Kamis, 13 Juni 2024

Modul 4




    1. Pendahuluan   [Kembali] 

        Akuarium merupakan suatu wadah berisi air yang biasanya terbuat dari kaca atau akrilik. Akuarium biasa digunakan untuk memelihara ikan, tanaman air, dan organisme akuatik lainnya. Akuarium mempunyai berbagai ukuran tergantung dengan kebutuhan dan tujuan penggunaannya. akurium dapat difungsikan untuk berbagai fungsi, diantaranya untuk dekorasi interior, penelitian, edukasi, dan lain sebagainya.

        Salah satu penggunaan akurium yang paling umum adalah untuk memelihara ikan, baik hanya sebagai hiasan atau pun hobi. Meskipun hanya sebagai hiasan atau hobi, akuarium tetap membutuhkan perawatan dan perhatian yang konsisten. Pengelolaan yang diperlukan untuk akuarium dapat meliputi pencahayaan, pH air, memberikan makan ikan, pengawasan dari bahaya, dan beberapa hal lainnya. Aspek- aspek tersebut dapat dikelola menggunakan sistem otomatisasi sehingga pengelolaan menjadi lebih konsisten, tepat waktu, dan bisa dipantau dari jarak jauh.

        Seiring dengan berjalannya waktu, perkembangan teknologi membantu menjadikan pekerjaan manual menjadi pekerjaan otomatis yang dapat digantikan oleh alat. Perkembangan teknologi dapat diterapkan dalam banyak hal, salah satunya adalah pada akuarium. Dengan menerapkan perkembangan teknologi pada akuarium diharapkan dapat meningkatkan efisiensi dan efektivitas pengelolaan akuarium. 

        Sistem otomatis ini dirancang menggunakan beberapa sensor yang dikonfigurasikan satu sama lain. Selain itu, sistem ini dilengkapi dengan aktuator seperti motor, LED, LCD dan lain sebagainya sesuai dengan sistem yang dirancang. Dengan menerapkan hal- hal tersebut, pemeliharaan akuarium dapat dilakukan dengan lebih mudah, akurat, konsisten, dan hemat waktu, serta meningkatkan kesejahteraan organisme yang hidup di dalamnya.

    2. Tujuan   [Kembali]

    1. Memahami dan menerapkan prinsip dasar input dan output pada mikrokontroler
    2. Memahami dan menerapkan prinsip dasar motor dan jenis- jenisnya
    3. Memahami dan menerapkan pripsip dasar komunikasi dua arduino.
    4. Mampu membuat simulasi perancangan alat menggunakan perangkat lunak proteus dan membuat prototype alat.
    5. Mampu mengoptimalkan pemeliharaan dan penggunaan akuarium melalui perangcangan sistem ototmatis pada akuarium.
3. Alat dan Bahan   [Kembali]

          Alat :

1. Jumper 


    
        Bahan :
        1. Arduino Uno

Spesifikasi:

·       Microcontroller: ATmega328P

·       Operating Voltage: 5V

·       Input Voltage (recommended): 7-12V

·       Input Voltage (limit): 6-20V

·       Digital I/O Pins: 14 (of which 6 provide PWM output)

·       PWM Digital I/O Pins: 6

·       Analog Input Pins: 6

·       DC Current per I/O Pin: 20 mA

·       DC Current for 3.3V Pin 50 mA

·       Flash Memory: 32 KB (ATmega328P) of which 0.5 KB used by bootloader

·       SRAM: 2 KB (ATmega328P)

·       EEPROM: 1KB (ATmega328P)

·       Clock Speed: 16 MHz

·       Length: 68.6 mm

·       Width: 53.4 mm

2. Touch Sensor

         



  • Konsumsi daya rendah
  • Catu daya untuk 2 ~ 5.5V DC
  • Dapat menggantikan sentuhan tombol tradisional
  • Empat lubang pemosisian sekrup M2 untuk pemasangan yang mudah
  • Output Pin Sink Current (VCC = 3V, VOL = 0.6V): 8 mA
  • Arus pull-up pin keluaran (VCC = 3V, VOH = 2.4V): 4 mA
        3. PIR Sensor

            

        Spesifikasi:
  • Operating voltage range: DC 4.5-20V 
  • - Quiescent Current: Level output: High 3.3 V /Low 0V 
  • - Trigger: L can not be repeated trigger/H can be repeated trigger(Default repeated trigger) 
  • - Delay time: 5-300S(adjustable) the range is (second to tens of second) 
  • - Block time: 2.5S(default)Can be made a range(to tens of seconds 
  • - Board Dimensions: 32mm*24mm 
  • - Angle Sensor: Operation Temp: -15-+70 degrees 
  • - Lens size sensor: Diameter:23mm(Default)
        4. LDR Sensor
          
        Spesifikasi:
  • Supply: 3.3V- 5V 
  • tipe output: digital berupa 1 dan 0
  • ukuran:  3cmx 1.6 cm
  • dilengkapi indikator power (merah) dan indikator deteksi (hijau)
  • menggunakan pembanding LM393 comparator stabil

