PERANCANGAN ALAT PEMBERI MAKAN IKAN OTOMATIS DAN PEMANTAU KEADAAN AKUARIUM BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535

Transkripsi

1 SINGUDA ENSIKOM VOL. NO. /April 0 PERANCANGAN ALAT PEMBERI MAKAN IKAN OTOMATIS DAN PEMANTAU KEADAAN AKUARIUM BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA Recky Suharmon, T. Ahri Bahriun Konsentrasi Teknik Komputer, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 0 INDONESIA recky.gitu@gmail.com Abstrak Salah satu hobi yang banyak diminati oleh masyarakat pada saat ini adalah memelihara ikan di dalam akuarium. Namun, bagi masyarakat yang memiliki tingkat kesibukan yang cukup padat, akan merasakan sedikit kesulitan ketika akan meninggalakan rumah dalam waktu yang cukup lama. Karena pemenuhan kebutuhan ikan terutama pada pemberian pakan, penjagaan regulasi air, suhu air dan catuan daya sedikit banyaknya akan terganggu. Tulisan ini membahas tentang perancangan sebuah alat yang dapat memberi makan ikan secara otomatis, mendeteksi pergantian catu daya, dan mendeteksi suhu ketika berada dalam keadaan tidak normal. Pengendali utama pada alat ini menggunakan mikrokontroler ATMega. Aktivitas-aktivitas yang telah dilakukan akan diinformasikan melalui SMS menggunakan modem GSM ke satu nomor telepon tertentu. Hasil dari proses perancangan adalah sebuah alat yang dapat memberi makan ikan secara otomatis, mendeteksi pergantian catu daya, dan mendeteksi suhu ketika berada dalam keadaan tidak normal yang diikuti dengan pengiriman SMS pemberitahuan oleh modem GSM. Kata Kunci: Mikrokontroler ATMega, autofeeder ikan, modem GSM. Pendahuluan Salah satu hobi yang banyak diminati oleh masyarakat pada saat ini adalah memelihara ikan di dalam akuarium. Namun, bagi masyarakat yang memiliki tingkat kesibukan yang cukup padat, akan merasakan sedikit kesulitan ketika akan meninggalakan rumah dalam waktu yang cukup lama. Karena pemenuhan kebutuhan ikan terutama pada pemberian pakan, regulasi air, penjagaan suhu air dan catuan daya sedikit banyaknya akan terganggu. Solusi yang biasanya diambil adalah meminta bantuan kepada tetangga atau pembantu. Oleh karena itu dirancanglah sebuah alat yang dapat diaplikasikan dalam proses perawatan ikan dalam akuarium. Dengan alat ini maka diharapkan dapat menjadi alternatif solusi bagi masyarakat yang hobi memelihara ikan tanpa merasa khawatir ketika meninggalkan rumah dalam waktu yang cukup lama.. Perancangan Perangkat Keras Sistem dikendalikan oleh sebuah mikrokontroler. Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer lengkap di dalam satu serpih (chip). Mikrokontroler bahkan lebih dari sekadar sebuah mikroprosesor karena telah terdiri dari ROM (Read-Only Memory), RAM (Read-Write Memory), beberapa bandar (port) masukan maupun keluaran. Dalam tulisan ini mikrokontroler yang digunakan adalah jenis AVR ATMega. Pemilihan ini didasari oleh cara pemakaian yang cukup mudah, baik itu dari segi perangkat keras maupun perangkat lunak. Di samping itu, faktor teknis lain yang mendasari pemilihan mikrokontroler ini adalah ketersediaan fitur dan fasilitas yang cukup lengkap untuk memenuhi kebutuhan perancangan seperti interupsi, Timer/Counter, PWM, USART, TWI, Analog Comparator, EEPROM internal, dan ADC internal. copyright DTE FT USU 0

