Rancang Bangun/Prototype Alat Pengukur Kekentalan (Viskositas) Zat cair Berbasis Mikrokontroller ATMega328 Dengan Interface Android Menggunakan Komunikasi Bluetooth LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III Oleh: EVANDO P.SIMARMATA MHD BAYU HANGGORO NIM. 1105042063 NIM. 1105041027 RIDO WAHYUDI SIMANJUNTAK NIM. 1105042088 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
ABSTRAK Perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi (IPTEK) yang semakin maju khususnya dibidang elektronika, memberi banyak kemudahan dalam penggunaan perangkat atau pun alat-alat yang berhubungan langsung dengan kebutuhan hidup manusia. Salah satu kemauan dalam bidang elektronika adalah adanya alat pengukur kekentalan (viskositas) suatu cairan. Dengan pemikiran tersebut maka penulis membuat sebuah alat penghitung kekentalan suatu zat cair menggunakan sinyal bluetooth sebagai media komunikasi dari handphone android dan bola besi sebagai acuan untuk menghitung kecepatan bola jatuh dalam suatu cairan menggunakan sensor metal detector berbasis ATMega328. Pengguna tidak diharuskan untuk berada dekat dengan alat tersebut untuk melihat hasil dari pengukuran viskositas suatu zat cair, karna melalui sinyal bluetooth dari handphone android pengguna sudah dapat meihat hasil waktu dari kecepatan bola jatuh suatu zat cair yang ingin diukur kekentalannya, bola besi akan dihitung kecepatannya menggunakan timer yang ada pada mikrokontroller dan melalui deteksi dari kedua sensor metal, bola besi akan diketahui kecepatannya tanpa membebani manusia untuk menghitung manual menggunakan stopwatch untuk mengetahui kecepatan serta viskositas suatu zat cair tersebut. Kata kunci : Viskositas, Mikrokontroller ATMega328
DAFTAR ISI Halaman LEMBARAN PERSETUJUAN... i LEMBARAN PENGESAHAN......ii ABSTRAK.....iii DAFTAR ISI.....iv KATA PENGANTAR... viii DAFTAR GAMBAR......x DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang......1 1.2 Rumusan Masalah......2 1.3 Batasan Masalah......2 1.4 Tujuan......3 1.5 Manfaat......3 1.6 Metode Penulisan dan Pengumpulan Data......3 1.7 Sistematika Penulisan......4 BAB 2 DASAR TEORI 2.1 Pengertian Viskositas......6 2.2 Metode Pengukuran......7 2.3 Teori Dasar......9 2.3.1 Mikrokontroler......9 2.3.1.1 ATMega328....11 2.3.1.2 Konfigurasi PIN ATMega328....13
2.4 Input Sensor Optical Switch Limitter....16 2.5 Output... 16 2.5.1 Elektromagnetik Coil... 16 2.5.1.1 Sistem Kerja Elektromagnetik Coil... 17 2.5.1.2 Jenis Elektromagnetik Coil... 17 2.5.1.3 Penggunaan Elektromagnetik Coil... 19 2.5.2 Motor DC... 19 2.5.2.1 Prinsip Dasar Cara Kerja Motor DC... 20 2.6 Driver Motor Dan Driver Elektromagnetik Coil... 21 2.7 Optocoupler PC817... 23 2.8 Bluetooth...... 24 2.8.1 Arsitektur Bluetooth... 25 2.8.2 Modul Bluetooth HC-06... 26 2.9 Metal Sensor...... 28 BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Blok Diagram Alat....29 3.2 Perancangan Pada Masing-Masing Rangkaian... 30 3.2.1 Rangkaian Power Supply... 30 3.2.2 Rangkaian Input Sensor... 32 3.2.2.1 Metal Sensor... 32 3.2.2.2 Optical Limit Switch... 33 3.2.3 Rangkaian Output... 34 3.2.3.1 Driver Motor Dan Elektromagnetik Coil... 34 3.2.3.2 Motor DC... 36
