BAB III PERANCANGAN Pada bab ini penulis menjelaskan mengenai perancangan dan realisasi sistem kontrol EC pada sistem hidroponik untuk 10 tanaman konsumsi. 3.1. Gambaran Alat Sistem yang dirancang oleh penulis adalah perancangan dan realisasi sistem kontrol EC pada sistem hidroponik untuk 10 tanaman konsumsi. Sistem ini dapat menambah nilai EC secara otomatis dan dapat mengurangi nilai EC jika terlalu pekat kadar ECnya. Sistem ini juga memantau suhu dari nutrisi tersebut jika melebihi 27 C maka buzzer akan memberi peringatan, dan dapat memantau suhu dan kelembaban lingkungan jika melebihi nilai referensi maka akan memberikan peringatan pada LCD, sistem ini dapat memberi peringatan saat air di bak tandon kosong atau terisi penuh. Gambar 3.1. Blok diagram sistem. 15
3.2. Perancangan Perangkat Keras Perangkat keras yang dirancang adalah sistem kontrol EC pada 10 tanaman konsumsi. Ada beberapa komponen elektronik yang digunakan yaitu : 1. Mikrokontroler jenis Arduino Mega 2560 2. Modul sensor suhu DS18B20 3. Modul sensor EC 4. Modul Sensor DHT22 5. Modul sensor SR04 6. Modul Real Time Clock 7. LCD 20 4 8. Keypad 4 4 9. Motor DC 10. Pompa air gallon 11. Buzzer 12. Relay 5V Gambar 3.2. Sketsa Sistem Kontrol EC 16
8 4 5 10 7 1 2 1 3 9 6 Gambar 3.3. Realisasi Perangkat Keras Sistem Kontrol EC Keterangan gambar : 1. Motor DC 2. Bak tandon nutrisi 3. Buzzer 4. Sensor DHT22 5. LCD 6. Sensor EC 7. Sensor DS18B20 8. Pompa air galon 9. Keypad 4 4 10. Sensor ultrasonik 17
3.3. Perancangan Elektronika Pada bagian ini menjelaskan tentang perancangan elektronika yang dipakai dalam sistem yang dibuat. Perancangan elektronika yang dibuat dalam sistem antara lain : 3.3.1. Arduino Mega 2560 Arduino Atmega 2560 digunakan sebagai pengendali utama dengan menggunakan IC mikrokontroler ATmega 2560 memiliki tugas antara lain : 1. Mengolah data yang didapat dari modul sensor suhu DS18B20 untuk mengetahui suhu larutan nutrisi. 2. Mengolah data yang didapat dari modul sensor EC untuk mengukur tingkat kepekatan suau larutan nutrisi. 3. Mengolah data yang didapat dari modul sensor DHT22 untuk mengetahui suhu dan kelembaban lingkungan sekitar. 4. Mengolah data yang didapat dari modul sensor ultrasonik SR04 untuk mengukur ketinggian air. 5. Mengolah data yang didapat dari modul real time clock untuk pewaktuan. 6. Menampilkan data ke LCD. 7. Memberikan sarana user menginput data ke arduino untuk memilih menu tanaman. 8. Memberikan inputan high atau low kepada relay sehingga motor DC dapat menggerakan motor untuk menambah konsentrasi larutan ketika nilai dari larutan EC kurang dari nilai referensi. 9. Menyalakan relay sehingga pompa air gallon dapat bekerja menurunkan konsentrasi larutan ketika nilai EC lebih dari nilai referensi. 10. Memberikan inputan high atau low untuk buzzer ketika suhu larutan mencapai 28 C maka buzzer akan nyala atau high untuk memberi peringatan. 18
Tabel 3.1.Konfigurasi pin mikrokontroler Arduino Mega 2560 yang digunakan No Pin Terhubung ke - 1 A0 Sensor EC 2 2 DS18B20 3 3 DHT22 4 4-9 LCD 5 24-38 Keypad 6 11 Buzzer 7 13 Relay 8 Scl RTC 9 Sda RTC 10 10 Motor Driver 11 50 dan 52 Sensor Ultrasonik Gambar 3.4. Skema Rancangan Pengendali Utama. 19
3.3.2. Modul Sensor Suhu DS18B20 Sensor DS18B20 digunakan untuk memantau suhu pada larutan nutrisi pada bak tandon. Pada tugas akhir ini digunakan sensor suhu DS18B20 karena sensor suhu DS18B20 dapat memantau suhu dari -55ºC hingga 125ºC, dan pengunaannya sangat mudah karena sensor DS18B20 adalah sensor ADC jadi hanya membutuhkan input dari arduino Mega 2560. Berikut skema konfigurasi pin modul sensor suhu DS18B20 dengan Arduino Mega 2560 : VCC GND Gambar 3.5. Wiring modul sensor DS18B20 20