         5. Water Level Sensor
            
        Spesifikasi:
  • Tegangan kerja: 3-5 V DC dengan arus kerja <20 mA
  • Tiper sensor: analog
  • Max output: 2.5v (saat terendam air)
  • Luas area deteksi: 16x 40 mm
  • Suhu kerja: 10- 30 C
  • Ukuran: 20x 6x 6 mm
        6. PH Sensor
            
        Spesifikasi:

·       Tegangan operasi: 3.3. -5.5 volt

·       Arus operasi: 3- 6 mA

·       Jumlah pin: 5

·       Batas nilai pH: 1- 14 pH

·       Suhu operasi: (-30) – 80 derajat celcius


        7. Motor DC
            

            Spesifikasi:
  • Panjang poros: 7- 8 mm
  • Diameter poros: 2 mm
  • Dimention: 20*15*25 mm
  • Rated Voltage: 3V
  • Max voltage: 6V
  • No- Load speed: 18,000 rev/ min at 2,4V
  • Load curret: 200 mA
        8. Motor Servo
            

        Spesifikasi:

·       A (mm): 32

·       B (mm): 23

·       C (mm): 28.5

·       D (mm): 12

·       E (mm): 32

·       F (mm): 19.5

·       Speed (sec): 0.1

·       Torque (kg.cm): 2.5

·       Weight (g) 14.7

        

        9. Resistor

Spesifikasi :

·       Resistansi: 220 Ohms         

·       Rating daya: 250 mW (1/4 W)       

·       Toleransi: 0.1 %     

·       Koefisien suhu: 15 PPM / C           

·       Rating tegangan: 250 V      

·       Retang suhu beroperasi: - 55 C to + 155 C

·       Panjang: 7.1 mm

·       Diameter: 2.3 mm


10. LCD 


        Spesifikasi:
  • tegangan operasi LCD: DC (3.3- 5)V
  • Mencakup dua baris dimana setiap baris menghasilkan 16 karakter
  • kontrol pin: SDA dan SCL
  • Tipe layar: Layar LCD
  • Dimensi tampilan: 64.5 x 16.0 mm
  • arus operasi: 26 mA (5V), 13 mA (3.3V)

         11. LED

    
        Spesifikasi:
  • Warna: kuning
  • Ukuran: 5mm
  • Warna lensa: Diffused yellow
  • Forward Current: 20 mA
  • Daya disipasi maksimum: 80 mW Max Continious
  • Suhu operasi: (-40)- 85 derajat celcius
  • Suhu penyimpanan: (-40)- 100 derajat celcius
  • Panjang pin: 29.5 mm
        Besar hambatan LED= (5v- 2.1v)/ 0.03 A= 96.67 ohm    

 
4. Dasar Teori  [Kembali]
 

1)     Arduino Uno

Gambar 17 Arduino Uno

Arduino merupakan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR. Mikrokontroler adalah chip atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan memberikan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Mikrokontroler bertugas sebagai “otak‟ yang mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik.

Spesifikasi arduino yang digunakan:

●      Microcontroller: ATmega328P

●      Operating Voltage: 5V

●      Input Voltage (recommended): 7-12V

●      Input Voltage (limit): 6-20V

●      Digital I/O Pins: 14 (of which 6 provide PWM output)

●      PWM Digital I/O Pins: 6

●      Analog Input Pins: 6

●      DC Current per I/O Pin: 20 mA

●      DC Current for 3.3V Pin 50 mA

●      Flash Memory: 32 KB (ATmega328P) of which 0.5 KB used by bootloader

●      SRAM: 2 KB (ATmega328P)

●      EEPROM: 1KB (ATmega328P)

●      Clock Speed: 16 MHz

●      Length: 68.6 mm

●      Width: 53.4 mm

 

ATMega328P mempunyai kaki standar 28 pin yang mempunyai fungsi yang berbeda- beda baik sebagai port atau pun sebagai fungsi yang lain. Konfigurasi 18 pin tersebut antara lain:

Gambar 18 Konfigurasi Pin Arduino Uno

 

1.     VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya.

2.     GND merupakan pin Ground.

3.     Port B (PB0 – PB7) merupakan pin masukan/keluaran dua arah (full duplex) dan masing-masing port memiliki fungsi khusus.

4.     Port C (PC0 – PC6) merupakan pin masukan/keluaran dua arah (full duplex) dan masing-masing port memiliki fungsi khusus.

5.     Port D (PD0 – PD7) merupakan pin masukan/keluaran dua arah (full duplex) dan masing-masing port memiliki fungsi khusus.

6.     RESET merupakan pin yang digunakan untuk mengatur atau menjalankan ulang program awal yang sudah dimasukkan ke mikrokontroler.

7.     XTAL1 dan XTAL2, merupakan pin masukan external clock.

8.     AVCC merupakan pin masukan tegangan ADC (Analog-Digital Converter).

9.     AREF merupakan pin masukan referensi tegangan ADC.

 

2)     Komunikasi UART

    UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) adalah bagian perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bit-bit serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal.


Gambar 19 Cara Kerja Komunikasi UART

Data dikirimkan secara paralel dari data bus ke UART1. Pada UART1 ditambahkan start bit, parity bit, dan stop bit kemudian dimuat dalam satu paket data. Paket data ditransmisikan secara serial dari Tx UART1 ke Rx UART2. UART2 mengkonversikan data dan menghapus bit tambahan, kemudia di transfer secara parallel ke data bus penerima.

