T1__BAB II Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Rekayasa Sistem 3P ( PenenggelamanPenirisanPengapungan) dalam Pengembangan Metode Hidroponik Deep Water Culture (DWC) T1 BAB II
BAB II
DASAR TEORI
Pada bab ini penulis akan menjelaskan teori-teori penunjang yang
diperlukan dalam merancang dan merealisasikan tugas akhir ini. Teori-teori
yang digunakan adalah mikrokontroler jenis arduino mega 2560 sebagai
pengendali utama dari sistem, modul sensor ultrasonik SR04, RTC (Real
Time Clock), motor DC power window, modul sensor proximity, modul
relay, solenoid valve dan driver motor BTS7960.
2.1.
Arduino Mega 2560
Arduino merupakan board sistem minimum mikrokontroler yang
mempunyai sifat open source. Di dalam rangkaian board Arduino ini
menggunakan IC mikrokontroler AVR yang merupakan produk dari Atmel.
Pada Arduino Mega 2560 digunakan IC mikrokontroler ATmega
2560 sementara pada Arduino Mega digunakan IC mikrokontroler ATmega
1280. Selain bersifat open source, Arduino Mega 2560 dilengkapi dengan
sebuah oscillator 16 Mhz, sebuah port USB B yang digunakan untuk upload
source code program ke dalam mikrokontroler, DC power jack, ICSP
header , dan tombol reset.
Gambar 2.1. Arduino Mega 2560 tampak depan.
4
2.1.1. Spesifikasi
Arduino Mega 2560 memiliki beberapa spesifikasi, antara lain:
1. Menggunakan mikrokontroler Atmel ATmega 2560.
2. Memiliki tegangan operasi sebesar 5 V.
3. Tegangan input yang direkomendasikan sebesar 7 – 12 V.
4. Limit tegangan input 6 – 20 V.
5. Memiliki 54 pin digital I/O (6 diantaranya menyediakan output PWM).
6. Memiliki 16 pin input analog.
7. Arus DC per pin I/O 20 mA.
8. Memiliki memori flash sebesar 256 KB, 8 KB telah digunakan untuk
bootloader.
9. SRAM sebesar 8 KB.
10. EEPROM sebesar 4 KB.
11. Clock speed sebesar 16Mhz.
12. Dimensi 101.5mm x 53.4mm.
13. Berat 37g.
2.1.2. Power
Board Arduino Mega 2560 dapat ditenagai dengan power yang
diperoleh dari koneksi kabel USB, atau via power supply eksternal. External
power supply dapat diperoleh dari adaptor AC-DC atau bahkan baterai,
melalui jack DC yang tersedia, atau menghubungkan langsung GND dan
pin Vin yang ada di board. Board dapat beroperasi dengan power dari
eksternal power supply yang memiliki tegangan antara 6V hingga 20V [1].
Namun ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam rentang
tegangan ini. Jika diberi tegangan kurang dari 7V, pin 5V tidak akan
memberikan nilai murni 5V, yang mungkin akan membuat rangkaian
bekerja dengan tidak sempurna. Jika diberi tegangan lebih dari 12V,
regulator tegangan bisa over heat yang pada akhirnya bisa merusak pcb.
Dengan demikian, tegangan yang di rekomendasikan adalah sekitar 7V12V.
5
2.1.3. Input dan Output
Ada 54 pin digital pada Arduino Mega 2560 yang dapat digunakan
sebagai input ataupun output dengan menggunakan fungsi perintah
pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Input/output ini bekerja pada
tegangan 5 V. Setiap pinnya dapat menghasilkan dan menerima arus
maksimal sebesar 40 mA.
2.2.
Modul Sensor Ultrasonik SR04
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk
mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara
kerja sensor ini didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang
suara sehingga dapat dipakai untuk menafsirkan esistensi (jarak) suatu
benda frekuensi tertentu. Pada usulan skripsi ini menggunakan sensor
ultrasonik SR04 untuk mengatur ketinggian air bak.
Pada modul sensor ultrasonic sr04 ini memiliki beberapa spesifikasi
antara lain adalah:
1. Jangkauan deteksi 2cm sampai kisaran 400 - 500cm.
2. Sudut terbaik deteksi adalah 15 derajat.
3. Tegangan kerja 5V DC.
4. Resolusinya 1cm.
5. Frekuensi Ultrasonik 40 kHz.
6. Dapat langsung dihubungkan ke kaki mikrokontroler.
Gambar 2.2. Modul Sensor Ultrasonik SR04.
6
2.3.
Modul Real Time Clock DS3231 (RTC)
RTC (Real time clock) adalah jam elektronik berupa chip yang dapat
menghitung waktu mulai dari detik hingga tahun dengan akurat dan
menjaga/menyimpan data waktu tersebut secara real time. RTC memiliki
internal battery sendiri untuk menyimpan data waktu dan tanggal. Sehingga
jika sistem komputer / mikrokontroller mati waktu dan tanggal didalam
memori RTC tetap terupdate.
Pada modul real time clock DS3231 (RTC) ini memiliki beberapa
spesifikasi antara lain adalah :
1. Tegangan catu berkisar 3.3V-5V
2. RTC (Real Time Clock / Calender) chip DS3231
3. Menyediakan informasi waktu berupa detik, menit, jam, tanggal,
minggu, bulan, dan tahun
4. Memiliki IC AT24C32 dengan kapasitas penyimpanan 32K
5. Bisa dikondisikan dalam AM/PM atau 24jam
6. Komunikasi : I2C bus interface SDA,SCL
7. Baterai untuk backup menggunakan CR2032
8. Dimensi : 3,8 cm x 2,3 cm x 1 cm
9. Berat : 10gr
Gambar 2.3. Modul RTC DS3231
7
2.4.
Modul Sensor Proximity Induktif
Sensor proximity jenis induktif banyak digunakan untuk mendeteksi
adanya benda logam pada jarak tertentu tanpa harus menyentuh benda
tersebut. Sensor induktif menggunakan arus induksi oleh medan magnet
untuk mendeteksi benda logam di dekatnya. Jika ada benda logam di dekat
medan magnet yang berubah, arus akan mengalir dalam objek.
Gambar 2.4. Prinsip Kerja Sensor Proximity Induktif
Gambar 2.5. Sensor Proximity Induktif
2.5.
Modul Relay
Relay adalah saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan
merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri
dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal
(seperangkat
kontak
saklar/switch).
Relay
menggunakan
prinsip
elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga dengan arus
8
listrik yang kecil (low power ) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan
lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan
Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang
berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A
Gambar 2.6. Modul Relay 4 Channel
2.6.
Solenoid Valve
Solenoid valve adalah katub yang digerakkan oleh energi listrik
melalu soleonida, mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang
berfungsi untuk menggerakkan piston yang dapat digerakkan menggunakan
arus AC maupun DC. Solenoid valve mempunyai lubang keluaran, lubang
masukan dan lubang exhaust. Lubang keluaran berfungsi sebagai tempat
tekanan angin keluar, Lubang masukan berfungsi sebagai tekanan angin
masuk dan Lubang exhaust berfungsi untuk mengeluarkan udara bertekanan
yang terjebak saat plunger bergerak.
Solenoid memiliki bagian-bagian seperti :
1. Block saluran udara yang terdiri dari lubang masukan, lubang keluaran
dan lubang exhaust.
2. Rumah piston di mana piston bergerak untuk mengalirkan udara dari
supply ke lubang output.
3. Piston terletak di rumah piston yang berfungsi untuk memindahkan
udara dari input ke output.
9
4. Coil adalah benda berupa lilitan kawan yang dililitkan terhadap kawat
yang menyerupai sebiah trafo.
5. Conector berfungsi untuk terminal pengkabelan yang menghubunkan
tengangan supply dengan coil solenoid valve.
Gambar 2.7. Solenoid Valve
Solenoid valve memiliki beberapa spesifikasi diantara lain:
1. Tegangan AC 220 volt
2. Tekanan air sekitar 0.2-0.8Mpa
3. Inlet memiliki diameter ½”
4. Outlet memiliki diameter ½”
5. Jenisnya siku
6. Mode operasi biasanya tertutup
7. Pengunaan air dan cairan tidak bersifat kental
2.7.
Motor DC Power Window
Motor power window adalah motor penggerak regulator berputar
searah jarum jam atau arah sebaliknya. Jenis motor yang digunakan pada
power window adalah motor DC. Motor listrik menggunakan energi listrik
dan energi magnet agar dapat menghasilkan energi mekanis. Operasi motor
bergantung pada interaksi dua medan magnet yang dapat menghasilkan
gerakan. Tujuannya untuk menghasilkan gaya yang menggerakkan(torsi).
10
Gambar 2.8. Motor Power Window
2.8.
Driver Motor BTS7960
Driver motor menggunakan modul driver H-bridge yang memiliki
chip BTS7960. BTS7960 menggunakan 74HC244 chip yang efektif
mengisolasi mikrokontroler dan motor driver hingga 43A.
