T1__BAB III Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Kontrol dan Sistem Pemantauan Air Sampler T1 BAB III
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini penulis menjelaskan mengenai perancangan dan realisasi kontrol
dan sistem monitoring air sampler dengan menggunakan mikrokontroler sebagai
pengendali utama pada sistem dan sebuah komputer sebagai user interface nya.
Bahasan perancangan dimulai dengan penjelasan alat secara keseluruhan yaitu
penjelasan singkat bagaimana alat bekerja.
Pembahasan selanjutnya mengenai penjelasan perancangan dari sistem
elektroniknya. Yaitu penjelasan perancangan mikrokontroler sebagai pengendali
utama serta komponen lain yang terhubung pada mikrokontroler. Serta penjelasan
mengenai keterkaitan sensor untuk memenuhi spesifikasi sebagai menu yang ada
(Input volume, timer, dan info alat saat melakukan pengukuran volume).
Kemudian pembahasan diakhiri dengan penjelasan dari perancangan perangkat
lunak. Perangkat lunak berupa program pada mikrokontroler untuk mengolah data
dari sensor maupun dari komputer, serta perancangan aplikasi user interface yang
terdapat pada komputer.
3.1
Gambaran Alat
Sistem yang dirancang oleh penulis adalah sebuah kontrol dan sistem
monitoring air sampler yang menggunakan sebuah komputer sebagai user interface
nya dan untuk memantau pengukuran data yang dilakukan oleh 3 alat air sampler.
Sistem ini memiliki berbagai fitur yaitu, timer untuk menjalankan alat secara
otomatis, dan time interval saat menampilkan data pengukuran yaitu terdiri 1 sampai
5 sekon sekali saat menampilkan data pengukuran, dan input data volume sebesar
100 hingga 1000 liter.
Pada komputer dan mikrokontroler sendiri dihubungkan dengan menggunakan
komunikasi serial.
10
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem.
3.2
Perancangan Perangkat Keras
Perangkat keras yang dirancang adalah perancangan oleh penulis dengan
menggunakan vacuum/blower yang sama yang digunakan oleh PT. Kleenviro, hanya
saja dimensi alat telah dimodifikasi menjadi 30 cm x 29,5 cm x 18 cm, modifikasi
dimensi disesuaikan dengan modul-modul yang digunakan untuk penunjang
perancangan. Adapun modul yang digunakan yaitu :
Board mikrokontroler jenis Arduino Mega 2560.
Modul Flowsensor.
Relay.
Vacuum/Blower Ametek SE12RE21SA.
11
Gambar 3.2. Gambar Sketsa Air Sampler.
Gambar 3.3. Realisasi Perangkat Keras Air Sampler.
3.3
Perancangan Elektronika
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan elektronika yang
dipakai dalam sistem yang akan dibuat. Perancangan elektronika dalam pembuatan
tugas akhir ini terdiri dari bagian utama sebagai berikut :
Mikrokontroler jenis Arduino Mega 2560 sebagai pengendali utama.
Modul Flowsensor.
Relay.
Vacuum/blower Ametek SE12RE21SA.
12
3.3.1
Pengendali Utama
Pengendali utama pada tugas akhir ini menggunakan board Arduino Mega
2560 dengan IC mikrokontroler ATmega 2560. Sebagai pengendali utama, tugas
mikrokontroler antara lain :
1. Melakukan komunikasi dengan komputer menggunakan komunikasi serial.
2. Mengolah data masukan yang didapat dari komunikasi dengan komputer.
3. Mengolah data yang didapat dari flowsensor yang berupa sinyal kotak yang
kemudian dikonversi menjadi perhitungan flowrate.
4. Sebagai timer penghitung mundur untuk menjalankan alat secara otomatis.
5. Mengirim data-data dari flowsensor yang telah diolah kepada komputer.
6. Menghidupkan-matikan relay yang tersambung pada vacuum/blower dan
catu daya.
Tabel 3.1. Konfigurasi pin mikrokontroler Arduino Mega 2560 yang digunakan
Nama Port
Fungsi
PORT 2
Terhubung dengan keluaran data dari flowsensor
PORT 13
Terhubung dengan relay
PORT POWER 5V
Terhubung dengan vcc dari flowsensor
PORT GND
Terhubung dengan salah satu kaki relay dan terhubung
dengan GND dari flowsensor
13
Gambar 3.4. Skema Rancangan Pengendali Utama
Modul Flow Sensor
3.3.2
Pada tugas akhir ini membutuhkan modul flow sensor sebagai pengukur udara
yang terhisap oleh vaccum/blower dengan keluaran data yang dihasilkan berupa
sinyal kotak yang akan diolah oleh arduino. Modul sensor ini cukup mudah untuk
mengaplikasikannya dengan arduino, selain itu modul sensor flow dapat dengan
mudah didapatkan.
Berikut skema konfigurasi pin antara modul flow sensor dengan Arduino mega
2560.
Gambar 3.5. Wiring Modul Flow Sensor.
14
3.3.3
Relay
Pada perancangan ini menggunakan relay sebagai saklar yang menghubungkan
salah satu keluaran sumber tegangan 12V dengan salah satu kaki motor DC
vacuum/blower. Relay yang digunakan sendiri merupakan relay 5V, yang berarti
relay aktif apabila mendapat tegangan DC sebesar 5V.
Gambar 3.6. Skema Rangkaian Relay yang Digunakan.
3.3.4
Vacuum/Blower Ametek SE12RE21SA.
Pada tugas akhir ini menggunakan vacuum/blower Ametek SE12RE21SA yang
bertugas sebagai vacuum(penghisap udara). Pada komponen ini bekerja dengan
motor DC 7.5 - 12 V dengan 3 masukan yang masing-masing adalah VCC, GND.
Pada air sampler ini menggunakan 12 VDC.
Berikut adalah skema rancangan motor dengan sumber tegangan dan relay.
Gambar 3.7. Skema Rangkaian Motor DC yang Digunakan.
15
3.4
Perancangan Perangkat Lunak
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak yang
digunakan pada tugas akhir ini. Yang pertama akan membahas mikrokontroler
Arduino Mega 2560 yang bekerja sebagai pengolah data dan pengendali utama.
Selanjutnya akan membahas mengenai perancangan sistem user interface pada
komputer yang digunakan untuk kontrol dan memberi perintah pada Arduino Mega
2560, serta untuk menampilkan data sistem saat bekerja berupa flowrate dan volume
udara yang terhisap.
3.4.1
Program Mikrokontroler
Perancangan perangkat lunak mikrokontroler menggunakan mikrokontroler
Arduino Mega 2560. Program dimulai dari menunggu inputan data dari komputer.
Arduino akan menunggu inputan sebanyak empat data inputan yang akan dikirim
oleh komputer sebelum Arduino akan memulai untuk mengeksekusi data yang
diberikan.
Data pertama yang diterima Arduino merupakan data yang digunakan untuk
penghitungan mundur yang berfungsi sebagai timer untuk arduino melakukan tugas
berikutnya.
Data kedua akan terbaca sebagai waktu interval penampilan sampling saat
melakukan pengukuran.
Data ketiga merupakan data volume yang digunakan sebagai batas pengukuran,
dengan membandingkan inputan data yang diterima oleh flow sensor. Tetapi pada
data ketiga akan memiliki kondisi khusus yaitu apabila data ketiga memiliki nilai “1”
dan data keempat telah diterima maka arduino tidak akan bekerja, dan akan merestart untuk menunggu masukan data dari awal.
Data keempat merupakan data terakhir yang akan diterima sebagai trigger
untuk arduino memulai untuk bekerja.
Berikut adalah diagram alir program mikrokontroler pada sistem yang dibuat.
16
Gambar 3.8. Diagram Alir Program Mikrokontroler.
17
3.4.2
Aplikasi User Interface Komputer
Air sampler ini dikendalikan oleh komputer melalui komunikasi serial.
Aplikasi user interface ini merupakan aplikasi windows. User interface ini
digunakan untuk memberi inputan data untuk diolah oleh Arduino dan menampilkan
data perkembangan saat alat mulai bekerja.
Berikut adalah diagram alir program windows yang dibuat.
Gambar 3.9. Diagram Alir Program User Interface Komputer.
18
Program user interface aplikasi windows
ini dibuat dengan menggunakan
program Visual Studio. User interface dimulai dengan windows awal yaitu
pengaturan timer untuk tiap-tiap alat.
Gambar 3.10. Tampilan Jendela Aplikasi Timer.
Pada gambar di atas user dapat mengatur waktu untuk tiap-tiap alat yang akan
dijalankan. Setelah menekan tombol set pada tiap-tiap bagian maka komputer akan
mengirimkan data pada Arduino. Setelah user mengatur timer maka tekan tombol
“next” setelah itu maka akan keluar jendela aplikasi untuk pilihan time sampling.
Gambar 3.11. Tampilan Jendela Aplikasi Time Interval.
19
Pada menu timer sampling user juga dapat mengatur timer interval pada tiaptiap alat yang diinginkan. Setelah menekan tombol set maka komputer akan
mengirimkan data ke arduino, dan apabila tombol set tidak ditekan komputer tetap
mengirimkan data ke arduino pada masing-masing alat. Setelah itu tekan tombol
“next” maka akan muncul jendela aplikasi baru yaitu jendela untuk mengatur
volume.
Gambar 3.12. Tampilan Jendela Aplikasi Pengaturan Volume.
Pada jendela aplikasi set volume, merupakan bagian pengaturan volume yang
akan diukur untuk tiap-tiap alat yang ingin dijalankan. Setelah selesai melakukan
pengaturan maka tekan tombol Botton4 pada jendela aplikasi, maka akan muncul
jendela baru yaitu jendela untuk memantau perkembangan volume terukur dan
flowrate pada saat alat bekerja. Apabila pada jendela ini salah satu alat tidak
dilakukan pengaturan volume maka komputer secara terprogram akan mengirim data
“1” pada arduino.
20
Gambar 3.13. Tampilan Jendela Monitoring Data.
Pada jendela ini untuk menjalankan masing-masing alat dengan menekan
connect. Setelah itu maka alat akan bekerja dan jendela aplikasi akan menampilkan
data yang diharapkan. Dan apabila untuk kembali ke menu awal maka dari tiap-tiap
alat harus dalam keadaan berhenti bekerja.
21
PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini penulis menjelaskan mengenai perancangan dan realisasi kontrol
dan sistem monitoring air sampler dengan menggunakan mikrokontroler sebagai
pengendali utama pada sistem dan sebuah komputer sebagai user interface nya.
Bahasan perancangan dimulai dengan penjelasan alat secara keseluruhan yaitu
penjelasan singkat bagaimana alat bekerja.
Pembahasan selanjutnya mengenai penjelasan perancangan dari sistem
elektroniknya. Yaitu penjelasan perancangan mikrokontroler sebagai pengendali
utama serta komponen lain yang terhubung pada mikrokontroler. Serta penjelasan
mengenai keterkaitan sensor untuk memenuhi spesifikasi sebagai menu yang ada
(Input volume, timer, dan info alat saat melakukan pengukuran volume).
Kemudian pembahasan diakhiri dengan penjelasan dari perancangan perangkat
lunak. Perangkat lunak berupa program pada mikrokontroler untuk mengolah data
dari sensor maupun dari komputer, serta perancangan aplikasi user interface yang
terdapat pada komputer.
3.1
Gambaran Alat
Sistem yang dirancang oleh penulis adalah sebuah kontrol dan sistem
monitoring air sampler yang menggunakan sebuah komputer sebagai user interface
nya dan untuk memantau pengukuran data yang dilakukan oleh 3 alat air sampler.
Sistem ini memiliki berbagai fitur yaitu, timer untuk menjalankan alat secara
otomatis, dan time interval saat menampilkan data pengukuran yaitu terdiri 1 sampai
5 sekon sekali saat menampilkan data pengukuran, dan input data volume sebesar
100 hingga 1000 liter.
Pada komputer dan mikrokontroler sendiri dihubungkan dengan menggunakan
komunikasi serial.
10
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem.
3.2
Perancangan Perangkat Keras
Perangkat keras yang dirancang adalah perancangan oleh penulis dengan
menggunakan vacuum/blower yang sama yang digunakan oleh PT. Kleenviro, hanya
saja dimensi alat telah dimodifikasi menjadi 30 cm x 29,5 cm x 18 cm, modifikasi
dimensi disesuaikan dengan modul-modul yang digunakan untuk penunjang
perancangan. Adapun modul yang digunakan yaitu :
Board mikrokontroler jenis Arduino Mega 2560.
Modul Flowsensor.
Relay.
Vacuum/Blower Ametek SE12RE21SA.
11
Gambar 3.2. Gambar Sketsa Air Sampler.
Gambar 3.3. Realisasi Perangkat Keras Air Sampler.
3.3
Perancangan Elektronika
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan elektronika yang
dipakai dalam sistem yang akan dibuat. Perancangan elektronika dalam pembuatan
tugas akhir ini terdiri dari bagian utama sebagai berikut :
Mikrokontroler jenis Arduino Mega 2560 sebagai pengendali utama.
Modul Flowsensor.
Relay.
Vacuum/blower Ametek SE12RE21SA.
12
3.3.1
Pengendali Utama
Pengendali utama pada tugas akhir ini menggunakan board Arduino Mega
2560 dengan IC mikrokontroler ATmega 2560. Sebagai pengendali utama, tugas
mikrokontroler antara lain :
1. Melakukan komunikasi dengan komputer menggunakan komunikasi serial.
2. Mengolah data masukan yang didapat dari komunikasi dengan komputer.
3. Mengolah data yang didapat dari flowsensor yang berupa sinyal kotak yang
kemudian dikonversi menjadi perhitungan flowrate.
4. Sebagai timer penghitung mundur untuk menjalankan alat secara otomatis.
5. Mengirim data-data dari flowsensor yang telah diolah kepada komputer.
6. Menghidupkan-matikan relay yang tersambung pada vacuum/blower dan
catu daya.
Tabel 3.1. Konfigurasi pin mikrokontroler Arduino Mega 2560 yang digunakan
Nama Port
Fungsi
PORT 2
Terhubung dengan keluaran data dari flowsensor
PORT 13
Terhubung dengan relay
PORT POWER 5V
Terhubung dengan vcc dari flowsensor
PORT GND
Terhubung dengan salah satu kaki relay dan terhubung
dengan GND dari flowsensor
13
Gambar 3.4. Skema Rancangan Pengendali Utama
Modul Flow Sensor
3.3.2
Pada tugas akhir ini membutuhkan modul flow sensor sebagai pengukur udara
yang terhisap oleh vaccum/blower dengan keluaran data yang dihasilkan berupa
sinyal kotak yang akan diolah oleh arduino. Modul sensor ini cukup mudah untuk
mengaplikasikannya dengan arduino, selain itu modul sensor flow dapat dengan
mudah didapatkan.
Berikut skema konfigurasi pin antara modul flow sensor dengan Arduino mega
2560.
Gambar 3.5. Wiring Modul Flow Sensor.
14
3.3.3
Relay
Pada perancangan ini menggunakan relay sebagai saklar yang menghubungkan
salah satu keluaran sumber tegangan 12V dengan salah satu kaki motor DC
vacuum/blower. Relay yang digunakan sendiri merupakan relay 5V, yang berarti
relay aktif apabila mendapat tegangan DC sebesar 5V.
Gambar 3.6. Skema Rangkaian Relay yang Digunakan.
3.3.4
Vacuum/Blower Ametek SE12RE21SA.
Pada tugas akhir ini menggunakan vacuum/blower Ametek SE12RE21SA yang
bertugas sebagai vacuum(penghisap udara). Pada komponen ini bekerja dengan
motor DC 7.5 - 12 V dengan 3 masukan yang masing-masing adalah VCC, GND.
Pada air sampler ini menggunakan 12 VDC.
Berikut adalah skema rancangan motor dengan sumber tegangan dan relay.
Gambar 3.7. Skema Rangkaian Motor DC yang Digunakan.
15
3.4
Perancangan Perangkat Lunak
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak yang
digunakan pada tugas akhir ini. Yang pertama akan membahas mikrokontroler
Arduino Mega 2560 yang bekerja sebagai pengolah data dan pengendali utama.
Selanjutnya akan membahas mengenai perancangan sistem user interface pada
komputer yang digunakan untuk kontrol dan memberi perintah pada Arduino Mega
2560, serta untuk menampilkan data sistem saat bekerja berupa flowrate dan volume
udara yang terhisap.
3.4.1
Program Mikrokontroler
Perancangan perangkat lunak mikrokontroler menggunakan mikrokontroler
Arduino Mega 2560. Program dimulai dari menunggu inputan data dari komputer.
Arduino akan menunggu inputan sebanyak empat data inputan yang akan dikirim
oleh komputer sebelum Arduino akan memulai untuk mengeksekusi data yang
diberikan.
Data pertama yang diterima Arduino merupakan data yang digunakan untuk
penghitungan mundur yang berfungsi sebagai timer untuk arduino melakukan tugas
berikutnya.
Data kedua akan terbaca sebagai waktu interval penampilan sampling saat
melakukan pengukuran.
Data ketiga merupakan data volume yang digunakan sebagai batas pengukuran,
dengan membandingkan inputan data yang diterima oleh flow sensor. Tetapi pada
data ketiga akan memiliki kondisi khusus yaitu apabila data ketiga memiliki nilai “1”
dan data keempat telah diterima maka arduino tidak akan bekerja, dan akan merestart untuk menunggu masukan data dari awal.
Data keempat merupakan data terakhir yang akan diterima sebagai trigger
untuk arduino memulai untuk bekerja.
Berikut adalah diagram alir program mikrokontroler pada sistem yang dibuat.
16
Gambar 3.8. Diagram Alir Program Mikrokontroler.
17
3.4.2
Aplikasi User Interface Komputer
Air sampler ini dikendalikan oleh komputer melalui komunikasi serial.
Aplikasi user interface ini merupakan aplikasi windows. User interface ini
digunakan untuk memberi inputan data untuk diolah oleh Arduino dan menampilkan
data perkembangan saat alat mulai bekerja.
Berikut adalah diagram alir program windows yang dibuat.
Gambar 3.9. Diagram Alir Program User Interface Komputer.
18
Program user interface aplikasi windows
ini dibuat dengan menggunakan
program Visual Studio. User interface dimulai dengan windows awal yaitu
pengaturan timer untuk tiap-tiap alat.
Gambar 3.10. Tampilan Jendela Aplikasi Timer.
Pada gambar di atas user dapat mengatur waktu untuk tiap-tiap alat yang akan
dijalankan. Setelah menekan tombol set pada tiap-tiap bagian maka komputer akan
mengirimkan data pada Arduino. Setelah user mengatur timer maka tekan tombol
“next” setelah itu maka akan keluar jendela aplikasi untuk pilihan time sampling.
Gambar 3.11. Tampilan Jendela Aplikasi Time Interval.
19
Pada menu timer sampling user juga dapat mengatur timer interval pada tiaptiap alat yang diinginkan. Setelah menekan tombol set maka komputer akan
mengirimkan data ke arduino, dan apabila tombol set tidak ditekan komputer tetap
mengirimkan data ke arduino pada masing-masing alat. Setelah itu tekan tombol
“next” maka akan muncul jendela aplikasi baru yaitu jendela untuk mengatur
volume.
Gambar 3.12. Tampilan Jendela Aplikasi Pengaturan Volume.
Pada jendela aplikasi set volume, merupakan bagian pengaturan volume yang
akan diukur untuk tiap-tiap alat yang ingin dijalankan. Setelah selesai melakukan
pengaturan maka tekan tombol Botton4 pada jendela aplikasi, maka akan muncul
jendela baru yaitu jendela untuk memantau perkembangan volume terukur dan
flowrate pada saat alat bekerja. Apabila pada jendela ini salah satu alat tidak
dilakukan pengaturan volume maka komputer secara terprogram akan mengirim data
“1” pada arduino.
20
Gambar 3.13. Tampilan Jendela Monitoring Data.
Pada jendela ini untuk menjalankan masing-masing alat dengan menekan
connect. Setelah itu maka alat akan bekerja dan jendela aplikasi akan menampilkan
data yang diharapkan. Dan apabila untuk kembali ke menu awal maka dari tiap-tiap
alat harus dalam keadaan berhenti bekerja.
21