BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1 Pendahuluan Dalam suatu perancangan sistem, langkah pertama yang harus dilakukan adalah menentukan prinsip kerja dari suatu sistem yang akan dibuat. Untuk itu perlu disusun spesifikasi teknis dari sistem itu sendiri dan hubungan Interfacing secara diagram blok nya digambarkan. Dengan tujuan untuk mempermudah pada implementasi kedepannya, berikut penjelasannya. 3.2 Spesifikasi Teknis Spesifikasi teknis pada tugas akhir perancangan model sistem pengontrol peralatan elektronik rumah tangga dengan perintah suara dan SMS melalui smartphone Android, yaitu sebagai berikut : 37
38 1. Sistem pengendali menggunakan smartphone dengan OS Android minimal 4.4 (KITKAT) 2. Pemrograman software Arduino Bluno menggunakan Arduino IDE 3. Perancangan hardware menggunakan board Arduino Bluno 4. Penerima perintah suara menggunakan microphone yang terdapat pada smartphone Android 5. Penerima data via bluetooth menggunakan modul BLE XBee v4.0 yang sudah tertanam pada board Arduino Bluno 6. Penerima SMS menggunakan modul GSM IComsat v1.1 SIM900 7. Catudaya yang digunakan yaitu 1 buah Power Supply Switching 12V (3A) 8. Pengontrol output menggunakan modul Relay 4 channel 5 VDC 220 VAC dengan saklar terminal yang sudah dimodifikasi 3.3 Blok Diagram dari Perancangan Sistem Perancangan blok diagram yang akan dibuat berdasarkan cara kerja alat yang akan dibuat, yang mana alat akan terdiri dari board Arduino Bluno, modul GSM IComsat v1.1 SIM900, 1 buat modul relay 4 channel, switching power supply sebagai catudaya dan sebuah socket terminal listrik yang sudah di modifikasi sebelumnya yang berfungsi sebagai output. Perancangan dan cara kerja alat dapat di ilustrasikan dengan gambar blok diagram di bawah ini :
39 Gambar 3.1 Blok Diagram Perancangan Alat Pengontrol Dari blok diagram diatas dapat dilihat bahwa board Arduino Bluno dan modul GSM IComsat v1.1 adalah input atau perangkat utama dari perancangan alat ini, yang dimana seluruh data yang dikirim akan masuk dan diproses dalam board Arduino Bluno. Data yang dikirim berupa data digital. Jika data yang dikirim via bluetooth, maka akan langsung diterima oleh modul BLE XBee v4.0 yang sudah tertanam dalam board Arduino Bluno, begitu juga jika data berupa SMS maka akan diterima oleh modul GSM IComsat v1.1. Data yang telah masuk akan diproses, dibaca dan terus dieksekusi oleh board Arduino Bluno. Lalu data diteruskan ke modul relay yang mempunyai 4 channel yang berguna sebagai saklar, dan hasilnya berupa socket terminal listrik yang sudah dimodifikasi yang berguna sebagai output. Pada perancangan alat ini dapat disederhanakan dalam beberapa kelompok, yaitu :
40 A. Input data: modul BLE XBee v4.0 dan modul GSM shield IComsat v1.1 SIM900 sebagai penerima data. B. Main Control: board Arduino Bluno sebagai perangkat utama yang berguna memproses data yang masuk. C. Output: modul relay 4 channel yang berguna sebagai saklar ketika mendapatkan data logic HIGH atau LOW yang dikirim dari Arduino Bluno dan juga socket terminal listrik sebagai output untuk alat yang akan dikendalikan. D. Power Supply: menggunakan switching power supply dengan tegangan input 220VAC dan tegangan output 9VDC-12VDC 3A. Pada perancangan alat ini, terdapat 2 bagian utama dalam perancangan yaitu: 1. Perancangan Sisi Hardware 2. Perancangan Sisi Software 3.4 Persiapan Perancangan dan pembuatan alat 1. Komponen Hardware Komponen untuk perancangan hardware ditunjukkan pada tabel 3.1. Tabel 3.1 Tabel bahan Hardware yang diperlukan NO PERANGKAT YANG DIBUTUHKAN QUATITY 1 Arduino Bluno v2.0 1 2 GSM Shield Icomsat v1.1 SIM900 1 3 Relay Module 4 channel 5VDC 1 4 Switching Power Supply in 220VAC out 9-12VDC 3A 1 5 Socket terminal listrik 4 socket 1 6 Kabel power AC 3phase -+ 2m
41 7 Kabel Jumper PIN -+ 10 8 Kabel jumper Listrik -+ 1m 9 Kabel Data micro USB 1 10 Spacer 2.5cm 10 11 Box acrylic yang sudah di modifikasi 1 2. Perancangan Software Pada sisi software dalam pembuatan alat ini, merupakan perangkat lunak yang dapat terintergasi dengan arduino dan juga software simulasi yang dapat mendukung dalam perancangan dan pengujian. Software yang dibutuhkan ditunjukkan pada tabel 3.2. Tabel 3.2 Tabel Software yang diperlukan NO Software yang diperlukan 1 Software Arduino IDE 2 Fritzing 3.5 Sistem Catudaya Switch Mode Power Supply (SMPS) adalah peralatan listrik yang berfungsi untuk memberi sumber DC dengan menggunakan metode switching. Energi ini berasal dari sumber jala-jala (PLN) yang disearahkan dengan rangkaian rectifier. Input tegangan nya adalah 220VAC dan menghasilkan output tegangan 9-12VDC. Perangkat ini berguna sebagai sumber tegangan utama bagi perangkat yang lain. Adapun sebelum di rancang, dilakukan pengujian dan pengukuran terlebih dahulu guna mengetahui berapa nilai tegangan yang masuk dan yang keluar.
Gambar 3.2 Pengukuran Power Supply (AC) 42
43 Gambar 3.3 Pengukuran Power Supply (DC) 3.6 Perancangan Mikrokontroler Arduino Sub bab ini akan membahas langkah-langkah untuk merancang board Arduino Bluno sebagai komponen utama bagi perancangan alat pengontrol ini. Board yang digunakan adalah board Arduino Bluno yang dimana pada dasar nya spesifikasi board ini sama dengan board Arduino UNO. Langkah yang pertama dilakukan adalah menumpangkan modul GSM shield IComsat v1.1 SIM900 yang berguna sebagai modul atau perangkat yang akan menerima perintah SMS dan mengirimkan SMS balik sebagai notifikasi.
44 Gambar 3.4 Interfacing Modul GSM dengan Arduino Bluno Gambar 3.5 Board Arduino Bluno dan Modul GSM Gambar 3.6 Modul GSM ditumpangkan dengan board Arduino Bluno Dapat dilihat dari gambar 3.4 dan gambar 3.6, dimana setiap pin yang terdapat pada modul GSM shield sudah tersambung secara sejajar. Karena ini merupakan keunggulan dari modul GSM shield yang dimana sudah diperuntukan untuk compatible dengan board dari arduino bluno yang artinya port atau pin yang terdapat pada GSM shield sama dengan pin pada board arduino bluno yang terdapat di bawah nya. Pin atau port yang digunakan dalam peracangan alat pengontrol ini adalah pin 0 dan 1 sebagai pin default untuk RX dan TX untuk
45 komunikasi Bluetooth, pin 2 dan 3 digunakan untuk komunikasi lewat modul GSM shield. Pin 5V dan pin GND yang berfungsi memberi daya untuk 4 buah relay. Dan pin 4,7,12,13 adalah sebagai pin output yang akan terhubung dengan 4 buah relay nanti nya. Gambar 3.7 Skema rangkaian alat pengontrol perangkat elektronik rumah 3.7 Perancangan Output Ada beberapa point yang akan di bahas pada sub bab ini, beberapa point tersebut melingkupi : 1. Memodifikasi socket terminal listrik yang berguna sebagai output dari perancangan alat pengontrol ini. 2. Perancangan board arduino bluno terhadap relay 4 channel. 3. Perancangan relay terhadap socket terminal listrik yang sudah dimodifikasi. 3.7.1 Modifikasi Socket Terminal Listrik Relay akan menerima tegangan 5 VDC dari board Arduino yang kemudian pin output dihubungkan ke socket T-Block yang sudah terdapat pada modul relay.
