RANCANGAN PENELITIAN Smart greenhouse berbasis arduino mega 2650 rev 3.

25

BAB III RANCANGAN PENELITIAN

3. 1 Diagram Blok Sistem

Perancangan sistem smart greenhouse ini dibagi menjadi menjadi dua bagian utama, yaitu:  Perancangan hardware yang terdiri dari mikrokontroler dan perangkat pendukung seperti, 2 sesnsor utama yaitu soil moisture sensor YL-69 dan temperature humidity sensor SHT11, relay, serta perangkat pengendali seperti Air cooler, pompa air dan humidifier.  Perancangan software yang terdiri dari pemograman utama, dan subrutin- subrutinnya seperti subrutin status alat, subrutin pengambilan data sensor dan subrutin kendali pada greenhouse. Komunikasi antara mikrokontroler dan central unit akan menggunakan modul komunikasi yaitu xbee pro. Penulis mengerjakan pada bagian yang digaris merah di diagram blok pada gambar 3.1. Berikut merupakan keterangan cara kerja sistem yang ditunjukkan gambar 3.1:  Data sensor yang diambil adalah Suhu dan kelembaban udara menggunankan sensor SHT11, serta sensor kelembaban tanah menggunkan sensor YL-69. Data tersebut kemudian diolah oleh mikrokontroler untuk dijadikan sebuah paket data yang nanntinya akan ditampilkan pada LCD. Gambar 3. 1 Pembagian Sistem  Dari data yang didapat, mikrokontroler mengontrol sistem untuk pengendalian greenhouse dengan membandingkan nilai input sensor dengan nilai set point yang sudah ada. Dari hasil pembandingan tersebut nantinya akan menghidupkan alat-alat pengendali pada greenhouse sehingga nantinya kondisi greenhouse dapat dibuat sesuai dengan nilai set point yang sudah ada.  Data Logging Shield V1.0 digunakan sebagai pewaktu dan penyimpan data pada mikrokontroler.  Untuk berkomunikasi dengan sistem interface digunakan modul komunikasi Xbee pro, tapi penulis tidak membuat untuk komunikasinya, penulis hanya mebuat pengendalian pada greenhouse.  Secara keseluruhan, pertama mikrokontroler akan mengambil data dari setiap sensor. Data tersebut yang akan dibandingkan dengan set point untuk menghidupkan sistem kendali. Waktu pengambilan data akan diatur oleh RTC. Kemudian keseluruhan data dirubah menjadi paket data yang nantinya ditampilkan pada LCD. Ketika waktu sesuai dengan jadwal pengambilan paket data, maka data yang ditampilkan pada LCD akan berubah sesuai dengan waktu yang telah ditentukan. Terdapat juga lampu LED yang nantinya akan menjadi indikator untuk beberapa kondisi pada greenhouse.

3. 2 Perancangan Perangkat Keras Mekanik

Perancangan ini merupankan design smart greenhouse yang dibuat oleh penulis berupa gambar 3 dimensi yang nantinya akan menjadi panduan untuk membuat alat yang sebenarnya. Pada gambar 3.2 ditunjukan design untuk greenhouse tersebut dengan ukuran panjang x lebar x tinggi adalah 70 cm x 60 cm x 80 cm. Greenhouse ini nantinya akan terbuat dari Alumunium dan kaca. Pada greenhouse ini akan terdapat air cooler, humidifier dan sistem pengairan yang akan diletakkan di dalam greenhouse. Pompa air akan diletakkan diluar greenhouse yang ditunjukkan pada gambar 3.2. Sementara untuk meletakkan pusat kontrolnya, juga terdapat kotak di depan greenhouse seperti pada gambar 3.4. Kotak ini nantinya digunakan untuk meletakkan mikrokontroler,LCD, LED dan tombol sebagai pusat kontrol. User nantinya akan melihat status greenhouse pada kotak ini. Pada greenhouse ini juga akan terdapat 4 roda agar PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI mudah untuk dipindahkan. Untuk kedua sensor, SHT 11 akan diletakkan diatas selang irigasi, sementara YL-69 akan ditanam ditanah yang ada pada greenhouse. Gambar 3. 2 Design prototype smart greenhouse Gambar 3. 4 Tampak depan Gambar 3. 3 Tampak Atas

