BAB III PERANCANGAN ALAT Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai bagaimana alat dapat menjalankan perintah input-an dan gambaran sistem kontrol volume air yang dapat ditampilkan di web. Penelitian tersebut terdiri dari beberapa tahap yaitu rancangan umum alat, tahap perancangan secara blok diagram, tahap perancangan analisa rangkaian secara detail, tahap perancangan dan analisa secara flow chart, perancangan program software arduino serta perancangan analisis secara program. Secara rinci diuraikan sebagai berikut. 3.1 Perancangan Umum Alat Sistem kontrol dan monitoring pengukuran air adalah sebuah rancangan alat sistem elektronika yang digunakan untuk mengetahui pemakaian air yang dapat di monitoring pada web browser pada layar monitor sebuah PC. Untuk data yang ditampilkan didapatkan dari komponen water flow sensor. Untuk peringatan sudah terpenuhi nya volume air yang diinginkan komponen yang digunakan 42
43 ntara lain buzzer, dan modul wifi esp 8266 berfungsi untuk mengirimkan data pemakaian dan pengukuran air ke PC. 3.2 Desain Perancangan Alat Desain alat pengujian direncankaan seperti jalur air dengan mengguakan pipa PVC dengan ukuran ½ dan beberapa aksesoris sambungan pipa, elbow, tee dan kran manual yang bisa di lihat dalam gambar 3.1. Sedangkan untuk hardware kontrol arduino akan ditempatkan pada box acrylic dengan ukuran 20 X 10 X 10 cm. Gambar 3.1 Desain Alat Pengujian 3.3 Kalibrasi Volume Kalibrasi dilakukan untuk memastikan nilai dari hasil pengukuran alat sesuai dengan standar ukur nasional maupun internasional. Pengukuran volume
44 terutama volume benda cair, yang paling umum digunakan untuk mengukur adalah gelas ukur seperti pada gambar 2.3. Gelas ukur sudah ada garis atau nilai besaran volume yang sudah distandarkan. Pada perancangan alat ini akan menggunakan gelas ukur kapasitas 1000 mililiter yang berfungsi sebagai penampung dan pengukur volume air keluaran dari alat secara visual. Gelas ukur ini memiliki ketelitian garis skala 10 mililiter. Proses kalibrasi menggunakan timbangan digital. Kalibrasi menggunakan timbangan ini terkait dengan proses pengujian alat yang harus dilakukan beberapa kali uji dengan rentang uji tertentu. Tujuannya adalah mendapatkan nilai nominal yang terbaca berbentuk angka. Proses ini harus memperhitungkan berat penampung air dan berat jenis air. Karena yang diukur adalah volume air maka berat jenis air adalah 1000 kg/m3, yang berarti air dengan volume 1 liter bila diukur beratnya adalah 1 kg. Berkaitan dengan desain alat dan program mikrokontroler, pada saat counter volume tercapai dan mikrokontroler mematikan solenoid valve, pasti ada volume air dengan nilai tertentu yang masih keluar sebagai sisa. Hal ini disebabkan karena desain perancangan solenoid valve berada sebelum flow sensor dan air yang keluar tidak semuaya mengalir sebagai hasil pengukuran dari flow sensor, supaya lebih jelas akan ditunjukkan pada gambar 3.2. Besarnya nilai volume sisa harus diperhitungkan atau diketahui agar pengukuran alat bisa tepat. Nilainya menjadi dasar pada saat pembuatan program mikrokontrolernya.
