BAB III PERANCANGAN SISTEM 3.1 Gambaran Umum Pada bab ini akan dibahas mengenai perencanaan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak ( Software). Pembahasan perangkat keras meliputi perancangan mekanik alat dan modul elektronik sedangkan perancangan perangkat lunak meliputi perancangan pemrograman bahasa C dengan kompiler bawaan modul arduino. Perencanaan perangkat keras terdiri dari perencanaan desain mekanis dan elektronik yang mendukung IR reciever dan output berupa relay. Sedangkan perancangan perangkat lunak meliputi pembuatan program yang akan di upload ke dalam board arduino. 30
31 3.1.1 Diagram Blok Secara umum diagram blok perancangan alat Pengendali Peralatan Menggunakan Remote Berbasis Arduino ini adalah : Gambar 3.1 Diagram Blok Alat 1. LCD berfungsi untuk menampilkan status apakah led dalam kondisi ON atau OFF. 2. Arduino Uno merupakan pusat kendali dari seluruh rangkaian. Dimana arduino akan mengambil data yang dikirimkan oleh Sensor Infared kemudian diolah menjadi data hexa. Dan akan mengendalikan ON dan OFF led/relay. 3. Relay berfungsi untuk menghidup atau mematikan peralatan yang dipasang dengan tegangan 220 Volt. 4. Sensor IR receiver berfungsi sebagai penerima sinyal electromagnetic. Sinyal dari remot yang dipancarkan ke IR receiver kemudian akan diolah oleh Arduino Uno.
32 5. LED berfungsi sebagai indikator bahwa alat akan dalam keadaan ON atau OFF. 3.2 Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras meliputi perancangan modul arduino yang digunakan untuk mendukung sistem kerja alat ini. Pada input dipilih sensor IR receiver untuk membaca dan menerima kode dari remot. Arduino Uno dipilih sebagai prosesor untuk membaca dan mengolah data yang dikirim oleh IR reciver. 3.2.1 Board Arduino Uno Modul Arduino bersifat open source sehingga selama tidak memakai trade mark arduino board tersebut dapat dibuat dan dimodifikasi sesuai keinginan. Pada pembuatan tugas akhir ini dipilih board Arduino Uno. Board ini digunakan sebagai prosessor.
33 Gambar 3.2 Skematik Arduino Uno Skematik dari board arduino uno adalah : Gambar 3.3 Rangkaian Arduino Uno
34 Arduino uno menggunakan mikrokontroler ATmega328 dan memiliki 14 input output dan 6 input analog (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jak power, ICSP header, dan tombol reset. Arduino Uno berisi feature-feature yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, antara lain yaitu : Mikrokontroller ATmega328 Operating Voltage 5V Input Voltage (recommended) 7-12V Input Voltage (limits) 6-20V Digital I/O Pins 14 (of which 6 provide PWM output); Analog Input Pins 6 DC Current per I/O Pin 40 ma; DC Current for 3.3V Pin 50 ma Flash Memory 32 KB (0.5 KB is used by bootloader) SRAM 2 KB EEPROM 1 KB Sumber tegangan untuk Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Eksternal (non -USB) daya dapat berasal baik dari AC-ke adaptor-dc atau baterai. Arduino dapat beroperasi dengan pasokan tegangan eksternal 6
35 sampai dengan 20V. Apabila diberikan tegangan kurang dari 7V, jika diukur tegangan pada pin 5V kemungkinan akan kurang dari 5V dan dapat menyebabkan board arduino tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak board arduino. Kisaran yang disarankan adalah 7 sampai 12 volt. 3.2.2 Remote Ketika tombol pada remote di tekan maka remote akan menghasilkan data, data ini nilainya sesuai dengan tombol yang ditekan. Berikut adalah kode data tombol remote: Tombol 1 = 0x00 Tombol 2 = 0x01 Tombol 3 = 0x02 Tombol 4 = 0x03 Dan seterusnya.......... Sebelum data dari tombol yang ditekan dipancarkan oleh dioda infrared data tersebut dimodulasikan dengan sinyal pembawa dengan frekuensi sebesar 40 Khz. Pemodulasian dilakukan dengan cara memberikan sinyal pembawa pada lebar pulsa high.
36 Gambar 3.4 Data Sebelum di Modulasikan Dengan Sinyal Pembawa Gambar 3.5 Data di Modulasikan Dengan Sinyal Pembawa Setelah data dimodulasikan, data siap untuk dipancarkan oleh bagian pemancar. Berikut adalah gambar pemancar infrared pada remote. Gambar 3.6 Pemancar Remote Infrared
37 Gambar 3.7 Sinyal Output Remote Dari gambar pemancar remote infrared diatas gambar 3.6, selama sinyal input high, transistor akan on dan off dengan frekuensi 40 Khz, Karena pada sinyal input high terdapat frekuensi pembawa sebesar frekuensi 40 Khz. Sehingga pada saat sinyal input high dioda infrared akan menerima arus terputus putus dengan frekuensi 40 Khz, hal ini akan membuat diode infrared on dan off dengan frekuensi 40Khz. Dan pada saat sinyal input low, transistor akan off sehingga tidak ada arus yang mengalir pada diode infrared hal ini akan membuat diode infrared kondisi off dan tidak ada cahaya infrared yang dipancarkan. Pada saat tombol pada remote tidak ditekan maka sinyal input transistor akan selalu dalam kondisi low. Dengan cara ini maka ketika remote tidak ditekan maka transistor akan off dan tidak ada arus yang mengalir pada diode infrared sehingga baterai pada remote akanlebih efisien (tahan lama).
38 3.2.3 Rangkaian sensor/ Tranduser Sensor yang digunakan pada alat ini adalah TSOP1738 sebagai pendeteksi cahaya infrared dan sensor pendeteksi zat cair dengan menggunakan dua elektroda (logam) yang dialiri arus listrik. 3.2.3.1 Penerima cahaya infrared (TSOP1738) Gambar 3.8 Diagram Blok TSOP 1738 Pada saat terdapat cahaya infrared maka diode penerima infrared akan menangkapnya kemudian cahaya infrared yang ditangkap oleh diode penerima infrared diubah menjadi sinyal listrik dalam bentuk tegangan kemudian dikuatkan oleh bagian AGC selanjutnya sinyal output dari AGC difilter dengan band pass filter sehingga frekuensi yang dapat diteruskan hanya frekuensi antara yakni pada TSOP1738 frekuensi yang dapat dilewatkan adalah 40 Khz. Karena output dari band pass filter masih terdapat sinyal pembawa maka oleh demodulator sinyal pembawa 40 Khz dipisahkan
39 dengan sinyal informasi. Dan sinyal informasi akan diteruskan ke proses berikutnya. Gambar 3.9 Sinyal Input TSOP 1738 Gambar 3.10 Sinyal Output Band Pass Filter TSOP 1738 Gambar 3.11 Sinyal Output Demodulator TSOP 1738 Pada TSOP1738 output dari demodulator dilewatkan melalui transistor sebagai switch, gambar 3.8. Jadi ketika periode sinyal high, akan membuat transistor on dan tegangan kolektor emitor akan nols ehingga output
40 TSOP1738 akan low (0 volt), sebaliknya ketika periode sinyal low, akan membuat transistor off sehingga output TSOP1738 akan high (mendekati tegangan sumber). Gambar 3.12 Sinyal Output TSOP 1738 3.2.4 Rangkaian Power Supply (PSA) Rangkaian ini berfungsi untuk mensupply tegangan keseluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA memiliki keluaran, yaitu 5 volt yang digunakan untuk mensupply tegangan keseluruh rangkaian, Rangkaian power supply ditunjukkan pada gambar berikut ini : Gambar 3.13 Rangkaian Power Supply
41 Trafo CT merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan diratakan oleh kapasitor 2200 μf. Regulator tegangan 5 volt (LM7805CT) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila PSA dinyalakan..tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 buah diode penyearah. 3.2.5 Rangkaian Relay Relay ini berfungsi sebagai sakelar elektronik yang dapat menghidupkan / mematikan peralatan elektronik (dalam hal ini lampu, kipas angin dan charger). Rangkaian relay pengendali peralatan tampak seperti gambar di bawah ini : Gambar 3.14 Rangkaian Relay
42 Pada rangkaian di atas, untuk menghubungkan rangkaian dengan 220 Volt AC digunakan relay. Relay merupakan salah satu komponen elektronik yang terdiri dari lempengan logam sebagai sakelar dan kumparan yang berfungsi untuk menghasilkan medan magnet. Pada rangkaian ini digunakan relay 12 volt, ini berarti jika positif relay (kaki 1) dihubungkan ke sumber tegangan 12 volt dan negatif relay (kaki 2) dihubungkan ke ground, maka kumparan akan menghasilkan medan magnet, dimana medan magnet ini akan menarik logam yang mengakibatkan sakelar (kaki 3) terhubung ke kaki 4. Dengan demikian, jika kita gunakan kaki 3 dan kaki 4 pada relay sebagai sakelar untuk menghidupkan/mematikan lampu maka kita dapat menghidupkan/mematikan peralatan elektronik dengan cara mengaktifkan atau menon-aktifkan relay. Pada rangkaian ini untuk mengaktifkan atau menon-aktifkan relay digunakan transistor tipe NPN. Dari gambar dapat dilihat bahwa negatif relay dihubungkan ke kolektor dari transistor NPN ( BD139), ini berarti jika transistor dalam keadaan aktif maka kolektor akan terhubung ke emitor dimana emitor langsung terhubung ke ground yang menyebabkan tegangan di kolektor menjadi 0 volt, keadaan ini akan mengakibatkan relay aktif. Sebaliknya jika transistor tidak aktif, maka kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor menjadi 12 volt, keadaan ini menyebabkan tidak aktif.
43 Kumparan pada relay akan menghasilkan tegangan singkat yang besar ketika relay dinon-aktifkan dan ini dapat merusak transistor yang ada pada rangkaian ini. Untuk mencegah kerusakan pada transistor tersebut sebuah dioda arus dihubungkan ke relay tersebut. Dioda dihubungkan secara terbalik sehingga secara normal diode ini tidak menghantarkan. Penghantaran hanya terjadi ketika relay dinon-aktifkan, pada saat ini arus akan terus mengalir melalui kumparan dan arus ini akan dialirkan ke dioda. Tanpa adanya diode arus sesaat yang besar itu akan mengalir ke transistor, yang mengakibatkan kerusakan pada transistor. Rangkaian ini juga dilengkapi dengan LED indikator, dimana LED indicator ini akan menyala, jika relay aktif dan sebaliknya, LED indikator ini akan mati jika relay tidak aktif. LED indikator ini dikendalikan oleh sebuah transistor jenis PNP, dimana basis transistor ini mendapatkan input dari kolektor transistor Bd139. Transistor tipe PNP akan aktif jika mendapat tegangan 0 volt pada basisnya.