Bab III METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 8 Bab III METODOLOGI PENELITIAN Pada bab ini akan dibahas mengenai perangkat keras dan perangkat lunak serta beberapa hal mengenai perancangan sistem keseluruhan sehingga sistem bekerja dengan baik sebagaimana mestinya. Pada perancangan sistem ini menggunakan berbagai aplikasi yang saling berhubungan satu sama lain. Mikrokontroler ATMega8535 sebagai pengatur dan pengendali seluruh perangkat pada sistem smart home yang kemudian dihubungkan dengan komputer sebagai pusat kontrol melalui interface RS 3. Komunikasi antara komputer dengan mikrokontroler tersebut menggunakan data serial dan menggunakan bahasa pemograman Microsoft Visual Basic 6.0.

2 9 Dalam perancangan ini, perangkat sistem smart home yang berupa rangkaian elektronik dan device-device seperti lampu, kipas, dan sensor-sensor dibuat diatas papan akrilik. Berikut ini akan ditampilkan layout desain mekaniknya. Gambar 3. Layout Desain Mekanik

3 30 Gambar 3. Blok Diagram Aplikasi Smart Home 3. Perangkat Keras Perangkat keras meliputi sekumpulan komponen elektronika yang kemudian dirangkai menjadi satu kesatuan sistem. Fungsi umum dari perangkat keras ini sebagai berikut :. Minimum Sistem ATMega8535 : mengolah dan mengeksekusi data.. Rangkaian Driver : sebagai penguat arus mikrokontroler untuk mengendalikan lampu, fan / kipas, dan motor DC. 3. Sensor RFID : digunakan untuk akses pintu otomatis, sebagai identifikasi pemilik rumah jika ingin memasuki rumahnya. 4. Sensor LDR : mendeteksi cahaya di sekitar taman rumah, jika kondisi gelap (malam) maka lampu taman otomatis menyala, begitu jg sebaliknya. Dengan begitu, jika pemilik rumah sedang tidak ada di rumah maka penerangan rumah masih dapat berjalan dengan baik. 5. Sensor LM35 : memonitoring temperatur ruangan.

4 3 6. RS 3 : sebagai interface yang menghubungkan antara seluruh perangkat pada sistem smart home dengan PC ( komputer ). 3.. Rangkaian Minimum Sistem ATMega8535 PB0 PB PB PB3 PB4 PB5 PB6 PB IC PB0 (T0) PB (T) PB (AIN0) PB3 (AIN) PB4 (SS) PB5 (MOSI) PB6 (MISO) PB7 (SCK) ATMEGA PA0 (ADC0) PA (ADC) PA (ADC) PA3 (ADC3) PA4 (ADC4) PA5 (ADC5) PA6 (ADC6) PA7 (ADC7) PA0 PA PA PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 AREF C uf VR 0K PD0 PD PD PD3 PD4 PD5 PD6 PD7 X X RST PD0 (RXD) PD (TDX) PD (INT0) PD3 (INT) PD4 (OCB) PD5 (OCA) PD6 (ICP) PD7 (OC) X X RESET (TOSC) PC7 (TOSC) PC6 PC5 PC4 PC3 PC PC PC0 AREF AGND A PC7 PC6 PC5 PC4 PC3 PC PC PC0 AREF R8 330 LED L PROG R9 330 L3 POWER X Y 8MHZ X C7 0pF C8 0pF SW R3 K RST C9 RST PB5 LED RST PB7 PB6 P ISP PROG nf Gambar 3.3 Skematik Rangkaian Minimum Sistem ATMega8535

5 3 Rangkaian minimum sistem dibutuhkan agar mikrokontroler berjalan sebagaimana mestinya. Rangkaian ini membutuhkan dua buah komponen penting yaitu reset dan kristal sebagai sumber pendetak osilator internal. Rangkaian reset yang digunakan pada perancangan ini adalah rangkaian manual reset. Manual reset digunakan agar program dapat direset sewaktu-waktu tanpa harus mematikan dan menyalakan kembali catu daya. Masukan reset berada pada pin 9 mikrokontroler ATMega8535. Masukan reset ini berlogika ActiveLow, maksudnya adalah mikrokontroler akan mereset saat mendapat masukan pulsa transisi dari tinggi (High) ke rendah (Low). Pin dan 3 mikrokontroler ATMega8535 dihubungkan ke rangkaian kristal. Kristal sebagai isyarat pulsa detak digunakan untuk menentukan kecepatan operasi pada mikrokontroler. Isyarat pulsa detak dibentuk oleh rangkaian pembangkit pulsa dengan menggunakan osilator kristal dan kapasitor sebagai pembangkit osilator internal. Kristal yang digunakan pada perancangan sistem ini adalah kristal 8 Mhz dengan nilai kapasitor 0 pf. Sehingga dapat dihitung nilai frekuensi dari satu siklus mesin yaitu sebagai berikut : fcyclemachine = x nilai kristal = x 8 Mhz = 0.66 Mhz

