BAB 3 PERANCANGAN SISTEM

Transkripsi

1 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM 3.1 Gambaran sistem Gambaran cara kerja sistem dari penelitian ini adalah, terdapat sebuah sistem. Yang didalamnya terdapat suatu sistem yang mengatur suhu dan kelembaban pada kotak tempat pemeliharaan cacing. Sistem pengatur suhu dan kelembabannya terdiri dari lampu pijar sebagai pemanas yang digunakan untuk menaikan suhu dan kelembaban tanah, pendingin yang ditambah dengan kipas untuk menurunkan suhu, dan pompa air untuk menambah kelembaban pada sistem. Sistem ini akan mendeteksi suhu dan kelembaban melalui sensor suhu dan kelembaban. suhu terlalu tinggi dari suhu yang diperlukan, maka pendingin dan kipas aktif tetapi bila suhu sudah terlalu rendah, maka pendingin non aktif dan pemanas aktif. Untuk mengatur kelembabannya, jika terlalu lembab, maka pemanas aktif untuk menurunkan kelembabannya, sebaliknya air harus disemprotkan ketika kelembabannya kurang dari yang diinginkan agar kelembabannya naik ke kelembaban yang diinginkan. 3.2 Perancangan Sistem Sistem yang dirancang dalam penelitian ini merupakan sistem untuk menjaga suhu dan kelembaban di dalam kotak tempat pemeliharaan cacing 43

2 44 secara otomatis. Dengan kata lain, sistem akan bekerja sendiri menjaga suhu dan kelembaban. Sedangkan untuk perancangan secara umum untuk penelitian ini dalam mencapai gambara sistem diatas adalah sebagai berikut: Sensor kelembaban akan mengukur kelembaban secara terus menerus yang akan dibaca ADC. Setelah diproses didalam mikrokontroler, hasilnya akan dikeluarkan ke LCD dan bila perlu menjaga kelembaban, air akan disemprotkan atau lampu pijar sebagai pemanas akan dinyalakan tergantung pada kelembaban yang didapat. Sensor suhu juga akan melakukan pengukuran secara terus menerus dan dibaca ADC pula. Akan diproses oleh mikrokontroler, dikeluarkan ke LCD, bila perlu pendingin atau pemanas yang berupa lampu pijar akan dinyalakan ketika suhu yang didapat melebihi range yang diperlukan. LCD digunakan untuk pembacaan data yang didapat sensor suhu dan sensor kelembabannya. Pendingin yang berupa bagian pendinginan kulkas yang ditambah dengan kipas untuk sistem pendinginannya agar suhu tinggi yang panas dapat diturunkan. Pompa air yang akan digunakan untuk menaikan kelembaban bila kurang lembab. Lampu pijar sebagai pemanas untuk menurunkan kelembaban dan menaikan suhu bila terlalu lembab dan terlalu dingin.

3 45 Menggunakan AVR ATMega 8535 sebagai pengolah data. Data yg diperoleh berupa input dari sensor suhu dan sensor kelembaban, yang nantinya akan digunakan untuk menyalakan pompa air, lampu pijar sebagai pemanas dan pendingin. 3.3 Cara Kerja Sistem penelitian ini: Berikut adalah blok diagram dari perancangan alat yang dilakukan dalam Sensor Suhu Sensor Kelembaban Mikrokontroller LCD Pendingin Pemanas Pompa air Gambar 3.1 Blok diagram sistem pengontrol ruang hidup cacing Di atas merupakan diagram blok untuk bagian modul utama dari alat yang akan diteliti. Sensor kelembaban digunakan untuk mengukur kelembaban kotak tempat hidup cacing. Lalu, sensor suhujuga digunakan untuk mengukur suhudidalam kotak tempat hidup cacing. Mikrokontroller digunakan untuk