3.3.3. Modul Sensor EC Sensor EC digunakan untuk mengukur tingkat kepekatan suatu larutan. Pada tugas akhir ini digunakan modul sensor EC karena sensor ini dapat mengukur tingkat kepekatan mulai dari 1mS/cm hingga 20mS/cm. Tabel 3.2 Tabel kalibrasi sensor EC Coefficient Voltage ppm EC(ppm/500) 50 137 0.274 60 169 0.338 70 207 0.414 80 254 0.508 90 302 0.604 100 358 0.716 110 409 0.818 120 463 0.926 130 522 1.044 140 597 1.194 150 658 1.316 160 729 1.458 170 814 1.628 180 895 1.79 190 986 1.972 200 1080 2.16 210 1220 2.44 220 1340 2.68 230 1490 2.98 240 1620 3.24 250 1720 3.44 260 1880 3.76 270 2030 4.06 280 2200 4.4 290 2390 4.78 300 2610 5.22 310 2840 5.68 3000 2500 2000 1500 1000 500 ppm 0 0 100 200 300 400 terukur Gambar 3.6. Grafik coefficient voltage Coefficient Voltage (mv/c) 21
Berikut skema konfigurasi pin modul sensor EC dengan Arduino Mega 2560 : Gambar 3.7. Wiring modul sensor EC 3.3.4. Modul sensor DHT22 Sensor DHT22 digunakan untuk memantau suhu dan kelembaban lingkungan, sensor ini digunakan karena dapat membaca suhu dari -40ºC hingga mencapai 125 C dan dapat membaca kelembaban dari 0 hingga 100%. : Berikut skema konfigurasi pin modul sensor DHT22 dengan Arduino Mega 2560 Gambar 3.8. Wiring modul sensor DHT22 3.3.5. Modul sensor SR04 Modul sensor SR04 digunakan untuk proteksi agar air tidak melebihi bak tandon Sensor SR04 digunakan karena sensor dapat mendeteksi air pada bak tandon. Berikut skema konfigurasi pin modul sensor SR04 dengan Arduino Mega 2560 : 22
Gambar 3.9. Wiring modul sensor SR04 3.3.6. Modul Real Time Clock Real time clock digunakan untuk pewaktuan. Tiap 1 jam maka alat akan melakukan pengecekan sensor DHT22 dan sensor larutan DS18B20 dan tiap 24 jam maka alat akan melakukan pengecekan larutan EC. 2560 : Berikut skema konfigurasi pin modul Real Time Clock dengan Arduino Mega Gambar 3.10. Wiring modul Real Time Clock 3.3.7. LCD 20 4 LCD 20 4 digunakan untk menampilkan data output dari arduino. Pada tugas akhir ini LCD 20 4 digunakan karena dapat menampilkan hingga 20 karakter 4 baris. Berikut skema konfigurasi pin LCD 20 4 dengan Arduino Mega 2560 : 23
Gambar 3.11. Wiring LCD 20 4 3.3.8. Keypad 4 4 Keypad digunakan untuk member inputan pada menu yang ditampilkan oleh LCD. Pengunaan keypad disini memudahkan manusia dalam berhubungan dengan arduino atau sebutan lainnya adalah HMI(Human Machine Interface) Berikut skema konfigurasi pin keypad 4x4 dengan Arduino Mega 2560 : Gambar 3.12. Wiring Keypad 3.3.9. Motor DC Motor DC digunakan untuk memberikan nutrisi kebak tandon utama. Motor yang digunakan adalah pompa wiper. Pompa wiper akan nyala pada tegangan 12V dan terdapat 2 flat pin untuk menyambungkan ke + dan nya. 24
Berikut skema konfigurasi pin driver dan motor DC dengan Arduino Mega 2560 : Gambar 3.13. Wiring Relay dan motor DC 3.3.10 Pompa air galon Pompa air galon digunakan untuk menambah air kebak tandon ketika tingkat kepekatan larutan nutrisi melebihi nilai referensi data base 10 tanaman konsumsi. Pompa air lebih mudah digunakan karena memiliki baterai sendiri untuk menjalankannya dan sangat mudah didapatkan. Relay 5v digunakan sebagai saklar untuk menghidupkan pompa air saat tingkat kepekatan nutrisi melebihi nilai referensi data base 10 tanaman konsumsi. Pada tugas akhir ini relay 5v digunakan karena pemasangannya mudah dan mudah didapatkan di toko elektronik terdekat. Berikut skema konfigurasi pin pompa air gallon dengan Arduino Mega 2560 : Gambar 3.14. Wiring Pompa air galon 25
