RANCANG BANGUN SISTEM OTOMATISASI PENGENDALI SUHU DAN CAHAYA PADA SENI AQUASCAPE TUGAS AKHIR Disusun oleh : FAUZI KURNIAWAN 0834010201 PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL "VETERAN" JAWA TIMUR 2014
RANCANG BANGUN SISTEM OTOMATISASI PENGENDALI SUHU DAN CAHAYA PADA SENI AQUASCAPE TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Sebagai Persyaratan Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Komputer Jurusan Teknik Informatika Oleh : FAUZI KURNIAWAN 0834010201 PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN JAWA TIMUR 2014
LEMBAR PENGESAHAN RANCANG BANGUN SISTEM OTOMATISASI PENGENDALI SUHU DAN CAHAYA PADA SENI AQUASCPAE Disusun Oleh : FAUZI KURNIAWAN 0834010201 Telah Disetujui Mengikuti Ujian Negara Lisan Gelombang III Tahun Akademik 2014/2015 Dosen Pembimbing Intan Yuniar Purbasari, S.Kom, M.Sc NIP. 380060401981 Mengetahui, Ketua Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknologi Industri Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jawa Timur Budi Nugroho, S.Kom, M.Kom NIP. 380090502051
TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SISTEM OTOMATISASI PENGENDALI SUHU DAN CAHAYA PADA SENI AQUASCAPE Disusun Oleh : FAUZI KURNIAWAN 0834010201 Telah dipertahankan dan diterima oleh Tim Penguji Skripsi Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknologi Industri Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jawa Timur Pada Tanggal 23 Desember 2014 Pembimbing : Tim Penguji : 1. 1. Intan Yuniar Purbasari, S.Kom, M.Sc Budi Nugroho, S.Kom, M.Kom NIP. 380060401981 NIP. 380090502051 2. Intan Yuniar Purbasari, S.Kom, M.Sc NIP. 380060401981 3. Barry Nuqoba, Ssi, M.Kom NPT. 19841102 201212 1 002 Mengetahui, Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jawa Timur Ir. Sutiyono, MT. NIP. 19600713 198703 1 001
KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillaahi rabbil alamin terucap kehadirat Allah SWT atas segala limpahan kekuatan-nya sehingga dengan segala keterbatasan waktu, tenaga, pikiran dan keberuntungan yang dimiliki penyusun, akhirnya penyusun dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Rancang Bangun Sistem Otomatisasi Pengendali Suhu Dan Cahaya Pada Seni Aquascape tepat waktu. Skripsi dengan beban 4 SKS ini disusun guna diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program Strata Satu (S1) pada jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Industri, UPN VETERAN Jawa Timur. Melalui skripsi ini penyusun merasa mendapatkan kesempatan emas untuk memperdalam ilmu pengetahuan yang diperoleh selama di bangku perkuliahan, terutama berkenaan tentang penerapan teknologi perangkat bergerak. Namun, penyusun menyadari bahwa Skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penyusun sangat mengharapkan saran dan kritik dari para pembaca untuk pengembangan aplikasi lebih lanjut. Surabaya, Januari 2015 (Penyusun) ii
UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih ini saya persembahkan sebagai perwujudan rasa syukur atas terselesaikannya Laporan Skripsi. Ucapan terima kasih ini saya tujukan kepada : 1. Allah SWT., karena berkat Rahmat dan berkahnya kami dapat menyusun dan menyelesaikan Laporan Skripsi ini hingga selesai. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Teguh Soedarto, MP selaku Rektor Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jawa Timur. 3. Bapak Sutiyono, MT selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri UPN Veteran Jawa Timur. 