- Memahami dan menerapkan prinsip dasar input dan output pada mikrokontroler
- Memahami dan menerapkan prinsip dasar motor dan jenis- jenisnya
- Memahami dan menerapkan pripsip dasar komunikasi dua arduino.
- Mampu membuat simulasi perancangan alat menggunakan perangkat lunak proteus dan membuat prototype alat.
- Mampu mengoptimalkan pemeliharaan dan penggunaan akuarium melalui perangcangan sistem ototmatis pada akuarium.
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]
3. Alat dan Bahan [Kembali]
Alat :
1. Jumper
.jpeg)
.jpeg)
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
- 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)
.jpeg)
- 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
.jpeg)
- 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
.jpeg)
·
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
.jpeg)
- 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
.jpeg)
·
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
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
.jpeg)
- 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
.jpeg)
- 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
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
.png)
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
.png)
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.
.png)
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 :
.png)
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:
.png)
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
.png)
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 :
.png)
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 :
.png)
.png)
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 Sensor4. PH Sensor5. Water Level Sensor6. LDR Sensor
7. Motor Servo
8. Motor DC
9. LED kuning10. LCD 12C 16x 211. Resistor
12. Jumper
c. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [Kembali]
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.
Master:
Slave:
Listing Program:
- Penjelasan prinsip kerja rangkaian melalui simulasi Proteus
- Penjelasan prinsip kerja rangkaian melalui prototype alat
- File HTML [klik]
- File Rangkaian Proteus [klik]
- Code master [klik]
- Code slave [klik]
- Video Simulasi Rangkaian Proteus [klik]
- Video Penjelasan Rangkaian Prototype [klik]
- Datasheet Arduino Uno [klik]
- Datasheet LED [klik]
- Datasheet LCD [klik]
- Datasheet Resistor [klik]
- Datasheet Sensor PIR [klik]
- Datasheet Water Level Sensor [klik]
- Datasheet PH Sensor [klik]
- Datasheet Touch Sensor [klik]
- Datasheet Sensor LDR [klik]
- Datasheet Motor DC [klik]
- Datasheet Motor servo [klik]
- Library Sensor Touch [klik]
- Library PIR [klik]
.jpeg)