4 46 mengolah data yang dihasilkan oleh masing-masing sensor. Data-data itu akan dikeluarkan ke LCD agar dapat dibaca untuk pengukuran. Pompa air digunakan untuk menaikan kelembabannya agar kelembaban yang tadinya rendah, dapat menjadi naik ke kelembaban yang diinginkan. Lampu pijar digunakan untuk pemanas untuk menjaga kelembaban dan suhu, bila suhu terlalu dingin dan kelembaban terlalu tinggi. Untuk alur cara kerja diagram blok diatas, dilukikan dengan diagram alur sebagai berikut:

5 47 Start B Inisialisasi A kelembaban >= 50% Nyalakan Lampu pijar K=0 Membaca sensor kelembaban K=K+30 M=K % 10 ADC Kembalikan Kursor ke awal Cetak Kelembaban = Bandingkan tidak hasil ADC dengan data kelembaban K++ C kelembaban <= 35% Nyalakan pompa B

6 48 C D (K-M)%10 = 3 Cetak 3 K%10 = 0 Cetak 0 K%10 = 1 Cetak 1 (K-M)%10 = 4 Cetak 4 K%10 = 2 Cetak 2 (K-M)%10 = 5 Cetak 5 K%10 = 3 Cetak 3 (K-M)%10 = 6 Cetak 6 K%10 = 4 Cetak 4 K%10 = 5 Cetak 5 (K-M)%10 = 7 Cetak 7 E F (K-M)%10 = 8 Cetak 8 D

7 49 E F G K%10 = 6 Cetak 6 Bandingkan hasil ADC dengan data suhu K++ K%10 = 7 Cetak 7 K%10 = 8 Cetak 8 suhu<=21 o C Nyalakan lampu pijar K%10 = 9 Cetak 9 suhu>= 29 o C Nyalakan pendingin dan kipas Cetak % K=K+10 M=K % 10 K=0 Membaca sensor suhu Kembalikan kursor ke awal Cetak Suhu= ADC H G

8 50 H I (K-M)%10 = 1 Cetak 1 K%10 = 0 Cetak 0 (K-M)%10 = 2 Cetak 2 K%10 = 1 Cetak 1 (K-M)%10 =3 Cetak 3 K%10 = 2 Cetak 2 (K-M)%10 = 4 Cetak 4 K%10 = 3 Cetak 3 I K%10 = 4 Cetak 4 K%10 = 5 Cetak 5 J K

9 51 J K K%10 = 6 Cetak 6 K%10 = 7 Cetak 7 K%10 = 8 Cetak 8 K%10 = 9 Cetak 9 Cetak C A Finish Gambar 3.2 Flowchart sistem pengontrol ruang hidup cacing Ketika sistem dinyalakan, maka akan segera inisialisasi. Hal pertama yang dilakukan adalah membaca input dari sensor kelembaban. Lalu hasil pembacaan sensor dimasukan ke ADC untuk diolah menjadi data digital. Kemudian membandingkan nilai dari input sensor dengan data kelembaban yang telah ditentukan sesuai dengan data sheet sensor kelembaban tersebut, jika

10 52 kurang lembab, nyalakan pompa air atau nyalakan lanpu pijar untuk memanaskan bila terlalu lembab, setelah itu tuliskan ke LCD. Begitu pula dengan sensor suhu, akan di baca dan akan dilakukan ADC juga, lalu bila suhu terlalu rendah, nyalakan lampu pijar untuk memanaskan dan menaikan ke suhu yang diinginkan. Bila terlalu tinggi, maka nyalakan pendingin dan kipas agar suhunya turun. 3.4 Rancangan modul power Modul Power pada penelitian ini adalah modul yang digunakan untuk merubah power AC menjadi DC yang akan dipakai untuk power supply modul AVR dan modul-modul lainnya pada alat ini. Ada pula modul ini digunakan untuk membuat paralel power AC yang digunakan pada modul relay untuk menyalakan pendingin, lampu pijar dan pompa air yang membutuhkan power AC. TRAFO 220 Volt Trafo 220 Volt U VI VO 3 5 Volt BRIDGE BRIDGE C1 1000u C2 100n GND 2 C4 100n C3 1000u C5 4700u Ground Gambar 3.3 Skematik modul power

