Sistem Pengisian Bak Mandi Otomatis Berbasis Mikrokontroler.

Universitas Kristen Maranatha i

ABSTRAK

Pengisian air pada bathtub secara manual memerlukan pengguna untuk mengatur kran agar mendapatkan suhu air yang tepat. Selain itu pengguna harus menunggu pengisian agar air pada bathtub tidak melimpah keluar. Mikrokontroler dapat membuat alat yang membantu mengisi dan menguras air secara otomatis. Alat ini dapat mengisi suhu dan ketinggian air yang dikehendaki secara otomatis, dan membuang air secara otomatis ketika ketinggian air terlalu tinggi. Sistem pada alat ini dibagi menjadi tiga blok yaitu input, proses, dan output. Input terdiri dari push

button, sensor suhu, dan sensor ultrasonik. Output terdiri dari LED, solenoid valve,

dan TFT LCD. Semua komponen tersebut dioperasikan atau diproses oleh mikrokontroler ATmega2560, yang terintegrasi pada kit Arduino Mega. Dengan bantuan alat ini, maka pengisian air pada bathtub akan lebih mudah dan efisien.

Universitas Kristen Maranatha ii

ABSTRACT

Manual filling system on bathtub need user to control the valve for suitable temperature of water. User also have to wait the filling process to prevent bathtub from overflowing. Microcontroller can make device that automatically fill and drain water on bathtub. This device automatically fill a required temperature and water level on bathtub, and drain water automatically when water level is too high. Device is divided into three block of system input, process, and output. Input consist of temperature sensor, ultrasonic sensor, and push button. Output consist of solenoid valve, TFT LCD, and LED. All of component is operated or processed by ATmega2560 microcontroller which is integrated on Arduino Mega Kit. Bathtub filling is easier and more efficient with this device.

Universitas Kristen Maranatha iv

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR LAMPIRAN ... ix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1Latar Belakang Masalah ... 1