6 33 Pin-pin mikrokontroler adalah pin-pin multifungsi yang dapat bertindak sebagai input atau output. Untuk membedakan sebuah perangkat keras dibaca sebagai input atau output diperlukan penginisialisasian terlebih dahulu pada program yang dibangun, sehingga fungsi dari perangkat keras bekerja dengan optimal. Berikut adalah penginisialisasiannya : Tabel 3. Penggunaan Port Mikrokontroler Pada Sistem Pengendali Fungsi Sensor LM35 Sensor LDR ISP Programmer Kendali Motor DC (bolak-balik) Kendali Lampu Taman Sensor RFID Komunikasi Serial RS-3 Zero Crossing Kendali Lampu Ruangan Kendali Lampu Ruangan Kendali Fan/Kipas Port Pin PA.0 PA. PB.5 - PB.6 - PB.7 PC.0 - PC. PC. PD.0 PD.0 - PD. PD. PD.3 PD.4 PD.6 Untuk men-download file heksadesimal ke mikrokontroler maka port MOSI (PB.5), MISO (PB.6), SCK (PB.7), RST (pin 9), Vcc (pin 0), dan GND (pin ) dari kaki

7 34 mikrokontroler dihubungkan ke sebuah konektor menuju ISP Programmer. Dari ISP Programmer inilah dihubungkan ke komputer melalui port paralel. 3.. Rangkaian Power Supply + TIP955 J TRAFO 3 D6 TR D7 R5 47 C0 00uF + C 330nF U LM7805CT Vin GND +5V 3 C 470uF + C3 000uF/5V J3 OUT Gambar 3.4 Skematik Rangkaian Power Supply Rangkaian power supply merupakan sumber tegangan dari seluruh rangkaian. Rangkaian power supply ini terdiri dari dua keluaran, yaitu tegangan 5 volt dan Volt. Rangkaian ini berfungsi untuk mengubah tegangan AC 0 Volt dari PLN menjadi tegangan DC yang besar tegangannya disesuaikan dengan kebutuhan.

8 35 Tegangan 0 Volt yang masuk ke rangkaian ini akan diturunkan tegangannya oleh trafo step down. Kemudian akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, sehingga tegangan bolak-balik (AC) diubah menjadi tegangan searah (DC) sebesar Volt. Pada rangkaian power supply diatas, dipakai regulator LM7805CT untuk mendapatkan tegangan keluaran sebesar 5 Volt. Transistor PNP disini berfungsi sebagai penguat arus apabila terjadi kekurangan arus, sehingga regulator tegangan (LM7805CT) tidak akan panas ketika rangkaian butuh arus yang cukup besar. Kapasitor pada rangkaian tersebut berfungsi untuk meminimalkan terjadinya noise Rangkaian Komunikasi Serial RS-3 DB DB9 C IC3 4 T OUT 3 R IN 7 T OUT 8 R IN 4 C+ C3 uf/6v 5 C - 6 V- C4 5 uf/6v GND T IN R OUT T IN R OUT C+ C - V PD PD0 C5 uf/6v C6 uf/6v uf/6v MAX3ACPE(6) Gambar 3.5 Skematik Rangkaian RS-3

9 36 Perancangan sistem ini menggunakan berbagai aplikasi yang saling berhubungan satu sama lain, mikrokontroler ATmega 8535 sebagai pengatur dan pengendali seluruh perangkat sistem yang kemudian dihubungkan dengan komputer sebagai pusat kontrol melalui interface RS-3. RS-3 merupakan konverter tegangan. Rangkaian ini menggunakan IC MAX3 yang berfungsi untuk merubah sinyal komunikasi serial pada mikrokontroler dari tegangan TTL menjadi tegangan yang kompatibel dengan sistem komunikasi serial pada komputer. Tegangan pada port serial komputer memiliki besar tegangan -5 sampai -5 Volt untuk sinyal High dan +5 sampai +5 Volt untuk sinyal Low. IC MAX3 menggunakan buah receiver dan buah transceiver dalam satu IC. Gambar 3.6 Interface Komunikasi Serial RS Rangkaian Sensor LM35

