Rancang Bangun Atap Otomatis Dengan Menggunakan Sensor Rain Drop Dan LDR (Light Dependent Resistor) BERBASIS ATMEGA [PDF]

Citation preview

RANCANG BANGUN ATAP OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR RAIN DROP dan LDR (Light Dependent Resistor) BERBASIS ATMEGA



LAPORAN TUGAS AKHIR



AYU LESTARI 152408042



PROGRAM STUDI D-3 FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2018



UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



RANCANG BANGUN ATAP OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR RAIN DROP dan LDR (Light Dependent Resistor) BERBASIS ATMEGA



LAPORAN TUGAS AKHIR



Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh gelar Ahli Madya



AYU LESTARI 152408042



PROGRAM STUDI D-3 FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2018



UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



PERNYATAAN ORISINALITAS



RANCANG BANGUN ATAP OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR RAIN DROP dan LDR (Light Dependent Resistor) BERBASIS ATMEGA



LAPORAN TUGAS AKHIR



Saya menyatakan bahwa laporan tugas akhir ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya



Medan, 02 Juli 2018



AYU LESTARI 152408042



i UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



ii UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



RANCANG BANGUN ATAP OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR RAIN DROP dan LDR (Light Dependent Resistor) BERBASIS ATMEGA ABSTRAK Pada tugas akhir ini penulis telah merancang prototipe alat yang mampu membuka dan menutup secara otomatis dengan merespon keadaan cuaca dilingkungan sekitar untuk membantu proses penjemuran pakaian dan menyinari tanam-tanaman pada pagi dan siang hari. Pada tugas akhir ini, penulis menggunakan komponen seperti Arduino Nano yaitu pusat inti dari alat ini yang menghubungkan komponen satu dengan yang lainnya, motor servo sebagai penggerak atap untuk menutup dan membuka, sensor Rain Drop untuk mendeteksi adanya air hujan dan sensor LDR mendeteksi ada atau tidaknya cahaya disekitar, lcd sebagai tampilan kondisi atap dan sensor ldr, buzzer sebagai peringatan hujan turun, dan push button sebagai tombol untuk membuka dan menutup atap tanpa memalui sensor. Apabila permukaan sensor Rain Drop terkena air/hujan turun dan sensor LDR mendeteksi sedikit cahaya di sekitar maka motor servo akan bergerak untuk menutup atap lalu buzzer berbunyi dan tampilan yang terjadi pada LCD yaitu "HUJAN | MENDUNG", dan sebaliknya. Sensor air yang digunakan memiliki lempengan bermaterial fr-04. Diharapkan untuk pembuatan prototipe yang selanjutnya menggunakan photodioda sebagai sensor cahaya karena memiliki waktu respon yang lebih cepat daripada ldr. Kata Kunci : Sensor Rain Drop, Sensor Ldr, Arduino Nano, Motor Servo, Objek



iii UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



PENGHARGAAN



Alhamdulillah segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah, dan karunia-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan tugas proyek ini tepat waktu yang sesuai dengan instruksi dan peraturan yang berlaku di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada Nabi Muhammad SAW, semoga mendapat safa’at diakhir kelak. Dalam penyusunan dan penulisan tugas akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan, dukungan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa terimakasih dan penghargaan kepada: 1.



Bapak Lukman Hakim S.Si , M.Si selaku dosen pembimbing yang telah bekerja keras membimbing saya.



2.



Bapak Prof. Runtung Sitepu selaku Rektor Universitas Sumatera Utara.



3.



Bapak Dr. Kerista Sibayang, M.Si selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.



4.



Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc selaku Ketua Program Studi D3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Universitas Sumatera Utara



5.



Bapak Drs. Aditia Warman, M.Si selaku Sekretaris Program Studi D3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.



6.



Seluruh tenaga pengajar dan pegawai program studi D3 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.



7.



Ayahanda Syaiful Bahri dan Ibunda Dewi serta adik Anugrah Syahputra yang selalu memberikan dukungan, mendoa’akan dan kasih sayang kepada penulis



8.



Arrini Syahputri selaku rekan seperjuangan dari awal masuk kuliah yang selalu memberikan dukungan dan motivasi kepada penulis



9.



Neny Novita Yusroh dan Vivin Agustin selaku teman terdekat yang selalu memberikan inspirasi kepada penulis.



iv UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



10. Teman-teman D3 Fisika angkatan 2015 Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. 11. Semua pihak yang terlibat langsung maupun tidak langsung yang penulis tidak dapat tuliskan satu per satu. Semoga Allah SWT melimpahkan rahmad dan karunia-Nya kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, semangat, dukungan dan perhatian kepada penulis dalam menyelesaikan laporan tugas proyek ini. Semoga laporan tugas proyek ini bermanfaat bagi penulis, pendidikan, masyarakat, organisasi atau negara.