1.2Identifikasi Masalah ... 2

1.3Tujuan ... 2

1.4Pembatasan Masalah ... 2

1.5 Sistematika Penelitian ... 2

BAB II LANDASAN TEORI ... 4

2.1 Air………... 4

2.2 Bathtub / Bak Mandi ... 4

2.3 Suhu Mandi ... 7

2.4 Mikroprosesor ... 7

2.5 Mikrokontroler ... 9

2.6 ATmega 2560 ... 10

2.7 Arduino Mega ... 12

2.7.1 Revisi Arduino Mega ... 13

2.7.2 Sumber Daya ... 14

2.7.3 Memori & Input / Output Memori ... 15

2.7.4 Komunikasi ... 17

2.7.5 Pemograman ... 18

2.7.6 Reset ... 19

2.7.7 Karakteristik Fisik ... 20

2.7.8 Pemetaan Pin Arduino Mega ... 20

2.8 Sensor Ultrasonik ... 28

2.8.1 Cara Kerja Sensor Ultrasonik ... 28

2.8.2 Aplikasi Sensor Ultrasonik ... 30

2.8.3 Rangkaian Sensor Ultrasonik ... 31

2.8.4 Sensor Ultrasonik HC-SR04 ... 33

2.9 Sensor Suhu DS18B20 ... 34

2.10 Push Button ... 35

2.11 Solenoid Valve ... 36

Universitas Kristen Maranatha v

2.13 TFT LCD ... 39

2.14 Transistor ... 41

2.15 Resistor ... 44

2.15.1 Fungsi Resistor ... 44

2.15.2 Rangkaian Pull-Up Resistor ... 45

2.16 Dioda ... 46

BAB III DESAIN & PERANCANGAN ... 48

3.1 Perancangan Alat ... 48

3.2 Diagram Blok Alat ... 49

3.3 Analisis Kebutuhan ... 50

3.3.1 Hardware ... 50

3.3.2 Software ... 52

3.4 Rangkaian Skematik Hardware ... 53

3.4.1 Rangkaian Skematik Sistem Pengisian Bathtub Otomatis ... 53

3.4.2 Rangkaian Push Button ... 54

3.4.3 Skematik Sensor Ultrasonik ... 55

3.4.4 Skematik Sensor Suhu DS18B20 ... 56

3.4.5 Skematik Light Emitting Diode (LED) ... 56

3.4.6 Skematik Solenoid Valve ... 57

3.4.7 Skematik TFT LCD ... 57

3.5 Flowchart Sistem Pengisian Bathtub Otomatis ... 58

BAB IV IMPLEMENTASI & ANALISIS ... 63

4.1 Metode Pengujian ... 63

4.2 Pengujian Perangkat Push Button ... 63

4.3 Pengujian Sensor Suhu DS18B20 ... 67

4.4 Pengujian Sensor Ultrasonik HC-SR04 ... 70

4.5 Pengamatan Perangkat Solenoid Valve ... 74

4.6 Pengamatan Komponen LED ... 75

4.7 Pengamatan Komponen TFT LCD ... 76

4.8 Pengujian Sistem Secara Keseluruhan ... 76

BAB V KESIMPULAN & SARAN ... 84

5.1 Kesimpulan ... 84

5.2 Saran ……….84

Universitas Kristen Maranatha vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Contoh bathtub atau bak pemandian ... 5

