SISTEM OTOMATISASI PEMBERIAN MINUM AYAM TERNAK BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52 Fatsyahrina Fitriastuti dan Anselmus Ari Prasetyo Jurusan Teknik Informatika Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta Jalan Tentara Rakyat Mataram No. 55-57 Yogyakarta 55231 email : fitri@janabadra.ac.id, anselmus.ari@gmail.com ABSTRAK Ayam petelur merupakan jenis ayam yang sangat rentan dengan resiko stres dan secara langsung dapat berpengaruh pada menurunnya jumlah produksi telur. Untuk itu pemberian minum ayam harus dilakukan secara rutin dan tepat waktu. Apabila sebuah peternakan memiliki banyak ayam dan banyak kandang, maka memerlukan waktu yang banyak didalam pemberian minumnya. Pemberian minum biasanya dilakukan secara manual, seperti menuang air ke dalam tempat minum ayam satu persatu. Saat ini penggunaan mikrokontroller dalam sistem otomatisasi telah banyak dilakukan. Untuk itu penelitian ini merancang dan membangun Sistem Otomatisasi Pemberian Minum Ayam Ternak menggunakan Mikrokontroler AT89S52. Penelitian dimulai dengan menganalisis dan melakukan perancangan sistem baik hardware maupun software, kemudian dilanjutkan dengan melakukan coding pemrograman. Bahasa yang digunakan dalam penelitian ini adalah BASCOM-8051 yang merupakan salah satu kompiler yang menggunakan bahasa BASIC dan berbasis Windows untuk Mikrokontroler keluarga 8051 seperti AT89C51, AT89C2051, dan yang lainnya (Wahyudin, D., 2007). Tahap terakhir adalah uji coba sistem untuk mengetahui apakah sistem telah berjalan dengan baik sesuai yang direncanakan. Alat ini dirancang untuk dapat bekerja otomatis dalam hardwapengontrolan minum ayam ternak sehingga dapat membantu peternak dalam melaksanakan tugasnya. Sistem kerja dari alat ini adalah dengan pembacaan mikrokontroler pada sensor-sensor volume air yang dipasang di setiap ujung tempat minum ayam yang kemudian menjadi parameter program untuk menghidupkan kran air. Sifat konduktor air dapat dimanfaatkan sebagai penghubung antar sensor volume air. Program dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman Basic dengan kompiler Bascom-8051. Kata kunci : Sistem Otomatisasi, Mikrokontroler AT89S52, Kompiler Bascom-8051. PENDAHULUAN Ayam petelur merupakan jenis ayam yang sangat rentan dengan resiko stres dan secara langsung dapat berpengaruh pada menurunnya jumlah produksi telur. Untuk itu pemberian minum ayam harus dilakukan secara rutin dan tepat waktu. Apabila sebuah peternakan memiliki banyak ayam dan banyak kandang, maka memerlukan waktu yang banyak didalam pemberian minumnya. Pemberian minum biasanya dilakukan secara manual, seperti menuang air ke dalam tempat minum ayam satu persatu. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya dalam bidang teknologi komputer semakin pesat. Ruang lingkup implementasi dari teknologi pun semakin luas dan mencakup berbagai aspek kehidupan manusia, sehingga upaya pemenuhan kebutuhan manusia semakin meningkat dan kompleks. Teknologi komputer dapat berkorelasi positif dalam peningkatan kualitas kehidupan dan kesejahteraan bagi manusia. Otomatisasi sistem yang cepat dan akurat merupakan aspek penting sehingga mendorong berbagai piranti diciptakan. Piranti yang terintegrasi dengan berbagai pheriperal dan pendukung lainnya membuat kinerja dari teknologi tersebut menjadi tepat guna dan fungsional. Sistem komputer merupakan salah satu bentuk kemajuan teknologi dalam bidang informasi dan elektronika dimana dapat menjadi basis dalam perancangan dan pembuatan sebuah sistem berbentuk software (perangkat lunak) maupun hardware (perangkat keras). Salah satu sistem komputer mikro yang memiliki tiga komponen utama tersebut adalah mikrokontroler. Mikrokontroler dapat menjadi basis dalam kinerja sebuah otomatisasi sistem karena dapat di integrasikan dengan pheriperal input dan output melalui masingmasing portnya sehingga dapat menjadi solusi dalam pemenuhan kebutuhan teknologi. Salah satunya kebutuhan akan sistem pemberian minum ayam ternak yang otomatis sehingga dapat membantu peternak dalam melaksanakan tugasnya. Ariien, M.N (2010) pada penelitiannya telah berhasil merancang Prototype Alat Pemberi Makan dan Minum Ayam Berbasis Mikrokontroler AT89S51 tetapi hanya untuk satu tempat minum saja. Untuk SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL, 14 Desember 2013 E 95
proses pengisian air minum dilakukan secara langsung melalui pompa air. Hal ini menjadi kurang efektif karena setiap tempat minum ayam harus mempunyai pompa air sendiri sehingga akan lebih memerlukan biaya besar bila jumlah kandangnya banyak. Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer mikro yang memiliki tiga komponen utama: unit pengolah pusat (CPU=central processing unit), memori dan sistem input/output (I/O) untuk dihubungkan dengan perangkat yang terintegrasi di luar Mikrokontroler juga dilengkapi dengan fasilitas lainnya seperti timer, port serial, pencacah (counter), kendali intrupsi, pengubah analog ke digital (ACD=analog-to- digital converter) dan digital ke analog (DAC=digital-toanalog converter) bergantung pada untuk aplikasi apa mikrokontroler tersebut dirancang dan disesuaikan juga dengan kebutuhan perancangan (Wahyudin, D., 2007). Inti dari kinerja sistem mikrokontroler itu sendiri tergantung pada program yang dituliskan pada ROM. Dan jika dikaitkan dengan embedded system, mikrokontroler bertugas untuk membagi kerja dari sistem yang ditambahkan berdasarkan cara kerja sistem tersebut (Aribowo, M.E., 2009). Pada penelitian ini akan digunakan mikrokontroler AT89S52 yang merupakan salah satu bagian dari produsen MCS-51/52 dan telah dilengkapi dengan internal 8 Kbyte Flash PEROM (Programmable and Erasable Read Only Memory). Hal ini memungkinkan memori program untuk dapat diprogram kembali bahkan sampai 1000 kali. AT89S52 dirancang oleh Atmel sesuai dengan instruksi standar. Bahasa yang digunakan dalam penelitian ini adalah BASCOM-8051 yang merupakan salah satu kompiler yang menggunakan bahasa BASIC dan berbasis Windows untuk Mikrokontroler keluarga 8051 seperti AT89C51, AT89C2051, dan yang lainnya (Wahyudin, D., 2007). Alasan penggunaan kompiler ini adalah karena bahasa BASIC relatif lebih mudah dibanding bahasa tingkat tinggi lainnya. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan membangun suatu sistem otomatisasi pemberian minum ayam pada peternakan sehingga dapat mengurangi kemungkinan resiko stres pada ayam ternak. METODE PENELITIAN Metode penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1. Metode Penelitian Desain Sistem Pada s i s t e m o t o m a t i s a i pemberian minum p a d a ayam ternak secara otomatis ini, dibagi menjadi tiga bagian yang saling terintegrasi, antara lain: 1. Bagian Pengendali Sistem utama dikendalikan oleh mikrokontroler AT89S52 yang mempunyai peran sebagai pengendali alat dan juga di dalamnya terdapat program yang berisi sub rutin untuk pembacaan port-port yang terhubung dengan sensor volume air dan sebagai penerjemah/penampil program. 2. Bagian Penampil ( display ) Sebagai alat penampil jalannya program digunakan LCD ukuran 16 x 2 yang terhubung langsung dengan port mikrokontroler. 3. Bagian Motor Penggerak Untuk dapat menggerakan motor central lock yang mana berfungsi membuka dan menutup kran air, diperlukan sinyal high. Sinyal ini berasal dari port mikrokontroler yang kemudian diterjemahkan dalam driver motor dalam hal ini dipakai ULN2003 yang mempunyai konfigurasi khusus. SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL, 14 Desember 2013 E 96
Sebagai gambaran umum sistem o t o m a t i s a s i pemberian minum ayam ternak dapat dilihat pada Gambar 2. dapat digambarkan dalam bentuk flowchart seperti di bawah ini: Gambar 2. Diagram blok sistem otomatisasi pemberian minum ayam ternak Diagram Alur Pemrograman Secara garis besar, sistem otomatisasi pemberian minum ayam ternak ini adalah dengan membaca arus dari port mikrokontroler yang terhubung dengan sensor volume air dari masing-masing tempat minum ayam. Pada perancangan sistem ini, dibuat tiga pembacaan arus yang dilakukan oleh program yaitu: 1. Kondisi kosong Kondisi ini dibuat sebagai asumsi bahwa air yang di dalam tempat minum ayam sudah habis. Pada kondisi ini program mempunyai sub rutin untuk mengirimkan sinyal high ( 1 ) ke driver motor sehingga motor central lock menyala untuk menekan kran air. 2. Kondisi setengah Kondisi ini hanya bersifat pembacaan saja. Progam tidak mempunyai sub rutin pengiriman sinyal high ( 1 ) ke driver motor. Pembacaan kondisi ini dikirimkan ke LCD 16 x 2. 3. Kondisi Penuh Untuk kondisi ini, diasumsikan air dalam tempat minum ayam sudah mencapai titik atas sehingga program mengirim sub rutin untuk mengubah sinyal port driver motor yang semula high menjadi low atau 0. Hal ini berarti arus yang masuk ke motor central lock terputus dan kran tertutup kembali sehingga air tidak mengalir. Sistem otomatisasi pemberian minum ayam ini Gambar 3. Diagram alir pemberian minum ayam ternak Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52 Untuk dapat bekerja sebagai pengontrol dan pengendali sebuah sistem, mikrokontroler AT89S52 membutuhkan dukungan dari beberapa komponen lain dan membentuk sebuah sistem minimum. Mikrokontroler yang sudah dikonfigurasi lengkap dengan sistem minimumnya inilah yang nantinya siap untuk dipasangkan dalam alat. Sistem minimum terdiri dari sebuah rangkaian pembangkit clock internal dan sebuah rangkaian reset. Gambar 4. Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52 SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL, 14 Desember 2013 E 97
Keterangan: a. Pin 18 dan 19 dihubungkan ke X-TAL 11,0592 Mhz dan dua buah kapasitor 33pF. X-TAL ini yang nantinya menentukan kecepatan clock dari mikrokontroler AT89S52, yang digunakan untuk mengeksekusi setiap perintah dalam program. b. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif tinggi). Pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan me-reset mikrokontroler ini. c. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit open collector dapat juga digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan bus data selama adanya akses ke memory program eksternal. Karena fungsi tersebut maka Port 0 dihubungkan dengan resistor array. d. Untuk men-download file heksadesimal ke mikrokontroler, MOSI, MISO, SCK, RESET, VCC, dan Gnd dari kaki mikrokontroler dihubungkan ke ISP programmer. Dari ISP programmer inilah yang menghubungkan dengan komputer melalui paralel port. Kaki MOSI, MISO, SCK, RESET, VCC, dan GND pada mikrokontroler terletak pada kaki 6, 7, 8, 9, 40, dan 20. Rangkaian Catu Daya Rangkaian catu daya berfungsi untuk mensuplay arus dan tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian ini membutuhkan arus input DC 12Volt dan akan menghasilkan arus output (keluaran) sebesar DC 5 Volt. Arus 5 volt ini nantinya akan banyak digunakan pada rangkaian, terutama digunakan sebagai arus kerja dari mikrokontroler. Sistem suplay catu daya adalah sebagai berikut: 1. Catu daya yang digunakan didayai oleh arus bolak-balik 110 dan 220 volt, dengan frekuensi berkisar antara 50 sampai 60 hertz(hz). 2. Suplay daya atau tegangan catu daya suatu rangkaian elektronik yang berubahubah besarannya dapat menyebabkan rusaknya fungsi kerja rangkaian elektronik maka diperlukan catudaya yang stabil. Sistem minimum dari rangkaian ini memerlukan DC 5 V untuk beroperasi. Tegangan ini bisa diperoleh langsung dari sumber tegangan AC220V(PLN), tentu saja melalui proses penurunan tegangan dan pengubahan ke tegangan DC oleh rangkaian regulator. Berikut adalah gambar rangkaian skematik dari catu daya yang dibutuhkan sistem: Gambar 5. Rangkaian Skematik Catu daya Pada rangkaian ini digunakan Regulator tegangan 5 Volt yaitu LM7805, yang digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. Pada jalur masukan dipasangkan diode yang berfungsi sebagai pengaman agar apabila terjadi keterbalikan polaritas tidak merusak Regulator tegangan LM7805. Rangkaian Driver Motor Rangkaian ini digunakan untuk menggerakkan motor DC 12 Volt dengan beban lebih dari 1A. IC ULN2003 digunakan sebagai bridge yang akan mengalirkan arus dengan menunggu adanya inputan sinyal dari output mikrokontroler. Sistem kerja IC ULN 2003 adalah sebagai berikut: 1. IC ULN 2003 tersusun dari beberapa transistor yang dikonfigurasi secara darlington, yang menggandakan arus keluaran dengan inputan arus kecil. 2. Ketika ada sinyal output (trigger) dari mikrokontroler IC ULN 2003 akan mengalirkan arus langsung dari power supply. Gambar 6. Rangkaian driver motor dengan IC ULN2003 Motor Central Lock Pemakaian motor central lock didalam perancangan alat ini dikarenakan cukup efektif dan kuat untuk SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL, 14 Desember 2013 E 98
menggerakkan kran air dibanding dengan menggunakan motor stepper. Dan juga memudahkan dalam pembuatan rekayasa mekanik alatnya. Berikut adalah gambar dari sebuah motor central lock yang berfungsi untuk menekan tuas kran pembuka air yang akan dipakai dalam sistem otomatisasi pemberian minum ayam berbasis mikrokontroler AT89S52. dan sensor penuh dan sensor pembacaan volume di sumber air juga secara keseluruhan sama. Untuk lebih jelasnya, gambaran sensor volume air tempat minum ayam ternak adalah seperti di bawah ini: Rancangan Sensor Untuk mengendalikan volume air di dalam tempat minum ayam, diperlukan alat yang dapat mendeteksi kondisi air secara langsung sehingga pengisian air dapat berjalan dengan efektif dan efisien. Alat tersebut dapat disebut sebagai sensor volume air. 1. Komponen Sensor Sensor terdiri dari kabel kawat yang terhubung langsung dengan port mikrokontroler. Dibutuhkan tiga kabel yang masingmasing kabel merupakan kalibrasi dari kondisi air minum ayam dan satu kabel yang terubung dengan ground. 2. Prinsip Kerja Sensor Secara umum cara kerja sensor sama seperti halnya saklar listrik yaitu memutus dan menghubungkan arus. Dengan menggunakan sensor ini, kita dapat mengatur kondisi kapan arus akan diputus atau dihubungkan untuk mencegah pengisian air yang berlebihan atau jika kondisi airnya habis. Didalam perancangan Sistem Otomatisasi Pemberian Minum Ayam Berbasis Mikrokontroler AT89S52 ini memanfaatkan kaki/port mikrokontroler dalam mengendalikan kerja alat. Langkah kerja sensor pengendali volume air tersebut adalah sebagai berikut: 1. Memanfaatkan air yang bersifat konduktor sebagai trigger (atau penghubung). Jika kondisi air dalam keadaan kosong maka port P2.2 akan terhubung dengan Ground yang menyebabkan kondisi P2.2 yang semula bernilai 1 menjadi P2.2 = 0. 2. Program akan membaca kondisi port tersebut lalu mengirimkan sinyal ke port yang terhubung dengan ULN2003 dimana IC ini juga berfungsi sebagai trigger yang kemudian meneruskan arus 12V ke motor central lock sehingga motor central lock dapat menyala. 3. Begitu juga untuk kerja sensor tengah Gambar 7. Rancangan Sensor Kendali Volume Air HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Sistem Minimum Sebagaimana telah diketahui bahwa mikrokontroler membutuhkan sebuah rangkaian pembangkit clock internal maka dibutuhkan sebuah rangkaian sistem minimum. Tujuan dari dilakukannya pengujian pada rangkaian sistem minimum ini adalah untuk mengetahui input dan output port mikrokontroler. a. Pengujian Input Untuk pengujian input port mikrokontroler, digunakan kabel atau timah penghantar arus yang nantinya akan mewakili dari fungsi air sebagai konduktor. Kabel atau timah tersebut akan menghubungkan port mikrokontroler dengan ground yang mana itu sesuai dengan kondisi air nantinya. b. Pengujian Output Untuk pengujian output port mikrokontroler, digunakan layar LCD 16 x 2 dimana mikrokontroler mengirim data untuk di cetak melalui port 1. Di dalam pengujian ini dilakukan tiga kali pengujian untuk membaca tiga kondisi. Yaitu kondisi kosong, setengah dan kondisi penuh. Perancangan alat pemberian minum ayam ternak otomatis ini menggunakan satu port mikrokontroler yang dipakai enam kaki sebagai input, yaitu port P.2. Fungsi dari masing-masing SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL, 14 Desember 2013 E 99
port didalam P2 adalah sebagai berikut: Port P2.2 dan P2.5 berfungsi untuk pembacaan kondisi kosong. Port P2.3 dan P2.6 berfungsi untuk pembacaan kondisi setengah P2.4 dan P2.7 untuk pembacaan kondisi penuh. Port P2.0 dan P2.1 sebagai pengirim sinyal high ke driver motor untuk menggerakkan motor 1 dan motor 2. Port P1.0 sampai P1.5 akan digunakan untuk mengirimkan data ke penampil LCD. Untuk lebih jelasnya pengujian ini, dapat dilihat dari tiga gambar dibawah ini. Gambar tersebut memperlihatkan tiga kondisi yang dibaca sensor volume air. Gambar 8. Tampilan LCD kondisi 0 % (kosong) Gambar 9. Tampilan LCD kondisi 50 % (setengah) Gambar 10. Tampilan LCD kondisi 100 % (Penuh) KESIMPULAN Dari hasil pengujian dan uji coba alat pemberian minum ayam otomatis ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut ini: a. Mikrokontroler AT89S52 dapat menjadi basis dalam perancangan sistem otomatisasi karena terintegrasi dengan pheriperal pendukung, dalam hal ini adalah sensor volume air, penampil LCD dan driver motor. b. Simulasi sistem otomatisasi dapat bekerja dengan baik sesuai dengan perancangan dan kebutuhan sehingga alat tersebut akan berguna bagi peternak dalam mengelola peternakannya. c. Bahasa pemrograman BASIC merupakan bahasa yang mudah dipahami dan sangat mendukung dalam perancangan sistem otomatisasi berbasis Mikrokontroler AT89S52. Melalui simulator dan kompiler BASCOM 8051, dapat mempermudah dalam pengecekan algoritma program dan pengunduhan program ke mikrokontroler. d. Semakin besar penampang sensor akan semakin baik dalam menghubungkan arus melalui sifat konduktor air. DAFTAR PUSTAKA Arifien, M.N., 2010, Prototype Alat Otomatis Pemberi Pakan dan Minum Ayam Berbasis Mikrokontroler AT89S51, Universitas Gunadarma, Jakarta. Putra, A. E., 2006, Belajar Mikrokontroler AT89c51/52/53 Teori dan Aplikasi Edisi 2, Gavamedia, Yogyakarta. Suyadhi dan Septian, T.D., 2008, Build Your Own Line Follower Robot, Penerbit Andi, Yogyakarta. Supriadi, M., 2005, Pemrograman IC PPI 8255 Menggunakan Delphi, Penerbit Andi, Yogyakarta. Tanenbaum, A. S., 1990. Structured Computer Organization. Prentice-Hall, Inc. USA. Usman, 2008, Teknik Antarmuka + Pemrograman Mikrokontroler AT89S52, Penerbit Andi, Yogyakarta. Wahyudin, D., 2007. Belajar Mudah Mikrokontroler AT89s52 dengan Bahasa BASIC Menggunakan BASCOM-8051, Penerbit Andi, Yogyakarta. SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL, 14 Desember 2013 E 100