Medan, 02 Juli 2018



Penulis



v UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



DAFTAR ISI



PERNYATAAN ORISINALITAS



i



PENGESAHAN TUGAS AKHIR



ii



ABSTRAK



iii



PENGHARGAAN



iv



DAFTAR ISI



v



DAFTAR TABEL



viii



DAFTAR GAMBAR



ix



DAFTAR LAMPIRAN



x



BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang



1



1.2 Rumusan Masalah



1



1.3 Batasan Masalah



1



1.4 Tujuan Tugas Akhir



2



1.5 Manfaat Tugas Akhir



2



1.6 Metodologi Tugas Akhir



2



1.7 Sistematika Penulisan



3



BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Arduino Nano



4



2.2 Motor Servo



5



2.3 Sensor Rain Drop



7



2.4 Sensor LDR



8



2.5 LCD



9



2.6 Buzzer



11



2.7 Resistor



11



2.8 Button



12



2.9 Adaptor



13



2.10 Arduino Development Environment



14



vi UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN 3.1 Perancangan Sistem



16



3.1.1 Blok Diagram



16



3.2 Rangkaian LCD



17



3.3 Rangkaian Motor Servo



18



3.4 Rangkaian Sensor Rain Drop



18



3.5 Rangkaian Sensor LDR



19



3.6 Rangkaian Button



19



3.7 Rangkaian Mikrokontroler Arduino Nano



19



3.8 Rangkaian Seluruh Komponen



20



3.9 Flowchart



21



BAB 4 PENGUJIAN ALAT 4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler Arduino Nano



22



4.2 Pengujian Rangkaian Sensor Rain Drop



22



4.3 Pengujian Rangkaian LCD



24



4.4 Pengujian Rangkaian Servo



25



4.5 Pengujian Rangkaian Buzzer



27



4.6 Pengujian Rangkaian Push Button



27



4.7 Pengujian Sensor LDR



27



4.8 Hasil Diskusi



28



BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan



29



5.2 Saran



29



DAFTAR PUSTAKA



30



LAMPIRAN



31



vii UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



DAFTAR TABEL



Tabel 2.1 Konfigurasi LCD



10



viii UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



DAFTAR GAMBAR



Gambar 2.1 Papan Arduino Nano



5



Gambar 2.2 Servo Mikro



6



Gambar 2.3 Sensor Rain Drop



8



Gambar 2.4 Simbol dan Sensor LDR



9



Gambar 2.5 LCD 2x16



9



Gambar 2.6 Buzzer



11



Gambar 2.7 Resistor



12



Gambar 2.8 Push Button



13



Gambar 2.9 Adaptor



14



Gambar 2.10 Software Arduino



12



Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem



16



Gambar 3.2 Rangkaian LCD



17



Gambar 3.3 Rangkaian Servo



18



Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Rain Drop



18



Gambar 3.5 Rangkaian Sensor LDR



19



Gambar 3.6 Rangkaian Push Button



19



Gambar 3.7 Rangkaian Arduino Nano



19



Gambar 3.8 Rangkaian Keseluruhan



20



Gambar 3.9 Flowchart Sistem



21



Gambar 4.1 Informasi Signature Mikrokontroler



22



Gambar 4.2 Tampilan Program Sensor Rain Drop



23



Gambar 4.3 Tampilan Program Menampilkan Kata Pada LCD



24



Gambar 4.4 Tampilan Program Motor Servo



26



ix UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



DAFTAR LAMPIRAN



1. PENULISAN PROGRAM PADA SOFTWARE ARDUINO 2. PADA SAAT PROSES COMPILE DAN UPLOAD 3. PADA SAAT PROSES COMPILE DAN UPLOAD SELESAI 4. RANGKAIAN ATAP OTOMATIS 5. RANGKAIAN SENSOR RAIN DROP 6. RANGKAIAN SENSOR LDR 7. TAMPILAN LCD PADA SAAT HUJAN MENDUNG 8. TAMPILAN LCD PADA SAAT HUJAN CERAH 9. TAMPILAN LCD PADA SAAT TIDAK HUJAN DAN CUACA MENDUNG 10.TAMPILAN LCD PADA SAAT CUACA NORMAL 11.TAMPILAN LCD PADA SAAT CUACA MENDUNG DAN TIDAK HUJAN DENGAN BUTTON 12.TAMPILAN LCD PADA SAAT CUACA NORMAL DENGAN BUTTON 13.TAMPILAN LCD PADA SAAT CUACA MENDUNG DAN HUJAN DENGAN BUTTON 14.TAMPILAN LCD PADA SAAT CUACA CERAH DAN HUJAN



x UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Kemajuan teknologi berkembang dengan sangat pesat pada zaman ini. Dengan adanya perkembangan teknologi yang semakin berkembang membuat perkejaan manusia dapat terselesaikan dengan cepat dan juga dapat meringankan pekerjaan sehari-hari manusia. Salah satu teknologi yang populer adalah mikrokontroler yang sering disematkan di perlatalan canggih sebagai penggendali kerja. Pemanasan global yang terjadi pada saat ini mengakibatkan cuaca sulit untuk di prediksi, saat cuaca cerah dan kita ingin melakukan aktivitas diluar ruangan tetapi jika seketika hujan tiba-tiba datang maka hal tersebut sudah pasti dapat mengganggu aktivitas kita. Untuk mengatasi hal ini, maka penulis merancang suatu alat yang tepat guna dan efektif



serta dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang yang dapat



membantu mempermudah aktivitas manusia, meningkatkan efisiensi waktu, kemudahan serta tenaga manusia dalam melakukan segala aktivitas baik didalam maupun diluar ruangan. Sangatlah penting jika ada alat yang dapat membuka dan menutup secara otomatis.