10 37 SEN LM35 PA0 VOUT GND 3 Gambar 3.7 Skematik Rangkaian Sensor LM35 Sensor suhu LM35 pada perancangan sistem smart home ini digunakan untuk mendeteksi suhu pada suatu ruangan. Pada aplikasi ini, suhu ruangan tersebut dapat dimonitor melalui sebuah komputer (PC). Dengan tampilan nilai suhu tersebut maka dengan mudah dilakukan pengaturan putaran kipas yang ada pada ruangan tersebut. Dengan begitu suhu ruangan dapat tercapai sesuai dengan keinginan pemilik rumah. Sensor suhu LM35 memiliki tegangan kerja 5 Volt namun outputnya hanya antara 0,0 Volt sampai,00 Volt dan range pengukurannya berkisar antara 0 C-00 C dengan perubahan tegangan sebesar 0 mv per C, atau mememnuhi persamaan sebagai berikut. V 0 mv. T

11 38 Dengan T adalah temperatur yang dideteksi dalam derajat Celsius. Dengan ketelitian yang dimilikinya maka sensor ini dapat dihubungkan langsung dengan mikrokontroler ATMega8535 pada pin yang memiliki fungsi ADC internal 0 bit, yaitu terdapat pada port A Rangkaian Sensor LDR PA R7 0K LDR LDR Gambar 3.8 Skematik Rangkaian LDR LDR (Light Dependent Resistor) adalah suatu komponen elektronik yang resistansinya tergantung pada intensitas cahaya. LDR sering juga disebut dengan sensor cahaya. LDR pada sistem smart home ini digunakan untuk menyalakan atau mematikan lampu taman di sekitar rumah secara otomatis sesuai kondisi cahaya di

12 39 pekarangan rumah. Jika cahaya gelap (malam hari) maka lampu taman akan menyala, dan saat terang (siang hari) lampu taman akan padam. Cara kerja rangkaian LDR di atas adalah pada saat intensitas cahaya di sekitar LDR membesar (terang), maka hambatan LDR akan mengecil. Hal ini menyebabkan tegangan pada titik yang terhubung dengan port mikrokontroler (PA.) semakin mengecil, sehingga mikrokontroler memerintahkan untuk memadamkan lampu pada rangkaian driver lampu taman. Dan sebaliknya, jika intensitas cahaya di sekitar LDR semakin mengecil (gelap), maka hambatan pada LDR semakin besar. Hal ini menyebabkan tegangan pada titik yang terhubung dengan port mikrokontroler (PA.) semakin besar, sehingga mikrokontroler memerintahkan untuk menyalakan lampu pada rangkaian driver lampu taman Rangkaian RFID

13 40 PD0 RFID Gambar 3.9 Skematik RFID Penggunaan RFID pada perancangan sistem ini sebagai penunjang sistem keamanan rumah. RFID disini digunakan sebagai akses untuk membuka pintu gerbang otomatis. Tag RFID (kartu RFID / transponder) dipegang oleh pemilik rumah. Sedangkan reader RFID diletakkan di dekat pintu otomatis. Gambar skematik diatas merupakan reader RFID. Fungsinya untuk membaca tag RFID. Reader tersebut dihubungkan ke PD.0 pada mikrokontroler yang merupakan USART input pin (pin RX) untuk komunikasi serial. Tetapi disini tidak menggunakan pin TX (USART output pin) karena reader RFID ini hanya berfungsi untuk menerima sinyal input yaitu tag RFID tanpa melakukan pengontrolan terhadap tag tersebut. Saat reader membaca tag/kartu RFID maka mikrokontroler memerintahkan driver motor DC sebagai pintu otomatis untuk membuka pintu. Tanpa adanya tag maka pintu tidak akan terbuka.

14 Rangkaian Driver Motor DC + 6 VSS VS IC4 8 PC PC EN EN IN4 IN3 IN IN GND GND GND GND OUT OUT OUT3 OUT M MOTOR DC GERBANG + A - L93D Gambar 3.0 Skematik Rangkaian Driver Motor DC Alat ini menggunakan motor DC untuk menggerakkan pintu secara otomatis. Pintu akan bergeser saat membuka dan menutup oleh karena itu motor bergerak bolak-balik. Sebagai pemicu gerakan motor, diperlukan Driver Motor IC L93D yang dapat membangkitkan arus dua arah sebesar 600 ma pada tegangan antara 4,5 Volt 36 Volt dengan temperatur kerja antara 0 70 derajat Celcius. Sebuah IC L93D berisi empat buah push-pull. Setiap dua buah push-pull dapat digunakan sebagai H-bridge dan dapat diaktifkan dengan sebuah sinyal enable. Half Bridge adalah sebuah rangkaian yang digunakan untuk mengendalikan sebuah

15 4 motor DC sehingga dapat berputar searah jarum jam ataupun melawan arah jarum jam. Prinsip kerja Half Bridge adalah mengatur aliran arus pada motor DC. Aliran arus tersebut diperoleh dari mikrokontroler melalui perantara IC L93D. Pin PC.0 dan PC. dari mikrokontroler dihubungkan dengan pin dan 7 IC L93D yang befungsi sebagai input. Jika PC.0 mempunyai nilai logika (High) dan PC. mempunyai nilai logika 0 (Low) maka motor akan bergerak berlawanan arah jarum jam, begitupun sebaliknya jika PC.0 mempunyai nilai logika 0 (Low) dan PC. mempunyai nilai logika (High), motor akan bergerak searah jarum jam Rangkaian Driver Lampu Taman 0 VAC N J AC 0V N 0 VAC + K RELAY-SPDT D5 DIODE L5 PARK LAMP Q NPN R4 RES PC Gambar 3. Skematik Rangkaian Driver Lampu Taman

16 43 Rangkaian driver lampu ini digunakan untuk menyalakan dan memadamkan lampu taman secara otomatis. Saat kondisi port mikrokontroler (PC.) berlogika High maka akan mengaktifkan transistor NPN. Transistor tersebut berfungsi sebagai penguat arus bagi relay. Saat transistor aktif, kaki basis sebagai masukannya akan memperoleh tegangan High sehingga basis dan emitor mendapat bias maju dan mengalirkan arus dari emitor menuju kolektor. Arus tersebut juga akan melintasi relay menuju ground, hal ini mengakibatkan relay akan aktif (ON). Induktor yang terdapat pada relay akan timbul medan magnet karena arus mengalir melaluinya. Medan magnet tersebut akan menarik armatur pada relay dari normaly close (NC) menjadi normaly open (NO). Hal tersebut akan menyebabkan lampu taman menyala karena tegangan AC 0 Volt akan mengalir melalui lampu tersebut. Induktor pada relay tidak memiliki polaritas, karenanya akan terjadi GGL induksi yang berbalik arah kembali. Hal ini dapat mengakibatkan kerusakan pada transistor terlebih lagi pada power supply, jika power supply mengalami gangguan maka akan berpengaruh pada sistem yang lain. Untuk mencegahnya digunakan dioda sebagai pengaman. Dengan begitu, tegangan yang berbalik arah tersebut akan mengalir melalui dioda menuju power supply (disebut dioda fly back). Karena tegangan keluaran dioda cukup kecil yaitu 0,7 Volt (disebut tegangan jatuh dioda), maka tidak akan mengakibatkan kerusakan pada power supply Rangkaian Dimmer Lampu Ruangan dan Fan

17 44 L LAMP N 0 VAC T BT OP MOC 30 3 R0 330 PD4 L4 LAMP N 0 VAC T BT OP3 MOC 30 3 R 330 PD5 L6 FAN N 0 VAC T3 BT OP4 MOC 30 3 R 330 PD6 J 0 VAC N AC 0V Gambar 3. Skematik Rangkaian Dimmer Lampu dan Fan Rangkaian dimmer biasanya digunakan untuk driver peralatan listrik yang intensitasnya dapat diatur sesuai keinginan. Intensitas yang diatur dalam perancangan sistem smart home ini adalah intensitas lampu ruangan dan fan. Pada aplikasi ini dimmer berfungsi untuk mengatur tegangan pada beban. Rangkaian dimmer ini mampu mengatur beban pada tegangan 0 Volt AC dengan daya sampai 900 Watt tiap kanal dengan beban yang mulai dari lampu bolam sampai ke beban induktif seperti motor AC. Rangkaian ini terdiri dari dua komponen penting yaitu triac dan MOC-30. MOC-30 merupakan optoisolator atau sering disebut optocoupler yang digunakan sebagai antarmuka (interface) antara peralatan yang menggunakan tegangan