Driver motor BTS7960 memiliki beberapa spesifikasi antara lain:
1. Tegangan input sekitar 6V-27V
2. Modelnya IBT-2
3. Tingkat arus maksimum 43A
4. Memiliki mode kontrol PWM
5. Duty cycle sekitar 0-100%
Gambar 2.9. Driver Motor BTS7960
11
DASAR TEORI
Pada bab ini penulis akan menjelaskan teori-teori penunjang yang
diperlukan dalam merancang dan merealisasikan tugas akhir ini. Teori-teori
yang digunakan adalah mikrokontroler jenis arduino mega 2560 sebagai
pengendali utama dari sistem, modul sensor ultrasonik SR04, RTC (Real
Time Clock), motor DC power window, modul sensor proximity, modul
relay, solenoid valve dan driver motor BTS7960.
2.1.
Arduino Mega 2560
Arduino merupakan board sistem minimum mikrokontroler yang
mempunyai sifat open source. Di dalam rangkaian board Arduino ini
menggunakan IC mikrokontroler AVR yang merupakan produk dari Atmel.
Pada Arduino Mega 2560 digunakan IC mikrokontroler ATmega
2560 sementara pada Arduino Mega digunakan IC mikrokontroler ATmega
1280. Selain bersifat open source, Arduino Mega 2560 dilengkapi dengan
sebuah oscillator 16 Mhz, sebuah port USB B yang digunakan untuk upload
source code program ke dalam mikrokontroler, DC power jack, ICSP
header , dan tombol reset.
Gambar 2.1. Arduino Mega 2560 tampak depan.
4
2.1.1. Spesifikasi
Arduino Mega 2560 memiliki beberapa spesifikasi, antara lain:
1. Menggunakan mikrokontroler Atmel ATmega 2560.
2. Memiliki tegangan operasi sebesar 5 V.
3. Tegangan input yang direkomendasikan sebesar 7 – 12 V.
4. Limit tegangan input 6 – 20 V.
5. Memiliki 54 pin digital I/O (6 diantaranya menyediakan output PWM).
6. Memiliki 16 pin input analog.
7. Arus DC per pin I/O 20 mA.
8. Memiliki memori flash sebesar 256 KB, 8 KB telah digunakan untuk
bootloader.
9. SRAM sebesar 8 KB.
10. EEPROM sebesar 4 KB.
11. Clock speed sebesar 16Mhz.
12. Dimensi 101.5mm x 53.4mm.
13. Berat 37g.
2.1.2. Power
Board Arduino Mega 2560 dapat ditenagai dengan power yang
diperoleh dari koneksi kabel USB, atau via power supply eksternal. External
power supply dapat diperoleh dari adaptor AC-DC atau bahkan baterai,
melalui jack DC yang tersedia, atau menghubungkan langsung GND dan
pin Vin yang ada di board. Board dapat beroperasi dengan power dari
eksternal power supply yang memiliki tegangan antara 6V hingga 20V [1].
Namun ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam rentang
tegangan ini. Jika diberi tegangan kurang dari 7V, pin 5V tidak akan
memberikan nilai murni 5V, yang mungkin akan membuat rangkaian
bekerja dengan tidak sempurna. Jika diberi tegangan lebih dari 12V,
regulator tegangan bisa over heat yang pada akhirnya bisa merusak pcb.
Dengan demikian, tegangan yang di rekomendasikan adalah sekitar 7V12V.
5
2.1.3. Input dan Output
Ada 54 pin digital pada Arduino Mega 2560 yang dapat digunakan
sebagai input ataupun output dengan menggunakan fungsi perintah
pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Input/output ini bekerja pada
tegangan 5 V. Setiap pinnya dapat menghasilkan dan menerima arus
maksimal sebesar 40 mA.
2.2.
Modul Sensor Ultrasonik SR04
Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk
mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara
kerja sensor ini didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang
suara sehingga dapat dipakai untuk menafsirkan esistensi (jarak) suatu
benda frekuensi tertentu. Pada usulan skripsi ini menggunakan sensor
ultrasonik SR04 untuk mengatur ketinggian air bak.
Pada modul sensor ultrasonic sr04 ini memiliki beberapa spesifikasi
antara lain adalah:
1. Jangkauan deteksi 2cm sampai kisaran 400 - 500cm.
2. Sudut terbaik deteksi adalah 15 derajat.
3. Tegangan kerja 5V DC.
4. Resolusinya 1cm.
5. Frekuensi Ultrasonik 40 kHz.
6. Dapat langsung dihubungkan ke kaki mikrokontroler.
Gambar 2.2. Modul Sensor Ultrasonik SR04.
6
2.3.
Modul Real Time Clock DS3231 (RTC)
RTC (Real time clock) adalah jam elektronik berupa chip yang dapat
menghitung waktu mulai dari detik hingga tahun dengan akurat dan
menjaga/menyimpan data waktu tersebut secara real time. RTC memiliki
internal battery sendiri untuk menyimpan data waktu dan tanggal. Sehingga
jika sistem komputer / mikrokontroller mati waktu dan tanggal didalam
memori RTC tetap terupdate.
Pada modul real time clock DS3231 (RTC) ini memiliki beberapa
spesifikasi antara lain adalah :
1. Tegangan catu berkisar 3.3V-5V
2. RTC (Real Time Clock / Calender) chip DS3231
3. Menyediakan informasi waktu berupa detik, menit, jam, tanggal,
minggu, bulan, dan tahun
4. Memiliki IC AT24C32 dengan kapasitas penyimpanan 32K
5. Bisa dikondisikan dalam AM/PM atau 24jam
6. Komunikasi : I2C bus interface SDA,SCL
7. Baterai untuk backup menggunakan CR2032
8. Dimensi : 3,8 cm x 2,3 cm x 1 cm
9. Berat : 10gr
Gambar 2.3. Modul RTC DS3231
7
2.4.
Modul Sensor Proximity Induktif
Sensor proximity jenis induktif banyak digunakan untuk mendeteksi
adanya benda logam pada jarak tertentu tanpa harus menyentuh benda
tersebut. Sensor induktif menggunakan arus induksi oleh medan magnet
untuk mendeteksi benda logam di dekatnya. Jika ada benda logam di dekat
medan magnet yang berubah, arus akan mengalir dalam objek.
Gambar 2.4. Prinsip Kerja Sensor Proximity Induktif
Gambar 2.5. Sensor Proximity Induktif
2.5.
Modul Relay
Relay adalah saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan
merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri
dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal
(seperangkat
kontak
saklar/switch).
Relay
menggunakan
prinsip
elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga dengan arus
8
listrik yang kecil (low power ) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan
lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan
Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang
berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A
Gambar 2.6. Modul Relay 4 Channel
2.6.
Solenoid Valve
Solenoid valve adalah katub yang digerakkan oleh energi listrik
melalu soleonida, mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang
berfungsi untuk menggerakkan piston yang dapat digerakkan menggunakan
arus AC maupun DC. Solenoid valve mempunyai lubang keluaran, lubang
masukan dan lubang exhaust. Lubang keluaran berfungsi sebagai tempat
tekanan angin keluar, Lubang masukan berfungsi sebagai tekanan angin
masuk dan Lubang exhaust berfungsi untuk mengeluarkan udara bertekanan
yang terjebak saat plunger bergerak.
Solenoid memiliki bagian-bagian seperti :
1. Block saluran udara yang terdiri dari lubang masukan, lubang keluaran
dan lubang exhaust.
2. Rumah piston di mana piston bergerak untuk mengalirkan udara dari
supply ke lubang output.
3. Piston terletak di rumah piston yang berfungsi untuk memindahkan
udara dari input ke output.
9
4. Coil adalah benda berupa lilitan kawan yang dililitkan terhadap kawat
yang menyerupai sebiah trafo.
5. Conector berfungsi untuk terminal pengkabelan yang menghubunkan
tengangan supply dengan coil solenoid valve.
Gambar 2.7. Solenoid Valve
Solenoid valve memiliki beberapa spesifikasi diantara lain:
1. Tegangan AC 220 volt
2. Tekanan air sekitar 0.2-0.8Mpa
3. Inlet memiliki diameter ½”
4. Outlet memiliki diameter ½”
5. Jenisnya siku
6. Mode operasi biasanya tertutup
7. Pengunaan air dan cairan tidak bersifat kental
2.7.
Motor DC Power Window
Motor power window adalah motor penggerak regulator berputar
searah jarum jam atau arah sebaliknya. Jenis motor yang digunakan pada
power window adalah motor DC. Motor listrik menggunakan energi listrik
dan energi magnet agar dapat menghasilkan energi mekanis. Operasi motor
bergantung pada interaksi dua medan magnet yang dapat menghasilkan
gerakan. Tujuannya untuk menghasilkan gaya yang menggerakkan(torsi).
10
Gambar 2.8. Motor Power Window
2.8.
Driver Motor BTS7960
Driver motor menggunakan modul driver H-bridge yang memiliki
chip BTS7960. BTS7960 menggunakan 74HC244 chip yang efektif
mengisolasi mikrokontroler dan motor driver hingga 43A.
Driver motor BTS7960 memiliki beberapa spesifikasi antara lain:
1. Tegangan input sekitar 6V-27V
2. Modelnya IBT-2
3. Tingkat arus maksimum 43A
4. Memiliki mode kontrol PWM
5. Duty cycle sekitar 0-100%
Gambar 2.9. Driver Motor BTS7960
11