3.2.3.3 Elektromagnetik Coil... 37 3.2.4 Rangkaian Pengendali... 38 3.2.5 Rangkaian Interface... 39 3.2.6 Kontruksi Mekanik... 41 3.3 Diagram Alir...... 42 BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM 4.1 Pada Bab Ini akan dilakukan dua sesi pengujian yaitu pengujian pada masing-masing rangkaian dan pengujian padakeseluruhan rangkaian (sistem)...... 44 4.2 Pengujian Pada Masing-Masing Rangkaian... 44 4.2.1 Pengujian Tegangan Output Power Supply... 44 4.2.2 Pengujian Output IC Regulator 7805 dan 7809... 45 4.2.3 Pengujian Output Sensor Metal Detector... 47 4.2.4 Pengujian Optical Limit Switch... 50 4.2.5 Pengujian Output Mikro ke Rangkaian Relay... 53 4.2.6 Pengujian Output Mikrokontroler ke Driver Motor DC... 55 4.2.7 Pengujian Output Rangkaian Relay ke Elektromagnetik Coil 57 4.2.8 Pengujian Output Driver ke Motor DC... 59 4.2.9 Pengujian Modul bluetooth HC-06... 60 4.3 Pengujian pada keseluruhan rangkaian (sistem)... 62 4.3.1 Pengujian kekentalan cairan dengan viskositas yang berbeda 63
BAB 5 PENUTUP 5.1 Kesimpulan....65 5.2 Saran..66 DAFTAR PUSTAKA....67 LAMPIRAN....
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia-nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir serta menyelesaikan penulisan laporan Tugas Akhir ini. Laporan Tugas Akhir yang berjudul Rancang Bangun/Prototype Alat Pengukur Kekentalan (Viskositas) Zat cair Berbasis Mikrokontroller ATMega328 Dengan Interface Android Menggunakan Komunikasi Bluetooth disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan program Diploma III, Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan tugas akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan, bimbingan, dan pengarahan dari berbagai pihak baik berupa material, spiritual, informasi maupun administrasi. Oleh karena itu sudah selayaknya penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak M.Syahruddin, S.T., M.T., sebagai Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Junaidi, S.T., M.T., sebagai Kepala Jurusan Teknik Elektro. 3. Bapak Berman P.Panjaitan, S.T., M.T., sebagai Ketua Program Studi Teknik Elektronika. 4. Bapak Ahmad Hidayat, ST., M.T., sebagai dosen pembimbing yang telah banyak memberikan saran dan arahan kepada penulis. 5. Bapak Ahmad Hidayat, ST., M.T., sebagai dosen Wali Kelas Elektronika 6B. 6. Bapak Zumhari, S.T., M.T., sebagai Dosen Wali Kelas Elektronika 6D. 7. Bapak Ir. Akhiruddin, M.T., sebagai Kepala Laboratorium Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. 8. Bapak Zumhari, S.T., M.T., sebagai Kepala Bengkel Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan.
9. Seluruh staf pengajar dan pegawai yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 10. Ayah dan Ibu yang telah memberikan dukungan dalam bentuk materi dan moral, serta doa yang tidak henti-hentinya sehingga sekarang ini penulis dapat menyesaikan studi Politeknik Negeri Medan. 11. Teman-teman mahasiswa/i Program Studi Teknik Elektronika, yang turut membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini, khususnya EK-6B dan EK-6D. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir masih memiliki banyak kekurangan yang perlu disempurnakan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembacanya,khususnya generasi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. Medan, September 2014 Hormat Kami, Penulis
DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 2.1 Gaya yang Bekerja pada Bola....8 2.2 Arsitektur ATMega328....13 2.3 Konfigurasi Pin ATMega328....13 2.4 Elektromagnetik Coil....17 2.5 Tabulasi Selenoid....17 2.6 Open Fram....17 2.7 Low Profil......18 2.8 Hinged Clapper......18 2.9 Latching......18 2.10 Rotary......18 2.11 Struktur Motor DC... 20 2.12 Prinsip Kerja Motor DC... 20 2.13 Ilustrasi Hardware Motor DC... 21 2.14 Optocoupler tipe PC817... 21 2.15 Arsitektur Bluetooth... 23 2.16 Bentuk Fisik Bluetooth HC-06... 24 2.17 Rangkaian Sensor Metal Detector... 25 3.1 Blok Diagram Sistem Alat Ukur Kekentalan Zat Cair... 29 3.2 Skematik Rangkaian Power Supply... 31 3.3 Rangkaian Power Supply... 32 3.4 Skematik koneksi Pin Sensor Metal pada ATMega328... 33