 

3)         Touch Sensor

Gambar 20 Touch Sensor

Digital Touch Sensor inilah salah satu saklar modern. Digital Touch Sensor merupakan sebuah modul sensor yang berfungsi seperti tombol/saklar, namun cara penggunaanya hanya perlu dengan menyentuhnya menggunakan jari kita. Pada saat disentuh oleh jari, sensor akan mendeteksi aliran arus listrik pada tubuh manusia karena tubuh manusia dapat mengalirkan listrik. Data akan berlogika 1 (HIGH) saat disentuh oleh jari dan akan berlogika 0 (LOW) saat tidak disentuh.

     Digital touch sensor dapat digunakan untuk switching suatu alat atau sistem. Seperti untuk menghidupkan lampu, menghidupkan motor, menyalakan sistem keamanan, dan lain-lain.

    Grafik respon sensor:

Gambar 21 Grafik Respon Touch Sensor

Digital touch sensor dapat digunakan untuk switching suatu alat atau sistem. Seperti untuk menghidupkan lampu, menghidupkan motor, menyalakan sistem keamanan, dan lain-lain

4)     PIR Sensor

Gambar 22 PIR sensor

PIR (Passive Infrared Receiver) merupakan sebuah sensor berbasiskan infrared. Akan tetapi, tidak seperti sensor infrared kebanyakan yang terdiri dari IR LED dan fototransistor. PIR tidak memancarkan apapun seperti IR LED. Sesuai dengan namanya ‘Passive’, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Benda yang bisa dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah tubuh manusia

Diagram sensor PIR:

PIR (Passive Infrared Receiver) merupakan sebuah sensor berbasiskan infrared. Akan tetapi, tidak seperti sensor infrared kebanyakan yang terdiri dari IR LED dan fototransistor. PIR tidak memancarkan apapun seperti IR LED. Sesuai dengan namanya ‘Passive’, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Benda yang bisa dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah tubuh manusia.

Sensor PIR ini bekerja dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki setiap benda dengan suhu benda diatas nol mutlak. Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32 derajat celcius, yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh Pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor yang terdiri dari galium nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik. Mengapa bisa menghasilkan arus listrik? Karena pancaran sinar inframerah pasif ini membawa energi panas. Prosesnya hampir sama seperti arus listrik yangterbentuk ketika sinar matahari mengenai solar cell.

Grafik Respon Pir terhadap suhu


Gambar 23 Grafik respon sensor PIR terhadap suhu

Grafik sensor pir terhadap jarak, kecepatan,arah objek:


Gambar 24 Grafik respon sensor PIR terhadap arah objek

 

5)     Sensor pH

Sensor pH merupakan ini digunakan untuk mengukur kadar pH yang terkandung pada tanki air hidroponik. Sensor ini beroperasi pada tegangan 3.4 hingga 5 Volt dan suhu operasi 5 hingga 60 derajat celcius. Sensor pH digunakan untuk mengukur kandungan asam pada tank nutrisi air pada kebun hidroponik.


Gambar 25 Sensor pH

Spesifikasi:

●      Tegangan operasi: 3.3. -5.5 volt

●      Arus operasi: 3- 6 mA

●      Jumlah pin: 5

●      Batas nilai pH: 1- 14 pH

●      Suhu operasi: (-30) – 80 derajat celcius

Sensor pH meter merupakan suatu sensor yang dapat melakukan pengukuran tingkat kadar keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh cairan/larutan. Cara bekerja dari sensor pH air yang utama berada di bagian sensor probe dengan material terbuat dari elektroda kaca, dimana pada elektroda kaca tersebut terdapat larutan HCL yang terdapat pada bagian ujung sensor probe, sensor probe tersebit akan mengukur besaran nilai ion H3O + pada suatu larutan sehingga dapat mengetahui kadar PH pada suatu larutan/cairan[8]. Elektroda sensor pada sensor PH air terbentuk dari bahan lapisan kaca yang sensitif dengan impendasi yang kecil oleh sebab itu dapat mendapatkan hasil pembacaaan dan penilaian yang stabil dan cepat pada suhu cairan/larutan tinggi maupun rendah. Hasil dari pembacaan nilai sensor PH bisa didapatkan oleh mikrokontroler dengan menggunakan antarmuka PH 2.0 yang sudah ada pada modul sensor PH air. Sensor PH air ini sangat baik untuk digunakan dalam melakukan pembacaan kadar PH cairan dengan interval waktu yang lama.

Grafik respon sensor PH adalah :



Gambar 26 Grafik respon sensor pH

Sensor pH adalah sensor yang digunakan untuk mengetahui derajat keasaman. pH meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur tingkat keasaman atau kebasaan larutan. Prinsip utama kerja pH meter adalah terletak pada sensor probe berupa elektroda kaca (glass electrode) dengan jalan mengukur jumlah ion H30+ di dalam larutan. Dalam penggunaannya, sensor pH perlu dikalibrasi berkala agar keakuratannya dapat terjaga. Beberapa produsen sensor pH pada umumnya menyertakan instrumen untuk melakukan kalibrasi secara manual. Jika sensor pH dihubungjan dengan Arduino Uno, kalibrasi dapat dilakukan melalui program antarmuka kalibrasi sensor pH (pengembangan dari library sensor pH yang sudah tersedia). Hasil kalibrasi tersebut kemudian disimpan dalam EEPROM agar dapat digunakan untuk pengukuran normal.


Gambar 27 Sensor pH

Gambar 28 Grafik Kalibrasi Sensor pH

 

6)     Water Level Sensor

Water Level Sensor adalah alat yang digunakan untuk memberikan signal kepada alarm / automation panel bahwa permukaan air telah mencapai level tertentu. Sensor akan memberikan signal dry contact (NO/NC) ke panel. Detector ini bermanfaat untuk memberikan alert atau untuk menggerakkan perangkat automation lainnya. Water sensor ini telah dilengkapi dengan built-in buzzer yang berbunyi pada saat terjadi trigger. Sensor ketinggian air biasanya digunakan untuk menghitung ketinggian air di sungai, danau, atau tangki air. Sensor ini sangat mudah untuk dibuat karena bahan - bahanya sederhana.

Water level merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air dengan output analog kemudian diolah menggunakan mikrokontroler. Cara kerja sensor ini adalah pembacaan resistansi yang dihasilkan air yang mengenai garis lempengan pada sensor. Cara kerja sensor ini adalah pembacaan resistansi yang dihasilkan air yang mengenai garis lempengan pada sensor. Semakin banyak air yang mengenai lempengan tersebut, maka nilai resistansinya akan semakin kecil dan sebaliknya. Sensor memiliki sepuluh jejak tembaga yang terbuka, lima di antaranya adalah jejak daya dan lima lainnya adalah jejak indera. Jejak-jejak ini terjalin sehingga ada satu jejak indera di antara setiap dua jejak kekuatan. Biasanya, jejak kekuatan dan indera tidak terhubung, tetapi ketika direndam dalam air, keduanya dijembatani. Pengoperasian sensor ketinggian air cukup sederhana. Jejak daya dan indra membentuk resistor variabel (seperti potensiometer) yang resistansinya bervariasi berdasarkan seberapa banyak mereka terpapar air.

Grafik Water Level Sensor:


Gambar 29 Grafik water level sensor

Pengoperasian sensor ketinggian air cukup sederhana. Jejak daya dan indra membentuk resistor variabel (seperti potensiometer) yang resistansinya bervariasi berdasarkan seberapa banyak mereka terpapar air.

Gambar 30 Perbandingan ketinggian air dan resistansi

Resistensi ini berbanding terbalik dengan kedalaman pencelupan sensor dalam air : Semakin banyak air yang dibenamkan sensor, semakin baik konduktivitasnya dan semakin rendah resistansinya. Semakin sedikit air yang dibenamkan sensor, semakin buruk konduktivitasnya dan semakin tinggi resistansinya. Sensor menghasilkan tegangan output yang sebanding dengan resistansi; dengan mengukur tegangan ini, ketinggian air dapat ditentukan.


Gambar 31 Konfigurasi PIN water level sensor

 

Sensor ketinggian air biasanya digunakan untuk menghitung ketinggian air di sungai, danau, atau tangki air. Sensor ini sangat mudah untuk dibuat karena bahan - bahanya sederhana. Water level sensor yang dibuat sekarang terbuat dari sensor magnet, magnet, bandul dan pipa.

Gambar 32 Penggunaan water level sensor

Pada saat ketinggian air naik, maka secara otomatis bandul bermagnet akan ikut terangkat juga, dan ketika magnet berada pada level sensor berikutnya maka sensor tersebut akan aktif dan menyalakan lampu atau peralatan lainya.

Adapun spesifikasi dari water level sensor adalah sebagai berikut:

●      Tegangan kerja: 3-5 VDC nArus kerja: < 20mA.

●      Tipe sensor: analog.

●      Max output: 2.5v (saat sensor terendam semua)

●      Luas area deteksi: 16x40mm nSuhu kerja: 10-30 C.

●      Ukuran: 20x62x8 mm.

 

7)     LDR sensor

LDR atau light Dependent Resistor adalah salah satu jenis resistor yang nilai hambatannya dipengaruhi oleh cahaya yang diterima olehnya. Besarnya nilai hambatan pada LDR tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. Resistor peka cahaya atau fotoresistor adalah komponen elektronik yang resistansinya akan menurun jika ada penambahan intensitas cahaya yang mengenainya. Fotoresistor dapat merujuk pula pada light-dependent resistor (LDR), atau fotokonduktor. Fotoresistor dibuat dari semikonduktor beresistansi tinggi yang tidak dilindungi dari cahaya.

Gambar 33 LDR Sensor

Adapun spesifikasi dari LDR adalah:

●      Tegangan maksimum (DC): 150V.

●      Konsumsi arus maksimum: 100mW.

●      Tingkatan Resistansi/Tahanan : 10Ω sampai 100KΩ

●      Puncak spektral: 540nm (ukuran gelombang cahaya)

●      Waktu Respon Sensor : 20ms – 30ms.

