alat penakar volume air berbasis … · fakultas sains dan teknologi universitas sanata dharma...

TUGAS AKHIR

ALAT PENAKAR VOLUME AIR

BERBASIS MIKROKONTROLER

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

disusun oleh :

SUYANTO NIM : 125114055

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA 2015

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

i

TUGAS AKHIR



Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

disusun oleh :


PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA 2015


ii

FINAL PROJECT

WATER VOLUME MEASURING DEVICE USING MICROCONTROLLER

In Partial Fulfilment of the Requirements

for the Degree of Sarjana Teknik In Electrical Engineering Study Program


ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTEMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

2015


HALAMAN PERSETUJUAN

TUGAS AKHIR



Tanggal: 2A oktvbw 2ots

ill

Pembimbing I


Ketua

Sekretaris

Anggota

HALAMAN PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

ALAT PENAKAR VOLUME AIRBERBASIS MIKROKONTROLER

Disusun oleh :

SUYANTONIM :125114055

Telah dipertahankan di depan panitia pengujipada tanggal 25 September 2015dan dinyatakan memenuhi syarat

Susunan Panitia Penguji :

Nama Lengkap

: Petrus Setyo Prabowo, S.T.'M.T.

: Ir. Tjendro, M.Kom.

: Djoko Untoro Suwarnon S.Si., M.T.

Yogyakarta, E hPtohq 2blEFakultas Sains dan TeknologiUniversitas Sanata Dharma

ngsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc.


v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya

atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka

sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 16 Oktober 2015

Suyanto


vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

Motto :

Hidup adalah Anugrah

Skripsi ini kupersembahkan untuk …

Yesus Kristus Pembimbingku yang setia

Istri dan anakku tercinta

Orang tua yang mendukungku

Teman-teman yang aku banggakan


vii

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Suyanto

NIM : 125114055

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas

Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

Alat Penakar Volume Air Berbasis Mikrokontroler (Water Volume Measuring Device Using

Microcontroller).

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak

untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk

pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannya di internet atau

di media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya ataupun

memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 16 Oktober 2015

Yang menyatakan

(Suyanto)


viii

INTISARI

Pengukuran merupakan kegiatan yang sering dilakukan dan dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari. Bantuan alat ukur sangat dibutuhkan untuk mengetahui nilai dari proses pengukuran. Pada umumnya, untuk melakukannya masih menggunakan peralatan yang manual. Pada kondisi tertentu, sebagai contohnya di dunia industri, ada proses pengisian yang membutuhkan keseragaman isi dan efisiensi waktu sehingga dibutuhkan suatu alat yang dapat bekerja secara otomatis.

Alat penakar volume air ini menggunakan sistem mikro sebagai pengendali utama. Ada 2 mode pilihan volume yaitu mode Khusus dan mode Lain. Rentang volume antara 100 ml sampai 2000 ml dengan kelipatan 100 ml. Pemilihan volume menggunakan keypad, mikrokontoler sebagai kendali akan mengaktifkan katub solenoid dan pompa sehingga air akan keluar. Aliran air akan terbaca oleh flow sensor. Sinyal pulsa dari sensor diolah oleh mikrokontroler untuk ditampilkan ke LCD berupa pencacah volume. Ketika volume sudah tercapai, mikrokontroler akan mematikan katub solenoid dan pompa sehingga air berhenti.

Sistem penakar volume air yang dirancang telah bekerja dengan baik pada rentang volume 100 ml sampai 2000 ml dengan kelipatan 100 ml. Pembacaan flow sensor pada alat ini memiliki persentase error maksimum adalah 2%.

Kata Kunci : Pengukuran, otomatis, mikrokontroler, volume, persentase error.


ix

ABSTRACT

Measurement is the activity most frequently performed and necessary in every day. Aid the measuring instrument is needed to determine the value of the measurement process. In general, to do so still using manual equipment. in certain circumstances, for example in the industrialized world, there is a process that requires filling the content uniformity and efficiency of time so we need a tool that can work automatically. This tool uses a micro system as the main controller. There are two modes for volume selection : “mode Khusus” (special mode) and “mode Lain” (other mode). Volume ranges between 100 ml to 2000 ml in increments of 100 ml. Selection of the volume using the keypad, microcontroller as control will activate the solenoid valve and pump so that the water will come out. The water flow will be read by the flow sensor. Pulse signal from the sensor is processed by a microcontroller for LCD display to be volume counter. When the volume has been reached, the microcontroller will shut off solenoid valve and the pump so the water stops. A measurement system of the water volume that has been designed to work well on a range of volume 100 ml to 2000 ml in increments of 100 ml. Water flow sensor readings on this instrument has a maximum error percentage is 2%.

Keywords : Measurement, automatic, microcontroller, volume, error percentage.


x

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala karuniaNya, sehingga tugas akhir

ini dapat diselesaikan dengan baik.

Penelitian yang berupa tugas akhir ini merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa

Jurusan Teknik Elektro untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta. Penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik atas bantuan, gagasan

dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, peneliti ingin mengucapkan terima kasih

kepada :

1. Tuhan Yesus yang selalu memberikan banyak kebaikan dalam hidupku.

2. Petrus Setyo Prabowo, M.T., selaku Kaprodi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah memberikan kesempatan

kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir.

3. Ir. Tjendro, M.Kom. selaku pembimbing yang telah bersedia memberikan pengarahan

dan bimbingan selama penulis melaksanakan tugas akhir.

4. Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Teknik Elektro yang penuh semangat dan kesabaran.

5. Romo T. Agus Sriyono SJ, M.A, M.Hum. yang telah memberikan bantuan berupa dana

selama penulis belajar di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

6. Istri tercinta Aprina Kristi yang selalu memberi dukungan, semangat dan doa.

7. Anak tercinta : Kakak El dan si Kecil yang memberi semangat.

8. Orang tua yang selalu memberi dukungan dan doa.

9. Teman seperjuangan yang memberikan banyak dukungan tiada hentinya.

10. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu atas bantuan dan dukungannya.

Semoga Tuhan membalas kebaikan Anda. Penulis sangat mengharapkan kritik dan

saran yang dapat membangun serta menyempurnakan tulisan. Semoga tugas ini dapat

dimanfaatkan dan dikembangkan lebih lanjut oleh peneliti lain sehingga tulisan ini dapat

lebih bermanfaat.

Yogyakarta, 16 Oktober 2015

Penulis,

Suyanto


xi

DAFTAR ISI

Halaman Sampul (Bahasa Indonesia) ......................................................................... i

Halaman Sampul (Bahasa Inggris) ............................................................................. ii

Halaman Persetujuan .................................................................................................. iii

Halaman Pengesahan ................................................................................................. iv

Pernyataan Keaslian Karya ........................................................................................ v

Halaman Persembahan dan Motto Hidup .................................................................... vi

Lembar Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah ................................................................ vii

Intisari ....................................................................................................................... viii

Abstract ..................................................................................................................... ix

Kata Pengantar .......................................................................................................... x

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang .................................................................................................... 1

1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian ............................................................................ 2

1.3. Batasan Masalah ................................................................................................. 2

1.4. Metodologi Penelitian ......................................................................................... 3

BAB II DASAR TEORI

2.1. Pengertian Pengukuran dan Penakaran Volume ................................................... 4

2.2. Fluida .................................................................................................................. 5

2.2.1. Aliran Fluida dalam Pipa .................................................................................. 5

2.2.2. Tekanan Hidrostatis .......................................................................................... 6

2.3. Sensor Aliran Air (Water Flow Sensor) ............................................................... 6

2.3.1. Spesifikasi Water Flow Sensor G1/2 ................................................................. 7

2.3.2. Karakteristik Sinyal Water Flow Sensor G1/2 ................................................... 7

2.3.3. Prinsip Kerja Sensor Hall Effect ....................................................................... 8

2.4. Mikrokontroler AVR ATmega8535 ..................................................................... 9

2.4.1. Fitur ATmega8535 ........................................................................................... 9

2.4.2. Konfigurasi Pin ATmega8535 .......................................................................... 10

2.4.3. Spesifikasi Masing-masing Port ....................................................................... 11


xii

2.4.4. Reset ATmega8535 .......................................................................................... 14

2.4.5. Timer/Counter ATmega8535 ............................................................................ 15

2.4.5.1. Prescaler ....................................................................................................... 17

2.4.5.2. Timer0 ........................................................................................................... 17

2.4.5.3. Timer1 ........................................................................................................... 18

2.4.5.4. Counter0 ....................................................................................................... 19

2.4.5.5. Counter1 ....................................................................................................... 19

2.4.5.6. Setting Timer/Counter ................................................................................... 20

2.5. Katub Solenoid (Solenoid Valve) ......................................................................... 23

2.5.1. Dasar Solenoid Valve ........................................................................................ 23

2.5.2. Electric Solenoid Valve G1/2 (Normally Closed) .............................................. 24

2.6. Liquid Crystal Display (LCD) 2x16 .................................................................... 25

2.7. Keypad ................................................................................................................ 27

2.8. Transistor sebagai Saklar ..................................................................................... 28

BAB III RANCANGAN PENELITIAN

3.1. Proses Kerja Sistem ............................................................................................. 31

3.2. Perancangan Perangkat Keras .............................................................................. 32

3.2.1. Desain Alat Penakar Volume Air ...................................................................... 32

3.2.2. Minimum Sistem ATmega8535 ........................................................................ 32

3.2.3. Rangkaian Water Flow Sensor .......................................................................... 34

3.2.4. Rangkaian Driver Solenoid Valve ..................................................................... 36

3.2.5. Rangkaian LCD 2x16 ....................................................................................... 38

3.2.6. Rangkaian Keypad 4x4 ..................................................................................... 38

3.2.7. Kalibrasi Volume ............................................................................................. 39

3.3. Perancangan Perangkat Lunak ............................................................................. 40

3.3.1. Mode Pilihan Volume ....................................................................................... 40

3.3.2. Diagram Alir Utama ......................................................................................... 41

3.3.3. Diagram Alir Mode .......................................................................................... 42

3.3.4. Diagram Alir Mode Khusus .............................................................................. 43

3.3.5. Diagram Alir Mode Lain .................................................................................. 43


xiii

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Bentuk Fisik Alat dan Hardware Elektronik ........................................................ 45

4.1.1. Bentuk Fisik Alat Penakar Volume Air ............................................................. 45

4.1.2. Hardware Elektronik Alat Penakar Volume Air ............................................... 47

4.2. Cara penggunaan Alat ......................................................................................... 47

4.2.1. Cara Penggunaan Mode Khusus ....................................................................... 48

4.2.2. Cara Penggunaan Mode Lain ............................................................................ 49

4.3. Percobaan Alat .................................................................................................... 50

4.3.1. Set Point Program Dipengaruhi Desain Alat ..................................................... 51

4.3.2. Set Point Program dari Percobaan ..................................................................... 53

4.4. Pengujian Keberhasilan ....................................................................................... 54

4.4.1. Pengujian Volume Mode Khusus ...................................................................... 55

4.4.2. Pengujian Volume Mode Lain .......................................................................... 56

4.5. Analisis Hasil Pengujian ...................................................................................... 58

4.6. Pembahasan Software .......................................................................................... 61

4.7. Program Utama ................................................................................................... 62

4.7.1. Program Pemilihan Mode ................................................................................. 63

4.7.2. Program Mode Khusus .................................................................................... 63

4.7.3. Program Mode Lain ........................................................................................... 64

4.7.4. Program Run .................................................................................................... 65

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ......................................................................................................... 66

5.2. Saran ................................................................................................................... 66

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 67

LAMPIRAN .............................................................................................................. L1


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Contoh Gelas Ukur ................................................................................ 4

Gambar 2.2. Pipa dengan Penampang yang Bervariasi ............................................... 5

Gambar 2.3. Pipa dengan Penampang Menyempit ...................................................... 5

Gambar 2.4. Bentuk Fisik dan Kabel Water Flow Sensor G1/2 ................................... 7

Gambar 2.5. Bagian Dalam dari Water Flow Sensor ................................................... 8

Gambar 2.6. Prinsip Kerja Hall Effect ........................................................................ 8

Gambar 2.7. Bentuk Fisik Mikrokontroler ATmega8535 ............................................ 9

Gambar 2.8. Konfigurasi Pin ATmega8535 ................................................................ 10

Gambar 2.9. Rangkaian Reset ATmega8535 .............................................................. 14

Gambar 2.10. Kurva Pengisian dan Pengosongan Kapasitor ....................................... 14

Gambar 2.11. Diagram Blok Counter0 ....................................................................... 19

Gambar 2.12. Diagram Blok Counter1 ....................................................................... 20

Gambar 2.13. Timer/Counter1 Control Register A (TCCR1A) ................................... 20

Gambar 2.14. Timer/Counter1 Control Register B (TCCR1B) ................................... 21

Gambar 2.15. Timer/Counter1 – TCNT1H dan TCNT1L ........................................... 21

Gambar 2.16. Output Compare Register 1 A – OCR1AH dan OCR1AL .................... 22

Gambar 2.17. Output Compare Register 1 B – OCR1BH dan OCR1BL ..................... 22

Gambar 2.18. Input Capture Register 1 B – ICR1H dan ICR1L ................................. 22

Gambar 2.19. Timer/Counter Interrupt Mask Register (TIMSK) ................................ 22

Gambar 2.20. Timer/Counter Interrupt Flag Register (TIFR) ..................................... 23

Gambar 2.21. Bagian-bagian Solenoid Valve .............................................................. 24

Gambar 2.22. Electric Solenoid Valve G1/2 ............................................................... 25

Gambar 2.23. Bentuk Fisik dan Pin LCD 2x16 ........................................................... 26

Gambar 2.24. Kontruksi Keypad 4x4 .......................................................................... 28

Gambar 2.25. Perbedaan Transistor NPN dan PNP ..................................................... 28

Gambar 2.26. Transistor sebagai Saklar ..................................................................... 29

Gambar 3.1. Diagram Blok Perancangan .................................................................... 31

Gambar 3.2. Desain Alat Penakar Volume Air ........................................................... 32

Gambar 3.3. Minimum Sistem ATmega8535 ............................................................. 33

Gambar 3.4. Rangkaian Sensor ke ATmega8535 ........................................................ 35


xv

Gambar 3.5. Rangkaian Driver Solenoid Valve .......................................................... 36

Gambar 3.6. Rangkaian ATmega8535 ke LCD 2x16 .................................................. 38

Gambar 3.7. Rangkaian ATmega8535 ke Keypad ....................................................... 38

Gambar 3.8. Desain antara Solenoid Valve san Sensor ................................................ 40

Gambar 3.9. Diagram Alir Program Utama ................................................................ 41

Gambar 3.10. Diagram Alir Pilihan Mode ................................................................... 42

Gambar 3.11. Diagram Alir Program Mode Khusus .................................................... 43

Gambar 3.12. Diagram Alir Program Mode Lain ......................................................... 44

Gambar 4.1. Implementasi Sistem (Tampak Depan) .................................................... 45

Gambar 4.2. Implementasi Sistem Bagian Dalam (Tampak Samping) ......................... 46

Gambar 4.3. Implementasi Hardware Elektronik pada Sistem .................................... 47

Gambar 4.4. Tampilan Awal Sistem dan Tombol Keypad .......................................... 48

Gambar 4.5. Volume Sisa pada Alat ............................................................................ 51

Gambar 4.6. Kalibrasi Volume Air dengan Timbangan Digital ................................... 54

Gambar 4.7. Grafik Persentase Error Terhadap Volume pada Mode Khusus ............... 55

Gambar 4.8. Grafik Persentase Error Terhadap Volume pada Mode Lain.................... 57

Gambar 4.9. Grafik Pencocokan Kurva Input-Output volume...................................... 60

Gambar 4.10. Listing Program Awal ........................................................................... 62

Gambar 4.11. Listing Program Pilih Mode .................................................................. 63

Gambar 4.12. Listing Program Mode Khusus Pilihan 4 ............................................... 63

Gambar 4.13. Listing Program Persamaan Set Point Mode Lain ................................. 64

Gambar 4.14. Listing Program RUN ........................................................................... 65


xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Compare Output Mode, non-PWM ............................................................ 20

Tabel 2.2. Clock Select Bit Desciption ........................................................................ 21

Tabel 3.1. Konfigurasi Kabel Output Water Flow Sensor G1/2 .................................. 35

Tabel 3.2. Hubungan Volume dengan Jumlah Pulsa ................................................... 35

Tabel 3.3. Tombol Keypad Perancangan .................................................................... 39

Tabel 3.4. Mode Pilihan Volume ................................................................................ 41

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Debit Air pada Sistem ....................................................... 50

Tabel 4.2. Set Point Perhitungan tiap Volume Pilihan ................................................ 51

Tabel 4.3. Set Point Program Dipengaruhi Desain Alat ............................................... 52

Tabel 4.4. Set Point Program dari Percobaan ............................................................... 53

Tabel 4.5. Hasil Pengujian Mode Khusus .................................................................... 55

Tabel 4.6. Hasil Pengujian Mode Lain ......................................................................... 56

Tabel 4.7. Data Pencocokan Kurva dengan Metode Kuadrat Terkecil.......................... 59


xvii

DAFTAR LAMPIRAN

L1. Gambar Rangkaian Wiring Diagram Alat ........................................................... L1

L2. Gambar Panduan Penggunaan Alat .................................................................... L2

L3. Tabel Pengaruh Debit dan Frekuensi Terhadap Waktu dan Set Point .................. L3

L4. Tabel Hasil Percobaan Set Point Program Dipengaruhi Desain Alat ................... L4

L5. Tabel Hasil Percobaan Set Point Program Berdasarkan Percobaan ..................... L5

L6. Listing Program Keseluruhan ............................................................................. L6

L7. Datasheet ATmega8535 ..................................................................................... L7

L8. Datasheet Water Flow Sensor G1/2 ................................................................... L8

L9. Datasheet Electric Solenoid Valve G1/2 ............................................................. L9

L10. Datasheet 4x4 Matrix Membrane Keypad .......................................................... L10


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pengukuran merupakan kegiatan yang sering dilakukan dan dibutuhkan dalam

kehidupan sehari-hari. Bantuan alat dalam hal ini alat ukur sangat dibutuhkan untuk

mengetahui nilai dari proses pengukuran. Salah satu jenis proses pengukuran adalah

mengukur volume benda padat, cair dan gas. Pada umumnya, untuk melakukannya masih

menggunakan peralatan yang manual. Sebagai contohnya adalah pengukuran volume zat

cair dengan menggunakan gelas ukur. Pengukuran dengan gelas ukur harus dilihat visual

mata yang memungkinkan perbedaan hasil pengukuran antara orang yang satu dengan

yang lain. Pada kondisi tertentu, sebagai contohnya di dunia industri, ada proses pengisian

yang membutuhkan ketelitian pengukuran, keseragaman isi dan efisiensi waktu sehingga

dibutuhkan suatu alat yang dapat bekerja secara otomatis.