11 53 Isi dari modul ini antara lain adalah trafo yaitu komponen elektromagnet untuk merubah tegangan AC yang besar menjadi AC yang lebih kecil, dioda bridge digunakan untuk menyearahkan tegangan AC-nya untuk dirubah ke tegangan DC, LM7805 untuk menjaga tegangan tetap pada 5 Volt, lalu kapasitor 1000uF dan 100nF untuk menghilangkan ripple yang masih tersisa ketika telah disearahkan oleh dioda bridge dan untuk menjaga arus setelah di jaga tegangannya oleh regulator berupa LM7805, switch untuk memutus dan menyambungkan listrik ke rangkaian, indikator berupa LED untuk memberitahukan bahwa sudah ada atau belum tegangan di dalam modul. Gambar 3.4 Modul power

12 Rancangan modul AVR Modul ini berupa sistem minimum AVR ATMega 8535, terdiri atas IC ATMega 8535 yang kaki 10-nya dihubungkan ke Vcc 5 Volt dan kaki 11-nya dihubungkan ke Ground agar dapat aktif, Crystal dan kapasitor 22pF dihubungkan ke kaki 12 dan 13 AVR untuk osilator yang akan mempengaruhi seberapa cepat program akan dijalankan, lalu rangkaian reset yang dihubungkan ke kaki 9 yang berupa push button, resistor 1Kohm dan kapasitor 10uF untuk mereset program pada AVR agar kembalik ke awal. Kaki Avcc dan Aref pada AVR modul penelitian ini dihubungkan ke Vcc 5 Volt dan Agnd ke ground untuk konfigurasi pada ADC yang nantinya digunakan pada program di AVR. Modul ini nantinya akan dihubungkan dengan LCD, Sensor Kelembaban, Sensor Suhu, Kipas angin dan Relay. Sensor suhu dan senor kelembaban juga terpasang pada modul ini agar dibaca oleh Port A (ADC) pada ATMega Sensor dibaca oleh ADC sesuai dengan datasheetnya, tiap kali ada perubahan suhu atau kelembaban, maka tegangan yang menjadi output akan dibaca oleh ADC. Setelah dibaca oleh ADC, hasilnya akan dicocokan dengan data yang ada di dalam mikrokontroler. Data didapat dari perhitungan perubahan tegangan yang dihasilkan oleh perubahan suhu atau kelembaban, lalu disimpan di dalam mikrokontroler yang nantinya akan dicocokan dengan hasil inputan yang didapat dari ADC.

13 55 Gambar 3.5 Grafik perbandingan antara kelembaban dan tegangan yang didapat sensor 808H5V5 5 V olt VSS VD D VEE RS RW E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D RV1 Resistor Variable LCD1 LM016L Ground 5 Volt R1 1k C7 C6 22pF 22pF C8 10u Ground XTAL 4MHZ C RYSTAL U3 5 V olt 40 XTAL1 PA0/AD C0 XTAL2 PA1/AD C RES ET PA2/AD C2 PA3/AD C PB0/T0 PA4/AD C4 PB1/T1 PA5/AD C PB2/A IN0 PA6/AD C6 PB3/A IN1 PA7/AD C7 33 PB4/SS PB5/MOSI PC PB6/MI SO PC1 PB7/SCK PC PC3 PD0/ RXD PC PD1/ TXD PC5 28 PD2/ INT0 PC6/TOSC1 29 PD3/ INT1 PC7/TOSC2 PD4/OC1B PD5/OC1A AR EF PD6/ ICP AGND PD7/ OC2 AVCC 30 1 Sensor 80 8H5V5 + 5 Volt out Ground J1 konektor relay R2 2k Ground PT C1 PTC AT90S8535 G r ou nd Gambar 3.6 Skematik modul AVR Data perbandingan tegangan dengan suhu yang terdapat di datasheet menjadi dasar perhitungan untuk membandingkan suhu yang berupa tegangan yang didapat dari sensor agar nantinya dibandingkan dengan data yang disimpan

14 56 pada mikrokontroler yaitu hasil konversi dari tegangan di tabel perbandingan suhu dan sensor kelembaban. Humidity 30% 40% 50% 60% 70% 80% 808H5V5 1,73V 2,08V 2,41V 2,72V 3,01V 3,30V Tabel 3.1 Tabel perbandingan antara kelembaban dan tegangan yang diterima sensor Dari tabel perbandingan kelembaban dan tegangan yang didapat dari datasheet sensor kelembaban 808H5V5, diambilah perbedaan antara kenaikan 10% lalu dirata-rata, maka didapatlah kenaikan tiap 1%, tegangan tiap 1% tersebut diubah menjadi nilai heksanya, lalu disimpan di dalam mikrokontroler yang nantinya untuk dicocokan dengan tiap kali sensor menerima data. Range Kenaikan tiap 1% 30%-40% (2,08-1,73) / 10 = 0,035 Volt 40%-50% (2,41-2,08) / 10 = 0,033 Volt 50%-60% (2,72-2,41) / 10 = 0,031 Volt 60%-70% (3,01-2,72) / 10 = 0,029 Volt 70%-80% (3,30-3,01) / 10 = 0,029 Volt Tabel 3.2 Tabel kenaikan tegangan tiap % Untuk menghitung heksa dari tegangan tiap kenaikan kelembabaan, dilakukan konversi ke biner dulu, lalu diambil 8 bit pertama saja untuk konversi lagi ke bentuk heksanya.

15 57 Contoh : Humidity 30% = 1,730 Volt (Tegangan x 1024) / Tegangan Referensi (1,730 x 1024) / 5 =354, ,304 = diambil 8 bit pertama untuk menjadi heksanya. Jadi humidity 30% = 58h (0x58). Humidity Tegangan Heksa dari tegangan Humidity Tegangan Heksa dari tegangan 30 1, , ,765 5A 57 2, ,800 5C 58 2, ,835 5D 59 2, ,870 5F 60 2,720 8B 35 1, ,749 8C 36 1, ,778 8E 37 1, ,807 8F 38 2, , , , ,080 6A 66 2, ,113 6C 67 2, ,146 6D 68 2, ,179 6F 69 2, , ,010 9A

16 , ,039 9B 46 2, ,068 9D 47 2, ,097 9E 48 2, ,126 A0 49 2, ,155 A2 50 2,410 7B 76 3,184 A3 51 2,441 7C 77 3,213 A4 52 2,472 7E 78 3,242 A5 53 2, ,271 A7 54 2, ,300 A8 55 2, Tabel 3.3 Tabel konversi kelembaban ke heksa untuk data pada mikrokontroler Untuk sensor suhu dilakukan perhitungan juga untuk menentukan nilai dari tiap-tiap nilai analognya sama seperti sensor kelembaban, tetapi dilakukan pembagi tegangan karena sensor suhu yang dipakai menggunakan perubahan resistansi pada sensornya. Gambar 3.7 Skematik sensor suhu. \

17 59 Tabel 3.4 Tabel perbandingan suhu dan tegangan sensor suhu PTC Jadi untuk perhitungan untuk menentukan datanya adalah seperti berikut. Contoh : R sensor 10 o C = 877,2 R1 = 2K Vref = 5Volt Vs = R sensor / (R sensor + R1) x Vref Vs = 877,2 / (877, ) x 5 Vs = Data = (Vs x 1024) / Vref

18 60 Data = (1,52 x 1024) / 5 Data = 311,296 Data dalam heksa = 138 Data dalam Data dalam Suhu Heksa Suhu Heksa B D 29 15A 14 13F 30 15B D F A B D 38 16A 23 14F 39 16B D Tabel 3.5 Tabel konversi suhu ke heksa untuk data pada mikrokontroler

19 61 Sensor suhu dan sensor kelembaban setelah dilakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai heksa dari masing-masing sensor, 2 sensor tersebut diuji kembali untuk melihat kelinearan output dari kedua sensor tersebut dan hasil pengujian kedua sensor tersebut hasilnya sama dengan tabel dari datasheetnya. Pendingin akan menyala pada suhu 29 o C dan mati pada suhu 27 o C. Pendingin sengaja dinyalakan agar suhu tidak mencapai suhu 30 o C. Untuk menyalakan pendingin, pemanas yang berupa lampu pijar dan pompa air diperlukan relay, saat relay diaktifkan, maka pendingin, lampu dan pompa akan menyala. Haruslah ada range waktu 5 menit untuk mengaktifkan lagi kompresor pendingin setelah aktif, yang akan menyebabkan kompresor pada pendingin cepat rusak jika mengaktifkan lagi pendingin setelah pendingin dimatikan sebentar. Kompresor butuh waktu untuk diistirahatkan, jika ingin dinyalakan kembali, oleh karena itu dibuatlah delay agar pendingin tidak langsung aktif setelah baru dimatikan sebentar. Pompa juga akan diberi delay agar air yang disemprotkan tidak terlalu banyak yang akan membuat tanah menjadi kelebihan air, lalu pompa tidak boleh diaktifkan lagi selama beberapa waktu agar pompa tidak langsung dinyalakan lagi bila terjadi perubahan kelembaban lagi. Pompa akan aktif pada kelembaban 35% dan mati pada kelembaban 40%. Sedangkan lampu akan aktif ketika suhu 21 o C dan mati pada suhu 23 o C dan pada kelembaban 50% dan mati lagi setelah mencapai kelembaban 47%.

20 62 Gambar 3.8 Modul AVR 3.6 Rancangan modul relay Modul Relay yang digunakan pada penelitian ada 4 buah, modul ini digunakan sebagai picu untuk mengaktifkan pompa air, pendingin dan lampu pijar untuk pemanas. Modul ini terdiri dari relay untuk switching pada tegangan 220 Volt jika diaktifkan oleh tegangan DC 5 Volt secara elektronik, resistor untuk menjaga tegangan yang jatuh ke transistor, transistor untuk mengaktifkan relay bila dipicu oleh output dari AVR, dan dioda yang digunakan untuk mengatasi arus balik dari dalam kumparan relay, arus balik ini berasal dari medan magnet kumparan relay. Induksi listrik ini biasanya lebih tingi tegangannya daripada tegangan sumber. Untuk mencegah terjadinya kerusakan akibat terjadinya tegangan induksi ini, maka pada rangkaian relay dipasanglah dioda.

21 5 Volt 5 Volt 63 1 N400 2 RL1 D1 Rela y 5 Volt R3 10k Q1 BC J3 kon ekto r kipas Grou nd 5 Volt G rou nd 2 20 Volt 1 N400 2 RL2 D2 Rela y 5 Volt R4 10k Q2 BC J4 kon ekto r pom pa J Grou nd 5 Volt 2 20 Volt 2 20 Volt kone ktor relay 1 N400 2 RL3 D3 Rela y 5 Volt R5 10k Q3 BC J5 kon ekto r lampu pijar Grou nd 5 Volt 2 20 Volt 2 20 Volt 1 N400 2 RL4 D4 Rela y 5 Volt R6 10k Q4 BC J6 kon ekto r pen dingin Grou nd 2 20 Volt Gambar 3.9 Skematik modul Relay Gambar 3.10 Modul Relay