 

Konfigurasi PIN dari LDR adalah sebagai berikut:

Gambar 34 Konfigurasi pin LDR

Grafik respon penurunan daya disipasi sensor LDR:


Gambar 35 Grafik respon penurunan daya disipasi sensor LDR

Grafik respon resistansi LDR:


Gambar 36 Grafik respon resistansi LDR

 

Grafik respon sensor:

 

Gambar 37 Grafik respon sensor

8)     Resistor


Resistor merupakan komponen elektronika dasar yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian.Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Resistor memiliki simbol seperti gambar dibawah ini :

 

Gambar 38 Simbol resistor pada proteus

Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :



Dimana V adalah tegangan,  I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan.

Di dalam resistor, terdapat ketentuan untuk membaca nilai resistor yang diwakili dengan kode warna dengan ketentuan di bawah ini :


                              


Sebagian besar resistor yang kita lihat memiliki empat pita berwarna. Oleh karena itu ada cara membacanya seperti ketentuan dibawah ini:

1.     Dua pita pertama dan kedua menentukan nilai dari resistansi

2.     Pita ketiga menentukan faktor pengali, yang akan memberikan nilai resistansi.

3.     Dan terakhir, pita keempat menentukan nilai toleransi.

Rumus Resistor:

Seri: Rtotal = R1 + R2 + R3 + … + Rn

Dimana:

Rtotal = Total Nilai Resistor

R1 = Resistor ke-1

R2 = Resistor ke-2

R3 = Resistor ke-3

Rn = Resistor ke-n

 

Paralel: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …+ 1/Rn

Dimana:

Rtotal = Total Nilai Resistor

R1 = Resistor ke-1

R2 = Resistor ke-2

R3 = Resistor ke-3

Rn = Resistor ke-n

 

9)     Motor DC

Motor DC adalah motor listrik yang memerlukan suplai  tegangan  arus searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct- unidirectional. Motor DC adalah piranti elektronik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa gerak rotasi. Pada motor DC terdapat jangkar dengan satu atau lebih kumparan terpisah. Tiap kumparan berujung pada cincin belah (komutator). Dengan adanya insulator antara komutator, cincin belah dapat berperan sebagai saklar kutub ganda (double pole, double throw switch). Motor DC bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz, yang menyatakan ketika sebuah konduktor beraliran  arus diletakkan dalam medan magnet,  maka sebuah gaya (yang dikenal dengan gaya Lorentz) akan tercipta secara ortogonal diantara arah medan magnet dan arah aliran arus. Kecepatan putar motor DC (N) dirumuskan dengan Persamaan berikut.

                     


Simbol motor DC:

Gambar 39 Simbol motor DC

Motor DC tersusun dari dua bagian yaitu bagian diam (stator) dan bagian bergerak (rotor). Stator motor arus searah adalah badan motor atau kutub magnet (sikat-sikat), sedangkan yang termasuk rotor adalah jangkar lilitanya. Pada motor, kawat penghantar listrik yang bergerak tersebut pada dasarnya merupakan lilitan yang berbentuk persegi panjang yang disebut kumparan.

Adapun motor DC berkerja dengan prinsip dimana Kumparan ABCD terletak dalam medan magnet serba sama dengan kedudukan  sisi  aktif  AD  dan  CB  yang  terletak  tepat  lurus  arah fluks magnet. Sedangkan sisi AB dan DC ditahan pada bagian tengahnya, sehingga apabila sisi AD dan CB berputar karena adanya gaya lorentz, maka kumparan ABCD akan berputar. Hasil perkalian gaya dengan jarak pada suatu titik tertentu disebut momen, sisi aktif AD dan CB akan berputar pada porosnya karena pengaruh momen putar (T). Setiap sisi kumparan aktif AD dan CB pada gambar diatas akan mengalami momen putar sebesar :

T = F.r

 Dimana:

T = momen putar (Nm) F = gaya tolak (newton)

r = jarak sisi kumparan pada sumbu putar (meter)

 

Pada daerah dibawah kutub-kutub magnet besarnya momen putar tetap karena besarnya gaya lorentz. Hal ini berarti bahwa kedudukan garis netral sisi sisi kumparan akan berhenti berputar. Supaya motor dapat berputar terus dengan baik, maka perlu ditambah jumlah kumparan yang digunakan. Kumparan- kumparan harus diletakkan sedemikian rupa sehingga momen putar yang dialami setiap sisi kumparan akan saling membantu dan menghasilkan putaran yang baik. Dengan pertimbangan teknis, maka kumparan-kumparan yang berputar tersebut dililitkan pada suatu alat yang disebut jangkar, sehingga lilitan kumparan itupun disebut lilitan jangkar. Struktur Motor DC dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 10 Struktur motor DC

10) Motor Servo

Gambar 11 Rangkaian motor servo

Motor servo adalah jenis motor listrik yang dirancang untuk memberikan output yang presisi dalam menyelesaikan pergerakan tertentu. Motor ini dilengkapi dengan kontroler yang memungkinkan presisi tinggi dalam mengatur posisi atau sudut rotor. Prinsip kerja motor servo didasarkan pada umpan balik atau feedback yang terus-menerus dari posisi rotor.

Prinsip kerja motor servo:

1.     Umpan Balik (Feedback): Motor servo menggunakan sensor umpan balik, seperti potensiometer, enkoder, atau resolver, untuk terus memonitor posisi atau sudut rotor.

2.     Kontroler:

-        Kontroler servo menerima sinyal perintah untuk mencapai posisi tertentu

-   Kontroler membandingkan posisi aktual (yang diberikan oleh sensor umpan balik) dengan posisi yang diminta.

3.     Error Signal:

-    Jika terdapat perbedaan antara posisi aktual dan yang diminta, tercipta sinyal kesalahan (error signal).

4.     Sinyal Penggerak (Drive Signal):

-        Kontroler menghasilkan sinyal penggerak yang disesuaikan berdasarkan error signal.

-       Sinyal penggerak mengontrol daya yang disuplai ke motor untuk mengoreksi perbedaan posisi.

5.     Pergerakan Presisi:

-        Motor servo merespons dengan mengubah posisi rotor untuk mengurangi error posisi.

-        Proses ini berlanjut sampai posisi yang diminta tercapai.

 

Motor servo sering digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan presisi tinggi, seperti robotika, peralatan CNC (Computer Numerical Control), peralatan audio profesional, dan banyak lagi. Keunggulan motor servo meliputi kemampuan untuk mengontrol kecepatan, torsi, dan posisi dengan sangat presisi, membuatnya ideal untuk aplikasi yang memerlukan akurasi dan kontrol yang tinggi.

 

11) LED

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu Pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya.  Oleh karena itu, saat ini LED (Light Emitting Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.


                                  

Gambar 12 Bentuk LED

Seperti dikatakan sebelumnya, LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

Gambar 13 Semikonduktor LED

LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi cahaya.

 

12) LCD

LCD singkatan liquid crystal display. LCD adalah salah satu jenis modul tampilan elektronik yang digunakan dalam berbagai aplikasi seperti berbagai rangkaian & perangkat seperti ponsel, kalkulator, komputer, perangkat TV, dll.

Pinout LCD 16x2 ditunjukkan di bawah ini:

  • Pin1 (Ground / Source Pin): Ini adalah pin tampilan GND, digunakan untuk menghubungkan terminal GND unit mikrokontroler atau sumber daya.
  • Pin2 (VCC / Source Pin): Ini adalah pin catu tegangan pada layar, digunakan untuk menghubungkan pin catu daya dari sumber listrik
  • Pin3 (V0 / VEE / Control Pin): Pin ini mengatur perbedaan tampilan, yang digunakan untuk menghubungkan POT yang dapat diubah yang dapat memasok 0 hingga 5V
  •  Pin4 (Register Select / Control Pin): Pin ini berganti-ganti antara perintah atau data register, digunakan untuk menghubungkan pin unit mikrokontroler dan mendapatkan 0 atau 1 (0 = mode data, dan 1 = mode perintah)
  • Pin5 (Pin Baca / Tulis / Kontrol): Pin ini mengaktifkan tampilan di antara operasi baca atau tulis, dan terhubung ke pin unit mikrokontroler untuk mendapatkan 0 atau 1 (0 = Operasi Tulis, dan 1 = Operasi Baca)
  • Pin 6 (Mengaktifkan / Mengontrol Pin): Pin ini harus dipegang tinggi untuk menjalankan proses Baca / Tulis, dan terhubung ke unit mikrokontroler & terus-menerus dipegang tinggi.
  • Pin 7-14 (Pin Data): Pin ini digunakan untuk mengirim data ke layar. Pin ini terhubung dalam mode dua-kawat seperti mode 4-kawat dan mode 8-kawat. Dalam mode 4-kawat, hanya empat pin yang terhubung ke unit mikrokontroler seperti 0 hingga 3, sedangkan dalam mode 8-kawat, 8-pin terhubung ke unit mikrokontroler seperti 0 hingga 7
  •  Pin15 (+ve pin LED): Pin ini terhubung ke +5V
  •  Pin 16 (-ve pin LED): Pin ini terhubung ke GND.

Gambar 44 Gambar LCD 16X 2

Fitur LCD 16x2

●      Tegangan operasi LCD ini adalah 4.7V-5.3V

●      Ini termasuk dua baris di mana setiap baris dapat menghasilkan 16 karakter.

●      Pemanfaatan arus adalah 1mA tanpa backlight

●      Setiap karakter dapat dibangun dengan kotak 5 × 8 piksel

●      Huruf & angka LCD alfanumerik

●      Tampilan ini dapat bekerja pada dua mode seperti 4-bit & 8-bit

●      Ini dapat diperoleh dalam Backlight Biru & Hijau

●      Ini menampilkan beberapa karakter yang dibuat khusus

Gambar 45 Konfigurasi PIN LCD

Layar LCD 16 x 2 ini memiliki 16 Kolom dan 2 Baris . Baris ke-1 dari modul ini memiliki total 16 kolom 0 hingga 15 dan posisi baris pertama adalah 0. Juga, baris ke-2 memiliki total 16 kolom 0 hingga 15 dan posisi baris kedua adalah posisi 1. Jadi jumlah total kolom adalah 16 x 2 = 32. Ini berarti modul LCD 16 x 2 dapat menampilkan 32 karakter secara bersamaan.

