34

BAB III

METODE PERANCANGAN

A. Waktu dan Tempat Perancangan

Penelitian ini dilakukan pada bulan November 2011 s/d Februari 2012.

Penelitian ini dilakukan dalam rangka penyusunan penelitian kami. Tempat yang

kami pilih untuk melakukan penelitian ini yaitu Workshop Hardware STMIK

Handayani Makassar. Alasan kami memilih tempat tersebut ialah ketersediaan

peralatan untuk menunjang penelitian kami.

B. Arsitektur Sistem

Gambar 3.1 Blok diagram arsitektur sistem

Secara umum arsitektur dari sistem ini memiliki sebuah rangkaian

mikrokontroler sebagai pemproses yang terhubung dengan beberapa rangkaian

input dan rangkaian output. Diantara rangkaian input yaitu berupa sensor pembaca

indikator adanya koin yang dimasukkan serta sensor pembaca volume air serta

output berupa gerakan motor untuk memutar kran air dan memasukkan koin pada

tempatnya serta driver relay untuk menggerakkan pompa air.

Cara kerja dari sensor pembaca koin adalah jika sensor membaca adanya

koin maka akan memberikan sinyal pada mikrokontroler untuk menggerakkan

motor agar air dapat keluar dari kran. Kondisi awal dari sensor pembaca koin

adalah berlogika 1 sedangkan pada saat membaca koin sensor akan berlogika 0.

Sedangkan cara kerja dari sensor pembaca volume air adalah dengan

mengukur volume air yang ada pada penampungan air. Jika air dalam kondisi

kurang maka sensor akan mengirimkan sinyal ke mikrokontroler untuk

memerintahkan pompa air nyala agar air dapat mengisi ke bak penampungan

secara otomatis, dan jika air dalam kondisi penuh maka pompa akan berhenti

secara otomatis. Sinya awal pada sensor untuk membaca volume rendah air adalah

berlogika 1, jika sensor berlogika 0 maka secara otomatis memerintahkan pompa

air untuk bekerja. Begitupun pada pembaca volume air penuh, kondisi awal adalah

0 dan jika mendapatkan logika 1 maka pompa air akan berhenti secara otomatis.

Mikrokontroler bertugas untuk memproses sistem berdasarkan input yang

diberikan oleh sensor dan memerintahkan output untuk bergerak sesuai dengan

program yang telah di perintahkan pada mikrokontroler.

Output dari sistem ini adalah berupa gerak motor untuk memutar gerak buka

tutup sensor koin dan membuka katup selenoid serta memerintahkan pompa air

untuk bekerja. Selenoid akan bergerak otomatis jika ada perintah dari

mirokontroler, dalam hal ini mikro menerima input dari sensor pembaca koin. Jika

koin mendeteksi adanya 1 koin yang di masukkan maka katup selenoid akan

35

terbuka selama beberapa saat kemudian akan mati berdasarkan perintah dari

mikrokontroler. Adapun volume air yang dihasilkan adalah sebanyak 1 gelas

untuk 1 buah koin, jika mikrokontroler mendeteksi ada 2 atau 3 koin yang

dimasukkan maka takaran air yang keluar adalah 2 atau 3 gelas berdasarkan

dengan program yang di perintahkan melalui mikrokontroler.

Jika koin sudah dimasukkan kedalam sensor maka harus dikeluarkan secara

otomatis agar sensor dapat digunakan kembali. Adapun cara mengeluarkan koin

adalah dengan menggunakan motor untuk membuka dan menutup sensor pembaca

koin bagian bawah, jika koin telah dimasukkan dan tombol oke di tekan maka

secara otomatis air akan keluar melalui selenoid di ikuti dengan jatuhnya koin

kebawah. Jika kran air tertutup maka penutup sensor juga akan tertutup secara

bersama-sama.

Selain itu ada juga output berupa perintah untuk menggerakan relay, fungsi

dari relay ini adalah untuk menggerakkan pompa air secara otomatis atau dapat

juga dikatakan sebagai saklar untuk menghidupkan pompa air. Jika air berkurang

maka pompa akan berputar secara otomatis dan jika air penuh maka pompa akan

berhenti secara otomatis.

