BAB III PERANCANGAN ALAT Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai bagaimana alat dapat menjalankan perintah inputan dan gambaran sistem monitoring Angiography yang bekerja untunk pengambilan data dari berbagai sensor yang di tampilkan dalam keypad dan dikirimkan melalui email yang dapat ditampilkan di web dan jaringan nirkabel untuk menampilkan. 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 flowchart, perancangan program software arduino serta perancangan analisis secara program. Secara rinci diuraikan sebagai berikut. 3.1 Perancangan Umum Alat Sistem monitoring Angiography adalah sebuah rancangan alat sistem elektronika yang digunakan untuk mengetahui keadaan dari sesuatu ruang Angiography yang dapat dilihat melalui web browser, lcd keypad dan memberi peringatan melalaui email. Untuk data yang ditampilkan didapatkan dari komponen sensor suhu, sensor ultrasonik ping sensor arus dan tegangan untuk 29
30 peringatan jika ada pengurangan water level Chiller komponen yang digunakan LED esp 8266. Esp 8266 berfungsi untuk mengirimkan data dari setiap komponen sensor dan ditampilkan melaui web browser dan mengirimkan email sebagai tanda peringatan yang dikirimkan ke email yang sudah ditentukan saat pemograman arduino. 3.2 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 3.1 merupakan bagian yang saling berhubungan antara sumber tegangan yang dibutuhkan, elemen input yang mempengaruhi proses sehingga mengahasilkan suatu keluaran. Gambar 3.1 Blok Diagram Rangkaian
31 Berdasarkan pada Gambar 3.1 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 3.1 dapat dijelaskan sebagai berikut. 3.3 Rancangan Blok Masukan Berdasarkan blok diagram diatas sumber daya merupakan bagian pada perancangan alat yang berfungsi sebagai pemberi tegangan atau sumber catu daya untuk mengaktifkan seluruh komponen dan bagian rangkaian. Sumber tegangan yang digunakan adalah sumber tegangan DC 5V - 12V yang dapat berasal dari adaptor dimana dari tegangan adaptor tersebut dibagi berdasarkan kebutuhan setiap komponen. Untuk board arduino dapat diaktifkan dengan tegangan 5V, untuk mengaktifkan sensor arus dibutuhkan tegangan 5V, untuk mengaktifkan sensor tegangan digunakan tegangan sebesar 5V, untuk mengaktifkan sensor DHT11 digunakan tegangan sebesar 5V, dan untuk mengaktifkan sensor Ultrasonik PING digunakan tegangan sebesar 5V. Masukan yang diperoleh dari rangkaian ini didapatkan dari beberapa jenis komponen berikut.
32 3.3.1 Sensor Ultrasonik PING Pada blok masukkan terdapat sensor PING yang apabila sensor PING membaca kondisi tinggi water level Chiller dalam kondisi cukup air maka LED menujukan warna hijau dan jika air pada water Chiller berkurang dan melebihi batas aman digunakan maka LED akan berwarna merah dan mengirimkan Email bahwa terjadi pengurangan pada water Chiller dan harus segera pengisian ulang air pada water Chiller agar dapat bekerja kembali dengan normal. Gambar 3.2 Skema Rangkaian Sensor Ultrasonik 3.3.2 Sensor Suhu DHT11 Sensor Suhu dan Kelembaban DHT11 akan mengirimkan sinyal informasi berupa data Digital Suhu dan kelembaban dari ruangan sekitar dari Sensor DHT11 yang diterima oleh PIN 23 Digital microcontroller Arduino Mega2560. Sinyal tersebut kemudian diolah oleh microcontroller Arduino Mega2560 dan Di transmisikan oleh ESp8266 untuk kemudian diproses sebagai input data dan ditampilkan secara visual oleh Web Brower.
33 Gambar 3.3 Skema Rangkaian DHT11 3.3.3 Pembagi Tegangan Rangkaian dibawah ini merupakan rangkaian yang digunakan untuk menurunkan tegangan dari 220 Volt AC menjadi 5 Volt AC sehingga yang kemudian dikombinasikan dengan jembatan diode dan multitoned 10k untuk mengubahnya menjadi 5 Volt DC dan mempermudah kalibrasi nilai dari alat tersebut dengan Arduino. Pertimbangan-pertimbangan yang digunakan untuk memilih komponen-komponen ini adalah sebagai berikut: 1. Dapat dilakukan pengaturan ulang untuk level tegangan yang lainnya. 2. Harga komponen sangat murah.