    5. Prosedur   [Kembali]

    a. Prosedur  [Kembali]

    Prosedur percobaan:

    1.     Siapakan komponen yang dibutuhkan 

    2.     Susun rangkaian sebagaimana yang dibutuhkan 

    3.     Inputkan codingan Arduino 

    4.     Jalankan rangkaian 

    5.  Lakukan koreksi jika terjadi error, jika tidak terjadi error maka rangkaian berhasil dan selesai.


    b. Hardware  [Kembali]

    Hardware

1. Arduino Uno 
2. Touch sensor
3. PIR Sensor
4. PH Sensor
5. Water Level Sensor
6. LDR Sensor
7. Motor Servo
8. Motor DC
9. LED kuning
10. LCD 12C 16x 2
11. Resistor
12. Jumper

    c. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [Kembali]

            Rangkaian proteus :

      Prinsip Kerja

          Rangkaian terdiri dari dua buah arduino yang dihubungkan melalui komunikasi UART (Universal Asynchronous Receiver- Transmitter). Arduino pertama disebut sebagai arduino master, yang mana arduino ini dihubungkan dengan lima buah sensor, yaitu sensor touch, sensor PIR, sensor LDR, sensor pH, dan water level sensor, yang mana kelima sensor ini berfungsi sebagai input. Selain itu, pada arduino master juga dihubungkan LCD 16x 2 yang berfungsi untuk menampilkan output dari sensor yang dikonfigurasikan. Arduino kedua disebut sebagai arduino slave, yang mana pada arduino ini dihubungkan motor DC, motor servo, dan LED sebagai output dari sensor yang dihubungkan dengan arduino 1. Dengan menggunakan komunikasi UART, arduino master akan menerjemahkan input dari sensor menjadi pesan- pesan tertentu. kemudian pesan- pesan tersebut dikirimkan ke arduino kedua, yang mana pin Tx pada arduino master duhubungkan dengan pin Rx pada arduino slave, dan pin Rx pada arduino slave dihubungkan dengan pin Tx pada arduino master. Ketika pesan- pesan dari arduino master diterima oleh arduino slave, maka arduino slvae akan memberikan output kepada motor atau LED sesuai dengan konfigurasi yang telah diberikan untuk masing- masing pesan yang diterima. 

          Masing- masing sensor yang digunakan pada sistem ini mempunyai fungsi masing- masing. Sensor touch yang dihubungkan dengan pin 7 arduino master digunakan untuk memberikan pakan untuk ikan di akuarium. Ketika sensor touch disentuh, maka arduino master akan menerjemahkannya sebagai pesan “I”, dan ketika tidak adanya sentuhan, maka arduino master akan menerjemahkannya sebagai pesan “i”. Ketika arduino slave menerima pesan “I”, maka motor servo yang terhubung pada pin 5 arduino slave dan berfungsi untuk memutar kotak pakan ikan akan berputar 180 derajat sehingga pakan ikan akan tertuang ke dalam akuarium. Ketika arduino slave menerima pesan “i” maka posisi motor servo akan berputar kembali ke posisi 0 derajat dan kotak pakan ikan kembali ke dalam posisi semula. 

          Sensor PIR dihubungkan pada pin 6 arduino master yang mana berfungsi untuk membuka dan menutup tutup akuarium ketika sensor PIR mendeteksi adanya orang atau hewan yang mungkin saja gangguan terhadap ikan yang berada pada akuarium. Ketika sensor PIR mendeteksi adanya orang maka arduino slave akan menerjemahkannya sebagai pesan “P”. Ketika sensor PIR tidak mendeteksi adanya orang, maka arduino akan menerjemahkannya sebagai pesan “p”. Pesan- pesan ini kemudian dikirimkan kepada arduino slave. Ketika arduino slave menerima pesan “P”, maka motor servo yang terhubung pada pin 7 arduino slave yang berfungsi untuk membuka tutup akuarium akan berputar 180 derajat. Ketika pesan yang diterima adalah “p” maka tutup akuarium akan kembali ke posisi 0 derajat.

          Sensor LDR dihubungkan pada pin A2 arduino yang berfungsi untuk menghidupkan lampu akuarium ketika sensor mulai mendeteksi cahaya mulai redup atau gelap. Ketika sensor mendeteksi intensitas cahaya mulai kurang dan gelap, maka arduino master akan menerjemahkannya sebagai pesan “T” dan ketika cahaya terang makan akan diterjemahkan sebagai pesan “t”. Kemudian pesan ini akan dikirimkan kepada arduino slave menggunakan komunikasi UART. Ketika arduino slave menerima pesan “T” maka LED yang terhubung pada pin 4 arduino akan aktif, dan ketika pesan yang diterima adalah “t”, maka LED tidak aktif. 

          Water level sensor berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air akuarium. Pada sistem ini digunakan akuarium mini dengan tinggi 20 cm dengan ketinggian air akuarium adalah 15 cm. Ketika water level sensor mendeteksi tinggi air kurang dari 15 cm, yang mana ini berarti nilai resistansi pada sensor tinggi, maka akan diterjemahkan sebagai pesan “a” dan ketika tinggi air lebih dari 15 cm, maka akan diterjemahkan sebagai pesan “A”. Ketika pesan dikirimkan kepada arduino slave dan pesan yang diterima adalah “a”, maka water pump yang terhubung melalui driver ke pin 2 dan 3 arduino slave akan aktif dan mengisi air pada akuarium. Ketika pesan yang diterima adalah “A”, maka water pump akan mati dan pengisian air berhenti.

