BAB III PERANCANGAN ALAT Pada bab ini akan disajikan dalam mekanisme perancangan alat, baik perangkat keras (hardware) ataupun perangkat lunak (software). Tahapan perancangan dimulai dari perancangan blok diagram sistem, perancangan simulasi menggungakan software computer, perancangan perangkat lunak (software) serta perancangan perangkat keras (hardware). 3.1 Blok Diagram Gambar 3.1 Blok Diagram rangkaian 31
32 Blok diagram secara umum terdapat 4 bagian yaitu : a. Blok masukan antara lain sensor halang, multiplexer, pewaktuan digital, push button, potensiometer b. Blok keluaran antara lain penampil lcd 20x4, demultiplexer, lampu led c. Blok pengendali yaitu mikrokontroler arduino uno r3 d. Blok catudaya Semua bagian 4 blok tersebut dirangkai menjadi satu kesatuan. Untuk blok catu daya difungsikan mencatu dayakan bagian masukan, keluaran, dan pengendali. 3.2 Desain Perangkat Keras Pada desain perangkat keras ini meliputi desain bagian blok catu daya, desain pengendali atau kontrol, desain untuk sensor halang, desain untuk bagian multiplexer dan demultiplexer, desain untuk penampil serta desain untuk pewaktuan digital. 3.2.1 Blok Rangkaian Pengendali Rangkaian pengendali utama pada sistem ini adalah sistem yang menggunakan mikrokontroler arduino uno R3 yang dimana memakai mikrokontroler keluarga AVR yang merupakan suatu IC yang mampu menangani berbagai operasi aritmatika dan logika melalui port-port yang dimiliki. Mikrokontroler keluarga avr banyak ditemukan di pasaran Indonesia dengan harga terjangkau dan ini nantinya yang akan digunakan untuk memproses program yang telah dibuat dan di-download-kan kedalamnya. Bagian - bagian dari fitur yang tersedia pada mikrokontroler yang akan digunakan antaralain
33 I2C, TWI, interrupt external dan port-port yang akan digunakan sebagai masukaan ataupun keluaran. Gambar 3.2 Bentuk fisik Arduino Uno R3 Arduino Uno R3 mempunyai konfigurasi sebagai berikut : Gambar 3.3 Konfigurasi pin ATmega328 Pada Arduino Uno R3 Adapun dari konfigurasi port tersebut, akan dirancangkan port yang digunakan yaitu : a. PORT A PORTA.4 SDA (Serial Data) PORTA.5 SCL (Serial Clock)
34 Kedua PORTA.4 dan PORT.5 tersebut dikenal sebagai komunikasi I2C interface lcd 20x4 menggunakan modul IC PCF8574 PORTA.0 digunakan untuk sinyal output demultiplexer PORTA.1 digunakan sebagai pembacaan sinyal analog potensiometer PORTA.2 difungsikan sebagai masukan push button 1 PORTA.3 difungsikan sebagai masukan push button 2 Gambar 3.4 Posisi Pin PORT.A Arduino Uno R3 b. PORT B Pada PORTB.2 sampai PORTB.5 digunakan sebagai control data S0-S3 multiplexer ic 4067 PORTB.1 digunakan untuk sinyal input control multiplexer PORTB.0 digunakan untuk serial Clock untuk RTC DS1302 Gambar 3.5 Posisi Pin PORT.B Arduino Uno R3
35 c. PORT D PORTD.7 difungsikan sebagai I/O data RTC DS1302 PORTD.6 digunakan sebagai Reset RTC DS1302 PORTD.2 PORTD.5 difungsikan sebagai control data untuk demultiplexer S0-S3 Gambar 3.6 Posisi Pin PORT.D Arduino Uno R3 3.2.2 Blok Sensor Bagian blok ini menjadi bagian yang penting dikarenakan untuk mensensing terjadinya perubahan gejala fisik yang terjadi pada dilingkungan. Gejala fisik yang menjadi fokus yaitu jarak pendeteksian benda yang menghalangi didepannya. Sehingga diperlukan sebuah sensor yang mampu men-sensorkan kondisi tersebut. Maka dipilihlah sensor modul sensor halang, yang dimana mampu mengatasi kondisi diatas. Sensor tersebut banyak dijual dengan harga terjangkau dipasaran. Range yang mampu di back-up oleh sensor tersebut yaitu 2-30cm. Konsep sederhana dari sensor ini yaitu pada bagian transmitter yang berupa infrared memancarkan cahaya, dan apabila ada benda yang menghalangi pancaran cahaya tersebut dan masuk ke dalam range, maka cahaya tersebut akan
36 memantul dan apabila tertangkap oleh receiver photodiode, dan dari intensitas cahaya yang masuk akan diubah menjadi tegangan analog. Dari tegangan analog tersebut dibandingkan oleh ic komparator lm393 sehingga output yang didapatkan yaitu output digital. Pada modul ini status jika terdeteksi aktif LOW. Pada perancangan ini output dari sensor dihubungkan ke multiplexer. Gambar 3.7 Perancanan pengkabelan sensor halang 3.2.3 Blok Modul Multiplexer dan Demultiplexer Pada bagian ini menjadi bagian blok untuk penseleksian masukan sensor untuk multiplexer dan penseleksian keluaran untuk penampil lampu led untuk demultiplexer. Pin yang dibutuhkan untuk mengakses blok modul ini yaitu 5 pin. Terdiri dari 4 pin untuk kontrol data penseleksian yang biasa diberikan tanda S0 S3, dan 1 pin untuk I/O data. Tidak ada perbedaan untuk pengkabelan antara modul multiplexer dan demultiplexer, yang membedakan yaitu hanya waktu deklarasi pemanggilan program untuk 1 pin I/O data difungsikan sebagai multiplexer jika input, difungsikan sebagai demultiplexer jika output.
