BAB III PERANCANGAN SISTEM Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan realisasi dari perangkat keras maupun perangkat lunak dari setiap modul yang dipakai pada skripsi ini. 3.1. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras Perangkat keras yang menyusun skripsi ini menjadi satu sistem terdiri dari beberapa bagian yaitu: 1. Mekanik Tabung Pengering 2. Sensor Suhu dan Kelembaban 3. Mikrokontroler Atmega 8535 4. LCD (Liquid Crystal Display) 5. Keypad 6. Elemen Pemanas 7. Untai Saklar 3.1.1. Mekanik Tabung Pengering Drum pengering cengkeh yang dirancang berdimensi panjang 121 cm dan berdiameter 77 cm. Di dalam drum pengering ini terdapat plat besi yang bertugas untuk mengaduk cengkeh agar cengkeh kering secara merata. Perangkat keras yang digunakan untuk menunjang kinerja mesin pengering ini adalah elemen pemanas dengan daya maksimal 600 watt. Drum pengering cengkeh dirancang menggunakan elemen pemanas yang akan ditiup dengan blower sehingga pemanasan lebih merata. 9
Gambar 3.1. Skema realisasi tabung pengering Keterangan Gambar: 1. Motor AC 2. Kontrol pada alat 3. Drum pengering 4. Saluran udara panas dari blower 3.1.2. Sensor Suhu dan Kelembaban Untuk melakukan pengukuran suhu dan kelembaban di dalam ruang pengeringan, digunakan sensor SHT 11. Sensor SHT 11 ini merupakan sensor yang dapat melakukan pengukuran suhu dan kelembaban sekaligus. SHT 11 merupakan sensor berteknologi digital, tidak memerlukan kalibrasi dan stabil. Gambar 3.2. Blok Diagram SHT 11 10
SHT 11 mampu melakukan pengukuran suhu dengan kisaran -40 123,8 dengan akurasi ±0.4 dan pengukuran kelembaban dengan kisaran 0 100%RH dengan akurasi ±3%RH. Karena merupakan sensor digital, maka sensor ini dapat dihubungkan ke mikrokontroler untuk proses perhitungan suhu dan kelembaban. Koneksi dengan mikrokontroler menggunakan fasilitas koneksi interface 2-wire. Gambar 3.3. Koneksi SHT 11 dengan Pengendali Mikrokontroler a. Sumber Tegangan SHT 11 memerlukan sumber tegangan antar 2,4 5,5 V. Tegangan yang direkomendasikan adalah 3,3 V. Setelah diberi tegangan, SHT 11 memerlukan waktu 11 ms untuk me-reset data yang artinya tidak boleh ada perintah sebelum mencapai kondisi tersebut. b. Protokol Untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler, ada 2 pin pada SHT 11 yang dapat digunakan, yaitu: Pin SCK (Serial Clock Input) Pin SCK ini berfungsi untuk sinkronisasi koneksi antara mikrokontroler dengan SHT 11. Jika VDD < 4,5 V, maka frekuensi maksimal SCK hanya sampai 1 MHz, tetapi jika VDD > 4,5 V maka frekuensi maksimal dapat mecapai 10 MHz. Pin DATA Pin DATA berfungsi untuk mengirim data masuk atau keluar dari SHT 11. Pin DATA berubah setelah transisi dari 1 ke 0 dan akan menjadi valid pada transisi dari 0 ke 1 pada pin SCK. Selama 11
terjadi transmisi data dari mikrokontroler ke SHT 11, pin DATA harus stabil ketika pin SCK bernilai 1. Untuk menghindari sinyal yang bertumbukan, mikrokontroler agar mengatur pin DATA bernilai 0. Pin data ini membutuhkan resistor pull-up untuk mengangkat sinyal ke kondisi high. c. Pengukuran Setelah mengirim perintah ( 00000101 untuk kelembaban, dan 00000011 untuk suhu), mikrokontroler harus menunggu sekitar 210 ms sampai pengukuran selesai. Setelah pengukuran selesai, SHT 11 mengatur pin DATA menjadi low dan masuk ke idle state. Mikrokontroler harus menunggu data siap diambil terlebih dahulu sebelum mengatur pin SCK kembali membaca data. Data hasil pengukuran sensor disimpan sampai data dibaca oleh mikrokontroler. Sensor secara otomatis akan kembali ke Sleep Mode setelah pengukuran dan komunikasi dengan mikrokontroler selesai. Gambar 3.4. Pemasangan SHT11 3.1.3. Mikrokontroler 8535 Mikrokontroler Atmega 8535 digunakan sebagai pengendali utama yaitu untuk mengendalikan aktif atau tidaknya motor sebagai penggerak tabung pengering, elemen pemanas dan blower fan yang berfungsi untuk mengalirkan udara panas agar masuk ke dalam tabung pengering. Mikrokontroler ini juga 12
