BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN
III.1. Analisis Masalah Dalam bab ini akan dibahas masalah-masalah yang muncul dalam perancangan alat dan aplikasi program, serta pemecahan-pemecahan dari masalah yang muncul tersebut. Dalam perancangan alat dan aplikasi sistem smart shower ini terdapat beberapa masalah yang harus dipecahkan. Permasalahan-permasalahan tersebut antara lain : 1.
Arsitektur Alat Dalam perakitan alat ini membutuhkan imajinasi yang kuat dan tepat
dalam membangun arsitektur alat, diantaranya membuat miniatur rumah kaca, perancangan dan peletakkan rangkaian mikrokontroller, maupun proses perakitan secara keseluruhan. 2.
Sistem Kerja Alat Sistem kerja pada alat ini menggunakan sensor kelembaban tanah YL-69,
relay dan motor pompa sebagai alat penyemprot air pada media rumah kaca yang akan dibuat, dimana pompa air akan menyala apabila kondisi kelembaban tanah yang ditangkap oleh sensor YL-69 dibawah kadar kelembaban tanah yang dikehendaki. 3.
Sistem Kerja Aplikasi Monitoring Aplikasi yang digunakan pada sistem ini harus bisa memantau kinerja
smart shower pada media rumah kaca tersebut dan membaca kondisi kelembaban
29
30
tanah secara berkelanjutan sesuai data dari sensor YL-69 agar para petani sayur dapat lebih mudah untuk memantau kinerja alat tersebut.
III.2. Strategi Pemecahan Masalah Dengan adanya permasalahan yang terjadi dalam pembuatan alat dan aplikasi ini, untuk itu dibutuhkan solusi atau pemecahan masalah, antara lain : 1.
Dengan adanya permasalahan pada arsitektur, penulis harus teliti dalam memilih bahan, merancang serta merakit alat tersebut agar berfungsi sesuai dengan kebutuhan. Dalam hal pemilihan bahan, penulis memilih bahan untuk membuat miniatur rumah kaca dengan menggunakan acrylic sehingga memudahkan dalam proses perancangan atau perakitan arsitekturnya.
2.
Untuk sistem kerja, akan dirancang sebuah sistem yang bekerja apabila kelembaban tanah yang dibaca oleh sensor YL-69 kurang dari nilai kelembaban
yang
dikehendaki,
maka
relay
akan
terhubung
dan
menghidupkan motor pompa untuk menyemprotkan air ke permukaan tanah dan tanaman, sehingga kesegaran tanaman sayur tetap terjaga. Demikian juga sebaliknya, apabila kelembaban tanah telah berada diatas nilai kelembaban yang dikehendaki, maka relay akan terputus dan mematikan motor pompa. 3.
Pemecahan masalah mengenai aplikasi monitoring yang akan dibangun, akan dirancang sebuah aplikasi menggunakan Microsoft Visual Studio 2010 yang dapat menjadi indikator untuk memantau kinerja dari alat tersebut.
31
III.3. Identifikasi Kebutuhan Adapun identifikasi kebutuhan dari alat dan aplikasi yang akan dirancang yaitu analisis kebutuhan hardware, analisis kebutuhan software dan analisis kebutuhan desain.
III.3.1. Kebutuhan Perangkat Keras (Hardware) Dalam perancangan sistem smart shower pada media rumah kaca menggunakan mikrokontroller, membutuhkan perangkat keras (hardware) yang mempunyai spesifikasi minimal sebagai berikut : 1.
Komputer Proccessor Intel Core i3.
2.
Memory 2.00GB
3.
Hard disk 500GB
4.
Layar monitor dengan resolusi 1366 x 768 pixel
III.3.2. Kebutuhan Perangkat Lunak (Software) Untuk merancang alat dan aplikasi ini, dibutuhkan perangkat lunak (software) sebagai berikut : 1.
Sistem Operasi Windows XP/7.
2.
CodeVision AVR yang berfungsi untuk menuliskan script data hexa untuk IC mikrokontroller yang menggunakan bahasa C.
3.
AVR-Dude, berfungsi sebagai program yang dapat memasukkan (download) kode hexa ke mikrokontroller.
32
4.
Microsoft Visual Studio 2010, berfungsi sebagai aplikasi yang digunakan untuk membangun aplikasi monitoring sistem kerja alat yang dirancang.