46 Pada socket T-Block dalam modul relay dihubungkanlah socket terminal listrik yang telah dimodifikasi agar terpisah satu sama lain setiap socket-nya. Dan Berikut langkah-langkah memodifikasi socket terminal listrik agar dapat dikontrol tiap socket-nya: a. Pertama bongkar casing pada terminal dan pisahkan casing atas terminal. b. Lalu lihat kabel positif dan negatif yang terhubung pada plat tembaga panjang. c. Pilih salah satu plat tembaga yang hendak dipotong, pilihan bebas hendak plat positif atau negatif, disini kita memotong plat pada sisi negatif. d. Potong plat tersebut menjadi 4 bagian karena socket yang di pilih adalah terminal AC dengan 4 Socket. e. Setelah plat dipotong menjadi 4 bagian, maka hubungkan kabel jumper satu persatu pada plat yang sudah di potong dengan cara disolder, sehingga menghasilkan 4 plat terpisah yang sudah terhubung dengan kabel jumper. Kabel jumper di sini yang nantinya akan berguna untuk dihubungkan pada socket T-Blok pada modul relay. f. Lalu proses selanjutnya adalah menghubungkan kabel power pada socket terminal. Di sini digunakan kabel power dengan inti 3 buah kabel di dalamnya. 3 buah inti kabel tersebut terdapat 3 warna yang mewakili phase, netral, dan ground. Untuk perancangan alat pengontrol ini hanya digunakan 2 buah kabel yaitu kabel phase dan kabel ground yang dihubungkan dengan plat di sisi positif dan plat pada ground. Kabel phase yang berwarna coklat dihubungkan pada plat sisi positif dan kabel ground yang berwarna kuning dihubungkan pada plat tengah yaitu plat untuk grounding.
47 g. Setelah itu hubungkan ke empat kabel yang sudah terhubung dengan plat tembaga tadi ke masing-masing Socket T-Block yang sudah tersedia pada module relay 4 channel. Hubungkan masing-masing kabel ke socket NO ( Normally Open ) Gambar 3.8 Skematik Socket Terminal AC Dapat dilihat bahwa setelah dilakukan modifikasi dengan baik maka akan seperti gambar 3.11 dibawah ini. Gambar 3.9 Skematik Socket Terminal AC setelah di modifikasi
48 Gambar 3.10 Hasil Modifikasi Socket Terminal AC 3.7.2 Perancangan Board Arduino Bluno dengan Modul Relay Setelah socket terminal selesai, maka langkah selanjutnya adalah menghubungkan pin output pada board Arduino ke modul relay. Modul relay dengan 4 channel. Hubungkan pin output 4,7,12,13 ke pin modul relay, menghubungkannya cukup mudah hanya dengan menggunakan kabel jumper yang sudah memang didesain untuk board arduino. Berikut tabel dan skematik untuk hubungan dan pin output dan pin pada modul relay. Tabel 3.3 Koneksi Antar-Pin PIN OUTPUT Arduino PIN MODUL RELAY 4 IN1 7 IN2 12 IN3 13 IN4 5V VCC GND GND
49 Gambar 3.11 Tampilan Koneksi Pin Antar-Board 3.7.3 Perancangan Relay terhadap Socket Terminal Listrik Ini merupakan langkah terakhir penyusunan untuk bagian ouput dari perancangan alat pengontrol ini. Dalam sub bab ini akan dijelaskan langkahlangkah menghubungkan antara modul relay dengan socket terminal listrik yang telah dimodifikasi. Sebelumnya ada sedikit penjelasan tentang pembacaan pin pada relay : Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu : Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup) Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)
50 Maka langkah selanjutnya adalah tinggal menghubungkan keempat kabel jumper yang terdapat pada socket terminal listrik hasil modifikasi ke masingmasing Socket T-Block yang sudah tersedia pada module relay 4 channel. Hubungkan satu-persatu kabel jumper ke socket NO ( Normally Open ) di setiap socket T-Block pada modul relay. Dan hubungkan juga socket COM secara seri ke socket COM lainnya. Untuk koneksinya dapat dilihat pada gambar berikut. Gambar 3.12 Konfigurasi Jumper pada modul Relay 3.8 Flowchart dan Hasil Perancangan Alat Secara Keseluruhan Berikut ini adalah hasil dari perancangan alat secara keseluruhan.