bertugas memproses data hasil pengukuran suhu dan kelembaban oleh SHT 11 dan menampilkan nya pada LCD serta memproses inputan dari keypad. Mikrokontroler Atmega 8535 termasuk dalam mikrokontroler keluarga AVR yang diproduksi oleh Atmel Corporation. Fasilitas fasilitas yang dimiliki oleh Atmega 8535 antara lain: 1. Memori flash sebesar 8kB. 2. 512 Byte EEPROM. 3. 512 Byte SRAM. 4. Tiga buah timer/ counter. 5. Delapan saluran 10-bit ADC. 6. Serial USART. 7. Interupsi internal/external. 8. 32 saluran input/ /output (PORTA, PORTB, PORTC, PORTD) ). Gambar 3.5. Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 8535 Gambar 3.5. merupakan konfigurasi pin mikrokontroler ATMega 8535 dengan penjelasan sebagai berikut: 1. PA0 PA7 adalah delapan saluran port A. Port ini dapat difungsikan sebagai saluran input/output. PORT A juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai saluran masukan Analog to Digital Converter (ADC) 10 bit. 2. PB0 PB7 adalah delapan saluran port B. Port ini dapat difungsikan sebagai saluran input/output. PORT B juga memiliki fungsi khusus sebagai SPI, komparator analog dan timer/counter. 13
3. PC0 PC7 adalah delapan saluran port C. Port ini dapat difungsikan sebagai saluran input/output. PORT C juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai komparator analog dan timer/counter. 4. PD0 PD7 adalah delapan saluran port D. Port ini dapat difungsikan sebagai salurana input/output. PORT D juga memiliki fungsi khusus sebagai komparator analog, saluran interupsi external, dan komunikasi serial. 5. RESET adalah pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. 6. VCC adalah pin yang digunakan untuk memberi masukan daya sebesar 5V. 7. XTAL2 adalah pin masukan external clock. 8. XTAL1 adalah pin masukan external clock. 9. AREF adalah pin masukan tegangan referensi ADC. 10. GND adalah pin ground. 11. AVCC adalah pin untuk masukan tegangan ADC. Konfigurasi penggunaan port pada mikrokontroler Atmega 8535 pada skripsi ini dijelaskan pada Tabel 3.1. Tabel 3.1. Konfigurasi Penggunaan Port pada Mikrokontroler PORT PORTA PORTB.1 PORTB.2 PORTB.3 PORTC.6 PORTC.7 PORTD Koneksi LCD Pemanas Blower Van Motor DATA SHT11 SCK SHT11 Keypad 3.1.4. LCD (Liquid Crystal Display) LCD pada skripsi ini merupakan salah satu komponen pada bagian interface yang digunakan untuk menampilkan menu, suhu dan kelembaban hasil pengukuran oleh SHT 11. Melalui LCD ini, ditampilkan juga inputan yang dimasukkan pengguna. LCD yang digunakan pada skripsi ini merupakan LCD 16x4. LCD ini memiliki 4 baris karakter dan setiap barisnya terdiri atas 16 karakter. 14
Gambar 3.6. adalah gambar LCD 16x4 dan tampilan menu pada LCD. Gambar 3.6. LCD 16 x 4 Konfigurasi pin LCD 16x4 ditunjukkan pada Tabel 3.2. Tabel 3.2. Konfigurasi pin LCD 16x4 No. Nama Pin Keterangan Pin 1 Vss Ground 2 Vdd Catu daya LCD 5V. 3 VO Kontras 4 RS Register Select 5 R/W Read/Write 6 E Enable 7 DB0 Data bit 0 8 DB1 Data bit 1 9 DB2 Data bit 2 10 DB3 Data bit 3 11 DB4 Data bit 4 12 DB5 Data bit 5 13 DB6 Data bit 6 14 DB7 Data bit 7 15 LED + Catu daya positif LED 16 LED - Catu daya negatif LED 15
3.1.5. Keypad Keypad ini merupakan komponen dari bagian interface. Melalui keypad ini, pengguna dapat memberi input untuk selanjutnya diproses oleh mikrokontroler. Keypad ini dibuat dengan 16 buah tombol yang disusun secara matrix, sehingga ada delapan pin yang akan dihubungkan dengan mikrokontroler, yaitu empat pin baris dan empat pin kolom. Adapun skema scanning keypad ditunjukan oleh Gambar 3.7. Gambar 3.7. Skema Scanning Keypad 3.1.6. Elemen Pemanas Pada perancangan mesin pengering ini digunakan elemen pemanas untuk mengeringkan cengkeh. Untuk mengeluarkan panas yang dihasilkan elemen pemanas maka dipasang blower untuk mengalirkan udara panas agar masuk ke dalam tabung pengering. Tegangan elemen ini adalah 220 VAC dan daya untuk elemen pemanas 600 watt. Elemen pemanas ini berfungsi untuk menaikkan suhu udara di dalam ruang pengering agar sesuai dengan suhu yang diinginkan. Selain untuk menaikkan suhu udara, elemen pemanas ini juga digunakan untuk mempertahankan suhu di dalam ruangan jika suhu dari pengguna menginginkan suhu di atas suhu kamar. Gambar 3.8. Elemen Pemanas 16
3.1.7. Untai Saklar Untai saklar pada skripsi ini digunakan untuk mengaktifkan komponen komponen yang aktif pada tegangan AC 220 V. Komponen - komponen tersebut antara lain elemen pemanas, sistem pendingin, lampu. Untai saklar ini terdiri dari komponen komponen berupa resistor, transistor TIP 31, relay AC 220V. Gambar untai saklar ini dapat dilihat pada Gambar 3.9. Gambar 3.9. Untai Saklar Nilai R1 didapat menggunakan perhitungan sebagai berikut: V 2 = 12V V CE 4N25 = 0,5V V A = V 2 - V CE 4N25 (3.1) = 12 0,5 = 11,5 V R Relay = 130Ω V 1 = 12V 17
Ic= (3.2) Ic = Ic = 92,3 ma I B = (3.3) I B =, I B = 7,1 ma R 1 =, (3.4) R 1 = R 1 =,,,,, R 1 = 1,52kΩ Nilai R 1 didekati dengan R = 1k5 Ω Transistor TIP 31 digunakan sebagai saklar untuk mengaktifkan relay. Transistor ini akan aktif jika mendapat sinyal high dari mikrokontroler. Transistor akan aktif jika ada arus i B. Karena tegangan output mikrokontroler bernilai 5V, maka jika transistor mendapat inputan sinyal high dari mikrokontroler, maka transistor akan aktif. Aktifnya transistor ini akan memicu relay untuk aktif. Output relay dihubungkan dengan beban berupa komponen yang aktif pada tegangan AC 220V. Jika relay aktif, maka beban yang dihubungkan ke bagian output relay akan aktif pula. 18
3.2. Perancangan Perangkat Lunak Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perangkat lunak yang ada pada sistem. Perangkat lunak ini meliputi perancangan perangkat lunak yang ditanamkan pada mikrokontroler Atmega 8535. Perangkat lunak yang ditanamkan pada mikrokontroler ini berguna untuk mengendalikan semua kegiatan yang dilakukan oleh tiap-tiap komponen sehingga dapat bekerja secara bersama-sama sehingga membentuk suatu sistem. Adapun perangkat lunak ini berperan dalam beberapa fungsi diantaranya pengolahan data yang berasal dari pembacaan suhu dan kelembaban oleh SHT11, pengolahan input dan output data pada bagian interface yaitu keypad dan LCD, serta pengendalian pemanas. Gambar 3.10. Diagram Alir Inisialisasi Sensor SHT11 Salah satu komponen penting pada skripsi ini adalah sensor SHT11. Sensor SHT 11 merupakan sensor suhu dan kelembaban. SHT11 adalah salah satu jenis sensor digital yang memerlukan pemrosesan data. Pemrosesan data yang telah 19
diambil oleh SHT11 ini selanjutnya akan diproses secara digital oleh mikrokontroler. Untuk dapat melakukan pemrosesan data-data tersebut, sensor SHT11 harus disambungkan ke board mikrokontroler. Adapun pin yang terhubung dengan mikrokontroler adalah pin SCK dan pin DATA. Pin SCK dihubungkan dengan PORTC.7 dan pin DATA dihubungkan dengan PORTC.6 pada mikrokontroler. Setelah melakukan proses pengambilan data dan pemrosesan data yang telah diambil, mikrokontroler kemudian akan menampilkan hasil pengukuran suhu dan kelembaban melalui LCD. Hasil pengukuran suhu dan kelembaban ini juga dijadikan acuan pada proses pengeringan yang dilakukan. Gambar 3.11. Diagram Alir Sistem Keseluruhan 20
Pada perancangan perangkat lunak ini, pengaturan suhu di dalam ruangan pengeringan berasal dari inputan yang diberikan pengguna melalui bagian interface yaitu keypad. Masukan yang telah diberikan kemudian ditampilkan pada LCD. Sistem akan bekerja untuk mengatur suhu agar sesuai dengan suhu yang telah di-input oleh pengguna. Untuk pengaturan suhu, besarnya suhu di dalam ruang pengeringan ditetapkan di antara 40 C - 60 C. Pengguna juga dapat mengatur besarnya kadar air di dalam ruangan pengering karena di dalam program yang telah ditanamkan pada mikrokontroler telah di-set kadar air di dalam ruangan pengering antara 4% - 15%. 21