3.5 Rangkaian Metal Sensor dalam Kondisi Standby... 33 3.6 Optical Limit Switch... 34 3.7 Posisi Optical Limit Switch pada Tiang Penyangga Pipa......34 3.8 Skematik Motor Driver dan Elektromagnetik Coil Driver... 35 3.9 Rangkaian Driver Motor dan Driver Elektromagnetik Coil... 35 3.10 Motor Driver...... 36 3.11 Selenoid pada Relay Sebagai Bahan Dasar Elektromagnetik Coil...... 37 3.12 Elektromagnetik Coil yang telah dibentuk sesuai Diameter Pipa... 37 3.13 Skematik Rangkaian Pengendali... 38 3.14 Rangkaian Pengendali ATMega328... 39 3.15 Skematik Modul Bluetooth... 40 3.16 Modul Bluetooth HC-06... 40 3.17 Bahan Kontruksi Mekanik... 41 3.18 Konstruksi Mekanik Keseluruhan... 42 3.19 Diagram Alir Keseluruhan Sistem... 43 4.1 Pengukuran tegangan Output Power Suplly... 45 4.2 Pengujian Output IC Regulator 7805 ada beban... 46 4.3 Pengujian output IC Regulator 7809 ada beban...47 4.4 Pengujian Tegangan Output Sensor Metal A ketika tidak ada logam...48 4.5 Pengujian Tegangan Output Sensor Metal A ketika ada logam...48 4.6 Pengujian Tegangan Output Sensor Metal B ketika tidak ada logam...49 4.7 Pengujian Tegangan Output Sensor Metal B ketika ada logam...50 4.8 Pengujian Ouput Optical Limit A Switch Ketika tidak ada penghalang....51 4.9 Pengujian Ouput Optical Limit Switch A Ketika ada penghalang...52 4.10 Pengujian Ouput Optical Limit B Switch Ketika tidak ada penghalang....52
4.11 Pengujian Ouput Optical Limit B Switch Ketika ada penghalang...53 4.12 Pengujian Pengujian mikro ke rangkaian relay dalam kondisi off...54 4.13 Pengujian mikro ke rangkaian relay dalam kondisi ON...54 4.14 Pengujian Output driver motor ke motor DC kondisi diam...56 4.15 Pengujian Output driver motor ke motor DC kondisi putar kiri...56 4.16 Pengujian Output driver motor ke motor dc kondisi putar kanan...57 4.17 Pengujian Output relay ke elektromagnetik coil dalam Kondisi off...58 4.18 Pengujian Output relay ke elektromagnetik coil dalam Kondisi on....59 4.19 Pengujian Output Driver ke Motor DC dalam Kondisi Off....60 4.20 Pengujian Output Driver ke Motor DC dalam Kondisi On....60
DAFTAR TABEL Tabel Halaman 2.1 Konfigurasi Port B....25 2.2 Konfigurasi Port C......54 2.3 Konfigurasi Port D......58 2.4 Deskripsi PIN HC-06......58 4.1 Hasil pengukuran tegangan output 7805......45 4.2 Hasil pengukuran tegangan output 7809......46 4.3 Pengukuran Sensor metal A......47 4.4 Hasil pengukuran Sensor metal B......49 4.5 Pengukuran tegangan output optical limit switch......51 4.6 Hasil pengukuran tegangan output mikro ke rangkaian relay......53 4.7 Hasil pengukuran Output Mikro ke driver Motor DC... 55 4.8 Hasil pengukuran Output relay ke elektromagnetik coil... 58 4.9 Hasil pengukuran output driver ke motor Dc... 59 4.10 Pengujian Indikasi konektivitas modul bluetooth terhadap android... 61 4.11 Tabel Pengujian Cairan Air... 62 4.12 Tabel Pengujian Cairan Air Gula... 63 4.13 Tabel Pengujian Cairan Minyak Goreng Sania... 63 4.14 Tabel Pengujian Minyak Goreng yang Telah Dipakai... 64 4.15 Tabel Pengujian Minyak Bimoli... 64
DAFTAR LAMPIRAN 1.Datasheet 2.Gambar Alat Keseluruhan 3.Gambar Rangkaian Keseluruhan 4.Program App Inventor dan Program Arduino
