BAB III PERANCANGAN 3.1. Gambaran Alat

Transkripsi

1 BAB III PERANCANGAN Pada bab ini penulis akan menjelaskan mengenai perancangan dan realisasi sistem monitoring pada aquarium ikan Symphysodon Discus berbasis android smartphone. Bahasan perancangan dimulai dengan penjelasan alat secara keseluruhan yaitu penjelasan singkat bagaimana alat bekerja. Pembahasan selanjutnya mengenai penjelasan perancangan perangkat keras meliputi sistem elektronik dari alat. Yaitu penjelasan perancangan mikrokontroler sebagai pengendali utama sistem serta komponen lain yang terhubung pada mikrokontroler. Kemudian pembahasan akan diakhiri dengan penjelasan dari perancangan perangkat lunak berupa program pada mikrokontroler serta perancangan antarmuka pada aplikasi user interface yang akan dibuat Gambaran Alat Sistem yang dirancang oleh penulis adalah alat untuk memantau pemeliharaan ikan Symphysodon Discus untuk mempermudah pemeliharaan dari jenis ikan tersebut dan sebuah antarmuka pengguna dalam bentuk aplikasi android pada android smartphone dimana pengguna dapat melihat perubahan suhu dan ph, memberi makan dan menguras baik secara manual ataupun otomatis, serta menerima pemberitahuan dari alat jika terjadi perubahan parameter air pada aquarium serta setelah pemberian makan secara otomatis maupun manual dan setelah pengguna mengirimkan perintah nyala lampu. Pada sistem yang dirancang penulis terdapat dua sistem, yaitu antarmuka pengguna dalam bentuk aplikasi android smartphone dan sistem pada aquarium. Penulis menggunakan cordova dalam membuat dan mengembangkan aplikasi antarmuka android smartphone yang dirancang. Pada sistem aquarium terdapat modul ESP8266 sebagai perantara komunikasi antara sistem antarmuka dan sistem aquarium. 18

2 Gambar 3.1. Diagram Blok Keseluruhan Sistem 3.2. Perancangan Perangkat Keras Pada bagian ini dijelaskan mengenai perancangan perangkat keras pada sistem aquarium. Perancangan perangkat keras pada sistem aquarium terdiri dari bagian-bagian utama sebagai berikut: Sistem Aquarium Mikrokontroler jenis Arduino Mega2560 sebagai pengendali utama. Modul WIFI ESP8266 yang digunakan sebagai media komunikasi antara aplikasi antarmuka android dengan sistem aquarium Pengendali Utama Sistem Aquarium Pengendali utama untuk sistem aquarium menggunakan Arduino Mega2560 dengan IC mikrokontroler ATmega2560. Sebagai pengendali utama pada sistem aquarium, mikrokontroler memiliki tugas antara lain: 19

3 Menerima data dari aplikasi antarmuka android berupa perintah lampu, makan, dan kuras secara manual. Mengolah data yang diperoleh dari aplikasi antarmuka android dan sensor. Mengolah data dari sensor yang kemudian akan dikirimkan ke aplikasi antarmuka android melalui modul ESP8266. Mengirimkan data balikan dari sensor ke aplikasi antarmuka android berupa data balikan nilai suhu, ph dan pemberitahuan apabila terjadi perubahan pada parameter air. Nama Pin A0 D2 D10 D11 D31 D33 D35 D37 D39 D41 D43 D45 Tabel 3.1. Konfigurasi Pin Arduino Mega2560 Fungsi Terhubung dengan pin data modul PH sensor SEN0161 Terhubung dengan pin data modul DS18B20 Terhubung dengan pin data HIGH sensor ketinggian air Terhubung dengan pin data LOW sensor ketinggian air Terhubung dengan pin In1 modul relay Terhubung dengan pin In2 modul relay Terhubung dengan pin In3 modul relay Terhubung dengan pin In4 modul relay Terhubung dengan pin In5 modul relay Terhubung dengan pin In6 modul relay Terhubung dengan pin In7 modul relay Terhubung dengan pin In8 modul relay 20