3. 3 Perancangan Perangkat Keras Elektronika

Perancangan ini merupankan perancangan sistem elektronika pada hardware yang nantinya akan digunakan. Terdapat beberapa bagian untuk perancangan ini, yaitu Gambar 3. 5 Tampak Samping Gambar 3. 6 Desain box monitoring pada greenhouse PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI perancangan untuk Input sensor, Output kendali, output LCD serta perancangan data logging Shield V1.0

3.3.1 Rangkaian Input Sensor

2 sensor yang digunakan menggunakan 2 port mikrokontroler yang berbeda. Untuk SHT11 menggunakan port digital 10 dan 9 sementara untuk YL-69 menggunakan port analog 0. YL-69 menggunakan port analog disebabkan belum terkalibrasi, dan pembacaan akan lebih akurat dengan menggunakan port analog. Sementara untuk SHT11, telah terkalibrasi dan sensitivitas sensor sendiri telah diperlihatkan pada data sheet.Pada gambar 3.7 ditunjukkan perancangan elektronika untuk input sensor.

3.3.2 Rangkaian Output Kendali

Terdapat 3 alat yang digunakan untuk pengendalian greenhouse ini yaitu Air cooler, humidifier, dan pompa air. Karena ketiganya menggunakan sumber AC, untuk itu greenhouse ini mengunakan relay dan transistor yang dibuat mengunakan metode switching transistor sehingga nantinya bisa mengolah nilai 1 atau 0 yang diberikan oleh mikrokontroler. Untuk nilai pada resistor yang digunakan sebagai Switching transistor seperti yang dijelaskan pada bab 2 untuk transistor, dilakukan perhitungan agar nantinya transistor dapat berada pada kondisi cut off yang digunakan untuk mendrive coil pada relay yang ada. Dengan transistor yang digunakan adalah transistor 2N2222, dioda yang Gambar 3. 7 Perancangan Input Sensor PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI digunakan adalah IN4001 serta relay yang digunakan adalah relay 12 V dengan coil resistance sekitar 400 Ω dan nilai hfe min transistor 30 pada data sheet [15] Sehingga peracangan untuk nilai Rb adalah : IL = 12400 = 0.03 Sehingga Rb = VSxhFE5xIL = 12×305×0,03 = 2500 Ohm maka nilai Rb = 2500 Ω. Perancangan untuk output kendali diperlihatkan pada gambar 3.8.

3.3.3 Rangkaian Output LCD

Pada perancangan elektronika greenhouse ini LCD yang digunakan pada LCD character 16x4 yang berfungsi untuk menampilkan data setiap sensor. Berdasarkan datasheet tegangan kontras pin Vo maksimum LCD ini adalah 5 volt, nantinya akan digunakan variabel resistor sebesar 10 kohm yang akan digunakan untuk digunakan untuk Gambar 3. 8 Perancangan Output kendali PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI membatasi tegangan pada pin ini. Tujuannya adalah mengatur contras pada LCD tersebut. Rangkaian LCD character 16x4 ditunjukkan pada gambar 3.9

3.3.4 Rangkaian Data Logging Shield V1.0

Data logging shield V1.0 ini akan digunakan sebagai pewaktu dan penyimpan data pada greenhouse sehingga alat dapat diatur untuk melakukan sensing sesuai waktu yang diinginkan serta menyimpan data tersebut. Terdapat 2 IC utama pada shield ini yaitu IC untuk RTC dan SD cardnya. Untuk RTC teradapat 2 port pada shield ini yang nantinya akan dimasukkan pada port arduino mega yaitu port 4 dan 5 sebagai port SDL dan SDA. Sementara untuk SD card terdapat 4 port yaitu untuk keperluan SPI Serial Peripheral Interface yaitu 10, 11, 12, 13 sebagai MISO, MOSI, SCK dan SS. Pin tersebut dimasukkan ke pin SPI pada arduino mega seperti yang dijelaskan pada Bab 2 sebelumnya. Pada gambar 3.10 akan ditunjukkan perancangan elektronika untuk data logging shield V1.0 Gambar 3. 9 Perancangan LCD PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3.3.5 Rangkaian Push button