5.
Microsoft SQL Server 2008 R2, berfungsi sebagai aplikasi yang digunakan untuk menyimpan data (database).
III.3.3. Kebutuhan Desain Adapun kebutuhan perangkat dan bahan yang digunakan untuk mendesain alat ini antara lain : 1.
Minimum System Mikrokontroller ATmega8535.
2.
Sensor kelembaban tanah YL-69.
3.
Relay 12V.
4.
Motor Pompa.
5.
LCD (Liquid Crystal Display).
6.
Papan PCB (Printed Circuit Board).
7.
Timah, lem perekat (glue gun), beberapa mur, baut dan sebagainya.
III.4. Perancangan Hardware Perancangan hardware untuk sistem smart shower pada media rumah kaca ini dapat diawali dengan membuat diagram blok sistem. Dimana tiap-tiap blok saling berhubungan antara yang satu dengan yang lainnya. Diagram blok memiliki beberapa fungsi yakni menjelaskan cara kerja suatu sistem secara sederhana, menganalisa cara kerja rangkaian dan mempermudah memeriksa kesalahan suatu sistem yang dibangun.
33
III.4.1. Diagram Blok Rangkaian Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar III.1 berikut :
Gambar III.1. Diagram Blok Rangkaian
Penjelasan dan fungsi dari masing-masing blok adalah sebagai berikut : a.
Catu daya berfungsi sebagai sumber tegangan ke semua blok rangkaian mikrokontroller yang dibuat.
34
b.
Minimum System ATmega8535 berfungsi sebagai pusat kendali dari keseluruhan sistem kerja rangkaian.
c.
Sensor kelembaban tanah YL-69 berfungsi sebagai pendeteksi kelembaban tanah yang ada pada media rumah kaca.
d.
Relay sebagai output dari rangkaian mikrokontroller yang digunakan sebagai saklar otomatis yang berfungsi untuk menghubungkan tegangan listrik DC 12V kepada motor pompa.
e.
Motor pompa digunakan sebagai alat untuk menyemprotkan air ke permukaan tanah dan tanaman sayur di dalam rumah kaca.
f.
LCD berfungsi sebagai media penampil data yang diinginkan.
g.
USB to TTL merupakan output dari rangkaian mikrokontroller yang digunakan sebagai media komunikasi data antara rangkaian alat dengan perangkat komputer.
h.
Aplikasi monitoring pada komputer adalah aplikasi yang berfungsi sebagai indikator alat yang dirancang tersebut.
III.4.2. Perancangan Rangkaian Catu Daya (Power Supply) Rangkaian dasar pada setiap rangkaian elektronik adalah catu daya (power supply). Pada perancangan alat ini, power supply berfungsi untuk memberikan tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian yang dibuat memperoleh masukkan awal yang bersumber dari tegangan listrik 220 Volt AC dan menghasilkan keluaran tegangan 12 Volt dan 5 Volt DC. Keluaran 5V DC ini digunakan untuk memberikan tegangan ke rangkaian mikrokontroller yang ada
35
dikarenakan tegangan kerja maksimal dari rangkaian mikrokontroller tidak melebihi dari 5V DC saja. Skema rangkaian power supply ditunjukkan pada gambar III.2 berikut :
Gambar III.2. Skematik Rangkaian Catu Daya (Power Supply) Supply tegangan awal berasal dari tegangan listrik 220V AC yang kemudian tegangan tersebut akan diturunkan oleh trafo step down menjadi lebih kecil yaitu berkisar antara 6-12 volt mendekati tegangan kerja dasar rangkaian sebesar 5 volt. Hasil keluaran dari trafo yang masih berbentuk tegangan AC (bolak-balik) selanjutnya diubah menjadi tegangan DC (searah) melalui kombinasi empat buah dioda 1Nxxxx yang merupakan penyearah pada rangkaian. Untuk lebih menstabilkan tegangan keluaran dari rangkaian dioda tadi, maka digunakanlah kapasitor elektrolit (Elco) untuk meratakan hasil tegangan keluarannya. IC regulator tegangan 5 Volt (IC 7805) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 Volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. Dan biasanya pada rangkaian power supply ini, sirkuit keluaran terakhir ditambahkan komponen LED yang berfungsi sebagai lampu indikator
36
untuk mengetahui apakah tegangan yang dimaksud sudah sampai pada titik keluaran atau belum.