C. Tahapan Pembuatan Alat

Langkah pembuatan alat merupakan langkah dimana kita mendesain

rangkaian, merancang atau membuat rangkaian kedalam bentuk skema rangkaian

elektronik, pembuatan mekanik serta tahapan-tahapan lainnya. Adapun tahapan

perancangan yang dilakukan antara lain :

36

a. Membuat rangkaian mini protboard agar tidak terjadi kesalahan

pada saat rangkaian yang sebenarnya

b. Setelah hal tersebut dilakukan maka dapat langsung diaplikasikan

pada papan PCB yang akan dicetak

c. Pembuatan perangkat elektronik

d. Pembuatan perangkat mekanik

e. Pembuatan program mikrokontroler

Dari uraian diatas ada beberapa tahapan pembuatan alat yang dilakukan,

Untuk memperjelas uraian diatas, maka dibawah ini adalah penjelasan dan tata

cara dari tahapan-tahapan pembuatan alat tersebut :

1. Perancangan Elektronika

a. Rangkaian Sensor Air

Rangkaian sensor air merupakan input dari sistem yang akan

digunakan pada pengukur volume air, yang mana informasi yang

diberikan oleh sensor air akan di proses oleh mikrokontroler sebagai

info sampai dimana level volume ketinggian air tersebut. Indikator

awal sensor level rendah adalah jika air dalam kondisi normal

berlogika 1 dan jika air kurang maka akan berlogika 0. Berikut adalah

gambar rangkaian sensor air.

37

Gambar 3.2 Rangkaian Sensor Pendeteksi Volume Air

b. Rangkaian Sensor Pendeteksi Koin

Sensor yang digunakan disini adalah pengembangan dari

sensor cahaya, yaitu menggunakan led dan photodioda. Sistem kerja

dari led adalah memancarkan sinar sedangkan photodioda adalah

menerima sinar. Sinyal yang dihasilkan oleh photo dioda merupakan

sinyal analog dan harus di konfersi menjadi sinyal digital

menggunakan komparator. Adapun IC yang di gunakan sebagai

komparator pada rangkaian ini adalah IC LM324. Berikut adalah

gambar rangkaian sensor pendeteksi koin.

Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Pendeteksi Koin

Sinyal digital yang di hasilkan oleh komparator kemudian

masuk ke mikrokontroler. Sistem kerjanya adalah Jika led dan

38

photodioda dihadapkan maka sinyal atau kondisi 1 akan di kirim ke

mikrokontroler sedangkan jika koin dimasukkan akan menghalang

cahaya masuk ke photo dioda sehingga akan mengirim kondisi 0 ke

mikrokontroler. Berikut adalah rangkaian driver komparator LM324.

Gambar 3.4 Rangkaian Komparator LM324

c. Rangkaian Keypad

Keypad berfungsi sebagai tombol pengambil keputusan dalam

alat Prototipe Pengendalian Aliran Air Menggunakan

Mikrokontroler AT89S52, yaitu tombol Ok dan Cancel. Jika tombol

Ok di tekan maka selenoid dan buka tutup sensor koin akan bekerja

secara otomatis. Jika tombol cancel di tekan maka koin akan di

keluarkan kembali tanpa mengaktifkan selenoid.

d. Rangkaian sistem minimum mikrokontroler AT89S52

Rangkaian mikrokontroler AT89S52 merupakan pusat

pengolahan data dan pengendalian alat. Perancangan yang pertama

dilakukan adalah perancangan minimum sistemnya. Pada perancangan

ini mikrokontroler yang digunakan adalah AT89S52 karena memiliki

39

kemampuan yang cukup lengkap untuk aplikasi sederhana dan umum.

Mikrokontroler AT89S52 juga memiliki fasilitas in – sistem

programmable flash memori. Yaitu program dapat disuntikkan

kedalam ROM tanpa harus melepas IC mikrokontroler harus

dilengkapi dengan komponen dasar seperti sumber clock dan

rangkaian reset.

Sistem minimum yang dibuat adalah single chip yaitu sistem

tidak ditambahkan dengan eksternal memori, baik eksternal memori

program maupun eksternal memori data. Pada chip mikrokontroler

AT89S52 ini sudah terdapat memori internal program sebesar 4 Kbyte

dan memori internal data sebesar 256 byte. Berikut adalah gambar

rangkaian sistem minimum AT89S52 yang akan di gunakan nantinya.

Gambar 3.5 Sistem minimum Mikrokontroler AT89S52

40

Gambar 3.6 Layout PCB Tampak Atas dan Bawah

Mikrokontroler memiliki 4 port yang digunakan untuk

menampung input dan output data yang terhubung langsung ke

rangakaian atau sensor. Pada Port 0.0 dan Port 0.1 berfungsi sebagai

pengontrolan dari keypad untuk perintah Oke dan Cancel.