Perkembangan teknologi yang cukup pesat, ditemukan alat-alat yang bekerja secara

otomatis dan digital, termasuk juga dalam proses pengukuran volume. Contoh yang jelas

adalah mesin pengisian bahan bakar minyak (BBM) pada stasiun pengisian bahan bakar

umum (SPBU). Mesin tersebut didesain dengan pilihan jumlah liter atau nominal harga,

yang diinginkan. Harga 1 mesin pengisian tergolong mahal di atas ratusan juta rupiah.

Mengadaptasi dari prinsip mesin tersebut, ingin dibuat alat penakar volume otomatis yang

lebih ekonomis untuk kebutuhan yang kecil, contohnya pada pengisian air ke gelas atau

galon, industri rumah tangga pengisian suatu produk ke wadahnya, dengan tujuan hasil

pengisian yang sama dan pekerjaan lebih efisien.

Perancangan alat ukur volume air sudah pernah ditulis oleh Detri Rhamdhani,

mahasiswa Universitas Gunadarma dengan judul penulisan “Penakar Volume Air Otomatis

Berbasis Mikrokontroler AT89S51” tahun 2010 [1]. Mikrokontroler akan mengolah

masukan data-data dan keluaran sistem sesuai dengan kebutuhan. Masukan sistem berupa

sakelar untuk pengaktifannya dan keypad untuk pilihan nilai volume yang akan membuat

keran otomatis menyala untuk melakukan pengisian pada gelas atau tabung. Sensor yang

digunakan adalah sensor level yang disusun secara bertingkat. Sensor akan membaca

ketinggian air selama pengisian berlangsung dan keran akan otomatis mati saat pengisian

telah sesuai dengan volume yang diinginkan.


2

Pada penelitian kali ini akan dibuat alat penakar volume air yang berbeda, yaitu

pada jenis sensor dan tambahan tampilan LCD (liquid crystal display). Sensor yang

digunakan adalah sensor aliran air (water flow sensor) yang mengukur aliran air untuk

mengetahui volume yang mengalir. LCD berfungsi sebagai tampilan masukan dan

keluaran dari alat. Masukan pilihan volume tetap menggunakan keypad, mikrokontroler

dari keluarga ATmega, dan keran otomatis dengan solenoid valve.

Penjelasan singkat untuk proses kerja alat adalah sebagai berikut : mikrokontroler

sudah diberi program untuk mengendalikan kerja dari alat. Pilihan atau masukan data dari

keypad akan diterima oleh mikrokontroler. Mikrokontroler akan memberikan keluaran ke

LCD dan driver solenoid valve. Driver memberikan sinyal ON untuk mengaktifkan

solenoid valve sehingga air dapat mengalir. Aliran air yang mengalir akan terdeteksi oleh

sensor. Keluaran sensor berupa pulsa diolah mikrokontroler menjadi counter yang

ditampilkan di LCD dan setelah mencapai volume pilihan akan mematikan solenoid valve

sehingga air berhenti mengalir.

1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah mengembangkan alat penakar otomatis yang

berdasarkan volume suatu benda dengan pengendalian berbasis mikrokontroler.

Manfaat penelitian ini bagi usaha kecil dan rumah tangga dalam proses pengisian

suatu produk agar lebih efisien dan efektif.

1.3. Batasan Masalah

Agar Tugas Akhir ini bisa mengarah pada tujuan dan untuk menghindari terlalu

kompleknya permasalahan yang muncul, maka perlu adanya batasan-batasan masalah yang

sesuai dengan judul tugas akhir ini. Adapun batasan masalah adalah :

1. Menggunakan mikrokontroler keluarga AVR ATmega sebagai pengolah data.

2. Media yang diukur adalah air sehingga sensor yang digunakan adalah sensor aliran air

(water flow sensor).

3. Volume maksimum yang diukur adalah 2 liter.

4. Keypad 4x4 sebagai masukan pilihan volume.

5. Solenoid valve sebagai keran otomatis.

6. Tampilan menggunakan LCD (liquid crystal display) 2x16.


3

1.4. Metodologi Penelitian

Berdasarkan pada tujuan yang ingin dicapai metode-metode yang digunakan dalam

penyusunan tugas akhir ini adalah :

1. Studi literatur, yaitu dengan cara mendapatkan data dengan membaca buku-buku dan

jurnal-jurnal yang berkaitan dengan permasalahan yang dibahas dengan tugas akhir

ini.

2. Dokumenter, yaitu dengan mendapatkan sumber infomasi berdasarkan data atau arsip

yang telah ada sehingga dapat membantu penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini.

3. Eksperimen, yaitu dengan langsung melakukan praktek maupun pengujian terhadap

hasil pembuatan alat dalam pembuatan tugas akhir.

4. Perancangan subsistem hardware.

Tahap ini bertujuan untuk mencari bentuk model yang optimal dari sistem yang akan

dibuat dengan pertimbangan dari berbagai faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan

yang telah ditentukan.

5. Pembuatan subsistem hardware.

Keypad dan water flow sensor sebagai masukan mikrokontroler untuk mengendalikan

solenoid valve serta LCD sebagai penampil.

6. Proses percobaan dan pengambilan data.

Percobaan alat dan pengambilan data volume keluaran tiap pilihan yang ada. Data

yang diambil adalah volume air yang keluar dan diukur dengan alat ukur yang standar

atau alat pembanding.

7. Analisis dan penyimpulan hasil percobaan.

Analisis data dilakukan dengan melihat kerja dari alat berupa kesesuaian antara

masukan pilihan dan keluaran dari sistem. Kemudian perbandingan data antara

keluaran sistem dengan hasil pengukuran nyata (alat ukur standar atau pembanding).

Penyimpulan hasil percobaan dapat dilakukan dengan menghitung persentase error

yang terjadi dan nilai selisih data.


4

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Pengertian Pengukuran dan Penakaran Volume

Pengukuran (measurement) adalah serangkaian kegiatan yang bertujuan

menentukan nilai suatu besaran dalam bentuk angka (kuantitatif). Jadi mengukur adalah

suatu proses mengaitkan angka secara empiris dan obyektif pada sifat-sifat obyek atau

kejadian nyata sehingga angka yang diperoleh tersebut dapat memberikan gambaran yang

jelas mengenai obyek atau kejadian yang diukur. Alat ukur adalah alat untuk mengetahui

harga suatu besaran atau suatu variabel. Suatu alat ukur dikatakan baik bila memenuhi

syarat yaitu valid dan reliable (dipercaya). Selain dua syarat di atas, ketelitian alat ukur

juga harus diperhatikan. Semakin teliti alat ukur yang digunakan, maka semakin baik

kualitas alat ukur tersebut. Contoh alat ukur untuk : panjang adalah mistar; berat adalah

neraca; suhu adalah thermometer; waktu adalah stop watch. Instrumen adalah alat ukur

yang komplek, yang minimal terdiri atas komponen : sensor dan tranducer, pengkondisi

sinyal, dan unit keluaran analog atau monitor. Contoh instrumen yang banyak di industri

maupun di laboratorium antara lain : alat ukur kadar air, alat ukur gaya, dan alat ukur

getaran [2].

Penakaran adalah suatu kegiatan pembanding suatu besaran tertentu, agar diperoleh

hasil yang tepat dan sesuai dengan data yang didapat. Penakaran volume air berarti proses

pembandingan isi (volume) air terhadap penampung atau wadah yang digunakan [1]. Pada

umumnya sistem penakaran volume air menggunakan gelas ukur yang sudah ada garis

indikasi satuan volume (centimeter cubic; milliliter; liter). Gambar 2.1 memperlihatkan

contoh gelas ukur.

Gambar 2.1 Contoh Gelas Ukur [3]


5

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

(2.5)

2.2. Fluida

2.2.1. Aliran Fuida dalam Pipa

Aliran fluida dalam pipa dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu : kecepatan alir,

gesekan terhadap pipa, viskositas dan kerapatan fluida. Fluida atau cairan yang mengalir

dalam pipa dengan diameter penampang yang bervariasi, volume yang mengalir akan sama

ditiap titik [4]. Maka kecepatan aliran akan meningkat pada penampang yang menyempit,

dapat dilihat pada gambar 2.2.

Debit (Q) dihitung dari volume cairan (V) dibagi dengan waktunya (t), ditunjukkan pada

persamaan 2.1.

=

Volume cairan sendiri dihitung dari luas penampang (A) dikalikan panjangnya (s) :

= .

Persamaan 2.1 dan 2.2 digabung menjadi:

=.

Sedangkan

adalah kecepatan (v), setelah disubtitusi persamaan debit menjadi :

= .

Lihat pada gambar 2.3, jumlah debit (Q) pada tiap penampang di dalam pipa selalu sama.

Jika ada perbedaan penampang pipa A1 dan A2, maka akan berpengaruh pada kecepatan

v1 dan v2 [4].

1 = 2; 1 = 1. 2; 2 = 2. 2

Gambar 2.2 Pipa dengan Penampang yang Bervariasi [4]

Gambar 2.3 Pipa dengan Penampang Menyempit [4]


6

(2.6)

Persamaan antar penampang yang berbeda :

1.1 = 2. 2

Berikut ini keterangan simbol huruf pada persamaan 2.1 sampai persamaan 2.6 :

Q : debit fluida (m3/jam; liter/menit)

V : volume (m3; liter)

t : waktu (detik; menit; jam)

A : luas penampang (m2)

s : panjang (m)

v : kecepatan (m/s)

2.2.2. Tekanan Hidrostatis

Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang diakibatkan oleh gaya yang ada pada zat

cair terhadap suatu luas suatu bidang tekan pada kedalaman tertentu. Besarnya tekanan

tergantung kepada ketinggian zat cair, massa jenis dan percepatan gravitasi. Perhitungan

tekanan hidrostatis dapat dicari melalui persamaan 2.7 [5].

ℎ = . . ℎ (2.7)

Berikut ini keterangan simbol huruf pada rumus 2.7 :

Ph : tekanan hidrostatis (N/m2)

: massa jenis (massa jenis air = 1000 kg/m3)

g : gaya gravitasi bumi (9,8 m/s2)

h : jarak ke permukaan zat cair (m)

2.3. Sensor Aliran Air (Water Flow Sensor)

Sensor aliran banyak digunakan untuk pemantauan dan pengendalian aplikasi,

untuk mengukur aliran berupa udara atau cairan. Aspek aliran itu sendiri yaitu kecepatan

aliran (flow rate) dan total massa atau volume dari material yang mengalir dalam jangka

waktu tertentu. Parameter yang diterima oleh sensor akan dikirim berupa data angka dapat

juga diteruskan guna menghasilkan aliran listrik atau sinyal yang bisa digunakan sebagai

input pada kontrol atau rangkaian elektrik lainnya.

Water flow sensor G1/2 terdiri dari tubuh katup plastik, rotor air, dan sensor hall-

effect. Ketika air mengalir melalui pipa dalam sensor ini, maka akan mengenai rotor, dan

membuatnya berputar. Kecepatan putar rotor akan berubah ketika kecepatan aliran air

berubah pula. Keluaran (output) sensor berupa sinyal pulsa dari perputaran rotor [6]. Pulsa


7

menghasilkan frekuensi keluaran yang berbanding lurus dengan laju aliran volumetrik atau

total laju aliran yang melewati sensor. Mengukur laju aliran dengan perputaran rotor

memberikan akurasi yang tinggi, pengulangan yang baik dan struktur yang sederhana [7].

Sensor ini adalah hanya membutuhkan satu sinyal (SIG) selain jalur 5 volt DC dan ground.

Gambar 2.4 memperlihatkan bentuk fisik dan kabel dari water flow sensor G1/2.

2.3.1. Spesifikasi Water Flow Sensor G1/2

Di bawah ini merupakan spesifikasi dari water flow sensor G1/2 [6] :

1. Bekerja pada tegangan 5V DC sampai 24 V DC.

2. Arus maksimum 15 mA (DC 5V).

3. Berat sensor 43 gram.

4. Diameter luar 20 mm.

5. Rentang aliran 1 sampai 30 liter per menit.

6. Suhu pengoperasian 0 C sampai 80 C.

7. Operasi kelembaban 35% sampai 90% RH.

8. Operasi tekanan bawah 1,75 MPa.

9. Store temperature -25 C sampai +80 C.

2.3.2. Karakteristik Sinyal Water Flow Sensor G1/2

Di bawah ini merupakan karakteristik sinyal dari water flow sensor G1/2 [6] :

1. Output pulse high level : Signal voltage > 4,5 V ( input DC 5 V).

2. Output pulse low level : Signal voltage < 0,5V ( input DC 5V).

3. Precision : 3% (1 sampai 10 liter per menit).

4. Output signal duty cycle : 40% sampai 60%.

Gambar 2.4 Bentuk Fisik dan Kabel Water Flow Sensor G1/2


8

(2.8)

Untuk mendapatkan nilai pulse frequency dalam satuan Hertz dihitung dengan persamaan

2.8 berikut ini [6] :

= 7,5.

Dengan : Q adalah debit air dalam liter per menit.

2.3.3. Prinsip Kerja Sensor Hall Effect

Sensor hall effect pada water flow sensor G1/2 adalah transduser yang mendeteksi

putaran rotor dan menghasilkan sinyal pulsa. Pulsa tersebut berupa sinyal listrik sebagai

masukan frekuensi ke mikrokontroler. Gambar 2.5 menunjukkan bagian dalam dari water

flow sensor.

Sensor hall effect memberikan output berupa tegangan yang proporsional dengan

kekuatan medan magnet yang diterima oleh sensor tersebut. Sensor hall effect ini dibangun

dari sebuah lapisan semikonduktor yang tipis seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6.

Terdapat 2 terminal tegangan input dan 2 terminal tegangan output. Fluks magnetik tegak

lurus terhadap lapisan semikonduktor menghasilkan tegangan akibat gaya Lorentz [7].

Gambar 2.5 Bagian Dalam dari Water Flow Sensor [7]

Gambar 2.6 Prinsip Kerja Hall Effect [7]


9

(2.9)

Tegangan yang dihasilkan dalam elemen Hall adalah berbanding lurus dengan arus

yang dihasilkan (I) dan kerapatan fluks magnetik (B) seperti yang ditunjukkan dalam

persamaan 2.9.

= ∗

Dimana, VH adalah tegangan Hall, RH adalah koefisien hall effect, I adalah arus yang

melalui sensor, T adalah tebal sensor (mm), B adalah kerapatan fluks magnetik (Tesla),

sedangkan Ic adalah drive current.

2.4. Mikrokontroler AVR ATmega8535

Mikrokontroler adalah sistem mikroprosesor lengkap yang terkandung di dalam

sebuah chip. Mikrokontroler biasanya terdiri atas CPU (Central Processing Unit), RAM

(Random Access Memory), EEPROM/EPROM/PROM/ROM, I/O Serial dan parallel,

Timer, dan interrupt controller. Mikrokontroler jenis AVR pertama kali dikembangkan

pada tahun 1996 oleh 2 orang mahasiswa Norwegian Institute of Technology yaitu Alf-Egil

Bogen dan Vegard Wollen yang kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh Atmel. AVR

dibagi menjadi beberapa varian yaitu AT90Sxx, ATMega, AT86RFxx, dan ATTiny. Pada

dasarnya yang membedakan masing-masing varian adalah kapasitas memori dan beberapa

fitur tambahan saja [8],[9]. Penulis menggunakan salah satu produk ATMEL dari keluarga

ATmega yaitu ATmega8535. Gambar 2.7 menunjukkan bentuk fisik mikrokontroler

ATmega8535.

2.4.1. Fitur ATmega8535

Fitur yang tersedia pada ATmega8535 adalah [8],[11] :

1. Frekuensi clock maksimum 16 MHz.

2. Jalur I/O 32 buah, yang terbagi dalam PortA, PortB, PortC dan PortD.

3. Analog to Digital Converter 10 bit sebanyak 8 input.

4. Timer/Counter sebanyak 3 buah.

Gambar 2.7 Bentuk Fisik Mikrokontroler ATmega8535 [10]


10

5. CPU 8 bit yang terdiri dari 32 register.

6. Watcdog Timer dengan osilator internal.

7. SPRAM sebesar 512 byte.

8. Memory Flash sebesar 8 Kbyte dengan kemampuan read while write.

9. Interrupt internal maupun eksternal.

10. Port komunikasi SPI.

11. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.

12. Analog comparator.

13. Komunikasi serial standar USART dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.

2.4.2. Konfigurasi Pin ATmega8535

Konfigurasi pin ATmega8535 dengan kemasan 40 pin DIP (Dual Inline Package)

dapat dilihat pada gambar 2.8.