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK) membuat banyak kemajuan dalam segala bidang termasuk dalam bidang teknologi elektronika. Manusia selalu berusaha untuk menciptakan sesuatu yang dapat membantu menyelesaikan pekerjaannya dengan efektif dan efisien, hal inilah yang mendorong perkembangan teknologi yang telah banyak menghasilkan alat sebagai piranti untuk mempermudah kegiatan manusia. Oleh karena itu, tidak kalah pentingnya kita mengikuti perkembangan dalam bidang teknologi elektronika baik yang bersikap manual ataupun otomatis. Salah satu contoh perkembangan dalam bidang teknologi elektronika adalah dalam hal pengukuran kualitas zat cair. Salah satu hal yang dapat menjadi acuan dari kualitas zat cair adalah mengukur kekentalan cairan tersebut, seperti minyak goreng, pelumas (OLI), bahkan bahan bakar seperti solar dapat diketahui kualitasnya dari kekentalannya. Beberapa metode uji kekentalan zat cair yang masih digunakan dalam kalangan edukasi/laboratorium dibeberapa universitas di Indonesia adalah dengan menggunakan bola besi (dalam hal ini massa jenis (ρ) dari bola besi dapat diketahui dengan mengukur massanya (m) yang dibagi dengan volume (v) dari bola tersebut) yang dijatuhkan dalam gelas ukur yang berisi cairan yang hendak diuji kekentalannya (semakin cepat bola besi jatuh maka semakin rendah tingkat kekentalan cairan tersebut dan sebaliknya apabila semakin lambat bola besi jatuh maka semakin tinggi tingkat kekentalan cairan tersebut), namun hal ini tidak begitu efektif dan tidak efisien karena pengukuran dilakukan dengan mata telanjang dan masih memiliki tingkat error yang cukup tinggi. Solusi yang akan penulis lakukan adalah dengan merancang sebuah alat yang dapat mendeteksi pergerakan bola tersebut. Hal ini akan didapatkan karena alat yang didapatkan akan dikalibrasi dengan mengukur kualitas cairan yang telah memiliki standar pabrikasi. Diharapkan dengan alat yang hendak kami rancang ini dapat membantu dalam pengukuran kualitas dalam cairan dalam penelitian tingkat mahasiswa dan peneliti lainnya.
1.2 Rumusan Masalah Memperhatikan latar belakang diatas, bahwa pengukuran kualitas zat cair menggunakan sebuah alat otomatis yang dapat mendeteksi pergerakan bola tersebut memiliki tingkat presisi yang lebih tinggi dibandingkan dengan pengukuran yang dilakukan dengan cara menjatuhkan bola besi kedalam tabung dengan menggunakan tangan dan dilakukan dengan mata telanjang menggunakan stopwatch. Untuk itu penulis merumuskan masalah sebagai berikut : Bagaimana merancang bangun prototype alat pengukur kekentalan (viskositas) zat cair berbasis Mikrokontroller ATMega328 dengan interface Android menggunakan komunikasi Bluetooth. 1.3 Batasan Masalah Adapun pembuatan tugas akhir ini dibatasi dalam beberapa bagian, baik berupa dalam perancangan software, hardware dan interface. Dalam tugas akhir ini penulis membatasi masalah perancangan dan pembuatan alat dan perangkat lunak yang meliputi : 1. Graphical User Interface (GUI) yang digunakan berbasis android, dimana komuniksai dilakukan melalui Modul Bluetooth HC-06. 2. Mikrokontroler yang digunakan adalah ATMega328, pemilihan tipe mikrokontroler ini dikarenakan memiliki kapasitas yang cukup besar (32Kb-flash memory) sehingga memungkinkan untuk menyimpan dan memproses program keseluruhan. 3. Dalam proses penelitian ini pengukuran dilakukan dalam keadaan temperature suhu kamar (25ºC). 4. Dalam perancangan dan pembuatan kontruksi mekanik, baik berupa pipa maupun penyangga pipa dibuat dengan bahan acrylic, yang pemotongannya dilakukan dengan menggunakan sinar laser agar dalam hal ini penulis hanya memberikan desain (corel draw) kepada pihak yang berkompeten dalam hal tersebut. 5. Sensor Metal Detector yang digunakan didapatkan dari pihak ketiga dimana keterangan detail baik rangkaian maupun datasheet tidak diberikan.