Pada port 1.0 hingga port 1.2 berfungsi sebagai input sensor

pendeteksi koin. Port 0.6 dan port 0.7 berfungsi sebagai input dari

sensor pendeteksi volume air. Port 3.0 sampai port 3.3 berfungsi

sebagai output untuk mengaktifkan selenoid dan pompa pemicu secara

otomatis serta membuka tutup sensor pendeteksi koin secara otomatis.

Sedangkan pada port 3.6 berfungsi untuk mengerakkan driver relay

agar pompa air dapat bergerak secara otomatis.

e. Rangkaian Driver Relay

Driver relay berfungsi untuk menggerakkan relay sehingga

pompa air dan selenoid dapat bekerja secara otomatis. Relay

41

merupakan saklar elektronik dan merupakan alat yang dapat bergerak

secara mekanik menggunakan magnet jika mendapatkan arus listrik.

Gambar 3.7 Rangkaian Driver Relay

2. Perancangan Mekanik

Perancangan bagian mekanik terdiri dari perancangan

penampungan air dan perakitan. Semua langkah-langkah tersebut

dikerjakan secara teratur, sehingga meminimalkan kesalahan pada

perancangan tersebut. Perancangan penampungan air terlebih dahulu

menyiapkan bahan yang digunakan berupa: galon berukuran mini, ember,

fiber, lem korea, dan lem lilin.

Adapun langkah-langkah yang di tempuh untuk merancang

penampungan air adalah:

1. Memotong bagian atas galon mini agar memudahkan dalam

pengontrolan tempat penampungan air.

2. Meletakkan selenoid dan pompa pemicu pada bagian

bawah galon mini yang di eratkan dengan menggunakan

pengunci kran dan lem lilin agar air tidak keluar.

42

3. Menyiapkan pompa air agar jika volume air rendah maka

akan secara otomatis mengisi tempat penampungan air.

Pompa air di letakkan pada bagian bawah bak penyedia air

yang berupa ember. Sambungkan pipa ke ember untuk

dapat mengisap air masuk ke bak penampungan galon mini.

4. Menyiapkan kotak sensor koin yaitu dengan menggunakan

fiber warna hitam. Ukuran dari fiber tersebut adalah 15 x

3,5 Cm sebanyak 2 buah, dan ukuran 15 x 1 Cm sebanyak 2

buah.

Rekatkan kesemua fiber tersebut menggunakan lem

korea hingga berbentuk segi empat dan bisa di masukkan

koin. Berikan lubang pada fiber seperlunya untuk

menempatkan led dan photodioda sebagai sensor.

5. Memasang komponen – komponen pada miniatur yang

telah selesai di buat.

3. Perancangan Program Mikrokontroler

Perancangan Alat Pengendalian aliran air ini dikontrol dan

diatur oleh mikrokontroler dengan menggunakan software pemrograman

mikrokontroler. Adapun software yang digunakan pada alat ini

menggunakan bahasa pemrograman Assembler.

Adapun teks editor dan kompiler yang digunakan untuk

pemrograman assembly ini adalah menggunakan PEQui-Jay dan DT HIQ

43

Programer 1.2 sebagai pengisi program ke mikrokontroler. Berikut gambar

Software PEQui-Jay dan Programer 1.2.

Gambar 3.8 Software DT HIQ Programer 1.2

D. Indikator Kinerja

Perancangan Alat Pengendali aliran air yang akan dirancang harus

memenuhi standarisasi pencapaian hasil sesuai oleh sistem yang dirancang

berdasarkan spesifikasi yang telah ditentukan. Adapun standarisasi pencapaian

hasil perancangan sistem ini dapat berfungsi dengan baik apabila:

1. Rangkaian sistem minimun mikrokontroler sebagai pengolah data dari

sensor Air untuk mengaktifkan Pompa air, membutuhkan tegangan 5-

12 V yang dihasilkan dari rangkaian catu daya.

2. Sensor Air sebagai alat pendeteksi ketingian air dengan supply

tegangan 5V.

3. Led indikator menyala sebagai informasi volume air yang ada pada

kotak penampungan air.

44

4. Jika volume air berkurang pada level terendah maka pompa air akan

menyala secara otomatis hingga volume air penuh dan pompa air akan

mati secara otomatis pula.

5. Led indikator pendeteksi koin akan mati jika koin dimasukkan ke

dalam sensor koin.

6. Jika tombol keypad OK di tekan setelah koin dimasukkan maka

selenoid akan bekerja secara otomatis berdasarkan jumlah koin yang

dimasukkan serta mengerakkan penutup koin bagian bawah agar koin

dapat jatuh pada tempatnya.

7. Jika di tekan tombol CANCEL maka koin akan jatuh pada tempatnya

dan tidak memutar kran secara otomatis.

E. Pengamatan Rancangan

Pengamatan rancangan dibagi menjadi tujuh bagian dari hasil obyek studi

secara keseluruhan.

a. Pengamatan pada hasil perancangan rangkaian sistem minimun

mikrokontroler AT89S52. Rangkaian indikator LED dan relay digunakan

sebagai perantara dengan pompa karena output mikrokontroler AT89S52

tidak dapat mengendalikan pompa secara langsung. Sebab tegangannya

kecil sehingga menggunakan dua buah transistor sebagai saklar, sehinga

pompa air akan menyala jika diberikan logika high (1).

b. Pengamatan sensor air bekerja secara baik berdasarkan level volume air

yang ada pada kotak penampungan air. Susunan level sensor air terdiri dari

45

2 bagian, yaitu level rendah dan level tinggi. Adapun jika sensor level

rendah mendeteksi air cukup maka akan memberika logika high (1) pada

mikrokontroler dan jika air kurang maka akan memberikan logika low (0)

pada mikrokontroler.

Sedangkan untuk sensor level tinggi jika mendeteksi air penuh

maka akan memberikan logika High (1) pada mikrokontroler, sebaliknya

jika air dalam kondisi normal maka akan memberikan logika 0 pada

mikrokontroler.

c. Indikator led merupakan informasi yang diberikan pada pengguna bahwa

level volume air berada pada level tertentu, sehingga user tidak perlu lagi

melihat pada bak berdasarkan pengaplikasiannya. Informasi indikator led

akan berfungsi jika mikrokontroler mendapat input high dari sensor air

berdasarkan volume air yang ada.

d. Jika koin dimasukkan kedalam sensor koin maka akan memberikan

informasi berupa indikator led apakah ada koin masuk atau tidak.

e. Keypad merupakan tombol pengambil keputusan apakah kita sudah pasti

untuk memasukkan koin dan mengeluarkan air secara otomatis atau

membatalkan proses automatisasinya.

f. Jika volume air berkurang maka secara otomatis pompa air akan menyala

dan mengisi air pada bak penampungan hingga penuh. Informasi

kurangnya air berdasarkan dengan input sensor yang ada pada kotak air.

46

Pompa air akan terus mengisi bak hingga air penuh. Jika air penuh maka

secara otomatis pompa air akan mati berdasarkan informasi yang telah

diberikan oleh input sensor air.

g. Volume air yang keluar dari kran berdasarkan banyaknya koin yang

diamasukkan. Adapun takaran untuk 1 koin adalah sebanyak 1 gelas, 2

koin untuk takaran 2 gelas dan 3 koin untuk takaran 3 gelas.

F. Tata Cara dan Mekanisme Kerja Sistem

Sistem ini merupakan sistem yang sangat sederhana, dalam melakukan

tugasnya sensor Air akan mendeteksi adanya input berupa level volume air

berdasarkan kawat tembaga yang di hubungkan ke air. Mikrontroler akan

mengecek keberadaan level volume air berdasarkan input sensor air yang di

berikan.

Jika volume air berada pada level rendah maka led indikator akan mati

kemudian pompa air secara otomatis akan mengisi bak penampungan air. Jika

volume air berada pada level tinggi maka led indiktor akan menyala dan pompa

air akan mati secara otomatis.

Selain sensor air ada juga sensor pendeteksi koin, Jika ada koin yang di

deteksi maka led indikator akan mati dan mengirimkan sinyal ke mikrokontroler.

Kondisi awal dari sensor ke mikrokontroler adalah high (1) dan jika menerima

input berupa koin maka akan memberikan logika low (0) pada mikrokontroler.

47

Gambar 3.9 Flowchart

48

T

Y

TT

Y

Y

Y

T

Start

Mengaktifkan semua port Mikrokontroler

dalam kondisi 0

Sensor Air Level

Rendah Aktif ?

Pompa Air Menyala

Sensor Air Level

Tinggi Aktif ?

Pompa Air Mati

Tekan tombol Ok ?

Keran air aktif Pembuka koin tidak aktif

Pembuka koin aktifKeran air tidak aktif

Mati

Stopt

Masukkan Koin

Keterangan gambar flowchart sistem pengendalian cairan (air)

1. Start, untuk mengaktifkan alat

2. Inisialisasi sistem, menginisialisasi perintah program yang ada pada

mikrokontroler

3. Cek sensor air, mengecek kondisi awal pada volume air apakah rendah

atau volume air cukup.

4. Sensor level rendah aktif, adalah mendeteksi volume air kurang. Jika

sensor aktif low maka akan memerintahkan pompa air menyala dan

mengisi bak penampungan hingga penuh dan jika tidak maka akan

mengecek kondisi sensor koin.