4. Ibu Intan Yuniar Purbasari, S.Kom, M.Sc. selaku dosen pembimbing pada Proyek Skripsi ini di UPN Veteran Jawa Timur yang telah banyak memberikan petunjuk, masukan, bimbingan, dorongan serta kritik yang bermanfaat sejak awal hingga terselesainya Skripsi ini. 5. Keluarga tercinta, terutama kedua orang tua, terima kasih atas semua doa, dukungan serta harapan-harapannya pada saat penulis menyelesaikan Skripsi dan laporan ini. Yang penulis minta hanya doa restunya, sehingga penulis bisa membuat sesuatu yang lebih baik dari laporan ini. 6. Terima kasih buat teman-teman seperjuangan dalam menyusun skripsi. 7. Kawan-kawan yang telah membantu dalam penyelesaian Laporan Skripsi ini. Yang telah memberikan dorongan dan doa, yang tak bisa penulis sebutkan satu persatu. Terima Kasih yang tak terhingga untuk kalian semua. Semoga Allah SWT yang membalas semua kebaikan dan bantuan tersebut. iii
8. Terima kasih untuk Led Zeppelin, AC/DC, Pearl Jam, Nirvana, Red Hot Chilli Peppers, dkk yang telah mengiringi penulis untuk menyusun tugas akhir ini hingga selesai dengan menyanyikan lagu-lagu mereka. iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB I : PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penulisan... 3 1.4 Batasan Masalah... 3 1.5 Manfaat... 4 1.6 Metodologi Penelitian... 4 1.7 Sistematika Penulisan... 6 BAB II : TINJAUAN PUSTAKA... 8 2.1 Tinjauan Umum... 8 2.1.1 Flora... 8 2.1.1.1 Sagittaria Subulata (Dwarf Sagittaria)... 8 2.1.1.2 Christmas Moss (Vesicularia Montagnei)... 9 2.1.2 Fauna... 10 2.1.2.1 Neon Tetra... 10 v
2.2 Kebutuhan Hardware... 10 2.2.1 Pengenalan Mikrokontroler... 10 2.2.2 Arduino UNO... 12 2.2.2.1 Catu Daya (Power)... 15 2.2.2.2 Memori... 16 2.2.2.3 Input dan Output... 16 2.2.2.4 Komunikasi... 17 2.2.2.5 Programming... 18 2.2.2.6 Reset Otomatis (Software)... 19 2.2.2.7 Proteksi Arus Berlebih USB... 19 2.2.2.8 Karakteristik Fisik... 19 2.2.3 EMS (Embedded Module Series) LCD Display... 20 2.2.4 DT-Proto Header Shield... 21 2.2.5 Digital Temperature Sensor DS18B20... 23 2.2.6 DT-I/O Quad Relay Board... 24 2.2.7 Fan DC... 26 2.2.8 High Power Led... 27 2.2.9 Potensiometer... 28 2.2.10 AC/DC Adaptor (Power Supply)... 29 2.3 Kebutuhan Software... 31 2.3.1 Perangkat Lunak (Arduino IDE)... 32 BAB III : METODOLOGI PENELITIAN... 33 3.1 Analisis Sistem... 33 vi
3.2 Diagram Blok Penelitian... 34 3.2.1 Blok Masukan... 34 3.2.2 Blok Proses... 34 3.2.3 Blok Keluaran... 35 3.3 Perancangan Perangkat Keras... 35 3.3.1 Rangkaian Mikrokontroler Arduino UNO... 38 3.3.2 Rangkaian Sensor DS18B20... 39 3.3.3 Rangkaian LCD Display... 39 3.3.4 Rangkaian DT-Proto Header Shield... 40 3.4 Perancangan Perangkat Lunak... 41 3.4.1 Perancangan Perangkat Keras Untuk PC... 41 3.4.2 Perancangan Perangkat Keras Untuk Mikrokontroler... 42 3.5 Diagram Alur Pemrograman... 43 3.6 Perancangan Maket... 45 BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN... 47 4.1 Alat yang Digunakan... 47 4.1.1 Perangkat Keras... 47 4.1.2 Perangkat Lunak... 48 4.2 Prosedur Pembuatan Program... 48 4.2.1 Menjalankan Aplikasi Arduino... 48 4.3 Implementasi Coding... 51 4.4 Analisis dan Pengujian Hardware... 54 vii
4.5 Pengujian Alat Simulasi... 54 4.5.1 Pengujian Alat Standby... 55 4.5.2 Pengujian Sensor Suhu DS18B20 Pada Akuarium... 56 4.6 Trial dan Error... 58 4.7 Analisis Hasil Percobaan... 58 BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN... 60 5.1 Kesimpulan... 60 5.2 Saran... 61 DAFTAR PUSTAKA viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sagittaria Subulata... 9 Gambar 2.2 Christmas Moss... 9 Gambar 2.3 Neon Tetra... 10 Gambar 2.4 Bagian Mikrokontroler... 11 Gambar 2.5 Board Arduino UNO... 14 Gambar 2.6 Kabel USB Arduino UNO... 14 Gambar 2.7 LCD (Liquid Crystal Display)... 20 Gambar 2.8 Pin I/O DT-Proto Header Shield... 