1.4 Tujuan Tujuan yang ingin dicapai oleh penulis dalam pembuatan Tugas Akhir ini adalah: 1. Merancang dan membuat system pengukur kekentalan (Viskositas) zat cair dengan interface android. 2. Menerapkan ilmu yang telah dipelajari selama dalam perkuliahan sehingga dapat menggunakan mikrokontroler ATMega328 sebagai kontroler utama dalam membaca sensor logam. 3. Membaca dan mengendalikan proses pengukuran viskositas menggunakan android melalui komunikasi bluetooth sehingga dapat lebih interaktif. 1.5 Manfaat Tugas akhir ini sekiranya akan berguna untuk : 1. Dengan alat ini diharapkan dapat mengukur dan menentukan parameter dari zat cair yang hendak diukur baik dalam kualitas dan lama waktu penggunaan/sisa waktu yang masih dapat digunakan. 2. Metode penelitian dan perancangan alat dapat dipelajari dan dikembangkan untuk penelitian selanjutnya, sehingga memudahkan proses penelitian yang akan datang. 1.6 Metode Penulisan dan Pengumpulan Data Pengumpulan data yang dilakukan penulis dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Pengumpulan data-data dan referensi yang diperlukan untuk mendukung tugas akhir ini dengan cara menggunakan fasilitas internet untuk mengumpulkan data serta melakukan studi kepustakaan untuk mencari buku-buku atau informasi yang berhubungan dengan alat ini, seperti ATMega328, Metal detector, Motor DC, Electromagnetic coil, L293d. 2. Mengadakan konsultasi dan arahan/bimbingan dari dosen pembimbing serta sumber-sumber lain yang dapat dijadikan sebagai acuan dan perbandingan dalam merancang alat ini. 3. Pembuatan dan pengujian alat serta pembuatan laporan tugas akhir.
1.7 Sistematika Penulisan Laporan ini ditujukan untuk memaparkan hasil pembuatan, perancangan dan pengujian sistem yang dibuat. Untuk mempermudah pemahaman, maka penulis menyusun tugas akhir ini dalam beberapa bab yang masing-masing bab mempunyai hubungan yang saling terkait dengan bab lain. Adapun sistematika bab penulisan laporan Tugas Akhir ini sebagai berikut : BAB 1 : PENDAHULUAN Dalam bab ini akan menjelaskan latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat, metode penulisan dan pengumpulan data dan sistematika penulisan laporan tugas akhir. BAB 2 : DASAR TEORI Pada bab ini akan dibahas mengenai dasar teori, dan teori terapan dari komponen yang digunakan dalam rangkaian keseluruhan sistem elektronik dan mekanik. Serta penulis mengemukakan teori dasar mengenai Mikrokontroller jenis ATMega328, Optical switch limiter, Metal detector, Motor DC, Elektromagnetik coil, L293, Optocoupler PC817, Modul Bluetooth dan Android. BAB 3 : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM Pada bab ini akan dibahas perancangan dari alat, yaitu blok diagram dari rangkaian, diagram alir dari program yang akan diisikan ke mikrokontroler ATMega328. BAB 4 : PENGUJIAN DAN ANALISA Pada bab ini berisikan hasil-hasil pengujian dan pengukuran serta analisa hasil pengujian dan pengukuran sistem yang meliputi aliran data, rancangan fisik, blok diagram alat, serta analisa rangkaian secara menyeluruh.
BAB 5 : KESIMPULAN DAN SARAN Pada bab ini berisi mengenai kesimpulan dan saran yang didapatkan dari aplikasi yang dibuat pada Tugas Akhir ini serta saran untuk pengembangan selanjutnya. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN