28

BAB III PERANCANGAN

3.1 Pendahuluan

Perancangan dan pembuatan sistem penyiram tanaman menggunakan web

server merupakan solusi yang tepat untuk kemudahan pengontrolan dan

pemantauan berkala jarak jauh. Hal ini karena dengan menggunakan alat ini, proses

pengaturan dan pengontrol dapat dikontrol secara mudah dan dapat diakses

menggunakan web browser. Selain itu alat ini sangat efisien karena dapat

dikendalikan oleh smartphone yang telah banyak digunakan diberbagai kalangan.

Adapun perancangan sistem dari alat ini akan dijabarkan sebagaimana perancangan

Hardware dan Software berikut:

3.2 Diagram Blok Dan Prinsip Kerja

3.2.1 Diagram blok

Dalam perancangan hardware akan dipisahkan menjadi bagian blok yang

lebih sederhana agar lebih mudah menganalisa apabila terjadi kesalahan atau

kerusakan yang mungkin terjadi setelah semua hardware digabungkan.

Adapun diagram blok sistem adalah seperti gambar 3.1 dibawah ini :

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem

Sumber : Perancang

ATMEGA8535

Soil Moisture sensor 1

Tanaman Anggre

(Realtime)

Soil Moisture sensor 2

Tanaman Anggrek

(terjadwal)

RTC DS3231

AC 220 V

Driver Relay

Driver Relay

Pompa Anturium

POMPA Anggrek

ATMEGA64

WIFI ESP8266

29

3.2.2 Prinsip Kerja

Pada perancangan alat ini, mikrokokontroller ATMEGA8535 dirancang

sebagai pengendali utama sistem, dimana pada kondisi awal, mikrontroller

ATMEGA8535 melakukan inisialisasi input output serta proses pengolahan data

modul WIFI agar modul dapat aktif pada jaringan server WIFI. Selanjutnya sistem

menunggu koneksi client ke server dan menungu perintah dari client untuk proses

pengontrolan dan pemantauan.

Jika terjadi koneksi dan pengiriman perintah dari client, maka sistem

melakukan pembacaan perintah, selanjutnya sistem melakukan pengidentifikasian

perintah yang dikirimkan dari smartphone atau PC dari web client tersebut melalui

jaringan WIFI. Jika perintah yang dikirim sesuai, maka selanjutnya akan diproses

oleh mikrokontroler untuk dieksekusi pada kontroller dalam menangani pembacaan

dan pengontrolan sistem.

Pada kondisi yang sama mikrokontroller melakukan pembacaan kelembaban

melalui moisture sensor pada tanaman anggrek dan anturium, pada sensor ini

kelembaban tanah diukur melalui ADC dan dikonversi menjadi kelembaban, jika

kelembaban rendah maka pada tanaman anggrek maka sistem akan melakukan

penyiraman otomatis melalui driver relay untuk menyalakan pompa air, sementara

itu pada tanaman anturium karena proses bergantung jadwal, maka sistem

melakukan pembacaan RTC DS3231 untuk mengetahui jam dalam melakukan

proses penyiraman. Setiap proses dikirim ke web server melalui modul WIFI

sementara untuk proses penjadwalan yang diatur dari web browser dipantau dan

kemudian perintah tersebut disimpan pada EEPROM ATMEGA untuk acuan

jadwal penyiraman yang akan dilakukan.

3.3 Perencanaan Hardware

Agar sistem yang dirancang dapat berjalan dengan baik, maka sistem dan

alur kerja dari suatu hardware dan software harus dirancang dengan baik dan dapat

berfungsi sebagaimana mestinya. Adapun Perancangan hardware dan software dari

sistem pengontrol dan pemantau pada penyiram tanaman menggunakan web server

mengacu pada perancangan software dan hardware berikut ini :

30

3.3.1 Perancangan Modul Moisture sensor

Untuk dapat membaca kelembaban pada tanah maka dibutuhkan dua buah

elektrode yang ditancapkan pada tanah tersebut. Selanjutnya resistansi yang didapat

dari kedua lempeng dibaca dan dikonversi menjadi tegangan melalui rangkaian

pengkondisi sinyal. Pada perancangan ini sensor kelembaban tanah dirancang

menggunakan modul moisture sensor type SEN0114 buatan DFROBOT sebanyak

2 unit yang ditempatkan pada tanah tempat tanaman anggrek dan anturium. Pada

modul ini terdapat 2 elektrode tembaga yang telah dirangkai dalam satu modul

menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal. Adapun keluaran dari sensor berupa

tegangan dengan rentang 0 hingga 4,2V terhadap hasil kelembaban yang dibaca.

