BAB 3
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Diagram Blok Penelitian
Untuk mempermudah dalam mempelajari dan memahami cara kerja alat ini, maka sistem perancangan dibuat berdasarkan diagram blok dimana tiap blok mempunyai
fungsi dan cara kerja tertantu. Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah sebagai berikut.
Sensor ultrasonik
ATMega 8
PC Monitor
Tinggi permukaan
air
RS485 RS485
Ga mbar 3.1 Diagram Blok Penelitian
Gambar diatas merupakan gambar diagram blok dari seluruh sistem yang akan dirancang. Dari gambar diatas dapat dijelaskan bahwa sensor mendeteksi ketinggian
air dengan sensor ultrasonic. Jarak antara air dan sensor dibaca oleh kontroler kemudian di kalibrasi ke ketingian air. Setelah itu data dimodulasi oleh RS485
kemudian dikirim ke server melalui jaringan yang ada. Pada sisi server data diterima oleh demodulator RS485 dan diubah menjadi sinyal RS232. Sinyal data RS232
kemudian diterima oleh computer PC, computer befungsi mengolah data menjadi grafik dan menyimpan data secara real time dalam database dengan format microsoft
excel.
3.2 Rancangan Sistem Kendali
Universitas Sumatera Utara
Rancangan sistem kendali terbagi atas dua bagian besar yaitu rancangan hardware atau rangkaian elektronik dan rancangan software atau program. Rancangan hardware
terdiri dari beberapa komponen elektronika, misalnya: IC, kontroler, modem RS-485, sensor, dan lain-lain. Berikut ini akan dibahas prinsip kerja dan fungsi dari
komponen-komponen utama yang digunakan.
3.2.1 Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8
Mikrokontroler yang digunakan dalam perancangan ini adalah mikrokontroler tipe AVR yaitu ATMega 8. Mikrokontroler diprogram dengan bahasa C dengan editor CV
AVR versi 2.04.9 dalam rancangan ini mikrokontroler digunakan sebagai alat pembaca sensor sekaligus kalibrasi data sensor. Input mikrokontroler berasal dari
sensor yaitu sensor ultrasonic. Sensor yang digunakan termasuk sensor digital dengan komunikasi dua arah. Input sensor diprogram pada port B yaitu PB.0 dan PB.1 yang
ada pada pin 14 dan pin 15. Sedangkan output mikrokontroler adalah data serial yang telah ditentukan port D yaitu PD.0 untuk serial in dan PD.1 untuk serial out. Data
serial keluaran mikrokontroler digunakan untuk dikirim ke komputer via jaringan RS- 485. Kecepatan baud rate untuk komunikasi serial mikrokontroler ditentukan pada
9600bps. Kristal yang ada pada pin 9 dan pin 10 adalah masukan kristal osilator untuk mengaktifkan clock sedangkan resistor pada pin 1 dan 7 berfungsi sebagai pull
up agar mikrokontroler dapat direset. Konfigurasi keseluruhan dapat dilihat pada gambar rangkaian di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
17 18
19 20
21 22
23 24
25 26
27 28
PC 6 RESET PD 0 RXD
PD 1 TXD PD 2 INT 0
PD 3 INT 1 PD 4 XCKT0
VCC GND
PB 6 XTAL1TOSC1 PB 7 XTAL2TOSC2
PD 5 T1 PD 6 AIN0
PD 7 AIN1 PB 0 IC P1
ADC5SCL PC 5 ADC4SCA PC 4
ADC3 PC 3 ADC2 PC 2
ADC1 PC 1 ADC0 PC 0
GND AREF
AVCC SCF PB5
MISO PB 4 MOSIOC2 PB 3
SSOC1B PB2 OC1A PB 1
A T
M E
G A
8
10 K Ω
AN 7805 BATERE
12V2AH
220µF25V 10µF25V
100µF50V
XTAL 4MHz
HC-SR04 Ultrasonic
Ping Sensor
2 3
1 4
trigger echo
M o
d u
l R S
4 8
5
5 Volt
Gambar 3.2 Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8 3.2.2 Rangkaian Sensor HC-SR04
Sensor merupakan sebuah komponen yang berfungsi mengubah satu besaran ke besaran lain, pada umumnya besaran listrik. Sensor yang digunakan dalam rangkaian
adalah sensor yang mendeteksi jarak. Sensor bekerja dengan sinyal ultrasonic dengan frekuensi ±40kHz. Cara kerja sensor ini adalah memancarkan ultrasonic dan
menunggu sinyal pantulan jika mengenai suatu objek. Lama waktu pantulan tergantung pada jarak objek dengan mengetahui besar waktu pantulan dapat dicari
jarak objek. Apabila kecepatan suara diketahui dengan rumus:
Tipe sensor jarak yang digunakan adalah HC-SR04 yang merupakan salah satu sensor yang cukup akurat. Sensor dapat mendeteksi jarak lebih dari 3m. dalam aplikasi ini
sensor digunakan untuk mengukur ketinggian air sungai sebagai akuisisi data perubahan level ketinggian air sungai. Berikut adalah konfigurasi pin sensor yang
digunakan dalam perancangan sistem.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3 Rangkaian sensor ultrasonik HC-SR04
3.2.3 Rangkaian Modem RS485
Bagian ini merupakan sebuah modul yang terintegrasi dalam beberapa komponen lainnya. Modul RS485 ini disebut modem karena pada dasarnya alat ini bekerja
dengan system modulasi dan demodulasi modem. Fungsi modul RS485 adalah mengantarkan atau mengirim data serial melalui sebuah perantara yaitu kabel
jaringan dengan jarak cukup jauh maksimal 2 km data dapat dikirim melalui modem karena data termodulasi sehingga dapat dikirim melalui media kabel tanpa
kehilangankerusakan data. Terdapat dua buah modul RS485 yaitu antara pengirim dan penerima data. Input modul tersebut adalah data digital dengan level ttl.