          Selain itu, sistem ini juga menggunakan sensor pH untuk mendeteksi pH akuairum agar keseimbangan pH akuarium termonitor dan terjaga dengan baik. Hasil pembacaan dari sensor pH akan ditampilkan pada LCD yang terhubung ke arduino master. Dengan adanya pembacaan pH akuarium melalui sensor pH, maka keseimbangan pH akuarium dapat termonitor dengan baik agar pH akuarium tetap terjaga sebagaimana nilai pH yang baik. 

    d. Flowchart     [Kembali]

                Flowchart:

            Master:


            Slave:






Listing Program:

Master:

// MASTER

// Library LCD
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include<Wire.h>

// Deklarasi PIN
#define touch 7
#define PIR 6
#define ldr A0
#define ph_PIN A2
#define water A1

// PIN LCD
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);


// Variabel untuk kalibrasi pH dan penyimpanan nilai sementara.
float Po = 0;
float PH_step;
int nilai_analog_PH;
double TeganganPh;

float PH0= 3.6 ;
float PH7= 2.6;


void setup()  
{ 
  // Untuk memulai serial monitor
  Serial.begin(9600); 
  // Deklarasi pin mode
  pinMode(touch, INPUT);
  pinMode(PIR, INPUT);
  pinMode(ldr, INPUT);
  pinMode(ph_PIN, INPUT);
  pinMode(water, INPUT);

  // Inisialisasi LCD
lcd.init(); // Inisialisasi LCD
lcd.backlight(); // Nyalakan lampu latar LCD
}

void loop(){
  int sensor_touch = digitalRead(touch);
  int sensor_PIR = digitalRead(PIR);
  
  // Sensor LDR
  int sensor_ldr = analogRead(ldr); // Membaca nilai analog sensor LDR
  float voltage = sensor_ldr * (5.0 / 1023.0); // Konversi nilai sensor LDR ke dalam tegangan

  // Sensor pH 
  int nilai_analog_PH = analogRead(ph_PIN);
  TeganganPh = 5/1024.0*nilai_analog_PH;
  PH_step = (PH0-PH7)/3.4;
  Po = 7.00 +((PH7 - TeganganPh)/PH_step);  

  // Water level sensor
  int sensor_water = analogRead(water); // Membaca nilai analog sensor air
  float tinggiAir = sensor_water * 20 / 1023; // Hitung tinggi air dalam cm
  
  // Fungsi untuk mengirim pesan berdasarkan sensor
  if (sensor_touch == HIGH) {
    Serial.write('I');
  } else if (sensor_touch == LOW) {
    Serial.write('i');
  }

  if (sensor_PIR == HIGH) {
    Serial.write('P'); 
  } else if (sensor_PIR == LOW) {
    Serial.write('p');
  }

  if (voltage > 3) {
    Serial.write('t');
  } else if (voltage < 3) {
    Serial.write('T');
  }

  if (tinggiAir > 15) {
    Serial.write('A');
  } else if (tinggiAir < 15) {
    Serial.write('a');
  }

  // Tampilkan hasil di LCD
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("pH  ");
  lcd.print(Po);
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Air: ");
  lcd.print(tinggiAir);
  lcd.print(" cm");
  
  delay(2000); // Delay untuk memperbarui LCD setiap 2 detik
}

Slave:

//slave

#include <Servo.h>

//pengaturan pin
const int pompapin1 = 2;
const int pompapin2 = 3;
const int servo2 = 7;
const int lampu = 4;
const int servo1 = 5;

Servo servopir;
Servo servotouch;

char message;

void setup()
{
  Serial.begin(9600);

  //deklarasi pin mode
  pinMode(pompapin1, OUTPUT);
  pinMode(pompapin2, OUTPUT);
  pinMode(lampu, OUTPUT);
  servopir.attach(servo2);
  servotouch.attach(servo1);
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  if(Serial.available())
  {
    message = Serial.read();

    if (message == 'I')
    {
    servotouch.write(180); //memutar posisi botol 
    }
    else if (message == 'i')
    {
      servotouch.write(0);
    }
    if (message == 'P')
    {
        servopir.write(180);
    }
    else if (message == 'p')
    {
       servopir.write(45);
    }
    if (message == 'T')
    {
      digitalWrite(lampu,HIGH);
    }
    else if (message == 't')
    {
      digitalWrite(lampu, LOW);
    }
    if (message == 'a')
    {
      digitalWrite(pompapin1, HIGH);
      digitalWrite(pompapin2, LOW);
    }
    else if (message == 'A')
    {
      digitalWrite(pompapin1, LOW);
      digitalWrite(pompapin2, LOW);
    }
  }
  delay(20);
}

        e. Video Simulasi  [Kembali]
  • Penjelasan prinsip kerja rangkaian melalui simulasi Proteus


  • Penjelasan prinsip kerja rangkaian melalui prototype alat
              





        f. Download File  [Kembali]
- Tidak ada komentar:
Langganan: Postingan (Atom)