III. METODOLOGI PENELITIAN
3.5. Perancangan
Perancangan alat pada penelitian ini meliputi skematik sistem kendali, skematik sensor dan aktuator, penulisan program sistem kendali, serta pemasangan seluruh komponen ke mikrokontroler. Setelah pemasangan seluruh komponen ke
mikrokontroler, kemudian dilakukan pengecekan dengan cara mengecek ulang semua komponen. Selanjutnya dilakukan penulisan program sistem kendali.
Pada penulisan program menggunakan bahasa pemrograman C dengan menggunakan bantuan aplikasi Arduino IDE.
Setelah penulisan program, maka dilakukan pengecekan program dengan cara memverifikasi pada aplikasi Arduino IDE. Jika terdapat peringatan setelah memverifikasi, maka program tersebut terdapat kesalahan dalam penulisan. Dan jika tidak terdapat peringatan, maka program tersebut telah benar dan siap untuk
21
di upload ke mikrokontroler. Mikrokontroler yang telah di upload program dilakukan pengecekan ulang pada komponennya. Pengecekan dilakukan dengan cara mengecek komponen seperti sensor dan aktuator berjalan sesuai penulisan program atau tidak. Berikut diagram alir pemrograman (Gambar 11) dan skematik pada Lampiran (Gambar 99).
Gambar 11. Diagram alir pemrograman
22
3.5.1. Rancangan Struktural
Proses perancangan terdiri dari beberapa tahapan yang meliputi membuat ruang inkubator fermentasi, perakitan sistem kendali, dan perangkaian aktuator.
Perancangan sistem kendali dan monitoring inkubator menggunakan sistem prototype. Sehingga alat ini hanya mensimulasikan pengukuran suhu dan kelembaban pada sebuah kotak yang berukuran 40cm×40cm×40cm sebanyak empat kotak. Pada masing-masing kotak tersebut terpasang sebuah exhaust fan dan ventilasi yang dapat digerakkan menggunakan servo, exhaust fan dan ventilasi berfungsi untuk menurunkan suhu. Selain itu, sebuah lampu juga dipasang pada kotak tersebut yang berfungsi untuk menaikkan suhu ruang.
Mikrokontroler yang digunakan yaitu Wemos D1 R2 sebanyak empat buah.
Masing-masing mikrokontroler tersebut memonitoring kotak inkubator yang berbeda. Pada mikrokontroler terpasang sebuah sensor DHT22, servo, exhaust fan dan relay untuk mengontrol lampu. Pengendalian dan monitoring perangkat tersebut menggunakan aplikasi Blynk pada smartphone. Berikut diagram alir sistem kendali dua arah, diagram alir sistem kontrol, serta kotak inkubator pada penelitian ini (Gambar 12, Gambar 13, dan Lampiran halaman 106).
23
Gambar 12. Diagram alir sistem kendali aktuator
Gambar 13. Diagram alir sistem kontrol
24
3.5.2. Rancangan Sistem Transmisi Data
Rancangan sistem merupakan perancangan sistem dalam memproses data
sehingga dapat ditampilkan pada aplikasi Blynk. Setelah dilakukan pemrograman untuk sensor dan aktuator, maka selanjutnya dilakukan pemrograman untuk terhubung ke jaringan internet serta dapat dikendalikan menggunakan aplikasi Blynk. Pada sistem kendali dan monitoring, alat dihubungkan ke jaringan internet yang tersedia. Kemudian hasil dari pembacaan sensor akan diproses oleh Bynk Library, selanjutnya di-upload ke Blynk server. Data yang telah ter-upload akan ditampilkan melalui widget pada aplikasi Blynk. Berikut diagram alir sistem transmisi data (Gambar 14).
Gambar 14. Diagram alir sistem transmisi data
25
3.5.3. Rancangan Tampilan Layar
Rancangan tampilan layar merupakan perancangan tampilan pada aplikasi Blynk di smartphone. Pada aplikasi Blynk terdapat pilihan widget yang beragam, seperti kontroler, display, notifikasi, dan lain sebagainya. Perancangan tampilan pada aplikasi Blynk menggunakan widget seperti tombol On/Off, tombol slider, serta tampilan pengukuran suhu dan kelembaban. Tombol On/Off digunakan untuk menghidupkan dan mematikan lampu, sedangkan tombol slider digunakan untuk mengendalikan servo. Dikarenakan pada menggunakan 4 alat kendali dan monitoring, maka pada tampilan layar dibuat sistem kendali yang dapat mengendalikan masing-masing alat tersebut.
3.5.4. Rancangan Fungsional
Perancangan sistem kendali dan monitoring berfungsi untuk mempertahankan suhu dan kelembaban pada ruang inkubator. Pada sistem kendali tersebut dapat mengendalikan aktuator secara otomatis maupun manual menggunakan aplikasi Blynk pada smartphone. Mikrokontroler mengendalikan aktuator secara otomatis ketika terjadi perubahan suhu dan kelembaban. Selain itu, mikrokontroler dapat mengendalikan aktuator secara manual dengan menggunakan widget yang ada pada aplikasi Blynk. Alat ini menggunakan Wemos D1 R2, sensor DHT22, relay, lampu, servo, dan exhaust fan.
a) Wemos D1 R2
Wemos D1 R2 merupakan modul mikrokontroler yang tertanam sebuah chip ESP8266 dan memiliki kemampuan untuk terhubung dengan WiFi.
Mikrokontroler ini dirancang untuk keperluan IoT, sehingga dapat dengan mudah untuk pengoperasiannya. Sebuah IC pada dasarnya memiliki satu atau lebih inti prosesor (CPU), penyimpanan (RAM/ROM), dan input serta output yang dapat diprogram. Wemos D1 R2 memiliki 11 pin input dan output PWM, serta 1 pin ADC. Selain itu, Wemos D1 R2 memiliki clock speed
80MHz/160MHz, power jack, tombol reset, dan menggunakan operasi daya 5V. Mikrokontroler ini telah menggunakan koneksi micro USB ke USB type A
26
yang dimana memiliki kecepatan upload lebih tinggi dibandingkan versi sebelumnya.
b) Sensor DHT22
Sensor DHT22 merupakan sensor ruangan digital yang mengukur suhu dan kelembaban relatif. Sensor ini terdiri dari termistor dan kapasitor yang dapat mengukur suhu dan kelembaban udara disekitarnya. Sensor DHT22 memiliki output berupa sinyal digital. Spesifikasi dari sensor ini yaitu dapat mengukur suhu -40 °C sampai 80 °C (resolusi 0,1 °C dan error <± 0,5 °C), rentang pengukuran kelembaban 0 – 100 % ((resolusi 0,1% RH dan error ± 2% RH), waktu pembacaan 2 detik, tegangan input 5V, dan ukuran 15,1mm × 25mm × 7,7mm. Sensor DHT22 terdapat 3 pin yaitu pin data, ground, dan VCC (5V).
c) Relay
Relay merupakan sebuah komponen elektronika yang berupa saklar (switch) yang dioperasikan menggunakan listrik. Relay memiliki dua komponen utama yaitu elektromagnet dan mekanikal. Prinsip kerja relay yaitu menggunakan prinsip elektromekanikal dalam menggerakkan kontak saklar. Sehingga hanya dengan arus kecil dapat menghantarkan arus yang lebih tinggi.
d) Motor Servo
Motor servo adalah motor dengan sistem umpan balik loop tertutup yang mengumpan kembali posisi motor ke rangkaian kontrol motor servo. Motor ini terdiri dari motor, beberapa roda gigi, potensiometer, dan loop kontrol.
Potensiometer digunakan untuk menentukan batas sudut rotasi servo.
Menyesuaikan sudut poros motor servo berdasarkan lebar pulsa yang ditransmisikan melalui kaki sinyal kabel motor. Motor servo dengan pulsa 1,5ms dengan periode 2ms, sudut poros motor berada pada posisi tengah.
Semakin lebar pulsa OFF maka semakin besar pergerakan sumbu searah jarum jam, dan semakin kecil pulsa OFF maka semakin besar pergerakan sumbu berlawanan arah jarum jam.
27