Sedangkan output modul adalah sinyal RS232. Pada sisi penerima input modul adalah sinyal RS485 dan otput modul adalah sinyal RS232 sehingga dapat dihubungkan
pada computer atau PC pribadi. Untuk mewujudkan hal ini biasanya digunakan sebuah IC SN75176, IC inilah yang menjadi komponen utama Modul RS485 yang
didisain untuk komunikasi data. Data yang ditransmisikan oleh IC ini dikirim dalam bentuk perbedaan tegangan yang ada pada kaki A dan B dari SN75176. SN75176
berfungsi sebagai pengirim data atau penerima data tergantung dari kondisi kaki-kaki kontrolnya yaitu DE dan RE. Apabila kaki DE berlogika 0 dan RE berlogika 0, maka
SN75176 berfungsi sebagai penerima data sedangkan bila kaki DE berlogika 1 dan
Universitas Sumatera Utara
RE berlogika 1 maka SN75176 berfungsi sebagai pengirim. Adapun Gambar IC tersebut seperti yang terlihat pada gambar berikut.
A T
ME G
A 8
PD 1 TXD PD 0 RXD
Mo dul
RS 4
85 Mo
dul RS
4 85
PC
GND VCC
8 7
3 2
Interconnect
Jaringan RS485
+5 V +5 V
Reset 1
10 K Ω
9 10
PB 6 XTAL1TOSC1 PB 7 XTAL2TOSC2
XTAL 4MHz
Gambar 3.4 Rangkaian Modem RS485 dan susunan pin IC SN75176
Sinyal RS485merupakan sinyal diferesial atau sering disebut differential signal, sinyal ditransmisikan sebagai V+ dan V- dimana pengirim dan peneima tidak
perlu referensi yang sama. Perbedaan selisih tegangan saat kondisi logika „0‟ dan logika „1‟ lebih besar. Transmisi sinyal dalam bentuk sinyal diferensial akan lebih
kebal terhadap noise disbanding single-ended signal. Berikut adalah gambar sinyal twisted pair untuk sinyal diferensial.
Gambar 3.5 Diagram sinyal RS485
3.2.4 Rangkaian Power Supplay
Rangkaian power supplay pada alat ini berfungsi sebagai sumber daya untuk menghidupkaan system.
Universitas Sumatera Utara
Ground Baterai
Ground Ke VCC ATMega 8
An 7805
12V2AH 220µF25V
10µF25V 100µF50V
Gambar 3.6 Rangkaian Power supplay.
Dalam rangkaian ini peneliti memakai IC regulator 7805 digunakan untuk menurunkaan tegangan 12 volt menjadi 5 volt. Dimana masukan rangkaian ini adalah
dari baterai sebesar 12 volt dan keluaran rangkaian ini sebesar 5 volt dan akan di pergunakan untuk menghidupkan system dalam penelitian ini.
3.2.5 Rangkaian Buzzer
Buzzer adalah komponen yang berfungsi mengubah energi listrik menjadi energy suarabunyi. Fungsi buzzer adalah sebagai komponen yang memberikan sinyal
peringatan. Buzzer yang digunakan akan mengeluarkan suara sekitar 1 KHz dengan durasi tertentu. Buzzer dihubungkan pada PD.7 pada kaki pin 13 mikrokontroler
ATMega8.
Gambar 3.7 Rangkaian Buzzer
Universitas Sumatera Utara
3.3 Komputer atau PC
PC merupakan alat pendukung dan bukan merupakan bagian rancangan. PC dapat berupa computer desktop atau laptop. Fungsi PC adalah sebagai akuisisi data dan
tampilan pada layar monitor data yang terakuisisi secara visual. PC deprogram dengan bahasa pemrograman Visual Basic sebagai system akuisisi data. Input PC
adalah port komunikasi serial comport untuk input PC tanpa port serial digunakan perangkat tambahan yaitu adaptor USP-RS232 yang merupakan interfal antara
computer dengan rangkaian.
M o
d u
l R S
4 8
5 M
o d
u l R
S 4
8 5
PC
Interconnect
Jaringan RS485
Monitor
5 V 5 V
Gambar 3.8 Rangkaian Modul RS485 ke PC Server 3.4 Diagram Alir Sistem
Perancangan software adalah proses perancangan untuk pembuatan program yang nantinya akan dijalankan oleh mikrokontroler. Sebuah mikrokontroler tidak akan
bekerja sebelum diberikan program.Sebelum membuat program untuk sistem ini, ada baiknya membuat terlebih dahulu flowchart dari program yang ingin dibuat. Dengan
flowchart dapat mengerti kemana arah tujuan program yang akan dibuat. Flowchart dapat dilihat pada gambar 3.9
Universitas Sumatera Utara
Start Inisialisasi
hardware dan kondisi awal
Baca sensor ultrasonik
Kalibrasi data sensor
Kirim data ke server PC
Ketinggian air melampaui batas
acuan?
Kirim kode merah pada
server Kirim kode
hijau pada server
Tidak
Ya
Stop Simpan data?
Simpan data ke file excel Ya
Tidak
Gambar 3.9 Diagram Alir Sistem
Universitas Sumatera Utara
BAB 4
PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM
4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8