PENCUCI DAN PENGERING TANGAN OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535
GATOT HARRY WIBISONO (22107073) Jurusan Sistem Komputer, Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi, Universitas Gunadarma, Margonda Raya 100 Depok 16424 telp (021) 78881112, 7863788 ABSTRAKSI Pencuci dan pengering tangan merupakan suatu alat yang berfungsi sebagai pencuci dan pengering tangan. Pada saat itu, alat ini masih menggunakan prisip manual dalam penggunaannya, yakni pencuci tangan masih menggunakan kran air, dan pengering tangan menggunakan kain lap. Seiring dengan berkembangnya teknologi yang makin maju, maka pembuatan alat inipun dapat menggunakan mikrokontroler, denga memanfaatkan fungsi dari mikrokontroler tersebut maka akan dibuat sebuah alat pencuci dan pengering tangan otomatis berbasis mikrokontroler Atmega8535. Dimana keunggulan dari alat ini dibandingkan dengan alat yang sudah ada yaitu pencuci dan pengering tangan dapat bekerja secara efisien dan lebih cepat dikarenakan sudah menggunakan sistem otomatis. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat alat pencuci dan pengering tangan otomatis berbasis mikrokontroler Atmega8535 dengan harapan dapat menggantikan peran dari pencuci dan pengering tangan yang masih manual. Dalam hal ini pencuci tangan yang masih menggunakan kran air yang di putar oleh tangan manusia dan pengering tangannya yaitu berupa kain lap. Aplikasi pencuci dan pengering tangan otomatis sederhana dapat memberikan kemudahan bagi masyarakat yang dalam hal ini adalah rumah makan (restoran), maupun kamar mandi pada gedung atau mal. Kata Kunci : Sensor, ADC, ATMega8535, Motor Driver Tanggal Pembuatan: 4 Maret 2012 PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Pencuci dan pengering tangan dapat dikatakan sebagai pasangan yang tidak terpisahkan. Betapa tidak, karena jika mendapati adanya alat pencuci tangan di kantor ataupun di pusat keramaian seperti mall, maka sudah pasti di sebelahnya juga terdapat alat pengering tangan. Jika berbicara masalah tersebut, tentunya sudah tidak asing lagi. Tentunya masih beranggapan alat itu biasa saja ( tidak ada istimewanya).
Penulis pun menyadari dari sekian banyak alat ini masih bersifat manual, terutama pada pencuci tangannya masih menggunakan kran untuk mengeluarkan air.Sedangkan untuk pengering tangannya sebagian besar sudah menggunakan sistem otomatis yaitu dengan cara menempelkan tangan, maka secara otomatis alat itu akan mengeluarkan angin untuk mengeringkan tangan, walaupun pada beberapa tempat masih ada yang menggunakan kain lap untuk mengeringkan tangan.
Mengapa demikian, karena pada kebanyakan orang belum bisa memanfaatkan air dengan benar. Mereka masih membuka kran air ketika disaat bersamaan tengah mengambil sabun cair untuk mencuci tangan, tentunya ini merupakan suatu pemborosan air. Begitu juga digunakan pengering tangan otomatis agar lebih higienis dibandingkan dengan menggunakan kain lap. Dari pengalaman tersebut, penulis mendapatkan gagasan untuk membuat semua alat itu menjadi otomatis. Hal ini tidaklah merubah fungsi alat itu, melainkan hanya mengubah cara penggunaanya dari yang semula manual menjadi otomatis. Penulis merancang suatu alat yaitu “PENCUCI DAN PENGERING TANGAN OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535”. LANDASAN TEORI Mikrokontroler Secara Umum Mikrokontroler adalah suatu pengendali mikro, sebagai suatu terobosan mikroprosesor dan mikrokomputer. Sebagai teknologi baru yakni teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namun membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi dalam jumlah yang banyak. Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer yang seluruh atau sebagian besar elemennya dikemas dalam satu chip, sehingga sering disebut single chip microcomputer. Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer yang mempunyai satu atau beberapa tugas yang sangat spesifik, berbeda dengan personal komputer yang memiliki beragam fungsi. Perbedaan yang lainnya adalah perbandingan RAM dan ROM yang sangat berbeda antara personal komputer dengan mikrokontroler. Dalam mikrokontroler ROM jauh lebih besar di banding RAM, sedangkan dalam personal
komputer RAM jauh lebih besar dibanding ROM. Mikrokontroler ATmega8535 Mikrokontroler adalah central processing unit (CPU) yang disertai memori serta input/output dan dibuat dalam bentuk chip. Mikrokontroler mempunyai satu atau beberapa tugas yang spesifik, berbeda dengan PC yang memiliki beragam fungsi. Untuk perancangan alat ini digunakan Mikrokontroler ATmega8535 yang merupakan IC CMOS 8-bit yang memiliki daya rendah dalam pengoperasiannya dan berbasis pada arsitektur RISC (Reduced Instruction SetComputing) AVR. ATmega8535 dapat mengeksekusi satu instruksi dalam sebuah siklus clock, dan dapat mencapai 1 MIPS per MHz, sehingga penulis dapat mengoptimalkan penggunaan daya Atmega 8535. Sensor Sensor adalah suatu alat atau rangkaian alat yang dipakai untuk merubah suatu besaran tertentu menjadi besaran lain dengan cara “merasakan / mendeteksi” dalam bahasa inggris disebut to sense. Artinya jika pada suatu ketika ada sesuatu atau benda yang lewat pada jangkauannya ( terukur ) maka sensor akan merasakan / mendeteksi sesuatu tersebut tanpa harus mengetahui benda apa yang melewatinya. Kemudian setelah merasakan atau mendeteksi maka hasilnya dikirim kerangkaian selanjutnya untuk dijadikan suatu referensi masukan pada rangkaian tersebut. Secara umum system kerja sensor mirip dengan kerjanya suatu switch ada kondisi NO, NC dan Common. Sensor dipakai / dibutuhkan suatu masukkan tertentu yang terukur dan sudah didesain aplikasinya sesuai dengan kebutuhan. Tegangan kerja sensor pada umumnya adalah 5 – 30V dan level keluarannya 5 – 30VDC, tegangan keluaran
ini biasanya masih berupa sinyal analog yang akan diubah menjadi sinyal digital dengan rangkaian elektronik tertentu contohnya ADC (Analog to Digital Converter). Jenis – jenis sensor yang umum : IR sensor ( sensor Infra Merah / cahaya ) Magnetik sensor ( Proximite sensor ) Inclining sensor ( sensor perbedaan jarak ) Vision sensor ( sensor camera / warna ) Photo Dioda Dioda peka cahaya adalah jenis dioda yang berfungsi untuk mendeteksi cahaya. Berbeda dengan dioda biasa, komponen elektronika ini akan mengubah menjadi arus listrik. Cahaya yang dapatdideteksi oleh dioda peka cahaya ini mulai dari cahaya inframerah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi dioda peka cahaya mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan dibidang medis. Infra Red IR sensor ( sensor infra red / cahaya ) yaitu sebuah sensor yang menggunakan media cahaya, dalam suatu rangkaian biasanya berisi pembangkit cahaya (transmitter ) LED dan penerima cahaya ( receiver). Sensor pada transistor biasanya adalah commonemitor, ada yang dengan cara LOS ( Line On Sight ) melihat langsung, ada juga yangmenggunakan pemantul ( reflector ) relative opto switch. Ada juga yang menggunakan photo transistor sebagai transmitter dan monitor sebagai receivernya. Tipe sensor IR yang digunakan adalah dengan menggunakan infra red sebagai transmiter kemudian sebagai receivernya phototransistor.
Komponen Dasar Elektronika Adapun kompnen dasar elektronika yang dibutuhkan dalam pembuatan alat ini diantaranya: Resistor Resistor adalah sebuah alat yang digunakan untuk menghambat arus listrik.Pada sebuah rangkaian listrik, resistor biasanya digunakan untuk mendapatkan arus yang sesuai dengan arus yang dibutuhkan oleh rangkaian.Untuk mengendalikan arus dalam sebuah rangkaian listrik, dipilih komponen yang mempunyai resistansi. Artinya komponen tersebut memiliki kemampuan untuk membatasi arus listrik yang mengalir pada rangkaian. Bentuk dan penggunaan resistor dapat dibagi atas: Resistor Tetap (Fixed Resistor), Resistor Variabel (Potensiometer), dan Resistor yang dapat diubah secara continue (Trimpot). Resistor pada umumnya memiliki nilai toleransi 1%, 2%, 3%, 5%, 10%, dan 20%.Resistor yang memiliki nilai toleransi lebih kecil biasanya lebih mahal harganya.Resistor juga dapat di spesifikasikan menurut kapasistansinya untuk mendisipasi (menyerap) daya listrik dan dinyatakan dalam Watt. Karena bentuk fisik dari resistor kecil, maka pada bahannya diberi nilai tahanan dalam kode warna menurut standart internasional. Seperti terlihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 1. Warna Gelang Resistor Keterangan dari warna gelang resistor.Gelang ke-1 dan ke-2 menyatakan angka.Gelang ke-3 menyatakan faktor
pengali (banyaknya nol).Dan gelang ke-4 menyatakan nilai toleransinya. Kapasitor Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang dapat menyimpan dan melepaskan muatan listrik atau energi listrik. Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebut dengan kapasistansi atau kapasitas. Kapasitor dapat dibedakan dari bahan yang digunakan sebagai lapisan diantara lempenglempeng logam yang disebut dielektrikum. Dielektrikum tersebut dapat berupa keramik, mika, mylar, kertas, polyester, ataupun film. Pada umumnya kapasitor yang terbuat dari bahan diatas nilainya kurang dari 1 mikrofarad (1µF).satuan kapasitor adalah Farad, dimana 1 farad = 103 mF = 106µF = 109 nF = 1012 pF. Untuk mengetahui besarnya nilai kapasitas pada kapasitor dapat dibaca melalui kode angka pada badan kapasitor tersebut yang terdiri dari 3 angka. Angka pertama dan kedua menunjukkan angka atau nilai atau sama dengan 1µF adalah kapasitor elektrolit (elco). Kapasitor ini memiliki polaritas (memiliki kutub positif dan kutub negatif) dan biasa disebutkan tegangan kerjanya. Misalnya: 100µF 16V, artinya elco memiliki kapasitas 100µF dan tegangan kerjanya tidak boleh melebihi 16V. Dioda Pemancar Cahaya (LED) LED adalah kepanjangan dari Light Emitting Diode (Dioda Pemancar Cahaya). Dioda ini akan mengeluarkan cahaya bila diberi tegangan sebesar 1,8V dengan arus 1,5mA. LED banyak digunakan sebagai lampu indikator dan peraga (display). Relay Relay adalah sebuah alat elektromagnetik yang dapat mengubah kontak-kontak saklar sewaktu alat ini menerima sinyal listrik. Sebuah relay terdiri dari satu kumparan dan
inti, yang mana bila dialiri arus kumparan tersebut akan menjadi magnet dan menutup atau membuka kontak-kontak. Kontakkontaknya ada dua macam, yaitu NO (Normally Open) dan NC (Normally Close).Normally Close adalah kontak relay yang terhubung saat belum ada arus. Sewaktu ada arus yang melewati kumparan relay, inti besi lunak akan dimagnetisasi, dan menarik kontak sehingga kontak yang open kini terhubung. Keuntungan dari relay ini adalah dapat menghubungkan daya yang besar dengan memberi daya yang kecil pada kumparannya. Motor Motor mekanik mengubah energi listrik menjadi gerak mekanik. Gerakan