.



1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas, maka permasalahan dalam tugas akhir ini dapat dirumuskan menjadi bagaimana cara untuk merancang atap otomatis menggunakan mikrokontroler arduino sehingga atap dapat membuka dan menutup secara otomatis yang didasari dengan penggunaan sensor rain drop dan ldr.



1.3. Batasan Masalah Beberapa batasan masalah yang perlu dibuat, yaitu: 1. Pengujian Rangkaian Mikrokontroler Arduino Nano 2. Pengujian Rangkaian Sensor Rain Drop dan LDR 3. Pengujian Rangkaian LCD dan Buzzer



1 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



4. Pengujian Rangkaian Servo dan Push Button



1.4. Tujuan Tugas Akhir Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah membuat rancangan prototipe alat atap otomatis menggunakan sensor rain drop sebagai pendeteksi air hujan dan sensor ldr sebagai pendeteksi cahaya yang dapat membuka dan menutup secara otomatis.



1.5. Manfaat Tugas Akhir Manfaat tugas akhir ini adalah menghasilkan sebuah prototipe alat dan aplikasi yang mampu membuka dan menutup secara otomatis dengan menggunakan sensor rain drop dan sensor ldr secara elektronik dengan kecepatan yang efisien.



1.6. Metodologi Tugas Akhir Metodologi tugas akhir yang dipakai untuk penulisan laporan proyek ini adalah: 1. Studi Literatur Pada tahap ini penulisan dimulai dengan proses pengumpulan bahan-bahan referensi baik dari buku-buku, artikel-artikel. 2. Analisis dan Perancangan Sistem Analisis bertujuan untuk menganalisa setiap informasi dan masalah yang didapat dari studi literatur untuk mencari solusi terbaik dan membuat perancangan program, model rangkaian dan flowchart. 3. Implementasi Untuk implementasinya penulis menggunakan alat yang sudah dirancang penulis sendiri. 4. Pengujian Pada metode ini alat akan diuji apakah sudah sesuai dengan yang diinginkan dan melakukan perbaikan apabila terdapat error pada alat. 5. Dokumentasi Kesimpulan dan hasil dari penelitian ini akan didokumentasikan dalam bentuk karya ilmiah.



1.7. Sistematika Penulisan



2 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



Agar pembahasan lebih sistematis, maka tulisan ini dibuat dalam lima bab, yaitu: BAB I: PENDAHULUAN Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan proyek. BAB II: LANDASAN TEORI Berisi tentang penjelasan singkat mengenai defenisi komponen-komponen yang digunakan dalam pembuatan atap otomatis. BAB III: ANALISIS DAN PERANCANGAN Berisi tentang proses perancangan dan pembuatan alat. BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam bab ini dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai rangkaian-rangkaian yang digunakan pada alat serta penjelasan program yang diisikan ke mikrokontroller Arduino Nano. BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN Bab terakhir akan memuat kesimpulan dari keseluruhan uraian dari bab-bab sebelumnya dan saran-saran dari hasil yang diperoleh diharapkan dapat bermanfaat dalam pengembangan selanjutnya.



3 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



BAB II LANDASAN TEORI



2.1 Arduino Nano Arduino nano adalah salah satu varian dari produk board mikrokontroller keluaran Arduino. Arduino nano adalah board Arduino terkecil, menggunakan mikrokontroller Atmega328 untuk Arduino Nano 3.x dan Atmega168 untuk Arduino Nano 2.x. Varian ini mempunyai rangkaian yang sama dengan jenis Arduino Duemilanove, tetapi dengan ukuran dan desain PCB yang berbeda. Arduino Nano tidak dilengkapi dengan soket catudaya, tetapi terdapat pin untuk catu daya luar atau dapat menggunakan catu daya dari mini USB port. Arduino nano memiliki 14 pin digital (6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi USB, sebuah konektor sumber tegangan, sebuah header ICSP, dan sebuah tombol reset. Arduino Nano dapat diberi tenaga dengan power yang diperoleh dari koneksi kabel Mini-B USB, atau via power supply eksternal. External power supply dapat dihubungkan langsung ke pin 30 atau Vin (unregulated 6V - 20V), atau ke pin 27 (regulated 5V). (Simanjuntak, M.G. 2013). Chip FTDI FT232L pada Arduino Nano akan aktif apabila memperoleh daya melalui USB, ketika Arduino Nano diberikan daya dari luar (Non-USB) maka Chip FTDI tidak aktif dan pin 3.3V pun tidak tersedia (tidak mengeluarkan tegangan), sedangkan LED TX dan RX pun berkedip apabila pin digital 0 dan 1 berada pada posisi HIGH. Arduino Nano mempunyai 14 pin digital yang dapat digunakan sebagai pin input atau output. Pin ini akan mengeluarkan tegangan 5V untuk mode HIGH (logika 1) dan 0V untuk mode LOW (logika 0) jika dikonfigurasikan sebagai pin output. Jika di konfigurasikan sebagai pin input, maka ke 14 pin ini dapat menerima tegangan 5V untuk mode HIGH (logika1) dan 0V untuk mode LOW (logika 0). Besar arus listrik yang diijinkan untuk melewati pin digital I/O adalah 40 mA. Pin digital I/O ini juga sudah dilengkapi dengan resistor pull-up sebesar 20-50 kΩ Arduino Nano memiliki spesifikasi sebagai berikut : Mikrokontroller



