BAB III PERANCANGAN ALAT
Pada bab ini menjelaskan tentang perancangan sistem alarm kebakaran menggunakan Arduino Uno dengan mikrokontroller ATmega 328. yang meliputi perancangan perangkat keras (hardware) dan perancangan perangkat lunak (software). Perancangan hardware menjelaskan tentang perancangan tiap-tiap rangkaian elektronik alat serta pembuatan rangka alat secara keseluruhan. Sedangkan perancangan software menjelaskan tentang algoritma pemrograman menggunakan bahasa C.
3.1
Diagram Blok Rangkaian Perancangan sistem alarm kebakaran ini menggunakan Arduino Uno, yang
berfungsi untuk mengontrol atau memonitor semua aktifitas yang terjadi pada setiap zona alarm dan dapat mengaktifkan alarm. Sebuah diagram blok perancangan sistem ditunjukan pada gambar dibawah ini :
34
35
Sensor1
Sensor2
Sensor3
ARDUINO UNO / ATmega 328
Led Zone 1,2 &3 IC 74HC
Alarm Zone 1,2&3
595
Tombol General
Relay
Lampu
5VDC
Bell Alarm
Tombol Main Tombol Lokal
LCD 2X16
Tombol Reset
Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem Prinsip Kerja Sistem: Pada saat sensor dari salah satu zona aktif, maka sensor dari salah satu zona tersebut mengirim sinyal ke Arduino Uno. Sinyal tersebut kemudian diproses, setelah diproses sinyal tersebut di kirim ke rangakian IC 74HC595, relay dan LCD. Kemudian rangkaian IC 74HC595 mengaktifkan alarm dari salah satu zona yang terdeteksi adanya kebakaran. Pada saat yang bersamaan relay akan aktif untuk menghidupkan lampu dan buzzer juga LCD akan menampilkan suatu pesan yang berisikan salah satu zona aktif atau yang terdeteksi adanya kebakaran. Jika tombol lokal ditekan maka alarm yang terdapat pada zona yang terdeteksinya adanya kebakaran akan mati, jika tombol main ditekan maka buzzer
35
36
dan lampu akan mati. Kemudian jika tombol general ditekan maka akan mengaktifkan alarm pada semua zona.
3.2
Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras meliputi semua perangkat atau rangkaian yang
digunakan untuk mendukung terwujudnya alat ini secara keseluruhan. Secara garis besar, perangkat keras ini terdiri dari rangkaian Arduino yang didalamnya sudah terdapat IC mikrokontroler ATmega 328, rangkaian kontrol yang berfungsi sebagai pengendali dari semua device atau peralatan yang akan dikontrol dan sebagai penghubung masing-masing perangkat dengan Arduino Uno dan sebuah papan peraga atau simulasi. Dalam rangkaian kontrol terdapat rangkaian LED, relay, IC, dan rangkaian pendukung lainnya.
36
37
3.2.1
Rangkaian Arduino Uno
Gambar 3.2. Rangkaian Arduino Uno
Sebuah rangkaian Arduino Uno ditunjukan pada gambar diatas. Arduino Uno menggunakan mikrokontroler ATmega328 dan memiliki 14 input output dan 6 input analog (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Arduino
37
38
Uno berisi fitur-fitur yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, antara lain yaitu : •
Mikrokontroler : ATmega328
•
Tegangan Operasi : 5V
•
Tegangan Input (recommended) : 7 - 12 V
•
Tegangan Input (limit) : 6-20 V
•
Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM)
•
Pin Analog input : 6
•
Arus DC per pin I/O : 40 mA
•
Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
•
Flash Memory : 32 KB dengan 0.5KB digunakan untuk bootloader
•
SRAM : 2 KB
•
EEPROM : 1 KB
•
Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz
Sumber tegangan untuk Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Eksternal (nonUSB) daya dapat berasal baik dari AC ke adaptor DC atau baterai. Arduino dapat beroperasi dengan pasokan tegangan eksternal 6 sampai dengan 20V. Apabila diberikan tegangan kurang dari 7V, jika diukur tegangan pada pin 5V kemungkinan akan kurang dari 5V dan dapat menyebabkan board arduino tidak stabil. Jika
38
39
menggunakan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak board Arduino. Kisaran yang disarankan adalah 7 sampai 12 volt.
3.2.2
Rangkaian Power Supply Rangkaian ini digunakan sebagai suplay tegangan ke semua rangkaian.
Rangkaian power supply ditunjukan seperti pada gambar dibawah ini :
Gambar 3.3. Power Supply 24VDC dan 9VDC Gambar diatas menunjukan sebuah rangkaian power supply 24V. dengan menggunakan Trafo step down 1A yang berfungsi untuk menurunkan tegangan 220VAC ke 24VAC. Keluaran 24VAC kemudian disearahkan oleh dioda bridge. Selanjutnya tegangan 24VDC akan diratakan oleh IC 7824 dan kapasitor C1 3000µF dan kapasitor C2, tegangan 24VDC ini akan digunakan untuk menyalakan bell dan lampu indicator. Kemudian untuk menyalakan Arduino UNOnya yang membutuhkan tegangan 5 - 12VDC, penulis menggunakan tegangan 9VDC. Untuk menurunkan
39
40
tegangan dari tegangan 24VDC menjadi 9VDC. Agar penurunan tegangan ini tidak terlalu drastic maka terlebih dahulu diturunkan dengan menggunakan IC 7815 Setelah tegangan diturunkan, lalu dikuatkan lagi oleh sebuah kapasitor C3. Terakhir tegangan diturunkan menjadi 9VDC dengan menggunakan IC 7809 dan dikuatkan dengan kapasitor C4 .
3.2.3
Rangkaian Tombol Tombol yang digunakan pada sistem berupa saklar push button. Rangkaian
Tombol ini digunakan untuk tombol main, tombol local, tombol general dan tombol riset. Adapun rangkain tombol terlihat seperti pada gambar 3.4.
Gambar 3.4. Rangkaian tombol
Karena saklar push button ini juga merupakan masukan bagi pengendali mikro maka agar diperoleh logika 1 (high) dan 0 (low) yang baik, maka digunakan rangkaian seperti gambar 3.4. Ketika saat saklar belum diaktifkan atau ditekan maka
40
41
tegangan keluaran VOUT ≅ VCC ≅ 5 volt. Akan tetapi pada saat saklar tersebut diaktifkan atau ditekan maka VOUT ≅ 0 volt.
3.2.4
Rangkaian IC 74HC595 Untuk penghematan I/O Arduino maka digunakanlah IC 74HC595. Dimana
seluruh rangkaian led melalui IC 74HC595 tersebut. Prinsip kerja IC 74HC595. 8-bit serial-in/ serial or parallel-output shift register) ini memiliki 8-bit input serial dengan 8-bit output serial atau output paralel dan IC ini juga memiliki storage register yang mana mempunyai pin input pulsa clock yang terpisah dengan shift registernya. IC 74HC595 adalah shift register dengan input berupa clock, data dan latch. Berguna untuk menghemat penggunaan pin I/O pada Arduino.
Gambar 3.5. Rangkaian LED dan Relay menggunakan IC 74HC595
LED, relay lampu Indikator dan Bell akan menyala atau aktif jika diberi sinyal HIGH atau 1 dan mati pada keadan LOW atau 0.
41
42
3.2.5
Rangkaian LCD
LCD digunakan untuk menampilkan data keluaran sebelum data tersebut dikirim melalui gelombang radio, hal ini diperlukan untuk mencocokkan data tersebut apakah sesuai antara data yang dikirim dengan yang diterima saat ditampilkan oleh komputer. Dalam perancangan ini mode yang digunakan untuk menuliskan data ke LCD digunakan sebanyak 4 bit, dengan menyambungkan pin RS ke pin 2 Arduino dan E pada pin 3, pin D0 sampai D3 dengan pin 4 sampai pin 7. seperti terlihat pada gambar 3.6 dibawah ini.
Gambar 3.6. Rangkaian LCD
3.2.6
Rangkaian Keseluruhan Gambar dibawah ini menunjukkan rangkaian alat secara keseluruhan yang
terdiri dari Arduino board, rangkaian tombol dan rangkaian sensor sebagai input dan rangkaian LCD. Serta rangkaian IC 74HC595 sebagai output. 42
43
Gambar 3.7. Rangkaian keseluruhan
3.3
Perancangan Perangkat Lunak Perangkat lunak yang direncanakan adalah perangkat lunak untuk mendukung
perangkat keras. Perangkat lunak berisi program-program yang akan digunakan untuk memberikan sejumlah perintah yang akan dieksekusi oleh mikrokontroler. Sebuah perangkat lunak akan dapat bekerja dengan baik jika sejumlah perintah yang diberikan mikrokontroler dapat dieksekusi dengan baik sesuai dengan perintah program yang diberikan. Maka, antara perangkat lunak dan perangkat keras harus sinkron, sehingga sistem dapat bekerja dengan baik.
43
44
3.3.1
Flowchart Program Utama Flowchat pada sistem ini terdiri dari program utama dan beberapa subprogram
yaitu program sensor1, program sensor2 dan program sensor3. Untuk mempermudah pemahaman terhadap flowchart pada sistem ini, maka ada beberapa subprogram yang flowchartnya dibuat terpisah dari flowchart program utama.
Gambar.3.8. Flowchart Program Utama
44
45
3.3.2
Flowchart Program Zone 1 Flowchart program zone1, alarm zone1 aktif apabila sensor1 yang mendapat
input.
Gambar 3.9. Flowchart Program Zona1 Aktif
45
46
3.3.3
Flowchart Program Zone 2 Flowchart program zone2 , zone2 akan aktif apabila mendapat input dari
sensor2.
Gambar 3.10. Flowchart Program Zona2 Aktif
46
47
3.3.4
Flowchart Program Zone 3 Alarm zone3 akan aktif apabila sensor manual breakglass ditekan.
Gambar 3.11 nn. Flowchart Program Zona3 Aktif
47
