Perancangan dan Pembuatan Sistem Proteksi Kebocoran Air Pada Pelanggan PDAM Dengan Menggunakan Selenoid Valve dan Water Pressure Switch Berbasis ATMEGA 8535 Zanuar Rakhman dan M. Ibrahim Ashari Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Nasional Malang e-mail: zhane88@yahoo.com Abstrak Kebocoran air pada pelanggan PDAM dapat kita temui diberbagai tempat. Sebagian besar kebocoran tersebut dikarenakan menutup keran kurang rapat atau keran sudah rusak, sehingga keran tidak dapat bekerja dengan baik dalam menutup saluran air. Keadaan tersebut seringkali tidak diketahui oleh pelanggan, dan terkesan diremehkan. Tentunya hal tersebut tidak disengaja oleh pelanggan, dan akan berdampak pada pemborosan air dan membengkaknya biaya tagihan rekening air bagi si pelanggan, serta merugikan bagi pelanggan. Oleh sebab itu, untuk memudahkan dalam mendeteksi kebocoran air pada pelanggan, khususnya diakibatkan oleh keran air yang menutup kurang rapat ataupun rusak, maka dirancang sebuah alat untuk mendeteksi dan memproteksi kebocoran tersebut. Alat ini dinamakan Sistem proteksi kebocoran air pada pelanggan PDAM dengan menggunakan solenoid valve dan water pressure switch berbasis ATMEGA8535, yang mempunyai komponen inti mikrokontroler ATMEGA8535, sensor tekanan, dan solenoid valve. Sensor tekanan membaca tekanan pada pipa saluran air, tegangan yang dihasilkan akan semakin besar bila tekanan dalam pipa besar dan keran dalam keadaan tertutup, dan sebaliknya. Saat mikrokontroller menerima data dari sensor, mikrokontroller akan memproses dan menyimpan data dan akan menampilkan pada LCD. Program yang digunakan adalah bascom. kebocoran dan pemborosan yang menyebabkan meter air terus berputar, sehingga pelanggan wajib membayar air yang tidak dikehendaki tersebut. Berdasarkan latar belakang seperti diatas, maka dalam skripsi ini akan dirancang sebuah alat, yaitu Sistem proteksi kebocoran air pada pelanggan PDAM dengan menggunakan solenoid valve dan water pressure switch berbasis ATMEGA 8535. Alat ini dirancang untuk mengatasi masalah pemborosan biaya rekening air akibat meteran air tetap berputar meskipun hanya beberapa air yang menetes dari saluran PDAM (terjadi kebocoran). II. KAJIAN TEORI A. Sensor Pada bagian sensor ini digunakan sensor MPX5100GP yang diproduksi oleh Freescale Semiconductor, Inc. Sensor ini akan menghasilkan sinyal keluaran analog berupa tegangan apabila dideteksi tekanan udara pada tempat tersebut. keluaran yang dihasilkan sensor ini berada pada range 0.3 volt- 4.7 volt dengan range tekanan 0 kpa 100 kpa dan meiliki sensitivitas sebesar 45 mv/kpa [1] Kata kunci sistem proteksi, pelanggan, solenoid, sensor, ATMEGA8535 I. PENDAHULUAN Berbagai masalah dapat muncul seiring dengan perkembangan zaman, tidak terkecuali dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu masalah yang timbul adalah kebocoran air pada konsumen/ pelanggan Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM), hal itu disebabkan karena meter air yang terus berputar meskipun hanya beberapa air yang menetes dari saluran PDAM yang pada dasarnya tanpa kita kehendaki dan mungkin tanpa kita ketahui. Air yang tetap menetes itu diakibatkan karena pemakaian keran pengaman pada saluan PDAM yang mudah rusak ataupun karena kelalaian penghuni rumah yang lupa mematikan keran kurang rapat, sehingga air tetap mengalir meskipun cuma sedikit. Keran air yang umumnya dipakai oleh pelangan adalah keran yang digerakkan secara manual oleh manusia dengan cara memutar atau menggerakkan keran keatas atau kebawah. Peralatan tersebut sangat mudah mengalami kerusakan dikarenakan kurang bijak dalam mengoperasikannya, sehingga kerusakan dan kelalaian dalam penggunaan keran tersebut akan berdampak pada Gambar 1. Bentuk fisik MPX5100GP [1]. B. LCD Sebagai tampilan digital, apabila bocor, maka tampil tulisan bocor, apabila tidak bocor maka tampil tulisan t. bocor, dan penunjuk waktu. Gambar 2. Perencanaan Rangkaian LCD. 209