Penggunaan push button pada greenhouse ini digunakan untuk beberapa fungsi. Fungsi tersebut adalah sebagai tombol untuk mengecek status pada alat. Terdapat 5 tombol yang nantinya digunakan, yaitu untuk tombol untuk status input data sensor dan status output kendali, tombol untuk status pengiriman data, tombol start stop untuk mengehentikan dan melanjutkan kerja sistem dan tombol restart eksternal yang nantinya digunakan untuk mengulang proses pada mikrokontroler. Push button yang digunakan yang digunakan adalah jenis tombol tekan NC Normally Close dan berhambatan pull up, jadi ketika tombol ditekan maka akan berlogika satu HIGH, apabila dilepas akan berlogika nol LOW. Rangkaian reset yang dibentuk berdasarkan schematic rangkaian papan arduino uno r ev3. Rangkaian reset terdiri dari komponen resistor sebesar 10 KΩ, dan kapasitor sebesar 100nF.. Pin reset mikrokontroler adalah aktif rendah, sehingga transisi dari tinggi ke rendah saat tombol reset ditekan akan menyebabkan reset mikrokontroler. Berdasarkan data sheet ATmega2650 lebar pulsa minimum yang diperlukan untuk melakukan reset adalah 2,5us. Resistor pull-up akan menjaga agar pin reset tidak berlogika rendah secara tidak sengaja. Untuk melindungi pin reset dari derau, dapat menambahkan kapasitor yang terhubung dengan pin reset dan ground. Untuk mengetahui besar kapasitor dengan persamaan berikut: 2,5uS = ∗ � ∗ ∗ 3 ∗� Gambar 3. 10 Perancangan data logging Shield V1.0 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI c = ,5∗ −6 ∗ ∗ � ∗ ∗ 3 = 6uF Sementara untuk nilai resisor pada tombol lainnya adalah 22 KΩ sesuai dengan rekomendasi dari data sheet atmega2650. Rangkaian Push button ditunjukkan pada gambar 3.11.

3.3.6 Rangkaian LED

Penggunaan LED pada greenhouse ini adalah sebagai indikator kondisi di dalam greenhouse. Indikator – indikator tersebut seperti yang ditunjukan pada gambar 3.5. LED akan diberikan resistor sebagai pembatas arus pada LED,sehingga arus akan masuk sesuai dengan yang dibutuhkan LED. Ini karena LED sangan sensitif pada arus tinggi yang dapat menyebabkan LED tersebut rusak. Perancangan elektronika untuk output LED ditunjukkan pada gambar 3.12 Perancangan nilai resistor pada LED dapat dilihat pada persamaan berikut : � = 5 − Volt , ampere � = .5 KΩ Gambar 3. 11 Perancangan Push button PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3.3.7 Rangkaian Keseluruhan Alokasi Pin

Rangkaian sebelumnya digabungkan menjadi satu kesatuan sebagai kontrol smart greenhouse. Untuk Alokasi pin pada arduino mega ditunjukkan pada tabel 3.1 dan untuk perancangannya dintunjukkan pada gambar 3.13 Gambar 3. 12 Perancangan LED Tabel 3. 1 Alokasi Pin Arduino mega 2650 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Gambar 3. 13 Perancangan elektronika keseluruhan smart greenhouse PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3. 4 Perancangan Diagram Alir

Perancangan ini merupankan perancangan alur program yang nantinya akan menjadi panduan untuk membuat program pada software arduino. Terdapat beberapa bagian untuk perancangan ini, yaitu perancangan program utama, Subrutin pengambilan data sensor, Subrutin kendali dan Subrutin tombol status.