memutar yang merubah gerak mekanik menjadi gerak listrik, itu dilakukan oleh dynamo atau generator. Kebanyakan motor listrik bekerja berdasarkan elektromagnetik, tapi motor didasari oleh fenomena elektromagnetik lainnya. Seperti gaya elektrostatis dan juga efek Piezoelektrik. Prinsip yang fundamental dari motor elektromagnetik yaitu berdasarkan dari tenaga mekaniknya ketika kabelnya dihubungkan dengan listrik, tanpa adanya medan magnet. Tenaga ini di deskripsikan oleh hokum gaya Lorentz dan itulah yang memisahkan keduanya antara kabel dan medan magnet. Kebanyakan motor listrik bergerak berputar, tetapi bisa juga bergerak linear. Pada motor bagian dalam yang berputar disebut rotor dan pada bagian yang tidak bergerak disebut stator. Rotor berputar karena ada kawat dan medan magnet. Motor DC Satu dari motor putar elektromagnetik ditemukan oleh Michael Faraday di tahun 1821 dan terdiri dari kawat yang bebas tergantung yang dimasukkan ke dalam mercury. Sebuah magnet permanen diletakkan ditengah-tengah mercury. Ketika
arus listrik mengalir ke kawat, kawat tersebut berputar mengelilingi magnet. Itu menunjukkan arus yang diberikan bangkit mengedarkan medan magnet disekitar kawat. Ini adalah bentuk termudah dari motor listrik yang disebut motor homopolar. PERANCANGAN Gambaran Umum Sistem Sebuah PENCUCI DAN PENGERING TANGAN OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535 ini dilakukan dengan cara mendekatkan kedua telapak tangan pada sensor yang tersedia pada alat tersebut. Sistem ini akan bekerja apabila sensor tersebut terkena halangan suatu objek lalu dikirim sinyal ke Atmega8535. Dalam proses input, sensor akan mengolah 6 output, dimana 2 buah sensor yang pertama akan mengaktifkan fan dan heater pada pengering tangan yang pertama, kemudian 2 sensor berikutnya akan mengaktifkan fan dan 2 sensor yang terakhir masing-masing 1 sensor akan mengaktifkan pompa yang berisi air biasa, dan 1 sensor lagi akan mengaktifkan air sabun dengan catatan apabila led indikator yang berada pada pencuci tangan menyala berarti air biasa atau air sabun bahkan kedua-duanya habis, dan tentunya ini akan berpengaruh pada output yang lainnya, yakni tidak akan menyalanya kipas pada pengering tangan. Analisa Berdasarkan Blok Diagram Dibawah ini akan menjelaskan tentang alur proses dari alat pencuci dan pengering tangan, yang dibagi menjadi beberapa alur yang dijelaskan pada blok diagram dibawah ini:
Gambar 2. Blok Diagram Alat Pencuci dan Pengering Tangan Otomatis Analisa Blok Masukan Masukan pada rangkaian alat pencuci dan pengering tangan ini diperoleh dari sensor Infra Red dan Photo Dioda. Sensor bekerja berdasarkan fungsinya yaitu jika terkena tangan akan mengirimkan sinyal analog yang kemudian akan dikonversi kedalam bentuk digital dengan menggunakan ADC (Analog to Digital Conversion) yang selanjutnya sinyal digital tersebut diolah oleh mikrokontroler. Untuk mengkonversi menggunakan fitur ADC internal yang ada di mikrokontroler ATmega8535.ADC ini dapat digunakan dengan menggunakan program. Berikut ini adalah subprogram pembacaan dari ADC: unsigned char read_adc(unsigned char adc_input) { ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); delay_us(10); // Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage ADCSRA|=0x40; // Start the AD conversion while ((ADCSRA & 0x10)==0); // Wait for the AD conversion to complete ADCSRA|=0x10; return ADCH; }
Selain itu juga menggunakan sensor level. Jika tidak terendam oleh air, maka port C akan berlogic 1 karena inisialisasi awal program port C = 0xff dan apabila sensor ini terendam oleh air, maka sensor akan memberikan logic 0. Analisa Blok Proses Pada blok proses hasil masukan akan diproses oleh mikrokontroler, dimana saat masukan dari sensor proximity akan masuk
pada di PIN A.0 sampai PIN A.5, lalu sensor level masuk pada PIN C.0 dan PIN C.1. Disinilah peranan mikrokontroler bekerja dengan program yang telah di masukan, setelah itu keluaran pada PORT B.0 sampai PORT B.4 ( Kipas Blower, Heater dan Pompa) dan PORT B.5 dan PORT B.6 (LED Indikator) yang berfungsi sebagai penanda jika LED mati maka air dan air sabun habis, sehingga pencuci tangan tidak dapat digunakan sebagaimana mestinya. Analisa Blok Driver dan Keluaran Keluaran pada alat pencuci dan pengering tangan ini adalah status kipas blower, heater dan pompa. Dimana kipas blower ini akan mengeluarkan angin disertai dengan panas yang dihasilkan oleh heater apabila sensor pada pengering tangan mengenai objek tangan pengguna. Sedangkan pompa akan mengeluarkan air biasa ataupun air sabun yang disertai dengan LED indikator sebagai tanda ada air biasa maupun sabun apabila sensor pada pencuci tangan ini mengenai objek yang sama yaitu tangan pengguna. Apabila led indikator yang berada pada pencuci tangan menyala berarti air biasa atau air sabun bahkan kedua-duanya habis, dan ini berakibat semua output tidak aktif. Saat kondisi awal, yaitu fan hand dryer dalam keadaan mati (Logika 0) dan heater dalam keadaan mati juga. Fan ini terhubung dengan PORT B.0 danPORT B.2 sedangkan Heater-nya terhubung pada PORT B.1 dan untuk pompanya terhubung dengan PORT B.3 dan PORT B.4. Jika sensor terkena tangan maka logika akan menjadi 1 lalu transistor saturasi kemudian relay on yang mengakibatkan rangkaian driver akan menghidupkan aktuator berupa fan, heater dan pompa. Tergantung dari sensor mana yang terkena tangan. Jika tangan mengenai semua sensor, maka semua outputpun akan bekerja secara bersamaan. Flowchart Sistem
Pada awal menjalankan sistem ini, semua bagian proses sistem harus aktif. Komponen tersebut adalah sensor, mikrokontroler driver, dan output yang berupa fan, heater dan pompa. Jika pada gambar flowchart dibawah ini aktivator sudah menyala, maka akan segera dilakukan inisialisasi terhadap port-port yang digunakan, dalam hal ini PIN A.0 sampai PIN A.5 digunakan sebagai input dari sensor proximity. Sensor proximity kemudian akan mendeteksi pergerakan objek yang berada pada bagian alas sensor dan mencocokkannya dengan program yang ada pada mikrokontroler. Jika sensor aktif high, maka secara otomatis akan mengaktifkan driver yang kemudian akan menggerakan fan, heater dan pompa namun, jika tidak maka akan kembali membaca sensor proximity.
Gambar 3. Flowchart Sistem ANALISA DAN PENGUJIAN
Tabel 1. Pengujian Sensor
Gambar 3. Skema Perangkat Keras Sistem Pengenalan Analisa Dan Pengujian Penganalisaan dan pengujian baru dapat dilakukan ketika projek yang direncanakan sudah dibuat sesuai rancangan yang tertulis dari bab sebelumnya. Semua dianalisa berdasarkan tujuan dari masing-masing blok rangkaian. Kemudian adanya analisa hardware dan software yang dijadikan sebagai pembuktian teori yang diterapkan, apakah sudah sesuai atau belum. Pengujian Hardware Pengujian ini didasarkan pada pemeriksaan alat yang berupa penunjangnya seperti sensor, minsys dan driver. Sehingga kinerja pada bagian ini bekerja dan bisa dijabarkan secara optimal. Sensor Pengukuran tegangan pada sensor dibandingkan secara berurutan ketika terkena tangan maupun tidak terkena tangan.
Sensor dari data pengamatan diatas, jika dalam keadaan tidak terkena tangan, cahaya yang dihasilkan oleh infra red akan terus memancarkan cahaya dan photo dioda juga dalam keadaan standby karena tidak adanya pantulan dari objek. Namun jika ada objek yang terkena oleh infra red, maka cahaya tersebut akan dipantulkan yang nantinya akan diterima oleh photo dioda dan selanjutnya di proses oleh mikrokontroler untuk mendapatkan hasil output. Minsys ATmega8535 Pengujian mikrokontroler ini dilakukan dengan cara memberikan program dengan cara flash sehingga untuk output dapat dilihat dari fan yang berputar, heater yang panas dan pompa yang mengalirkan air yang telah terhubung pada minimum system. Semua pengerjaan output di uji coba pada PORT B karena semua output sudah terintegrasi di port tersebut. Maka potongan program untuk driver motor sebagai berikut: if((read_adc(0)
if((read_adc(2)
Hal ini menyebabkan driver motor mendapat instruksi untuk menggerakkan fan, heater dan pompa. Oleh karena itu semua koneksi modul driver dipasang di PORT B. Modul Driver Pengukuran tegangan pada modul driver dibandingkan secara berurutan ketika terkena tangan maupun tidak terkena tangan.
Tabel 2. Pengujian Modul Driver Jika sensor terkena tangan maka logika akan menjadi 1 lalu transistor saturasi kemudian relay on yang mengakibatkan rangkaian driver akan menghidupkan aktuator berupa fan, heater dan pompa.
PENUTUP Kesimpulan Penulis telah berhasil merancang dan membuat pencuci dan pengering tangan otomatis menggunakan mikrokontroler atmega8535, dimana sistem yang telah dibangun sesuai dari yang direncanakan pada tahap rancangan dan tujuan yang dimaksud. Alat ini terdiri dari sensor berjumlah 6 pasang yang terdiri dari infra merah dan photo dioda, mikrokontroler atmega8535 untuk proses, driver motor untuk tempat penghasil output seperti fan, heater dan pompa. Mikrokontroler sukses mendapatkan inputan sinyal digital dari ADC internal. Semua di tindak lanjuti melalui port B untuk mengendalikan driver motor maupun led indikator. Fan berputar ketika objek tangan mendekati sensor tersebut yang otomatis heater pada pengering 1 juga akan menimbulkan panas, sedangkan pompa akan mengeluarkan air biasa maupun air sabun apabila sensor pada pencuci tangan di dekati oleh objek. Alat ini mampu menjadi solusi untuk menggantikan peranan pengering tangan yang masih manual berupa kain lap dan pencuci tangan yang masih menggunakan kran air. Saran Pada alat ini masih terdapat kelemahan, seperti sensor yang tidak dapat membedakan objek yang mendekati sensor, apakah benar yang mendekati adalah tangan manusia atau objek lain (benda padat). Hal ini dapat ditanggulangi dengan menggunakan sensor PIR (Passive Infra Red) yang dapat di hubungkan pada mikrokontroler. Jadi apabila sensor menghasilkan output dan dapat di pastikan objek yang mendekati sensor ini adalah tangan manusia, karena sensor ini hanya membaca pergerakan manusia, bukan objek yang lain.
Alat ini juga masih bisa dikembangkan lebih modern dan minimalis lagi seperti tidak terlalu banyak mekaniknya agar bisa lebih mudah untuk di pindah tempatkan. DAFTAR PUSTAKA [1] Anonim, http://www.alldatasheet.com, Jakarta, 14-Oktober-2011. [2] Anonim, http://www.datasheetcatalog.com, Jakarta, 14-Oktober-2011. [3] Anonim, http://www.wikipedia.org/wiki/ATm ega8535, Jakarta, 30-Oktober-2011. [4] Anonim, http://www.atmel.com, ATMega 8535 Datasheet, Jakarta, 5Desember-2011. [5] Anonim, Modul Tutorial Praktikum Elektronika Dasar 1, Lab. Elektronika Universitas Gunadarma, Depok, 2008. [6] Anonim, Modul Tutorial Praktikum Sistem Digital , Lab. Elektronika Universitas Gunadarma, Depok, 2008. [7] Arianto Widyatmo, Haryono Eduard, & Fendy, Belajar MikroprosessorMikrokontroller melalui komputer PC, Edisi I, PT. Elexmedia Komputindo, Jakarta, 1994. [8] Heryanto MA, Adi Wisnu. Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATMega8535, ANDI, Yogyakarta, 2008. [9] Winoto, Ardi. Mikrokotroler AVR ATMega 8/16/32/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C, Informatika, Bandung, 2008.