Gambar 2.2 Kran air ... 6

Gambar 2.3 Mikroprosesor ... 8

Gambar 2.4 Blok Diagram ATmega2560 ... 11

Gambar 2.5 Mikrokontroler ATmega2560 ... 12

Gambar 2.6 Arduino Mega Tampak Depan ... 14

Gambar 2.7 Pemetaan Pin Arduino Mega ... 21

Gambar 2.8 Cara Kerja Sensor Ultrasonik ... 29

Gambar 2.9 Rangkaian Dasar Transmitter Pada Sensor Ultrasonik ... 32

Gambar 2.10 Rangkaian Dasar Receiver Pada Sensor Ultrasonik ... 32

Gambar 2.11 Sensor Ultrasonik HC-SR04 ... 33

Gambar 2.12 Gambar sistem pewaktu pada sensor HC-SR04 ... 33

Gambar 2.13 Konfigurasi kaki Sensor DS18B20 ... 34

Gambar 2.14 Sensor DS1B20 ... 35

Gambar 2.15 Push Button ... 35

Gambar 2.16 Solenoid Valve ... 37

Gambar 2.17 Prinsip Kerja Solenoid Valve ... 37

Gambar 2.18 Lampu LED ... 38

Gambar 2.19 Cara Kerja LED ... 39

Gambar 2.20 Susunan Rangkaian TFT LCD ... 40

Gambar 2.21 Konfigurasi kaki TFT LCD ... 40

Gambar 2.22 NPN dan PNP Transistor ... 42

Gambar 2.23 Transistor TIP120 ... 43

Gambar 2.24 Resistor ... 44

Gambar 2.25 Rangkaian Resistor Pull-up ... 46

Gambar 2.26 Komponen Dioda ... 46

Gambar 2.27 Dioda Sebagai Penghambat Arus Listrik ... 47

Gambar 3.1 Desain Alat Bak Mandi Otomatis ... 49

Gambar 3.2 Diagram Blok ... 49

Gambar 3.3 Skematik Sistem Pengisian Bathtub otomatis ... 54

Gambar 3.4 Skematik Push Button ... 55

Gambar 3.5 Skematik Rangkaian Sensor Ultrasonik ... 55

Gambar 3.6 Skematik Sensor Suhu DS18B20 ... 56

Gambar 3.7 Skematik LED ... 56

Gambar 3.8 Skematik Solenoid Valve ... 57

Gambar 3.9 Skematik TFT LCD ... 58

Universitas Kristen Maranatha vii

Gambar 3.11 Flowchart program kuras ... 60

Gambar 3.12 Flowchart Program Isi ... 61

Gambar 3.13 Flowchart ketika pengisian selesai ... 62

Gambar 4.1 Panel Alat dan Rangkaian Push Button ... 64

Gambar 4.2 Informasi Pada LCD ... 64

Gambar 4.3 Kondisi LED ketika Push Button ditekan ... 65

Gambar 4.4 Informasi Batas Suhu dan Batas Ketinggian pada LCD ... 65

Gambar 4.5 Implementasi Sensor Suhu DS18B20 ... 67

Gambar 4.6 Implementasi Sensor Ultrasonik ... 70

Gambar 4.7 Sensor Ultrasonik Terhadap Ketinggian Air ... 71

Gambar 4.8 Solenoid Valve pada Ember Air Panas dan Air Dingin ... 74

Gambar 4.9 Solenoid Valve pada Ember pencampuran Air ... 75

Gambar 4.10 Rangkaian LED pada Alat ... 75

Gambar 4.11 Rangkaian TFT LCD pada Alat ... 76

Gambar 4.12 Percobaan Rangkaian ... 76

Gambar 4.13 Percobaan Rangkaian ... 77

Gambar 4.14 Percobaan Rangkaian ... 77

Gambar 4.15 Percobaan Rangkaian ... 78

Gambar 4.16 Percobaan Rangkaian ... 79

Gambar 4.17 Percobaan Rangkaian ... 79

Universitas Kristen Maranatha viii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konfigurasi PORT A ATmega2560 ... 21

Tabel 2.2 Konfigurasi PORT B ATmega2560 ... 22

Tabel 2.3 Konfigurasi PORT C ATmega2560 ... 23

Tabel 2.4 Konfigurasi PORT D ATmega2560 ... 23

Tabel 2.5 Konfigurasi PORT E ATmega2560 ... 24

Tabel 2.6 Konfigurasi PORT F ATmega2560 ... 25

Tabel 2.7 Konfigurasi PORT G ATmega2560 ... 25

Tabel 2.8 Konfigurasi PORT H ATMega2560 ... 26

Tabel 2.9 Konfigurasi PORT J ATMega2560... 26

Tabel 2.10 Konfigurasi

Port

K ATMega2560 ... 27

Tabel 2.11 Konfigurasi

Port

L ATMega2560 ... 27

Tabel 3.1 Konfigurasi Pin Sistem Bathtub Otomatis ... 54

Tabel 4.1 Data Pengamatan Push Button Terhadap Batas suhu dan Batas Ketinggian ... 66

Tabel 4.2 Data Pengamatan Push Button Terhadap Program yang Dikerjakan 66 Tabel 4.3 Data Pengamatan Sensor Suhu DS18B20 ... 68

Tabel 4.4 Data Pengamatan Sensor Suhu DS18B20 ... 69

Tabel 4.5 Data Pengamatan Sensor Ultrasonik ... 72

Tabel 4.6 Data Pengamatan Sensor Ultrasonik ... 73

Tabel 4.7 Pengujian Alat ... 81

Tabel 4.8 Pengujian Alat ... 82

Universitas Kristen Maranatha ix

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A ... A-1 Lampiran B ... B-1 Lampiran C ... C-1

Universitas Kristen Maranatha

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Masalah

Manusia selalu membutuhkan air, karena air adalah kebutuhan pokok makhluk hidup. Dalam kegiatan sehari-hari, manusia selalu menggunakan air tidak terkecuali untuk mandi, banyak masyarakat yang menggunakan

bathtub atau biasa sering disebut bak mandi sebagai medium untuk

menampung air untuk mandi. Pada saat ini masyarakat masih harus mengatur kran air panas dan kran air dingin agar mendapatkan ketinggian dan suhu air yang pas pada bathtub, ketinggian atau suhu air yang tidak pas akan membuat air yang ada pada bathtub cenderung dibuang dan penggunaan air seperti itu adalah bukan penggunaan yang efisien. Selain membuat penggunaan air tidak efisien, air yang suhunya terlalu panas atau terlalu dingin akan berdampak buruk pada kulit, terutama pada manula dan bayi. Teknologi yang berkembang pada zaman sekarang ini dapat membantu masyarakat, sehingga dapat dibuat alat bersifat praktis untuk melakukan pengisian dan pengurasan bathtub secara otomatis.