C. Mikrokontroller ATMEGA8535 Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard s Risc Processor) memiliki arsitektur 8 bit, di mana semua instruksi di kemas dalam kode 16-bit (16-bit word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masingmasing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama [2]. Arsitektur Mikrokontroller ATMEGA 8535 diperlihatkan Gambar 3. E. RTC (real time clock) RTC DS1307 buatan Dallas Semiconductor ini selain menyediakan data-data mengenai waktu yang ditampilkan dalam biner maupun BCD juga menyediakan RAM internal sebsar 64 bytes. RAM internal terdiri atas 8 bytes yang digunakan untuk register kontrol dan clock, sedangkan 56 bytes lainnya digunakan oleh pemakai. Blok diagram RTDC DS1307 diperlihatkan Gambar 5. Gambar 5. Blok Diagram RTC DS1307 [5]. F. Buzzer Buzzer adalah komponen elektronika yang dapat mengubah energy listrik menjadi bunyi (suara) pada frekuensi tertentu sehingga dapat didengar oleh telinga manusia. Dalam aplikasinya buzzer digunakan sebagai indikator peringatan. Gambar 6. Buzzer. Gambar 3. Blok Diagram Mikrokontroller ATMEGA 8535 [4]. D. Solenoid valve Valve solenoid berfungsi untuk mengalirkan dan memutuskan aliran air pada saluran air. Model valve solenoid diperlihatkan Gambar 4. Gambar 4. Solenoid Valve. III. PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT Dalam perancangan ini dilakukan bertahap blok demi blok untuk memudahkan penganalisaan sistem setiap bagian maupun sistem secara keseluruhan. Perancangan dan pembuatan sistem ini terdiri dari dua perancangan utama, yaitu perancangan perangkat keras (hardware) dan perancangan perangkat lunak (software), disamping beberapa aspek lainnya yang juga perlu dijelaskan selanjutnya seperti blok diagram dan prinsip kerja sistem. Perancangan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software) dapat dijelaskan sebagai berikut. Perancangan dan pembuatan perangkat keras (hardware) Meliputi penggunaan Mikrokontroler ATMEGA8535, sensor tekanan, RTC, LCD, selenoid valve, dan buzzer. Perancangan dan pembuatan perangkat lunak (software) Meliputi perancangan flowcart yang akan menunjukkan sistem kerja alat secara menyeluruh. 210
pengurangan tegangan (output tegangan lebih kecil dari pada saat keran air tertutup dan tidak terjadi kebocoran). B. Perangkat keras Mikrokontroller ATMEGA8535. Perancangan pada mikrokontroler ATMEGA8535 ini dibuat dengan tujuan untuk memproses nilai-nilai atau input yang didapat dari sensor tekanan MPX5100GP (sensor out), berupa data tegangan. ATMEGA8535 juga mengatur solenoid valve, buzzer dan tampilan yang ditampilkan ke display LCD. Gambar 7. Perencanaan blok diagram perangkat keras. Blok diagram Gambar 7 dapat dijelaskan sebagai berikut. Sensor tekanan (Water pressure switch). Sensor tekanan yaitu sensor yang berfungsi untuk mendeteksi tekanan air yang ada didalam pipa. Sensor ini dapat digunakan untuk mendeteksi kebocoran air melalui pendeteksian tekanan dalam pipa. RTC (Real Time Clock). RTC (Real Time Clock) merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai alat pengaturan waktu. Dalam alat ini RTC digunakan untuk pengaturan waktu agar kontrol penggunaan air dapat mati setelah jam 9 malam (21.00), sehingga dapat memaksimalkan penghematan air, dan kontrol akan mulai aktif pada pukul 4 pagi (04.00). Mikrokontroller ATMEGA 8535. Berfungsi sebagai pengontrol utama dari sistem alat ini. Selenoid Valve. Berfungsi untuk membuka atau menutup saluran air secara otomatis. Buzzer. Berfungsi sebagai alarm, dan akan mengeluarkan bunyi (suara) bila