III.4.3. Perancangan Rangkaian Minimum System ATmega8535 Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC ATmega8535. Dalam IC ATmega8535 terdapat rangkaian ADC (Analog Digital Converter) yang dapat mengkonversi data-data analog menjadi data-data digital. IC ATmega8535 ini juga memiliki kapasitas memori yang cukup besar. Pada IC ini semua program yang dibuat didalam CVAVR diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Untuk menjalankan chip IC ATmega8535 memerlukan komponenkomponen elektronika pendukung lainnya. Suatu rangkaian yang paling sederhana dan komponen-komponen pendukungnya dari sebuah rangkaian mikrokontroller disebut sebagai suatu rangkaian sistem minimum. Sistem minimum ini berfungsi untuk membuat rangkaian mikrokontroller dapat bekerja, jika ada komponen yang kurang, maka mikrokontroller tidak akan bekerja. Dalam perancangan alat ini, sistem minimum mikrokontroller ATmega8535 terdiri dari beberapa komponen elektronika sebagai berikut : 1. IC mikrokontroller ATmega8535 2. Crystal 11,059 MHz 3. Kapasitor 4. Resistor
37
Rangkaian sistem minimum mikrokontroller ATmega8535 dapat dilihat pada gambar III.3 berikut :
Gambar III.3. Skematik Sistem Minimum Mikrokontroller ATmega8535 Tersedia 4 bagian besar PORT pada mikrokontroller ATmega8535 yaitu PORT A (0-7), PORT B (0-7), PORT C (0-7), dan PORT D (0-7). Pada rangkaian, penulis menggunakan PORT-PORT sebagai berikut : 1. PORTA.0 : digunakan sebagai pin input dari keluaran data (DO) yang berasal dari sensor YL-69 yang juga memiliki fungsi sebagai pin ADC pada rangkaian mikrokontroller ini. 2. PORTC.0 – 7 : digunakan sebagai port output ke LCD untuk menampilkan karakter-karakter huruf dan angka yang dibuat.
38
3. PORTB.5 – 7, RESET, VCC, GND : digunakan sebagai downloader data (*.hex). 4. PORTD.0 dan PORTD.1 : digunakan sebagai pin komunikasi data antara mikrokontroller dengan perangkat komputer melalui rangkaian USB to TTL terlebih dahulu. 5. PORTD.2 dan PORTD.3 : digunakan sebagai pin keluaran untuk relay dan buzzer.
III.4.4. Perancangan Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) Rangkaian LCD berfungsi untuk menampilkan kalimat indikator dari smart shower yang ada pada media rumah kaca tersebut. Rangkaian LCD dapat dilihat pada gambar III.4 berikut :
Gambar III.4. Skematik Rangkaian LCD
Pada gambar diatas, pin 2 dan 15 dihubungkan ke VCC (5V), pin 1 dan 16 dihubungkan ke GND (Ground), pin 3 merupakan pengaturan tegangan Contrast dari LCD, pin 4 merupakan Register Select (RS), pin 5 merupakan RW
39
(Read/Write), pin 6 merupakan Enable, pin 11-14 merupakan data. Reset, Enable, R/W dan data
dihubungkan ke mikrokontroller ATmega8535. Fungsi dari
variable resistor (R2) adalah untuk mengatur gelap/terangnya karakter yang ditampilkan pada LCD.
III.4.5. Perancangan Rangkaian Relay Rangkaian relay berfungsi sebagai saklar otomatis pengatur aktif atau tidaknya motor pompa di dalam rumah kaca. Rangkaian relay ditunjukkan pada gambar III.5 berikut ini :
Gambar III.5. Skematik Rangkaian Relay Relay merupakan salah satu komponen elektronika yang terdiri dari lempengan logam sebagai saklar dan kumparan yang berfungsi untuk menghasilkan medan magnet. Pada rangkaian ini digunakan relay 12 Volt, ini berarti jika positif relay (kaki 1) dihubungkan ke sumber tegangan 12 Volt dan negatif relay (kaki 2) dihubungkan ke ground, maka kumparan akan
40
menghasilkan medan magnet, dimana medan magnet ini akan menarik lempengan yang mengakibatkan saklar (kaki 3) terhubung ke kaki 4. Dengan demikian, kita dapat mengunakan kaki 3 dan kaki 4 pada relay sebagai saklar untuk menghubungkan ke sumber tegangan positif atau negatif. Pada rangkaian ini untuk mengaktifkan atau menon-aktifkan relay digunakan transistor tipe NPN. Dari gambar dapat dilihat bahwa negatif relay dihubungkan ke kolektor dari transistor NPN (9014), ini berarti jika transistor dalam keadaan aktif maka kolektor akan terhubung ke emitor dimana emitor langsung terhubung ke ground yang menyebabkan tegangan di kolektor menjadi 0 Volt, keadaan ini akan mengakibatkan relay aktif. Sebaliknya jika transistor tidak aktif, maka kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor menjadi 12 Volt, keadaan ini menyebabkan relay tidak aktif. Syarat transistor aktif adalah jika tegangan pada basis - emitor (VBE) adalah 0.7 Volt. Kumparan pada relay akan menghasilkan tegangan singkat yang besar ketika relay dimatikan dan ini dapat merusak transistor yang ada pada rangkaian ini. Untuk mencegah kerusakan pada transistor tersebut sebuah dioda harus dihubungkan ke relay tersebut. Dioda dihubungkan secara terbalik sehingga secara normal dioda ini tidak menghantarkan. Penghantaran hanya terjadi ketika relay dinonaktifkan, pada saat ini arus akan terus mengalir melalui kumparan dan arus ini akan dialirkan ke dioda. Tanpa adanya dioda arus sesaat yang besar itu akan mengalir ke transistor, yang mengakibatkan kerusakan pada transistor.
41
Input dari rangkaian ini dihubungkan ke mikrokontroller, sehingga beban dapat dihidupkan/dimatikan dengan menggunakan program yang diisikan ke IC mikrokontroller tersebut. Output dari relay dihubungkan ke beban, sehingga dengan demikian dapat diketahui apakah beban dalam keadaan hidup atau mati.
III.4.6. Perancangan Rangkaian Penyiram Tanaman (Shower) Pada perancangan shower ini hanya menggunakan sebuah motor pompa dan spuyer kran yang digunakan untuk menyiram tanaman di dalam rumah kaca. Rangkaian shower tersebut dapat dilihat pada gambar III.6 di bawah ini :
Pompa Air
12 V DC
Gambar III.6. Skematik Rangkaian Motor Pompa
Seperti gambar di atas, sesuai dengan rangkaian utama satu kaki pada motor pompa dihubungkan dengan sumber tegangan 12V DC, sementara kaki yang lainnya dihubungkan dengan kaki 3 pada relay.
42
III.4.7. Perancangan Rangkaian Downloader Perancangan
sistem
smart
shower
pada
rumah
kaca
berbasis
mikrokontroller ini akan menggunakan downloader untuk memasukkan data program dari komputer ke mikrokontroller ATmega8535. AVR USB Downloader memiliki interface USB untuk memudahkan dalam memprogram mikrokontroller melalui komputer menggunakan port paralel sebagai downloader-nya. Downloader ini menggunakan driver USB sebagai penghubungnya. Ini merupakan rangkaian USB.asp downloader yang berfungsi untuk memasukkan program ke rangkaian sistem minimum ATmega8535. Rangkaian downloader dapat dilihat pada gambar III.7 berikut :
Gambar III.7. Skematik USB Downloader
43
Rangkaian ini menggunakan chip ATmega8 yang diprogram khusus sebagai media untuk memasukkan data *.hex yang akan diisikan ke mikrokontroller ATmega8535.
III.5. Perancangan Program Perancangan sistem alat ini dapat dimulai dengan membuat flowchart untuk proses kerja pada alat, setelah itu akan dirancang pembuatan program untuk alat yang akan dibuat.
III.5.1. Flowchart Rancangan Alat Agar dapat melihat struktur jalannya program maka dibuat flowchart (diagram alur). Flowchart digunakan sebagai dasar acuan dalam membuat program. Struktur program akan lebih mudah dibuat atau didesain. Untuk lebih memudahkan dalam menambahkan instruksi-instruksi baru pada program jika nantinya terjadi pengembangan pada struktur programnya. Flowchart program yang akan dibuat dapat dilihat pada gambar III.8 berikut :
44
Gambar III.8. Flowchart Sistem Smart Shower pada Media Rumah Kaca Algoritma dari flowchart diatas adalah sebagai berikut : 1.
Mulai, merupakan saat program pertama kali dijalankan.
2.
Inisialisasi komunikasi serial antara mikrokontroller dengan aplikasi monitoring pada komputer.
3.
Baca sensor YL-69, yaitu proses pembacaan kondisi kelembaban tanah oleh sensor YL-69.
45
4.
Kondisi kelembaban tanah berada dibawah nilai kelembaban yang di setting oleh user, jika ya maka penyiraman akan diaktifkan, jika tidak maka sistem akan kembali melakukan pembacaan sensor.
5.
Setelah penyiraman diaktifkan, maka pemberitahuan akan dikirim ke komputer. Jika tidak, maka sistem akan kembali melakukan pembacaan sensor.
6.
Selesai.
III.5.2. Perancangan Program Mikrokontroller Pada perancangan ini digunakan CodeVisionAVR sebagai editor dan compiller dari program yang dirancang. Untuk memulai memprogram CodeVisionAVR dilakukan langkah sebagai berikut : 1. Buka software CodeVisionAVR (terdapat Shortcut pada Desktop). 2. Pilih menu File New dan pilih Project kemudian tekan OK.
Gambar III.9. Pemilihan Tipe File CVAVR 3. Kemudian pilih Yes saat ada pilihan menggunakan CodeWizardAVR, seperti tampak pada gambar berikut :
46
Gambar III.10. Dialog Konfirmasi Penggunaan CodeWizardAVR 4. Pada CodeWizardAVR, atur konfigurasi chip menggunakan ATmega8535 sesuai dengan yang ada pada mikrokontroller, dengan nilai clock 11,059200 MHz.
Gambar III.11. Pemilihan Tipe Mikrokontroller dan Crystal 5. Kemudian pilih tab Ports dan setting PORTD.2-3 sebagai output yang terhubung ke relay dan buzzer seperti pada gambar berikut :
47
Gambar III.12. Setting Port D 6. Setelah itu seting PORTC yang terhubung ke LCD seperti pada gambar berikut :
Gambar III.13. Setting Port C 7. Selanjutnya mengatur setting komunikasi serial. Tampilannya sebagai berikut :
48
Gambar III.14. Setting Komunikasi Serial 8. Setelah itu, pilih menu File Generate, Save and Exit, dan simpan file dengan nama sesuai keinginan.
Gambar III.15. Generate, Save and Exit 9. Akan muncul file .c yang akan digunakan untuk pemrograman.
49
III.5.3. Perancangan Aplikasi Monitoring Aplikasi monitoring yang akan dibangun pada hasil akhir yang diharapkan hanya bersifat sebagai sarana pemantau aktifitas sistem alat tersebut. Pada perancangannya akan digunakan software Microsoft Visual Studio 2010. Tahap awal yang dilakukan untuk memulai proses pengetikkan kode program pada aplikasi ini yaitu : 1. Buka aplikasi Microsoft Visual Studio 2010. 2. Pilih menu File New kemudian pilih Project. Tampilan membuat project baru tersebut dapat dilihat pada gambar III.16 berikut ini :
Gambar III. 16. Tampilan Membuat Project Baru pada Microsoft Visual Studio 2010 3. Setelah itu akan muncul jendela baru untuk pengaturan jenis, nama dan lokasi penyimpanan project file yang akan dibuat, ketik nama project dan
50
pilih folder penyimpanan project, klik OK. Tampilannya dapat dilihat pada gambar III.17 seperti berikut ini :
Gambar III.17. Tampilan Pengaturan Jenis, Nama dan Lokasi Penyimpanan Project File yang dibuat pada Microsoft Visual Studio 2010
4. Setelah itu akan muncul form untuk mendesain aplikasi yang nantinya akan dibangun menggunakan aplikasi ini. Bentuk dari form desain tersebut dapat dilihat pada gambar III.18 berikut :
51
Gambar III.18. Tampilan Form Desain Project yang dibuat pada Microsoft Visual Studio 2010