2 SINGUDA ENSIKOM VOL. NO. /April 0 Perangkat-perangkat peripheral yang dikomunikasikan dengan serpih (chip) mikrokontroler ATMega diantaranya adalah sensor DI-WLMTS untuk mengukur suhu air dalam akuarium, RTC (Real Time Clock) yang berfungsi sebagai referensi waktu real bagi mikrokontroler, relay untuk input interupsi eksternal, motor servo sebagai penggerak wadah pakan, LCD (Liquid Crystal Display) untuk menampilkan hasil pemrosesan data, buah push button untuk mengkonfigurasi waktu dan jadwal, beberapa LED indikator sebagai simulasi dari respon sistem, rangkaian serial RS serta modem GSM yang digunakan untuk mengirimkan SMS pemberitahuan terhadap aktivitas yang telah dilakukan oleh sistem. Secara umum, diagram blok keseluruhan sistem dapat dilihat pada Gambar. Rangkaian sistem minimum mikrokontoler ATMega terdiri dari rangkaian sistem minimum dan rangkaian I/O. Rangkaian minimum mikrokontroler terdiri dari rangkaian clock dan rangkaian reset.. Rangkaian Regulator Tegangan Regulator tegangan berfungsi untuk menstabilkan tegangan agar tetap konstan. Komponen yang harus dicatu yaitu mikrokontroler ATMega, MAX, DI- WLMTS, RTC DS0, LED, motor servo, dan LCD. Gambar. menunjukkan rangkaian power supply tegangan. TRAFO STEP DOWN V AC DIODA BRIDGE LM0 V D N00 D N00 BAT V PS CONN-SIL C 00nF R 0 VO C 0.uF/V GND VI C 00uF/V LED Gambar. Diagram Blok Sistem Keseluruhan. Rangkaian Mikrokontroler ATMega Gambar menunjukkan rangkaian mikrokontroler ATMega. LCD RS RW E D D D D C 0pF C 0pF R 0 R0 0 R 0 CRYSTAL MHz D N C 00nF RX TX INT0 INT SERVO PUSH_RST R k PB SCK MISO MOSI 0 PUSH_RST PB0/T0/XCK PB/T PB/AIN0/INT PB/AIN/OC0 PB/SS PB/MOSI PB/MISO PB/SCK PD0/RXD PD/TXD PD/INT0 PD/INT PD/OCB PD/OCA PD/ICP PD/OC XTAL XTAL ATMEGA MOSI SCK MISO U PA0/ADC0 PA/ADC PA/ADC PA/ADC PA/ADC PA/ADC PA/ADC PA/ADC PC0/SCL PC/SDA PC PC PC PC PC/TOSC PC/TOSC AREF A 0 0 TEMP SCL SDA IND PLN MENU UP DOWN SUHU J 0 CONN-DIL0 RX TX R 0 LED INDIKATOR C 00nF Gambar. Rangkaian Mikrokontroler AVR ATMega dan Hubungan I/O PORT Gambar. Rangkaian Regulator Tegangan V. Rangkaian RTC (Real Time Clock) Rangkaian RTC dengan tipe DS0 berhubungan dengan mikrokontroler ATMega menggunakan komunikasi IC (Inter-Integrated Circuit) seperti yang ditunjukkan pada Gambar. R 0k SCL SDA BAT V R 0k U SCL SDA SOUT VBAT DS0 X X CRYSTAL.KHz Gambar. Rangkaian RTC (Real Time Clock). Rangkaian Modul LCD LCD digunakan untuk menampilkan pengaturan jadwal pemberian pakan dan waktu real. LCD yang digunakan adalah LCD x dengan lebar display baris dan kolom. copyright DTE FT USU 0 0

3 SINGUDA ENSIKOM VOL. NO. /April 0 Hubungan antara mikrokontroler dan LCD diperlihatkan pada Gambar. RV K VSS VDD VEE RS RW E RS RW E D0 D D D D D D D Gambar. Rangkaian Modul LCD. Rangkaian Pendeteksi Pergantian Catu Daya Rangkaian pendeteksi pergantian catu daya dirancang untuk mengetahui catu daya mana yang sedang digunakan oleh sistem. Rangkaian ini dirancang dengan sebuah relay V DC dan sebuah resistor pull down sebesar KΩ (R). Resistor pull down dipasang agar logika default yang diterima oleh mikrokontroler adalah 0 (low). Rangkaian pendeteksi pergantian catu daya dapat dilihat pada Gambar. V RELAY DCV R k Gambar. Rangkaian Pendeteksi Pergantian Catu Daya. Rangkaian Push Button Hubungan push button dengan mikrokontroler secara berurutan dihubungkan ke pena PORTC.- tampak pada Gambar. 0 U PB0/T0/XCK PB/T PB/AIN0/INT PB/AIN/OC0 PB/SS PB/MOSI PB/MISO PB/SCK PD0/RXD PD/TXD PD/INT0 PD/INT PD/OCB PD/OCA PD/ICP PD/OC XTAL XTAL ATMEGA PA0/ADC0 PA/ADC PA/ADC PA/ADC PA/ADC PA/ADC PA/ADC PA/ADC PC0/SCL PC/SDA PC PC PC PC PC/TOSC PC/TOSC AREF A 0 0 INT0 0 D D D D MENU UP DOWN SUHU Rangkaian push button digunakan untuk mengatur jadwal pemberian pakan (feeding) dan mengatur waktu (jam dan menit). Push button yang digunakan sebanyak buah. Tiga buah push button pertama digunakan untuk mengatur jadwal pemberian pakan dan waktu real. Sedangkan push button keempat sebagai tambahan yang digunakan untuk mengetahui besar suhu air dalam akuarium yang kemudian akan ditampilkan pada LCD.. Rangkaian Sensor Suhu Gambar menunjukkan rangkaian sensor suhu DI-WLMTS. Rangkaian sensor suhu terdiri dari sensor suhu DI-WLMTS dan buah kapasitor 00 nf (C dan C). C 00nF LM +Vs Vout GND TEMP C 00nF Gambar. Rangkaian Sensor Suhu. Rangkaian Motor Servo Rangkaian motor servo hanya terdiri dari motor servo seperti yang terlihat pada Gambar. Hal ini disebabkan karena dalam penggunaannya motor servo dikendalikan dengan metode PWM (Pulse Width Modulation). Sehingga untuk mengaktifkannya tidak diperlukan komponen atau rangkaian tambahan. Motor Servo +. SERVO Gambar. Rangkaian Motor Servo. Rangkaian Serial USART Komunikasi serial digunakan agar sistem minimum mikrokontroler dapat berkomunikasi dengan modem GSM untuk mengirim SMS. Rangkaian ini terdiri dari IC MAX sebagai pengubah level tegangan dan buah kapasitor dengan besar uf/ V seperti yang terlihat pada Gambar 0. Gambar. Rangkaian Push Button copyright DTE FT USU 0

4 SINGUDA ENSIKOM VOL. NO. /April 0 TX RX 0 C+ TIN ROUT TIN ROUT C+ C uf/v C uf/v TOUT RIN TOUT RIN C- C- VS+ VS- U MAX Y CONN-DM C0 uf/v C uf/v Gambar 0. Rangkaian Serial USART. Perancangan Perangkat Lunak Diagram alir program utama dapat dilihat pada Gambar. dilanjutkan dengan mengirimkan SMS ke nomor pemilik akuarium bahwa pemberian pakan telah dilakukan. Kemudian program akan melakukan pembacaan push button sebagai pengaturan menu. Pengaturan menu terdiri dari pengaturan waktu real dan jadwal pemberian pakan. Jika pengaturan menu tidak dilakukan, sistem akan masuk pada pembacaan suhu. Ketika suhu lebih besar dari batas yang telah ditentukan, maka sistem akan menghidupkan LED indikator pendingin air yang dilanjutkan dengan mengirimkan SMS pemberitahuan. Ketika suhu berada di antara batas atas dan bawah, maka sistem akan mematikan semua LED indikator perubahan suhu. Ketika suhu lebih kecil dari batas yang telah ditentukan, maka sistem akan menghidupkan LED indikator pemanas air serta mengirimkan SMS pemberitahuan.. Proses Pengaturan Waktu dan Jadwal Pakan (Menu) Push button pertama dirancang untuk masuk ke dalam mode menu. Dalam mode menu, terdapat dua pilihan yaitu pengaturan waktu dan jadwal. Pengaturan waktu dilakukan dengan menekan push button kedua. Sedangkan untuk pengaturan jadwal dilakukan dengan menekan push button ketiga. Di dalam pilihan pengaturan jadwal, terdapat pilihan jadwal pemberian pakan yaitu kali, kali, dan kali dengan waktu yang telah diatur dalam pemrograman. Variabel data jadwal kemudian disimpan dalam EEPROM internal.. Proses Pemberian Pakan Gambar. Diagram Alir Program Utama Program diawali dengan menampilkan tanggal dan waktu pada LCD. Lalu program akan melakukan penyamaan data jadwal pemberian pakan dengan waktu sebenarnya (real time). Jika waktu real yang ditampilkan pada LCD sama dengan jadwal pemberian pakan yang telah diatur sebelumnya, maka sistem akan mengaktifkan motor servo sebagai penggerak wadah pakan selama beberapa saat. Kemudian Proses pemberian pakan dilakukan dengan membaca nilai variabel data jadwal pada EEPROM. Jika waktu real dari RTC yang ditampilkan pada LCD sama dengan variabel data jadwal di EEPROM, maka sistem akan mengaktifkan motor servo untuk memutar wadah pakan.. Proses Deteksi Suhu Air Pengukuran nilai suhu dilakukan oleh sensor DI-WLMTS. Sensor ini akan menghasilkan data berupa tegangan input analog. Data analog ini akan diproses oleh mikrokontroler dengan fasilitas ADC (Analogto-Digital Converter) menjadi data digital. copyright DTE FT USU 0

5 SINGUDA ENSIKOM VOL. NO. /April 0 Setelah proses koversi nilai tegangan input analog menjadi nilai digital dilakukan, maka langkah selanjutnya adalah memasukkan nilai digital tersebut ke dalam rumus perhitungan suhu. Jika suhu sebenarnya di atas atau di bawah nilai threshold, maka indikator LED akan hidup diikuti dengan pengiriman SMS pemberitahuan.. Proses Deteksi Pergantian Catuan Daya Diagram alir pendeteksian pergantian catu daya dapat dilihat pada Gambar. dilakukan dengan mengkonfigurasi PORTC. sebagai keluaran untuk mengaktifkan sebuah LED dan PORTA.0 sebagai masukan analog dari Vout sensor suhu. Untuk pengujian rangkaian reset dilakukan dengan cara menanamkan program yang dapat menghidupkan buah LED secara bergantian masing-masing detik. Lalu tombol reset ditekan saat program sedang dijalankan.. Pengujian Komunikasi Serial RS Pengujian dilakukan dengan cara yakni pengujian pengiriman data dari sistem dengan PC dan pengujian pengiriman SMS dari software Teraterm pada PC yang dihubungkan dengan modem GSM Wavecom M0B Q0B.. Pengujian Rangkaian Sensor Suhu Pengujian rangkaian sensor suhu bertujuan untuk melihat perubahan nilai tegangan Vout terhadap kenaikan dan penurunan suhu. Keluaran (Vout) sensor suhu dihubungkan dengan voltmeter digital dan menghitung nilai tegangan awal sensor suhu. Lalu sensor suhu didekatkan dengan solder yang diikuti dengan pengamatan hasil perubahan suhu pada LCD.. Pengujian Rangkaian RTC Gambar. Diagram Alir Pendeteksi Pergantian Catu Daya Ketika terjadi pergantian catu daya dari catu daya utama ke baterai, maka logika yang diterima oleh PIND. berubah menjadi (high). Lalu sistem akan menjalankan rutin menghidupkan LED sebagai indikator aerator cadangan telah aktif. Begitu juga ketika terjadi perubahan dari baterai ke catu daya utama, maka logika PIND. kembali berubah menjadi 0 (low). Lalu sistem akan menjalankan rutin mematikan LED sebagai indikator aerator cadangan telah dimatikan.. Pengujian. Pengujian Rangkaian Mikrokontroler AVR ATMega Pengujian meliputi pengujian PORT dan pengujian rangkaian reset. Pengujian port Pengujian rangkaian RTC dilakukan dengan menghubungkan pena SCL dan SDA pada RTC masing-masing ke PORTC pena 0 dan. Untuk menampilkan data yang diterima dari RTC, maka LCD dihubungkan ke bandar B. Data RTC akan tampil pada LCD berupa tanggal dan jam.. Pengujian Rangkaian Pendeteksi Pergantian Catu Daya Pengujian diimplementasikan dengan memasang sebuah saklar ON/OFF pada catu daya utama. Ketika saklar berpindah dari ON ke OFF atau sebaliknya, maka sumber catu daya berganti. Indikatornya ditandai dengan sebuah LED yang hidup ketika catu daya berpindah ke baterai dan LED akan mati ketika catu daya utama kembali ON.. Pengujian Rangkaian Push Button Pengujian rangkaian push button bertujuan untuk melihat kemampuan rangkaian sebagai copyright DTE FT USU 0

6 SINGUDA ENSIKOM VOL. NO. /April 0 sinyal input. Pengujian diimplementasikan dengan menanamkan buah program yang berbeda. Setiap push button akan mengaktifkan program yang berbeda dari yang lain.. Pengujian Rangkaian Motor Servo Pengujian rangkaian motor servo bertujuan untuk melihat kemampuan motor servo untuk menggerakkan wadah pakan. Program yang ditanamkan ke dalam mikrokontroler yakni menggerakkan motor servo dari 0 o ke 0 o sebanyak kali.. Pengujian Secara Keseluruhan Pengujian keseluruhan sistem dilakukan setelah semua rangkaian dan perangkat lunak diintegrasikan menjadi satu sistem. Pengujian ini bertujuan untuk menunjukkan bahwa perancangan sesuai dengan target awal pembuatannya.. Hasil Pengujian Hasil pengujian menunjukkan bahwa sistem dapat memberi pakan ikan sesuai dengan jadwal yang telah dilakukan pada semua pilihan jadwal serta berhasil mengirimkan SMS pemberitahuan. Untuk pendeteksian suhu juga berhasil dilakukan oleh sistem baik saat kenaikan ataupun penurunan suhu. Ketika suhu di atas batas normal, sistem akan menjalankan subrutin menghidupkan LED di PORTD.. Begitu juga ketika suhu di bawah batas normal, sistem akan menjalankan subrutin menghidupkan LED di PORTC.. Pada pendeteksian pergantian catu daya dari catu daya utama ke baterai dan sebaliknya juga berhasil dilakukan. Ketika catu daya berpindah ke baterai, maka LED indikator di PORTC. hidup dan sebaliknya ketika catu daya berpindah ke catu daya utama, maka LED indikator di PORTC. mati.. Kesimpulan Setelah melakukan perancangan dan pengujian sistem, dapat disimpulkan beberapa hal, antara lain:. Perangkat dapat memberi pakan ikan secara otomatis dan memantau keadaan akuarium sesuai dengan hasil yang diinginkan.. Perangkat dapat memberi pakan ikan sesuai dengan pilihan jadwal yang telah diatur sebelumnya.. Pendeteksian suhu air dapat dilakukan dengan baik ketika mengalami kenaikan maupun penurunan suhu.. Pendeteksian pergantian catu daya dari catu daya utama ke baterai dan sebaliknya dapat dilakukan dengan baik.. Karena data jadwal pemberian pakan disimpan pada EEPROM internal, maka data tersebut tidak akan terhapus walaupun sistem di-reset.. Sistem dapat mengirimkan SMS dengan baik tanpa ada kesalahan isi SMS.. Modem GSM Wavecom M0B Q0B dapat menjadi salah satu alternatif pilihan bagi sistem yang dirancang dengan fasilitas SMS. Daftar Pustaka. Andrianto, Heri. 00. Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMega Menggunakan Bahasa C (CodeVisionAVR). Bandung: Informatika.. Bejo, Agus. 00. C & AVR, Rahasia Kemudahan Bahasa C Dalam Mikrokontroler ATMega. Yogyakarta: Graha Ilmu.. Budiharto, Widodo Proyek Robot Spektakuler. Jakarta: Elex Media Komputindo.. Floyd, Thomas L. 00. Electronic Devices. New Jersey: Pearseon Education, Inc.. Gunawan, Ferry, 00. Membuat Aplikasi SMS Gateway Server dan Client dengan Java dan PHP. Jakarta: Elex Media Komputindo.. Suyadhi, Taufiq D. 00. Build Your Own Line Follower Robot. Yogyakarta: Andi Offset.. Tarigan, Pernantin. 0. Sistem Tertanam. Yogyakarta: Graha Ilmu.. Wardhana, Lingga. 00. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega, Simulasi, Hardware, dan Aplikasi. Yogyakarta: Andi Offset.. Widodo, Romy B. 00. Embedded System Menggunakan Mikrokontroler dan Pemrograman C. Yogyakarta: Andi Offset. copyright DTE FT USU 0