37 Gambar 3.8 Perancangan pengkabelan Multiplexer Gambar 3.9 Perancangan pengkabelan Demultiplexer 3.2.4 Blok Pewaktuan Digital Bagian blok ini difungsikan sebagai pewaktuan digital yang akan difungsikan khusus untuk penyiraman otomatis. Jadi diperlukan komponen yang dapat mengontrol waktu secara tepat dan pewaktuan tersebut berisi data tentang,data detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan, dan tahun. Maka dipilihlah RTC dari produsen MAXIM dengan tipe dallas DS1302. Untuk pengkabelannya yaitu menggunkan
38 Gambar 3.10 Perancangan pengkabelan RTC DS1302 3.2.5 Blok Masukan Push Button Blok inputan merupakan blok yang difungsikan sebagai tombol yang digunakan untuk keperluan setingan yang diperlukan. Misal setting untuk konfigurasi waktu, ataupun konfigurasi untuk pengesetan batas minimal dan maksimal suhu ataupun kelembaban agar tetap optimal dan sebagainya. Maka digunakan Push Button sebagai tombol yang dihubungkan ke micro. Alasan utama memakai pushbutton tersebut yaitu mudah digunakan, mudah ditemukan dipasaran, dan harganya relative murah. Pada konfigurasi pemasangan dengan mikrokontroler pushbutton yang memiliki 2 kaki, kaki 1 dihubungkan ke vcc dan kaki ke 2 dihubungkan ke pin arduino dan diberikan resistor pull down. Dikarenakan secara umum, inputan pushbutton aktif logika high. Sehingga apabila pushbutton ditekan maka akan menyambungkan pin dari arduino yang sudah dideklarasi menjadi inputan tersambung ke vcc, dan itu menandakan pushbutton aktif. Dan apabila tidak ditekan akan berlogika low pada pin mikrokontroler, itu menandakan tidak aktif. Pada rangkaian pushbutton dihubungkan ke bagian rangkaian sistem minimum dengan konektor yang dihubungkan ke PORTA.2 sesuai program yang telah dibuat. Untuk pengkabelan ada pada gambar dibawah
39 Gambar 3.11 Perancangan pengkabelan push button 1 dan 2 3.2.6 Blok Penampil Merupakan bagian yang penting untuk menampil hasil pengolahan data dari mikrokontroler. Contoh hasil pengolahan data yang dapat ditampilkan seperti waktu dan tanggal, pembacaan sensor halang, pembacaan potensiometer, karakter tulisan, dan sebagainya. Untuk penggunaan mikrokontroler, umumnya yang digunakan yaitu LCD (liquid crystal display). Yang ada dipasaran banyak bermacam macam ukuran antara lain ukuran 8x2, 16x1, 16x2, 16x4, dan lain sebagainya. Dalam hal ini diperlukan lcd yang mampu menampilkan data waktu dan tanggal serta keperluan akan informasi dari sensor - sensor sekaligus, maka dipilihlah lcd dengan ukuran 20x4. Penampil lcd secara normal menggunakan 6 pin I/O yang diantaranya * LCD RS pin to digital pin 12 * LCD Enable pin to digital pin 11 * LCD D4 pin to digital pin 5 * LCD D5 pin to digital pin 4 * LCD D6 pin to digital pin 3 * LCD D7 pin to digital pin 2
40 Dan untuk mengantisipasi akan kebutuhan pin yang kurang, maka digunakan modul IC PCF8574 sebagai solusinya. Dapat mengurangi kebutuhan pin akan kontrol LCD, dan hanya membutuhkan 2 pin saja yaitu SCK dan SDA. Gambar 3.12 Perancangan pengkabelan modul i2c PCF8574 3.2.7 Blok Rangkaian Catu daya Rangkaian catu daya merupakan bagian yang sangat penting dalam suatu peralatan dikarenakan digunakan sebagai sumber tegangan untuk hardware yang telah dirancang. Catu daya yang telah dirancang diharapkan mampu memenuhi seluruh kebutuhan rangkaian secara tepat. Catu daya yang akan digunakan yaitu catu daya dengan output tegangan 5V. Catu daya dengan output tegangan 5V digunakan untuk mencatudaya sistem minimum seperti sistem arduino uno, sensor halang, multiplexer dan demultiplexer, indikator led, dan penampil LCD 20x4. IC regulator yang digunakan untuk output tegangan 5V yaitu XL4005 yaitu ic regulator buck. Ic regulator yang digunakan merupakan ic regulator yang dapat diadjuster mulai dari tegangan 2-30vdc dengan tegangan input maksimum 32vdc. Tentu dalam mendesain suatu rangkaian semestinya batas-batas maksimum ini perlu diketahui, sehingga tidak melampaui batas optimum yang dapat dicapai.