: Atmel ATmega168 untuk Arduino Nano 2.x



4 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



Atmer Atmega328 untuk Arduino Nano 3.x Tegangan kerja



:5V



Tegangan input



: Optimal : 7 – 12 V Minimum : 6 V Maksimum : 20 V



Digital pin I/O



: 14 pin yaitu pin D0 sampai pin D13 Dilengkapi dengan 6 pin PWM



Analog pin



: 8 pin yaitu pin A0 sampai pin A7



Arus listrik maksimum



: 40 mA



Flash memori



: 32 Mbyte untuk Arduino Nano 3.x , 16 Mbyte untuk Arduino Nano 2.x Besar flash memori ini dikurangi 2 kbyte yang digunakan untuk menyimpan file boatloader.



SRAM



: 1 kbyte (ATmega168) dan 2 kbyte (ATmega328)



EEPROM



: 512 byte (Atmega168) dan 1 kbyte (Atmega328)



Kecepatan clock



: 16 MHz



Ukuran board



: 4,5 mm x 18 mm



Berat



: 5 gram



Gambar 2.1 Papan Arduino Nano



2.2 Motor Servo Motor servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo), sehingga dapat di set-up atau di atur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dari poros output motor. Motor servo merupakan perangkat yang terdiri dari motor DC, serangkaian gear,



5 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



sebuah potensiometer, sebuah output shaft dan rangkaian kontrol elektronik. Biasanya, motor servo berbentuk kotak segi empat dengan sebuah output shaft motor dan konektor dengan 3 kabel yaitu power, kontrol dan ground. Gear motor servo ada yang terbuat dari plastik, metal atau titanium. Didalam motor servo terdapat potensiometer yang digunakan sebagai sensor posisi. Potensiometer tersebut dihubungkan dengan output shaft untuk mengetahui posisi aktual shaft. Ketika motor dc berputar, maka output shaft juga berputar dan sekalipun memutar potensiometer. Rangkaian kontrol kemudian dapat membaca kondisi potensiometer tersebut untuk mengetahui posisi aktual shaft. Jika posisinya sesuai dengan yang diinginkan, maka motor dc akan berhenti .



(Sutaya,Wayan I.2014)



Penggunaan sistem kontrol loop tertutup pada motor servo berguna untuk mengontrol gerakan dan posisi akhir dari poros motor servo. Posisi poros output akan di sensor untuk mengetahui posisi poros sudah tepat seperti yang di inginkan atau belum, dan jika belum, maka kontrol input akan mengirim sinyal kendali untuk membuat posisi poros tersebut tepat pada posisi yang diinginkan. Untuk lebih jelasnya mengenai sistem kontrol loop tertutup, dapat kita lihat dari beberapa aplikasi lain dari sistem kontrol loop tertutup, seperti penyetelan suhu pada AC, kulkas, setrika dan lain sebagainya. Motor DC servo (DC-SV) pada dasarnya adalah sebuah motor DC-MP dengan kualifikasi khusus yang sesuai dengan aplikasi “servoing” didalam teknik kontrol. Dalam kamus Oxford istilah ”servo” diartikan sebagai “a mechanism that controls a large mechanism”



(Pitowarno, E. 2006).



Motor servo biasa digunakan dalam aplikasi-aplikasi di industri, selain itu juga digunakan dalam berbagai aplikasi lain seperti pada mobil mainan radio kontrol, robot, pesawat, dan lain sebagainya. Ada dua jenis motor servo, yaitu motor servo AC dan DC. Motor servo AC lebih dapat menangani arus yang tinggi atau beban berat, sehingga sering diaplikasikan pada mesin-mesin industri. Sedangkan motor servo DC biasanya lebih cocok untuk digunakan pada aplikasi-aplikasi yang lebih kecil. Dan bila dibedakan menurut rotasinya, umumnya terdapat dua jenis motor servo yang dan terdapat di pasaran, yaitu motor servo rotation 180⁰ dan servo rotation continuous.



6 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



1. Motor Servo Standar 180° Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90° sehingga total defleksi sudut dari kanan–tengah–kiri adalah180°.



2. Motor Servo Continuous 360° Motor servo jenis ini mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (Budiharto, W. 2009).



Gambar 2.2 Servo Mikro Prinsip kerja motor servo dikendalikan dengan cara mengirimkan sebuah pulsa yang lebar pulsanya bervariasi. Pulsa tersebut dimasukkan melalui kabel kontrol motor servo. Biasanya lebar pulsanya anatara 1.1 ms sampai dengan 1.9 ms dengan periode pulsa sebesar 20 ms. Lebar pulsa akan mengakibatkan perubahan posisi servo. Misalnya pada pulsa 1.5 ms akan memutar motor servo pada posisi 900 (posisi netral). Agar posisi servo tetap pada posisi ini, maka pulsa harus terus diberikan pada servo. Jadi meskipun ada gaya yang melawan, servo akan tetap bertahan pada posisinya. Ketika sebuah pulsa yang dikirim ke servo kurang dari 1.5 ms servo akan berputar counterlocknya menuju ke posisi terteentu dari posisi netral. Jika pulsa dikirim lebih dari 1.5 ms, servo akan berputar clockwise menuju ke posisi tertentu dari posisi netral. Setiap servo memiliki spesifikasi lebar pulsa minimum dan maksimum sendiri-sendiri, tergantung jenis dan merk servo. Umumnya antara 1.1 ms sampai 1.9 ms. Parameter lain yang berbeda antara servo satu dengan servo lainnya adalah kecepatan servo berubah-ubah dari posisi satu ke posisi lainnya (Operating speed).



(Sutaya,Wayan I.2014)



7 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



2.3 Sensor Rain Drop Sama hal nya seperti sensor cahaya, sensor air hujan juga digunakan untuk mendeteksi dan mengetahui magnitude tertentu. Sensor air hujan dibuat dengan memanfaatkan konduktivitas air hujan sehingga apabila bagian tersebut terkena air hujan, maka rangkaian akan tersambung (sensor aktif). Pada saat air hujan mengenai panel sensor, maka akan terjadi proses elektrolisasi oleh air tersebut karena air termasuk kedalam cairan elektrolit yaitu cairan yang dapat menghantarkan arus listrik. Sensor air ini dibuat menggunakan papan PCB yang jalur nya berliku-liku, agar air yang mengenai jalur tersebut dapat menyatu dan menghantarkan arus listrik. Sensor air hujan berfungsi untuk memberikan nilai masukan pada tingkat elektrolisasi air , dimana air air akan menyentuh ke panel sensor air. Untuk menghindari karat atau tertutup kotoran yang menyebabkan sensor tidak bekerja, jalur tersebut harus dilapisi timah atau apa saja yang dapat menyatu dengan jalur tersebut dan dapat mengantarkan arus listrik.



Gambar 2.3 Rangkaian Sensor Rain Drop



2.4 Sensor LDR LDR adalah singkatakan dari Light Dependent Resistor yang merupakan salah satu jenis komponen elektronika resistor. Komponen ini merupakan resistor yang nilai tahanan atau hambatannya sangat peka terhadap intensitas cahaya. Komponen LDR biasanya juga disebut dengan photo resistor, atau photocell. Light Dependent Resistor merupakan salah satu jenis komponen resistor yang nilai resistansinya dapat berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya. Nilai resistansi LDR sangat dipengaruhi oleh intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka semakin menurun nilai resitansinya. Sebaliknya, jika cahaya yang



8 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



mengenainya sedikit (gelap), maka nilai hambatannya menjadi semakin besar, sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat. Pada umumnya sebuah LDR memiliki nilai hambatan 200 Kilo Ohm saat berada di kondisi minim cahaya (gelap), dan akan menurun menjadi 500 Ohm pada kondisi terkena cahaya. Fungsi LDR adalah sebagai saklar otomatis berdasarkan cahaya. Jika cahaya yang diterima oleh LDR banyak, maka nilai resistansi LDR akan menurun, dan listrik dapat mengalir (ON). Sebaliknya, jika cahaya yang diterima LDR sedikit, maka nilai resistansi LDR akan menguat, dan aliran listrik terhambat (OFF). LDR sering difungsikan sebagai sebuah sensor cahaya dalam berbagai macam rangkaian elektronika seperti lampu penerangan jalan otomatis, lampu kamar tidur otomatis, rangkaian anti maling otomatis menggunakan laser, shutter kamera otomatis. Prinsip kerja LDR bisa dibilang sangat sederhana, tak jauh berbeda dari variabel resistor pada umumnya. LDR dipasang pada sebuah rangkaian elektronika dan dapat memutus dan menyambung aliran listrik berdasarkan cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya, jika cahaya yang mengenainya sedikit (gelap), maka nilai hambatannya menjadi semakin besar.



Gambar 2.4 Simbol dan Sensor LDR



2.5 LCD (Liquid Cyrstal Display) Liquid crystal display (LCD) adalah komponen yang dapat menampilkan tulisan. Salah satu jenisnya memiliki dua baris dengan setiap baris terdiri atas enam belas karakter.



(Kadir,Abdul.2013)



9 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



Gambar 2.5 LCD 2x16 LCD sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat. Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah:  Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.  Mempunyai 192 karakter tersimpan.  Terdapat karakter generator terprogram.  Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.  Dilengkapi dengan back light.



Tabel 2.1 Konfigurasi LCD Cara kerja LCD adalah Pada aplikasi umumnya RW diberi logika rendah “0”. Bus data terdiri dari 4-bit atau 8-bit. Jika jalur data 4-bit maka yang digunakan ialah DB4 sampai dengan DB7. Sebagaimana terlihat pada table diskripsi, interface LCD



10 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8-bit dikirim ke LCD secara 4-bit atau 8 bit pada satu waktu. Jika mode 4-bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8-bit (pertama dikirim 4-bit MSB lalu 4-bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya). Jalur kontrol EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroller mengirimkan data ke LCD. Untuk mengirim data ke LCD program harus menset EN ke kondisi high “1” dan kemudian menset dua jalur kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga mengirimkan data ke jalur data bus. Mode 8-bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaan dalam sebuah aplikasi dan setidaknya minimal tersedia 11 pin I/O (3 pin untuk kontrol, 8 pin untuk data). Sedangkan mode 4 bit minimal hanya membutuhkan 7-bit (3 pin untuk kontrol, 4 pin untuk data). Bit RS digunakan untuk memilih apakah data atau instruksi yang akan ditransfer antara mikrokontroller dan LCD. Jika bit ini di set (RS = 1), maka byte pada posisi kursor LCD saat itu dapat dibaca atau ditulis. Jika bit ini di reset (RS =0), merupakan instruksi yang dikirim ke LCD atau status eksekusi dari instruksi terakhir yang dibaca.



2.6 Buzzer Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm). Buzzer elektronik ini dapat diciptakan dengan merangkaikan beberapa komponen yang pada prinsipnya alat ini dapat menimbulkan pulsa dimana arus listrik adalah sebagai indikator terciptanya pulsa tersebut.



11 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



Gambar 2.6 Buzzer



2.7 Resistor Konsep resistansi sebagai suatu yang melawan arus. Bentuk-bentuk resistor konvensional mengikuti suatu hukum garis lurus ketika tegangan diplot terhadap arus dan ini memungkinkan kita untuk menggunakan resistor sebagai suatu sarana untuk mengkonveksi arus menjadi jatuh tegangan dan sebaliknya. Karena itu resistor merupakan sarana untuk mengkontrol arus dan tegangan yang bekerja dalam rangkaian-rangkaian elektronika. Resisor juga dapat berperan sebagai beban untuk mensimulasi keberadaan suatu rangkaian selama pengujian. Spesifikasi-spesifikasi untuk suatu resistor umumnya meliputi nilai resistansi (dinyatakan dalam ohm (Ω), kilohm (kΩ) atau megaohm (MΩ)), nilai ketepatan atau tolerasnsi (dinyatakan sebagai penyimpangan maksimum yang diizinkan dari nilai yang tertera), dan rating daya (yang harus sama dengan atau lebih besar daripada disipasi daya maksimumnya). Nilai yang tertera pada susatu resistor bukanlah resistansi eksaknya. Penyimpangan-penyimpangan kecil dalam nilai resistansi pasti selalu terjadi akibat (Sutaya,Wayan I.2014)



adanya toleransi produksi.



Gambar 2.7 Resistor



Resistor tersedia dalam beberapa seri yang nilai-nilainya merupakan kelipatan sepuluh, dimana jumlah nilai yang diberikan setiap seri ditentukan oleh toleransinya.



Untuk



mencakup



kisaran



nilai



resistansi



yang



sepenuhnya



menggunakan resistor yang bertoleransi ±20%, kita harus menyediakan enam nilai dasar. Rating daya resistor berkaitan dengan suhu operasi dan resistor akan mengalami penurunan rating pada suhu yang tinggi. Jika keandalan merupakan hal 12 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



yang penting, resistor harus dioperasikan jauh dibawah nilai normal disipasi daya maksimumnya. Resistor karbon dan resistor oksida logam umumnya ditera dengan kode-kode warna yang menunjukkan nilai dan toleransinya. Ada dua metode pengkodean warna yang umumnya digunakan. Yang satu adalah dengan menggunakan empat cincin warna dan yang lain menggunakan lima cincin warna.



2.8 Button Push button switch (saklar tombol tekan) adalah perangkat / saklar sederhana yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik dengan sistem kerja tekan unlock (tidak mengunci). Sistem kerja unlock disini berarti saklar akan bekerja sebagai device penghubung atau pemutus aliran arus listrik saat tombol ditekan, dan saat tombol tidak ditekan (dilepas), maka saklar akan kembali pada kondisi



normal.



Berdasarkan



fungsi



kerjanya



yang



menghubungkan



dan



memutuskan, push button switch mempunyai 2 tipe kontak yaitu NC (Normally Close) dan NO (Normally Open). NO (Normally Open), merupakan kontak terminal dimana kondisi normalnya terbuka (aliran arus listrik tidak mengalir). Dan ketika tombol saklar ditekan, kontak yang NO ini akan menjadi menutup (Close) dan mengalirkan atau menghubungkan arus listrik. Kontak NO digunakan sebagai penghubung atau menyalakan sistem circuit (Push Button ON). NC (Normally Close), merupakan kontak terminal dimana kondisi normalnya tertutup (mengalirkan arus litrik). Dan ketika tombol saklar push button ditekan, kontak NC ini akan menjadi membuka (Open), sehingga memutus aliran arus listrik. Kontak NC digunakan sebagai pemutus atau mematikan sistem sirkuit (Push Button Off). Sebagai device penghubung atau pemutus, push button switch hanya memiliki 2 kondisi, yaitu On dan Off (1 dan 0). Istilah On dan Off ini menjadi sangat penting karena semua perangkat listrik yang memerlukan sumber energi listrik pasti membutuhkan kondisi On dan Off.



Gambar 2.8 Push Button



13 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



2.9 Adaptor Adaptor merupakan alat atau jembatan untuk menyambungkan sumber tegangan DC. Tegangan DC ini dibutuhkan oleh berbagai macam rangkaian elektronik untuk dapat dioperasikan. Seperti halnya adaptor/ power supply yang digunakan pada hiasan lampu akrilik. Rangkaian inti dari adaptor/ power supply adalah suatu rangkaian penyearah yaitu rangkaian yang mengubah sinyal bolak-balik (AC) menjadi sinyal searah (DC). Proses pengubahan dimulai dari penye-arah oleh diode, penghalusan tegangan kerut (Ripple Viltage Filter) dengan menggunakan condensator dan pengaturan (regulasi) oleh rangkaian regulator. Pengaturan meliputi pengubahan tingkat tegangan atau arus. Pada teknik regulasi pada pembuatan adaptor, kita mengenal teknik regulasi daya linier dan teknik regulasi switching. Sistem rangkaian penyearah ada 4 fungsi dasar yaitu:  Tranformasi (travo) tegangan yang diperlukan untuk menurunkan tegangan yang diinginkan.  Rangkaian penyearah, rangkaian ini untuk mengubah tingkat tegangan arus bolak balik ke arus searah.  Filter (Condesator), merupakan rangkaian untuk memproses fluktuasi penyearah yang menghasilkan keluaran tegangan DC yang lebih rata.  Regulasi adalah parameter yang sangat penting pada adaptor dan regulator tegangan dengan bahan bervariasi. Pada teknologi modern saat ini adaptor/ power supply rata-rata sudah tidak lagi menggunakan transformator step down, dimana tegangan AC diturunkan terlebih dahulu melalui sebuah transformator step down keluaran trafo diserahkan dengan diode dan diratakan dengan kapasitor elekronik (elco). Adaptor/ power supply sekarang umumnya menggunakan sistem switching, sinyal AC dari tegangan jalajala listrik 220V disearahkan lebih dahulu ketegangan DC melalui sebuah rangkaian diode penyearah dan elco.



Gambar 2.9 Adaptor



14 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



2.13 Arduino Development Environment Arduino Development Environment adalah sebuah perangkat lunak yang memudahkan kita mengembangkan aplikasi mikrokontroler mulai dari menuliskan source program, kompilasi, upload hasil kompilasi, dan uji coba secara terminal serial. Arduino Development Environment terdiri dari editor teks untuk menulis kode, sebuah area pesan, sebuah konsol, sebuah toolbar dengan tombol-tombol untuk fungsi yang umum dan beberapa menu. Arduino Development Environment terhubung ke arduino board untuk meng-upload program dan juga untuk berkomunikasi dengan arduino board.



Gambar 2.13 Software Arduino



15 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN



3.1 Perancangan Sistem Dalam perancangan alat pendeteksi hujan, mikrokontoller Arduino Nano digunakan sebagai komponen utama yang mengatur komponen lainnya seperti: Sensor Rain Drop, Button, LCD, Buzzer, Motor Servo. Hardware ini dirancang agar mikrokontroler Arduino dapat menerima masukan dari sensor Rain Drop, sehingga fungsi alat untuk mendeteksi hujan yang turun tercapai. Hardware pendeteksi hujan untuk rumah tangga dirancang sesuai diagram blok yang terdapat pada gambar berikut. Pada tahap perancangan sistem akan dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu blok diagram, perancangan rangkaian atap otomatis dan flowchart.



3.1.1 Blok Diagram Power Supply Motor Servo 1



Hujan



Sensor Rain Drop



Arduino Nano



Motor Servo 2



LCD



Buzzer



Sensor LDR



Cahaya Push Button Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem



16 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



Adapun fungsi-fungsi blok dari diagram blok sebagai berikut: 1.



Blok Supply sebagai sumber tegangan ke mikrokontroler dan sensor.



2.



Blok Sensor Rain Drop sebagai pendeteksi hujan .



3.



Blok Sensor LDR sebagai pendeteksi cahayaa



4.



Blok Push Button sebagai tombol untuk membuka/menutup atap.



5.



Blok Arduino Nano sebagai otak dari system yang memproses data dari sensor.



6.



Blok Motor Servo sebagai penggerak pembuka dan penutup tempat sampah.



7.



Blok LCD sebagai tampilan Hujan/Kering.



8.



Blok Buzzer sebagai tampilan suara pada saat atap pertama kali terbuka/tertutup.



Berdasarkan blok di atas, Arduino menerima sebuah masukan yaitu Sensor Rain Drop. Berdasarkan masukan dari sensor tersebut, apabila sensor mendeteksi hujan yang membasahi permukaan sensor Rain Drop, maka arduino akan memerintahkan LCD untuk menampilkan kata “HUJAN” serta menghidupkan buzzer.



3.2 Rangkaian LCD



Gambar 3.2 Rangkaian LCD



Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2. Lcd terhubung pada kaki d3-d8 pada mikrokontroler arduino yang berfungsi sebagai pin digital. Pemasangan resistor 1k dan 2k sebagai pengganti potensiometer. Lcd disini sebagai indikator tampilan kondisi yang terjadi pada atap. LCD akan menampilkan kata "Hujan | Mendung" atau "Hujan | Cerah", dan "Kering | Mendung" atau "Kering | Cerah", sesuai dengan kerja sensor ldr dan sensor rain drop. 17 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



3.3 Rangkaian Motor Servo



Gambar 3.3 Rangkaian Servo Pada alat ini, keluaran yang digunakan salah satunya adalah servo untuk menggerakkan atap rumah. Jenis servo yang digunakan adalah servo motor tipe standar hanya mampu berputar 90 derajat. Servo motor tipe standar ini memiliki tiga kabel yakni PWM, Ground dan Vcc. Motor Servo berfungsi sebagai perangkat yang akan menggerakan atap dengan cara melalui sensor terlebih dahulu yaitu sensor rain drop.



3.4 Rangkaian Sensor Rain Drop



Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Rain Drop Pada rangkaian diatas sensor rain drop kaki satu terhubung pada pin A5 arduino nano. Kaki d5 arduino berfungsi sebagai pin digital. Sensor ini bermaterial dari FR04 dengan dimensi 5cm x 4cm berlapis nikel dan dengan kualitas tinggi pada kedua sisinya Pada lapisan module mempunyai sifat anti oksidasi sehingga tahan terhadap korosi. Rangkaian sensor rain drop ini akan bekerja apabila terjadi hujan atau air membasahi permukaan sensor.



18 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



3.5 Rangkaian sensor LDR



Gambar 3.5 Rangkaian Sensor LDR Rangkaian ini dibuat untuk mendeteksi cuaca ataupun cahaya yang ada di sekitar sensor apakah mendung tau cerah. Kaki 3 ldr terhubung dengan A0 arduino nano yaitu analog pin. Ldr terbuat dari caldium sulfida yaitu bahan semikonduktor yang resistansinya berubah-ubah menurut banyaknya cahaya yang diterima. Resistansi pada tempat gelap biasa mencapai 10 MΩ dan ditempat terang ldr memiliki resistansi yang menurun yaitu menjadi sekitar 150 Ω 3.6 Rangkaian Button



Gambar 3.6 Rangkaian Push Button Pada rangkaian diatas kaki satu button terhubung pada pin d2 arduino yang berfungsi sebagai pin digital. Rangkaian ini dibuat agar atap dapat dibuka dan ditutup pada saat yang diinginkan dan tidak harus melalui sensor.



3.7 Rangkaian Mikrokontroler Arduino Nano



Gambar 3.7 Rangkaian Arduino Nano 19 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



Rangkaian mikrokontroller merupakan pusat atau inti pengendalian dari bagian input dan keluaran serta pengolahan data. Pada sistem ini digunakan mikrokontroller jenis Atmega328.



3.8 Rangkaian seluruh komponen



Gambar 3.8 Rangkaian Keseluruhan Rangkaian diatas menunjukkan semua komponen terhubung ke arduino karena



posisi arduino sebagai



pusat



dari komponen. Sensor rain drop



mendeteksi/bekerja lebih dahulu dibandingkan dengan sensor ldr. Tegangan pada masing-masing komponen dibuat sebesar 5 volt karena arus dari pln sebesar 12 volt di turunkan oleh oleh dc converter menjadi 5 volt (maksimal).



20 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



3.9 Flowchart



MULAI



INISIALISASI PORT



MEMBACA ADC



Sensor rain drop membaca lingkungan lalu mendeteksinya kemudian sensor LDR membaca cahaya di sekitar dan



Permukaan sensor Rain Drop terkena hujan dan LDR mendeteksi sedikit cahaya



Tampilan LCD “Kering | Cerah” Atap terbuka dan buzzer menyala



T



Y Tampilan LCD “Hujan | Mendung” Atap tertutup dan buzzer mati



SELESAI



Gambar 3.9 Flowchart Sistem



21 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



BAB IV PENGUJIAN ALAT



4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler Arduino Nano Pemrograman menggunakan mikrokontroler



harus dapat



mode



ISP



(In



System



Programming)



diprogram langsung pada papan rangkaian dan



rangkaian mikrokontroler harus dapat dikenali oleh program downloader. Pada pengujian ini berhasil dilakukan dengan dikenalinya jenis mikrokontroler oleh program downloader yaitu Atmega328.



Gambar 4.1. Informasi Signature Mikrokontroler



Atmega328 menggunakan kristal dengan frekuensi 8 MHz, apabila Chip Signature sudah dikenali dengan baik dan dalam waktu singkat, bisa dikatakan rangkaian mikrokontroler bekerja dengan baik dengan mode ISP-nya.



4.2 Pengujian Rangkaian Sensor Rain Drop Pengujian sensor Rain Drop dilakukan dengan cara meneteskan air ke atas permukaan sensor yang kemudian akan dideteksi oleh sensor tersebut, dan melihat hasil pembacaan sensor Rain Drop pada tampilan serial monitor dan pergerakkan servo. Sensor rain drop dapat mendeteksi air sekitar kurang lebih 3 detik dengan cara 22 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA



menempelkan kain basah pada sensor dan sekitar 5 detik dengan meneteskan air secara langsung pada sensor. Dilakukannya pengujian ini bertujuan, agar mengetahui kondisi baik atau tidaknya sensor untuk digunakan. Pada alat ini, sensor Rain Drop diaplikasikan sebagai pendeteksi hujan apabila sensor bekerja dengan baik maka tampilan yang muncul pada LCD yaitu "Hujan", dan apabila tidak hujan maka tampilan pada LCD "Kering".



Gambar 4.2 Tampilan Program sensor Rain Drop



#include LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7); const int pinHujan = A5; int data; void setup() { } void loop() { data = analogRead(pinHujan); if (data