“RANCANG BANGUN ALAT PENGENDALI ON-OFF AIR CONDITIONER (AC) SPLIT DAN SISTEM SUHU PINTAR BERBASIS ARDUINO UNO DI RUANG HOME THEATER” LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Program Studi Diploma 3 OLEH:
ANNEKE M. PANGARIBUAN NIM: 1205041005
AYU JULIANTI NIM:1205041008
ROSMERI PAKPAHAN NIM: 1205041045
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA POLITEKNIK NEGERI MEDAN 2015
ABSTRAK Pada Laporan Tugas Akhir ini penulis membuat aplikasi dari Arduino Uno dengan judul “Rancang Bangun Alat Pengendali On-off Air Conditioner (AC) Split dan Sistem Suhu Pintar Berbasis Arduino Uno di Home Theater”. Alat ini memudahkan pengguna AC khususnya penonton di ruang Home Theater agar mendapatkan kenyamanan suhu ruang tanpa perlu mengoprasionalkanya secara manual. Alat ini akan mendeteksi keberadaan orang di ruangan dengan memanfaatkan pancaran sinar infra red yang dipancarkan tubuh manusia. Sensor PIR akan mengirimkan logika high bila mendeteksi adanya pancaran sinar infra red dalam ruangan untuk mengaktifkan sistem, kemudian sensor LM35 akan membaca suhu ruangan awal untuk mengaktifkan display, motor Swing, motor louver, motor fan, dan membagi suhu yang terbaca menjadi 2 bagian yaitu > 240C atau ≤ 240C, jika suhu diatas 240C maka sistem akan mengaktifkan kompresor tetapi jika suhu ≤ 240C maka sistem akan mematikan kompresor, dengan cara ini diharapkan suhu ruangan baru akan stabil di 240C. Dalam laporan ini, penulis akan memaparkan bagaimana merancang dan membuat sistem kontrol on-off menggunakan sensor passive infrared receiver (PIR) sebagai pendeteksi panas tubuh manusia dan suhu pintar menggunakan sensor suhu LM35. Sistem pengendali ini bekerja menggunakan tegangan 220V. Selain itu, sistem ini dilengkapi dengan seven segment. Sehingga sistem ini dapat menampilkan suhu ruang tersebut. Dengan kelebihan tersebut sistem ini dapat mematikan sendiri air Conditioner (AC) apabila lupa dalam mematikannya. Keyword: Rancang bangun, pengendali, sensor passive infrared receiver (PIR), LM35, Arduino Uno.
i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat rahmat dan hidayah-Nya lah penulis menyelesaikan Tugas Akhir, serta menyelesaikan penulisan laporan ini. Laporan Tugas Akhir yang berjudul “Rancang Bangun Alat Pengendali On-Off Air Conditioner (AC) Split dan Sistem Suhu Pintar Berbasis Arduino di Ruang Home Theater”, disusun untuk memenuhi syarat kelulusan Akademik dan untuk menyelesaikan pendidikan Program Diploma 3 Jurusan Teknik Elektro Program Studi Elektronika Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, Penulis banyak menghadapi masalah dan kesulitan, namun berkat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak maka Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Oleh karena itu, Penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Junaidi, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Berman P. Panjaitan, S.T., M.T., Ketua Program Studi Elektronika Politeknik Negeri Medan sekaligus dosen Pembimbing Penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. Akhiruddin, Kepala Laboratorium Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. 5. Bapak Haris Aminuddin, S.T., M.T., Kepala Bengkel Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. 6. Bapak Ahmad Hidayat, S.T., M.T., Wali Kelas EK-6a. 7. Seluruh Staf Pengajar Jurusan Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. 8. Penghargaan rasa terimakasih yang tak terhingga penulis persembahkan kepada ayahanda dan ibunda tercinta, berkat do’a dan pengorbanan yang tak ternilai yang telah mereka curahkan dan telah memberikan dukungan baik
ii
moril maupun materil kepada penulis dalam menyelesaikan
studi di
Politeknik Negeri Medan. 9. Seluruh teman-teman Program Studi Teknik Elektronika dan teman-teman seperjuangan angkatan 2012 Politeknik Negeri Medan. Penulis juga menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir masih banyak kekurangan yang perlu untuk disempurnakan, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik dari pembaca yang bersifat membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya dan berguna untuk masa yang akan datang.
Medan, 28 Agustus 2015 Hormat kami,
(Penulis)
iii
DAFTAR ISI ABSTRAK .......................................................................................................... i KATA PENGANTAR........................................................................................ ii DAFTAR ISI ..................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR........................................................................................ vii DAFTAR TABEL ............................................................................................. ix BAB I
PENDAHULUAN 1.1
Rumusan Masalah ........................................................................ 2
1.2
Tujuan ......................................................................................... 2
1.3
Manfaat ....................................................................................... 2
1.4
Batasan Masalah ........................................................................... 3
1.5
Metodologi ................................................................................... 3
1.6
Sistematika Penulisan Laporan .................................................... 3
BAB II 2.1
DASAR TEORI Arduino Uno ................................................................................ 5 2.1.1 Atmega 328....................................................................... 7
2.2
Sensor Passive Infrared Receiver (PIR) ...................................... 12 2.2.1 Bagian – Bagian Sensor PIR .............................................. 12 2.2.2 Prinsip Kerja Sensor PIR.................................................... 13 2.2.3 Spesifikasi Sensor PIR ....................................................... 14
2.3
Sensor LM35 .............................................................................. 16 2.3.1 Struktur Sensor LM35 ........................................................ 16 2.3.2 Prinsip Kerja Sensor LM35 ................................................ 17 2.3.3 Karakteristik Sensor LM35 ................................................ 18
2.4
Relay........................................................................................... 19
2.5
Regulator .................................................................................... 20
2.6
Air Conditioner (AC) .................................................................. 21 2.6.1 Terjadinya Dingin Dalam Ruang Mesin Air Conditioner (AC) .................................................................................. 22 2.6.2 Sistem Refrigeran Kompresi Uap ....................................... 23 2.6.2.1 Komponen Utama sistem Refrigerasi Mekanik ......... 24 2.6.2.2 Komponen Pendukung sistem Refrigerasi ................. 25 iv
2.6.2.3 Siklus Refrigerasi ..................................................... 27 2.6.3 Operasi Kontrol ................................................................. 30 2.7
Seven Segmen............................................................................. 34 2.7.1 Prinsip Kerja Seven Segmen............................................... 34 2.7.2 Jenis Seven Segment .......................................................... 34
BAB III 3.1
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM Perancangan Hardware .............................................................. 35 3.1.1 Perancangan Diagram Blok ............................................. 35 3.1.2 Rangkaian Skematik Sistem ............................................ 37 3.1.2.1 Pengendali Utama Arduino Uno ............................... 38 3.1.2.2 Power Supply ........................................................... 39 3.1.2.3 Interface ................................................................... 40 3.1.2.4 Sensor PIR................................................................ 41 3.1.2.5 Sensor LM35 ............................................................ 41 3.1.2.6 Rangkaian Switch-Board .......................................... 42 3.1.2.7 Rangkaian Display Seven Segmen ............................ 43 3.1.3 Perancangan PCB............................................................ 43 3.1.3.1 Pembuatan Sistem .................................................... 44 3.1.3.2 Pembuatan PCB ....................................................... 44 3.1.3.3 Penyolderan Komponen ............................................ 45 3.1.3.4 Perakitan (Assembling) ............................................. 45
3.2
Perancangan Pembuatan Software ............................................. 46 3.2.1 Flowchart atau Diagram Alir .......................................... 47 3.2.2 Software Arduino 1.5 ...................................................... 49
BAB IV 4.1
PENGUJIAN DAN ANALISA Pengujian Sistem ....................................................................... 51 4.1.1 Pengujian Hardware dan Software................................... 51 4.1.1.1 Pengujian Rangkaian Power Supply.......................... 51 4.1.1.2 Pengujian Rangkaian Input Sistem (Sensor) .............. 52
v
4.1.1.3 Pengujian Rangkaian Pemindah Switch-Board.......... 58 4.1.1.4 Pengujian Rangkaian Output. ...................................... 59 BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimpulan ................................................................................ 72
5.2
Saran ......................................................................................... 72
Daftar Pustaka ............................................................................................... 75 Lampiran
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Fisik Arduino Uno dan Kabel USB ........................................... 5
Gambar 2.2
Bentuk Fisik Mikrokontroler ATmega 328 ............................... 9
Gambar 2.3
Tampilan Mikrokontroller Atmega 328 pada Arduino Uno ....... 9
Gambar 2.4
Sensor PIR ............................................................................. 12
Gambar 2.5
Diagram Blok Rangkaian Sensor Gerak Penerima Infra merah 12
Gambar 2.6
Daerah Jangkauan Sensor PIR ................................................ 15
Gambar 2.7
Konfigurasi Pin Sensor PIR .................................................... 15
Gambar 2.8
Sensor Suhu LM35 ................................................................. 16
Gambar 2.9
Relay ...................................................................................... 19
Gambar 2.10
Kontak Bantu Normally Open(1) dan Normally Close (2)....... 19
Gambar 2.11
IC LM7805 ............................................................................. 20
Gambar 2.12
Skema Mesin Refrigerasi Siklus Kompresi Uap ...................... 30
Gambar 2.13
Siklus Refrigerasi dari Penyegar Udara ................................... 30
Gambar 2.14
PCB Control ........................................................................... 31
Gambar 2.15
Simbol Bagian-Bagian dan Contoh Transformator .................. 33
Gambar 2.16
Seven Segment ....................................................................... 34
Gambar 3.1
Blok Diagram Perancangan Sistem ......................................... 36
Gambar 3.2
Rangkaian Utama Arduino Uno .............................................. 38
Gambar 3.3
Pin Arduino yang Diapakai Dalam Rangkaian ........................ 38
Gambar 3.4
Rangkaian Power Supplay ...................................................... 39
Gambar 3.5
Rangkaian Interface ................................................................ 40
Gambar 3.6
Rangkaian Sensor LM35 ........................................................ 41
vii
Gambar 3.7
Rangkaian Switch-Board ........................................................ 42
Gambar 3.8
Rangkaian Seven Segmen ....................................................... 43
Gambar 3.9
Layout Rangkaian................................................................... 44
Gambar 3.10
Layout Tata Letak .................................................................. 44
Gambar 3.11
Flowchart ............................................................................... 47
Gambar 3.12
Pemilihan Tipe Modul Arduino .............................................. 49
Gambar 3.13
Icon Compile Program di Arduino .......................................... 49
Gambar 3.14
Icon Upload pada Arduino Uno ............................................. 50
Gambar 4.1
Power Supplay........................................................................ 51
Gambar 4.2
Pengukuran Vout Pada IC 7812 Tanpa Beban......................... 52
Gambar 4.3
Pengujian Sensor PIR Dengan Jarak 60cm.............................. 54
Gambar 4.4
Pengujian Iout pada LM35 (a) dan Vout suhu 340 LM35 (b) ... 56
Gambar 4.5
Switch-Board.......................................................................... 58
Gambar 4.6
Pengujian Iout Switch-board ................................................... 59
Gambar 4.7
Pengujian Vout (a) dan Iout Pada Suhu 240C LM35 (b) .......... 61
Gambar 4.8
Kompresor ON (a) dan Kompresor OFF (b)............................ 63
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel Deskripsi Arduino Uno ...................................................................................... 5 Tabel 2.2 Konfigurasi Port B ..................................................................................................... 10 Tabel 2.3 Konfigurasi Port C. ................................................................................................................. 10 Tabel 2.4 Konfigurasi Port D.................................................................................................................. 11 Tabel 2.5 Tabel Pin LM35......................................................................................................... 17 Tabel 3.1 Konfigurasi PIN Arduino pada Rangkaian ................................................................. 39 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Power Supply ................................................................................... 52 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Sensor PIR 1 .................................................................................... 53 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Sensor PIR 2 .................................................................................... 54 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Sensor LM35 .............................................................................................. 56 Tabel 4.5 Hasil Pengujian Switch-Board ................................................................................... 59 Tabel 4.6 Hasil Pengujian Seven Segment ................................................................................. 60 Tabel 4.7 Hasil Pengujian Fan, Swing, Louver dan Kompresor berdasarkan Suhu ..................... 62
ix
BAB 1 PENDAHULUAN Zaman sekarang, semua orang butuh hiburan guna sekedar menghilangkan penat dan stress akibat kegiatan padat sehari-hari. Dengan sekedar penghibur diri, dengan karoke, atau dengan menonton film box office pilihan ataupun menonton siaran TV regular, hal ini bisa sedikit menjauhkan dan menghilangkan kepenatkan dan lelah akibat kesibukan aktiftas kerja. Konsep hiburan home theater bisa menjadi solusi untuk masalah-masalah itu. Dalam membuat ruangan khusus home theater di dalam rumah dengan tata ruang yang baik sebenarnya tidak serumit yang dibayangkan, yang paling penting adalah aspek kenyamanan yang paling diperhatikan. Oleh sebab itu kenyamanan dapat dilihat melalui kebersihan, suhu ruang dan perangkat elektronik yang mendukung seperti Air Conditioner (AC) Air conditioner (AC) merupakan alat pengkondisi udara yang digunakan untuk
menciptakan
ruangan
yang
nyaman
.
Pada
perkembanganair
conditioner(AC) otomatis yang sudah ada di pasar industri, suhu AC akan disesuaikan dengan suhu ruangan yang telah di set sebelumnya dan AC akan berhenti bekerja ketika suhu ruangan telah sesuai dengan suhu AC yang diset sebelumnya. Penggunaan air conditioner khususnya jenis Split dalam kegiatan manusia saat ini seringkali kurang efisien. Kebanyakan orang saat memasuki suatu ruangan akan men-set suhu AC serendah mungkin untuk menghasilkan suhu ruangan sejuk secepat mungkin sehingga AC akan tetap bekerja sampai suhu yang diset tercapai dengan kata lain ruangan akan terlalu dingin dan bukan sejuk lagi sehingga akan mengganggu kenyamanan pengguna air conditioner (AC) kemudian penempatan pendingin udara pada setiap ruangan, menimbulkan suatu kegiatan baru lagi untuk menghidupkan dan mematikan pendingin udara setiap kali manusia meninggalkan ruangan tersebut. Dengan kesibukan manusia hal tersebut kadang dilupakan dan pada akhirnya pendingin udara tetap hidup walaupun tidak ada manusia pada ruang tersebut. Dari latar belakang diatas, penulis terinspirasi untuk memodifikasi air conditioner (AC) splityang sudah ada. Dengan menambahkan fitur pengaturan
1
suhu home theater yang disesuaikan suhu air conditioner (AC) sehingga menghasilkan suhu ruangan stabil di 240C yang bekerja berdasarkan pengendalian Arduino Uno untuk merancang “Rancang Bangun AlatPengendali ON-OFF AirConditioner (AC) Splitdan Sistem Suhu Pintar berbasis Arduino Uno di Ruang Home Theater” sebagai judul tugas akhir. Alat ini diharapkan dapat menyelesaikan masalah diatas dan dapat dimanfaatkan dengan baik.
1.1
Rumusan Masalah Permasalahan yang ditangani dari pembuatan Proyek Tugas Akhir adalah : Bagaimana cara merancang sistem Air Conditioner (AC) agar dapat bekerjasecaraotomatis seperti yang diinginkan? Bagaimana cara kerja rangkaian On – OffAir Conditioner (AC) dengan menggunakansensor PIR? Bagaimana cara mempertahankan suhu ruangan agar tetap berada di nilai set point(240C)? Bagaimana menggunakan Arduino Uno sebagai otak dari sistem control?
1.2
Tujuan Adapun tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah : Merancang dan membuat alat pendeteksi gerak dan suhu pada ruang kerja menggunakan Arduino Uno Memahami Arduino Uno sebagai sistem kontrol pengendali air conditioner (AC) agar lebih praktis penggunaannya Sebagai syarat untuk menyelesaikan perkuliahan di Politeknik Negeri Medan.
1.3
Manfaat Tugas Akhir ini sekiranya berguna untuk : Membantu sistem penggunaan AC yang lebih efektif dan bersifat otomatis Menciptakan ruang home theater yang nyaman dan tenang
2
1.4
Batasan Masalah Dalam perancangan dan pembuatan tugas akhir ini diberikan batasanbatasan masalah sebagai berikut : Perancangan dan pembuatan alat ini berbasis Arduino Uno Alat ini bekerja pada daerah indoor (ruangan) Menggunakan sensor sensor gerak (PIR) sebagai pendeteksi gerak dan sensor LM35DZ sebagai sensor suhu untuk menyesuaikan suhu AC dengan suhu ruang Suhu ideal ruang home theater yaitu 240C
1.5
Metodologi Dalam Penulisan Tugas Akhir ini penulis mengumpulkan data yang dilakukan sebagai berikut : Pengumpulan data dengan cara melakukan studi kepustakaan dengan jalan mencari buku-buku atau informasi yang berhubungan dengan alat ini. Mengadakan konsultasi dan arahan/bimbingan dari dosen pembimbing serta sumber-sumber lain yang dapat dijadikan sebagai acuan dan perbandingan dalam merancang alat ini. Mencari data-data yang diperlukan dalam pembuatan proyek ini dengan menggunakan fasilitas internet.
1.6
Sistematika Penulisan Laporan Urutan langkah yang terdiri atas bab-bab yang membentuk Laporan Tugas
Akhir ini dalam bentuk sistematika pembahasan dibagi dalam beberapa bagian yaitu :
BAB I. PENDAHULUAN Bab ini berisi uraian latar belakang pemilihan judul, rumusan masalah, tujuan, manfaat, batasan masalah, metode pengumpulan data, dan sistematika penulisan laporan.
3
BAB II. DASAR TEORI Bab ini berisi tentang teori-teori dasar dan teori-teori pendukung yang berhubungan dengan perancangan dan pembuatan tugas akhir ini.
BAB III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM Bab ini menerangkan mengenai perancangan dan pembuatan rangkaian dan program.
BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISA RANGKAIAN Bab ini menjelaskan mengenai pengujian dan hasil analisa alat yang sudah diuji.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisikan kesimpulan yang diperoleh dalam perancangan dan pembuatan proyek tugas akhir serta saran yang ingin disampaikan penulis.
4