45 Gambar 3.2 Sisa Volume Air Volume sisa dapat dihitung dengan persamaan volume tabung jika diameter tabung 18 mm dan tinggi 250 mm. V sisa =. r 2. t V sisa = 3,14. 9 2. 250 = 63585 mm 3 = 63,59 ml Sehingga disimpulkan untuk mencapai volume yang tepat pada perancangan ini, besarnya volume adalah hasil penjumlahan antara volume yang terbaca sensor ditambah dengan volume sisa. 3.4 Tahap Perancangan Secara Diagram Blok Pada bagian ini akan dibahas mengenai blok diagram dengan prinsip kerja masing-masing blok diagram. Blok diagram terdiri dari rancangan blok activator (sumber tegangan), rancangan blok input (masukan), rancangan blok proses, dan rancangan blok output (keluaran). Dimana setiap blok memiliki fungsi yang berbeda beda. Gambar 3.3 merupakan bagian yang saling berhubungan antara
46 sumber tegangan yang dibutuhkan, elemen input yang mempengaruhi proses sehingga mengahasilkan suatu keluaran. Gambar 3.3 Blok Diagram Rangkaian Berdasarkan pada Gambar 3.3 dapat dilihat rancangan rangkaian secara blok diagram yang terdiri dari blok sumber tegangan, blok masukan, blok proses dan blok keluaran. Dimana blok masukan menjelaskan tentang masukan untuk mikrokontroler serta media masukannya, blok proses menjelaskan proses setelah masukan masuk dan komponen yang berperan sebagai pemroses masukan, sedangkan blok keluaran menjelaskan tentang keluaran yang dihasilkan serta media keluarannya. Secara rinci uraian Gambar 3.3 dapat dijelaskan sebagai berikut.
47 3.4.1 Rancangan Blok Masukan Rancangan blok masukan berfungsi untuk mendata setiap komponen yang digunakan sebagai media masukan yang akan di proses sehingga menghasilkan output sesuai yang diharapkan. Masukan yang diperoleh dari rangkaian sistem kontrol dan monitoring pengukuran air didapatkan dari beberapa jenis komponen berikut. 3.4.1.1 Keypad Matrix 4x4 Konstruksi matrix keypad 4 4 cukup sederhana, yaitu terdiri dari 4 baris dan 4 kolom dengan keypad berupa saklar push button yang diletakan disetiap persilangan kolom dan barisnya. Rangkaian matrix keypad terdiri dari 16 saklar push buton dengan konfigurasi 4 baris dan 4 kolom. 8 line yang terdiri dari 4 baris dan 4 kolom tersebut dihubungkan dengan port mikrokontrol 8 bit. Sisi baris dari matrix keypad ditandai dengan nama Row1, Row2, Row3 dan Row4 kemudian sisi kolom ditandai dengan nama Col1, Col2, Col3 dan Col4. Sisi input atau output dari matrix keypad 4 4 ini tidak mengikat, dapat dikonfigurasikan kolom sebagi input dan baris sebagai output atau sebaliknya tergantung programernya.
48 Gambar 3.4 Skema Matrix Keypad 4x4 Proses scanning mikrokontroler pada keypad 4x4 adalah untuk membaca penekanan tombol pada matrix keypad 4x4 yang dilakukan secara bertahap kolom demi kolom, dari kolom pertama sampai kolom ke-4 dan baris pertama hingga baris ke-4. Program untuk scaning matrix keypad 4 4 dapat bermacam-macam, tapi pada intinya sama. Gambar 3.5 Konfigurasi Matrix Keypad 4x4
49 3.4.1.2 Rangkaian Water Flow Sensor Sensor Hall effect merupakan salah satu tranduser yang sering digunakan untuk mendeteksi medan magnet. Hall effect dapat digunakan untuk mendeteksi gerakan atau putaran apabila gerakan atau putaran tersebut dipengaruhi oleh medan magnet. Efek hall terjadi ketika konduktor pembawa arus tertahan pada medan magnet, medan memberi gaya menyamping pada muatanmuatan yang mengalir pada konduktor. Setiap perubahan medan magnet yang terjadi akan dideteksi oleh hall effect, dimana perubahan kutub utara dan selatan akan dapat memberikan input pada hall effect dan menghasilkan output berupa pulsa transisi turun (aktif low). Debit air merupakan banyaknya volume air yang mengalir tiap menitnya. Debit air secara keseluruhan merupakan jumlah pulsa yang dihasilkan dikali dengan volume air yang mengalir setiap menit untuk sebuah pulsa. Output data pada sensor akan masuk ke mikrokontroler melalui pin 2. Rangkaian bekerja pada tegangan 5 volt sampai 18 volt DC. Arus maksimum pada tegangan 5 volt DC adalah sebesar 10 ma. Kabel output berjumlah 3 sudah didefinisikan fungsinya masing-masing oleh produsennya
50 Gambar 3.6 Skema Rangkaian Water Flow Sensor Tabel 3.1 Konfigurasi Kabel Output Water flow Sensor No Kabel Warna Kabel Fungsi Keterangan 1 a Merah VCC PS 5 VDC Arduino 2 b Kuning Sinyal Pulsa Input ke Arduino Pin 2 3 c Hitam Ground Pin Ground Arduino Mengacu pada datasheet sensor dapat dihitung jumlah pulsa pada perancangan jika debit air diketahui. Ketelitian sensor sebesar 10 % saat debit air 1 liter per menit sampai 30 liter per menit. Apabila debit air 1 liter per menit maka dapat dihitung nilai frekuensi pulsanya. Pulse Frequency = 11.Q = 11. 1 = 11 Hz Dari hasil perhitungan dapat disimpulkan saat debit air adalah 1 liter per menit maka pulsa dari sensor adalah 11 pulsa per detik.
51 3.4.2 Rancangan Blok Proses Pada alat ini yang berfungsi sebagai proses adalah Arduino Mega2560 dan Modul Wifi esp8266. 3.4.2.1 Arduino Mega2560 Arduino Mega2560 burfungsi untuk memproses setiap masukan sesuai dengan kondisi logika pemograman yang telah di flash/upload sebelumnya. Setelah mikrokontroler pada arduino memproses setiap masukan maka hasil akan keluar melalui pin digital berupa digit biner 0 atau 1. Dimana nilai biner 0 menyatakan tegangan low dan biner 1 merupakan tegangan high. Dari gambar 3.6 di bawah adalah perancangan blok proses pada Arduino Mega2560 dan beberapa komponen sebagai masukannya yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler dan akan menghasilkan keluaran. Gambar 3.7 Rancangan Blok Proses Arduino Mega2560
52 Masukan dari keypad, Water flow Sensor terhubung pada Arduino Mega2560 pin : Tabel 3.2 Komponen Masukan ke Pin Arduino Mega2560 No Komponen Pin Arduino Mega2560 1 Keypad 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 2 Water Flow Sensor 2 3.4.2.2 Modul WiFi ESP 8266 ESP8266 merupakan modul wifi yang berfungsi sebagai perangkat tambahan mikrokontroler seperti Arduino agar dapat terhubung langsung dengan wifi dan membuat koneksi TCP/IP. Perancangan dan pembuatan perangkat keras dalam blok masukan dimulai dengan membuat rangkaian antara arduino dan modul esp8266. Modul esp8266 adalah modul wifi yang digunakan untuk mengirim data ke server. Modul esp8266 berkomunikasi dengan arduino menggunakan AT+Command. Pengawatan rangkaian arduino dan esp8266 ditunjukkan pada tabel 3.3 Tabel 3.3 Pengawatan rangkaian arduino dan esp8266 Arduino ESP 8266 3,3 V VCC
53 3,3 V CH_PD GND RX TX GND TX RX Pengaturan yang akan digunakan sebagai PC monitoring dilakukan dengan mengatur IP yang berada dalam satu lingkup jaringan dengan esp8266. Untuk pengaplikasian modul esp8266 pada alat ini di gunakan sebagai client dan akses point modul esp8266 berfungsi sebagai komponen agar arduino dapat terhubung dengan jaringan lokal maupun internet. Gambar 3.8 Konfigurasi Modul WiFi ESP 8266
54 3.4.3 Rancangan Blok Keluaran Setelah pemrosesan telah selesai pada blok proses, maka keluarlah output yaitu tampilan informasi pada web browser dan LCD, suara dari buzzer dan tegangan output yang menggerakan relay 2 chanel untuk menghidupkan pompa dan solenoid valve. Network Operation Center dapat melihat hasil tampilan pemakaian air yang di dapat dari water flow sensor di browser dari blok masukan yang telah di proses oleh Arduino Mega2560 untuk dirubah menjadi data digital dan diproses lebih lanjut. Kemudian ditransmisikan melalui modul WiFi esp8266. Fungsi LCD adalah sebagai komponen yang digunakan untuk menampilkan setiap nilai atau tombol yang ditekan. Gambar 3.9 Rangkaian Blok Keluaran Arduino Mega2560
55 Pada gambar 3.9 menjelaskan LCD, Modul Relay 2 Chanel dan buzzer yang digunakan dan terhubung pada board Arduino pada pin : Tabel 3.4 Komponen Keluaran dari Pin Arduino Mega2560 No Komponen Pin Arduino Mega2560 1 LCD 16 X 2 SDA (20), SCL (21) 2 Relay Ch1 (30), Ch2 (31) 3 Buzzer 32 3.5 Tahap Perancangan dan Analisa Rangkaian Secara Detail Analisa secara detail berfungsi untuk mengetahui alur cara kerja alat. Pada gambar 3.10 dibawah ini merupakan rangkaian keseluruhan dari perancangan pemodelan kontrol dan monitoring pengukuran volume air.
56 \ Gambar 3.10 Rangkaian Keseluruhan Alat Kontrol dan Monitoring Air Rangkaian tersebut menggunakan tegangan atau catu daya DC (Direct Current) sebesar 12 volt yang didapat dari adaptor. Arduino Mega2560 dengan mikrokontroler ATMega2560 merupakan komponen yang memproses data masukan dari keypad dan water flow sensor. Kemudian mikrokontroler mengolah data yang diterima sesuai dengan program yang dibuat sebelumnya dan mikrokontroler mengeluarkan output sesuai dengan program yang sudah ditanamkan. Pada alat kontrol dan monitoring pengukuran air ini, ada beberapa input yang mempunyai fungsinya masing-masing, antara lain ialah :
57 a. Keypad Matrix 4x4 Komponen yang berfungsi sebagai input perintah set point banyaknya air yang akan di kontrol b. Water flow sensor Sensor ini berfungsi untuk mengkonversi aliran air mejadi bentuk volume melalalui perhitungan jumlah pulsa yang di hasilkan. Data output dari mikrokontroler diolah menjadi program web server kemudian ditransmisikan menggunakan modul WiFi esp8266 lalu di tampilkan pada web browser. Pada alat ini, ada pula output yang berfungsi sebagai indikator yaitu suara buzzer. 3.6 Tahap Perancangan dan Analisis Secara Flowchart Untuk mempermudah pembuatan program, penulis terlebih dahulu membuat diagram alur atau bisa juga disebut dengan flowchart. Flowchart ini di maksudkan sebagai pemandu penulis dalam membuat program agar kesalahan dapat diminimalisir, juga bertujuan agar program yang dibuat merupakan suatu algoritma yang tepat. Cara kerja alat secara diagram alur dijabarkan dalam bentuk flowchart pada gambar 3.11.
58 Gambar 3.11 Flowchart Rancangan Alat 3.7 Perancangan Program Software Arduino Perancangan software ini akan membahas mengenai tahap perancangan perangkat lunak yang menggunakan software Arduino. Tujuan perancangan lunak ini adalah untuk mempermudah dalam memprogram yang akan dimasukan atau
59 ditanamkan kedalam mikrokontroler ATMega2560 menggunakan software Arduino. a. Langkah pertama membuka software Arduino dengan mengklik 2 kali Arduino.exe b. Membuat koding yang akan dimasukan ke dalam mikrokontroler sesuai dengan kebutuhan alat. c. Lalu untuk mengecek struktur dan kebenaran koding dapat diklik tombol verify untuk mendeteksi apakah masih ada syntax yang error. d. Jika kodingan sudah tidak ada kesalahan, maka untuk memasukan program ke dalam mikrokontroler pilih tombol Upload pada software. Gambar 3.12 Software Arduino
60 3.8 Perancangan Analisis Secara Program Berikut ini adalah daftar program yang telah di upload ke dalam mikrokontroler Arduino Mega2560, agar semua masukan yang berupa sensor dapat bekerja dengan baik dan mengahasilkan keluaran yang diinginkan. Gambar 3.13 Program LCD
61 Gambar 3.14 Program WiFi ESP8266
62 Gambar 3.15 Program Keypad
63 Gambar 3.16 Program Water Flow Sensor 3.9 Perancangan Program Software XAMPP Untuk membuat sebuah aplikasi berbasis web dengan menggunakan bahasa PHP, tentu saja di perlukan sebuah server web dan interprener PHP. Server tidak harus sebuah komputer khusus dengan kinerja tinggi dan berukuran sangat besar, tetapi jika di buat dengan PC yang mempunyai fungsi selayaknya web server, yaitu dengan menginstal paket XAMPP. XAMPP merupakan paket PHP