3.4.1 Perancangan Program Utama

Perancangan program utama ini dibuat dalam bentuk diagram alir yang di tunjukkan pada gambar 3.14. Diagram ini akan menjadi acuan untuk membuat program pada arduno mega 2650 sebagai kontrol pada hardware. Program dimulai dengan inisialisasi port mikrokontroler untuk port analog dan digital sebagai input dan output pada hardware ini. Selanjutnya sistem akan mengecek apakah RTC dan SD card dapat bekerja dengan baik. Setelah itu dilakukan Setup untuk timer yang nantinya digunakan untuk looping saat pengambilan data. Saat looping timer akan mulai menghitung 1 sampai 10. Dalam hitungan tersebut yang dilakukan program adalah melakukans pendambilan data sensor, subrutin kendali, status output, kirim paket data, dan cek input button, namun sebelumnya terdapat tombol start untuk memulai program looping. Penyimpanan data pengukuran dari kedua sensor ditetapkan dengan menyimpankan sejumlah karakter dalam paket data yang disimpan sebanyak 47 karakter dalam setiap 1 menit dan setiap data berjumlah 47 karakter. Format paket data yang digunakan adalah berektensi.csv Comma Separated Values dimana suatu format data dalam basis data dimana setiap penyimpanan dipisahkan dengan koma , atau titik koma ; dan format ini dapat dibuka didalam MS.Excel ataupun Notepadwordpad. S etiap karakter dipisahkan dengan karakter “”, data pengukuran yang dikirimkan adalah tanggal, jam, status sistem kontrol dan 3 data sensor suhu, kelembaban udara, kelembaban tanah. Format data tersebut disesuaikan dengan kebutuhan. Berikut ini bentuk format datanya HH:mm:SS dd-MM-yyyy111SaaaaUbbbbTccc dan penjelasan mengenai format data dapat dilihat pada tabel 3.2 Setelah paket data disimpan apabila waktu yang ditunjukkan telah 1 menit maka program akan melakukan looping untuk kembali mengecek kondisi greenhouse. Looping akan mulai dari subrutin pengambilan data sensor. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Tabel 3. 2 Format Paket Data Gambar 3. 14 Diagram Alir Program Utama PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3.4.2 Subrutin Pengambilan Data Sensor

Pada diagram alir subrutin pengambilan data sensor, terdapat 2 tahap utama yaitu pengambilan data sensor digital dan data sensor analog. Data sensor digital diambil dari SHT 11 dan dapat langsung masuk pada tahap selanjutnya, sementara untuk YL-69 akan dilakukan konversi sebelumnya dari analog ke digital agar dapat diolah oleh mikrokontroler. Diagram alir subrutin pengambilan data sensor di perlihatkan pada gambar 3.15. Gambar 3. 15 Diagram Alir Subrutin Pengambilan Data Sensor PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3.4.3 Subrutin Kendali

Pada Subrutin ini data yang telah di ambil dari sensor dan di konversi sebelumnya akan dibandingkan dengan nilai-nilai set point yang sudah di tetapkan. Nilai – nilai ini dibuat penulis untuk mengondisikan tanaman tropis pada greenhouse. Nilai-nilai tersebut ditunjukkan pada tabel 3.3. Saat nilai sensor melewati batas bawah atau batas atas nilai set point maka itu akan menghidupkan atau mematikan alat-alat pengandali tersebut. Untuk diagram alir subrutin kendali diperlihatkan pada gambar 3.16 Gambar 3. 16 Diagram Alir Subrutin Kendali Tabel 3. 3 Kondisi pengendalian sistem smart greenhouse Gambar 3. 17 Diagram Alir Subrutin Tombol Status PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3.4.4 Subrutin Tombol Status

Pada subrutin ini terdapat beberapa perintah yang nantinya akan dilakukan oleh Tombol atau push button yang ada pada greenhouse ini. Perintah itu adalah untuk menampilkan nilai input sensor dan status output kendali pada LCD. Perintah ini dibuat agar nantinya user dapat membaca data dengan mudah karena pada tampilan utama LCD hanya menampilkan paket data. Diagram alir untuk subrutin tombol status terdapat pada gambar 3.17. 42

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN