Rancang Bangun Alat Pengontrol Volume Air dan Aerator Pada Kolam Budidaya Udang Menggunakan Mikrokontroler Chapter III V
BAB 3 PERANCANGAN ALAT
3.1 Diagram Blok
Berikut ini adalah diagram blok sistem rancang bangun alat pengontrol volume
air dan aerator pada kolam budidaya udang menggunakan mikrokontroler.
Sensor Utrasonik
Kolam
Pompa
Relay
Solenoid
Relay
Aerator
Relay
LCD
ATMega8535
Gambar 3.1 Diagram Alir
Dari diagram blok diatas dapat diketahui cara kerja alat tersebut yakni :
Sensor ultrasonik membaca ketinggi permukaan air. Jarak sensor dan ketinggian
permukaan air kolam dibaca oleh mikrokontroler kemudian dikalibrasi ke
ketinggian air. Apabila tinggi air kurang dari tinggi air yang diinginkan maka
pompa air bekerja memompa air dari sumber air ke kolam dan apabila tinggi air
lebih dari tinggi air yang diinginkan maka Solenoid bekerja membuang air dari
kolam ke tempat pembuangan air. Ketika ketinggian air sudah sesuai dengan
ketinggian yang diinginkan maka aerator akan bekerja dan lcd akan menampilkan
volume air yang terdapat pada kolam.
3.1.1
Penjelasan tentang Fungsi tiap Blok Alat :
1. Blok Sensor Ultrasonik
: Mendeteksi ketinggian air pad kolam
2. Blok ATMega85358
: Sebagai kontroler pengendali sistem
3. Blok Pompa
: Mengisi air dari sumber ke kolam
4. Blok Solenoid
: Membuang air dari kolam ke pembuangan
5. Blok LCD
: Menampilkan hasil pada layar display
Universitas Sumatera Utara
22
6. Blok Aerator
: Melarutkan oksigen yang ada di udara ke
dalam air kolam
7. Blok Relay
: Menghidupkan dan mematikan pompa /
aerator / solenoid
3.2 Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATMega8535
Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega8535 dapat dilihat pada
gambar 3.2 di bawah ini.
Gambar 3.2 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535
Dari gambar 3.2, rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh
sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler
ATMega8535. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga
rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Pin 12 dan 13
dihubungkan ke XTAL 11.0952 MHz dan 2 buah kapasitor. XTAL ini akan
mempengaruhi kecepatan mikrokontroler ATMega8535 dalam mengeksekusi
perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif rendah). Pulsa
transisi dari tinggi ke rendah akan me-reset mikrokontroler ini. Mikrokontroler
ATMega8535 ini nantinya akan berfungsi sebagai pusat kontrol untuk memproses
data yang diterima dari sensor ultrasonik dan memerintah pompa, solenoid,
aerator, serta menampilkan date ke display LCD.
Universitas Sumatera Utara
23
3.3 Rangkaian Power Supply
Rangkaian power supply pada alat ini berfungsi sebagai sumber daya untuk
mengoprasikan sistem ini. Rangkaian power supply dapat dilihat pada gambar 3.3
berikut ini.
Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply
Untuk mempermudah perancangan alat ini maka saya menggunakan power supply
12 volt yang sudah tersedia dipasaran. Tetapi mikrokontroler hanya membutuhkan
5 volt. Jadi untuk menurunkan dan menstabilkan tegangan maka pada rangkaian
ini digunakan IC7805 yang berfungsi untuk menjaga tegangan 5 volt dan akan
dipergunakan untuk mengoprasikan sistem ini.
3.4 Rangkaian LCD 16x2 Karakter
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD 16x2 karakter. Untuk blok ini
tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data
langsung ke LCD, pada LCD Hitachi- M1632 sudah terdapat driver untuk
mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter.
Pemasangan potensio sebesar 5KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil.
Rangkaian ini terhubung ke PC7, PC6, PC5, PC4, PC1, dan PC0 yang
merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, sebagai pengirim data secara
serial. Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan
oleh Mikrokontroler ATMega8535. Rangkaian LCD 16x2 Karakter dapat dilihat
pada gambar 3.4 berikut ini.
Universitas Sumatera Utara
24
Gambar 3.4 Rangkaian LCD 16x2 Karakter
3.5 Rangkaian Sensor Ultrasonik (HC-SR04)
Tipe sensor ultrasonik yang digunakan adalah HC-SR04 yang merupakan salah
satu sensor yang cukup akurat. Pada rangkaian ini sensor ultrasonik dihubungkan
ke VCC, GND, PB0 dan PB1. Rangkaian Sensor Ultrasonik HC-SR04 dapat
dilihat gambar 3.5 berikut ini.
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Ultrasonik HC-SR04
3.6 Rangkaian Relay, Pompa, Aerator dan Solenoid
Rangkaian driver relay atau serinf disebut dengan penggerak relay atau saklak
elektrik, ini menggunakan transistor BD139 sebagai saklar pada ralay. Pada
rangkaian alat ini menggunakan driver relay sebanyak 3 buah yang digunakan
Universitas Sumatera Utara
25
untuk mengendalikan Pompa, Aerator dan Solenoid. Ketika basisi diberikan
supply maka kolektor dan emitter dalam keadaan satu rasi. Sehingga relay hidup
dan menutup katupnya. Diode berfungsi sebagai menghidari arus balik. Pompa,
Aerator, dan Solenoid terhubung ke COM dan NC sehingga ketika basis transistor
diberi supply oleh mikrokontroler transistor akan mengalami satu rasi dan relay
akan aktif dan Pompa, Aerator, dan Solenoid aktif.
Gambar 3.6 Rangkaian Driver Relay
Universitas Sumatera Utara
26
3.7 Diagram Alir Sistem
Mulai
Inisialisasi
Mendeteksi
Ketinggian Air
Kalibrasi Data
LCD
Menampilkan
Volume Air
Pompa
Hidup
Aerator
Hidup
Solenoid
Hidup
Volume
Kurang
ya
tidak
Volume
Lebih
ya
tidak
Volume
Sesuai
ya
Selesai
Gambar 3.7 Diagram Alir Sistem
Universitas Sumatera Utara
BAB 4 PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM
4.1 Pengujian Mikroktroler ATMega8535
Pengujian pada rangkaian mikrokontroler ATMega8535 ini dapat dilakukan
dengan menghubungkan rangkaian ini dengan rangkaian power supply sebagai
sumber tegangan. Kaki 10 dan 30 dihubungkan dengan sumber tegangan 5 volt,
sedangkan kaki 11 dan dan 31 dihubungkan dengan ground. Kemudian tegangan
pada kaki 10 diukur dengan menggunakan Voltmeter. Dari hasil pengujian
didapatkan tegangan pada kaki 10 sebesar 4,95 Volt. Langkah selanjutnya adalah
memberikan program sederhana pada mikrokontroler ATMega8535 untuk
menguji port-port yang terdapat pada ATMega8535, program yang diberikan
adalah sebagai berikut:
#include
#include
#include
while (1)
{
PORTA = 0xFF;
PORTB = 0xFF;
PORTC = 0xFF;
PORTD = 0xFF;
delay_ms(2000);
PORTA = 0x00;
PORTB = 0x00;
PORTC = 0x00;
PORTD = 0x00;
delay_ms(2000);
}
Pengujian port ini dilakukan untuk mengetahui apakah seluruh pin yang
ada pada mikrokontroler ATMega8535 bekerja ataupun berfungsi dengan baik.
Hasil dari pengujian ini dapat kita lihat pada tabel 4.1 sebagai berikut.
Universitas Sumatera Utara
28
Tabel 4.1 Pengujian Port ATMega8535
Port ATMega8535
Vout (V)
PortA
4.95
PortB
4.95
PortC
4.95
PortD
4.95
Gambar 4.1 Pengujian Vout Power Supply
4.2 Pengujian Sensor Ultrasonik (HC-SR04)
Pengujian sensor ultrasonik dilakukan dengan memprogram kontroler untuk
membaca data sensor dan mengeluarkannya ke port serial. Penggalan listing
program tersebut adalah sebagai berikut:
#include
#include
#include
#include
unsigned
unsigned
unsigned
unsigned
unsigned
int count = 0;
char jarak;
char jrk;
char buff1[16];
char buff2[16];
unsigned int baca_jarak()
{
count = 0;
PORTB.0 = 1;
delay_us(10);
PORTB.0 = 0;
Universitas Sumatera Utara
29
while(PINB.1 == 0){};
while(PINB.1 == 1) {count++;};
//jarak = count*0.091;
jarak = count;
jarak = jarak / 5.5;
return jarak;
}
void main(void)
{
lcd_init(16);
while(1)
{
lcd_gotoxy(0, 0);
lcd_putsf("hasil");
jrk = baca_jarak();
sprintf(buff1, "jarak= %d cm", jrk);
lcd_gotoxy(0, 1);
lcd_puts(buff1);
delay_ms(1000);
}
}
Setelah diunduh dan dijalankan maka dapat diuji bacaan sensor dan
tampilan pada display LCD. Menampilkan data pada LCD digunakan program
CVAVR. Setalah diaktifkan sensor diberikan objek pemantul dengan jarak mulai
dari 4 cm data akan terlihat pada display LCD.
Gambar 4.2 Pengujian Sensor Ultasonik (HC-SR04)
4.3 Pengujian LCD 16x2 Karakter
Bagian ini hanya terdiri dari sebuah LCD dot matriks 16x2 karakter yang
berfungsi sebagai tampilan hasil pengukuran dan tampilan dari beberapa
keterangan. LCD dihubungkan langsung ke Pin sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
30
RS dihubungkan ke PC0
EN dihubungkan ke PC1
D4 dihubungkan ke PC4
D5 dihubungkan ke PC5
D6 dihubungkan ke PC6
D7 dihubungkan ke PC7
Jalur EN dinamakan Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahu LCD
bahwa anda sedang mengirimkan sebuah data. Untuk mengirimkan data ke LCD,
maka melalui program EN harus dibuat logika low “0” dan set high “1” pada dua
jalur kontrol yang lain RS dan RW. Jalur RW adalah jalur kontrol Read/Write.
Ketika RW berlogika low “0” , maka informasi pada bus data akan dituliskan
pada layar LCD. Ketika RW berlogika high “1”, maka program akan melakukan
pembacaan memori dari LCD. Sedangkan pada aplikasi umum pin RW selalu
berlogika low “0”.
Dibawah ini merupakan gambar tampilan display LCD, dimana saya sudah
berhasil menampilkan tulisan kata “Test LCD” di baris pertama display LCD
16x2 karakter dan tulisan “Wils Osvaldo B” di baris kedua display LCD 16x2
karakter. Tulisan pada tampilan LCD diperoleh karana sudah ada pada library
LCD jika kita hanya mencetak string atau karakter saja pada saat mengisi program
ke mikrokontroler untuk menampilkan karakter pada display LCD. Adapun
penggalan program untuk menampilkan karakter pada LCD adalah sebagai
berikut.
#include
#include
#include
#include
void main(void)
{
lcd_init(16);
while(1)
{
lcd_gotoxy(0, 0);
lcd_putsf("Test LCD");
lcd_gotoxy(0, 1);
Universitas Sumatera Utara
31
lcd_putsf("Wils Osvaldo B");
}
}
Gambar 4.3 Pengujian LCD 16x2 Karakter
4.4 Pengujian Power Supply
Pengujian rangkaian power supply ini bertujuan untuk mengetahui tegangan yang
dikeluarkan oleh rangkaian tersebut, dengan mengukur tegangan keluaran dari
power supply menggunakan multimeter digital.
Pada pengujian yang dilakukan tegangan masuk dari PLN sebesar 220
Volt AC kemudian masuk ke trafo diubah menjadi 12 Volt AC, kemudian di
searahkan oleh Dioda sebesar 12 Volt DC. Kemudian tegangan 12 Volt DC itu
diubah oleh IC7805 menjadi 5 Volt DC.
Setelah dilakukan pengukuran maka diperoleh besarnya tegangan keluaran
sebesar 5 Volt. Dengan begitu dapat dipastikan apakah terjadi kesalahan terhadap
rangkaian atau tidak. Jika diukur, hasil dari keluaran tidak murni sebesar +5 Volt
dikarenakan beberapa faktor, diantaranya kualitas dari tiap-tiap komponen yang
digunakan tidak stabil. Dibawah ini dapat dilihat input dan output pada rangkaian
power supply yang digunakan pada saat pengujian.
Tabel 4.2 Pengujian Input dan Output pada Pengujian Power Supply
Vin
Vout
11,85 Volt
4,98 Volt
Universitas Sumatera Utara
32
Pengujian pada power supply dapat kita lihat pada gambar 4.4 berikut ini :
(a)
(b)
Gambar 4.4 Pengujian Pada Power Supply (a) Vin dan (b) Vout
4.5 Pengujian Relay, Pompa, Aerator, dan Solenoid
Untuk pengujian relay yaitu diberikan tegangan pada kaki basis di transistor,
maka transistor BD139 akan aktif (satu rasi). Hal ini menyebabkan kumparan
pada relay teraliri arus listrik. Dengan demikian, kontak relay aka terhubung.
Dioda berfungsi sebagai komponen pengaman transistor arus balik yang mungkin
timbul akibat dari aktifnya kumparan relay.
Pengujian dilakukan dengan mengukur tegangan pada basis dan kolektor
pada saat “high” dan “low” pada PD7, PD6, dan PD5 menggunakan multimeter
digital. Dibawah ini adalah tabel pengujian relay:
Tabel 4.3 Pengujian Relay, Pompa, Aerator, dan Solenoid
No.
Port
Status
Basis
Kolektor
Status
1.
PD7
1
4,98 Volt
0,05 Volt
Pompa Hidup
2.
PD7
0
0,7 Volt
11,85 Volt
Pompa Mati
3.
PD6
1
4,98 Volt
0,05 Volt
Solenoid Hidup
4.
PD6
0
0,7 Volt
11,85 Volt
Solenoid Mati
5.
PD5
1
4,98 Volt
0,05 Volt
Aerator Hidup
6.
PD5
0
0,7 Volt
11,85 Volt
Aerator Mati
Berikut ini adalah penggalan program yang dibuat untuk melakukan pengujian
relay.
Universitas Sumatera Utara
33
#include
#include
#include
#include
void main(void)
{
lcd_init(16);
while (1)
{
PORTD.7=1;
delay_ms(100);
PORTD.7=0;
delay_ms(100);
PORTD.6=1;
delay_ms(100);
PORTD.6=0;
delay_ms(100);
PORTD.5=1;
delay_ms(100);
PORTD.5=0;
delay_ms(100);
}
}
Apabila relay aktif maka pompa, aerator, dan solenoid akan hidup dan bila
relay tidak aktif maka pompa, aerator, dan solenoid akan mati.
4.6 Pengujian Keseluruhan
Pengujian keseluruhan ini bertujuan untuk mengetahui apakah fungsi tiap blok
berjalan dengan baik. Prinsip kerja dari alat ini adalah sensor ultrasonik dipasang
31 cm di atas kolam lalu sensor akan membaca ketinggian dari air yang terdapat
pada kolam. Lalu data ketinggian dari kolam akan dioleh oleh mikrokontroler
untuk mendapat nilai volume dari air yang terdapat pada kolam. Apabila volume
air pada kolam kurang dari volume yang diinginkan maka pompa akan hidup
mengisi air dari sumber air ke dalam kolam.
Namun apabila volume air pada kolam lebih dari volume yang diinginkan
maka solenoid akan hidup membuang air dari kolam ke tempat pembuangan air.
Setelah volume pada kolam sesuai dengan volume yang diinginkan maka aerator
Universitas Sumatera Utara
34
akan hidup membantu melarutkan oksigen yang ada di udara ke dalam air pada
kolam. Kemudian nilai volume air, ketinggian air, status pompa, status aerator,
dan status solenoid akan ditampilkan pada display LCD.
Tabel 4.4 Ketinggian Air, Volume dan Status Pompa, Aerator, dan Solenoid
Ketinggian
Volume Air
Status
Air (cm)
(mL)
Pompa
Aerator
Solenoid
0
0
Hidup
Mati
Mati
1
2500
Hidup
Hidup
Mati
2
5000
Hidup
Hidup
Mati
3
7500
Hidup
Hidup
Mati
4
10000
Hidup
Hidup
Mati
5
12500
Hidup
Hidup
Mati
6
15000
Hidup
Hidup
Mati
7
17500
Hidup
Hidup
Mati
8
20000
Hidup
Hidup
Mati
9
22500
Hidup
Hidup
Mati
10
25000
Hidup
Hidup
Mati
11
27500
Hidup
Hidup
Mati
12
30000
Hidup
Hidup
Mati
13
32500
Hidup
Hidup
Mati
14
35000
Hidup
Hidup
Mati
15
37500
Hidup
Hidup
Mati
16
40000
Hidup
Hidup
Mati
17
42500
Hidup
Hidup
Mati
18
45000
Hidup
Hidup
Mati
19
47500
Mati
Hidup
Mati
20
50000
Mati
Hidup
Mati
21
52500
Mati
Hidup
Mati
22
55000
Mati
Hidup
Hidup
23
57500
Mati
Hidup
Hidup
Universitas Sumatera Utara
35
24
60000
Mati
Hidup
Hidup
25
62500
Mati
Hidup
Hidup
26
65000
Mati
Hidup
Hidup
27
67500
Mati
Hidup
Hidup
Kolam yang digunakan berbentuk balok dengan lebar 50cm, tinggi 50 cm
dan tinggi 30 cm. Volume Air secara matematis dapat dihitung menggunakan
rumus sebagai berikut:
V pl t
(4.1)
Dimana :
V = volume balok
p = panjang balok
l = lebar balok
t = tinggi balok
Maka, hasil yang didapat dengan menggunakan rumus di atas adalah :
1. Sensor membaca ketinggi 0 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 0 cm
V = 0 cm3
V = 0 mL
2. Sensor membaca ketinggi 1 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 1 cm
V = 2500 cm3
V = 2500 mL
3. Sensor membaca ketinggi 2 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 2 cm
V = 5000 cm3
V = 5000 mL
Universitas Sumatera Utara
36
4. Sensor membaca ketinggi 3 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 3 cm
V = 7500 cm3
V = 7500 mL
5. Sensor membaca ketinggi 4 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 4 cm
V = 10000 cm3
V = 10000 mL
6. Sensor membaca ketinggi 5 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 5 cm
V = 12500 cm3
V = 12500 mL
7. Sensor membaca ketinggi 6 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 6 cm
V = 15000 cm3
V = 15000 mL
8. Sensor membaca ketinggi 7 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 7 cm
V = 17500 cm3
V = 17500 mL
9. Sensor membaca ketinggi 8 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 8 cm
V = 20000 cm3
V = 20000 mL
10. Sensor membaca ketinggi 9 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 9 cm
V = 22500 cm3
V = 22500 mL
Universitas Sumatera Utara
37
11. Sensor membaca ketinggi 10 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 10 cm
V = 25000 cm3
V = 25000 mL
12. Sensor membaca ketinggi 11 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 19 cm
V = 27500 cm3
V = 27500 mL
13. Sensor membaca ketinggi 12 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 12 cm
V = 30000 cm3
V = 30000 mL
14. Sensor membaca ketinggi 13 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 13 cm
V = 32500 cm3
V = 32500 mL
15. Sensor membaca ketinggi 14 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 14 cm
V = 35000 cm3
V = 35000 mL
16. Sensor membaca ketinggi 15 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 15 cm
V = 37500 cm3
V = 37500 mL
17. Sensor membaca ketinggi 16 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 16 cm
V = 40000 cm3
V = 40000 mL
Universitas Sumatera Utara
38
18. Sensor membaca ketinggi 17 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 17 cm
V = 42500 cm3
V = 42500 mL
19. Sensor membaca ketinggi 18 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 18 cm
V = 45000 cm3
V = 45000 mL
20. Sensor membaca ketinggi 19 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 19 cm
V = 47500 cm3
V = 47500 mL
21. Sensor membaca ketinggi 20 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 20 cm
V = 50000 cm3
V = 50000 mL
22. Sensor membaca ketinggi 21 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 21 cm
V = 52500 cm3
V = 52500 mL
23. Sensor membaca ketinggi 22 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 22 cm
V = 55000 cm3
V = 55000 mL
24. Sensor membaca ketinggi 23 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 23 cm
V = 57500 cm3
V = 57500 mL
Universitas Sumatera Utara
39
25. Sensor membaca ketinggi 24 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 24 cm
V = 60000 cm3
V = 60000 mL
26. Sensor membaca ketinggi 25 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 25 cm
V = 62500 cm3
V = 62500 mL
27. Sensor membaca ketinggi 26 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 26 cm
V = 65000 cm3
V = 65000 mL
28. Sensor membaca ketinggi 27 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 27 cm
V = 67500 cm3
V = 67500 mL
Universitas Sumatera Utara
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil perancangan alat hingga pengujian dan pembahasan sistem maka
penulis dapat menarik kesimpulan, antara lain:
1. Telah berhasil dirancang sebuah alat yang dapat mengontrol volume air
dan aerator pada kolam budidaya udang menggunakan sensor ultrasonik
berbasis ATMega8535 dengan display LCD.
2. Berdasarkan pengujian maka prinsip kerja dari alat adalah apabila
ketinggian air kurang dari 19 cm maka pompa akan mengisi air dari
sumber air ke dalam kolam. Dan apabila ketinggian air lebih dari 21 cm
maka solenoid akan membuang air dari kolam ke pembuangan air. Setelah
ketinggian air sesuai dengan keinginan maka aerator akan membantu
melarutkan oksigen yang ada di udara ke dalam air pada kolam.
3. Berdasarkan pengujian maka didapat cara mengkalibrasi data sensor ke
nilai volume air yaitu dengan cara menghitung hasil perkalian antara
ketinggian air yang dibaca oleh sensor dengan luas bidang datar kolam
budidaya udang
5.2 Saran
Setelah melakukan penelitian, diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran
untuk melakukan penelitian ini lebih lanjut yaitu:
1. Untuk pengembangan lebih lanjut, perlu dibuat kolam yang lebih besar
sesuai dengan kolam budidaya yang sesungguhnya.
2. Untuk pengembangan lebih lanjut, perlu ditambahkan sensor oksigen,
sensor intensitas cahaya, salinitas, sensor pH, dan sensor temperatur.
Universitas Sumatera Utara
3.1 Diagram Blok
Berikut ini adalah diagram blok sistem rancang bangun alat pengontrol volume
air dan aerator pada kolam budidaya udang menggunakan mikrokontroler.
Sensor Utrasonik
Kolam
Pompa
Relay
Solenoid
Relay
Aerator
Relay
LCD
ATMega8535
Gambar 3.1 Diagram Alir
Dari diagram blok diatas dapat diketahui cara kerja alat tersebut yakni :
Sensor ultrasonik membaca ketinggi permukaan air. Jarak sensor dan ketinggian
permukaan air kolam dibaca oleh mikrokontroler kemudian dikalibrasi ke
ketinggian air. Apabila tinggi air kurang dari tinggi air yang diinginkan maka
pompa air bekerja memompa air dari sumber air ke kolam dan apabila tinggi air
lebih dari tinggi air yang diinginkan maka Solenoid bekerja membuang air dari
kolam ke tempat pembuangan air. Ketika ketinggian air sudah sesuai dengan
ketinggian yang diinginkan maka aerator akan bekerja dan lcd akan menampilkan
volume air yang terdapat pada kolam.
3.1.1
Penjelasan tentang Fungsi tiap Blok Alat :
1. Blok Sensor Ultrasonik
: Mendeteksi ketinggian air pad kolam
2. Blok ATMega85358
: Sebagai kontroler pengendali sistem
3. Blok Pompa
: Mengisi air dari sumber ke kolam
4. Blok Solenoid
: Membuang air dari kolam ke pembuangan
5. Blok LCD
: Menampilkan hasil pada layar display
Universitas Sumatera Utara
22
6. Blok Aerator
: Melarutkan oksigen yang ada di udara ke
dalam air kolam
7. Blok Relay
: Menghidupkan dan mematikan pompa /
aerator / solenoid
3.2 Rangkaian Minimum Mikrokontroler ATMega8535
Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega8535 dapat dilihat pada
gambar 3.2 di bawah ini.
Gambar 3.2 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535
Dari gambar 3.2, rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh
sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler
ATMega8535. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga
rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Pin 12 dan 13
dihubungkan ke XTAL 11.0952 MHz dan 2 buah kapasitor. XTAL ini akan
mempengaruhi kecepatan mikrokontroler ATMega8535 dalam mengeksekusi
perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif rendah). Pulsa
transisi dari tinggi ke rendah akan me-reset mikrokontroler ini. Mikrokontroler
ATMega8535 ini nantinya akan berfungsi sebagai pusat kontrol untuk memproses
data yang diterima dari sensor ultrasonik dan memerintah pompa, solenoid,
aerator, serta menampilkan date ke display LCD.
Universitas Sumatera Utara
23
3.3 Rangkaian Power Supply
Rangkaian power supply pada alat ini berfungsi sebagai sumber daya untuk
mengoprasikan sistem ini. Rangkaian power supply dapat dilihat pada gambar 3.3
berikut ini.
Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply
Untuk mempermudah perancangan alat ini maka saya menggunakan power supply
12 volt yang sudah tersedia dipasaran. Tetapi mikrokontroler hanya membutuhkan
5 volt. Jadi untuk menurunkan dan menstabilkan tegangan maka pada rangkaian
ini digunakan IC7805 yang berfungsi untuk menjaga tegangan 5 volt dan akan
dipergunakan untuk mengoprasikan sistem ini.
3.4 Rangkaian LCD 16x2 Karakter
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD 16x2 karakter. Untuk blok ini
tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data
langsung ke LCD, pada LCD Hitachi- M1632 sudah terdapat driver untuk
mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter.
Pemasangan potensio sebesar 5KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil.
Rangkaian ini terhubung ke PC7, PC6, PC5, PC4, PC1, dan PC0 yang
merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, sebagai pengirim data secara
serial. Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan
oleh Mikrokontroler ATMega8535. Rangkaian LCD 16x2 Karakter dapat dilihat
pada gambar 3.4 berikut ini.
Universitas Sumatera Utara
24
Gambar 3.4 Rangkaian LCD 16x2 Karakter
3.5 Rangkaian Sensor Ultrasonik (HC-SR04)
Tipe sensor ultrasonik yang digunakan adalah HC-SR04 yang merupakan salah
satu sensor yang cukup akurat. Pada rangkaian ini sensor ultrasonik dihubungkan
ke VCC, GND, PB0 dan PB1. Rangkaian Sensor Ultrasonik HC-SR04 dapat
dilihat gambar 3.5 berikut ini.
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Ultrasonik HC-SR04
3.6 Rangkaian Relay, Pompa, Aerator dan Solenoid
Rangkaian driver relay atau serinf disebut dengan penggerak relay atau saklak
elektrik, ini menggunakan transistor BD139 sebagai saklar pada ralay. Pada
rangkaian alat ini menggunakan driver relay sebanyak 3 buah yang digunakan
Universitas Sumatera Utara
25
untuk mengendalikan Pompa, Aerator dan Solenoid. Ketika basisi diberikan
supply maka kolektor dan emitter dalam keadaan satu rasi. Sehingga relay hidup
dan menutup katupnya. Diode berfungsi sebagai menghidari arus balik. Pompa,
Aerator, dan Solenoid terhubung ke COM dan NC sehingga ketika basis transistor
diberi supply oleh mikrokontroler transistor akan mengalami satu rasi dan relay
akan aktif dan Pompa, Aerator, dan Solenoid aktif.
Gambar 3.6 Rangkaian Driver Relay
Universitas Sumatera Utara
26
3.7 Diagram Alir Sistem
Mulai
Inisialisasi
Mendeteksi
Ketinggian Air
Kalibrasi Data
LCD
Menampilkan
Volume Air
Pompa
Hidup
Aerator
Hidup
Solenoid
Hidup
Volume
Kurang
ya
tidak
Volume
Lebih
ya
tidak
Volume
Sesuai
ya
Selesai
Gambar 3.7 Diagram Alir Sistem
Universitas Sumatera Utara
BAB 4 PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM
4.1 Pengujian Mikroktroler ATMega8535
Pengujian pada rangkaian mikrokontroler ATMega8535 ini dapat dilakukan
dengan menghubungkan rangkaian ini dengan rangkaian power supply sebagai
sumber tegangan. Kaki 10 dan 30 dihubungkan dengan sumber tegangan 5 volt,
sedangkan kaki 11 dan dan 31 dihubungkan dengan ground. Kemudian tegangan
pada kaki 10 diukur dengan menggunakan Voltmeter. Dari hasil pengujian
didapatkan tegangan pada kaki 10 sebesar 4,95 Volt. Langkah selanjutnya adalah
memberikan program sederhana pada mikrokontroler ATMega8535 untuk
menguji port-port yang terdapat pada ATMega8535, program yang diberikan
adalah sebagai berikut:
#include
#include
#include
while (1)
{
PORTA = 0xFF;
PORTB = 0xFF;
PORTC = 0xFF;
PORTD = 0xFF;
delay_ms(2000);
PORTA = 0x00;
PORTB = 0x00;
PORTC = 0x00;
PORTD = 0x00;
delay_ms(2000);
}
Pengujian port ini dilakukan untuk mengetahui apakah seluruh pin yang
ada pada mikrokontroler ATMega8535 bekerja ataupun berfungsi dengan baik.
Hasil dari pengujian ini dapat kita lihat pada tabel 4.1 sebagai berikut.
Universitas Sumatera Utara
28
Tabel 4.1 Pengujian Port ATMega8535
Port ATMega8535
Vout (V)
PortA
4.95
PortB
4.95
PortC
4.95
PortD
4.95
Gambar 4.1 Pengujian Vout Power Supply
4.2 Pengujian Sensor Ultrasonik (HC-SR04)
Pengujian sensor ultrasonik dilakukan dengan memprogram kontroler untuk
membaca data sensor dan mengeluarkannya ke port serial. Penggalan listing
program tersebut adalah sebagai berikut:
#include
#include
#include
#include
unsigned
unsigned
unsigned
unsigned
unsigned
int count = 0;
char jarak;
char jrk;
char buff1[16];
char buff2[16];
unsigned int baca_jarak()
{
count = 0;
PORTB.0 = 1;
delay_us(10);
PORTB.0 = 0;
Universitas Sumatera Utara
29
while(PINB.1 == 0){};
while(PINB.1 == 1) {count++;};
//jarak = count*0.091;
jarak = count;
jarak = jarak / 5.5;
return jarak;
}
void main(void)
{
lcd_init(16);
while(1)
{
lcd_gotoxy(0, 0);
lcd_putsf("hasil");
jrk = baca_jarak();
sprintf(buff1, "jarak= %d cm", jrk);
lcd_gotoxy(0, 1);
lcd_puts(buff1);
delay_ms(1000);
}
}
Setelah diunduh dan dijalankan maka dapat diuji bacaan sensor dan
tampilan pada display LCD. Menampilkan data pada LCD digunakan program
CVAVR. Setalah diaktifkan sensor diberikan objek pemantul dengan jarak mulai
dari 4 cm data akan terlihat pada display LCD.
Gambar 4.2 Pengujian Sensor Ultasonik (HC-SR04)
4.3 Pengujian LCD 16x2 Karakter
Bagian ini hanya terdiri dari sebuah LCD dot matriks 16x2 karakter yang
berfungsi sebagai tampilan hasil pengukuran dan tampilan dari beberapa
keterangan. LCD dihubungkan langsung ke Pin sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
30
RS dihubungkan ke PC0
EN dihubungkan ke PC1
D4 dihubungkan ke PC4
D5 dihubungkan ke PC5
D6 dihubungkan ke PC6
D7 dihubungkan ke PC7
Jalur EN dinamakan Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahu LCD
bahwa anda sedang mengirimkan sebuah data. Untuk mengirimkan data ke LCD,
maka melalui program EN harus dibuat logika low “0” dan set high “1” pada dua
jalur kontrol yang lain RS dan RW. Jalur RW adalah jalur kontrol Read/Write.
Ketika RW berlogika low “0” , maka informasi pada bus data akan dituliskan
pada layar LCD. Ketika RW berlogika high “1”, maka program akan melakukan
pembacaan memori dari LCD. Sedangkan pada aplikasi umum pin RW selalu
berlogika low “0”.
Dibawah ini merupakan gambar tampilan display LCD, dimana saya sudah
berhasil menampilkan tulisan kata “Test LCD” di baris pertama display LCD
16x2 karakter dan tulisan “Wils Osvaldo B” di baris kedua display LCD 16x2
karakter. Tulisan pada tampilan LCD diperoleh karana sudah ada pada library
LCD jika kita hanya mencetak string atau karakter saja pada saat mengisi program
ke mikrokontroler untuk menampilkan karakter pada display LCD. Adapun
penggalan program untuk menampilkan karakter pada LCD adalah sebagai
berikut.
#include
#include
#include
#include
void main(void)
{
lcd_init(16);
while(1)
{
lcd_gotoxy(0, 0);
lcd_putsf("Test LCD");
lcd_gotoxy(0, 1);
Universitas Sumatera Utara
31
lcd_putsf("Wils Osvaldo B");
}
}
Gambar 4.3 Pengujian LCD 16x2 Karakter
4.4 Pengujian Power Supply
Pengujian rangkaian power supply ini bertujuan untuk mengetahui tegangan yang
dikeluarkan oleh rangkaian tersebut, dengan mengukur tegangan keluaran dari
power supply menggunakan multimeter digital.