34 3. Mudah dilakukan penggantian apabila terjadi kerusakan. 4. Bentuk komponen sangat kecil. Cara pembuatan sensor pengukur tegangan : Pada 2 buah terminal (0 Volt AC dan 220 Volt AC) yang terhubung dengan trafo step down 6V pada ujung trafo yang sudah 6V tersebut dihubungkan searah dengan 4 dioda N4001. Pada ujung 4 dioda N4001 terminal keluaran positif (lambang +) dari jembatan diode dipasang Potensiometer multiturn pada ujung kanan kakinya, dan pada output terminal jembatan diode negative (lambang -) yang kemudian akan terhubung dengan ujung kiri dari potensimeter tersebut. Pada kaki tengah Potensiometer multiturn kemudian terhubung pararel dengan terminal positif kapasitor 220uF. Setelah itu ujung kapasitor dihubungkan dengan dioda Zener 5V. Pada kaki dioda Zener pasangkan ke terminal sehingga terhubung dengan Pin analog module arduino uno.
35 Gambar 3.4 Skema Rangkaian Pengukur Tegangan Pada program Sensor tegangan terdapat perumusan untuk mendapatkan nilai dari Tegangan Power PLN. Dimana nilai tengangan DC yang dihasilkan dari rangkaian minimal maksimal tengangan Sensor 0 Volt dc 5 Volt dc, Tegangan akan dibaca oleh Arduino dengan konversi Analog to Digital (IRMS) yang mana nilai IRMS ini ada lah 0 1024.
36 3.3.4 Sensor Arus ACS712 Pada sensor Arus ACS721 prinsip kerja yang digunakan adalah mengukuran Arus bolak balik dari kabel beban Tegangan AC yang melewati Transformer (CT) yang terdapat pada komponen didalam sensor Arus ini. Gambar 3.5 Skema Rangkaian Sensor Arus dengan pin Arduino Mega 2560 3.4 Rancangan Blok Proses Pada alat ini yang berfungsi sebagai proses adalah Arduino Mega 2560 dan ESP 6288 sebagai modul WiFi 3.4.1 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
37 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 3.4 dibawah adalah perancangan blok proses pada Arduino Mega2560 dan beberapa komponen sebagai masukannya yang kemudian akan di proses oleh mikrokontroler dan akan menghasilkan keluaran. Gambar 3.6 Rancangan Blok Proses Proses dari Modul WiFi ESp8266 terhubung pada Arduino Mega2560 pin: Tabel 3.1 Komponen Masukan ke Pin Arduino Mega2560 No Komponen Pin Arduino Mega2560 1 ESP 8266 TX1, RX1
38 3.4.2 Modul WiFi ESP8266 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 3.2 Tabel 3.2 Pengawatan rangkaian arduino dan esp8266 Arduino ESP 8266 3,3 V VCC 3,3 V CH_PD GND GND RX TX 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.
39 Gambar 3.7 Konfigurasi Modul WiFi ESP 8266 3.5 Rancangan Blok Keluaran Setelah pemrosesan telah selesai pada blok proses, maka keluarlah output yaitu berupa Indikator LED, tampilan informasi pada web browser dan LCD. Dapat dilihat hasil tampilan sensor di browser dari blok masukan yang telah di proses oleh Arduino Mega2560 untuk dirubah menjadi data digital dan diproses lebih lanjut. Kemudian di transmisikan oleh ESP8266. Fungsi LCD adalah sebagai komponen yang digunakan untuk menampilkan Data yang diberikan dari setiap sensor.
40 Gambar 3.8 Rangkaian Blok Keluaran Arduino Mega2560 Pada gambar 3.8 menjelaskan LCD dan LED dan digunakan dan terhubung pada board Arduino pada pin : Tabel 3.3 Komponen Keluaran dari Pin Arduino Mega2560 No Komponen Pin Arduino Mega2560 1 LCD dengan Keypad A8, 4, 5, 6, 7, 8 2 LED 26 & 27
41 3.6 Tahap Perancangan dan Analisa Rangkaian Secara Detail Analisa secara detail berfungsi untuk mengetahui alur cara kerja alat. Pada gambar 3.9 dibawah ini merupakan rangkaian keseluruhan dari kendali sistem sitem monitoring water level chiller. Gambar 3.9 Rangkaian Keseluruhan Alat monitoring Water Chiller Arduino Mega dihubungkan dengan ESP8266 dengan modem WIFI supaya dapat terintegrasi dengan web browser. Untuk mengaktifkan seluruh rangkaian maka arduino mega dapat dihubungkan dengan adaptor yang bertegangan DC 5V. Setiap komponen memiliki tegangan masing-masing, seperti arduino mega diaktifkan dengan tegangan 5V, sensor dht11 diaktifkan dengan tegangan 5V, Sensor PING diaktifkan dengan tegangan 5V, sensor tegangan diaktifkan dengan
42 tegangan 5V, sensor arus diaktifkan dengan tegangan 5V, LED diaktifkan dengan tegangan 5V, sensor PING bekerja sebagai pendeteksi tinggi dengan air jika air di dalam water Chiller berkurang melebihi batas toleransi maka LED yang menyala adalaha LED warna merah dan setelah itu ESP8266 mengirimkan email warning ke email yang telah ditentukan dalam pemograman. Data output dari mikrokontroler diolah menjadi program webserver kemudian ditransmisikan menggunakan ESP8266 lalu di tampilkan pada web browser. Pada alat ini, ada pula output yang berfungsi sebagai indikator yaitu LED. Berikut ini akan dijelaskan masing-masing pin pada setiap komponen yang tersambung dengan Arduino Mega dan komponen lainnya :
43 3.6.1 Pin LED ke Pin Arduino Mega Indikator LED saat warna hijau disini menunjukan ketika saat tinggi water Chiller normal, sedangkan LED warna merah apabila water Chiller berkurang. Disini penulis menempatkan pada pin arduino dengan PIN 26 dan 27 pada arduino Mega 2560. Gambar 3.10 Rangkaian LED pada Pin Arduino Mega 2560
44 3.6.2 Pin LCD ke Pin Arduino Mega LCD disini untuk menampilkan data dari sensor Ultrasonik, sensor Suhu DHT 11,Sensor Arus dan Tegangan. Berikut gambaran untuk LCD dengan pin Arduino. Disini penulis menggunakan kaki analod untuk A8 dan digital pada 4, 5, 6, 7 dan 8. Gambar 3.11 Rangkaian LCD pada Pin Arduino Mega 2560 3.7 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 3.12
45 Gambar 3.12 Flowchart Rancangan Alat
46 Cara kerja dari diagram alur seluruh rangkaiaan adalah sebagai berikut: 1. Rangkaian mulai dihidupkan dengan masukkan dari sumber daya tegangan untuk mengaktifkan seluruh rangkaian 2. Program memberi nilai inisialisasi pada setiap komponen, seperti nilai inisialisasi untuk setiap pin input dan output serta mengkonfigurasi fungsi setiap port yang digunakan 3. Data setiap sensor di tampilkan melalui lcd keypad 4. Data logger setiap sensor di kirim melalui esp8266 untuk dikirimkan ke web browser sebagai hasil dari data real time. 5. Data sensor ping mengaktifkan led warna hijau jika water Chiller yang di pantau oleh sensor ping cukup air, jika air pada water Chiller berkurang karena proses penguapan dan air pada water Chiler berkurang melebihi batas aman maka sensor LED yang merah akan akitf dan mengirimkan sinyal kepada esp8266 untuk mengirimkan warning email ka alamat bersangkutan dan data logger dapat di cek kembali untuk mentukan langkah apa saja yang harus ditentukan selanjutnya. 3.8 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 ditanamkan kedalam mikrokontroler ATMega2560 menggunakan software Arduino.
47 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 3.13 Software Arduino
48 3.9 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 3.14 Program Web Server
49 Gambar 3.15 Program Sensor Ultrasonik Gambar 3.16 Program LCD
50 3.10 Perancangan Interface Perancangan interface yaitu tampilan atau isi dari data logger Water Chiller pada Angiography secara real time. Pada saat program selesai melakukan proses maka akan langsung di kirim ke server melalui tampilan data logger yang penulis rancang. Gambar 3.17 Tampilan Data Logger