PENERAPAN SENSOR ULTRASONIC PADA KONTROL LEVEL AIR BERBASIS ARDUINO
Disusun Oleh: 1. 2. 3. 4.
Bagas Wijaya Putra Rizki Zella N . S Mukhlas Abidin Abdurrohman H. N
(15050874013) (15050874029) (15050874047) (15050874058)
JURUSAN TEKNIK ELEKRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA 2017
I.
Pendahuluan
Air merupakan salah satu kebutuhan pokok yang harus ada setiap harinya. Pada saat ini masih banyak orang yang memanfaatkan pompa air untuk mengisi tandon air yang ada di rumah atau di gedung-gedung perkantoran. Di zaman yang serba cepat dan zaman serba otomatis seperti sekarang ini orang-orang cenderung sering lupa atau sering malas untuk menunggu tandon airnya penuh karena kesibukan yang mereka kerjakan. Kemudian dibuat kontrol level air berbasis ARDUINO untuk memudahkan orang-orang yang masih menggunakan tandon air sebagai sumber penyimpanan airnya. Dengan menggunakan pompa air otomatis berbasis ARDUINO ini tidak perlu lagi untuk menunggu tandon airnya penuh dan debit air dari tandon yang nantinya digunakan juga dapat diketahui jumlahnya. Selain itu ditambahkan sensor pendeteksi ketersediaaan air pada sumur sehingga dapat mengamankan pompa air apabila sumur dalam keadaan kering. Tujuan untuk menghindari adanya pemborosan dalam pengisian pada bak mandi, karena dengan adanya alat ini pengguna tidak perlu lagi melakukan pembukaan ataupun penutupan pada keran, sebab alat ini sudah otomatis terbuka maupun tertutup. II.
Tinjauan Pustaka
Untuk mengetahui berbagai komponen dan peralatan yang dibutuhkan, maka disusunlah tinjauan pustaka sebagai acuan dalam merancang dan membuat aplikasi ini.
A.
Sensor HC-SR04(sensor ultrasonik)
Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar frekuensi diatas frekuensi gelombang suara yaitu lebih dari 20 KHz. Seperti telah disebutkan bahwa sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver . Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik. Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda di depannya (bidang pantul). Prinsip kerja dari sensor ultrasonik ditunjukkan dalam gambar dibawah ini.
Gambar 1. Prinsip Kerja Gelombang Ultrasonik
Pada Pompa Air Otomatis yang dibuat, alat ini digunakan sebagai sensor untuk mengukur ketinggian air.
D.
LED
LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya.LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.
Gambar 4. LED Pada Pompa Air Otomatis yang dibuat, LED digunakan sebagai indikator level air pada tandon, yang mana LED hijau untuk level rendah, dan LED merah untuk level tinggi.
E.
Pompa Air
Water pump atau pompa air merupakan elemen yang berfungsi untuk menyerap sekaligus mendorong air yang terdapat pada sistem pendinginan sehingga dapat bersikulisasi pada mesin. Rongga-rongga mesin yang dilewati sirkulasi akan mendinginkan suhu dinding pada booring silinder. Hal ini secara otomatis dapat menaikkan suhu mesin dan untuk selanjutnya proses pendinginan dilakukan dibagian radiator. Kelancaran sirkulasi air pendingin harus benar-benar dijaga sebab apabila kelancaran sirkulasi air terganggu dengan adanya karat atau kotoran-kotoran lain dapat menimbulkan kenaikan temperatur mesin atau bahkan menimbulkan kerusakan pada mesin. Pompa air dapat bekerja setelah mesin dihidupkan sebab pompa air bekerja melalui bantuan v-belt . V -belt berfungsi untuk menggerakkan kipas yang mengalirkan air ke seluruh rongga-rongga mesin. Salah satu kerusakan yang terjadi pada pompa air adalah putusnya benda yang bertugas menggerakkan kipas ini.
Gambar 5. Pompa air
Pada Pompa Air Otomatis yang dibuat, pompa ini berfungsi untuk mengisi tandon secara otomatis saat level air mencapai level rendah, kemudian berhenti secara otomatis saat level air mencapai level tinggi.
F.
LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alal – alat elektronik seperti televisi, kalkulator, atau pun layar komputer. Pada postingan aplikasi LCD yang dugunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat.
Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah : a.Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris. b.Mempunyai 192 karakter tersimpan. c.Terdapat karakter generator terprogram. d.Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit. e.Dilengkapi dengan back light.
Gambar 6. Bentuk Fisik LCD 16 x 2 Pada Pompa Air Otomatis yang dibuat, LCD digunakan untuk menampilkan volume air dalam tandon. G.
Relay
Relay pada dasarnya adalah sakelar yang membuka dan menutupnya ( open dan closenya) dengan tenaga listrik melalui coil relay yang terdapat di dalamnya. Pada awalnya sebuah relay di anggap memiliki coil/lilitan tembaga/cooper yang melilit pada sebatang logam, pada saat coil di beri masukan arus/ tegangan listrik/elektrik maka coil akan membuat medan elektromagnetik
yang mempengaruhi batang logam di dalam lingkarannya tersebut untuk menjadikannya sebuah magnet.
Gambar 7. Relay HSR Pada Pompa Air Otomatis, relay digunakan untuk mengaktifkan pompa dan mematikan pompa sesuai dengan kondisi level air pada tandon. Saat tandon pada level rendah relay akan close sehingga mengaktifkan pompa. Saat tandon pada level tinggi relay akan open kembali sesuai kondisi awal yaitu Normally Open (NO).
H.
ARDUINO NANO
Arduino Nano adalah papan pengembangan (development board) mikrokontroler yang berbasis chip ATmega328P dengan bentuk yang sangat mungil. Secara fungsi tidak ada bedanya dengan Arduino Uno. Perbedaan utama terletak pada ketiadaan jack power DC dan penggunaan konektor Mini-B USB.
Spesifikasi Arduino Nano :
Arduino Nano memiliki spesifikasi sebagai berikut : Mikrokontroller
:
Atmel ATmega168 untuk Arduino Nano 2.x
Atmer Atmega328 untuk Arduino Nano 3.x Tegangan kerja
:
5 Volt
Tegangan input
:
Optimal : 7 – 12 Volt
Minimum : 6 Volt Maksimum : 20 Volt 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
Arduino Nano sudah dilengkapi dengan beberapa fasilitas untuk komunikasi yang dapat digunakan untuk berkomunikasi dengan komputer (PC atau Laptop), atau dengan board mikrokontroller lainnya. ATmega168 dan ATmega328 dilengkapi dengan komunikasi serial UART TTL (5V), yang terdapat pada pin D0 dan pin D1. Board juga dilengkapi dengan sebuah IC FTDI 232 Rl yang dapat dihubungkan langsung ke komputer untuk menghasilkan sebuah virtual com-port pada operating sistem. Software Arduino (sketch) yang digunakan sebagai IDE Arduino juga dilengkapi dengan serial monitor yang memungkinkan programmer untuk menampilkan data serial sederhana yang dapat dikirim atau diterima dari board Arduino Nano. Led RX dan TX yang terpasang pada board Arduino Nano akan berkedip jika terjadi komunikasi data serial antara PC d engan Arduino Nano.
Selain dapat berkomunikasi dengan menggunakan data serial melalui virtual com-port, Arduino Nano juga dilengkapi dengan mode komunikasi I2C (TWI) dan SPI untuk komunikasi antar hardware.
Gambar 8. Arduino NANO
III.
A.
PERANCANGAN ALAT
Perangkat Keras dan Rangkaian Elektronika
Adapun sistem yang digunakan yaitu : 1. Sensor HC-SR 04 2. LED 3. LCD 16x2 4. Relay 5. Arduino Nano 6. Pompa Air
B.
Blok Diagram Hubungan Komponen Utama
Blok diagram aplikasi ARDUINO menggunakan masukan Sensor HC-SR 04, dengan luaran pompa air, LCD dan LED dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 9. Blok Diagram Komponen Utama
C.
Perangkat Lunak
Untuk diagram alir, program aplikasi ARDUINO menggunakan masukan sensor ultrasonic, dan keluaranpompa, LED dan LCD 16x2. Gambar 8. Diagram Alir MULAI
InialisasiNilaiAwal
UkurJarak (sensordengan air)
YA
Jarak air dengan sensor = 10 cm
LED HijauHidup
TIDAK LED Merah Hidup
PompaHidup PompaMati YA
Jarak air dengan
UkurJarak
sensor >= 5 cm
(sensordengan air) TIDAK
Program di awali dengan start yang berarti rangkaian dihidupkan, Program melakukan inisialisasi awal yang terhubung ke rangkaian sensor ultrasonik. Setelah itu sensor ultrasonik digunakan untuk mengukur ketinggian level air. Pada Keadaan tangki kosong maka pompa akan hidup dan mengisi tangki. Jika jarak antara sensor dengan air mancapai 12 cm maka pompa akan hidup (high) dan semua display led hijau akan hidup (high). Berarti pompa berada dalam start awal maka pompa aka hidup (high) dan mengisi tangki air hingga penuh. Setelah tangki air penuh, maka pompa air akan mati (low) dan secara otomatis pengisian air terus bekerja bila air sudah susut mencapai jarak antara sensor dan air12 cm. Jadi, tangki yang kita gunakan otomatistidak akan kosong sebab sebelum tangki berada pada jarak air dan sensor 12 cm (ketinggian air 2cm), maka pompa air akan hidup secara otomatis. Kemudian sensor ultrasonic akan terus bekerja. Dan bila jarak antara sensor dengan air 5 cm maka pompa akan mati (low) dan display led merah akan hidup (high) secara otomatis.
VI. HASIL PERCOBAAN 4.1 Data Analisa Pengukuran Jarak Ketinggian Air. Tabel 4.5Data Hasil Pengujian Pengisian Tangki Air Otomatis NO.
KETINGGIAN AIR
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
1 CM 2 CM 3 CM 4 CM 5 CM 6 CM 7 CM 8 CM 9 CM 10 CM 11 CM 12 CM
JARAK SENSOR DENGAN AIR 12 CM 11 CM 10 CM 9 CM 8 CM 7 CM 6 CM 5 CM 4 CM 3 CM 2 CM 1 CM
LED
POMPA
HIJAU HIJAU HIJAU MERAH -
NYALA NYALA NYALA NYALA NYALA NYALA NYALA MATI MATI MATI MATI MATI
NB. Saat jarak sensor dengan air 5 cm (ketinggian air 8 cm) maka pompa akan otomatis mati dan saat air berkurang pompa tidak akan langsung menyala tetapi pompa akan menyala secara otomatis saat jarak antara sensor dengan air 10 cm (ketinggian air 3 cm)
4.2 Program Mikrokontroler #include LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7); //pada lcd (Rs,E,D4,D5,D6,D7) int trigPin = 11; int echoPin = 12; int led1 = 8; // MERAH int led2 = 9; //HIJAU long duration, cm, inches;
void setup () { //serial Port Begin lcd.begin(16, 2); //define inputs and outputs pinMode(trigPin,OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); } void loop() { lcd.clear(); // sensor is triggered by a Hight pulse of 10 or more microseconds //give a short low pulse beforehand to unsure a clean hight pulse digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(5); digitalWrite(trigPin,HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW); //read the signal form the sensor: a hight pulse whose //duration is the time (in microseconds) from the ssending //of the ping to the reception of the echo off of an object
duration = pulseIn(echoPin, HIGH); //convert the time into a distance cm= (duration/2)/29.90 ; lcd.setCursor(0,1); lcd.print("JARAK AIR = " ); lcd.setCursor (14,1); lcd.print("cm"); lcd.setCursor(11,1); lcd.print (cm); if(cm >10) { digitalWrite(led1,LOW); digitalWrite(led2,HIGH); delay(100); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TANDON DI ISI..."); } else if (cm<=5) { digitalWrite(led1,HIGH); digitalWrite(led2,LOW);
delay(100); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TANDON PENUH BRO"); } delay(1000); }
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dariperancangan dan pengujian yang telah penulis laksanakan dapat disimpulkan : 1. Sensor Ultrasonik terbukti dapat digunakan sebagai sensor jarak untuk mengukur level ketinggian air. 2. Mikrokontroler ATmega328P digunakan sebagai alat untuk memproses data dari sistem yang berfungsi untuk mengirimkan perintah Sensor Ultrasonik ke Display Led. 3. Tampilan level ketinggian air yang tertera atau yang terdapat pada Display Led akan memudahkan pengguna untuk melihat berapa level ketinggian air yang terisi pada tempat penampungan air. 5.2 Saran Setelah melakukan penulisan ini diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran untuk dapat dilakukan perancangan lebih lanjut, yaitu : 1. Agar dilakukan peningkatan kemampuan pada alat ini, sehingga semakin cerdas dengan mengkombinasikan dengan komponen lain, sehingga sistem kerjanya akan lebih baik lagi. 2. Untuk dimasa yang akan datang, agar alat ini dapat ditingkatkan dan dikembangkan yang dilengkapi dengan tampilan LCD yang lebih canggih. 3. Alangkah baiknya jika alat ini dimanfaatkan dan disosialisasikan kegunaannya dikalangan mahasiswa, guna mengembangkan inovasi dan teknologi di kalangan mahasiswa. 4. Pada pengukuran ketinggian level air, sebaiknya dilakukan dengan teliti supaya jarak yang pada setiap display led tidak salah. 5. Agar sistem atau rangkaian yang digunakan tidak terganggu, sebaiknya alat ini dirangkai dalam bentuk yang lebih aman dan terlindungi, sehingga penggunaannya lebih efektif.
LAMPIRAN