Pada pengujian yang dilakukan tegangan masuk dari PLN sebesar 220
Volt AC kemudian masuk ke trafo diubah menjadi 12 Volt AC, kemudian di
searahkan oleh Dioda sebesar 12 Volt DC. Kemudian tegangan 12 Volt DC itu
diubah oleh IC7805 menjadi 5 Volt DC.
Setelah dilakukan pengukuran maka diperoleh besarnya tegangan keluaran
sebesar 5 Volt. Dengan begitu dapat dipastikan apakah terjadi kesalahan terhadap
rangkaian atau tidak. Jika diukur, hasil dari keluaran tidak murni sebesar +5 Volt
dikarenakan beberapa faktor, diantaranya kualitas dari tiap-tiap komponen yang
digunakan tidak stabil. Dibawah ini dapat dilihat input dan output pada rangkaian
power supply yang digunakan pada saat pengujian.
Tabel 4.2 Pengujian Input dan Output pada Pengujian Power Supply
Vin
Vout
11,85 Volt
4,98 Volt
Universitas Sumatera Utara
32
Pengujian pada power supply dapat kita lihat pada gambar 4.4 berikut ini :
(a)
(b)
Gambar 4.4 Pengujian Pada Power Supply (a) Vin dan (b) Vout
4.5 Pengujian Relay, Pompa, Aerator, dan Solenoid
Untuk pengujian relay yaitu diberikan tegangan pada kaki basis di transistor,
maka transistor BD139 akan aktif (satu rasi). Hal ini menyebabkan kumparan
pada relay teraliri arus listrik. Dengan demikian, kontak relay aka terhubung.
Dioda berfungsi sebagai komponen pengaman transistor arus balik yang mungkin
timbul akibat dari aktifnya kumparan relay.
Pengujian dilakukan dengan mengukur tegangan pada basis dan kolektor
pada saat “high” dan “low” pada PD7, PD6, dan PD5 menggunakan multimeter
digital. Dibawah ini adalah tabel pengujian relay:
Tabel 4.3 Pengujian Relay, Pompa, Aerator, dan Solenoid
No.
Port
Status
Basis
Kolektor
Status
1.
PD7
1
4,98 Volt
0,05 Volt
Pompa Hidup
2.
PD7
0
0,7 Volt
11,85 Volt
Pompa Mati
3.
PD6
1
4,98 Volt
0,05 Volt
Solenoid Hidup
4.
PD6
0
0,7 Volt
11,85 Volt
Solenoid Mati
5.
PD5
1
4,98 Volt
0,05 Volt
Aerator Hidup
6.
PD5
0
0,7 Volt
11,85 Volt
Aerator Mati
Berikut ini adalah penggalan program yang dibuat untuk melakukan pengujian
relay.
Universitas Sumatera Utara
33
#include
#include
#include
#include
void main(void)
{
lcd_init(16);
while (1)
{
PORTD.7=1;
delay_ms(100);
PORTD.7=0;
delay_ms(100);
PORTD.6=1;
delay_ms(100);
PORTD.6=0;
delay_ms(100);
PORTD.5=1;
delay_ms(100);
PORTD.5=0;
delay_ms(100);
}
}
Apabila relay aktif maka pompa, aerator, dan solenoid akan hidup dan bila
relay tidak aktif maka pompa, aerator, dan solenoid akan mati.
4.6 Pengujian Keseluruhan
Pengujian keseluruhan ini bertujuan untuk mengetahui apakah fungsi tiap blok
berjalan dengan baik. Prinsip kerja dari alat ini adalah sensor ultrasonik dipasang
31 cm di atas kolam lalu sensor akan membaca ketinggian dari air yang terdapat
pada kolam. Lalu data ketinggian dari kolam akan dioleh oleh mikrokontroler
untuk mendapat nilai volume dari air yang terdapat pada kolam. Apabila volume
air pada kolam kurang dari volume yang diinginkan maka pompa akan hidup
mengisi air dari sumber air ke dalam kolam.
Namun apabila volume air pada kolam lebih dari volume yang diinginkan
maka solenoid akan hidup membuang air dari kolam ke tempat pembuangan air.
Setelah volume pada kolam sesuai dengan volume yang diinginkan maka aerator
Universitas Sumatera Utara
34
akan hidup membantu melarutkan oksigen yang ada di udara ke dalam air pada
kolam. Kemudian nilai volume air, ketinggian air, status pompa, status aerator,
dan status solenoid akan ditampilkan pada display LCD.
