T1 612007017 BAB III
8
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan realisasi dari perangkat keras maupun perangkat lunak dari setiap modul yang dipakai pada skripsi ini.
3.1. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras.
Perangkat keras yang menyusun skripsi ini menjadi satu sistem terdiri dari beberapa bagian yaitu:
1. Tabung Larutan Asam Dan Basa 2. Mikrokontroler Atmega 8535 3. Sensor pH PE03
4. LCD 20 x 4 5. Pompa Air AC 6. Sensor Suhu LM35 7. Modul Buffer pH 8. Driver AC 9. RTC DS1307 10.Flow Sensor
3.1.1. Tabung Larutan Asam dan Basa.
Drum penampung cairan asam dan basa berdimensi panjang 80 cm ,berdiameter 40cm dan volume 150 liter dan berjumlah dua buah. Drum pertama digunakan sebagai penampung cairan asam ,sedangkan drum ke dua berfungsi penampung cairan basa, yang didalamnya terdapat pompa dan flow sensor sebagai penghitung berapa cairan yang dipompa dantersambung oleh pipa 0,5 inch.
(2)
9
Gambar 3.1 Rancangan Mekanik Tabung.
Perancangan drum menggunakan drum plastik yang dikarenakan cairan yang akan ditampung oleh drum adalah larutan kimia, sehingga drum awet.
(3)
10 3.1.2 Mikrokontroler 8535.
Mikrokontroler Atmega 8535 digunakan sebagai , kontrol utama didalam sistem alat yang dibuat.Mikrokontroler digunakan sebagai penerima data dari sensor suhu,sensor pH, flow sensor, dan sebagai pengontrol perintah hidup atau tidaknya pompa cairan asam atau basa,dan menjaga agar pH terus stabil di nilai pH 7.0-7.4 .
Mikrokontroler Atmega 8535 termasuk dalam mikrokontroler keluarga AVR yang diproduksi oleh Atmel Corporation. Fasilitas – fasilitas yang dimiliki oleh Atmega 8535 antara lain:
1. Memori flash sebesar 8kB. 2. 512 Byte EEPROM. 3. 512 Byte SRAM.
4. Tiga buah timer/counter. 5. Delapan saluran 10-bit ADC. 6. Serial USART.
7. Interupsi internal/external.
8. 32 saluran input/output (PORTA, PORTB, PORTC, PORTD).
(4)
11
Gambar 3.3. merupakan konfigurasi pin mikrokontroler ATMega 8535 dengan penjelasan sebagai berikut:
1. PA0 – PA7 adalah delapan saluran port A. Port ini dapat difungsikan sebagai saluran input/output. PORT A juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai saluran masukan Analog to Digital Converter (ADC) 10 bit. 2. PB0 – PB7 adalah delapan saluran port B. Port ini dapat difungsikan
sebagai saluran input/output. PORT B juga memiliki fungsi khusus sebagai SPI, komparator analog dan timer/counter.
3. PC0 – PC7 adalah delapan saluran port C. Port ini dapat difungsikan sebagai saluran input/output. PORT C juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai komparator analog dan timer/counter.
4. PD0 – PD7 adalah delapan saluran port D. Port ini dapat difungsikan sebagai salurana input/output. PORT D juga memiliki fungsi khusus sebagai komparator analog, saluran interupsi external, dan komunikasi serial.
5. RESET adalah pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
6. VCC adalah pin yang digunakan untuk memberi masukan daya sebesar 5V.
7. XTAL2 adalah pin masukan external clock. 8. XTAL1 adalah pin masukan external clock.
9. AREF adalah pin masukan tegangan referensi ADC. 10.GND adalah pin ground.
11.AVCC adalah pin untuk masukan tegangan ADC
Konfigurasi penggunaan port pada mikrokontroler Atmega 8535 pada skripsi ini dijelaskan pada Tabel 3.1.
(5)
12
Tabel 3.1. Konfigurasi Penggunaan Port pada Mikrokontroler.
PORT KONEKSI
PORTA.0 Data ADC Sensor Suhu
PORTA.1 Data ADC Sensor pH
PORTB LCD
PORTD.2 Data Flow Sensor
PORTD.3 Data Flow sensor
PORTC.3 Driver AC
PORTC.4 Driver AC
PORTC.0 SCL DS1307
PORTC.1 SDA DS1307
3.1.3. Sensor pH PE-03
Untuk pengukuran pH air diperlukan sensor yang dapat mengukur pH air, pada perancangan ini digunakan sensor pH PE-03 yang dapat membaca kadar pH 0-14 dengan ketelitian 59,1 mV per perpindahan nilai pH .
(6)
13
Tabel 3.2. Beda Potensial Nilai pH.
Besarnya beda potensial 59,1 mV tersebut memenuhi persamaan
Slope = - 2×3 ��
� � [mV/pH]
Dengan:
R : Ketetapan gas umum (8,314 J/mol.K)
T : Temperatur (oK)
n : Muatan ion H+
F : Ketetapan faraday (9,468.104 Coulombs/mole)
Slope
= -
2 × 3 × 8.314 × 298.15(7)
14 3.1.4. LCD (Liquid Crystal Display).
LCD pada skripsi ini merupakan salah satu komponen pada bagian interface yang digunakan untuk menampilkan suhu air, jam, dan pH air. LCD yang digunakan pada skripsi ini merupakan LCD 20x4. LCD ini memiliki 4 baris karakter dan setiap barisnya terdiri atas 20 karakter.
Tabel 3.3. Konfigurasi pin LCD 20x4.
Pin Nama Pin Keterangan
1 Vss Ground
2 Vdd Catu daya LCD 5V.
3 VO Kontras
4 RS Register Select
5 R/W Read/Write
6 E Enable
7 DB0 Data bit 0
8 DB1 Data bit 1
9 DB2 Data bit 2
10 DB3 Data bit 3
11 DB4 Data bit 4
12 DB5 Data bit 5
13 DB6 Data bit 6
14 DB7 Data bit 7
15 LED + Catu daya positif LED
(8)
15
Gambar 3.5. LCD 20 × 4. 3.1.5. Pompa Air
Pompa air di alat ini berguna sebagai pemompa cairan asam dan basa yang terletak di dalam drum penampungan.Pompa yang digunakan dalam perancangan alat ini adalah pompa air AC 43 watt yang dapat di letakan didalam air lebih dari 2 meter, yang mempunyai debit 2800 Liter / jam.
(9)
16 3.1.6. Sensor LM35
Sensor suhu berfungsi untuk mengetahui temperatur di dalam air.Data temperatur tersebut dikonversi ke dalam data digital yang kemudian diproses oleh mikrokontroler yang kemudian ditampilkan sebagai data suhu air.Sensor yang digunakan adalah LM35, sensor ini diletakan di dalam air bersama sensor pH di dalam balancing tank.
(10)
17 3.1.7. Modul Penguat pH
pH meter adalah alat ukur yang sangat sensitif, yang cara kerjanya adalah dari beda potensial yang ditimbulkan oleh elektroda sensor.Arus keluaran dari elektroda sangat kecil dalam orde nano ampere (nA),maka dipergunakan rangkaian penyangga (buffer), yang mempunyai karakteristik penguat yang mempunyai impedansi masukan yang sangat besar.
Modul ini mempunyai 3 pin yang dipakai yaitu pin VCC,pin ground, dan pin ouput data tegangan.
Gambar 3.8. Modul Buffer pH.
3.1.8. Driver Motor
Untuk memerintahkan Pompa air AC agar mengalirkan cairan asam atau basa dibutuhkan saklar otomatis yang ada di dalam Driver AC ini berguna untuk mengontrol kapan pompa akan menyala dan mati.
(11)
18
Gambar 3.9. Skema Driver AC.
3.1.9. RTC DS1307
RTC berguna sebagai penanda waktu yang harus dilaporkan kepada operator setiap harinya bersamaan dengan nilai data pH air kolam.Pada pembuatan alat dalam skripsi ini digunakan RTC jenis DS1307. Dari rangkaian RTC hanya ada 2 pin saja yang digunakan untuk dikoneksikan ke mikrokontroler. Pin-pin tersebut yaitu SDA dan SCL pada kaki ke 5 dan 6 dari RTC DS1307. Port C.0 dan C.1 pada mikrokontroler digunakan untuk dikoneksikan pada pin SDA dan SCL yang masing-masing telah diberi resistor pull-up sebesar 4K7. Pada rangkaian RTC ditambahkan sebuah baterai sebesar 3,3 V untuk menyuplai rangkaian RTC pada saat tidak ada sumber tegangan yang diberikan oleh mikrokontroler ke rangkaian RTC ini. Rangkaian RTC DS1307 disajikan pada Gambar 3.10.
(12)
19
Gambar 3.10. Rangkaian RTC DS1307.
Gambar 3.11. Modul RTC DS1307.
3.1.10. Flow Sensor
Untuk mengetahui debit dan batasan berapa cairan asam atau basa yang akan dipompa kedalam balancing tank, maka digunakan flow sensor. Sensor ini Menggunakan model YF-S201 yang dapat membaca range debit 1-30 L/menit. Dengan konfigurasi kabel merah +5V, kabel hitam GND, kabel kuning data. dengan flowrate 7.5 . Sensor ini berguna sebagai penanda batas debit cairan yang dikeluarkan oleh pompa air agar takaran cairan asam atau basa tidak berlebihan.
(13)
20
Gambar 3.12. Skema Flow Sensor.
3.2 Perancangan Perangkat Lunak
Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perangkat lunak yang ada pada sistem. Perangkat lunak ini meliputi perancangan perangkat lunak yang ditanamkan pada mikrokontroler Atmega 8535.
Perangkat lunak yang ditanamkan pada mikrokontroler ini berguna untuk mengendalikan semua kegiatan yang dilakukan oleh tiap-tiap komponen sehingga dapat bekerja secara bersama-sama sehingga membentuk suatu sistem.Perangkat lunak berfungsi sebagai pengolah data yang berasal dari pembacaan sensor pH PE03, sensor suhu, Flow Sensor pengolahan input ouput, interface, dan Pengendali pompa.
(14)
21
Gambar 3.13. Diagram Alir Sistem.
Salah satu komponen terpenting pada alat ini adalah sensor pH PE-03. Sensor ini adalah pusat informasi data awal, yang mana setelah mengambil data akan diproses oleh mikrokontroler untuk ditampilkan dalam interface berupa nilai pH. Didalam menu LCD sendiri terdapat bagian tampilan nilai pH, suhu, serta jam, menit, detik, tanggal, bulan, tahun. Setelah itu barulah data akan di cek apakah nilainya kurang dari batas netral, dan apakah melebihi batas netral. Jika pH tidak dalam kondisi netral maka otomatis alat ini akan menetralkan air tersebut, kemudian akan nada rentang waktu untuk alat ini memulai kembali membaca data pH air dari awal lagi.
Untuk mendapat nilai pH yang dibutuhkan rumusan linear dari nilai ADC sebanding dengan kenaikan atau penurunan pH, maka rumus dapat dicari dengan
(15)
22
memasukan nilai ADC terhadap nilai pH kedalam chart line Microsoft Excel.seperti Gambar 3.13, dengan cara memasukan 3 sampel nilai, pH 4 di nilai ADC 400, pH 7 di ADC 500, pH 10 di ADC 600.
- Sumbu adalah nilai dari ADC.
- Sumbu Y adalah nilai pH.
(1)
17 3.1.7. Modul Penguat pH
pH meter adalah alat ukur yang sangat sensitif, yang cara kerjanya adalah dari beda potensial yang ditimbulkan oleh elektroda sensor.Arus keluaran dari elektroda sangat kecil dalam orde nano ampere (nA),maka dipergunakan rangkaian penyangga (buffer), yang mempunyai karakteristik penguat yang mempunyai impedansi masukan yang sangat besar.
Modul ini mempunyai 3 pin yang dipakai yaitu pin VCC,pin ground, dan pin ouput data tegangan.
Gambar 3.8. Modul Buffer pH.
3.1.8. Driver Motor
Untuk memerintahkan Pompa air AC agar mengalirkan cairan asam atau basa dibutuhkan saklar otomatis yang ada di dalam Driver AC ini berguna untuk mengontrol kapan pompa akan menyala dan mati.
(2)
18
Gambar 3.9. Skema Driver AC.
3.1.9. RTC DS1307
RTC berguna sebagai penanda waktu yang harus dilaporkan kepada operator setiap harinya bersamaan dengan nilai data pH air kolam.Pada pembuatan alat dalam skripsi ini digunakan RTC jenis DS1307. Dari rangkaian RTC hanya ada 2 pin saja yang digunakan untuk dikoneksikan ke mikrokontroler. Pin-pin tersebut yaitu SDA dan SCL pada kaki ke 5 dan 6 dari RTC DS1307. Port C.0 dan C.1 pada mikrokontroler digunakan untuk dikoneksikan pada pin SDA dan SCL yang masing-masing telah diberi resistor pull-up sebesar 4K7. Pada rangkaian RTC ditambahkan sebuah baterai sebesar 3,3 V untuk menyuplai rangkaian RTC pada saat tidak ada sumber tegangan yang diberikan oleh mikrokontroler ke rangkaian RTC ini. Rangkaian RTC DS1307 disajikan pada Gambar 3.10.
(3)
19
Gambar 3.10. Rangkaian RTC DS1307.
Gambar 3.11. Modul RTC DS1307.
3.1.10. Flow Sensor
Untuk mengetahui debit dan batasan berapa cairan asam atau basa yang akan dipompa kedalam balancing tank, maka digunakan flow sensor. Sensor ini Menggunakan model YF-S201 yang dapat membaca range debit 1-30 L/menit. Dengan konfigurasi kabel merah +5V, kabel hitam GND, kabel kuning data. dengan flowrate 7.5 . Sensor ini berguna sebagai penanda batas debit cairan yang dikeluarkan oleh pompa air agar takaran cairan asam atau basa tidak berlebihan.
(4)
20
Gambar 3.12. Skema Flow Sensor.
3.2 Perancangan Perangkat Lunak
Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perangkat lunak yang ada pada sistem. Perangkat lunak ini meliputi perancangan perangkat lunak yang ditanamkan pada mikrokontroler Atmega 8535.
Perangkat lunak yang ditanamkan pada mikrokontroler ini berguna untuk mengendalikan semua kegiatan yang dilakukan oleh tiap-tiap komponen sehingga dapat bekerja secara bersama-sama sehingga membentuk suatu sistem.Perangkat lunak berfungsi sebagai pengolah data yang berasal dari pembacaan sensor pH PE03, sensor suhu, Flow Sensor pengolahan input ouput, interface, dan Pengendali pompa.
(5)
21
Gambar 3.13. Diagram Alir Sistem.
Salah satu komponen terpenting pada alat ini adalah sensor pH PE-03. Sensor ini adalah pusat informasi data awal, yang mana setelah mengambil data akan diproses oleh mikrokontroler untuk ditampilkan dalam interface berupa nilai pH. Didalam menu LCD sendiri terdapat bagian tampilan nilai pH, suhu, serta jam, menit, detik, tanggal, bulan, tahun. Setelah itu barulah data akan di cek apakah nilainya kurang dari batas netral, dan apakah melebihi batas netral. Jika pH tidak dalam kondisi netral maka otomatis alat ini akan menetralkan air tersebut, kemudian akan nada rentang waktu untuk alat ini memulai kembali membaca data pH air dari awal lagi.
Untuk mendapat nilai pH yang dibutuhkan rumusan linear dari nilai ADC sebanding dengan kenaikan atau penurunan pH, maka rumus dapat dicari dengan
(6)
22
memasukan nilai ADC terhadap nilai pH kedalam chart line Microsoft Excel.seperti Gambar 3.13, dengan cara memasukan 3 sampel nilai, pH 4 di nilai ADC 400, pH 7 di ADC 500, pH 10 di ADC 600.
- Sumbu adalah nilai dari ADC.
- Sumbu Y adalah nilai pH.