4 Modul ESP8266 Untuk komunikasi data antara aplikasi antarmuka android dengan sistem aquarium penulis menggunakan komunikasi data melalui WIFI. Modul yang digunakan untuk komunikasi data secara wireless adalah modul ESP8266. ESP8266 adalah sebuah chip mikrokontroler yang mendukung stack TCP/IP. ESP8266 memiliki format data berupa string yang akan dikirimkan ke arduino pada saat antarmuka android mengirim perintah, begitu pula sebaliknya pada saat arduino mengirim data balikan berupa suhu dan ph. Pemilihan modul ini dibanding dengan komunikasi tanpa menggunakan modul ESP8266 adalah bahwa modul ESP8266 dapat melakukan komunikasi data secara wireless atau tanpa menggunakan kabel. Jarak jangkauan komunikasi data dengan menggunakan modul ini dapat mencapai lebih dari 15 meter serta modul lebih banyak dijual di pasaran. Gambar 3.2. Konfigurasi Arduino Mega2560 dengan modul ESP Sensor Suhu DS18B20 Untuk pembacaan nilai suhu didalam air aquarium penulis menggunakan sensor suhu DS18B20 buatan Dallas Semiconductor. Penulis menggunakan DS18B20 pada tugas akhir ini, dikarenakan sensor ini dapat bekerja didalam air. Penggunaan sensor suhu ini hanyalah menggunakan satu buah pin pada Arduino Mega2560 sebagai jalur komunikasi. Agar sensor dapat bekerja dengan baik, pada perancangan untai sensor suhu 21

5 DS18B20 ditambahkan sebuah resistor pull up pada pin data di sensor suhu dengan nilai resistor pull up yang disarankan pada datasheet sebesar 4.7 kω. sensor suhu DS18B20 ini bekerja pada tegangan 5 V. data dari sensor akan dikirim dalam bentuk string ke arduino dan kemudian diolah dan dikirimkan ke antarmuka android. Gambar 3.3. Untai Sensor Suhu DS18B20 Gambar 3.4. Konfigurasi Arduino Mega2560 dengan Modul DS18B Fish Feeder Untuk pemberian makan pada tugas akhir ini penulis menggunakan sebuah wadah yang telah terpasang motor DC dan poros ulir cacing. Alat ini berfungsi memberi makan ikan secara otomatis pada waktu yang telah ditentukan. Alat ini juga dapat memberi makan secara manual jika pengguna ingin memberi makan sesuai keinginan melalui kontrol smartphone. Wadah yang digunakan memiliki panjang 25 cm, lebar 14 cm dan 22

6 tinggi 19 cm. wadah ini memiliki rumah poros ulir cacing yang digunakan sebagai tempat mengeluarkan makanan ikan. Agar makanan ikan dapat dikeluarkan, maka motor DC akan bergerak memutar poros ulir cacing selama lima detik dan mendorong makanan keluar dari ujung poros ulir cacing sebanyak lima gram. Setelah lima detik, motor DC akan berhenti menyala dan makanan ikan akan berhenti keluar. Gambar 3.5. Motor DC 12V Gambar 3.6. Fish Feeder tampak samping Autofeeder yang dibuat oleh penulis memiliki tiga bagian utama. Bagian-bagian tersebut memiliki fungsi antara lain: 23

7 1. Food container : berfungsi sebagai tempat penyimpanan makanan dalam jumlah tertentu untuk suplai pemberian makan. 2. Motor DC : berfungsi sebagai penggerak poros ulir cacing untuk mendorong makanan yang jatuh ke dalam rumah poros ulir cacing keluar. 3. Poros ulir cacing : berfungsi sebagai pendorong makanan ikan yang jatuh ke dalam rumah poros ulir cacing sehingga makanan akan terdorong keluar dan jatuh ke aquarium Real Time Clock (RTC) Sebagai acuan waktu arduino secara real time, pada tugas akhir ini penulis menggunakan modul RTC yang nantinya akan digunakan oleh Arduino Mega2560 untuk menentukan waktu pemberian makan ikan. Modul RTC merupakan komponen I 2 C dengan osilator Kristal yang memiliki fungsi waktu nyata dan memiliki penyuplai daya terpisah yaitu baterai, sehingga dapat tetap berfungsi pada saat sumber daya utama terputus. Pada perancangan tugas akhir ini RTC yang digunakan oleh penulis adalah IC DS3231. Gambar 3.7. Konfigurasi RTC DS3231 dengan Arduino Mega Sensor Ketinggian Air Untuk pengatur pengurasan secara otomatis, pada tugas akhir ini penulis menggunakan sensor ketinggian air yang terdiri dari 3 buah kawat tembaga yang tersambung ke rangkaian transistor sebagai saklar. Rangkaian bekerja pada dua kondisi, 24

8 dimana pada saat ujung tembaga berada didalam air maka transistor akan berada pada kondisi saturasi. Sedangkan pada saat ujung tembaga tidak berada didalam air, transistor akan berada pada kondisi cut off. Pada perancangan tugas akhir ini sensor ketinggian air berfungsi sebagai pembatas ketinggian air pada saat pengurasan dan pengisian air didalam aquarium serta sebagai pengatur mati dan nyalanya aktuator yang berfungsi menguras dan mengisi air didalam aquarium. Gambar 3.8. Untai Sensor Ketinggian Air Relay Untuk pengatur nyala aktuator, pada tugas akhir ini penulis menggunakan modul relay 8 channel. Relay adalah saklar (switch) yang dioperasikan secara elektrik dan merupakan komponen elektromekanikal. Relay menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga dengan arus yang kecil, dapat menghantarkan tegangan yang lebih tinggi. Pada perancangan tugas akhir ini relay digunakan sebagai pengatur nyala aktuator. 25

9 Gambar 3.9. Konfigurasi 8-Channel Relay Module HL-58S Analog PH Meter SEN0161 Sebagai pengambil data nilai ph, pada tugas akhir ini penulis menggunakan modul Analog PH meter SEN0161. Analog PH meter SEN0161 akan mengambil data nilai ph dalam bentuk tegangan yang kemudian akan dikonversi oleh modul ph meter V1.1 yang kemudian akan dikirim dalam format string dan diolah oleh Arduino Mega2560. Analog ph Meter SEN0161 ini bekerja pada tegangan 5V dan mampu mengukur nilai ph dari Analog ph Sensor SEN0161 memiliki ralat 0.1 ph dan memiliki respon waktu 6 menit untuk pembacaan nilai ph. Keluaran dari elektroda dalam milivolt dengan jarak dari -414,12 mv hingga +414,12 mv. Pada perancangan tugas akhir ini, Analog PH meter SEN0161 digunakan sebagai pengambil data nilai ph dan sebagai pengatur kuras otomatis. Gambar Konfigurasi Analog PH Meter SEN0161 dengan arduino Mega

10 Heater Sebagai penyetabil suhu didalam aquarium, pada tugas akhir ini penulis menggunakan heater aquarium. Heater menggunakan prinsip termodinamika pertama dan kedua, dimana energi listrik dikonversi / diubah menjadi energi panas. Heater ini bekerja pada tegangan 220 V dengan arus 0,34 A dan daya 75 W. Pada perancangan tugas akhir ini, heater digunakan sebagai penyetabil suhu didalam aquarium agar tidak terjadi penurunan suhu yang signifikan. Gambar Konfigurasi heater aquarium Lampu Sebagai penerangan dan sebagai pengganti matahari untuk fotosintesis tanaman, pada tugas akhir ini penulis menggunakan lampu HPL (High Power Led) 1 watt. Lampu dibutuhkan dikarenakan umumnya aquarium diletakkan didalam ruangan, serta digunakan sebagai penyuplai cahaya untuk tanaman berfotosintesis. Fotosintesis adalah suatu proses sintesis makanan yang dimiliki oleh tumbuhan hijau dan beberapa mikroorganisme fotosintetik. Pada prinsipnya komponen yang dibutuhkan dalam reaksi fotosintesis adalah CO 2 yang berasal dari udara dan H2O yang diserap dari dalam tanah, selain itu sesuai dengan namanya yaitu foto cahaya, reaksi ini membutuhkan cahaya sebagai energi dalam pembuatan atau sintesis produk (senyawa gula dan oksigen). Reaksi fotosintesis dapat 27

11 diartikan bahwa enam molekul karbondioksida dan enam molekul air bereaksi dengan bantuan energi cahaya untuk dirubah menjadi satu molekul glukosa dan enam molekul oksigen. Berdasarkan hal tersebut, cahaya penting agar tanaman yang berfungsi sebagai habitat buatan didalam aquarium ikan discus dapat hidup selain itu nyala lampu juga dapat disesuaikan dengan keinginan pengguna melalui kontrol antarmuka android. Gambar Lampu HPL 1 Watt Gambar Untai Lampu HPL 1 Watt 3.3. Perancangan Antarmuka Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak yang digunakan untuk membuat tugas akhir ini. Perancangan perangkat lunak pada tugas akhir ini dibagi menjadi dua bagian yaitu perangkat lunak pada sistem aquarium dan pada aplikasi antarmuka android Sistem Aquarium Sistem aquarium menggunakan Arduino Mega2560. Pada Arduino Mega2560 dirancang sistem yang dapat menerima data yang berasal dari antarmuka 28

12 android. Sistem aquarium juga dapat mengirimkan data ke antarmuka android. Data yang dikirimkan ke aplikasi antarmuka android berupa data balikan saat antarmuka android mengirimkan data makan, nyala lampu dan kuras manual, serta data suhu dan ph. Data lampu akan dikirimkan saat sistem menerima data lampu dari aplikasi antarmuka android, data makan akan dikirimkan saat sistem menerima data makan dari aplikasi antarmuka android, data kuras akan dikirimkan pada saat sistem menerima data kuras manual dari aplikasi antarmuka android dan data suhu dan ph yang akan dikirim secara otomatis setiap lima detik ke antarmuka android. Berikut adalah diagram alir dari perangkat lunak untuk sistem aquarium: Gambar Diagram Alir Sistem Aquarium 29

13 Sistem Aplikasi Antarmuka Android Untuk memantau perubahan parameter air akuarium seperti suhu dan ph serta mengontrol sistem akuarium, penulis merancang suatu aplikasi antarmuka android. Pada aplikasi antarmuka android yang penulis rancang terdapat menu utama yang memiliki beberapa tampilan. Tampilan pada menu utama antara lain terdapat tampilan dari nilai suhu, ph dan terdapat beberapa tombol yang memiliki fungsi tersendiri. Gambar Antarmuka Pengguna Pada Android Smartphone 30

14 Berikut adalah beberapa tombol yang terdapat pada menu utama beserta fungsi: 1. Lights : mengatur nyala lampu pada aquarium dengan tiga pilihan yaitu terang, sedang dan redup yang dapat dipilih sesuai dengan keinginan dan kebutuhan pengguna. 2. Feed : mengatur jumlah pemberian makan dalam sehari yang terbagi menjadi tiga pilihan yaitu 2x untuk pemberian makan dua kali sehari, 3x untuk pemberian makan tiga kali sehari serta manual untuk pemberian makan secara langsung sesuai keinginan pengguna. 3. Kuras : menguras dan mengganti air didalam akuarium secara manual. 4. Notifikasi : tampilan ini berfungsi sebagai tempat pemberitahuan apabila telah terjadi sesuatu seperti nyala lampu, pemberian makan dan pengurasan. 5. Suhu dan PH : tampilan ini berfungsi sebagai penunjuk nilai suhu dan ph didalam akuarium. 6. Lihat RTC : tombol ini berfungsi untuk melihat waktu dari sistem akuarium. Saat pengguna ingin mengetahui nilai suhu, ph dan juga pemberian makan, maka antara aplikasi antarmuka android dan sistem aquarium harus terhubung terlebih dahulu. Setelah itu aplikasi antarmuka android akan menampilkan nilai ph dan juga suhu, pemberitahuan apabila terjadi perubahan parameter air didalam aquarium dan jika alat telah memberi makan ikan. 31

15 Berikut adalah diagram alir untuk aplikasi antarmuka android: Gambar Diagram Alir Aplikasi Antarmuka Android 32