Tabel 4.4 Ketinggian Air, Volume dan Status Pompa, Aerator, dan Solenoid
Ketinggian
Volume Air
Status
Air (cm)
(mL)
Pompa
Aerator
Solenoid
0
0
Hidup
Mati
Mati
1
2500
Hidup
Hidup
Mati
2
5000
Hidup
Hidup
Mati
3
7500
Hidup
Hidup
Mati
4
10000
Hidup
Hidup
Mati
5
12500
Hidup
Hidup
Mati
6
15000
Hidup
Hidup
Mati
7
17500
Hidup
Hidup
Mati
8
20000
Hidup
Hidup
Mati
9
22500
Hidup
Hidup
Mati
10
25000
Hidup
Hidup
Mati
11
27500
Hidup
Hidup
Mati
12
30000
Hidup
Hidup
Mati
13
32500
Hidup
Hidup
Mati
14
35000
Hidup
Hidup
Mati
15
37500
Hidup
Hidup
Mati
16
40000
Hidup
Hidup
Mati
17
42500
Hidup
Hidup
Mati
18
45000
Hidup
Hidup
Mati
19
47500
Mati
Hidup
Mati
20
50000
Mati
Hidup
Mati
21
52500
Mati
Hidup
Mati
22
55000
Mati
Hidup
Hidup
23
57500
Mati
Hidup
Hidup
Universitas Sumatera Utara
35
24
60000
Mati
Hidup
Hidup
25
62500
Mati
Hidup
Hidup
26
65000
Mati
Hidup
Hidup
27
67500
Mati
Hidup
Hidup
Kolam yang digunakan berbentuk balok dengan lebar 50cm, tinggi 50 cm
dan tinggi 30 cm. Volume Air secara matematis dapat dihitung menggunakan
rumus sebagai berikut:
V pl t
(4.1)
Dimana :
V = volume balok
p = panjang balok
l = lebar balok
t = tinggi balok
Maka, hasil yang didapat dengan menggunakan rumus di atas adalah :
1. Sensor membaca ketinggi 0 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 0 cm
V = 0 cm3
V = 0 mL
2. Sensor membaca ketinggi 1 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 1 cm
V = 2500 cm3
V = 2500 mL
3. Sensor membaca ketinggi 2 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 2 cm
V = 5000 cm3
V = 5000 mL
Universitas Sumatera Utara
36
4. Sensor membaca ketinggi 3 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 3 cm
V = 7500 cm3
V = 7500 mL
5. Sensor membaca ketinggi 4 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 4 cm
V = 10000 cm3
V = 10000 mL
6. Sensor membaca ketinggi 5 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 5 cm
V = 12500 cm3
V = 12500 mL
7. Sensor membaca ketinggi 6 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 6 cm
V = 15000 cm3
V = 15000 mL
8. Sensor membaca ketinggi 7 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 7 cm
V = 17500 cm3
V = 17500 mL
9. Sensor membaca ketinggi 8 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 8 cm
V = 20000 cm3
V = 20000 mL
10. Sensor membaca ketinggi 9 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 9 cm
V = 22500 cm3
V = 22500 mL
Universitas Sumatera Utara
37
11. Sensor membaca ketinggi 10 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 10 cm
V = 25000 cm3
V = 25000 mL
12. Sensor membaca ketinggi 11 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 19 cm
V = 27500 cm3
V = 27500 mL
13. Sensor membaca ketinggi 12 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 12 cm
V = 30000 cm3
V = 30000 mL
14. Sensor membaca ketinggi 13 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 13 cm
V = 32500 cm3
V = 32500 mL
15. Sensor membaca ketinggi 14 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 14 cm
V = 35000 cm3
V = 35000 mL
16. Sensor membaca ketinggi 15 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 15 cm
V = 37500 cm3
V = 37500 mL
17. Sensor membaca ketinggi 16 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 16 cm
V = 40000 cm3
V = 40000 mL
Universitas Sumatera Utara
38
18. Sensor membaca ketinggi 17 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 17 cm
V = 42500 cm3
V = 42500 mL
19. Sensor membaca ketinggi 18 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 18 cm
V = 45000 cm3
V = 45000 mL
20. Sensor membaca ketinggi 19 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 19 cm
V = 47500 cm3
V = 47500 mL
21. Sensor membaca ketinggi 20 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 20 cm
V = 50000 cm3
V = 50000 mL
22. Sensor membaca ketinggi 21 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 21 cm
V = 52500 cm3
V = 52500 mL
23. Sensor membaca ketinggi 22 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 22 cm
V = 55000 cm3
V = 55000 mL
24. Sensor membaca ketinggi 23 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 23 cm
V = 57500 cm3
V = 57500 mL
Universitas Sumatera Utara
39
25. Sensor membaca ketinggi 24 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 24 cm
V = 60000 cm3
V = 60000 mL
26. Sensor membaca ketinggi 25 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 25 cm
V = 62500 cm3
V = 62500 mL
27. Sensor membaca ketinggi 26 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 26 cm
V = 65000 cm3
V = 65000 mL
28. Sensor membaca ketinggi 27 cm
V pl t
V = 50 cm x 50 cm x 27 cm
V = 67500 cm3
V = 67500 mL
Universitas Sumatera Utara
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil perancangan alat hingga pengujian dan pembahasan sistem maka
penulis dapat menarik kesimpulan, antara lain:
1. Telah berhasil dirancang sebuah alat yang dapat mengontrol volume air
dan aerator pada kolam budidaya udang menggunakan sensor ultrasonik
berbasis ATMega8535 dengan display LCD.
2. Berdasarkan pengujian maka prinsip kerja dari alat adalah apabila
ketinggian air kurang dari 19 cm maka pompa akan mengisi air dari
sumber air ke dalam kolam. Dan apabila ketinggian air lebih dari 21 cm
maka solenoid akan membuang air dari kolam ke pembuangan air. Setelah
ketinggian air sesuai dengan keinginan maka aerator akan membantu
melarutkan oksigen yang ada di udara ke dalam air pada kolam.
3. Berdasarkan pengujian maka didapat cara mengkalibrasi data sensor ke
nilai volume air yaitu dengan cara menghitung hasil perkalian antara
ketinggian air yang dibaca oleh sensor dengan luas bidang datar kolam
budidaya udang
5.2 Saran
Setelah melakukan penelitian, diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran
untuk melakukan penelitian ini lebih lanjut yaitu:
1. Untuk pengembangan lebih lanjut, perlu dibuat kolam yang lebih besar
sesuai dengan kolam budidaya yang sesungguhnya.
2. Untuk pengembangan lebih lanjut, perlu ditambahkan sensor oksigen,
sensor intensitas cahaya, salinitas, sensor pH, dan sensor temperatur.
Universitas Sumatera Utara