BAB III PERANCANGAN ALAT
3.1 Spesifikasi Sistem
Spesifikasi dalam perancangan sistem remot dalam mengontrol beban dengan media komunikasi RF berbasis Mikrokontroler ATMega 328P adalah:
1. Sumber tegangan pada sistem remot berasal dari bateray kering berkapasitas
9 Volt. 2.
Sumber tegangan pada sistem kontrol beban adalah 220VAC50Hz. 3.
Sistem menggunakan media komunikasi RF pada frekuensi 433Mhz. 4.
Pengendali otomatis menggunakan Mikrokontroler ATMega 328P. Blok diagram sistem secara keseluruhan dapat dilihat pada gambar 3.1:
Gambar 3.1 Blok diagram sistem secara keseluruhan. Alat ini memiliki dua sistem yaitu bagian sistem remote dan sistem
penerima kontrol beban yang dimana setiap blok memiliki fungsi sebagai berikut: 1.
Bagian sistem remote a.
Tombol kontrol berfungi untuk memilih beban mana yang akan dikontrol. b.
LCD berfungsi untuk menampilkan beban mana yang sedang dikontrol.
Tombol Kontrol
Mikrokontroler ATMega 328P
LCD 16 x 2 Modul
RF TX 433Mhz
Modul RF RX
433Mhz
Mikrokontroler ATMega 328P
LCD 16 x 2
Driver yang dihubungkan
ke 7 beban
Universitas Sumatera Utara
c. Modul transmiter RF 433 Mhz berfungsi sebagai pengiriman data ke udara
berupa gelombang elektromagnetik. d.
Power supply berfungsi sebagai catu daya dari sistem. e.
Mikrokontroler berfungsi untuk mengendalikan LCD, modul RF, dan sebagai tempat pemrosesan data yang diterima dari tombol kontrol.
2. Bagian sistem penerima kontrol beban
a. LCD berfungsi untuk menampilkan beban mana yang sedang dikontrol.
b. Modul receiver RF 433 Mhz berfungsi sebagai penerima data yang
diterima dari udara berupa gelombang elektromagnetik. c.
Power supply berfungsi sebagai catu daya dari sistem. d.
Mikrokontroler berfungsi untuk mengendalikan LCD, modul RF, dan sebagai tempat pemrosesan data yang diterima dari tombol kontrol.
e. Driver berfungsi sebagai penggerak beban.
3.2 Perancangan Perangkat Keras
Rangkaian sistem remote dalam mengontrol beban dengan komunikasi RF berbasis mikrokontroler ATMega 328P merupakan suatu rangkaian elektronik
yang terdiri dari beberapa bagian. Setiap rangkaian memiliki fungsi tersendiri dan saling berinteraksi antara satu sama lain, sehingga membentuk suatu sistem.
Adapun rangkaian sistem yang dirancang dibagi menjadi beberapa bagian, antara lain:
1. Rangkaian Power Suplly
b. Rangkaian power supply pada bagian remote kontrol.
c. Rangkaian power supply pada bagian penerima kontrol beban.
2. Rangkaian Tombol Kontrol pada bagian remote kontrol.
Universitas Sumatera Utara
3. Rangkaian Pengirim Data dan Penerima Data Dengan Modul RF RX 433
Mhz dan RF TX 433 Mhz 4.
Rangkaian LCD 5.
Rangkaian Driver 6.
Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler ATMega 328P Penjelasan dari masing-masing rangkaian sistem tersebut dapat dilihat
pada masing-masing sub bab berikut ini:
3.2.1 Rangkaian Power Suplly
Pada perancangan power supply terbagi menjadi rangkaian yaiti sebagai beriku:
a. Rangkaian power supply pada bagian remote.
Rangkaian power supply pada bagian sistem remote terdiri dari dua tegangan output yaitu 5VDC dan 9VDC, tegangan 5 VDC digunakan untuk
seluruh rangkaian kecuali tegangan 9VDC digunakan hanya untuk modul transmitter RF 433Mhz. Sumber daya diambil dari bateray kering bernilai 9VDC.
Rangkaian power supply bagian sistem remote dapat dilihat pada lembar berikutnya gambar 3.2:
Gambar 3.2 Rangkaian power supply bagian sistem remote.
Universitas Sumatera Utara
b. Rangkaian power supply pada bagian penerima kontrol beban.
Pada bagian sistem penerima kontrol beban trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220VAC ke tegangan 24VAC. Kemudian
tegangan 24VAC akan disearahkan dengan 4 buah diode 1N4002 yang sering disebut sebagai penyearah jembatan menjadi tegangan 24VDC, kemudian
diratakan dari riakripple menggunakan kapasitor 1000uF25volt. Tegangan 24VDC digunakan untuk catu daya driver beban, LED digunakan sebagai
indikator power suplly bekerja.Tegangan 5VDC digunakan untuk menyuplay seluruh sistem rangkaian.Untuk mendapatkan tegangan 5VDC digunakan IC
regulator LM7805 yang dihubungkan dari sumber tegangan yang sudah disearahkan. Rangkaian power supply bagian sistem penerima kontrol beban
dapat dilihat pada gambar 3.3:
Gambar 3.3 Rangkaian power supply bagian sistem penerima kontrol beban.
3.2.2 Rangkaian Tombol Kontrol
Rangkaian tombol kontrol berfungsi sebagai masukan data kepada mikrokontroler ATMega 328P yang akan diolah dan kemudian dipancarkan oleh
pemancar gelombang radio modul RF Transmiter TX yang dimana pengontrolan beban dilakukan menggunakan tombol kontrol tersebut. Rangkaian tombol
kontrol ini menggunakan saklar Push Button Switch sebanyak 7 buah dan 7 buah
Universitas Sumatera Utara
resistor sebesar 10K Ohm yang dihubungkan ke pin A5, A4, A3, A2, A1, dan PD13 pada mikrokontroler ATMega 328P. Rangkaian tombol kontrol
dihubungkan ke ATMega 328P pada sistem remote dapat dilihat pada lembar berikutnya, gambar 3.4:
Gambar 3.4 Rangkaian tombol kontrol dihubungkan ke Atmega 328 pada sistem remote.
3.2.3 Rangkaian Pengirim Data dan Penerima Data Dengan Modul RF RX 433 Mhz dan RF TX 433 Mhz
Modul RF RX receiver ini digunakan untuk menerima sinyal dengan gelombang radio elektromagnetik pada frekuensi 433Mhz. Modul RF receiver ini
membutuhkan input tegangan 5 Volt, ground, antena sepanjang 50cm dan memiliki pin data output yang terhubung dengan pin digital RX. pada
mikrokontroler ATMega 328P. Daya tangkap oleh modul RF Receiver RX ini dipengaruhi oleh panjang pendeknya dan kualitas dari suatu antena. Jarak tangkap
penerimaan data oleh modul RF receiver RX ini 100 meter pada ruang terbuka dan pada ruangan seperti gedung yang adanya halangan, jarak tangkapnya hanya
sejauh 75 meter. Data yang diterima melalui modul RF receiver RX ini berupa gelombang
radio elektromagnetik kemudian didemodulasi menjadi sinyal berkode ASCII
Universitas Sumatera Utara
yang nantinya akan diolah oleh mikrokontroler ATMega 328P. Rangkaian penerima data dapat dilihat pada lembar berikutnya gambar 3.5:
Gambar 3.5 Rangkaian penerima data. Modul RF TX transmiter ini digunakan untuk mengirim sinyal dengan
gelombang radio frekuensi 433Mhz. Modul RF transmitter TX ini membutuhkan input tegangan 9 Volt, ground, antena sepanjang 20cm dan
memiliki pin data input yang terhubung dengan pin digital TX pada mikrokontroler ATMega 328P. Data yang dikirim oleh mikrokontroler ATMega
328P kepada modul RF transmitter TX ini berupa sinyal digital berkode ASCII. Sinyal digital berkode ASCII ini kemudian dimodulasi menjadi gelombang radio
elektromagnetis pada frekuensi 433Mhz. Rangkaian pengirim data dapat dilihat pada gambar pada 3.6:
Gambar 3.6 Rangkaian pengirim data.
Universitas Sumatera Utara
Sensivitas pengiriman dan penerimaan data pada modul RF RX 433 Mhz dan RF TX 433 Mhz ini sangat dipengaruhi oleh panjang pendeknya dan kualitas
dari antenna yang digunakan dan juga supply tegangan yang dibutuhkan oleh modul penerima RF TX 433 Mhz. Semakin panjangnya antena pada modul
penerima dan pengirim data dan dengan memberikan supply tegangan sampai batas maksimum yang dibutuhkan oleh modul transmiter dan modul receiver,
sensivitas pengiriman dan penerimaan data akan semakin baik.
3.2.4 Rangkaian LCD
Liquid crystal display LCD adalah suatu alat penampil dari bahan cairan kristal yang pengoperasiannya menggunakan sistem dot matriks. Fungsi LCD
pada rancangan ini digunakan untuk menampilkan beban mana yang diaktifkan.
LCD yang digunakan pada perancangan ini adalah LCD berbasis HD44780 produksi Hitachi. Pengendali dan penggerak LCD dapat menampilkan
karakter alfanumerik, karakter Jepang katakana, dan beberapa simbol. Kontroler ini mengandung ROM pembentuk karakter character generator ROM berukuran
9920 bit yang menghasilkan 240 karakter yang terdiri atas 208 karakter dengan resolusi 5x8 titik dot, pixel dan 32 karakter dengan resolusi 5x10 titik. Kontroler
ini juga mengandung RAM pembentuk karakter yang dapat menyimpan 64 karakter 8 bit. Rangkaian LCD pada bagian sistem remote dapat dilihat pada
gambar 3.7 dan Rangkaian LCD pada bagian sistem remote dan penerima kontrol beban dapat dilihat pada gambar 3.7 dan gambar 3.8:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.7 Rangkaian LCD pada bagian sistem remote.
Gambar 3.8 Rangkaian LCD pada bagian sistem penerima kontrol beban. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 3.7 dan Gambar 3.8, hubungan LCD
dengan mikrokontroler terdiri atas 4 saluran data D4-D7 dan kontrol yang terdiri atas Enable E, Clock untuk memalangkan data ke buffernya, sinyal ReadWrite
RW, Register Select RS: RS= 0 modus komando, RS=1 modus data, ditambah jalur catu daya: Vss ground, Vdd Vcc, +5V, dan Vee contrast control. Pada
umumnya, VEE ini dihubungkan ke sebuah resistor yang menuju ke Ground. Karena LCD yang digunakan mempunyai backlamp, maka ditambahkan 2 pin
yaitu pin ke-15 berfungsi untuk catu daya +5 Volt dan pin ke-16 berfungsi sebagai ground.
Universitas Sumatera Utara
3.2.5 Rangkaian Driver
Untuk mengendalikan beban, kita tidak dapat langsung menghubungkannya dengan mikrokontroler dikarenakan arus dan tegangan yang
dihasilkan oleh mikrokontroler begitu kecil, sedangkan tegangan yang dibutuhkan oleh beban adalah sebesar 220 Volt AC dan arus yang dibutuhkan juga begitu
besar, sehingga dibutuhkan suatu driver. Driver pengendali ini menggunakan relay, sehingga beban dapat dikontrol dengan menggunakan tegangan 220 Volt
AC tanpa harus khawatir menyebabkan kerusakan pada mikrokontroler. Karena logika keluaran yang dibutuhkan adalah “AKTIF HIGH”, maka
dibutuhkan transistor berjenis NPN seperti C945. Dioda 1N4001 yang digunakan berfungsi untuk menahan tegangan balik dari relay ketika logika keadaan berubah
dari HIGH menuju LOW, resistor R 47K yang dihubungkan pada basis transistor berfungsi untuk menahan arus sehingga tidak menyebabkan kerusakan pada
transistor, dan dioda LED yang digunakan berfungsi sebagai indikator untuk menandakan driver sedang bekerja. Driver pengendali dirancang sebanyak 7 buah
pengendali. Rangkaian driver pengendali output untuk 7 beban yang dihubungkan pada ATMega 328P sistem penerima kontrol beban dapat dilihat pada lembar
berikutnya gambar 3.9.a sampai pada gambar 3.9.g:
Gambar 3.9.a Rangkaian driver pengendali output 1 dihubungkan pada ATMega 328P sistem penerima kontrol beban.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.9.b Rangkaian driver pengendali output 2 dihubungkan pada ATMega 328P sistem penerima kontrol beban.
Gambar 3.9.c Rangkaian driver pengendali output 3 dihubungkan pada ATMega 328P sistem penerima kontrol beban.
Gambar 3.9.d Rangkaian driver pengendali output 4 dihubungkan pada ATMega 328P sistem penerima kontrol beban.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.9.e Rangkaian driver pengendali output 5 dihubungkan pada ATMega 328P sistem penerima kontrol beban.
Gambar 3.9.f Rangkaian driver pengendali output 6 dihubungkan pada ATMega 328P sistem penerima kontrol beban.
Gambar 3.9.g Rangkaian driver pengendali output 7 dihubungkan pada ATMega 328P sistem penerima kontrol beban.
Universitas Sumatera Utara
3.2.6 Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler ATMega 328P
Sistem ini terdiri dari regulator, rangkaian reset, dan clock. Komponen utama rangkaian regulator adalah IC regulator 7805 yang digunakan untuk
mengkonversi tegangan ke 5V. Untuk rangkaian reset digunakan beberapa komponen yaitu resistor 10K, kapasitor 10nF, dan push button. rangkaian ini
digunakan untuk me-reset sistem kerja dari mikrokontroler sementara untuk rangkaian clock digunakan kristal 16Mhz dan kapasitor 22pF. Rangkaian sistem
minimum mikrokntroler ATMega 328P dapat dilihat pada lembar berikutnya, gambar 3.10:
Gambar 3.10 Rangkaian sistem minimum mikrokntroler Atmega 328P.
3.3 Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan sketch program pada sistem remot dan sistem penerima kontrol beban menggunakan software Arduino IDE 1.0.5 yang digunakan untuk
menulis sketch program dengan menggunakan bahasa pemrograman bahasa C dan mengkompilasi file program menjadi file heksa. File heksa yang dihasilkan
setelah proses kompilasi akan dimasukkan ke mikrokontroler ATMega 328P,
Universitas Sumatera Utara
sehingga mikrokontroler dapat berjalan dengan perintah yang ada pada memory flash. Sebelum merancang sketch program, harus dibuat dahulu flowchart dari
kedua sistem yang akan dirancang yang berfungsi sebagai acuan dari pembuatan sketch program. Flowchart pada sistem remote dapat dilihat pada gambar 3.11 dan
flowchart sistem penerima kontrol beban pada gambar 3.12:
Universitas Sumatera Utara
Mulai Terima
melalui RF Receiver
Proses data pada mikrokontroler
Tampilkan pesan output yang
dikontrol di LCD
Data yang diterima
“a”atau”b” ? Data
“a”? Aktifkan output
1
Non aktifkan output 1
Data yang diterima
“c”atau”d”? Data
“c”? Aktifkan output
2
Non aktifkan output 2
Data yang diterima
“e”atau”f” ? Data
“e”? Aktifkan output
3
Non aktifkan output 3
Data yang diterima
“g”atau”h” ? Data
“g”? Aktifkan output
4
Non aktifkan output 4
A B
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.12 Flowchart pada sistem penerima kontrol beban.
3.4 Rangkaian Sistem Secara Keseluruhan