5. Jalankan pompa air, pompa air akan aktiv secara otomatis.

6. Sensor level tinggi aktif, jika pompa air sementara mengisi bak kemudian

air mendeteksi sensor level tinggi maka pompa air akan berhenti dan jika

tidak maka pompa air akan terus aktif hingga bak air penuh.

7. Pompa air mati, pompa air akan mati secara otomatis jika volume level

tinggi air terdeteksi.

8. Sensor koin aktif, mendeteksi adanya koin dimasukkan kedalam sensor.

Jika ada koin dimasukkan maka led indikator menyala dan jika tidak maka

akan terus mendeteksi keadaan sensor koin hingga koin di deteksi.

9. Led indikator menyala, ada koin yang di deteksi oleh sensor.

10. Tombol OK ditekan, jika tombol OK di tekan maka akan memerintahkan

kran air berputar otomatis beberapa waktu berdasarkan koin yang

49

dimasukkan serta akan membuka penutup koin bagian bawah agar koin

dapat diisi kembali jika proses selesai.

11. Kran air akan aktif dan penutup sensor bagian bawah terbuka, merupakan

hasil eksekusi dari tombol OK.

12. Tombol cancel ditekan, jika tombol cancel di tekan maka proses akan di

batalkan dan penutup koin bagian bawah akan terbuka otomatis untuk

mengeluarkan koin.

13. Kran air tidak aktif dan pembuka sensor aktif, fungsinya untuk

mengeluarkan koin dari sensor agar sensor dapat diisi koin kembali.

14. Sistem dimatikan, menonaktifkan sistem dengan mematikan catu daya.

15. Stop, semua proses selesai.

G. Pengujian Sistem

Pengujian sistem ini dilakukan untuk mengetahui alat, kemampuan alat dan

program. Dimana pengujian alat dan program dilakukan secara bersamaan,

adapun tahapan pengujian sistem sebagai berikut:

1. Pengujian rangkaian sistem minimun mikrokontroler AT89S52.

Untuk memastikan rangkaian mikrokontroler apakah berfungsi, komponen

utama yang berperan adalah LED indikator sebagai tanda apakah dapat

menyala (on) ketika mendapat tegangan 5-12 volt dari chip

mikrokontroler, dan off ketika mendapat tegangan 0 volt dari

mikrokontroler.

50

2. Pengujian sensor air

Sensor akan di masukkan dalam bak penampungan air berdasarkan level

ketinggiannya. Jika sensor memberikan input high (1) ke mikrokontroler

berarti sensor berfungsi dengan baik.

3. Pengujian LED Indikator

Jika led indikator menyala berdasarkan input sensor air yang diberikan

maka sensor berjalan dengan baik.

4. Pengujian Pompa Air.

Jika pompa air berfungsi secara otomatis dan mati secara otomatis

berdasarkan input sensor yang diberikan maka pompa dapat berjalan

dengan baik.

5. Pengujian sensor koin

Jika koin belum dimasukkan dan kondisi led indikator menyala maka

sensor dalam keadaan baik dan jika koin dimasukkan ke sensor kemudian

led indikator mati maka sensor dalam keadaan baik.

6. Pengujian selenoid

Jika selenoid bekerja secara otomatis berdasarkan perintah yang diberikan

oleh mikrokontroler maka selenoid bekerja dalam keadaan baik

7. Pengujian Driver Relay

Jika relay berfungsi dengan baik jika di aliri arus dari mikrokontroler

maka driver relay berjalan dengan baik.

51

8. Pengujian buka tutup penutup sensor bagian bawah

Jika penutup sensor bagian bawah bergerak sesuai dengan perintah maka

alat dapat bekerja dengan baik.

9. Pengujian program

Pengujian program dilakukan pada saat alat sudah saling terhubung. Pada

program telah dibuat inisialisasi otomatis ON dan otomotis OFF, hal ini

dilakukan jika program tidak berjalan sesuai dengan keinginan. Untuk

mengatasi permasalahan pada program maka dipasangkan pada alat

sebuah tombol reset untuk mematikan alat.

10. Pengujian power supply

Pengujian power supply dilakukan dengan menggunakan avometer, arus

yang dihasilkan oleh power supply sebesar 1 ampere dan tegangan yang

dihasilkan 12 volt. Trafo yang digunakan memiliki tegangan 12 volt dan

arus 1 ampere. Jadi rangkaian power supply aman untuk digunakan. Selain

itu untuk memastikan power supply berjalan dengan baik diberikan juga

led indikator sebagai status ON.

52