terjadi kebocoran pada keran air. Gambar 8. Perencanaan Alokasi Port ATMEGA 8535. Sensor tekanan. Pada bagian sensor ini digunakan sensor MPX5100GP yang diproduksi oleh Freescale Semiconductor, Inc. Sensor ini akan menghasilkan sinyal keluaran analog berupa tegangan apabila dideteksi tekanan udara pada tempat tersebut. keluaran yang dihasilkan sensor ini berada pada range 0.7 volt - 4.7 volt dengan range tekanan 0 kpa 100 kpa dan meiliki sensitivitas sebesar 45 mv/kpa LCD (Liquid Cristal Display). Sebagai penampil untuk simulasi sistem. A. Prinsip kerja Prinsip kerja dari Sistem proteksi kebocoran air pada pelanggan PDAM dengan menggunakan solenoid valve dan water pressure switch berbasis ATMEGA 8535 ini yaitu system penerimaan beda tegangan pada output sensor tekanan MPX5100GP, dimana sensor tekanan tersebut diletakkan setelah meter air. Alat ini akan mendeteksi serta memproteksi kebocoran air pada keran air, yang dapat disebabkan keran air rusak ataupun kurang rapat dalam menutup keran air. Selain itu alat ini juga dapat mendeteksi kebocoran pada saluran pipa apabila debit kebocoran tersebut hampir sama atau sama dengan air yang keluar saat menutup keran kurang rapat. Apabila terjadi kebocoran yang diakibatkan keran air rusak ataupun menutup kurang rapat, maka solenoid valve akan menutup secara otomatis. Pada keadaan normal atau tidak terjadi kebocoran, solenoid valve dalam keadaan terbuka. Apabila keran air tertutup dan tidak terjadi kebocoran, maka output tegangan yang dihasilkan lebih besar, dan jika keran dalam keadaan terbuka, menutup kurang rapat ataupun ada kebocoran, maka akan terjadi Gambar 9. Bentuk fisik MPX5100GP. Solenoid valve. Solenoid valve digunakan untuk membuka/menutup aliran air secara otomatis. Gambar 10. Rangkaian Driver Solenoid Valve. 211
RTC (real time clock). RTC digunakan untuk pengaturan waktu ON/OFF, dimana alat akan secara otomatis OFF pada jam 21.00 dan ON pada pukul 04.00 pagi. kerja program yang telah kita buat. pembuatan listing program ditulis dalam bahasa BASCOM Pada prinsipnya, perangkat lunak untuk pemrogramannya didasarkan pada fungsi mikrokontroler ATMega8535 sebagai pusat pemrosesan data pada alat, yaitu Membaca data output tegangan sensor tekanan keluaran ADC dan mengkonversikan ke Rangkaian driver relay. Gambar 14 memperlihatkan diagram alir dari sistem. Gambar 11. Rangkaian RTC. LCD. Sebagai tampilan digital, apabila bocor, maka tampil tulisan bocor, apabila tidak bocor maka tampil tulisan t. bocor,dan penunjuk waktu. Gambar 14. Diagram alir sistem. IV. PENGUJIAN ALAT Gambar 12. Perencanaan Rangkaian LCD. C. Perancangan Rangkaian Buzzer Buzzer berfungsi sebagai indikator saat terjadi kebocoran. Untuk buzzer mikrokontroler pada PC.0 dihubungkan ke pin IN1 pada ULN2003, dilanjutkan dengan menghubungkan pin OUT2 pada ULN2003 ke Relay Pengujian dan pengukuran dilakukan pada sistem yang telah dirancang dan dibuat. Dari pengujian dan pengukuran ini dapat diketahui apakah sistem yang dibuat telah bekerja dengan baik atau masih ada kekurangannya. Pengujian dan pengukuran dilakukan pada tiap-tiap blok untuk mengetahui kerja sistem secara keseluruhan. A. Pengujian rangkaian sensor tekanan Untuk mengetahui apakah sensor tekanan sudah bisa bekerja sesuai dengan yang direncanakan, yaitu output berupa tegangan dari 0,3V - 4,7V, dengan langkah-langkat seperti diperlihatkan diagram blok Gambar 15. Gambar 13. Rangkaian Driver Buzzer. D. Perangkat Lunak Untuk mengatur keseluruhan sistem perangkat keras yang disusun, maka diperlukan perangkat lunak pendukung. Perangkat lunak disini berfungsi sebagai pengendali dari semua sistem yang telah dirancang agar dapat menjalankan alat ini sesuai dengan yang diinginkan. Selain itu dengan perangkat lunak ini dapat diperoleh gambaran tentang cara Gambar 15. Blok diagram pengujian Sensor. A1. Hasil Pengujian Setelah melakukan pengujian seperti diatas, maka akan didapatkan hasil output tegangan dari sensor dan dimasukkan ke dalam bentuk Tabel I. 212
TABEL I HASIL KELUARAN PENGUJIAN SENSOR Saluran tertutup (keran tertutup) Saluran bocor (keran dibuka sedikit) Saluran terbuka (keran terbuka) 1 75 3,17 64 2,78 14 0,55 2 71 3,07 65 2,80 14 0,54 3 74 3,15 65 2,81 15 0,57 4 73 3,11 67 2,92 15 0,58 5 74 3,15 64 2,78 15 0,58 A2. Analisa Pengujian Setelah memasukkan nilai tekanan dan tegangan seperti diatas, maka akan didapatkan hasil output tegangan dari sensor, yang mana output tegangan sensor tersebut dibandingkan dengan yang ada pada datasheet sensor, apakah hasilnya sama atau tidak. Pengujian dilakukan dalam tiga kategori yaitu pengujian pada saat saluran tertutup dengan perbandingan tegangan pada sensor (Tabel II) dan prosentase kesalahan (Tabel III), saat saluran bocor dengan perbandingan tegangan pada sensor (Tabel IV) dan prosentase kesalahan (Tabel V), dan pada saat saluran terbuka dengan perbandingan tegangan pada sensor (Tabel VI) dan prosentase kesalahan (Tabel VII). TABEL II PERBANDINGAN TEGANGAN PADA SENSOR SAAT SALURAN TERTUTUP output data sheet 1 75 3,17 3,24 0,07 2 71 3,07 3,08 0,01 3 74 3,15 3,20 0,05 4 73 3,11 3,15 0,04 5 74 3,15 3,20 0,05 TABEL III PERBANDINGAN TEGANGAN PADA SENSOR DAN % KESALAHAN SAAT SALURAN TERTUTUP output data sheet 1 75 3,17 3,24 2,1 2 71 3,07 3,08 0,3 3 74 3,15 3,20 1,5 4 73 3,11 3,15 1,2 5 74 3,15 3,20 1,5 Jumlah % kesalahan 6,6 TABEL IV PERBANDINGAN TEGANGAN PADA SENSOR SAAT SALURAN BOCOR output data sheet 1 64 2,78 2,79 0,01 2 65 2,80 2,81 0,01 3 65 2,81 2,81 0,0 4 67 2,92 2,94 0,02 5 64 2,78 2,79 0,01 TABEL V PERBANDINGAN TEGANGAN PADA SENSOR DAN % KESALAHAN SAAT SALURAN TERTUTUP output data sheet 1 64 2,78 2,79 0,3 2 65 2,80 2,81 0,3 3 65 2,81 2,81 0,0 4 67 2,92 2,94 0,6 5 64 2,78 2,79 0,3 Jumlah % kesalahan 1,5 TABEL VI PERBANDINGAN TEGANGAN PADA SENSOR SAAT SALURAN TERBUKA output data sheet 1 14 0,55 0,60 0,05 2 14 0,54 0,60 0,06 3 15 0,57 0,67 0,1 4 15 0,58 0,67 0,09 5 15 0,58 0,67 0,09 TABEL VII PERBANDINGAN TEGANGAN PADA SENSOR DAN % KESALAHAN SAAT SALURAN TERBUKA output data sheet 1 14 0,55 0,60 8 2 14 0,54 0,60 10 3 15 0,57 0,67 14 4 15 0,58 0,67 13 5 15 0,58 0,67 13 Jumlah % kesalahan 58 Dengan demikian, maka kesalahan (error) dari seluruh percobaan adalah 4,4%. Dari hasil perbandingan diatas, maka dapat diperoleh hasil perbandingan antara output tegangan sensor hasil pengujian dengan data pada datasheet. Dapat dilihat bahwa terjadi perbedaan antara hasil pengujian dengan data pada datasheet, akan tetapi masi dalam batas yang wajar ataupun dalam batas toleransi. Meskipun demikian, perbedaan tersebut bisa juga dikarenakan adanya gangguan-gangguan seperi kurang maksimalnya peralatan yang digunakan, contohnya: komponen yang digunakan bukan komponen kelas satu, ada kesalahan pada alat ukur, dll. B. Pengujian LCD TM162ABC Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kondisi LCD, apakah LCD berfungsi dengan baik, maka MCU diprogram untuk mengontrol LCD agar dapat menampilkan karakter ZANUAR.R (Pada baris atas) dan ITN MALANG (Pada baris bawah). Blok diagram pengujian LCD diperlihatkan Gambar 16. Mikrokontroler ATMega8353 Gambar 16. Diagram Blok Pengujian LCD. B1. Hasil Pengujian Dari hasil pengujian diperoleh hasil bahwa modul display LCD mampu menampilkan karakter ZANUAR.R ITN MALANG dengan baik sesuai dengan instruksi yang diberikan. Gambar 17 menunjukkan hasil pengujian display LCD dengan hasil pengujian pada Tabel VIII. Gambar17. Hasil Pengujian LCD162ABC. LCD 213
TABEL VIII HASIL PENGUJIAN LCD (LIQUID CHRYSTAL DISPLAY) Baris Data IN Data OUT Atas ZANUAR.R ZANUAR.R Langkah-langakah pengujian sistem secara keseluruhan diperlihatkan Gambar 19. Sedangkan model rangkaian serta peralatan mekanik yang digunakan diperlihatkan oleh Gambar 20 dan 21. Bawah ITN MALANG ITN MALANG C. Pengujian rangkaian valve selenoid. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah valve selenoid sudah bisa bekerja dengan baik atau tidak. Rangkaian pengujian valve solenoid diperlihatkan Gambar 18. Gambar 21. Model rangkaian yang di rancang. Gambar 18. Prosedur Pengujian Driver Solenoid Valve. C1. Hasil Pengujian Hasil pengujian valve solenoid diperlihatkan Tabel IX. TABEL IX HASIL PENGUJIAN SOLENOID VALVE No Output MK Input ULN Output ULN Kondisi relay Kondisi Valve 1 1 5 V 0 V Aktif Buka 2 0 0 V 12 V Mati Tutup Berdasarkan hasil perngujian yang ada dapat disimpulkan bahwa valve solenoid dapat bekerja dengan baik. D. Pengujian Keseluruhan Sistem Pengujian mekanik yang telah direncanakan dan dibuat bertujuan untuk mengetahui apakah sesuai dengan spesifikasi yang di rencanakan, caranya dengan melakukan beberapa kali percobaan pada alat. Gambar 21. Model peralatan mekanik yang digunakan. E. Hasil pengujian Dari hasil pengujian berdasarkan blok diagram pada Gambar 19, maka ada beberapa hal yang perlu diperhatikan antara lain: 1. Pada saat keran ditutup sepenuhnya, pressure meter menunjukkan tekanan 70-80 kpa. Hal tersebut diasumsikan tidak terjadi kebocoran pada keran air 2. Pada saat keran air dibuka sedikit, hingga seperti dalam keadaan menutup kurang rapat atau bocor (air dialirkan dalam debit kecil). Pada keadaan ini solenoid valve secara otomatis akan menutup saluran air, LCD menampilkan tulisan bocor dan buzzer berbunyi. V. PENUTUP Dari peoses perancangan dan pembuatan sistem proteksi kebocoran air, serta hasil pengujian yang dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan dan saran sebagai berikut. Gambar 19. Diagram Blok Pengujian Keseluruhan Sistem. A. Kesimpulan Setelah dilakukan pengujian dan pengukuran peralatan, maka dapat di simpulkan beberapa hal yang berhubungan dengan kinerja peralatan: Sensor MPX5100GP menghasilkan output tegangan berbanding lurus dengan tekanan pada saluran air. Bila tekanan dalam saluran air besar, maka tegangan 214
output yang dihasilkan juga besar, begitu pula sebaliknya, bila tekanan pada saluran air kecil, maka tegangan output yang dihasilkan juga kecil. keluaran yang dihasilkan Sensor MPX5100GP berada pada range 0.3 volt - 4.7 volt dengan range tekanan 0 kpa 100 kpa. (menurut teori), sedangkan pada pengujian digunakan tekanan maksimal 70-80 kpa. Pada percobaan sensor tekanan keseluruhan, rata-rata % kesalahan (error) sebesar 4,4% Selenoid valve akan bekerja (membuka saluran) bila pada input ULN2003 diberi tegangan 5V dan output ULN2003 0V. B. Saran Dengan memandang dari segi penggunaan dan sistem kerja suatu peralatan, maka penulis mempunyai beberapa saran untuk pengembangan alat yang di buat apabila ada pihak yang berminat mengembangkan sekaligus memasarkan secara luas antara lain: Untuk kedepannya alat ini dapat dikembangkan supaya dapat mendeteksi kebocoran dalam debit yang besar, misalnya kebocoran yang diakibatkan pipa/saluran pecah. Alat ini akan lebih baik dan efisien bila diberi alat ukur atau meter air digital yang dilengkapi dengan tagihan pada display, agar lebih memudahkan konsumen/ pelanggan. DAFTAR PUSTAKA [1] www.freescale.com/datasheets/mpx5100gp [2] Wardana, Lingga. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroller AVR seri ATmega 8535 simulasi, hardware, dan aplikasi. Penerbit Andi. Yogyakarta. [3] Kurniawan, Dayat.2002. ATmega 8 dan Aplikasinya. Elex Media Komputindo. Jakarta. [4] DatasheetMikrokontrolerAtmega8535.http:// www.atmel.com [5] www.dalsemi.com/rtc ds1307 215