Mikrontroler adalah komputer dalam satu chip, yang di dalamnya terdapat mikroprosesor, memori, jalur Input/Output (I/O) dan perangkat pelengkap lainnya, dengan bantuan mikrokontroler maka dapat dibuat alat yang mendeteksi ketinggian dan suhu air.

Selain itu mikrokontroler juga dapat mengatur kerja kran elektris yang akan membuka dan menutup secara otomatis sesuai dengan kebutuhan. Oleh

karena itu, penulis mengambil judul “SISTEM PENGISIAN BAK MANDI

OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER” untuk memudahkan mengatur suhu dan ketinggian serta menguras air pada bak mandi secara otomatis.

2

Universitas Kristen Maranatha

1.2Identifikasi Masalah

Bagaimana merancang dan membuat sistem pengisian bak mandi otomatis berbasis mikrokontroler?

1.3Tujuan

Membuat dan merancang sistem pengisian bak mandi otomatis berbasis mikrokontroler.

1.4 Pembatasan Masalah

1. Ketinggian air dideteksi oleh sensor ultrasonik. 2. Suhu air dideteksi oleh sensor suhu.

3. Push button sebagai input pengubah batas suhu dan batas ketinggian,

beserta input untuk melakukan pengisian dan kuras bak mandi.

4. Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATmega2560 yang terintegrasi pada board Arduino mega.

5. Lampu LED untuk menandai push button yang ditekan.

6. TFT LCD sebagai output untuk menampilkan hasil deteksi ketinggian

dan suhu, batas ketinggian dan suhu, indikator penanda proses isi dan kuras telah selesai, dan sebagai indikator penyesuaian ketinggian air. 7. Kran elektris solenoida / Solenoid Valve sebagai kran otomatis pada

perangkat ini.

8. Alat ini bersifat purwarupa.

9. Alat diimplementasikan pada ember. 10. Ketinggian maksimal air adalah 25 cm.

1.5 Sistematika Penelitian

Bab I : Pendahuluan

Berisi pembahasan mengenai latar belakang perkembangan teknologi dan hubungannya dengan sistem pengisian bak mandi otomatis.

3

Universitas Kristen Maranatha Bab II : Landasan Teori

Berisi penjelasan mengenai konsep dasar dari pembuatan sistem yang akan digunakan untuk sistem pengisian bak mandi otomatis. Bab III : Desain dan Perancangan

Berisi penjelasan yang berkaitan dengan perancangan sistem pengisian bak mandi otomatis dan menjalankan program.

Bab IV : Implementasi dan Analisis

Berisi pembahasan mengenai cara perancangan sistem dan cara kerja.

Bab V : Kesimpulan dan Saran

Berisi kesimpulan dari pembuatan sistem pengisian bak mandi otomatis beserta saran.

Universitas Kristen Maranatha 84

BAB V

KESIMPULAN & SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian pada alat sistem pengisian bathtub otomatis berbasis mikrokontroler maka kesimpulan yang diperoleh adalah sebagai berikut :

1. Perangkat untuk melakukan pengisian otomatis pada bak mandi /

bathtub dapat direalisasikan.

2. Sensor ultrasonik dapat mendeteksi ketinggian air dengan rata-rata akurasi 96% dan presisi ±0,266cm.

3. Sensor suhu dapat mendeteksi suhu air dengan rata-rata akurasi 96,1% dan presisi ±0,264cm.

4. Komponen yang digunakan dapat menunjang alat ini agar berfungsi sebagaimana mestinya.

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan untuk menunjang alat ini untuk performa yang lebih baik adalah sebagai berikut :

1. Menggunakan Solenoid Valve yang berdiameter lebih besar agar pengisian bisa lebih cepat.

2. Kendali alat dan tampilan informasi dapat dikembangkan pada

Universitas Kristen Maranatha 85

DAFTAR PUSTAKA

Budiharto, Widodo. 2006. Belajar Sendiri Membuat Robot Cerdas. Jakarta :

PT.Elex Media Komputindo.

Giancoli, Douglas C. 2004. Fisika Edisi Ke 5. Jakarta : Erlangga.

Isyanto, Jazi Eko. 2014. Pengantar Elektronika dan Instrumentasi Pendekatan

Project Arduino & Android. Yogyakarta : ANDI.

Kadir, Abdul. 2015. From Zero to a Pro. Yogyakarta : ANDI.

Rodney Zacks. 1991. DARI CHIP KE SISTEM : Pengantar Mikroprosesor. Jakarta:

Erlangga.

http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Blink, diakses pada 30 April 2016.

http://www.arduino.cc/en/tutorial/pushbutton, diakses pada 30 April 2016.

http://arduinobasics.blogspot.co.id/2012/11/arduinobasics-hc-sr04-ultrasonic-sensor.html, diakses pada 1 April 2016.

http://www.bc-robotics.com/tutorials/controlling-a-solenoid-valve-with-arduino/,

diakses pada 1 April 2016.

http://github.com/adafruit/Adafruit-ST7735-Library/blob/master/examples/graphicstest/graphicstest.ino, diakses pada 28

April 2016.

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A ... A-1 Lampiran B ... B-1 Lampiran C ... C-1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Masalah

Manusia selalu membutuhkan air, karena air adalah kebutuhan pokok makhluk hidup. Dalam kegiatan sehari-hari, manusia selalu menggunakan air tidak terkecuali untuk mandi, banyak masyarakat yang menggunakan

bathtub atau biasa sering disebut bak mandi sebagai medium untuk

menampung air untuk mandi. Pada saat ini masyarakat masih harus mengatur kran air panas dan kran air dingin agar mendapatkan ketinggian dan suhu air yang pas pada bathtub, ketinggian atau suhu air yang tidak pas akan membuat air yang ada pada bathtub cenderung dibuang dan penggunaan air seperti itu adalah bukan penggunaan yang efisien. Selain membuat penggunaan air tidak efisien, air yang suhunya terlalu panas atau terlalu dingin akan berdampak buruk pada kulit, terutama pada manula dan bayi. Teknologi yang berkembang pada zaman sekarang ini dapat membantu masyarakat, sehingga dapat dibuat alat bersifat praktis untuk melakukan pengisian dan pengurasan bathtub secara otomatis.

Mikrontroler adalah komputer dalam satu chip, yang di dalamnya terdapat mikroprosesor, memori, jalur Input/Output (I/O) dan perangkat pelengkap lainnya, dengan bantuan mikrokontroler maka dapat dibuat alat yang mendeteksi ketinggian dan suhu air.

Selain itu mikrokontroler juga dapat mengatur kerja kran elektris yang akan membuka dan menutup secara otomatis sesuai dengan kebutuhan. Oleh

karena itu, penulis mengambil judul “SISTEM PENGISIAN BAK MANDI

OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER” untuk memudahkan mengatur suhu dan ketinggian serta menguras air pada bak mandi secara otomatis.

2

1.2Identifikasi Masalah

Bagaimana merancang dan membuat sistem pengisian bak mandi otomatis berbasis mikrokontroler?

1.3Tujuan

Membuat dan merancang sistem pengisian bak mandi otomatis berbasis mikrokontroler.