Dari gambar 2.8 dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin ATmega8535 sebagai

berikut [8] :

1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.

2. GND merupakan Ground Pin.

3. Port A (PA0...PA7) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan ADC.

4. Port B (PB0...PB7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus yaitu

Timer/Counter, Analog comparator dan SPI.

5. Port C (PC0...PC7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu

TWI, analog comparator dan Timer Oscillator.

6. Port D (PD0...PD1) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus yaitu

analog comparator dan external interrupt serta komunikasi serial.

Gambar 2.8 Konfigurasi pin ATmega8535 [11]


11

7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.

8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin input clock eksternal.

9. AVCC merupakan pin input untuk tegangan ADC.

10. AREFF merupakan pin input tegangan referensi ADC.

2.4.3. Spesifikasi Masing-masing Port [11]

Spesifikasi masing-masing port dijelaskan sebagai berikut :

1. PORTA

Fungsi tambahan pada PORTA :

a. PA.0 ADC0 (input ADC channel 0)

b. PA.1 ADC1 (input ADC channel 1)

c. PA.2 ADC2 (input ADC channel 2)

d. PA.3 ADC3 (input ADC channel 3)

e. PA.4 ADC4 (input ADC channel 4)

f. PA.5 ADC5 (input ADC channel 5)

g. PA.6 ADC6 (input ADC channel 6)

h. PA.7 ADC7 (input ADC channel 7)

Fungsi khusus PORTA :

Pada seri AVR ATmega8535 telah dilengkapi 8 saluran ADC internal dengan

fidelitas 10 bit. Dalam mode operasinya, ADC dapat dikonfigurasi baik secara single ended

input maupun differrential input. Selain itu, ADC ATmega8535 memiliki konfigurasi

pewaktuan, tegangan referensi, mode operasi, dan kemampuan filter derau yang sangat

fleksibel, sehingga mudah disesuaikan dengan kebutuhan ADC itu sendiri.

2. PORTB

Fungsi tambahan pada PORTB :

a. PB.0 T0 (Timer/Counter0 External Counter Input)

XCK (USART External Clock Input/Output)

b. PB.1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)

c. PB.2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input)

INT2 (External Interrupt 2 Input)


12

d. PB.3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input)

OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Match Output)

e. PB.4 SS (SPI Slave Select Input)

f. PB.5 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)

g. PB.6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)

h. PB.7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

Fungsi khusus PORT B :

a. MOSI, MISO, SCK berguna sebagai input downloader ISP.

b. T0/T1 sebagai input external timer atau external counter.

c. AIN0 dan AIN1 sebagai input komparator, AIN0 sebagai input positif (+) sedangkan

AIN1 sebagai input (-).

3. PORTC

Fungsi tambahan pada PORTC :

a. PC.0 SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)

b. PC.1 SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line)

c. PC.2 TCK (JTAG Test Clock)

d. PC.3 TMS (JTAG Test Mode Select)

e. PC.4 TDO (JTAG Test Data Out)

f. PC.5 TDI (JTAG Test Data In)

g. PC.6 TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)

h. PC.7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2)

Fungsi khusus PORTC :

a. SCL dan SDA merupakan pin yang dapat berfungsi sebagai mengatur interface serial

2 jalur.

b. TCK merupakan pin yang dapat berfungsi sebagai operasi sinkronisasi dari JTAG ke

TCK. Jika pin ini digunakan seperti fungsi periferal tersebut maka pin ini tidak dapat

berfungsi sebagai I/O.

c. TMS merupakan pin yang dapat berfungsi sebagai pengontrol navigasi mesin TAP.

Jika pin ini digunakan seperti fungsi periferal tersebut maka pin ini tidak dapat



13

d. TD0 merupakan pin yang dapat berfungsi sebagai output data serial dari data register.

Jika pin ini digunakan seperti fungsi periferal tersebut maka pin ini tidak dapat


e. TD1 merupakan pin yang dapat berfungsi sebagai input data serial ke register atau

data register. Jika pin ini digunakan seperti fungsi periferal tersebut maka pin ini tidak

dapat berfungsi sebagai I/O.

f. TOSC1 dan TOSC2 jika disambungkan dengan kristal dan bit ASR serta bit ASSR

diatur “1” (high) untuk mengaktifkan asyncronous clocking dari Timer/Counter2 maka

pin ini dapat digunakan sebagai input penguat amplifier osilator. Dalam keadaan ini

pin tidak dapat berfungsi sebagai I/O.

4. PORTD

Fungsi tambahan pada PORTD :

a. PD.0 RXD (USART Input Pin)

b. PD.1 TXD (USART Output Pin)

c. PD.2 INT0 (External Interrupt 0 Input)

d. PD.3 INT1 (External Interrupt 1 Input)

e. PD.4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output)

f. PD.5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output)

g. PD.6 ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin)

h. PD.7 OC2 (Timer/Counter2 Output Compare Match Output)

Fungsi khusus PORTD :

a. RXD dan TXD merupakan pin yang digunakan untuk komunikasi serial.

b. INT0 dan INT1 merupakan pin yang digunakan sebagai input interupsi eksternal 0 dan

input interupsi eksternal 1.

c. OC1A dan OC1B merupakan output untuk PWM mode fungsi timer dan OC1A juga

berfungsi sebagai output eksternal dari pembanding timer/counter A serta OC1B juga

berfungsi sebagai output eksternal dari pembanding timer/counter B.

d. ICP1 merupakan pin yang berfungsi sebagai penampung input timer/counter 1.

e. OC2 merupakan pin yang dapat berfungsi sebagai output untuk PWM mode fungsi

timer dan OC2 juga berfungsi sebagai output eksternal dari pembanding timer/counter.


14

2.4.4. Reset ATmega8535

Pin reset pada AVR adalah aktif low. Maksudnya reset mikrokontroler akan terjadi

jika pin reset diberi logika 0. Reset memiliki 2 fungsi, yaitu :

1. Membuat semua pin dalam kondisi tri-state atau high impedance (kecuali pin XTAL),

menginisialisasi register I/O, dan meng-set counter progam kembali ke nol.

2. Memasuki mode program.

Gambar 2.9 menunjukkan rangkaian reset pada ATmega8535 yang umum

digunakan. Pada mikrokontroler sudah terdapat Reset Pull-up Resistor sebesar 30 kΩ

sampai 60 kΩ [11]. Rangkaian reset memerlukan tambahan komponen berupa push-button

reset dan kapasitor. Kapasitor digunakan untuk melindungi pin reset dari noise dan

proteksi tambahan pada pin reset. Gambar 2.10 menunjukkan kurva pengisian dan

pengosongan yang terjadi pada kapasitor.

Gambar 2.9 Rangkaian Reset ATmega8535

Gambar 2.10 Kurva Pengisian dan Pengosongan Kapasitor [12]

a. Kuva Pengisian Kapasitor

b. Kurva Pengosongan Kapasitor

a. b.


15

Ketika kapasitor melakukan pengisian atau pengosongan, sebuah waktu tertentu

dibutuhkan kapasitor untuk proses pengisian penuh atau pengosongan penuh. Waktu

tertentu itu disebut dengan RC Time Constant (). Persamaan 2.10 menunjukkan

perhitungan RC Time Constant () [12].

= . (2.10)

Persamaan 2.11 menunjukkan persamaan umum saat pengisian kapasitor.

= . (1 −

) (2.11)

Sedangkan persamaan 2.12 menunjukkan persamaan umum saat pengosongan kapasitor.

= .

(2.12)

Proses pengosongan kapasitor dipergunakan dalam sistem reset pada mikrokontroler.

Berikut ini keterangan simbol huruf pada persamaan 2.10 sampai persamaan 2.12 :

: time constant (detik)

R : nilai resistor (ohm)

C : nilai kapasitor (Farad)

vC : tegangan kapasitor (volt)

VF : final voltage (volt)

Vi : initial voltage (volt)

t : waktu pengisian / pengosongan (detik)

2.4.5. Timer/Counter ATmega8535

ATmega8535 mempunyai timer/counter yang berfungsi sebagai berikut :

1. Melaksanakan tugas tertentu secara berulang (mode normal).

2. Menghitung panjang pulsa (input capture).

3. Menghitung banyaknya event (sebagai counter).

4. Mengendalikan kecepatan motor DC (PWM).

5. Membuat penundaan waktu (delay).

6. Sinyal generator gelombang kotak.

Komponen utama timer/counter adalah sebuah register yang bertugas hanya

berhitung dari 0 sampai batas maksimumnya, register ini pada AVR disebut register

TCNT. Misalnya sebuah register TCNT pada AVR adalah 8 bit, maka nilai maksimunya

adalah 255. Register yang digunakan untuk mendukung operasi timer/counter pada AVR :

1. Register TCNT = register pencacah dari 0 sampai nilai maksimum ditentukan.


16

2. Register TCCR = untuk pengaturan mode operasi timer/counter.

3. Register TIMSK = untuk memilih timer/counter mana yang aktif.

4. Register TIFR = untuk mengetahui adanya interupsi akibat operasi timer/counter.

5. Register OC (output compare) = untuk menyimpan nilai pembanding dengan nilai

pada register TCNT.

Pengaturan timer/counter pada register TCCRn, dengan n adalah nomor

timer/counter, misal : ingin menggunakan Timer0 maka yang diatur adalah TCCR0.

Perbedaan yang mendasar antara timer dan counter adalah pada sumber clock-nya. Jika

timer, sumber clock-nya berasal dari internal mikrokontroler dalam hal ini berasal dari

kristal. Sedangkan untuk counter sumber clock-nya berasal dari luar mikrokontroler

(eksternal) / Pin T, sebagai contoh dari sensor. Ketika difungsikan sebagai timer, maka

register penampung tersebut berisikan jumlah waktu yang terlampaui tiap selang waktu

tertentu. Besar selang waktu tersebut dapat di-setting sesuai dengan kebutuhan. Jika

dipakai sebagai counter, maka register penampung tersebut digunakan untuk menyimpan

data hasil perhitungan terakhir. Saat difungsikan sebagai counter, maka masuk melewati

pin T0 dan T1. Pemilihan sumber clock ada pada bit CS pada register TCCR.

ATmega8535 memiliki fasilitas 3 buah timer/counter yaitu timer/counter0 8 bit,

timer/counter1 16 bit, dan timer/counter2 8 bit [8],[11]. Delapan bit dan 16 bit adalah

jumlah data yang bisa ditampung pada register penampungnya. Ketiga timer/counter

tersebut beserta fiturnya adalah :

1. Timer/Counter0

Timer/Counter0 adalah 8 bit Timer/Counter dengan fitur sebagai berikut :

a. Delapan bit Timer/Counter 1 kanal.

b. Auto reload, yaitu timer akan dinolkan kembali saat match compare.

c. Dapat menghasilkan pulsa PWM dengan glitch-free.

d. Frequence generator.

e. External event counter.

f. Prescalar 10 bit untuk time.

g. Membangkitkan interupsi saat timer overflow dan atau match compare.

2. Timer/Counter1


a. 16 bit Timer/Counter.


17

b. Memiliki 2 compare unit.

c. Memiliki 2 register pembangkit.

d. Memiliki 1 input capture unit.

e. Memiliki input capture noise canceler.

f. Auto reload, dimana timer akan dinolkan kembali saat match compare.

g. Dapat menghasilkan pulsa PWM dengan glitch-free dan periode yang bisa diubah-

ubah.

h. Frequence generator.

i. External event counter.

j. Memiliki 4 buah sumber interupsi, yaitu TOV1, OCF1A, OCF1B dan ICF1.

3. Timer/Counter1


a. Delapan bit Timer/Counter 1 kanal.

b. Auto reload, yaitu timer akan dinolkan kembali saat match compare.

c. Dapat menghasilkan pulsa PWM dengan glitch-free.

d. Frequence generator.

e. Prescalar 10 bit untuk time.

f. Membangkitkan interupsi saat timer overflow dan atau match compare (TOV2 DAN

OCF2).

g. Mengijinkan pencatatn waktu (clocking) dari External 32 kHz Watch Crystal

Independent pada I/O Clock.

2.4.5.1. Prescaler

Timer pada dasarnya hanya menghitung pulsa clock. Frekuensi pulsa clock yang

dihitung tersebut bisa sama dengan frekuensi kristal yang dipasang atau dapat diperlambat

menggunakan prescaler dengan faktor 8, 64, 256 atau 1024. Ketika prescaler digunakan,

waktu timer dapat diperpanjang namun tingkat ketelitiannya menjadi turun [9].

2.4.5.2. Timer0

Sebenarnya timer0 tidak dapat menghasilkan periode selama 1 detik karena

keterbatasan jumlah bitnya (8 bit = 256). Namun dengan penggunaan rumus dapat

dilakukan pemanipulasian agar timer0 dapat menghasilkan periode waktu selama 1 detik.


18

(2.14)

(2.15)

Dengan cara membuat timer selama 0,01 detik (10 ms) lalu dilakukan perulangan sebanyak

100 kali sehingga akan menghasilkan waktu 1 detik. Perhitungan dalam timer0 dapat

menggunakan persamaan 2.13.

= . (256 − 0). (2.13)

Dengan Tosc adalah :

= 1

Keterangan :

Ttimer0 : waktu yang diinginkan pada timer0

Tosc : periode clock

256 : nilai maksimum timer0 8 bit

TCNT0 : register timer0 (dalam heksadesimal)

N : nilai prescaler (dengan pilihan 1, 8, 64, 256 atau 1024)

fosc : frekuensi clock kristal

Nilai TCNT0 merupakan nilai yang dihitung yang akan di-input pada program AVR untuk

setting timer0.

2.4.5.3. Timer1

Timer1 adalah timer 16 bit sehingga memiliki nilai maksimum 65536. Perhitungan

dalam timer1 dapat menggunakan persamaan 2.15.

= . (65536 − 1).

Perhitungan Tosc sama dengan persamaan 2.14.

Keterangan :

Ttimer1 : waktu yang diinginkan pada timer1

Tosc : periode clock

65536 : nilai maksimum timer1 16 bit

TCNT1 : register timer1 (dalam heksadesimal)

N : nilai prescaler (dengan pilihan 1, 8, 64, 256 atau 1024)

Sama seperti timer0, nilai TCNT1 pada timer1 merupakan nilai yang dihitung yang akan

di-input pada program AVR untuk setting timer1.


19

2.4.5.4. Counter0

Aplikasi counter pada sistem mikro lebih mudah dibandingkan dengan timer,

karena tidak perlu menghitung nilai dari register TCNT. Register TCNT akan secara

otomatis mencacah jika ada input yang masuk. Setting pada program AVR hanya

dilakukan untuk pemilihan jenis counter yang ingin digunakan.

Counter0 adalah counter paling dasar pada AVR. Counter0 adalah counter 8 bit

sehingga hanya mampu mencacah sampai dengan nilai 256. Ia mendapat input dari pin T0

melewati sinyal ke Edge Detection, bila terpicu akan mengirimkan pulsa ke Control Logic.

Control Logic menerima sinyal dan akan menambahkan pada register TCNT0. Ketika

register TCNT0 melewati nilai atas (0xFF atau 255) maka akan kembali ke 0, pada saat

yang sama Flag TOV0 di-set. Gambar 2.11 menunjukkan diagram blok counter0.

2.4.5.5. Counter1

Counter1 sedikit mewah dibanding counter0, tetapi secara prinsip hampir sama.

Counter1 adalah counter 16 bit sehingga mampu mencacah sampai dengan nilai 65536.

Input dari pin T1 melewati sinyal ke Edge Detection, yang bila dipicu akan mengirimkan

pulsa ke Control Logic. Perbedaannya adalah register TCNT1 merupakan register 16 bit.

Selain itu, unit Control Logic di counter1 memiliki kemampuan untuk kenaikan,

penurunan atau reset pada register TCNT1. Ada 16 mode operasi yang mengatur Control

Logic yang sebagian besar dari mereka hanya berguna untuk operasi PWM.

Dua mode yang berlaku untuk menghitung input eksternal, yaitu : Mode Normal

dan CTC (Clear Timer On Comparer). Pada Mode Normal, counter akan menghitung

sampai mencapai nilai atas ( 0xFFFF atau 65535 ) pada register TCNT1 dan akan kembali

ke 0, pada saat yang sama Flag TOV1 akan di-set. Dalam CTC (Clear Timer on Compare),

mode counter akan menghitung sampai nilai yang ditentukan dalam register OCR1. Ketika

Gambar 2.11 Diagram Blok Counter0 [11]


20

TCNT1 melewati nilai yang ditentukan oleh OCR1, maka akan kembali ke 0 dan pada saat

yang sama Flag TOV1 akan di-set. Gambar 2.12 menunjukkan diagram blok counter1.

2.4.5.6. Setting Timer/Counter

Penjelasan Timer/Counter1 control Register A (TCCR1A) ditunjukkan pada

gambar 2.13.

Dengan :

Bit 7:6 – COM1A1:0 : compare output mode for channel A

Bit 5:4 – COM1B1:0 : compare output mode for channel B

Bit 3 – FOC1A : force output compare for channel A

Bit 2 – FOC1B : force output compare for channel B

Bit 1:0 – WGM11:0 : waveform generation mode

Tabel 2.1 menunjukkan perbandingan mode output, non-PWM.

Tabel 2.1 Compare Output Mode, non-PWM [11]

Gambar 2.12 Diagram Blok Counter1 [11]

Gambar 2.13 Timer/Counter1 control Register A (TCCR1A) [11]


21

Penjelasan Timer/Counter1 control Register B (TCCR1B) ditunjukkan pada

gambar 2.14.

Dengan :

Bit 7 – ICNC1 : input capture noise canceler

Bit 6 – ICES1 : input capture edge select

Bit 5 – Reserved Bit

Bit 4:3 – WGM13:2 : waveform generation mode

Bit 2:0 – CS12:0 : clock select

Tabel 2.2 menunjukkan 3 bit pemilih prescaler timer/counter1 dan hubungannya

dengan clock eksternal pada pin T1.

Tabel 2.1 Clock Select Bit Description [11]

Penjelasan Timer/Counter1 – TCNT1H dan TCNT1L ditunjukkan pada gambar

2.15.

Gambar 2.15 Timer/Counter1 – TCNT1H dan TCNT1L [11]

Gambar 2.14 Timer/Counter1 control Register B (TCCR1B) [11]


22

Penjelasan Output Compare Register 1 A – OCR1AH dan OCR1AL ditunjukkan

pada gambar 2.16.

Penjelasan Output Compare Register 1 B – OCR1BH dan OCR1BL ditunjukkan

pada gambar 2.17.

Penjelasan Input Capture Register 1 B – ICR1H dan ICR1L ditunjukkan pada

gambar 2.18.

Penjelasan Timer/Counter Interrupt Mask Register (TIMSK) ditunjukkan pada

gambar 2.19.

Dengan :

Bit 5 – TICIE1 : Timer/Counter1, input capture interrupt enable

Bit 4 – OCIE1A : Timer/Counter1, output compare A match interrupt enable

Gambar 2.16 Output compare Register 1 A – OCR1AH dan OCR1AL [11]

Gambar 2.18 Input Capture Register 1 B – ICR1H dan ICR1L [11]

Gambar 2.17 Output compare Register 1 B – OCR1BH dan OCR1BL [11]

Gambar 2.19 Timer/Counter Interrupt Mask Register (TIMSK) [11]


23

Bit 3 – OCIE1B : Timer/Counter1, output compare B match interrupt enable

Bit 2 – TOIE1 : Timer/Counter1, overflow interrupt enable

Penjelasan Timer/Counter Interrupt Flag Register (TIFR) ditunjukkan pada gambar

2.20.

Dengan :

Bit 5 – ICF1 : Timer/Counter1, input capture flag

Bit 4 – OCF1A : Timer/Counter1, output compare A match flag

Bit 3 – OCF1B : Timer/Counter1, output compare B match flag

Bit 2 – TOV1 : Timer/Counter1, overflow flag

2.5. Katup Solenoid (Solenoid Valve)

2.5.1. Dasar Solenoid Valve

Solenoid valve adalah perangkat elektromekanis yang digunakan untuk

mengendalikan aliran cairan atau gas. Solenoid valve dikendalikan oleh arus listrik yang

dijalankan melalui kumparan. Ketika kumparan diberi energi, maka terjadi medan magnet

yang menyebabkan pendorong di dalam kumparan bergerak. Pendorong akan membuka

atau menutup katup tergantung dari desain katup. Ketika arus listrik dihentikan dari

kumparan, katup akan kembali ke kondisi semula [13].

Solenoid valve jenis direct-acting, pendorong langsung membuka dan menutup

lubang di dalam katup. Pada katup yang dioperasikan pilot (juga disebut tipe servo),

pendorong membuka dan menutup lubang pilot. Tekanan jalur masuk, yang melalui lubang

pilot akan membuka dan menutup segel katup. Solenoid valve yang paling umum

digunakan memiliki dua port : port masukan (inlet port) dan port keluaran (outlet port).

Dalam perkembangannya sudah ada yang didesain dengan memiliki beberapa port.

Solenoid valve digunakan sebagai pengendali otomatis untuk cairan dan gas. Solenoid

valve yang modern menawarkan operasi yang cepat, keandalan yang tinggi, umur panjang

Gambar 2.20 Timer/Counter Interrupt Flag Register (TIFR) [11]


24

dan desain yang kompak [13]. Gambar 2.21 menunjukkan bentuk dasar dan bagian-bagian

dari solenoid valve.

Cara kerja solenid valve seperti ditunjukkan pada gambar 2.21 adalah media (cairan

atau gas) dikendalikan oleh katup dan masuk melalui port masukan (inlet port). Media

harus mengalir melalui lubang orifice sebelum menuju ke port keluaran (outlet port).

Orifice ditutup dan dibuka oleh pendorong (plunger).

Katup seperti gambar di atas adalah jenis solenoid valve normal tertutup

(normally-closed). Katup biasanya tertutup menggunakan pegas (spring) yang menekan

ujung pendorong terhadap pembukaan lubang. Sealing di ujung pendorong membuat media

memasuki lubang, sampai pendorong terangkat oleh medan elektromagnetik yang

dihasilkan oleh koil [13].

2.5.2. Electric Solenoid Valve G1/2 (Normally Closed)

Solenoid valve yang akan digunakan adalah electric solenoid valve G1/2 normally

closed. Katup ini dengan catu daya 12 volt DC yang memiliki 1 port masukan dan 1 port

keluaran dengan ukuran 1/2 inchi. Sangat baik untuk cairan dengan viskositas rendah dan

katup ini banyak digunakan diberbagai aplikasi, contohnya pada kran otomatis [14].

Gambar 2.22 menunjukkan bentuk fisik dari electric solenoid valve G1/2 normally closed.

Gambar 2.21 Bagian-bagian Solenoid Valve [13]

1. Valve body

2. Inlet port

3. Outlet port

4. Coil/Solenoid

5. Coil windings

6. Lead wires

7. Plunger

8. Spring

9. Orifice


25

Ciri dan keistimewaan electric solenoid valve G1/2 (normally closed) [14] :

1. Normally closed.

2. Tahan lama.

3. Stainless steel inlet filter.

4. Suhu operasi yang beragam.

Spesifikasi electric solenoid valve G1/2 (normally closed) [14] :

1. Tegangan kerja : 12 VDC.

2. Arus maksimum: 450 mA.

3. Mode operasi : normally closed.

4. Inlet/Outlet ports: G1/2”.

5. Material / bahan : nylon / stainless steel / Polyoxymethylene.

6. Vale type : diaphragm valve (dioperasikan oleh servo).

7. Filter screen : stainless steel inlet filter.

8. Media yang sesuai : air, dengan viskositas rendah.

9. Suhu kerja maksimum : 120°C.

10. Valve response time : cepat.

11. Range tekanan operasi : 0,02 – 0,8 MPa.

12. Umur pakai : lebih dari 200.000 langkah.

2.6. Liquid Crystal Display (LCD) 2x16

Display elektronik adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai

tampilan suatu data, baik karakter , huruf ataupun grafik. LCD (Liquid Crystal Display)

adalah salah satu jenis display elektronik yang dibuat dengan teknologi CMOS logic yang

Gambar 2.22 Electric Solenoid Valve G1/2

(Normally Closed ) [14]


26

bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di

sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit. LCD banyak

sekali digunakan dalam perancangan suatu sistem dengan menggunakan mikrokontroler.

LCD berfungsi untuk menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau

menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler [8],[15]. LCD yang digunakan adalah

LCD 2x16, artinya LCD terdiri dari 2 baris dan 16 karakter dengan 16 pin konektor.

Gambar 2.23 menunjukkan bentuk fisik dan nama pin LCD 2x16.

Konfigurasi dan deskripsi dari pin-pin LCD antara lain :

1. VSS (Pin 1) : merupakan power supply (GND).

2. VCC (Pin 2) : merupakan power supply (+5V).

3. VEE (Pin 3) : merupakan input tegangan kontras LCD.

4. RS Register Select (Pin 4) : merupakan register pilihan 0 = Register Perintah, 1 =

Register Data.

5. R/W (Pin 5) : merupakan read select, 1 = Read, 0 = Write.

6. Enable Clock LCD (Pin 6) : merupakan masukan logika 1 setiap kali pengiriman atau

pembacaan data.

7. D0 sampai D7 (Pin 7 sampai Pin 14) : merupakan data bus 1 sampai 7.

Dalam modul LCD terdapat mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali

tampilan karakter LCD. Mikrokontroler tersebut dilengkapi dengan memori dan register

[9]. Memori yang digunakan mikrokontroler internal LCD adalah :

1. DDRAM (Display Data Random Access Memory) merupakan memori tempat karakter

yang akan ditampilkan.

Gambar 2.23 Bentuk Fisik dan Pin LCD 2x16 [9]


27

2. CGRAM (Character Generator Random Access Memory) merupakan memori untuk

menggambarkan pola sebuah karakter dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah

sesuai dengan keinginan.

3. CGROM (Character Generator Read Only Memory) merupakan memori untuk

menggambarkan pola sebuah karakter dimana pola tersebut merupakan karakter dasar

yang sudah ditentukan secara permanen oleh pabrikan pembuat LCD tersebut sehingga

pengguna tinggal mangambilnya sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah

karakter dasar yang ada dalam CGROM.

Register yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah :

1. Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke

panel LCD pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD dapat

dibaca pada saat pembacaan data.

2. Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau ke

DDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut ke DDRAM

sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya.

2.7. Keypad

Keypad adalah bagian penting dari suatu perangkat elektronika yang membutuhkan

interaksi manusia. Keypad berfungsi sebagai interface antara perangkat (mesin) elektronik

dengan manusia atau dikenal dengan istilah HMI (Human Machine Interface). Pada

dasarnya keypad adalah sejumlah tombol yang disusun sedemikian rupa sehingga

membentuk susunan tombol angka dan beberapa menu lainnya [15].

Salah satu jenis keypad yang sering digunakan adalah keypad matriks 4×4.

Konstruksi keypad matriks 4×4 cukup sederhana, yaitu terdiri dari 4 baris dan 4 kolom

dengan tombol berupa saklar push button yang diletakkan disetiap persilangan kolom dan

barisnya. Konfigurasi keypad dengan susunan bentuk matriks ini bertujuan untuk

penghematan port mikrokontroler karena jumlah key (tombol) yang dibutuhkan banyak

pada suatu sistem dengan mikrokontroler [18]. Gambar 2.24 menunjukkan konstruksi

keypad matriks 4×4.


28

Rangkaian keypad diatas terdiri dari 16 saklar push button dengan konfigurasi 4

baris dan 4 kolom. Delapan garis yang terdiri dari 4 baris dan 4 kolom tersebut

dihubungkan dengan port mikrokontroler 8 bit. Sisi baris dari keypad ditandai dengan

nama Row1, Row2, Row3 dan Row4 kemudian sisi kolom ditandai dengan nama Col1,

Col2, Col3 dan Col4. Sisi input atau output dari keypad 4×4 ini tidak mengikat, dapat

dikonfigurasikan kolom sebagai input dan baris sebagai output atau sebaliknya tergantung

programernya. Cara kerja keypad adalah sistem scanning yaitu mendeteksi terus menerus

apakah ada penekanan tombol [9],[15].

2.8. Transistor sebagai Saklar

Transistor merupakan komponen elektronika yang terdiri dari tiga lapisan

semikonduktor. Transistor jenis NPN terdapat 2 lapis n dan 1 lapis p, sedangkan jenis PNP

terdiri 2 lapis p dan 1 lapis n. Transistor mempunyai tiga kaki yang disebut dengan Emitor

(E), Basis/Base (B) dan Kolektor/collector (C) [16],[17]. Gambar 2.25 menunjukkan

perbedaan jenis NPN dan PNP.

Gambar 2.24 Konstruksi Keypad 4x4 [15]

Gambar 2.25 Perbedaan Transistor NPN dan PNP

[16]


29

Penerapan transistor tidak terbatas hanya untuk amplifikasi sinyal.

Melalui desain yang tepat dapat digunakan sebagai saklar untuk komputer dan kontrol

aplikasi [17]. Gambar 2.26 menunjukkan rangkaian transistor sebagai saklar.

Prinsip kerja transistor sebagai saklar adalah memanfaatkan kondisi jenuh dan cut-

off suatu transistor, dimana kedua kondisi ini bisa diperoleh dengan pengaturan besarnya

arus yang melalui basis transistor. Kondisi jenuh atau saturasi akan diperoleh jika basis

transistor diberi arus cukup besar sehingga transistor mengalami jenuh dan berfungsi

seperti saklar yang tertutup. Sedangkan kondisi cut-off diperoleh jika arus basis dilalui oleh

arus yang sangat kecil atau mendekati 0 amphere, sehingga transistor bekerja seperti saklar

yang terbuka.

Sebenarnya jenis transistor memiliki spesifikasi yang berbeda-beda mengenai arus

yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi jenuh atau cut-off. Tetapi biasanya tidak terlalu

jauh berbeda kecuali terbuat dari bahan semikonduktor yang berbeda (silikon atau

germanium).

Nilai saturasi untuk arus kolektor dihitung dengan persamaan 2.16 adalah berikut ini :

=

(2.16)

Nilai IB daerah aktif sebelum hasil saturasi dapat didekati dengan persamaan 2.17 adalah

berikut ini :

≅

(2.17)

= = ℎ (2.18)

Gambar 2.26 Transistor sebagai Saklar [17]


30

Nilai saturasi IB harus memenuhi syarat sesuai persamaan 2.19 adalah berikut ini :

>

(2.19)

Kemudian nilai hambatan masukan RB dapat dihitung dengan persamaan 2.20 adalah

berikut ini :

= ,

(2.20)

Nilai 0,7 volt pada persamaan 2.20 digunakan untuk bahan semikonduktor dari silikon, jika

menggunakan germanium adalah 0,3 volt.


31

BAB III

RANCANGAN PENELITIAN

3.1. Proses Kerja Sistem

Perancangan alat ini terdiri dari beberapa bagian utama, yaitu sistem mikro dengan

mikrokontroler ATmega8535, water flow sensor, solenoid valve, keypad dan LCD (liquid

crystal display). Power supply 5 dan 12 volt DC disediakan untuk alat yang membutuhkan

besar tegangan tersebut. Sistem mikro berfungsi sebagai pengendali utama input dan

output dari sistem alat ini. Gambar 3.1 menunjukkan diagram blok perancangan dari alat

ini.

Proses kerja alat adalah sebagai berikut : mikrokontroler sudah diberi program

untuk mengendalikan kerja dari alat. Pilihan atau masukan data dari keypad akan diterima

oleh mikrokontroler. Mikrokontroler akan memberikan keluaran ke LCD dan rangkaian

driver solenoid valve. Driver memberikan sinyal ON untuk mengaktifkan solenoid valve

sehingga air dapat mengalir. Aliran air yang mengalir akan terdeteksi oleh sensor.

Keluaran sensor berupa sinyal pulsa diolah oleh mikrokontroler menjadi counter yang

ditampilkan di LCD. Saat mencapai volume pilihan, mikrokontroler akan memberikan

sinyal OFF ke driver. Solenoid valve akan kembali ke posisi normal sehingga air berhenti

mengalir.

Gambar 3.1 Diagram Blok Perancangan

ke bagian yang membutuhkan

Sistem Mikro

PS +5 V

PS +12 V

Flow Sensor

Solenoid Valve

LCD

Keypad


32

3.2. Perancangan Perangkat Keras

3.2.1. Desain Alat Penakar Volume Air

Desain alat direncanakan seperti dispenser air minum yang berukuran kurang lebih

30 cm x 40 cm dengan tinggi 80 cm (sudah termasuk penampung air). Gambar 3.2

menunjukkan desain alat beserta bagian-bagiannya.

Beberapa bagian atau komponen akan ditempatkan di dalam box yaitu : rangkaian

sistem mikro, sensor, dan solenoid valve. Keypad dan LCD akan ditempatkan di luar box

karena sebagai input pilihan dan output tampilan.

3.2.2. Minimum Sistem ATmega8535

Rangkaian elektronika AVR mikrokontroler akan berfungsi dengan baik jika

dirangkai dengan sistem minimum pada chip AVR agar bekerja dengan optimal. Pada pin

Gambar 3.2 Desain Alat Penakar Volume Air

a. Pandangan samping

b. Pandangan depan

1

2

3

4

5 6

7

8

9

Keterangan :

1. Penampung air

2. Box

3. Solenoid valve

4. Water flow sensor

5. Saluran keluar air

6. Sistem Mikro

a. b.

7. Keypad

8. LCD

9. Driver solenoid valve

40 cm 30 cm

45 c

m

35 c

m


33

12 dan pin 13 adalah pin kristal eksternal yang harus dirangkaikan dengan kristal sebagai

sumber clock eksternal pada chip ATmega8535. Pada pin 9 adalah pin RESET yang harus

dirangkaikan dengan rangkaian reset, yang berfungsi sebagai pe-reset program apabila

terjadi error saat program berjalan.

Komponen yang dibutuhkan untuk rangkaian sumber clock eksternal adalah [11]:

a. satu buah Kristal 10 MHz

b. dua buah Kapasitor 22 pF

Nilai kapasitor diambil dari datasheet yang memiliki rentang dari 12 pF sampai 22 pF

dengan Kristal 10 MHz.

Komponen yang dibutuhkan untuk rangkaian reset adalah :

a. satu buah Kapasitor 22 pF

b. satu buah Push Button sebagai tombol Reset

Gambar 3.3 menunjukkan rangkaian minimum sistem ATmega8535.

Rangkaian reset pada perancangan menggunakan Reset Pull-up Resistor yang

sudah tersedia pada mikrokontroler dengan batasan sesuai datasheet sebesar 30 kΩ sampai

60 kΩ. Reset diperlukan untuk me-reset mikrokontroler secara otomatis setiap kali catu

daya dinyalakan dan me-reset program counter sehingga perintah program dieksekusi

dimulai pada alamat awal. Ketika catu daya diaktifkan, rangkaian reset menahan logika

rendah pada pin reset dengan jangka waktu tertentu. Sesuai datasheet, jangka waktu

Gambar 3.3 Minimum Sistem ATmega8535


34

minimal (t) yang direkomendasikan adalah 1,5 s dan tegangan reset (vC) adalah 0,2 volt

sampai 0,9 volt. Perhitungan RC time constant (t) mengacu pada persamaan 2.12 adalah :

= . t

0,9 = 5. ,t

0,18 = ,t

ln 0,18 = ln ,t

ln 0,18 = −1,5

t

8,75x10 = t

Nilai pull-up resistor minimal pada datasheet sebesar 30 kΩ, maka didapat nilai kapasitor

maksimal yang mengacu pada persamaan 2.10.

= t

=8,75x10

30x10= 29,16pF

Nilai pull-up resistor maksimal pada datasheet sebesar 60 kΩ, maka didapat nilai kapasitor

minimal yang mengacu pada persamaan 2.10.

= t

=8,75x10

60x10= 14,58pF

Dari perhitungan diperoleh nilai kapasitor minimal adalah 14,58 pF dan maksimal adalah

29,16 pF, maka dipilih nilai kapasitor (C3) standar adalah 22 pF.

3.2.3. Rangkaian Water Flow Sensor

Water flow sensor yang rencananya digunakan adalah water flow sensor G1/2.

Sensor bekerja dengan sistem hall effect. Sensor hall effect akan mengeluarkan output

pulsa sesuai dengan besarnya aliran air. Pulsa-pulsa tersebut akan diolah oleh

mikrokontroler berupa counter volume air yang melewati sensor. Rangkaian bekerja pada

tegangan 5 volt sampai 24 volt DC. Arus maksimum pada tegangan 5 volt DC adalah

sebesar 15 mA. Kabel output berjumlah 3 sudah didefinisikan fungsinya masing-masing

oleh produsennya. Gambar 3.4 dan tabel 3.1 menunjukkan rangkaian sensor ke

mikrokontroler ATmega8535.


35

Tabel 3.1 Konfigurasi Kabel Output Water Flow Sensor G1/2

No. Kabel Warna Kabel Fungsi Keterangan

1. a Merah VCC PS 5-24 VDC

2. b Kuning Sinyal pulsa Input ke mikrokontroler Pin

3. c Hitam Ground

Mengacu pada datasheet sensor dapat dihitung jumlah pulsa pada perancangan jika

debit air diketahui. Ketelitian sensor sebesar 3% saat debit air 1 liter per menit sampai 10

liter per menit. Apabila debit air 1 liter per menit maka dapat dihitung nilai frekuensi

pulsanya dengan mengacu pada persamaan 2.8.

= 7,5. = 7,5. 1 = 7,5Hz

Dari hasil perhitungan dapat disimpulkan saat debit air adalah 1 liter per menit maka pulsa

dari sensor adalah 7,5 pulsa per detik. Tabel 3.2 adalah contoh hubungan nilai volume

yang terukur sensor dengan jumlah pulsa sensor jika debit air adalah 1 liter per menit.

Tabel 3.2 Hubungan Volume dengan Jumlah Pulsa (jika Q = 1 liter/menit)

No. Volume Waktu Jumlah Pulsa Keterangan

1. 100 ml 6 detik 7,5 x 6 = 45 volume minimal pada perancangan

2. 1000 ml 1 menit 7,5 x 60 = 450

3. 2000 ml 2 menit 7,5 x 120 = 900 volume maksimal pada perancangan

Debit air dan jumlah pulsa yang telah diketahui menjadi acuan dalam proses pembuatan

program mikrokontrolernya.

Gambar 3.4 Rangkaian Sensor ke ATmega8535


36

3.2.4. Rangkaian Driver Solenoid Valve

Solenoid valve yang rencananya digunakan adalah electric solenoid valve G1/2

normally closed. Spesifikasi alat dari produsen adalah menggunakan power supply 12 volt

DC dan arus maksimum 450 mA. Driver dari mikrokontroler menuju solenoid valve

menggunakan transistor. Transistor bipolar adalah komponen yang bekerja berdasarkan

ada-tidaknya arus pemicuan pada kaki basisnya. Pada aplikasi driver, transistor bekerja

sebagai saklar yang pada saat tidak menerima arus pemicuan, maka transistor akan berada

pada posisi cut-off dan tidak menghantarkan arus, Ic = 0. Dan saat kaki basis menerima

arus pemicuan, maka transistor akan berubah ke keadaan saturasi dan menghantarkan

arus.

Gambar 3.5 menunjukkan rangkaian praktis driver solenoid valve. Ketika

mikrokontroler memberikan logika 1, maka akan memicu transistor sehingga solenoid

valve akan ON. Sebaliknya ketika mikrokontroler memberikan logka 0, maka transistor

tidak terpicu dan solenoid valve kembali OFF.

Rangkaian driver menggunakan transistor Darlington tipe TIP31, 2 resistor dan 1

dioda 1N4001. Penguatan transistor TIP31 (bdc=hFE) ditentukan sebesar 150 yang

diambil dari grafik DC Current Gain TIP31. Sedangkan untuk resistor RB dapat dihitung

dengan acuan persamaan 2.16, 2.17 dan 2.20.

=

≈ 450mA

≅ 450mA

150≅ 3mA

Gambar 3.5 Rangkaian Driver Solenoid Valve


37

= − 0,7

= − 0,7

=

5 − 0,7V

3mA= 1433,33Ω

Dipilih nilai resistor RB adalah 1,5 kΩ, sesuai nilai standar resistor dipasaran.

Perhitungan ulang untuk memastikan nilai resistor (RB) yang akan digunakan

memenuhi syarat arus maksimal solenoid valve 450 mA dengan acuan persamaan 2.17 dan

2.20.

= − 0,7

=

5 − 0,7V

1,5kΩ= 2,87mA

= . b = 2,87.150 = 430,5mA

= 430,5mA < 450mA

Pada datasheet solenoid valve terdapat tekanan operasi 0,02 MPa sampai 0,8 MPa

yang artinya solenoid valve akan bekerja dengan baik saat tekanan air antara 0,02 MPa

sampai 0,8 MPa. Apabila di bawah 0,02 MPa maka aliran akan mengecil dan jika di atas

0,8 MPa maka solenoid valve tidak akan kuat menutup maksimal (tekanan terlalu besar).

Desain perancangan menggunakan galon air minum 19 liter dengan memanfaatkan

gravitasi bumi dan perhitungan tekanan air dalam galon menggunakan persamaan 2.7

adalah sebagai berikut :

= 1000kg/m

= 10m/s

ℎ = 35cm = 0,35m

ℎ = . . ℎ

ℎ = 1000. 10.0,35 = 3500Pa = 0,0035MPa

Berarti tekanan air dalam galon adalah 0,0035 MPa yaitu di bawah tekanan operasi

solenoid valve.

Sedangkan pengujian terhadap kerja solenoid valve saat dialiri air dengan tekanan

rendah masih bisa mengalir dengan lancar, yang artinya solenoid valve masih bisa

beroperasi. Ditambah lagi dengan perancangan alat yang dipakai untuk mengukur volume

dengan batasan antara 100 ml sampai 2000 ml.


38

3.2.5. Rangkaian LCD 2x16

Gambar 3.6 menunjukkan rangkaian mikrokontroler ATmega8535 ke LCD 2x16.

Power supply menggunakan 5 VDC dan pin 4, 5, 6, 11, 12, 13 dan 14 dihubungkan ke Port

C mikrokontroler. Baris pertama LCD akan menampilkan mode volume pilihan, sedangkan

baris kedua menampilkan counter saat sensor membaca aliran air.

3.2.6. Rangkaian Keypad 4x4

Gambar 3.7 menunjukkan rangkaian ATmega8535 ke keypad. Baris A, B, C dan D

sebagai input ke mikrokontroler pada Port D0 sampai D3. Kolom 1, 2, 3 dan 4 sebagai

output dari mikrokontroler Port D4 sampai D7.

Gambar 3.6 Rangkaian ATmega8535 ke LCD 2x16

Gambar 3.7 Rangkaian ATmega8535 ke keypad


39

Tabel 3.3 merupakan tombol-tombol keypad yang dibutuhkan pada perancangan ini.

Tabel 3.3 Tombol Keypad Perancangan

No. Tombol Tombol Pilihan Keterangan

1. Angka 0 sampai 9 untuk input angka

2. Khusus

Mode “Khusus” untuk memilih mode khusus

Mode “Lain” untuk memilih mode lain

RUN untuk menjalankan perintah / eksekusi

Cancel membatalkan perintah / kembali ke awal

Clear Menghapus salah ketik

Mode “Khusus” dan mode “Lain” merupakan mode utama yang disediakan untuk

pemilihan volume. Pilihan volume dapat dilihat pada tabel 3.3. Tombol “RUN” merupakan

tombol “Running process” yaitu menjalankan perintah atau tombol eksekusi. Tombol

“Cancel” disediakan untuk membatalkan perintah ketika terjadi kesalahan pemilihan.

Tombol “Clear” untuk menghapus salah pengetikan keypad.

3.2.7. Kalibrasi Volume

Kalibrasi dilakukan untuk memastikan nilai dari hasil pengukuran alat sesuai

dengan standar ukur nasional maupun internasional [2]. Pengukuran volume terutama

volume benda cair, yang paling umum digunakan untuk mengukur adalah gelas ukur

seperti pada gambar 2.1. Gelas ukur sudah ada garis atau nilai besaran volume yang sudah

distandarkan. Pada perancangan alat ini akan menggunakan gelas ukur kapasitas 2000

mililiter yang berfungsi sebagai penampung dan pengukur volume air keluaran dari alat

secara visual. Gelas ukur ini memiliki ketelitian garis skala 20 mililiter. Proses kalibrasi

menggunakan timbangan digital. Kalibrasi menggunakan timbangan ini terkait dengan

proses pengujian alat yang harus dilakukan beberapa kali uji dengan rentang uji tertentu.

Tujuannya adalah mendapatkan nilai nominal yang terbaca berbentuk angka. Proses ini

harus memperhitungkan berat penampung air dan berat jenis air. Karena yang diukur

adalah volume air maka berat jenis air adalah 1000 kg/m3, yang berarti air dengan volume

1 liter bila diukur beratnya adalah 1 kg.

Berkaitan dengan desain alat dan program mikrokontroler, pada saat counter

volume tercapai dan mikrokontroler mematikan solenoid valve, pasti ada volume air


40

dengan nilai tertentu yang masih keluar sebagai sisa. Hal ini disebabkan karena desain

perancangan solenoid valve berada di atas flow sensor, supaya lebih jelas akan ditunjukkan

pada gambar 3.8. Besarnya nilai volume sisa harus diperhitungkan atau diketahui agar

pengukuran alat bisa tepat. Nilainya menjadi dasar pada saat pembuatan program

mikrokontrolernya.

Volume sisa dapat dihitung dengan persamaan volume tabung jika diameter tabung

16 mm dan tinggi 80 mm.

= . .

= . 8. 80 = 16084,95mm = 16,09 ml

Sehingga disimpulkan untuk mencapai volume yang tepat pada perancangan ini, besarnya

volume adalah hasil penjumlahan antara volume yang terbaca sensor ditambah dengan

volume sisa.

3.3. Perancangan Perangkat Lunak

3.3.1. Mode Pilihan Volume

Pilihan volume pada alat ini direncanakan menggunakan 2 mode utama. Mode

pilihan dibuat seperti pilihan nominal uang mesin ATM (Automatic Teller Machine). Tabel

3.4 menunjukkan pembagian pilihan volume pada alat ini. Mode pertama adalah mode

“Khusus” dengan pilihan nominal yang telah di-setting pada sistem. Mode yang kedua

adalah mode “Lain” untuk pemilihan volume tertentu melalui pengetikan nominal volume

pada keypad. Batasan untuk mode “Lain” adalah nominal terkecil sebesar 100 ml dan

nominal terbesar 2000 ml dengan kelipatan 100 ml.

Gambar 3.8 Desain antara Solenoid Valve dan Sensor


41

Ya

Tidak

Tabel 3.4 Mode Pilihan Volume

No. Mode Tombol Pilihan Keterangan

1. Khusus

1 Volume 200 ml

2 Volume 500 ml

3 Volume 1000 ml

4 Volume 2000 ml

2. Lain Ketik nominal Dari 100 ~ 2000 ml, kelipatan 100 ml

3.3.2. Diagram Alir Utama

Gambar 3.9 menunjukkan proses mikrokontroler secara keseluruhan.

Start

Inisialisasi Port

Pilih Mode

Solenoid Valve ON

Volume

tercapai?

Sensor membaca

Solenoid Valve OFF

Tampilkan LCD

Stop

Gambar 3.9 Diagram Alir Program Utama

Tampilkan LCD

Run

ning

pro

cess


42

Setelah start, program melakukan inisialisaisi terhadap port-port mikrokontroler.

Proses pertama adalah pemilihan mode yang di-input melalui keypad yang nantinya akan

ditampilkan pada LCD baris pertama. Kemudian air akan mengalir dan counter akan

ditampilkan LCD baris kedua. Ketika counter sudah tercapai sesuai dengan program mode

volume pilihan maka solenoid valve akan OFF dan proses berhenti. Running process

merupakan proses eksekusi program dari menampilkan ke LCD baris pertama sampai

solenoid valve menutup (air berhenti mengalir).

3.3.3. Diagram Alir Mode

Mode pada perancangan alat ini dibagi menjadi 2, yaitu mode “Khusus” dan mode

“Lain”. Gambar 3.10 menunjukkan diagram alir pilihan mode perancangan alat ini.

Pilih mode “Khusus” dengan menekan tombol “Khusus” pada keypad yang berarti

sistem akan masuk dalam mode “Khusus”. LCD akan menampilkan tulisan “ Mode

Khusus”. Pilih mode “Lain” dengan menekan tombol “Lain” pada keypad yang berarti

sistem akan masuk dalam mode “Lain”. LCD akan menampilkan tulisan “ Mode Lain”.

Tekan tombol “Cancel” untuk membatalkan atau kembali ke mode awal.

Start

Inisialisasi Port

Mode “Khusus”

Stop

Gambar 3.10 Diagram Alir Pilihan Mode

Pilih Mode

Mode “Lain”


43

3.3.4. Diagram Alir Mode Khusus

Disediakan 4 pilihan volume pada mode “Khusus” seperti pada tabel 3.4. Gambar

3.11 menunjukkan diagram alir dari proses alat ketika dipilih mode “Khusus”.

Pilih “1” dengan menekan tombol angka 1 pada keypad kemudian ditekan tombol

RUN, maka alat akan mengeluarkan air dengan volume 200 ml. sedangkan pilih “2” untuk

volume 500 ml, pilih “3” untuk volume 1000 ml dan pilih “4” untuk volume 2000 ml.

Ketika menekan tombol selain 1 sampai 4, maka pada LCD akan menampilkan tulisan

“Pilihan Salah”.

3.3.5. Diagram Alir Mode Lain

Mode “Lain” disediakan untuk pemilihan volume dengan cara mengetik pada

keypad besar volume air yang akan dikeluarkan oleh alat. Besar volume tersebut dalam

satuan milliliter. Batasan mode “Lain” seperti pada tabel 3.4. Gambar 3.12 menunjukkan

diagram alir dari proses alat ketika dipilih mode “Lain”.

Start

Inisialisasi Port

Stop

Gambar 3.11 Diagram Alir Program Mode “Khusus”

Pilih “RUN”

Mode “Khusus”

Pilih “1” Pilih “2” Pilih “3” Pilih “4”


44

Tidak

Ya

Sebagai contoh : dengan mengetik angka 100 pada keypad kemudian ditekan

tombol RUN, maka alat akan mengeluarkan air dengan volume 100 ml. Diagram alir

menjelaskan program mikrokontroler saat mendapat masukan dari keypad. Pada mode

“Lain” ada batasan nilai volume yang yang diprogram mikrokontroler, yaitu kelipatan 100

ml dengan minimum 100 ml dan maksimum 2000 ml. ketika input keypad sesuai dengan

batasan maka mikrokontroler akan melanjutkan proses selanjutnya yaitu “running

process”. Tetapi jika input keypad selain batasan yang diberikan, maka mikrokontroler

akan menampilkan tulisan pada LCD yaitu “Pilihan Salah”.

Gambar 3.12 Diagram Alir Program Mode “Lain”

Pilih “RUN”

Start

Inisialisasi Port

Stop

LCD :“Pilihan

Salah”

100≤”ml”≤2000;

kelipatan 100 ?

Mode “Lain”

Ketik Volume (ml)


45

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini membahas hasil dari sistem yang telah dirancang sebelumnya melalui

percobaan dan pengujian. Bertujuan agar diperoleh data-data untuk mengetahui alat yang

dirancang telah bekerja dengan baik atau tidak. Data yang diambil adalah volume air yang

keluar dan diukur dengan alat ukur yang standar atau alat pembanding. Kemudian

diperoleh data perbandingan antara nilai masukan dan keluaran pada sistem. Persentase

error dihitung dari selisih nilai antara masukan dan keluaran.

4.1. Bentuk Fisik Alat dan Hardware Elektronik

4.1.1. Bentuk Fisik Alat Penakar Volume Air

Bentuk fisik dari alat penakar volume air berbasis mikrokontroler memiliki bagian

utama yang ditunjukkan pada gambar 4.1. dan gambar 4.2.

Gambar 4.1 menunjukkan alat tampak depan yang terdiri atas box dispenser, penampung

air dari galon 19 liter, LCD 16x2 untuk menampilkan karakter data, keypad membran

matrik 4x4 sebagai masukan dan pipa saluran keluar air.

Gambar 4.1 Implementasi Sistem (Tampak Depan)

Box

dispenser

LCD

Keypad

Pipa saluran

air

Galon

19 liter


46

Untuk mendapatkan hasil yang baik dari sistem, maka hasil implementasi sistem

telah mengalami perubahan dari perancangan awal yang sudah dibuat pada bab

sebelumnya. Perancangan sebelumnya tidak menggunakan pompa pada sistem, tetapi pada

implementasi menggunakan pompa aquarium. Hal ini terkait dengan kerja solenoid valve

yang membutuhkan air bertekanan cukup untuk membuka valve. Percobaan tanpa

menggunakan pompa sudah dilakukan dan hasilnya aliran air pada sistem tidak lancar. Air

yang mengalir dari tampungan tidak kuat mendorong valve untuk buka maksimal dan

akibatnya aliran air terlalu kecil atau bahkan tidak bisa mengalir.

Alasan penambahan pompa karena kesulitan dalam mencari solenoid valve yang

bekerjanya tidak membutuhkan tekanan. Sehingga diputuskan ditambahkan pompa

aquarium agar air yang masuk ke solenoid valve memiliki tekanan yang cukup dan dapat

mendorong katup untuk membuka. Air yang mengalir keluar solenoid valve dapat terbaca

oleh sensor, dan sistem dapat bekerja dengan baik.

Gambar 4.2 menunjukkan alat bagian dalam dispenser yang terdiri atas power supply,

penampung air dari galon, pompa aquarium, solenoid valve dan flow sensor. Air dari

penampung akan dipompa melewati buka-tutup solenoid valve dan alirannya akan terbaca

oleh flow sensor.

Gambar 4.2 Implementasi Sistem Bagian Dalam

(Tampak Samping)

Flow

sensor

Solenoid

valve

Pompa aquarium

220 AC

Supply 5V DC

dan 12 V DC

Supply 220V

Penampung

dari galon


47

4.1.2. Hardware Elektronik Alat Penakar Volume Air

Hardware elektronik dari alat penakar volume air berbasis mikrokontroler

ditunjukkan pada gambar 4.3.

Sistem mikro berfungsi sebagai pengendali utama dari sistem alat ini. Sistem mikro

mengunakan 1 buah mikrokontroler ATmega8535. Mikrokontroler mendapat input dari

keypad dan flow sensor, sedang output-nya mengendalikan driver solenoid valve dan

tampilan pada LCD 16x2. Sesuai perancangan, keypad dihubungkan ke port D, LCD

dihubungkan ke port C, output dari sensor masuk ke pin B.1, dan output pin A.1 menuju

driver pompa dan valve.

4.2. Cara Penggunaan Alat

Untuk menggunakan alat ini user dapat mengikuti langkah-langkah yang

ditampilkan pada LCD. Pada panel depan juga ditempel panduan penggunaan alat untuk

mempermudah penggunaan alat. Panduan penggunaan alat dapat dilihat pada lembar

lampiran 2. Power supply alat ini menggunakan tegangan 220 volt dan tombol ON / OFF

berada di sisi belakang alat. Awalnya user diminta untuk memilih mode melalui keypad.

Ada 2 mode pada alat ini, yaitu mode “Khusus” dan mode “Lain”. Pilihan nominal mode

“Khusus” telah di-setting pada sistem, yaitu : 200 ml, 500 ml, 1000 ml dan 2000 ml. Mode

Gambar 4.3 Implementasi Hardware

Elektronik pada Sistem

LCD

Input

keypad

Sistem mikro

Driver valve

dan pompa


48

yang kedua adalah mode “Lain” untuk pemilihan volume tertentu melalui pengetikan

nominal volume pada keypad. Batasan untuk mode “Lain” adalah nominal terkecil sebesar

100 ml dan nominal terbesar 2000 ml dengan kelipatan 100 ml. Tampilan awal ketika alat

dihidupkan ditunjukkan pada gambar 4.4.

Ketika alat dihidupkan, maka pada LCD akan langsung muncul tulisan “Pilih MODE”

sebagai mode awal dari sistem. User tinggal pilih mode yang diinginkan, yaitu mode

“Khusus” atau mode “Lain” dengan menekan tombol pada keypad.

4.2.1. Cara Penggunaan Mode Khusus

Di bawah ini merupakan urutan cara penggunaan Mode Khusus :

1. Tekan tombol “Khusus”, maka pada LCD muncul tulisan “Mode Khusus” pada baris

pertama dan tulisan “1 - 4” pada baris kedua.

2. Tekan tombol “1” untuk pilih volume 200 ml, tombol “2” untuk pilih volume 500 ml,

tombol “3” untuk pilih volume 1000 ml dan tombol “4” untuk pilih volume 2000 ml.

Jika tekan tombol selain “1”, “2”, “3” dan “4” maka akan muncul tulisan “Pilihan

Salah” pada LCD yang berarti pilihan tidak ada pada sistem.

3. Setelah tekan tombol “1”, “2”, “3” atau “4” maka pada LCD muncul tulisan “Anda

Pilih : ” pada baris pertama dan baris kedua muncul tulisan nilai volume yang dipilih.

4. Tekan tombol “Cancel” untuk membatalkan pilihan dan akan kembali ke mode awal.

5. Siapkan penampung air.

Gambar 4.4 Tampilan Awal Sistem dan Tombol Keypad


49

6. Tekan tombol “RUN” untuk menjalankan pilihan volume, maka air akan keluar.

7. Setelah tombol “RUN” ditekan, user tidak bisa melakukan pembatalan, kecuali

dimatikan power supply-nya.

8. Saat proses run, pada LCD muncul tulisan “Silakan Tunggu !!” pada baris pertama

dan baris kedua adalah tampilan pencacah (counter) yang menghitung pulsa dari

sensor.

9. Setelah counter mencapai batas volume dalam program, maka pada LCD muncul

tulisan “Selesai” pada baris kedua dan akan kembali ke mode awal sistem.

10. Proses penggunaan mode Khusus selesai.

4.2.2. Cara Penggunaan Mode Lain

Di bawah ini merupakan urutan cara penggunaan Mode Lain :

1. Tekan tombol “Lain”, maka pada LCD muncul tulisan “Mode Lain” pada baris

pertama dan tulisan “100ml – 2000ml” pada baris kedua.

2. Setelah beberapa saat pada LCD muncul tulisan “Input Vol. : ” pada baris pertama.

Berarti user diminta mengetik nilai volume yang diinginkan.

3. Ketik nilai volume sesuai dengan batasan Mode Lain pada sistem. Jika mengetik diluar

batasan Mode Lain maka setelah ditekan tombol “RUN” akan muncul tulisan “Pilihan

Salah” pada LCD yang berarti pilihan tidak ada pada sistem.

4. Tekan tombol “Clear” untuk menghapus salah ketik.

5. Tekan tombol “Cancel” untuk membatalkan pilihan dan akan kembali ke mode awal.

6. Siapkan penampung air.

7. Tekan tombol “RUN” untuk menjalankan pilihan volume, maka air akan keluar dari

pipa.

8. Setelah tombol “RUN” ditekan, user tidak bisa melakukan pembatalan, kecuali

dimatikan power supply-nya.

11. Saat proses run, pada LCD muncul tulisan “Silakan Tunggu !!” pada baris pertama

dan baris kedua adalah tampilan pencacah (counter) yang menghitung pulsa dari

sensor.

9. Setelah counter mencapai batas volume dalam program, maka pada LCD muncul

tulisan “Selesai” pada baris kedua dan akan kembali ke mode awal sistem.

10. Proses penggunaan mode Lain selesai.


50

4.3. Percobaan Alat

Percobaan alat bertujuan untuk mencari nilai set point yang tepat dari tiap-tiap

pilihan volume pada sistem. Set point adalah nilai acuan yang digunakan di dalam program

sebagai pengendali sistem untuk mencapai volume air tertentu. Set point ini berupa nilai

pencacah (counter) dari sinyal pulsa yang dihasilkan oleh sensor ketika dialiri air.

Yang dilakukan pertama adalah pengujian alat untuk mengetahui besarnya debit air

pada sistem. Nilai debit air digunakan untuk menghitung frekuensi pulsa dari sensor.

Frekuensi pulsa tersebut digunakan untuk perhitungan set point volume pada program.

Pengujian debit air dilakukan dengan parameter isi galon penuh dan setengah. Hasil

pengujian ditunjukkan pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Debit Air pada Sistem

Debit Air (liter/menit)

Pengujian Galon Penuh Galon Setengah Selisih

ke-1 2,44 2,37 0,07

ke-2 2,32 2,29 0,034

ke-3 2,32 2,24 0,08

Rata-rata 2,36 2,3

Parameter isi galon digunakan untuk mendapatkan data pengaruh isi galon terhadap

debit air pada sistem. Dari hasil pengujian debit air yang ditunjukkan tabel 4.1, rata-rata

debit air saat isi galon penuh adalah 2,36 liter/menit dan saat isi galon setengah adalah 2,3

liter/menit. Selanjutnya adalah perhitungan nilai frekuensi pulsa berdasarkan persaman 2.8.

Jika isi galon penuh debit airnya 2,36 liter/menit maka frekuensi pulsanya adalah :

= 7,5. = 7,5. 2,36 = 17,7Hz

Jika isi galon setengah debit airnya 2,3 liter/menit maka frekuensi pulsanya adalah :

= 7,5. = 7,5. 2,3 = 17,24Hz

Dengan diketahuinya nilai debit air dan frekuensi pulsa maka dihitung nilai set

point perhitungan tiap-tiap pilihan volume. Tabel pengaruh perbedaan debit air dan

frekuensi pulsa terhadap waktu dan nilai set point dapat dilihat pada lembar lampiran 3.

Dari tabel lampiran tersebut disimpulkan bahwa perbedaan debit air hanya berpengaruh

terhadap lamanya waktu untuk mencapai nilai volume. Sedangkan nilai set point tiap


51

volume selalu sama. Tabel 4.2 menunjukkan hasil set point perhitungan pada tiap-tiap

volume pilihan yang diambil dari lampiran 3.

Tabel 4.2 Set Point Perhitungan tiap Volume Pilihan

Volume 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Set Point 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450

Volume 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

Set Point 495 540 585 630 675 720 765 810 855 900

Dari tabel 4.2 disimpulkan bahwa untuk volume kelipatan 100 ml, set point

perhitungannya adalah kelipatan 45. Persamaannya adalah sebagai berikut :

= 0,45

Nilai set point perhitungan ini akan menjadi dasar untuk menentukan nilai set point

pada program. Set point program adalah nilai set point yang dipakai di dalam program. Set

point program berbeda dengan set point perhitungan. Perbedaan set point tersebut didasari

oleh desain alat dan hasil percobaan set point.

4.3.1. Set Point Program Dipengaruhi Desain Alat

Set point program ini terkait dengan desain alat yaitu adanya volume sisa pada

saluran air seperti dibahas dalam bab perancangan alat. Gambar 4.5 menunjukkan volume

sisa saluran air pada alat.

80 m

m

Solenoid valve 16 mm

9,

8 m

m

120 mm

Volume

sisa di pipa

Flow sensor

Pipa keluar

Volume sisa

valve ke sensor

Gambar 4.5 Volume Sisa pada Alat


52

Pada gambar 4.5 ada 2 bagian volume sisa yang diperhitungkan, yaitu volume sisa

valve ke sensor dan volume sisa di pipa. Volume sisa valve ke sensor adalah volume sisa

yang masih terbaca oleh sensor setelah valve menutup. Hal ini karena posisi sensor yang

berada di bawah valve. Dengan ukuran pipa diameter 16 mm dan panjang jarak valve ke

sensor 80 mm, maka dapat dihitung volume sisanya adalah sebagai berikut :

= . . = . 8. 80 = 16084,95mm = 16,09 ml

Pipa keluar air dibuat melengkung naik pada ujung dengan tujuan untuk

mempercepat proses berhentinya air. Jika dibuat seperti kran air biasa maka pada saat

akhir aliran air akan menetes beberapa waktu karena pipa keluar air yang cukup panjang.

Sehingga untuk memotong proses menetesnya air dan mempercepat berhentinya air, desain

pipa keluar air dibuat seperti ditunjukkan gambar 4.5. Volume sisa di pipa adalah volume

sisa akibat desain pipa keluar air yang melengkung. Ukuran pipa diameter 9,8 mm dan

panjang 120 mm, maka dapat dihitung volume sisanya adalah sebagai berikut :

= . . = . 4,9. 120 = 9051,56mm = 9,05 ml

Selisih dari volume sisa valve ke sensor dan volume sisa di pipa merupakan volume

sisa untuk perhitungan nilai set point program. Selisih volume sisanya adalah 7,04 ml.

Mengacu pada perancangan tentang hubungan volume dengan jumlah pulsa pada tabel 3.2,

maka dapat dihitung jumlah pulsa untuk mencapai volume 7,04 ml adalah 3,17 dibulatkan

menjadi 3 pulsa.

Nilai set point program adalah nilai set point perhitungan pada tabel 4.2 dikurangi 3

tiap pilihan volume. Nilai set point program yang dipengaruhi oleh desain alat ditunjukkan

pada tabel 4.3.

Tabel 4.3 Set Point Program Dipengaruhi Desain Alat

Volume 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Set Point 42 87 132 177 222 267 312 357 402 447

Volume 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

Set Point 492 537 582 627 672 717 762 807 852 897

Dari tabel 4.3, pada volume 100 ml maka set point programnya adalah 43. Nilai tersebut

diperoleh dari set point perhitungan dikurangi jumlah pulsa volume sisa karena desain alat,


53

yaitu 45 dikurangi 3, begitu seterusnya untuk volume yang lain. Set point tersebut

dimasukkan ke dalam program. Persamaan untuk nilai set point program pada tabel 4.3

adalah sebagai berikut :

= (0,45. ) − 3

Hasil percobaan set point program yang dipengaruhi desain alat secara lengkap

dapat dilihat pada lembar lampiran 4. Percobaan dilakukan pada volume kelipatan 100 dari

volume 100 ml sampai 2000 ml. Dari hasil percobaan disimpulkan bahwa semua hasil

volume keluaran lebih besar dari nilai volume masukan. Persentase error terkecil adalah

4,42% dan terbesar adalah 9,33%.

4.3.2. Set Point Program dari Percobaan

Set point program dari percobaan adalah set point program yang dicari dengan cara

percobaan beberapa persamaan pada program kemudian diujikan pada alat untuk mencari

persamaan set point program yang terbaik. Persamaan set point program yang terbaik jika

perbandingan masukan dan keluaran volume dari alat memiliki selisih atau nilai persentase

error terkecil. Cara percobaannya dengan ubah nilai set point pada program kemudian

ambil data. Dari beberapa percobaan diperoleh data-data dan diambil nilai set point yang

terbaik. Data set point program yang diambil dari beberapa percobaan secara lengkap dapat

dilihat pada lembar lampiran 5 yaitu hasil percobaan set point program berdasarkan

percobaan. Tabel 4.4 menunjukkan nilai set point program yang terbaik dari percobaan.

Tabel 4.4 Set Point Program dari Percobaan

Volume 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Set Point 39 82 124 167 209 252 294 337 379 422

Volume 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

Set Point 464 507 549 692 643 677 719 762 804 847

Persamaan untuk nilai set point program pada tabel 4.4 adalah sebagai berikut :

= (0,425. ) − 3

Persamaan Set point tersebut merupakan persamaan terbaik dari beberapa

percobaan yang telah dilakukan. Percobaan dilakukan pada volume 100 ml, 500 ml, 1000


54

ml, 1500 ml dan 2000 ml. Hasil percobaan dengan persamaan set point di atas adalah

volume masukan dan keluaran memiliki selisih terbesar yaitu 4 ml pada percobaan volume

1500 ml. Sedangkan persentase error terkecil adalah 0,1% dan terbesar adalah 1%.

4.4. Pengujian Keberhasilan

Pengujian dilakukan untuk mengambil data volume keluaran dari alat yang

kemudian diukur dengan alat ukur standar. Proses kalibrasi menggunakan timbangan

digital. Air yang keluar dari alat ditampung menggunakan gelas ukur kapasitas 2000

mililiter. Gelas ukur ini memiliki ketelitian garis skala 20 mililiter. Untuk mengamati

kestabilan dan ketelitian pengukuran, maka akan dikalibrasi dengan timbangan digital.

Timbangan digital yang digunakan memiliki kapasitas berat maksimum sebesar 5 kg dan

ketelitian 1 gram. Gambar 4.6 menunjukkan proses kalibrasi volume air yang diukur

dengan timbangan digital.

Mengacu pada perancangan kalibrasi volume, berat gelas ukur dan berat jenis air

harus diperhitungkan. Berat gelas ukur kosong saat ditimbang adalah 212 gram seperti

ditunjukkan pada gambar 4.6. Nilai 212 tersebut dijadikan nilai awal pada proses kalibrasi.

Saat gelas ukur terisi air dan ditimbang, maka nilai yang terbaca oleh timbangan dikurangi

212 adalah berat dari air di dalam gelas ukur. Karena berat jenis air adalah 1 kg/dm3, maka

berat air di dalam gelas ukur sama dengan volume air di dalam gelas ukur dalam milliliter.

Pengambilan data didasarkan pada mode pilihan, yaitu mode Khusus dan mode Lain.

Gambar 4.6 Kalibrasi Volume Air dengan

Timbangan Digital


55

Perbandingan keluaran terhadap masukan volume tersebut dijadikan data persentase error

dari hasil pengujian. Bila mengacu dari karakteristik sensor, kepresisian sensor adalah 3%

pada rentang debit 1 sampai 10 liter per menit. Dengan debit air pada alat antara 2 sampai

3 liter per menit, maka alat dinyatakan berhasil bila persentase error di bawah 3%.

4.4.1. Pengujian Volume Mode Khusus

Pengujian volume mode Khusus dilakukan sebanyak 3 kali pengambilan data. Hasil

pengujian ditunjukkan pada tabel 4.5 dan grafiknya ditunjukkan pada gambar 4.7.

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Mode Khusus

Pengujian I Pengujian II Pengujian III

Input

Vol. (ml)

Output

Vol. (ml)

Selisih

(ml)

Error

(%)

Output

Vol. (ml)

Selisih

(ml)

Error

(%)

Output

Vol. (ml)

Selisih

(ml)

Error

(%)

200 200 0 0 202 2 1 201 1 0,5

500 502 2 0,4 503 3 0,6 498 -2 0,4

1000 998 -2 0,2 1002 2 0,2 996 -4 0,4

2000 1996 -4 0,2 1999 -1 0,05 1995 -5 0,25

Berdasarkan hasil pengujian tabel 4.5, pengujian sebanyak 3 kali pada volume 200

ml, 500 ml, 1000 ml dan 2000 ml. Hasil pengujian menunjukkan ada 6 data volume

-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,1

200 500 1000 2000

Erro

r (%

)

Volume (mililiter)

Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3

Gambar 4.7 Grafik Persentase Error Terhadap Volume pada Mode Khusus


56

keluaran yang kurang dari volume masukan, 5 data volume keluaran yang melebihi volume

masukan dan 1 data volume keluaran sama dengan volume masukan. Selisih volume

terbesar adalah minus 5 ml pada pengujian ke-3 dengan volume masukan 2000 ml.

Persentase error terbesar adalah 1% pada pengujian ke-2 dengan volume masukan 200 ml.

Perhitungan persentase error pada tabel 4.5 persamaannya sebagai berikut :

(%) = ℎ −

100%

(%) = 2

200100%

(%) = 1%

Berdasarkan grafik pada gambar 4.7 menunjukkan persentase error terbesar pada

masukan volume kecil dan mengalami penurunan error di volume yang besar yaitu volume

1000 ml sampai 2000 ml. Hal tersebut disebabkan karena perhitungan persentase error

menggunakan volume masukan sebagai pembagi. Mengacu dari karakteristik kepresisian

sensor, maka pengujian volume mode Khusus dinyatakan berhasil dengan persentase error

terbesar adalah 1%.

4.4.2. Pengujian Volume Mode Lain

Pengujian volume mode Lain sama seperti mode Khusus yaitu dilakukan 3 kali

pengambilan data. Hasil pengujian ditunjukkan pada tabel 4.6 dan grafiknya ditunjukkan

pada gambar 4.8.

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Mode Lain


Input

Vol. (ml)

Output

Vol. (ml)

Selisih

(ml)

Error

(%)

Output

Vol. (ml)

Selisih

(ml)

Error

(%)

Output

Vol. (ml)

Selisih

(ml)

Error

(%)

100 100 0 0 99 -1 1 102 2 2

200 202 2 1 203 3 1,5 203 3 1,5

300 302 2 0,67 299 -1 0,33 303 3 1

400 401 1 0,25 403 3 0,75 402 2 0,5

500 500 0 0 500 0 0 502 2 0,4

600 603 3 0,5 603 3 0,5 600 0 0


57

Tabel 4.6 (Lanjutan) Hasil Pengujian Mode Lain


Input

Vol. (ml)

Output

Vol. (ml)

Selisih

(ml)

Error

(%)

Output

Vol. (ml)

Selisih

(ml)

Error

(%)

Output

Vol. (ml)

Selisih

(ml)

Error

(%)

700 700 0 0 700 0 0 701 1 0,14

800 803 3 0,375 799 -1 0,13 799 -1 0,13

900 898 -2 0,22 897 -3 0,33 901 1 0,11

1000 1000 0 0 1004 4 0,4 997 -3 0,3

1100 1100 0 0 1100 0 0 1099 -1 0,09

1200 1202 2 0,17 1201 1 0,08 1202 2 0,17

1300 1299 -1 0,08 1296 -4 0,31 1301 1 0,08

1400 1400 0 0 1397 -3 0,21 1398 -2 0,14

1500 1499 -1 0,07 1500 0 0 1497 -3 0,2

1600 1597 -3 0,19 1599 -1 0,06 1597 -3 0,19

1700 1697 -3 0,18 1698 -2 0,12 1696 -4 0,29

1800 1796 -4 0,22 1795 -5 0,28 1797 -3 0,17

1900 1897 -3 0,16 1900 0 0 1895 -5 0,26

2000 1999 -1 0,05 1998 -2 0,1 1996 -4 0,2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

100

200

300

400

500

600

700

800

900

100

0

110

0

120

0

130

0

140

0

150

0

160

0

170

0

180

0

190

0

200

0

Erro

r (%

)

Volume (mililiter)

Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3

Gambar 4.8 Grafik Persentase Error Terhadap Volume pada Mode Lain


58

Berdasarkan hasil pengujian tabel 4.6, pengujian sebanyak 3 kali pada volume 100

ml sampai 2000 ml dengan kelipatan 100 ml. Hasil pengujian menunjukkan ada 28 data

volume keluaran yang kurang dari volume masukan, 20 data volume keluaran yang

melebihi volume masukan dan 12 data volume keluaran sama dengan volume masukan.

Selisih volume terbesar adalah minus 5 ml pada pengujian ke-2 dengan volume masukan

1800 ml dan pengujian ke-3 dengan volume masukan 1900 ml. Persentase error terbesar

adalah 2% pada pengujian ke-3 dengan volume masukan 100 ml. Perhitungan persentase

error pada tabel 4.6 persamaannya sebagai berikut :

(%) = ℎ −

100%

(%) = 2

100100%

(%) = 2%

Berdasarkan grafik pada gambar 4.8 menunjukkan karakteristik grafik yang sama

seperti pada mode Khusus. Yaitu menunjukkan persentase error terbesar pada volume

kecil dan mengalami penurunan error di volume yang besar. Pada volume 100 ml sampai

600 ml sebagian besar keluaran lebih besar dari masukan volume, sedangkan pada volume

di atas 700 ml keluaran kurang dari masukan volume. Mengacu dari karakteristik

kepresisian sensor, maka pengujian volume mode Lain dinyatakan berhasil dengan

persentase error terbesar adalah 2%.

4.5. Analisis Hasil Pengujian

Keberhasilan alat dilihat dari kesesuaian hasil keluaran dengan masukan dari alat

dalam melakukan pengukuran volume air tiap mode pilihan. Pada hasil pengujian diperoleh

data masukan-keluaran volume, selisih volume dan persentase error tiap pilihan volume.

Pengujian menunjukkan persentase error terbesar pada volume kecil dan mengalami

penurunan error di volume yang besar, dengan persentase error terbesar adalah 2%.

Analisis hasil pengujian dilakukan dengan pencocokan kurva metode kuadrat

terkecil. Metode kuadrat terkecil ini digunakan untuk menentukan garis lurus terbaik dari

sejumlah pasangan data yang secara teoritis memiliki hubungan linier, menentukan fungsi

linier dari fungsi kuadratis, dan menentukan koefisien korelasi dari beberapa pasangan

data. Data yang digunakan adalah hasil pengujian volume mode Lain pengujian ke-3,


59

karena memiliki hasil selisih volume yang lebih besar dibanding pengujian yang lain.

Pencocokan kurva dengan metode kuadrat terkecil ditunjukkan pada tabel 4.7 dan grafik

gambar 4.9.

Tabel 4.7 Data Pencocokan Kurva dengan Metode Kuadrat Terkecil

No. xi xi2 yi xi yi St = (yi - y)2 Sr = (yi - a0 - a1 xi)

2

1 1 1 1,02 1,02 89,747202 0,000112

2 2 4 2,03 4,06 71,630832 0,000011

3 3 9 3,03 9,09 55,703832 0,000052

4 4 16 4,02 16,08 41,906202 0,000001

5 5 25 5,02 25,1 29,959202 0,000025

6 6 36 6 36 20,191542 0,000122

7 7 49 7,01 49,07 12,134772 0,000008

8 8 64 7,99 63,92 6,267512 0,000176

9 9 81 9,01 81,09 2,200772 0,000113

10 10 100 9,97 99,7 0,274052 0,000648

11 11 121 10,99 120,89 0,246512 0,000002

12 12 144 12,02 144,24 2,330202 0,001047

13 13 169 13,01 169,13 6,332772 0,000689

14 14 196 13,98 195,72 12,155682 0,000000

15 15 225 14,97 224,55 20,039052 0,000035

16 16 256 15,97 255,52 29,992052 0,000004

17 17 289 16,95 288,15 41,686392 0,000329

18 18 324 17,97 323,46 55,898052 0,000033

19 19 361 18,95 360,05 71,512392 0,000107

20 20 400 19,96 399,2 89,614622 0,000013

Jumlah 210 2870 209,87 2866,04 659,823655 0,003529

Rata-rata 10,50 10,49

a1 0,996098

a0 0,034474

Sy/x 0,014001

r2 0,999995

r 0,999997


60

Berdasarkan tabel 4.7 dan grafik pada gambar 4.9, terdapat 20 data xi dan yi. Nilai xi

adalah volume masukan dengan kelipatan 100 ml dan yi volume keluaran dengan kelipatan

100 ml juga. Menggunakan metode kuadrat terkecil diperoleh data-data sebagai berikut :

Koefisien a0 dan a1 yang merupakan koefisien-koefisien yang mewakili perpotongan dan

kemiringan garis lurus adalah :

1 =S − SS

S − (S)= 0,996098

0 = − 1 = 0,034474

1,02

2,03

3,03

4,02

5,02

6

7,01

7,99

9,01

9,97

10,99

12,02

13,01

13,98

14,97

15,97

16,95

17,97

18,95

19,96

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Ou

tpu

t V

olu

me

(ke

lipat

an 1

00 m

l)

Input Volume (kelipatan 100 ml)

Output Alat Linear (Output Alat)

Gambar 4.9 Grafik Pencocokan Kurva Input-Output Volume


61

Dari nilai a0 dan a1 diperoleh persamaan garis linier dengan metode kuadrat terkecil sebagai

berikut :

= 0,996098 + 0,034474

Jumlah total kuadrat sisa St adalah :

= S( − ) = 659,823655

Jumlah kuadrat sisa Sr adalah :

= ( − 0 − 1)

= 0,003529

Galat (error) simpangan baku Sy/x adalah :

/ =

− 2= 0,014001

Koefisien determinasi r2 adalah :

= −

= 0,999995

Koefisien korelasi r adalah :

= 0,999994 = 0,999997

Pada pencocokan kurva metode kuadrat terkecil, kecocokan kurva yang sempurna

ditunjukkan dengan nilai Sr = 0 dan r2 = 1. Dari hasil data diperoleh nilai Sr yang mendekati

0 yaitu 0,003529 dan nilai r2 yang mendekati 1 yaitu 0.999995. Maka kesimpulan analisis

hasil pengujian dengan metode kuadrat terkecil menghasilkan kecocokan kurva yang

mendekati sempurna dengan galat (error) simpangan baku 0,014001 atau 1,4%.

4.6. Pembahasan Software

Pada tugas akhir ini, software yang digunakan bernama “CodeVisionAVR” versi

2.05.3. Software CodeVision AVR adalah software compiler bahasa C. Software ini akan

merubah bahasa C ke bahasa Asemmbler kemudian ke Hex. File yang berbentuk “.hex” ini


62

yang nantinya akan disimpan ke dalam chip mikrokontroler. Chip mikrokontroler yang

digunakan adalah mikrokontroler ATMega 8535.

Program yang dibuat pada CodeVision AVR dapat disimulasikan pada rangkaian

simulasi Proteus ISIS sebelum dijalankan pada hardware. Simulasi Proteus ISIS yang

digunakan adalah ISIS Profesional Release 7.0 SP0 (Build 12325). Pada software ini sudah

dilengkapi dengan library komponen elektronik sehingga user tinggal panggil dan

merangkai sesuai dengan kebutuhan perancangan. Setelah rangkaian siap, user harus men-

download program berbentuk hex yang sudah dibuat pada CodeVision agar dapat

disimulasikan. Melalui simulasi Proteus ISIS dapat melihat apakah program yang dibuat

sudah benar atau ada yang masih salah.

Setelah simulasi sudah benar, maka program dapat disimpan ke dalam

mikrokontroler menggunakan downloader. Downloader yang digunakan bernama “K-125

USB AVR Programer”. Downloader ini merupakan paket downloader program AVR yang

sudah ada kabel penghubung antara PC dan rangkaian sistem mikrokontroler yang dibuat.

Tetapi terlebih dahulu pada PC harus diinstal driver downloader tersebut yang namanya

“PL2303 Prolific DriverInstaller v1417”.

4.7. Program Utama

Program utama dari alat ini adalah menjalankan penakaran volume berdasarkan

mode pilihan yang disediakan. Listing program awal saat alat dihidupkan ditunjukkan

pada gambar 4.10.

Setelah alat dihidupkan, maka sistem pada mode awal yaitu muncul tulisan “Pilih MODE”

pada LCD baris pertama. Pada kondisi ini, sistem telah siap untuk pemilihan mode volume

yang diinginkan.

Gambar 4.10 Listing Program Awal


63

4.7.1. Program Pemilihan Mode

Listing program pemilihan mode Khusus atau Lain ditunjukkan pada gambar 4.11.

Saat tombol “Khusus” ditekan, maka Port D pin 3 dan pin 6 akan aktif (logika 1), berarti

mengaktifkan mode Khusus. Pada LCD baris pertama muncul tulisan “Mode Khusus” dan

baris kedua “1 – 4”. Selanjutnya masuk mode Khusus dengan nama x=1 pada program.

Saat tombol “Lain” ditekan, maka Port D pin 3 dan pin 5 akan aktif (logika 1), yang berarti

mengaktifkan mode Lain. Pada LCD baris pertama muncul tulisan “Mode Lain” dan baris

kedua “100ml – 2000ml”, setelah beberapa saat ganti tulisan “Input. Vol.:” pada baris

pertama. Selanjutnya masuk program mode Lain dengan nama x=2 pada program.

4.7.2. Program Mode Khusus

Mode Khusus ada 4 program pilihan volume, yaitu 200 ml, 500 ml, 1000 ml dan

2000 ml dibedakan menurut nilai setpoint. Pada listing program kali ini adalah contoh

listing program untuk memilih volume 2000 ml yang ditunjukkan pada gambar 4.12.

Gambar 4.11 Listing Program Pilih Mode

Gambar 4.12 Listing Program Mode Khusus Pilihan 4


64

Dari listing program, saat tombol angka “4” ditekan, maka Port D pin 0 dan pin 7 akan

aktif (logika 1), yang berarti mengaktifkan mode Khusus piihan 4. Pada LCD baris pertama

muncul tulisan “Anda Pilih :” dan baris kedua “2000ml”. Setpoint=847 adalah set point

counter untuk volume 2000 ml. PIND==24 adalah tombol Cancel, kembali ke mode awal.

PIND==136 adalah tombol RUN, jika ingin melanjutkan pilihan. Yang berarti PORTA=2

adalah pin 1 Port A yang dihubungkan ke driver valve. dan x=3 yaitu program Run.

4.7.3. Program Mode Lain

Mode Lain ada 20 program pilihan volume, yaitu 100 ml sampai 2000 ml dengan

kelipatan 100 ml. Program mode Lain menggunakan persamaan setpoint seperti pada

percobaan yang telah dilakukan. Pada listing program kali ini adalah contoh listing

program persamaan set point mode Lain yang ditunjukkan pada gambar 4.13.

Dari listing program, jika input keypad atau pemiilihan volume sesuai dengan batasan

mode Lain maka akan lanjut ke program Run. Nilai set point yang tergantung dari nilai

pemilihan volume akan dihitung sesuai persamaan set point pada program. Jika pemilihan

volume tidak sesuai batasan mode Lain maka pada LCD muncul tulisan “Pilihan Salah”

dan akan kembali ke mode awal.

Gambar 4.12 (Lanjutan) Listing Program Mode Khusus Pilihan 4

Gambar 4.13 Listing Program Persamaan Set Point Mode Lain


65

4.7.4. Program Run

Gambar 4.14 menunjukkan listing program eksekusi Run setelah pemilihan mode

volume.

Setelah tombol “RUN” ditekan, maka akan mengaktifkan driver pompa dan solenoid valve

pada Port A sehingga air akan keluar. Pada LCD baris pertama muncul tulisan “Silakan

Tunggu !! :” dan baris kedua muncul nilai counter dari register TCNT1 yang merupakan

sinyal pulsa dari sensor. TCCR1B=0x07 adalah pembacaan sumber external clock T1

rising edge. Setelah counter sama nilainya set point, maka driver pada Port A akan mati

(logika 0) dan LCD baris kedua muncul tulisan “Selesai”. Kemudian register TCNT1, set

point, TCCR1B akan kembali ke 0 (reset) dan akan kembali ke mode awal.

Gambar 4.14 Listing Program Run


66

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil perancangan dan pengujian pada alat penakar volume air berbasis

mikrokontroler dapat diambil kesimpulan :

1. Sistem penakar volume air yang dirancang telah bekerja dengan baik pada rentang

volume 100 ml sampai 2000 ml dengan kelipatan 100 ml.

2. Karakteristik kepresisian water flow sensor adalah 3% pada debit 1 sampai 10

liter/menit. Sedang pembacaan water flow sensor pada alat ini memiliki persentase

error maksimum adalah 2% dari 3 kali pengujian tiap mode.

3. Analisis hasil pengujian dengan metode kuadrat terkecil menghasilkan kecocokan

kurva yang mendekati sempurna dengan jumlah kuadrat sisa 0,003529 dan koefisien

determinasi 0,999994 serta galat (error) simpangan baku 1,4%.

4. Perubahan perancangan, dengan penambahan pompa aquarium karena jenis solenoid

valve yang digunakan membutuhkan tekanan yang cukup untuk membuka katub dan

mengalirkan air.

5.2. Saran

Setelah melakukan pengujian maka diperoleh beberapa hal yang bisa menjadi saran

untuk perkembangan penelitian lebih lanjut :

1. Penakaran volume air dengan kelipatan kurang dari 100 ml tiap mode pilihan volume.

Misal dengan kelipatan 10 ml, 20 ml atau lebih kecil lagi.

2. Rentang volume dapat dikembangkan untuk menakar volume kurang dari 100 ml atau

penakaran lebih dari 2000 ml.

3. Solenoid valve yang dapat bekerja dengan tekanan rendah, sehingga tidak perlu

penambahan pompa.


67

DAFTAR PUSTAKA

[1] Rhamdhani, D., 2010, Measuring Microcontroller Based Automatic Water AT89S51,

Faculty of Computer Science and Information Technology, Gunadarma University.

[2] Sulistiadji, K., dan Pitoyo, J., 2009, Alat Ukur dan Instrumen Ukur, BBP Mektan,

Serpong.

[3] Try, W., 2011, Spesifikasi Alat-alat Lab, http://belajarbersamabioc2011-

12.blogspot.com/2011/10/spesifikasi-alat-alat-lab.html, diakses 6 Februari 2014.

[4] Asyiddin, N., 2007, Fluid Flow Measurement,

http://piyushpanchal2007.mynetworksolutions.com/images/3._FLOW.pdf, diakses 4

Februari 2014.

[5] Bar-Meir, G., 2013, Basics of Fluid Mechanics, Version 0.3.4.0, Chicago, Hal. 69-

92.

[6] ----, 2010, Data Sheet Water Flow Sensor, Seeed Studio.

[7] Sood, R., Kaur, M., and Lenka, H., 2013, Design and Development of Automatic

Water Flow Meter, IJCSEA, Vol. 3, No. 3.

[8] Heryanto, M., A., dan Adi, W., 2008, Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler

ATmega8535, ANDI Yogyakarta, Yogyakarta.

[9] Soebhakti, H., 2007, Basic AVR Microcontroller Tutorial, Politeknik Batam, Batam.

[10] Dunia Elektronika, 2013, Minimum Sistem Mikrokontroler TAmega8535,

http://www.duniaelektronika.net/mikrokontroler-atmega8535-sistem-minimum/,

diakses 9 Februari 2014.

[11] ----, 2006, Data Sheet Microcontroller ATmega8535(L), Atmel.

[12] Floyd, T., 2007, Principles of Electric Circuits Conventional Current Version 8th

Edition, New Jersey, Hal. 486-496.

[13] Solenoid-Valve-Info.com, 2013, Solenoid Valve Basics, http://www.solenoid-valve-

info.com/, diakses pada 8 Februari 2014.

[14] Seeed, 2014, G1/2 Electric Solenoid Valve Normally Closed,

http://www.seeedstudio.com/, diakses 8 Februari 2014.

[15] Purnama, A., 2012, Elektronika Dasar, http://elektronika-dasar.web.id/, diakses 9

Februari 2014.


68

[16] Cathey, J.J., 2002, Schaum’s outlines Electronic devices and Circuits 2nd edition,

USA, Hal. 70-71.

[17] Boylestad, R., and Nashelsky, L., Electronic Devices and Circuit Theory 7th Edition,

Ohio, Hal. 180-185

[18] ----, 2011, 4x4 Matrix Membrane Keypad (#27899), Parallax Inc.


LAMPIRAN 1

RANGKAIAN WIRING DIAGRAM ALAT


L1

Gambar Rangkaian Wiring Diagram Alat


LAMPIRAN 2

PANDUAN PENGGUNAAN ALAT


L2

Gambar Panduan Penggunaan Alat


LAMPIRAN 3

TABEL PENGARUH DEBIT DAN FREKUENSI

TERHADAP WAKTU DAN SET POINT


L3

()

=7,5

Tab

el P

enga

ruh

Deb

it d

an F

rek

uen

si T

erh

adap

Wak

tu d

an S

et P

oin

t

()=

100060

=


LAMPIRAN 4

HASIL PERCOBAAN SET POINT PROGRAM

DIPENGARUHI DESAIN ALAT


L4

Tabel Hasil Percobaan Set Point Program Dipengaruhi Desain Alat

Input Vol. (ml)

Set Point Perhitungan

Set Point Desain SP=(0,45*vol)-3

Output Timbangan

(gr)

Berat Gelas

Ukur (gr)

Output Vol. (ml)

Selisih Vol. (ml)

Error (%)

100 45 42 321 212 109 9 9,00

200 90 87 430 212 218 18 9,00

300 135 132 540 212 328 28 9,33

400 180 177 646 212 434 34 8,50

500 225 222 753 212 541 41 8,20

600 270 267 860 212 648 48 8,00

700 315 312 969 212 757 57 8,14

800 360 357 1076 212 864 64 8,00

900 405 402 1186 212 974 74 8,22

1000 450 447 1294 212 1082 82 8,20

1100 495 492 1400 212 1188 88 8,00

1200 540 537 1501 212 1289 89 7,42

1300 585 582 1613 212 1401 101 7,77

1400 630 627 1721 212 1509 109 7,79

1500 675 672 1831 212 1619 119 7,93

1600 720 717 1934 212 1722 122 7,63

1700 765 762 2040 212 1828 128 7,53

1800 810 807 2146 212 1934 134 7,44

1900 855 852 2255 212 2043 143 7,53

2000 900 897 2367 212 2155 155 7,75

() = −


LAMPIRAN 5

HASIL PERCOBAAN SET POINT PROGRAM

BERDASARKAN PERCOBAAN


L5

Tabel Hasil Percobaan Set Point Program Berdasarkan Percobaan

Persamaan Set Point ke-1 : SP=(0,4 x Vol) - 3

Input Vol. (ml)


Set Point Percobaan

SP=(0,4*vol)-3

Output Timbangan

(gr)

Berat Gelas

Ukur (gr)

Output Vol. (ml)

Selisih Vol. (ml)

Error (%)

100 45 37 310 212 98 -2 -2,00

500 225 197 702 212 490 -10 -2,00

1000 450 397 1187 212 975 -25 -2,50

1500 675 597 1674 212 1462 -38 -2,53

2000 900 797 2150 212 1938 -62 -3,10


Input Vol. (ml)


Set Point Percobaan

SP=(0,43*vol)-3

Output Timbangan

(gr)

Berat Gelas

Ukur (gr)

Output Vol. (ml)

Selisih Vol. (ml)

Error (%)

100 45 40 316 212 104 4 4,00

500 225 212 726 212 514 14 2,80

1000 450 427 1228 212 1016 16 1,60

1500 675 642 1739 212 1527 27 1,80

2000 900 857 2245 212 2033 33 1,65

Persamaan Set Point ke-3 : SP=(0,42 x Vol) - 3 Input Vol. (ml)


Set Point Percobaan

SP=(0,42*vol)-3

Output Timbangan

(gr)

Berat Gelas

Ukur (gr)

Output Vol. (ml)

Selisih Vol. (ml)

Error (%)

100 45 39 311 212 99 -1 -1,00

500 225 207 712 212 500 0 0,00

1000 450 417 1211 212 999 -1 -0,10

1500 675 627 1708 212 1496 -4 -0,27

2000 900 837 2200 212 1988 -12 -0,60


Input Vol. (ml)


Set Point Percobaan

SP=(0,425*vol)-3

Output Timbangan

(gr)

Berat Gelas

Ukur (gr)

Output Vol. (ml)

Selisih Vol. (ml)

Error (%)

100 45 39,5 311 212 99 -1 -1,00

500 225 209,5 715 212 503 3 0,60

1000 450 422 1209 212 997 -3 -0,30

1500 675 634,5 1708 212 1496 -4 -0,27

2000 900 847 2210 212 1998 -2 -0,10

() = −


LAMPIRAN 6

LISTING PROGRAM KESELURUHAN


L6-1

Listing Program Keseluruhan

/*****************************************************

This program was produced by the

CodeWizardAVR V2.05.3 Standard

Automatic Program Generator

© Copyright 1998-2011 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l.

http://www.hpinfotech.com

Project : Alat Penakar Volume //Nama Program

Version : -

Date : 22/06/2015

Author : se7en

Company : USD

Comments: -

Chip type : ATmega8535 //Jenis chip

Program type : Application

AVR Core Clock frequency: 10,000000 MHz

Memory model : Small

External RAM size : 0

Data Stack size : 128

*****************************************************/

#include <mega8535.h> //Inisialisasi mikrokontroler yang dipakai, ATmega8535

#include <delay.h> //Fungsi tunda (delay) eksekusi program

#include <stdio.h> //Fungsi input & output standar

#include <stdlib.h> //Fungsi library standar, operasi pembanding atau konversi

#include <alcd.h> //memakai library alphanumerik lcd

int x=0; //tipe data integer (bilangan bulat) dengan nama variabel x

int setpoint=0; //tipe data integer (bilangan bulat) dengan nama variabel setpoint

int klipatan100; //tipe data integer (bilangan bulat) dengan nama variable

klipatan100

unsigned int nilai; //tipe data unsigned integer (bil. bulat positif), nama var. nilai

char temp[4],array[4],i=0; //tipe data karakter

char buf[30]; //deklarasi variabel buf untuk menyimpan/ditampilkan ke lcd

void simpan_nilai() //program simpan data "nilai" menu lain

if(i==1)nilai=array[i]; //logika if-else untuk tekan tombol keypad maksimal 4 digit

else if(i>=2&&i<=4)

nilai=(nilai*10)+array[i];

else

i=0;

nilai=0;

array[0]=0;

array[1]=0;

array[2]=0;

array[3]=0;

temp[0]=0;


L6-2

temp[1]=0;

temp[2]=0;

temp[3]=0;

void tampil2() //program tampil2, tampilkan data "nilai" menu Lain pada LCD

if(nilai>0)

ftoa(nilai,0,temp); //mengubah tipe data float ke array,tampilkan ke lcd

lcd_gotoxy(0,1); //menempatkan kursor di kolom 0 baris 1 pada lcd

lcd_puts(temp); //Menampilkan data nilai pada LCD

void main(void)

// Input/Output Ports initialization

// Port A initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTA=0x00;

DDRA=0x02;

// Port B initialization



PORTB=0x00;

DDRB=0x00;

// Port C initialization



PORTC=0x00;

DDRC=0x00;

// Port D initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=Out Func2=Out Func1=Out Func0=Out

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=0 State2=0 State1=0 State0=0

PORTD=0x00;

DDRD=0x0F;

// Timer/Counter 0 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: Timer 0 Stopped

// Mode: Normal top=0xFF

// OC0 output: Disconnected

TCCR0=0x00;

TCNT0=0x00;

OCR0=0x00;


L6-3


// Clock source: T1 pin Rising Edge

// Mode: Normal top=0xFFFF

// OC1A output: Discon.

// OC1B output: Discon.

// Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge

// Timer1 Overflow Interrupt: Off

// Input Capture Interrupt: Off

// Compare A Match Interrupt: Off

// Compare B Match Interrupt: Off

TCCR1A=0x00;

TCCR1B=0x00;

TCNT1H=0x00;

TCNT1L=0x00;

ICR1H=0x00;

ICR1L=0x00;

OCR1AH=0x00;

OCR1AL=0x00;

OCR1BH=0x00;

OCR1BL=0x00;


// Clock source: System Clock

// Clock value: Timer2 Stopped

// Mode: Normal top=0xFF

// OC2 output: Disconnected

ASSR=0x00;

TCCR2=0x00;

TCNT2=0x00;

OCR2=0x00;

// External Interrupt(s) initialization

// INT0: Off

// INT1: Off

// INT2: Off

MCUCR=0x00;

MCUCSR=0x00;

// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization

TIMSK=0x00;

// USART initialization

// USART disabled

UCSRB=0x00;

// Analog Comparator initialization

// Analog Comparator: Off

// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off

ACSR=0x80;

SFIOR=0x00;


L6-4

// ADC initialization

// ADC disabled

ADCSRA=0x00;

// SPI initialization

// SPI disabled

SPCR=0x00;

// TWI initialization

// TWI disabled

TWCR=0x00;

// Alphanumeric LCD initialization

// Connections are specified in the

// Project|Configure|C Compiler|Libraries|Alphanumeric LCD menu:

// RS - PORTC Bit 0

// RD - PORTC Bit 1

// EN - PORTC Bit 2

// D4 - PORTC Bit 4

// D5 - PORTC Bit 5

// D6 - PORTC Bit 6

// D7 - PORTC Bit 7

// Characters/line: 16

lcd_init(16);

up: //kembali mode awal

lcd_clear(); //hapus tampilan pada lcd


lcd_putsf("Pilih MODE"); //menampilkan string "Pilih MODE" pada lcd

x=0;

i=0;

nilai=0;

temp[0]=0;

temp[1]=0;

temp[2]=0;

temp[3]=0;

while(x==0) //program pilih mode Khusus atau mode Lain

PORTD=8; //dec.8 maka Port D Pin 3 aktif, keypad kolom 1 aktif

delay_ms(1); //waktu tunda selama 1 millisecond

if(PIND==72) //dec.72 keypad tombol "Khusus" aktif, pilih mode Khusus



lcd_putsf("Mode Khusus"); //menampilkan string "Mode Khusus" pada lcd


lcd_putsf("1-4"); //menampilkan string "1-4" pada lcd

x=1; //menuju ke mode Khusus

if(PIND==40) //dec.40 maka keypad tombol "Lain" aktif, pilih mode Lain



L6-5


lcd_putsf("Mode Lain"); //menampilkan string "Mode Lain" pada lcd


lcd_putsf("100ml - 2000ml"); //menampilkan string "100ml-2000ml" pada lcd

delay_ms(1000); //waktu tunda selama 1000 millisecond = 1 detik


x=2; //menuju ke mode Lain

while (x==1) //program mode Khusus



if(PIND==33) //dec.33 : keypad tombol "4" aktif, pilihan 4 volume 2000ml



lcd_putsf("Anda Pilih :"); //menampilkan string "Anda Pilih :" pada lcd


lcd_putsf("2000ml"); //menampilkan string "2000ml" pada lcd

setpoint=847; //set point 2000ml mode khusus, counter sampai 847








if(PIND==17) /dec.17 maka keypad tombol "7" aktif, jika tekan 7



lcd_putsf("Pilihan Salah"); //menampilkan string "Pilihan Salah" pada lcd







x=1; //kembali ke tampilan mode Khusus







L6-6





if(PIND==130) //dec.130 maka keypad tombol "0" aktif, jika tekan 0








































L6-7




























if(PIND==24)goto up; //dec.24 : tombol "Cancel" aktif, kembali ke mode awal

if(PIND==136)PORTA=2;x=3; //dec.136 maka keypad tombol "RUN" aktif, Port A Pin 1 aktif,

eksekusi Run

while(x==2) //program mode LAIN

klipatan100=nilai%100;


lcd_putsf("Input Vol.:"); //menampilkan string "Input Vol.:" pada lcd



//keypad tombol "7"

if(PIND==17&&nilai<=2000)while(PIND==17)i++;array[i]=7;simpan_nilai();delay_ms(50);

//keypad tombol "4"



L6-8

//keypad tombol "1"


//keypad tombol "Clear"

if(PIND==129)while(PIND==129)lcd_clear();i=0;nilai=0;delay_ms(50);



//keypad tombol "8"


//keypad tombol "5"


//keypad tombol "2"


//keypad tombol "0"




//keypad tombol "9"


//keypad tombol "6"


//keypad tombol "3"




if(PIND==24)x=0;goto up; //dec.24 : tombol "Cancel" aktif, kembali ke mode awal

if(PIND==136) //dec.136 maka keypad tombol "RUN" aktif

if(klipatan100==0&&nilai<=2000) //jika nilai klipatan100=0 dan nilai sama atau dibawah 2000

PORTA=2; //dec.2 maka Port A Pin 1 aktif, valve open

setpoint=(nilai*0.425)-3; //formula set point mode lain

x=3; //ke program RUN

else



lcd_putsf("INPUT"); //menampilkan string "INPUT" pada lcd



L6-9


i=0;

nilai=0;

temp[0]=0;

temp[1]=0;

temp[2]=0;

temp[3]=0;

delay_ms(1000); //waktu tunda selama 1000 millisecond = 1 dtk


tampil2(); //ke program tampil2

while(x==3) //program RUN (buka valve - counter up - stop)



lcd_putsf("Silakan Tunggu!!"); //menampilkan string "Silakan Tunggu!!" pada lcd

sprintf(buf,"%i",TCNT1); //tampilkan bilangan integer ke register TCNT1 (counter)

lcd_puts(buf); //tampil counter


TCCR1B=0x07; //counter aktif, sumber ekternal clock T1 rising edge

if(TCNT1>=setpoint) //jika bilangan di register sama dengan nilai setpoint

PORTA=0; //dec.0 maka Port A logika 0, valve close



lcd_putsf("Selesai"); //menampilkan string "Selesai" pada lcd



TCNT1=0; //reset register TCNT1

setpoint=0; //nilai setpoint menjadi 0

TCCR1B=0; //mematikan mode counter

x=0; //kembali ke program awal

goto up;


LAMPIRAN 7

DATASHEET ATMEGA8535


L7-1

Datasheet ATmega8535


L7-2


LAMPIRAN 8

DATASHEET WATER FLOW SENSOR G1/2


L8-1

Datasheet Water Flow Sensor G1/2


L8-2


LAMPIRAN 9

DATASHEET ELECTRIC SOLENOID VALVE G1/2


L9

Datasheet Electric Solenoid Valve G1/2


LAMPIRAN 10

DATASHEET 4X4 MATRIX MEMBRANE KEYPAD


L10-1

Datasheet 4x4 Matrix Membrane Keypad


L10-2


alat penakar volume air berbasis … · fakultas sains dan teknologi universitas sanata dharma...

Documents