41 Gambar 3.13 Modul adaptor 12Vdc 3.3 Desain Simulasi Untuk bagian ini, hal yang akan pertama kali dilakukan yaitu merancang desain simulasi sebelum semua perangkat keras yang akan dibutuhkan dirangkai menjadi satu kesatuan alat. Untuk membantu proses simulasi digunakanlah software computer proteus. Proteus merupakan software computer yang mempunyai fitur untuk mensimulasikan mikrokontroler dan komponen komponen pendukung lainnya seperti penampil lcd 20x4. Tetapi untuk mensimulasikan mikrokontroler Arduino, diperlukan tambahan library Arduino yang dapat dicari di internet, dikarenakan proteus yang standar tidak memiliki library tersebut. Tujuan utama dari pembuatan simulasi ini yaitu mengurangi kesalahan yang akan timbul saat perangkaian dan menjadi panduan akan pertimbangan pemilihan komponen komponen pendukungnya serta menjadi analisator akan kemungkinan kemungkinan yang terjadi. Dikarenakan digunakan sebagai pengujian awal, dari pembuatan simulasi ini dibutuhkan pembuatan program awal juga yang dapat digunakanlah bahasa C sebagai bahasa pemrogramannya. Software computer yang akan digunakan yaitu original dari buatan Arduino
42 menggunakan software compiler Arduino IDE. Dalam pembuatan simulasi tidak membutuhkan rangkaian catudaya dikarenakan sudah diset rangkaian atau komponen yang digunakan untuk simulasi sudah tercatudaya secara otomatis. Berikut adalah gambar dari proteus 7 profesional. Gambar 3.14 Software Proteus ISIS Sedangkan untuk desain pembuatan rancangan pada software proteus pada gambar dibawah. Gambar 3.15 Desain perancangan simulasi
43 Pada desain simulasi untuk sensor halang diganti dengan switch, yang dapat menggantikan fungsinya. Dikarenakan pada library proteus tidak ada library sensor dan perlu adanya pengganti akan itu. Sub program Proteus yang digunakan itu yaitu ISIS professional. 3.4 Perancangan Desain Alat Hal yang dilakukan pertama kali yaitu perancangan untuk kotak (box) sebagai tempat peletakan hardware yang dibuat Gambar 3.16 Desain Box Hardware Keterangan : 1. Push Button Reset 2. LCD 20x4 3. Push Button Setting 4. Push Button Selector 5. Potensiometer Cursor 6. Konektor ke multiplexer dan demultiplexer 7. Jack DC catudaya
44 Dimensi box alat ini yaitu p x l x t = 20 x 15 x 10 Alat ini dibuat untuk tujuan memonitor kondisi lahan parkir mobil yang tersedia sehingga pengemudi mobil yang akan memarkirkan mobil milik mereka tahu akan informasi ketersediaan parkir yang ada dan mengetahui posisi lahan parkir yang sudah ditandai yang akan dijadikan posisi parkir mobil. Adapun beberapa komponen yang terpasang yang mempunyai fungsi vital antara lain : 1. Sensor halang Berfungsi mendeteksi adanya tidak benda yang menghalangi, apabila terdeteksi maka sensor akan memberikan output logika high 1 dan apabila tidak ada benda atau sesuatu yang terdeteksi maka sensor akan memberikan output logika low 0 2. Multiplexer Berfungsi untuk menyeleksi masukan sensor dari banyak input sensor untuk diteruskan ke saluran output. 3. Demultiplexer Berlawanan dengan fungsi multiplexer untuk distributor input-an ke selector output 4. Potensio meter Sebagai penujuk untuk menandai lahan parkir yang kosong atau tersedia 5. Push button Untuk memberikan perintah menandai lahan parkir yang sudah ditandai 6. Arduino Uno R3 Sebagai kontrol utama otak dari semua masukan sensor dan keluarannya