3.3.11. Buzzer Buzzer digunakan untuk memberikan peringatan ketika suhu larutan nutrisi pada bak tandon sudah melebihi 27ºC. Pada tugas akhir ini digunakan buzzer karena buzzer dapat bekerja pada tegangan 4-8v dan memiliki kekuatan suara maksimal hingga 85dB. Berikut skema konfigurasi pin buzzer dengan Arduino Mega 2560 : Gambar 3.15. Wiring buzzer 3.4. Perancangan Perangkat lunak Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak yang digunakan pada rancangan tugas akhir ini yakni dibagi menjadi 2 bagian yakni program utama dan program interupsi. Program utama berisi tentang awal dari alat ini menyala kemudian program akan memilih tanaman kemudian terjadi prosedur pengukuran jika EC sudah masuk range maka program ini akan selesai. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.16. Program interupsi berisi tentang proteksi suhu larutan suhu dan kelembaban lingkungan, serta cek EC. Jika suhu larutan sudah melebihi 27 C maka buzzer akan menyala, jika sensor suhu dan kelembaban sudah melebihi nilai referensi maka akan ada peringatan pada LCD, jika EC melebihi batas nilai referensi maka pompa air galon akan 26
menyala, dan jika nilai EC kurang dari batas referensi maka motor DC akan menyala ditunjukkan pada Gambar 3.17. START PROSEDUR PENGUKURAN INISIALISASI PORT I/O INISIALISASI SQW DISET 1HZ PROSES PENCAMPURAN TUNGGU PEMILIHAN JENIS TANAMAN PENGUKURAN ULANG APAKAH SUDAH MEMILIH? APAKAH EC SUDAH MASUK RANGE? APAKAH ADA PENEKANAN TOMBOL OK? END Gambar 3.16. Program utama Berikut cara kerja program utama perangkat lunak : a. Langkah pertama alat ini akan menyala/on. b. Langkah kedua alat ini akan menginisialisasi port I/O dan inisialisasi SQW diset 1Hz. c. Langkah ketiga alat ini akan menunggu pemilihan jenis tanaman yang dipakai oleh user. 27
d. Langkah keempat apakah user sudah memilih jenis tanaman, jika ya maka akan dimulai langkah kelima, jika tidak maka alat ini akan menunggu pemilihan jenis tanaman. e. Langkah kelima apakah ada penekanan tombol ok, jika ya maka akan menuju langkah keenam, jika tidak maka akan kembali kelangkah kelima. f. Langkah keenam alat ini akan melakukan pengukuran pada bak larutan nutrisi.. g. Langkah ketujuh alat ini akan melakukan prosedur pencampuran nutrisi. h. Langkah kedelapan alat ini akan melakukan pengukuran ulang. i. Langkah kesembilan apakah EC sudah masuk range, jika ya maka selesai, jika tidak maka akan kembali kelangkah ketujuh yaitu prosedur pengukuran. 28
INTERUPSI EKSTERNAL DARI PIN SQW RTC (1HZ) NILAI VARIABEL COUNTER CEK SUHU LINGKUNGAN ++ NILAI VARIABEL COUNTER CEK EC ++ APAKAH VARIABEL NILAI COUNTER SUHU LINGKUNGAN =3600? CEK SUHU LINGKUNGAN BANDINGKAN DENGAN SUHU MAKSIMAL TANAMAN NG DIPILIH SUHU LINGKUNGAN > SUHU MAKSIMAL? TAMPILKAN WARNING PADA LCD APAKAH NILAI VARIABEL CEK EC =3600X24 NILAI COUNTER SUHU LINGKUNGAN = 0 CEK EC CEK SUHU LARUTAN BANDINGKAN DENGAN DATA BASE IF SUHU LARUTAN >27 C IF EC < REF PROSEDUR PENCAMPURAN BUZZER ON 10 DETIK IF EC > REF POMPA AIR ON CEK EC EC = REF? POMPA AIR OFF RETI Gambar 3.17. Program interupsi eksternal SQW 29
Berikut penjelasan tentang program interupsi Eksternal SQW : Program ini akan mengecek jika nilai counter suhu lingkungan =3600 maka program ini akan mengecek suhu lingkungan dan dibandingkan dengan suhu maksimal tanaman yang akan dipilih, jika suhu lingkungan lebih dari suhu maksimal data base maka akan menampilkan warning pada LCD, jika tidak maka nilai counter suhu lingkungan = 0 dan akan mengecek nilai suhu larutan, jika suhu larutan lebih dari 27 C maka buzzer ON 10 detik, jika tidak, apakah nilai variabel EC = 3600 24? Jika ya maka cek EC kemudian bandingkan dengan data base jika EC kurang dari nilai referensi maka melakukan prosedur pencampuran, jika tidak apakah EC lebih dari nilai referensi? Jika ya maka pompa air akan menyala kemudian cek EC, jika EC = nilai referensi maka pompa air mati jika tidak pompa air menyala, dan apabila nilai EC tidak lebih dari referensi maka return interrupt. 30