51 Gambar 3.13 Tampilan Tampak Atas Alat Gambar 3.14 Tampilan Tampak Depan Alat Berikut juga tampilan dari flowchart perancangan alat secara keseluruhan.
Gambar 3.15 Flowchart Sistem Alat 52
53 Pada Gambar Flowchart 3.15, pertama-tama board Arduino menginisialisasi pin 4,7,12,13 sebagai Output dan kondisi awal pin dalam kondisi LOW. Setelah itu inisialisasi pin 8 dan 9 sebagai indikator untuk Modul GSM ketika siap digunakan dan akan High ketika setup GSM sudah selesai. Berikutnya yaitu pilih metoda untuk mengontrol alat, apakah hendak melalui Bluetooth atau SMS. Jika melalui Bluetooth selanjutnya pilih cara pengontrolan, apakah dengan perintah suara atau secara touch button. Jika memilih dengan perintah suara, maka selanjutnya mic akan merekam suara dan menampilkan hasil rekaman berupa Text. Text tersebut akan dicocokan untuk mengirim String pada Arduino, ketika Arduino menerima String maka Arduino mencocokan String pada Case di Arduino setelah sesuai lalu Arduino akan menset pin sesuai Case yang dituju dengan kondisi yang diinginkan (High atau Low). Jika dengan metoda touch button, selanjutnya kita hanya perlu menyentuh tombol pada program Android, lalu Android akan mengirim String ke Modul Bluetooth dan Arduino akan mencocokan String dengan Case. Setelah itu Arduino akan menset pin sesuai Case yang cocok dengan kondisi didalam Case. Untuk metoda SMS, ketika hendak mengontrol saat Button on atau off pada Android ditekan, maka secara otomatis Android akan mengirimkan SMS pada Modul GSM. Setelah Modul GSM menerima SMS dari Android, maka Arduino akan mencocokan isi dari SMS (Text) dengan Case pada Arduino yang selanjutnya akan menset Output sesuai Case yang dituju dan dilanjutkan mengirim SMS balik otomatis ke nomor sang pengirim.
54 3.9 Perancangan dan Pembuatan Sketch Program Pada sistem perancangan alat ini, list program telah di-upload ke dalam board Arduino agar komunikasi via bluetooth dan via SMS dapat menerima data yang dikirim dan bekerja dengan baik. Pin yang digunakan adalah pin I/O digital pin 4, 7, 12, 13 sebagai output yang mana jika ada data yang masuk berupa data digital maka data akan memberikan logic 0 untuk (LOW) atau logic 1 untuk (HIGH) yang akan mengaktifkan dan menonaktifkan relay. Untuk list program alat pengontrol ini terdapat pada halaman lampiran. Gambar 3.16 List Program Inisialisasi Pin Output
55 Gambar 3.17 List Program perintah Bluetooth Gambar 3.18 List Program untuk perintah SMS