18 45 DC (seperti mikrokontroler, PC), dengan peralatan yang menggunakan tegangan AC (lampu, motor listrik). Kendali triac dengan menggunakan MOC-30 lebih mudah, karena hanya memberi pulsa tertentu pada trigger MOC-30. Prinsip kerja dari rangkaian ini yaitu dengan menahan tegangan AC (tidak dilewatkan) hingga pada sudut tertentu, baik untuk fasa positif maupun negatif. Dimmer pada umumnya bersifat induktif sehingga akan mengatur sudut penyalaan dengan cara men-trigger triac. Tegangan ditahan karena triac dalam kondisi OFF. Triac ini akan terhubung dengan MOC-30. Ketika tegangan MOC-30 pada pin 4 mencapai tegangan ambang gate triac, maka triac akan ON sehingga tegangan akan melewati beban (lampu,fan). Karena ON-OFF dari triac dipengaruhi oleh tegangan yang mengalir pada kaki gate triac tersebut, maka besarnya sudut tersebut dipengaruhi langsung oleh besarnya nilai tegangan yang berasal dari mikrokontroler (PD.4-PD.5- PD.6) melalui perantara MOC-30. Tegangan yang dihasilkan port mikrokontroler tersebut dipicu oleh sebuah rangkaian khusus yang disebut dengan rangkaian zero crossing. Rangkaian inilah yang akan mengatur intensitas lampu dan fan.

19 Rangkaian Zero Crossing R K R3 K R5 0K R6 K V TRAFO D D D3 D4 R 00 VR 0K OP 4N8 6 IN+ B 5 3 IN- C 4 E R4 0K IC LM3 7 PD Gambar 3.3 Skematik Rangkaian Zero Crossing Zero crossing detector adalah rangkaian yang digunakan untuk mendeteksi gelombang sinus AC 0 Volt saat melewati titik tegangan nol. Seberangan titik nol yang dideteksi adalah peralihan dari positif menuju negatif dan peralihan dari negatif menuju positif. Seberangan-seberangan titik nol ini merupakan acuan yang digunakan sebagai awal pemberian nilai waktu tunda untuk pemicuan triac pada rangkaian dimmer. Secara garis besar, cara kerja rangkaian ini adalah sebagai berikut. Gelombang sinus AC disearahkan menggunakan diode bridge. Gelombang yang telah disearahkan ini akan mempengaruhi dioda LED yang ada di dalam komponen optocoupler 4N8. Ketika tegangannya melebihi tegangan batas dari dioda LED maka dioda LED tersebut akan aktif. Saat aktif, dioda ini akan mengeluarkan cahaya. Cahaya yang dikeluarkan akan mengenai phototransistor yang ada di dalam optocoupler tadi,

20 47 dan phototransistor akan ON. Kondisi keluaran dari phototransistor ini digunakan sebagai input Op-Amp. Setiap keluaran dari Op Amp akan menginterupsi Mikrokontroler, yang selanjutnya akan digunakan sebagai pengolahan data. 3. Perangkat Lunak Perangkat lunak adalah bahasa pemrograman yang mendukung perangkat keras. Tanpa ada perangkat lunak, perangkat keras tidak akan dapat bekerja sebagaimana fungsinya. Pada pembuatan sistem Smart Home ini digunakan dua bahasa pemrograman sebagai perangkat lunaknya, yaitu Microsoft Visual Basic 6.0 dan program Basic Compiler ( BASCOM ). Microsoft Visual Basic 6.0 digunakan sebagai tampilan pada PC. Pada PC terdapat tombol pengaturan dan tampilan untuk mengoperasikan sistem Smart Home. Tombol-tombol tersebut diantaranya yaitu untuk menghidupkan lampu ruangan on/off, untuk pengaturan intensitas lampu ruangan dan kipas, tampilan suhu ruangan, tampilan ID penghuni, tampilan kondisi pintu, dan tampilan kondisi lampu taman. Lebih jelasnya tertera pada gambar berikut.

21 48 Gambar 3.4 Tampilan VB Smart Home Software AVR Basic Compiler (BASCOM) digunakan untuk program pengendali rangkaian yang didownloadkan ke dalam chip mikrokontroler ATMega8535. Saat pertama diaktifkan, mikrokontroler akan melakukan penginisialisasian port yang akan digunakan dan internal RAM, kemudian akan melakukan pengecekan dan pembacaan terhadap sensor-sensor dan tombol-tombol pada VB. Bila sensor dan tombol tersebut tidak ada yang aktif maka pengecekan akan terus berlangsung dan sistem dalam keadaan menunggu. Bila salah satunya ada yang aktif, sistem akan menjalankan program selanjutnya. Berikut ini akan ditampilkan diagram alir dari sistem.

22 Gambar 3.5 Diagram Alir Utama 49

23 50 Gambar 3.6 Subroutine Deteksi Cahaya Lampu taman Gambar 3.7 Subroutin Baca RFID