1.4 Pembatasan Masalah

1. Ketinggian air dideteksi oleh sensor ultrasonik. 2. Suhu air dideteksi oleh sensor suhu.

3. Push button sebagai input pengubah batas suhu dan batas ketinggian,

beserta input untuk melakukan pengisian dan kuras bak mandi.

4. Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATmega2560 yang terintegrasi pada board Arduino mega.

5. Lampu LED untuk menandai push button yang ditekan.

6. TFT LCD sebagai output untuk menampilkan hasil deteksi ketinggian

dan suhu, batas ketinggian dan suhu, indikator penanda proses isi dan kuras telah selesai, dan sebagai indikator penyesuaian ketinggian air. 7. Kran elektris solenoida / Solenoid Valve sebagai kran otomatis pada

perangkat ini.

8. Alat ini bersifat purwarupa.

9. Alat diimplementasikan pada ember. 10. Ketinggian maksimal air adalah 25 cm.

1.5 Sistematika Penelitian

Bab I : Pendahuluan

Berisi pembahasan mengenai latar belakang perkembangan teknologi dan hubungannya dengan sistem pengisian bak mandi otomatis.

3

Bab II : Landasan Teori

Berisi penjelasan mengenai konsep dasar dari pembuatan sistem yang akan digunakan untuk sistem pengisian bak mandi otomatis. Bab III : Desain dan Perancangan

Berisi penjelasan yang berkaitan dengan perancangan sistem pengisian bak mandi otomatis dan menjalankan program.

Bab IV : Implementasi dan Analisis

Berisi pembahasan mengenai cara perancangan sistem dan cara kerja.

Bab V : Kesimpulan dan Saran

Berisi kesimpulan dari pembuatan sistem pengisian bak mandi otomatis beserta saran.

BAB V

KESIMPULAN & SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian pada alat sistem pengisian bathtub otomatis berbasis mikrokontroler maka kesimpulan yang diperoleh adalah sebagai berikut :

1. Perangkat untuk melakukan pengisian otomatis pada bak mandi /

bathtub dapat direalisasikan.

2. Sensor ultrasonik dapat mendeteksi ketinggian air dengan rata-rata akurasi 96% dan presisi ±0,266cm.

3. Sensor suhu dapat mendeteksi suhu air dengan rata-rata akurasi 96,1% dan presisi ±0,264cm.

4. Komponen yang digunakan dapat menunjang alat ini agar berfungsi sebagaimana mestinya.

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan untuk menunjang alat ini untuk performa yang lebih baik adalah sebagai berikut :

1. Menggunakan Solenoid Valve yang berdiameter lebih besar agar pengisian bisa lebih cepat.

2. Kendali alat dan tampilan informasi dapat dikembangkan pada

DAFTAR PUSTAKA

Budiharto, Widodo. 2006. Belajar Sendiri Membuat Robot Cerdas. Jakarta : PT.Elex Media Komputindo.

Giancoli, Douglas C. 2004. Fisika Edisi Ke 5. Jakarta : Erlangga.

Isyanto, Jazi Eko. 2014. Pengantar Elektronika dan Instrumentasi Pendekatan

Project Arduino & Android. Yogyakarta : ANDI.

Kadir, Abdul. 2015. From Zero to a Pro. Yogyakarta : ANDI.

Rodney Zacks. 1991. DARI CHIP KE SISTEM : Pengantar Mikroprosesor. Jakarta: Erlangga.

http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Blink, diakses pada 30 April 2016. http://www.arduino.cc/en/tutorial/pushbutton, diakses pada 30 April 2016.

http://arduinobasics.blogspot.co.id/2012/11/arduinobasics-hc-sr04-ultrasonic-sensor.html, diakses pada 1 April 2016.

http://www.bc-robotics.com/tutorials/controlling-a-solenoid-valve-with-arduino/, diakses pada 1 April 2016.

http://github.com/adafruit/Adafruit-ST7735-Library/blob/master/examples/graphicstest/graphicstest.ino, diakses pada 28 April 2016.