45 Dan juga terdapat juga penampil LCD sebagai penampil. Yang akan tertampil pada LCD tersebut antara lain : 1. Waktu yang meliputi jam, menit, detik, hari, tanggal, bulan, dan tahun 2. Penampil kondisi lahan parkir secara real time Untuk mengkoneksikan antara konsol box ini dengan multiplexer digunakan konektor IDP 2x5 dengan panjang 30cm. 3.5 Desain Perangkat Lunak Pada pembuatan alat ini, mikrokontroler diprogram dengan menggunakan bahasa pemrograman C. Dikarenakan bahasa C merupakan bahasa pemrograman yang familiar digunakan dibandingkan dengan bahasa pemrograman lainnya. Adapun software yang digunakan dalam proses pembuatan program antara lain : a. Arduino IDE versi 1.06 Merupakan software resmi buatan arduino yang dimana difungsikan sebagai kompiler untuk mengkompile bahasa C menjadi output *.hex dan sarana untuk mendownloadkan ke system arduino. Dikarenakan pada mikrokontroler arduino hanya bisa membaca program dalam bentuk ekstensi *.hex. Software ini dikhususkan dapat digunakan dalam berbagai operation system misal windows, mac os, maupun linux. Dan software ini sudah dilengkapi dengan contoh contoh code pemrograman secara sederhana mulai dari mengakses lampu led blinking hingga Ethernet, dan lain sebagainya
46 Gambar 3.17 Software Arduino IDE versi 1.06 b. Diagram alir perangkat lunak Diagram alir digunakan sebagai dasar acuan dalam membuat program untuk kinerja alat yang akan dibuat. Berikut adalah diagram alir keseluruhan sistem.
Gambar 3.18 Diagram Alir 47
48 c. Pemrograman bahasa C Dari flowchart pada gambar diatas kemudian dibuatlah rancangan program yang sesuai dengan diagram alir tersebut. Struktur penulisan bahasa C umumnya terdiri atas empat blok, yaitu: 1. Header atau fungsi pustaka Bahasa C memiliki sejumlah fungsi pustaka yang berada pada file-file tertentu dan sengaja disediakan untuk menangani berbagai hal dengan cara memanggil fungsi-fungsi yang telah dideklarasika di dalam file tersebut. Dalam banyak hal, pustaka-pustaka yang tersedia tidak berbentuk kode sumber melainkan dalam bentuk yang telah dkompilasi. Pada saat proses linking, kode kode dari fungsi ini akan dikaitkan dengan kode kode yang ditulis oleh pemrogram. Sintak untuk menggunakan fungsi pustaka ini seperti #include <mega32.h> yang artinya memanggil pustaka mikrokontroler atmega untuk dimasukan ke dalam program yang akan dibuat. Selain itu juga terdapat pustaka fungsi lagi seperti lcd.h (untuk fungsi LCD), stdio.h (fungsi standar I/O), i2c.h (fungsi I2C), delay.h (fungsi tunda), dll. 2. Deklarasi konstanta, variabel dan fungsi Konstanta dan variabel merupakan sebuah tempat untuk menyimpan data yang berada di dalam memori. Konstanta berisi data yang nilainya tetap atau tidak dapat diubah selam program nilainya pada saat program dijalankan. Untuk membuat sebuah konstanta atau variabel maka harus dideklarasikan terlebih dahulu. Seperti char variabelku;.
49 3. Fungsi dan prosedur Fungsi merupakan kumpulan pernyataaan pernyataan yang dikemas dalam satu wadah kemudian diberi nama dan selanjutnya dapat dipanggil beberapa kali dalam sebuah program. Dengan menggunakan fungsi kita dapat memecah logika program yang kompleks menjadi beberapa bagian program yang lebih kecil sehingga akan lebih memudahkan kita dalam mengelola dan memahami alur logika program pada saat menuliskan ataupun mengoreksi. Contoh : void rtc(); void menu(); 4. Program utama Merupakan program utama yang akan kita olah yang dimana program tersebut masuk ke dalam fungsi void main();