21 Gambar 2.9 Pin ISP Programmer... 22 Gambar 2.10 DT-Proto Header Shield... 22 Gambar 2.11 Digital Thermal Probe DS18B20... 23 Gambar 2.12 DT-I/O Quad Relay Board 0510... 25 Gambar 2.13 Pin IN PORT dan EXT PORT DT-I/O Quad Relay... 26 Gambar 2.14 Fan DC... 27 Gambar 2.15 High Power Led... 28 Gambar 2.16 Potensiometer... 28 Gambar 2.17 Macam-Macam Adaptor... 29 Gambar 2.18 Konstruksi Dasar Adaptor Dengan Transformator Step Down 30 Gambar 2.19 Rangkaian Dasar Catu Daya Sistem Switching... 30 Gambar 2.20 Tampilan Framework Arduino UNO... 32 Gambar 3.1 Blok Diagram... 34 Gambar 3.2 Skema Rangkaian Perangkat Keras... 36 ix
Gambar 3.3 Skema Rangkaian Mikrokontroler Arduino UNO... 38 Gambar 3.4 Skema Rangkaian Digital Thermal Probe DS18B20... 39 Gambar 3.5 Skema Rangkaian LCD Display... 40 Gambar 3.6 Skema Rangkaian DT-Proto Header Shield... 41 Gambar 3.7 Flowchart... 43 Gambar 3.8 Perancangan Maket Mikrokontroler... 45 Gambar 3.9 Arah Aliran Angin Fan DC... 45 Gambar 3.10 Penampakan Maket Tampak Depan... 46 Gambar 4.1 Aplikasi Arduino pada Desktop Windows... 48 Gambar 4.2 Tampilan Jendela Arduino... 49 Gambar 4.3 Setting Downloader FTDI USB... 49 Gambar 4.4 Setting Board Minimum Sistem... 50 Gambar 4.5 Setting Serial Port Minimum Sistem... 50 Gambar 4.6 Minimum Sistem dan Akuarium... 55 Gambar 4.7 Pengujian Alat Standby... 55 Gambar 4.8 Tampilan LCD Ketika Alat Standby... 56 Gambar 4.9 Sensor Mendeteksi Perubahan Suhu Air Pada Akuarium... 56 Gambar 4.10 Tampilan LCD Ketika Sensor Membaca Suhu Rendah... 57 Gambar 4.11 Tampilan LCD Ketika Sensor Membaca Suhu Tinggi... 57 Gambar 4.12 Tampilan LCD Ketika Terjadi Error... 58 x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Deskripsi Arduino UNO... 14 Tabel 3.1 Pin Rangkaian Variabel Resistor... 36 Tabel 3.2 Pin Rangkaian LCD... 37 Tabel 3.3 Pin Rangkaian Sensor DS18B20... 37 Tabel 3.4 Pin Rangkaian DT-I/O Quad Relay... 37 xi
JUDUL : Rancang Bangun Sistem Otomatisasi Pengendali Suhu Dan Cahaya Pada Seni Aquascape PENYUSUN : Fauzi Kurniawan DOSEN PEMBIMBING : Intan Yuniar Purbasari, S.Kom, M.Sc ABSTRAK Pada era globalisasi seperti saat ini perkembangan teknologi berkembang sangat pesat, salah satu perkembangan itu terjadi pada teknologi informatika, teknologi informatika banyak sekali diaplikasikan pada peralatan-peralatan elektronika yang digunakan setiap hari. Dengan kemajuan itulah di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi menghasilkan inovasi baru yang berkembang menuju lebih baik. Saat ini aktivitas kehidupan perkotaan sangat padat seiring kemajuan zaman. Hal ini menuntut tercipta gaya hidup atau lifestyle masyarakat kota yang selalu berubah. Kesenangan pribadi atau hobi yang sedang berkembang salah satunya adalah aquascape. Aquascape membutuhkan suhu air yang tidak terlalu panas dikarenakan terdapat berbagai macam kehidupan flora dan fauna di dalamnya. Namun di beberapa kota dengan cuaca panas seperti Surabaya pada saat musim kemarau suhu air dalam akuarium dapat mencapai 32 C. Hal ini tentu menjadi kendala bagi para pelaku aquascape. Untuk itu diciptakan suatu alat yang mampu menstabilkan suhu air dalam akuarium pada saat musim kemarau, dimana dengan menggunakan kipas / fan DC untuk menjaga suhu air dalam akuarium tetap stabil. Dan juga LED yang berfungsi sebagai pencahayaan pada aquascape. Alat ini bekerja melalui input dari sensor suhu DS18B20 yang ada pada dalam akuarium untuk mendeteksi suhu air, kemudian diproses oleh mikrokontroler Arduino UNO lalu keseluruhan proses tersebut akan ditampilkan berupa tampilan LCD. Kata Kunci : Arduino UNO, Sensor DS18B20, Fan DC, Led, Aquascape i
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Aquascape merupakan sebuah hasil karya seseorang dalam membuat sebuah desain dalam air, sedangkan aquascaping adalah seni mengatur tanaman air, serta batu, ataupun kayu, dalam cara yang estetis menyenangkan dalam sebuah akuarium, seperti halnya berkebun di bawah air. Biasanya, sebuah aquascape merupakan rumah bagi ikan serta tanaman, meskipun ada kemungkinan untuk menciptakan sebuah aquascape dengan tanaman saja, atau dengan rockwork atau hardscape lain dengan tidak ada tanaman. Perkembangannya dalam beberapa tahun kebelakang, aquascaping banyak menemui perkembangan dan perubahan dalam berbagai macam hal. Salah satu yang paling menjadi perhatian para penghobi aquascape adalah terobosan baru dalam keseimbangan antara hobi dan seni. Di Surabaya, kota yang bisa dibilang temperatur udaranya panas, suhu air di dalam tank (akuarium) pada siang hari dapat mencapai angka 32 C. Hal ini tentu menjadi kendala dalam aquascaping dimana hampir semua tanaman dan fauna (terutama udang hias) membutuhkan suhu dingin. Satu-satunya cara untuk mendapatkan suhu ideal adalah dengan menginvestasikan chiller, akan tetapi dengan harga yang begitu tinggi, tentu menjadi kendala lainnya. 1
2 Beberapa jenis udang hias seperti RCS (Red Cherry Shrimp) tetap bisa hidup sehat di dalam tank (akuarium), akan tetapi efek air yang terlalu panas ini terlihat jelas pada pertumbuhan tanaman. Sebagian tanaman memang tidak terpengaruh pertumbuhannya, akan tetapi pada kebanyakan tanaman lainnya yang memerlukan suhu dingin terlihat jelas ada tandatanda tidak tumbuh maksimal. Daun tanaman cenderung berwarna hijau tua atau agak kecoklatan, berdaun tipis dan akar tidak tumbuh sempurna walau tetap tumbuh subur. Lampu dalam aquascape berfungsi sebagai pengganti sinar matahari. Hal ini disebabkan karena tanaman membutuhkan cahaya untuk fotosintesis agar dapat tumbuh dan berkembang. Setiap tanaman memiliki tingkat rangsangan cahaya yang berbeda-beda untuk tumbuh. Tipe cahaya dibagi menjadi 3 kelompok, yakni High-light (tingkat pencahayaan tinggi), Mid-light (tingkat pencahayaan sedang) dan Lowlight (tingkat pencahayaan rendah). Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini, dibuatlah suatu alat yang dapat membantu menurunkan suhu temperatur air. Alat ini diharapkan dapat mengatasi solusi tentang masalah yang kerap ditemui para aquascaper terutama yang berdomisili di kota yang temperatur udaranya panas. 1.2 Rumusan Masalah timbul adalah : Dengan adanya latar belakang di atas maka permasalahan yang
3 1. Bagaimana merancang dan membuat suatu alat yang dapat mengendalikan suhu air dan cahaya di dalam akuarium. 2. Bagaimana sistem kerja dari sensor suhu yang digunakan pada alat berbasis mikrokontroler. 3. Bagaimana mengaplikasikan mikrokontroler sebagai pusat kontrol alat pengendali suhu dan cahaya dalam air. 1.3 Tujuan Penulisan Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan membuat suatu instrumentasi yaitu : 1. Merancang dan membuat suatu alat yang dapat mengendalikan suhu air dan cahaya di dalam akuarium. 2. Mengetahui sistem kerja dari sensor suhu yang digunakan pada alat pengendali suhu berbasis mikrokontroler. 3. Mengaplikasikan mikrokontroler sebagai pusat kontrol alat pengendali suhu dan cahaya dalam air. 1.4 Batasan Masalah Agar masalah dalam penelitian tidak meluas, maka permasalahan dibatasi sebagai berikut : 1. Mikrokontroler yang digunakan adalah Ardunio Uno. 2. Alat ini menggunakan sensor suhu DS18B20 yang bersifat waterproof. 3. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah Bahasa C.
4 4. Tidak membahas waktu yang dibutuhkan alat untuk mendinginkan air dalam akuarium secara detail. 1.5 Manfaat Manfaat yang didapat dari penelitian ini adalah: 1. Memanfaatkan mikrokontroler sebagai pengendali suhu dan cahaya pada aquascape. 2. Mengetahui dan mempelajari cara kerja sensor suhu yang bersifat waterproof. 3. Diharapkan dapat membantu memecahkan masalah yang ada pada beberapa akuarium yang membutuhkan temperatur dingin. 4. Diharapkan dapat membuat waktu se-efisien mungkin karena terdapat sistem otomatisasi sehingga tidak perlu dilakukan secara manual. 1.6 Metodologi Penelitian Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : a. Metode pustaka Mencari data-data yang berkaitan dengan alat yang akan dibuat, dari literatur buku-buku, jurnal-jurnal, majalah-majalah elektronika dan situs-situs intenet untuk mempelajari hal-hal sebagai berikut: 1) Karakterisitik mikrokontroler Arduino Uno termasuk cara pemrograman dan interface-nya. 2) Karakterisitik sensor suhu DS18B20 (waterproof).
5 b. Metode perencanaan dan pembuatan alat Untuk membuat alat ini dilakukan langkah-langkah sebagai berikut: 1) Mencoba-coba alat / rangkaian sesuai dengan data-data yang telah diperoleh sesuai spesifikasi alat yang diinginkan. 2) Melaksanakan perencanaan tiap-tiap blok diagram dari hasil coba-coba yang dianggap rangkaian paling efektif yang kemudian digabungkan sehingga menjadi satu sistem. c. Mempersiapkan komponen yang diperlukan, antara lain sebagai berikut : 1) Mikrokontroler Arduino Uno sebagai pengendali sistem. Komponen ini dipakai karena mudah diperoleh dipasaran, bisa digunakan untuk berbagai macam keperluan serta mudah memprogramnya. 2) Sensor suhu DS18B20 (waterproof) sebagai suatu piranti yang mengubah suatu besaran (isyarat/energi) fisik menjadi besaran fisik lain, yang dalam hal ini pengubahan ke bentuk besaran elektrik. Pada sistem ini digunakan sensor suhu yang bersifat waterproof yaitu sensor suhu DS18B20. 3) LCD Display sebagai penampil suhu yang terdapat dalam akuarium, selain itu juga berfungsi sebagai tanda peringatan ketika suhu air dalam tank (akuarium) sudah melebihi batas. 4) Fan DC, kipas angin 12 volt DC berfungsi untuk mengalirkan sirkulasi udara ke dalam akuarium.
6 5) High Power Led, sebagai pencahayaan pada aquascape, dimana cahaya adalah bagian penting untuk tanaman agar dapat melakukan fotosintesis. 6) Potensiometer, sebagai input nilai batas suhu yang diinginkan. d. Pembuatan alat Perakitan tiap blok dan penggabungan tiap blok menjadi satu sistem. e. Pengujian alat Pengujian alat dilakukan untuk mengetahui apakah sistem yang dibuat telah bekerja dengan baik. Pengujian dilakukan pada tiap-tiap blok, kemudian dilakukan pengujian sistem secara keseluruhan. f. Konsultasi dengan dosen pembimbing serta mencari sumber informasi yang berhubungan dengan pembuatan tugas akhir. 1.7 Sistematika Penulisan Adapun sistematika penulisan tugas akhir ini adalah : BAB I : PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat, metodologi penelitian dan sistematika penulisan. BAB II : TINJAUAN PUSTAKA Dalam bab ini dibahas mengenai teori dasar yang mendukung dalam perencanaan sistem serta penjelasan tentang komponen- komponen yang menunjang perealisasian alat.
7 BAB III : METODOLOGI PENELITIAN Bab ini membahas tentang realisasi perangkat keras dan diagram alir perangkat lunak. BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini membahas tentang cara pengujian dan hasil pengujian sistem yang telah direalisasikan. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dan saran-saran pengembangan lebih lanjut dari alat tersebut. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN