Metode Penelitian Rancangan Sistem Perancangan Rangkaian Solenoid Valve Perancangan Perangkat Lunak

20

BAB III METODE PENELITIAN DAN PERANCANGAN SISTEM

3.1 Metode Penelitian

Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah cara mengendalikan kondisi air pada tangki hidroponik pada waktu tertentu, seperti misalnya pada saat pengecekan ketinggian air tiap waktu pada tangki hidroponik, dan penggantian air pada tangki. Untuk mengatur saat pergantian air, Solenoid valve digunakan sebagai pintu masuk air ke tangki hidroponik yang dikendalikan dengan modul relay untuk saat membuka valve dan saat menutup valve. Pada saat pengisian air, ketinggian air awasi melalui sensor ketinggian air. Untuk memberikan pewaktuan yang sesuai, RTC1307 digunakan dalam proses pengawasan air pada tangki hidroponik. Serta penggunaan LCD sebagai tampilan ketinggian air.

3.2 Rancangan Sistem

Berikut merupakan gambar Blok Diagram pada sistem yang akan dibuat, ditunjukkan pada Gambar 3.1 : Gambar 3.1 Blok Diagram Dari gambar Blok Diagram tersebut terdapat beberapa input dan output yang digunakan antara lain : a. Input Sensor 1. Sensor Kapasitif : Digunakan untuk mendeteksi ketinggian air yang digunakan untuk mengetahui keadaan ketinggian air. 2. RTC DS1307 : Digunakan sebagai timer untuk waktu pergantian air pada tangki hidroponik. b. Output Aktuator 1. LCD : Digunakan untuk menampilkan informasi volume air. Arduino Mega 2560 Sensor Kapasitif Solenoid Valve LCD RTC DS1307 Modul Relay 2. Solenoid Valve : Digunakan sebagai pengendali aliran air yang keluar dari tangki hidroponik dan pengendali air masuk ke tangki hidroponik

3.3 Perancangan Mekanik Alat

Dalam pembuatan mekanik pada tugas akhir ini dibuat tangki untuk tanaman hidroponik. Tangki ini berfungsi untuk menampung air nutrisi untuk tanaman hidroponik. Pada tangki ini terdapat pipa sebagai jalan masuk dan jalan keluarnya, solenoid valve sebagai pintu masuk dan pintu keluar air, sensor ketinggian air yang digunakan untuk mengetahui ketinggian air. Berikut perancangan alat dapat dilihat pada Gambar 3.2. Berikut adalah detail mengenai bahan-bahan dari tangki hidroponik: 1. Bak penampung air berbahan plastik. 2. Tatakan pot berbahan gabus. 3. Pot tanaman hidroponik berbahan plastik. 4. Media tanam berbahan roughwool. 5. Rangka penyangga berbahan almunium. 6. Pipa PVC berukuran ½. 7. Solenoid Valve 8. Power Supply 24 volt. 9. Kotak elektro berbahan plastik. Gambar 3.2 Tampilan Keseluruhan Alat

3.3.1 DESAIN MEKANIK KESELURUHAN

Gambar 3.3 Desain Mekanik Pada Gambar 3.3. Desain mekanik alat dapat dijelaskan sebagai berikut 2. Step 1 dilakukan pengecekan tangki, apabila tangki air kosong, maka pengisian air dimulai dengan membuka valve masuk air untuk menerima air dari tandon, sedangkan valve keluar air tetap tertutup. 3. Step 2 air pada tangki menyentuh sensor Penuh, valve masuk air akan menutup, dan valve keluar air juga akan menutup. 4. Step 3 pada saat waktu pengurasan terpicu, valve keluar air akan terbuka untuk mengeluarkan air pada tangki air, sedangkan valve keluar tetap tertutup. 5. Step 4 setelah air selesai melewati sensor air kurang, valve keluar air akan menutup. Dan melakukan pengecekan tangki lagi. Keterangan Dimensi Wadah Pada Desain Mekanik Diatas. Ukuran alat : 75 cm panjang x 50 cm lebar x 40cm tinggi. Bak Air2 buah : 70.5 cm panjang x 24 cm lebar x 20.1 cm tinggi Kotak Elektro 2 buah: 18 cm panjang x 11 cm lebar x 6.5 cm tinggi

3.3.2 DESAIN SKEMATIK ELEKTRO KESELURUHAN

Perancangan tugas akhir ini diawali dengan melakukan perancangan perangkat keras yang menjadi satu buah sistem yang saling terintegrasi. Perancangan terdiri dari perancangan Arduino mega, perancangan solenoid valve, perancangan Relay, perancangan RTC1307, perancangan sensor kapasitif. Pada Gambar 3.4 dapat dilihat Schematic perancangan seluruh kontrol kondisi air secara otomatis pada tanaman hidroponik. Gambar 3.4 Skematik Perancangan Keseluruhan Sistem PWM COMUNICATION D IG IT A L ANALOG IN ATMEGA2560 16AU 1126 microcontrolandos.blogspot.com T X T X 3 T X 2 T X 1 S D A S C L R X R X 3 R X 2 R X 1 P D S C L I N T 2 1 P D 1 S D A I N T 1 2 P D 2 R X D 1 I N T 2 1 9 P D 3 T X D 1 I N T 3 1 8 P H R X D 2 1 7 P H 1 T X D 2 1 6 P J R X D 3 P C IN T 9 1 5 P J 1 T X D 3 P C IN T 1 1 4 P E R X D P C IN T 8 P E 1 T X D P D O 1 P E 4 O C 3 B I N T 4 2 P E 5 O C 3 C I N T 5 3 P G 5 O C B 4 P E 3 O C 3 A A IN 1 5 P H 3 O C 4 A 6 P H 4 O C 4 B 7 P H 5 O C 4 C 8 P H 6 O C 2 B 9 P B 4 O C 2 A P C IN T 4 1 P B 5 O C 1 A P C IN T 5 1 1 P B 6 O C 1 B P C IN T 6 1 2 P B 7 O C A O C 1 C P C IN T 7 1 3 A R E F PA0AD0 22 PA1AD1 23 PA2AD2 24 PA3AD3 25 PA4AD4 26 PA5AD5 27 PA6AD6 28 PA7AD7 29 PC6A14 31 PC5A13 32 PC4A12 33 PC3A11 34 PC2A10 35 PC1A9 36 PC0A8 37 PD7T0 38 PG2ALE 39 PG1RD 40 PG0WR 41 PL7 42 PL6 43 PL5OC5C 44 PL4OC5B 45 PL3OC5A 46 PL2T5 47 PL1ICP5 48 PL0ICP4 49 PB3MISOPCINT3 50 PB2MOSIPCINT2 51 PB1SCKPCINT1 52 PB0SSPCINT0 53 P K 7 A D C 1 5 P C IN T 2 3 A 1 5 P K 6 A D C 1 4 P C IN T 2 2 A 1 4 P K 5 A D C 1 3 P C IN T 2 1 A 1 3 P K 4 A D C 1 2 P C IN T 2 A 1 2 P K 3 A D C 1 1 P C IN T 1 9 A 1 1 P K 2 A D C 1 P C IN T 1 8 A 1 P K 1 A D C 9 P C IN T 1 7 A 9 P K A D C 8 P C IN T 1 6 A 8 P F 7 A D C 7 T D I A 7 P F 6 A D C 6 T D O A 6 P F 5 A D C 5 T M S A 5 P F 4 A D C 4 T C K A 4 P F 3 A D C 3 A 3 P F 2 A D C 2 A 2 P F 1 A D C 1 A 1 P F A D C A R E S E T PC7A15 30 DUINO1 ARDUINO MEGA2560 R3 6 8 2 4 KERAN AIR MASUK 5AR4 6 8 2 4 KERAN AIR KELUAR 5AR4 RL1 G2R-14-DC5 RL2 G2R-14-DC5 D 7 1 4 D 6 1 3 D 5 1 2 D 4 1 1 D 3 1 D 2 9 D 1 8 D 7 E 6 R W 5 R S 4 V S S 1 V D D 2 V E E 3 LCD1 LM016L SCL 14 SDA 15 INT 13 A0 1 A1 2 A2 3 P0 4 P1 5 P2 6 P3 7 P4 9 P5 10 P6 11 P7 12 U1 PCF8574A 24V 5V R1 10k R2 10k R3 10k Sensor Penuh Sensor Cukup Sensor Penuh 5V RV1 10K V B A T 3 X 1 1 X 2 2 S C L 6 S D A 5 S O U T 7 U2 DS1307 X1 CRYSTAL

3.4 Prosedur Evaluasi

3.4.1 Desain dan Uji Coba

Desain dari sistem yang akan di rancang tidak lepas dari studi literatur yang didapat baik dari buku, internet, maupun konsultasi terhadap dosen pembimbing. Uji coba akan menggunakan beberapa miniatur wadah-wadah kosong.

3.4.2 Evaluasi

Evaluasi berisi uraian tentang proses posisi air dan kontrol air pada tangki hidroponik secara otomatis. 1. Sistem dapat mengetahui posisi level air. 2. Sistem dapat mengetahui merespon saat air pada tangki hidroponik dikurangi secara manual.

3.4.3 Bagian Komponen Alat

Gambar 3.5 Bagian Komponen Alat 3. Valve masuk air dari penampung nutrisi 4. Pot tanaman. 5. Tempat pot tanaman yang berfungsi menahan pot. 6. Tangki hidroponik yang berfungsi untuk menampung cairan nutrisi. Pada tangki ini terdapat sensor kapasitif yang berfungsi untuk mengetahui kondisi level air. 7. Valve keluar air yang berfungsi untuk menahan air dan berfungsi sebagia pintu keluar. 8. Kotak elektro yang berfungsi untuk melindungi komponen elektro yang diletakkan didalamnya. Didalam wadah tersebut terdapat komponen: a. Mikrokontroler Arduino Mega yang berfungsi sebagai pengontrol. b. RTC1307 yang berfungsi sebagai pewaktu. c. Rangkaian driver relay sebagai driver untuk solenoid valve. d. LCD 16x2 e. LCD I2C backpack 9. Kotak elektro yang melindungi power supply.

3.4.4 Ukuran Dimensi Alat

Setelah semua komponen tambahan dari penelitian ini dipasangkan ukuran dimensi dari alat: Ukuran alat : 75 cm panjang x 50 cm lebar x 40cm tinggi. Bak Air2 buah : 70.5 cm panjang x 24 cm lebar x 20.1 cm tinggi Kotak Elektro 2 buah: 18 cm panjang x 11 cm lebar x 6.5 cm tinggi

3.4.5 Struktur Material Alat

Bahan material yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan beberapa bahan diantaranya sebagai berikut : b. Bagian rangka: 1. Aluminium 2. Mur dan baut. 3. Bak Plastik c. Bagian dari penggerak alat 1. Solenoid Valve 24 volt

3.5 Pembuatan Perangkat Keras

3.5.1 Perancangan Microkontroler Arduino

Pada tugas akhir ini dibuat beberapa buah pengendali menggunakan mikrokontroler keluaran pada perangkat lunak IDE Arduino 1.6.6, yaitu Arduino mega. Untuk menjalankan mikrokontroler ini diperlukan catu daya 5 volt sebagai tegangan circuit. Arduino Mega ini dirancang untuk microkontroler ATMega328. Berikut ini adalah gambar microkontroler arduino mega, dapat dilihat pada Gambar 3.6. Gambar 3.6 Rangkaian Board Arduino Mega Arduino mega dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Eksternal non-USB dapat di ambil baik berasal dari AC ke adaptor DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan mencolokkan plug jack pusat-positif ukuran 2.1mm konektor power. Ujung kepala dari baterai dapat dimasukkan kedalam ground dan Vin pin header dari konektor power. Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board arduino mega adalah 7 sampai dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 volt kemungkinan pin 5volt. Arduino Mega dapat beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jika diberi daya lebih dari 12volt, regulator tegangan bisa panas dan dapat merusak board arduino mega. Berikut adalah konfigurasi pin IO yang digunakan pada Tabel 3.1. Tabel 3.1 Konfigurasi pin IO pada mikrokontroler Pin IO Fungsi Vcc Power 5 volt Port COM 20 LCD I2C RTC1307 Port COM 21 LCD I2C RTC1307 Port Digital 22 Sensor air penuh Port Digital 24 Sensor air setengah Port Digital 26 Sensor air kurang Port Digital 51 Solenoid Masuk Port Digital 53 Solenoid Keluar

3.5.2 Rangkaian Sensor Kapasitif

Rangkaian ini dibuat berdasar rangkaian resistor pull-up yang dirangkai sedemikian rupa sehingga dapat digunakan sebagai sensor ketinggian air yang kemudian output dari rangkaian tersebut digunakan sebagai pemicu, seperti pada Gambar 3.7. Gambar 3.7 Skematik Perancangan Rangkaian Sensor Kapasitif

3.5.3 Perancangan LCD Liquid Crystal Display

Pada perancangan LCD juga diletakkan di atas box yang telah dibuat. Tujuan LCD diletakkan di dalam box untuk memudahkan pengguna melihat informasi yang ditampilkan LCD sesuai dengan program yang diinginkan. Sedangkan komponen I2C LCD diletakkan di dalam box, sama dengan mikrokontroler-mikrokontroler yang digunakan pada perancangan. Tujuan LCD dan I2C LCD diletakkan pada box agar pengaturan komponen lebih rapi dan tidak membutuhkan kabel panjang. Rancangan elektronika ditunjukkan pada Gambar 3.8. Gambar 3.8 Skematik Perancangan LCD Liquid Crystal Display

3.6 Perancangan Rangkaian Solenoid Valve

Pada alat ini juga digunakan Solenoid Valve digunakan sebagai pintu masuk air ke tangki hidroponik yang dikendalikan dengan modul relay untuk saat membuka valve dan saat menutup valve. Gambar 3.9 Skematik Perancangan Solenoid Valve

3.7 Perancangan Perangkat Lunak

Selain perancangan perangkat keras hardware, dibutuhkan juga perancangan perangkat lunak software. Perancangan ini dilakukan dengan tujuan agar sistem berjalan sesuai dengan keinginan. 3.7.1 Perancangan Program Tangki Hidroponik Start Deklarasi Variabel Tangki Kosong? Cek waktu pengurasan Tidak Buka Valve_Masuk Sensor_Penuh Tidak Terpicu? Tutup Valve_Masuk Buka Valve_Keluar Sensor_Kurang Terpicu? Tidak Tutup Valve_Keluar Ya Ya Tidak Ya Ya Tidak Gambar 3.10 Flowchart Program Tangki Hidroponik Proses yang dilakukan program tangki hidroponik dapat dilihat pada flow chart gambar 3.10. Program di mulai dari deklarasi variabel input dan output yang digunakan. Kemudian pengecekan bak dilakukan. Ketika bak tidak kosong, maka cek pengurasan akan dilakukan. Jika bak kosong, pengisian akan dilakukan. Pada saat pengisian bak, mikrokontroler akan menunggu input dari sensor yang terpasang pada bak. Ketika air pada bak belum menjangkau titik maksimum dari sensor, proses pengisian akan terus berlanjut. Jika air pada bak telah menjangkau titik maksimum pada sensor, maka proses pengisian akan berakhir dan beralih pada tahap selanjutnya. Setelah dua minggu dari waktu setting akan dilakukan pengurasan.. Ketika masih belum memenuhi waktu yang telah ditentukan, proses akan berlanjut ke pengecekan bak. Jika sudah mencapai waktunya, maka pengurasan akan dilakukan. Setelah proses pengurasan selesai dilakukan, proses dilanjutkan kembali pada tahap pengecekan bak. 36

BAB IV HASIL DAN PENGUJIAN

Pada bab ini penulis akan menguraikan dan menjelaskan hasil analisa pengujian dari hasil penelititan tugas akhir ini yang telah dilaksanakan, pengujian dilaksanakan dalam beberapa bagian dan disusun dalam urutan dari yang sederhana menuju ke yang lengkap. Pengujian dilakukan meliputi pengujian perangkat keras hardware dan perangkat lunak software diharapkan didapat suatu system yang dapat menjalankan rancangan alat yang berjalan dengan baik dan optimal.

4.1 Pengujian Arduino Mega

4.1.1 Tujuan Pengujian

Pengujian Arduino Mega bertujuan mengetahui kinerja Arduino Mega dalam melakukan proses upload program sehingga dapat dinyatakan bahwa Arduino Mega dapat digunakan dan berjalan dengan baik.

4.1.2 Alat yang dibutuhkan

1. Rangkaian Arduino Mega. 2. Rangkaian Power. 3. Adaptor 12V – 1 A. 4. Komputer