64 dan My SQL berbasis open source yang dapat diguakan sebaga tool pembantu aplikasi berbasis PHP. XAMPP mengombinasikan beberapa perangkat lunak berbeda ke dalam satu paket. Di sini penulis menggunakan XAMPP versi 5.6.23 untuk win 32. 3.9.1 Instalasi Paket XAMPP pada Windows Gambar 3.17 File Installer XAMPP Untuk memulai instalasi, masuk ke folder berisi file installer XAMPP. Selanjutnya, ikuti penjelasan langkah instalasi berikut ini : 1. Dengan klik ganda (double klik) file xampp-win32-5.6.23.exe sampai muncul jendela utama instalasi. Jika menggunakan anti vius, akan tampill jendela berikut: Gambar 3.18 Pertanyaan Peringatan Anti Virus Jendela di atas hanya peringatan bahwa jika program anti virus sedang berjalan, proses instalasi mungkin akan berjalan lambat atau menggangu proses instalasi XAMPP. Jika perlu bisa matikan
65 sementara anti virus atau tekan tombol Yes. Berikutnya jendela peringatan berkutnya adalah tentang UAC ( User Account Control ) : Gambar 3.19 Peringatan Proteksi pada Windows Peringata ini berkaitan dengan proteksi pada Widows Vista ke atas di mana jika XAMPP di install pada folder C:\Program File (x86) mungkin akan terjadi pembatasan hak akses yang menyebabkan XAMPP tidak berjalan dengan normal. 2. Jika awal instalasi akan muncul, Klik Next Gambar 3.20 Jendela Awal Instalasi
66 3. Jendela berikutnya adalah Select Component. Pada bagiian ini bisa memilih apliikasi apa saja yang akan di install. Klik Next untuk melanjutkan. Gambar 3.21 Jendela Select Component 4. Jendela selanjutnya adalah Installation Folder. Dalam bagian ini bisa mengubah lokasi di mana file file XAMPP akan di simpan. Gambar 3.22 Jendela Installation Folder
67 5. Tampilan berikutnya adalah Bitnami for XAMPP. XAMPP menawrkan Bitnami sebagai cara cepat menginstall CMS seperti wordpress, joomla, dan drupal. Tetapi jika akan menginstall wordpress secara manual, sehingga hapus halaman learn more about Bitami for XAMPP. Kemudian klik Next. Gambar 3.23 Jendela Bitnami for XAMPP 6. Jendela berikutnya adalah konfirmasi utuk mulai menginstal XAMPP, klik Next dan XAMPP akan memulai proses instalasi beberapa saat.
68 Gambar 3.24 Jendela Konfirmasi memulai Instalasi 7. JIka jendela Commpleting the XAMPP Setup Wizard telah tampil, maka proses instalasi XAMPP telah selesai. Pada bagian ini langsung akan mencoba aplikasi XAMPP, sehingga biarkan pada cek lish Do you want to start the Control Panel now kemudian klik Finish. Gambar 3.25 Jendela Proses Instalasi
69 Gambar 3.26 Jendela Selesai Instalasi 3.9.2 Memulai XAMPP Setiap kali akan mengelola situs web harus menjalankan XAMPP. Untuk menjalankannya, klik ikon XAMPP dan akan muncul XAMPP control panel, kemudian jalankan masing-masing untuk Apache dan MySQL, sehingga muncul tanda hijau dan running untuk keduanya. Kini PC sudah menjadi server web local Gambar 3.27 XAMPP Control Panel
70 3.9.3 Perancangan Database Database merupakan kumpulan dari data yang saling berhubungan satu dengan yang lainnya, tersimpan dalam simpanan luar suatu sistem dan digunakan suatu perangkat lunak tertentu untuk memanipulasinya. Dalam merancang database di gunakan perangkat lunak MySQL, alasannya adalah untuk penggunaannya tidak dikenakan biaya atau gratis. Adapun dalam pengaturan database di gunakan php MyAdmin, php MyAdmin adalah suatu aplikasi yang dibuat dengan bahasa pemrograman PHP yang di tujukan untuk pengolahan data MySQL melalui Internet lokal (Localhost),adapun database yang dibuat adalah sebagai berikut: Gambar 3.28 Struktur Database 3.9.4 Perancangan Interface Perancangan interface yaitu tampilan atau isi dari data logger pemakaian volume air dalam setiap peggunaan. Pada saat program selesai
71 melakukan proses maka akan langsung di kirim ke server melalui tampilan data logger yang penulis rancang. Gambar 3.29 Tampilan Data Logger