PERANCANGAN DAN PEMBUATAN AIR MANCUR MENGIKUTI IRAMA MUSIK MENGGUNAKAN ATMEGA 16 Herry Widya Hartanto Abstrak
Air mancur sebagai bagian dari sebuah taman yang sangat menarik (dan dapat membuat suasana taman menjadi lebih indah dan lebih segar untuk dipandang. Akan tetapi biasanya pola dari air mancur yang seringkali kita lihat biasanya tetap. Hal ini dapat membuat seseorang menja di bosan apabila memperhatikan pola dari air mancur dalam jangka waktu tertentu. Oleh karena itulah maka dalam tugas akhir ini akan dibuat suatu alat pengontrol bentuk semburan pada air mancur, dengan pola semburan air yang bervariasi sehingga lebih atraktif dan menarik serta sewaktu-waktu dapat diubah dengan mengutamakan suara musik. Alat ini dibuat dengan untuk Mengendalikan air mancur yang akan dihasilkan dan dinamai dengan Perancangan dan Pembuatan Air Mancur Menggunakan Mikrokontroler ATMega 16.Air Mancur ini merupakan alat kontrol yang digunakan untuk mengatur semburan air mancur se hingga air yang ke luar bukan hanya semburan yang continue Abstract Fountain is apart of park, with is beautifuly made is order to make the park being fresh and beautiful to be looked. The pattern of fountain's outpouring wich often we see usually monotonous . As the result it will cause someone feels boring to watch the outpouring of the fountain in the certain time. This thesis is about making a tool which able to controll the outpouring of fountain, with some variation and unmonotonous, so it will be more attractive and eye-catchin. It also can be changed in anytime we want sound. This tool is made with capability to control the fountain. The name of this tool is water chop animation with ATMega 16. Waterfall animation is a control tool to arrange or control the outpouring of fountain so it will produce not only a monotonous outpouring.. 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air Mancur merupakan sebuah pengaturan air yang keluar dari sebuah sumber, mengisi baskom dengan bentuk tertentu, dan disalurkan ke baskom lainnya. Air mancur bisa berupa air mancur tembok atau berdiri bebas. Air mancur dapat dibuat di dalam berbagai wadah seperti batu, beton atau logam. Air di suatu baskom dapat dialirkan ke baskom lainnya dan ditata dalam berbagai tingkat. Kebanyakan air mancur ditata dalam kolam atau baskom kecil, atau kolam di taman. Dan sering kali orang bersantai ketika saat menikmati air mancur yang yang bisa menari ada yang sambil kerjakan tugas atau bercanda bersama teman-teman. Dari keadaan diatas maka penulis mempunyai ide untuk menggabungkan antara musik dan irama air mancur sehingga terbentuk suasana yang semakin relax lagi pada orang yang sedang melihat air mancur tersebut. Air mancur ini bisa berputar kekanan dan kekiri dan juga
memberikan cahaya yang terang saat malam hari sehingga akan terasa nyaman. Pada skripsi ini, membangun air mancur sebagai keindahan tempat hiburan, tempat tinggal. dll. Dari masukan sensor volume meter dari music tersebut akan diolah oleh mikrokontroler Atmega 16 dan menggerakan semburan-semburan air dengan berbagai variasi sesuai irama musik
1.2. Batasan Masalah Untuk mencapai tujuan penyelesaian tugas akhir ini secara maksimal, maka diperlukan batasan masalah yang diharapkan agar permasalahan tidak meluas dan tetap fokus pada tujuan utama. Adapun batasan-batasan pada skipsi ini yaitu : 1) Air mancur utama bergerak kekanan dan kekiri 2) Mengunakan Mikrokontroler Atmega 16. 3) Jumlah solenoid menggunakan tujuh (7) buah 4) Input music menggunakan line out pada komputer
5)
Menggunakan LED sebagai pencahayaan
2. Teori Singkat Teori VU meter VU meter (Volume Unit meter) merupakan salah satu pelengkap dari perangkat audio dan saat ini banyak dikembangkan misal pada tape compo, power amplifier dan aplikasi-aplikasi audio pada computer. Pada dasarnya VU meter adalah sebuah tampilan dalam bentuk grafik yang bergerak mengikuti irama atau perubahan tekanan suara pada frekuensi-frekuensi tertentu. Gerakan pada VU meter mewakili besarnya gain (dB) yang dihasilkan dari suara audio. Selain itu VU meter juga dapat menambah kesan lebih menarik dan lebih hidup bagi pendengar. Pada umumnya VU meter dibagi menjadi 2 bentuk yaitu vu meter analog dan VU meter digital
2-3: Gambar Symbol Ic Lm3915 2.3 Dot Matrix Dot matrix adalah titik titik yang membentuk sebuah matrix dimana setiap titik tersebut adalah led, untuk membentuk sebuah dot matrix 8x5 dibutuhkan 40 buah led. Inilah bentuk fisik dari dot matrix dapat dilihat pada gambar 2.2 :
Gambar 2-2 : Dot Matrix 2.3 Mikrokontroller ATMEGA16
(a) (b) Gambar 2-1: Bentuk fisik VU meter analog dan level bar[1] 2.1 Amplifier non inverting Amplifier non inverting adalah rangkaian penguat tidak membalik fungsi dari alat ini merupakan penguat amplitude yang terdapat pada sinyal music.
Gambar 2-2: rangkaian non inverting 2.2 Rangkaian VU meter Rangkaian VU meter ini menggunakan sebuah IC LM3915 berfungsi membandingkan level tegangan input terhadap tegangan referensi. Pada IC ini telah tersedia sumber tegangan referensi sekitar 1.25V sehingga tidak diperlukan lagi referensi dari luar.
Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor) memiliki arsitektur 8 bit, di mana semua instruksi di kemas dalam kode 16-bit (16-bit word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masingmasing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. [2] Arsitektur Mikrokontroller ATMEGA 16
Perancangan dan pembuatan perangkat keras (hardware) Meliputi penggunaan Mikrokontroler ATMEGA16, Dot Matrik, selenoid valve. Perancangan dan pembuatan perangkat lunak (software) Meliputi perancangan flowcart yang akan menunjukkan sistem kerja alat secara menyeluruh. Line out audio
Amplifier
Pengkon versi sinyal
Mk ULN203A
Gambar 2-3 : Blok Diagram Mikrokontroller ATMEGA 16[4] 2.4 Solenoid valve Valve solenoid berfungsi untuk mengalirkan dan memutuskan aliran air pada saluran air.
Relay
Selenoid Lampu
Mk
Display dot matrix
Gambar 3-1: Perencanaan Blok Diagram perangkat Keras
Gambar 2-4: Solenoid Valve
3. Perencanaan dan pembuatan alat 3.1 Pendahuluan Dalam perancangan ini dilakukan bertahap blok demi blok untuk memudahkan penganalisaan sistem setiap bagian maupun sistem secara keseluruhan. Perancangan dan pembuatan sistem ini terdiri dari dua perancangan utama, yaitu perancangan perangkat keras (hardware) dan perancangan perangkat lunak (software), disamping beberapa aspek lainnya yang juga perlu dijelaskan dalam pembahasan bab ini seperti blok diagram dan prinsip kerja sistem. Perancangan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software) dapat dijelaskan sebagai berikut :
Fungsi dari masing-masing bagian adalah: Amplifier Berfungsi sebagai penguat sinyal awal pada sebiuah system agar dapat diproses selanjutnya IC Lm3915 Sebagai pengkonversi sinyal music menjadi level tegangan Mikrokontroller ATMEGA 16 Berfungsi sebagai pengontrol utama dari sistem alat ini. ULN2003 Sebagai driver relay Relay Sebagai saklar lampu dan solenoid valve Selenoid Valve Berfungsi untuk membuka atau menutup saluran air secara otomatis. Display Dot Matrix 5x8 Sebagai penampil untuk simulasi system
3.2 Prinsip kerja Prinsip kerja dari Pada sinyal dari line out yang relative kecil untuk bisa dimasukan ke dalam proses pembagian level tegangan maka terlebih dahulu harus dikuatkan oleh rangkaian amplifier dengan rangkaian non-inverting amplifier. Selanjutnya sinyal audio tersebut akan dimasukan kedalam rangkaian VU meter yang berfungsi mengkonversi sinyal analog keluaran dari amplifier dan menghasilkan level tegangan analog. Dari level voltage analog yang berupa common negative bisa dimasukan kedalam port A0…A7 stelah itu dipasang sebuah resistor pull up untuk menjadikan pada posisi high 5V. Selanjutnya sinyal tersebut akan dibagi-bagi berdasarkan range dari analog level tersebut. Sehingga dari pembagaian range tersebut didapatkan sebuah batasan untuk menghasilkan output yang berbeda-beda. Dan keluaran dari mikrokontroler pada Port D0…D6 dimasukan kedalam ULN2003A sebagai driver dari relay yang natinya akan berkerja membuka dan menutup solenoid valve dan driver lampu.
+12V
R2 10k
3 1
R2 10k
2 10 k R2 R2 20 k Untuk kopling DC yang dilewatkan diatas 20Hz maka
fc
1 2R1C1
2. Rangkaian VU meter Rangkaian ini sudah dapat diaplikasikan langsung. Dimana R1 dipasang agar arus yang keluar dapat diterima oleh mikrokontroler . maka R1 dibuat cukup kecil (390) Dalam perancangan rangkaian rangkaian VU meter ini keluaran dari rangkaian akan disambungkan kedalam input mikrokontroler sebagai pemicu untuk diproses.
3.3 Perangkat keras 1. Amplifier non inverting Sinyal output dari rangkaian audio pada umunya relativ kecil sebab input audio diambil dari line out yang belum mengalami penguatan sinyal audio. Oleh karena itu input harus dikuatkan terlebih dahulu sebelum sinyal diolah. Untuk penguatan menggunakan rangkaian noninverting amplifier. Berikut gambar rangkaian amplifier.
Gambar 3-5 rangkaian IC LM3915N
U1:B
8
input audio
3 1
3. Mikrokontroller ATMEGA16 Perancangan pada mikrokontroler ATMEGA16 ini dibuat dengan tujuan untuk memproses nilai-nilai level tegangan yang didapat dari pengkondisi sinyal yang berupa data tegangan aktif low. ATMEGA16 mengatur solenoid valve,. Output amplifier
1 2
J1
5
R4
7 6
12
4
R3
0,02 mV
100k
1/2 TL072
R1
10k
R2
20k
U1:A
1/2 TL072
3
1
2
R5 12
4 -12V
J2
0.04 mV
+12V
8
-12V
1 2
Gambar 3.2rangkaian Amplifier Non Inverting Untuk memenuhi range dari tegangan reverensi pada input VU meter maka dibutuhkan penguatan sebesar 3 kali dan R1 ditetapkan 10K maka ,R2dan R3
G 1
R2 R1
(3.1)
Gambar 3-3: Perencanaan Alokasi Port ATMEGA 16
4. Mikrokontroler 8535 Perancangan pada mikrokontroler ATMEGA8535 ini dibuat dengan tujuan untuk memproses nilai-nilai level tegangan yang didapat dari pengkondisi sinyal yang berupa data tegangan aktif low. ATMEGA8535 sebagai pengendali tampilan ke dot matrix.
Nilai dari Rb adalah sebagai berikut :
Jadi untuk Untuk menyalakan 1 kolom diperlukan 50mA x 8 dot = 400mA. Tegangansupply Vcc sebesar 5Volt
Gambar 3-4: Perencanaan Alokasi Port ATMEGA 8535 5. Rangkaian driver Solenoid valve Solenoid valve digunakan membuka/menutup aliran air otomatis.
untuk secara
Gambar 3-6: Rangkaian Driver Solenoid Valve 6. Dot matrix Display ini sebagai pengganti level bar dari keluaran VU meter
3.4 Perangkat Lunak Untuk mengatur keseluruhan sistem perangkat keras yang disusun, maka diperlukan perangkat lunak pendukung. Perangkat lunak disini berfungsi sebagai pengendali dari semua sistem yang telah dirancang agar dapat menjalankan alat ini sesuai dengan yang diinginkan. Selain itu dengan perangkat lunak ini dapat diperoleh gambaran tentang cara kerja program yang telah kita buat. pembuatan listing program ditulis dalam bahasa BASCOM Pada prinsipnya, perangkat lunak untuk pemrogramannya didasarkan pada fungsi mikrokontroler ATMega16 sebagai pusat pemrosesan data pada alat, yaitu Membaca data output dari pengkondisi sinyal dan mengkonversikan ke Rangkaian driver relay. Berikut adalah gambar 3-8 , yang merupakan flowchart sistem: Start
A0=0 A1=0 A2=0
Y
D1= menyala D5=nyala padam 2dt D6=nyala padam 2dt
T A4=0 A5=0 A6=0
Y
T A7=0 A8=0
Gambar 3-7 : Perencanaan Rangkaian Dot matrik Pada rangkaian driver baris ini, Ic yang digunakan sebesar 50mA dan nilai dari hfe dipilih sebesar 30. Dengan demikian besar dari Ib adalah:
D1=menyala D5=menyala D2=nyala pada 2dt D4=D0 nyala padam 3dt
D1=D3=D0=D4 =nyala
Y
A0...A7=1 T
D4 menyala
Gambar 3-8: Flowchart Alat
4.
Pengujian alat Pada bab ini dilakukan pengujian dan pengukuran dari sistem dari sistem yang telah di buat. Dari pengujian dan pengukuran ini dapat diketahui apakah sistem yang dibuat telah bekerja dengan baik atau masih ada kekurangannya. Pengujian dan pengukuran dilakukan pada tiap-tiap blok untuk mengetahui kerja sistem secara keseluruhan.
4.2 Pengujuan rangkaian VU meter 4.2.1 Tujuan Untuk mengetahui bagaimana rangkain VU meter ini dapat berkerja 4.2.2 Peralatan yang digunakan Fungtion generator Power supply Rangkaian VU meter LED
FG 4.1. Pengujian rangkaian amplifier non inverting. 4.1.1. Tujuan Bertujuan untuk mengetahui penguatan dari amplifier. 4.1.2.
Peralatan yang digunakan Multimeter digital Komputer / fungtion generator Rangkaian Amplifier non inverting
4.1.3.
Hasil Pengujian Setelah melakukan pengujian seperti diatas, maka akan didapatkan hasil output tegangan dari level tegangan dan dimasukkan ke dalam bentuk tabel 4.1: Tabel 4.1: Hasil output pengujian
Frekuen si (Hz)
Input(V)
30 30 30 30 30 30 30 30 30 30
1.10-3 2.10-3 3.10-3 4.10-3 5.10-3 6.10-3 7.10-3 8.10-3 9.10-3 10.10-3
Output (Vp-p)
3,09.10-3 6,07.10-3 9,08.10-3 12,1.10-2 15,1.10-2 18,2.10-2 21,3.10-2 24,1.10-2 27,1.10-2 30,2.10-2 Rata-rata
A pengukuran
A perhitunga n
3,09 3.03 3.02 3.025 3.02 3.03 3.04 3.01 3.01 3.02
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
Error (%) 3 1 0,6 0,6 0,6 1 0.1 0,3 0,3 0,6 0,87
Dari hasil pengujian dan analisa diatas pada penguatan non inverting di dapatkan %error sebesar 0,87 % untuk penguatan non inverting
4.2.3
Rangkaian
LED
Gambar 4.1 blok pengujian rangkaian VU meter Hasil pengujian Dari hasil pengujian didapatkan tabel 4.2 : Amplitudo Nyala Frekuensi (vp-p) led 30 3,5.10-3 1 -3 30 10,7.10 3 30 21,5.10-3 6 -3 30 28,8.10 8 Dari hasil pengujian didapatkan bahwa nyala LED tidak bergantung dari frekuensi tetapi nyala led bergantung pada besarnya amplitudo
4.3 Pengujian Dot matrik. 4.3.1 Tujuan Tujuan dari pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kondisi dot matrik, apakah berfungsi dengan baik, maka pada pengujian ini MCU diprogram untuk mengontrol dot matrik 4.3.2 Peralatan yang digunakan 1. Power Supply 5 Volt 2. Sistem Mikrokontroller 3. Dot matrik 4. Program untuk menampilkan pola Adapun cara pengujian dapat dilihat pada blok pengujian Dot matrik diperlihatkan pada Gambar 4-2: Mikrokontrol ler atmega8535
Dot matrik
Gambar 4-1: Diagram Blok Pengujian LCD
Portd.4 = 1 Waitms 0.1 Portd = &H00 Count = Count + 1 Goto Putar End If Count = 0 Goto Balik Konversi1: Datvt1 = &B00000000 Datvt2 = &B11100111 Datvt3 = &B11100111 Datvt4 = &B11100111 Datvt5 = &B00000000 Return
4.3.3
Hasil Pengujian Dari hasil pengujian diperoleh hasil bahwa modul display mampu menampilkan karakter. $regfile = "m8535.dat" $crystal = 4000000 $large Dim Dataa As Integer Config Portd = Output Config Portc = Output Dim W As Word Dim Datvt1 As Byte Dim Datvt2 As Byte Dim Datvt3 As Byte Dim Datvt4 As Byte Dim Datvt5 As Byte Dim Hasil As Byte Dim Count As Byte Balik: Gosub Konversi1 Goto Putar Putar: If Count <= 20 Then Portd = &H00 Portc = Datvt1 Portd.0 = 1 Portd.1 = 0 Portd.2 = 0 Portd.3 = 0 Portd.4 = 0 Waitms 0.1 Portd = &H00 Portc = Datvt2 Portd.0 = 0 Portd.1 = 1 Portd.2 = 0 Portd.3 = 0 Portd.4 = 0 Waitms 0.1 Portd = &H00 Portc = Datvt3 Portd.0 = 0 Portd.1 = 0 Portd.2 = 1 Portd.3 = 0 Portd.4 = 0 Waitms 0.1 Portd = &H00 Portc = Datvt4 Portd.0 = 0 Portd.1 = 0 Portd.2 = 0 Portd.3 = 1 Portd.4 = 0 Waitms 0.1 Portd = &H00 Portc = Datvt5 Portd.0 = 0 Portd.1 = 0 Portd.2 = 0 Portd.3 = 0
'
Gambar 4-2: Hasil Pengujian Dot matrik 4.4 Pengujian rangkaian driver valve selenoid. 4.4.1 Tujuan Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah valve selenoid sudah bisa bekerja dengan baik atau tidak. 4.4.2
Peralatan yang digunakan 1. Rangkaian Driver selenoid 2. Catu daya 3. Multitester digital
4.4.3 Langkah-langkah Pengujian 1. Merangkai rangkaian pengujian Driver selenoid gambar 4-4
Gambar 4-3: Prosedur Pengujian Driver Solenoid Valve . 4.4.4
Hasil Pengujian
Tabel 4-10 Hasil Pengujian driver Solenoid Valve No
Output MK
Input ULN
Output ULN
Kondisi relay
Kondisi Valve
1. 2.
1 0
5v 0v
0v 12v
Aktif Mati
Buka Tutup
Berdasarkan hasil perngujian yang ada dapat disimpulkan bahwa valve solenoid dapat bekerja dengan baik.
4.5 Pengujian Keseluruhan Sistem 4.5.1 Tujuan Pengujian mekanik yang telah direncanakan dan dibuat bertujuan untuk mengetahui apakah sesuai dengan spesifikasi yang di rencanakan, caranya dengan melakukan beberapa kali percobaan pada alat. 4.5.2 Peralatan yang digunakan 1. Pompa air 2. Rangkaian mikrontroller ATMEGA16 3. Selenoid valve 4. Rangkaian relay 5. Rangkaian LM3915 6. Catu daya DC 7. Bak penampung air
4.5.3 Langkah-langkah pengujian 1. Merangkai peralatan sesuai dengan diagram blok 4-5:
4. Diberi masukan sinyal untuk level LED 4-6 5. Diberi masukan sinyal untuk level LED 8-9 6. Masukan musik 7. Melihat percobaan dengan seksama apakah sesuai yang diinginkan apa belum
4.5.4
Hasil pengujian Pada sinyal tegangan level 1-3 maka D1=menyala D5=nyala padam 2dt D6=nyala padam 2dt Pada sinyal tegangan level 1-3 maka D1=menyala D5=menyala D2=nyala pada 2dt D4=D0 nyala padam 3dt Pada sinyal tegangan level 7-8 maka D1=D3=D0=D4=nyala Tidak ada sinyal masukan D4 menyala
4.6 Gambar alat
Gambar 4-6: foto rangkaian alat Gambar 4-7: Foto Mekanik Alat Gambar 4-5: Diagram Blok Pengujian Keseluruhan Sistem 1. Menghidupkan pompa air dan Menghidupkan saklar rangkaian 2. Setelah air mengalir, sebagai kondisi awal, keran keran solenoid 3 otomatis terbuka untuk menandakan bahwa rangkaian siap untuk berkerja 3. Diberi masukan sinyal untuk level LED 1-3
BAB V PENUTUP A. Kesimpulan Setelah dilakukan pengujian dan pengukuran peralatan, maka dapat di simpulkan beberapa hal yang berhubungan dengan kinerja peralatan : Dari
hasil pengujian dan amplifier non inverting dapatkan %error sebesar 0,87 berarti bahwa rangkaian ini dengan baik meskipun masih kesalahan.
analisa di % yang berkerja terdapat
Dari hasil pengujian rangkaian pada VU meter didapatkan bahwa besarnya amplitude mempengaruhi dari nyala led pada rangkain Pada rangkaian dot matrik selayaknya menggunakan sumber power suplay yang berbeda karena membutuhkan banyak daya untuk menyalakan semua LED Selenoid valve akan bekerja (membuka saluran) bila pada input ULN2003 diberi tegangan 5V dan output ULN2003 0V. Pada pembacaan sofware dari mikrokontroler didapakan bahwa tidak dapat melakukan pengolahan data secara bersamaan dalam 1 waktu
B. Saran Dengan memandang dari segi penggunaan dan sistem kerja suatu peralatan, maka penulis mempunyai beberapa saran untuk pengembangan alat yang di buat apabila ada pihak yang berminat mengembangkan. Antara lain : Untuk kedepannya alat ini dapat dikembangkan supaya dapat memperbaiki kesalahan atau konfigurasi yang kurang menarik. Alat ini akan lebih baik dan efisien bila digunakan pada lingkungan yang luas karena memerlukan banyak tempat saat terjadi percikan air.
DAFTAR PUSTAKA [1] aproksimasi penguat edisi ke empat. Penerbit erlangga [2] Wardana, Lingga. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroller AVR seri ATmega 8535 simulasi, hardware, dan aplikasi. Penerbit Andi. Yogyakarta. [3] Kurniawan, Dayat.2002. ATmega 8 dan Aplikasinya. Elex Media Komputindo. Jakarta. [4] National semiconductor, national operational Data Book, 1995 [5] Nono Haryono. Mengenal Solenoid Valve, 2011 [6] Fredrick W. Huges. Panduan OP-Amp. Penerbit PT.Alexmedia komputindo. Kelompok Gramedia . Jakarta
