perancangan dan hasil pengamatan menunjukkan hasil yang
sama. Pada keluaran komparator pada pengamatan Vsat menunjukkan nilai 3,65V. Nilai
Vsat pada Lm 358 dengan catu daya 5V adalah 3,65V. Dari data pengamatan tersebut
dapat dikatakan bahwa sensor kelembaban berjalan sesuai perancangan.
4.4
PENGAMATAN MIKROKONTROLER
Sub bab ini membahas mikrokontroler sebagai pengendali sistem penyiraman
otomatis. Mikrokontroler dibagi menjadi dua, perangkat keras dan perangkat lunak.
Perangkat lunak berisi program. Listing program dapat dilihat pada lampiran. Pengujian
perangkat lunak dapat dilihat pada tabel 4 lampiran.
Pengamatan perangkat keras dapat dilihat pada tabel 4.3. Pengamatan dilakukan
pada port P1 sebagai masukan ADC. Port P3.2 sebagai Masukan dari sensor
kelembaban. Port P2.6 sebagai keluaran mikrokontroler. Mikrokontroler saat logika 1
Tabel 4.3 Pengamatan mikrokontroler
Port P1 Tampilan
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
Port P3.2
(V)
Port p2.6
(V)
1 0 0 1 1 0 1 1 31 5V 0
1 0 1 0 1 1 1 0 33 5V 5
1 0 1 0 1 1 1 0 33 0V 5
1 0 0 1 1 0 1 1 31 0V 5
Dari hasil pengujian perangkat lunak atau perangkat keras menunjukkan hasil yang
sesuai.
4.5
PENGAMATAN TRANSISTOR SEBAGAI SAKLAR
Transistor sebagai saklar dirangkai dengan relay. Rancangan catu daya VCC
adalah 5 V. Perancangan transistor sebagai saklar dapat dilihat pada tabel 4.4. Hasil
(V)
Port P2.6
(V) CC
V dengan VC (V)
5 5 5
5 0 0
Tabel 4.5 Pengamatan transistor sebagai saklar
masukan keluaran
VCC (V)
Port P2.6
(V) CC
V dengan VC
(V)
5 5 2,11
5 0 0
9 5 4,14
9 0 0
Pengubahan nilai VCC menjadi 9V supaya dapat menggerakkan relay. Arus drop
terjadi diantara tegangan VCC dengan VC karena digunakan untuk menggerakkan relay.
Transistor sebagai saklar telah sesuai dengan perancangan tetapi terjadi perubahan
LCD digunakan untuk menampilkan suhu dan keadaan pompa seperti terlihat pada
gambar 4.6. Baris pertama menunjukkan pompa hidup atau mati. Baris kedua
menunjukkan suhu.
.
Gambar 4.6 Tampilan LCD
4.7
PENGAMATAN KERJA SISTEM
Pada perancangan alat dirancang untuk dapat menyiram tanaman berdasarkan
keadaan tanah dan keadaan suhu seperti terlihat pada tabel 4.6. Alat diuji pada beberapa
keadaan sesuai rancangan.
Tabel 4.6 Perancangan alat
Suhu
kelembaban
Suhu ≤ 31 C Suhu ≥32 C
Kering Hidup Hidup
Basah Mati Hidup
Hasil dari uji coba itu dapat dilihat pada tabel 4.7 dan hasil selengkapya pada
Tabel 4.7 Pengamtan kerja sistem
Kondisi tanah C
Kering 7 Hidup 8
Kering 8 Hidup 8
Kering 9 Hidup 9
Kering 31 Hidup 33
Kering 32 Hidup 34
Kering 33 Hidup 34
Kering 49 Hidup 50
Kering 50 Hidup 51
Basah 9 Mati 9
Basah 10 Mati 10
Basah 11 Mati 11
Basah 31 Mati 33
Basah 32 Hidup 34
Basah 33 Hidup 34
Basah 49 Hidup 50
47
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Berdasarkan perancangan dan pengujian alat sistem penyiraman otomatis berbasis
mikrokontroler AT89S51 dapat disimpulkan.
1. Hidup mati pompa dapat dikendalikan dengan baik oleh mikrokontroler
berdasarkan sensor kelembaban dan sensor suhu.
2. Alat penyiraman otomatis dapat digunakan untuk mengetahui suhu udara 6 C
-50 C dengan tingkat kesalahan 1 C sampai 2 C.
3. Alat penyiraman otomatis dapat mendeteksi keadaan tanah kering atau basah.
5.2 SARAN
Rancangan atau replika sistem penyiraman otomatis tidak menutup kemungkinan
untuk dapat diaplikasikan pada penggunaan sesungguhnya. Penggunaan pada bidang
[1] http://www.ppi-jepang.org [2] http://www.bwgm-biologi.com
[3] Rahmad Setiawan, 2006, “Mikrokontroler MCS-51”, Graha Ilmu, Yogyakarta. [4] www.atmel.com, 2005, “Data Sheet”, Atmel Corporation.
[5] http://www.elektroindonesia.com/elektro/tutor33/html September2007. [6] http://www.centralsemi.com , “Data Sheet”,Central Semikonduktor corp. [7] http://www.wikepidia.com
[8] William D. Stanley, 1994, “Operational Amplifiers with Linier Integrated Circuit”, Merrill an inprint of Macmillan Collage Publishing Company, New York.
[9] Texas Instruments, 2002, Op Amps for Everyone Design Guide (Rev. B), slod006b, slod006.
[10] http://www.mytutorialcafe.com/mikrokontroler, 2 September 2007 [11] http://www.electroniclab.com, 25 Oktober 2006.
L
2
<Doc> <Rev Code>
<Title>
A
1 1
Friday , May 02, 2008 Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
VCC_CIRCLE 5V VCC VCC_CIRCLE VCC VCC 4,3V 5v R4 10k R1 10k C1 CAPACITOR SW1
SW KEY -Y M061
1 2 U3 ADC0804 6 7 8 9 1 0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 0 4 5 1 2 3 +IN -I N G N D VREF/2 G N D DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
CLKR VC
C /V R E F CLKIN INTR CS RD
WR Y 1
CRY STAL C3 30p C2 30p J1 RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VBL+ VBL-R2 R 10k 150p + -3 2 1 8 4 8,6k R + -U6A LM358 3 2 1 8 4 50k POT 1 3 2 100 R R8 10k R7 10k R6 10k Q2 BDB01A 3 2 1 U5 AT89C51 9 18 19 2 0 29 30 31 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 39 38 37 36 35 34 33 32 RST XTAL2 XTAL1 G N D PSEN ALE/PROG EA/VPP V C C P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INTO P3.3/INT1 P3.4/TO P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 Q3 BDB01A 3 2 1 R12 R R11 R K1
RELAY SPDT
;*************************************************************************** ;PROGRAM SISTEM PENYIRAMAN TANAMAN BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 ;SEBAGAI TUGAS AKHIR MAHASISWA
; JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA
;--- ;OLEH : YOHANES DWI HARDIYANTO
;NIM : 035114012
;---
;**********************************************************************************
datasettingsuhu equ 30h
dataadc equ 31h
ratusan equ 32h
puluhan equ 33h
satuan equ 34h
pompaport equ p2.6
kelembabanport equ p3
wr equ p2.2
org 0h
mov datasettingsuhu,#158; suhu referensi untuk 31C lcall init_lcd
start:
acall adc
acall controlsuhu&kelembaban acall bin2dec
acall display2lcd
sjmp start
;--- ; unuk menjalankan logika penyiraman
;--- controlsuhu&kelembaban:
mov a,datasettingsuhu ;suhu yang diset sebagai referensi mov b,dataadc
clr c subb a,b jnz onpompa1 ret
onpompa1:
;mengubah data konvesi dari nilai biner ke desimal dari 0C - 50 C ;---
bin2dec:
mov a,dataadc mov b,#5 div ab mov b,#100 div ab
mov ratusan,a mov a,b mov b,#10 div ab
mov puluhan,a mov satuan,b
ret
;--- ; menampilkan hasil data suhu
;--- display2lcd:
mov r1,#0c6h acall write_inst mov a,ratusan add a,#30h mov r1,a
acall write_data ;
mov r1,#0c7h acall write_inst mov a,puluhan add a,#30h mov r1,a
acall write_data ;
mov r1,#0c8h acall write_inst mov a,satuan add a,#30h mov r1,a
acall write_data
ret
;--- ;subrutin mengambil data adac ;---
adc:
nop nop mov a,p1 mov dataadc,a setb wr
ret
; --- ; inisialisasai lcd
;--- init_lcd:
mov r1,#00000001b ; display clr acall write_inst
mov r1,#00111000b ; fuctian set , data 8 bit, 2 line font 5x7 acall write_inst
mov r1,#00001100b ; display on, cursor off,cursor blik acall write_inst
mov r1,#00000110b ; entry mode, set incremant acall write_inst
ret
;--
write_inst:
clr p2.5
mov p0,r1
setb p2.4
acall delay;
clr p2.4
ret
;
write_data:
setb p2.5
mov p0,r1
setb p2.4
acall delay;
clr p2.4
ret
delay: mov r0,#0 delay1:mov r2,0fh djnz r2,$
djnz r0,delay1 ret
Tabel 1 Data Pegukuran Tegangan Sensor Suhu
Suhu (celcius )
Pengukuran(V) Perhitungan
(V)
Galat Persen galat
1 - 0,01 - -
2 - 0,02 - -
3 - 0,03 - -
4 - 0,04 - -
5 0,06 0,05 0,01 20%
6 0,07 0,06 0,01 16%
7 0,08 0,07 0,01 14,2%
8 0,09 0,08 0.01 12,5%
9 0,10 0,09 0,01 11,1%
10 0,11 0,10 0,01 10%
11 0.12 0,11 0,01 9,1%
12 0,13 0,12 0,01 8,3%
13 0,14 0,13 0,01 7,6%
14 0,16 0,14 0,02 14,2%
15 0,16 0,15 0,01 6,6%
16 0,16 0,16 0,02 12,5%
17 0,18 0,17 0,02 11,7%
18 0,19 0,18 0,01 5,5%
19 0,19 0,19 0 0%
20 0,20 0,20 0 0%
21 0.22 0,21 0,01 4,7%
22 0,23 0,22 0,01 4,5%
23 0,24 0,23 0,01 4,3%
24 0,25 0,24 0,01 4.1%
25 0,26 0,25 0,01 4%
26 0,27 0,26 0,01 3,8%
27 0,27 0,27 0 0%
28 0,28 0,28 0 0%
29 0,29 0,29 0 0%
30 0,30 0,30 0 0%
31 0,31 0,31 0 0%
32 0,32 0,32 0 0%
33 0,33 0,33 0 0%
34 0,34 0,34 0 0%
35 0,35 0,35 0 0%
36 0,36 0,36 0 0%
37 0,37 0,37 0 0%
38 0,38 0,38 0 0%
39 0,39 0,39 0 0%
40 0,40 0,40 0 0%
41 0,40 0,41 0,01 2,4%
Tabel 1Lanjutan Data Pegukuran Tegangan Sensor Suhu
Suhu (c) Pengukuran Perhitungan Galat Persen galat
43 0,43 0,43 0 0%
44 0,44 0,44 0 0%
45 0,45 0,45 0 0%
46 0,46 0,46 0 0%
47 0,48 0,47 0,01 2,1%
48 049 0,48 0,01 2,1%
49 0,50 0,49 0,01 2,0%
50 0,51 0,50 0,01 1,9%
∑
0,28 195%Mean 0.006 4,2%
Tabel 2 Data pengukuran penguatan non inverting
VI (V) Vo (V) AV
suhu
pengukuran perhitungan pengukuran perhitungan pengukuran perhitungan AV galat
% AV galat
1 - 0,01 - 1
2 - 0,02 - 0,20
3 - 0,03 - 0,30
4 - 0,04 - 0,40
5 0,06 0,05 0,55 0,50 9,16 9,99 0,83 8,30%
6 0,07 0,06 0,67 0,60 9,58 9,99 0,42 4,24%
7 0,08 0,07 0,77 0,70 9,63 9,99 0,37 3,71%
8 0,09 0,08 0,90 0,80 10,00 9,99 0,01 0,04%
9 0,10 0,09 1,01 0,90 10,10 9,99 0,10 1,04%
10 0,11 0,10 1,02 1,00 9,27 9,99 0,72 7,24%
11 0.12 0,11 1,32 1,10 11,00 9,99 1,00 10,0%
12 0,13 0,12 1,44 1,20 11,08 9,99 1,08 10,81%
13 0,14 0,13 1,45 1,30 10,36 9,99 0,36 3,61%
14 0,16 0,14 1,50 1,40 9,38 9,99 0,62 6,22%
15 0,16 0,15 1,61 1,50 10,06 9,99 0,07 0,66%
16 0,16 0,16 1,71 1,60 10,68