Dengan demikian maka pada controller modul dibaca menggunakan ADC. Adapun

konfigurasi pin pada ATMEGA8535 ditunjukkan pada gambar 3.2:

Gambar 3.2: Rangkaian modul moisture sensor Sumber : Perancangan

Op Amp

Gnd Vc

c

Vout

Modul Moisture sensor 1

Op Amp

Gnd Vc

c

Vout

Modul Moisture sensor 2

PC6/TOSC128PC527PC426PC325PC224PC1/SDA23PC0/SCL22

PC7/TOSC229

PA6/ADC634PA5/ADC535PA4/ADC436PA3/ADC337PA2/ADC238PA1/ADC139PA0/ADC040

PA7/ADC733PB6/MISO 7PB5/MOSI 6

PB4/SS 5PB3/AIN1/OC0 4PB2/AIN0/INT2 3

PB1/T1 2PB0/T0/XCK 1

PB7/SCK 8

PD6/ICP1 20PD5/OC1A 19PD4/OC1B 18

PD3/INT1 17PD2/INT0 16PD1/TXD 15PD0/RXD 14

PD7/OC2 21

RESET 9

XTAL1 13

XTAL2 12

AVCC30AREF32

MCU

ATMEGA8535

5V

5V

31

3.3.2 Perancangan Modul WIFI Menggunakan Modul ESP8266

Untuk dapat berkomunikasi secara wireless antara sistem dengan PC atau

smartphone pada web browser, maka pada perancangan ini digunakan perangkat

WIFI to serial menggunakan modul ESP8266 yang dihubungkan ke rangkaian

controller. ESP8266 merupakan piranti elektronik yang bekerja pada protokol

wireless IEEE802.11.4/b/g/n atau yang umum dikenal dengan WIFI. Modul ini

bekerja dengan komunikasi serial UART dengan variable baudrate 9600, 19200,

57600, 115200 dan diakses melalui protokol AT command sehingga dapat

dihubungkan langsung ke serial mikrokontroller. Adapun hubungan pin

ATMEGA8525 dengan ESP8266 ditunjukkan pada gambar 3.3:

Gambar 3.3 Rangkaian modul WIFI ESP8266 Sumber : Perancangan

3.3.3 Perancangan RTC DS3231

Untuk proses penghitung waktu pada perancangan, maka pada alat ini

dibutuhkan sebuah RTC, adapun RTC yang digunakan adalah RTC keluaran Dallas

Semiconductor tipe DS3231, yaitu sebuah chip RTC yang menggunakan

komunikasi serial I2C bus. Adapun rangkaian RTC DS3231 ditunjukan pada

Gambar 3.4:

ANTENNA

ANT

TXD

RXD

Gnd

ESP8266 WIFI

PB0/T0/XCK1

PB1/T12

PB2/AIN0/INT23

PB3/AIN1/OC04

PB4/SS5

PB5/MOSI6

PB6/MISO7

PB7/SCK8

RESET9

XTAL212XTAL113

PD0/RXD 14

PD1/TXD 15

PD2/INT0 16

PD3/INT1 17

PD4/OC1B 18

PD5/OC1A 19

PD6/ICP1 20

PD7/OC2 21

PC0/SCL 22

PC1/SDA 23

PC2/TCK 24

PC3/TMS 25

PC4/TDO 26

PC5/TDI 27

PC6/TOSC1 28

PC7/TOSC2 29

PA7/ADC733PA6/ADC634PA5/ADC535PA4/ADC436PA3/ADC337PA2/ADC238PA1/ADC139PA0/ADC040

AREF 32

AVCC 30

U1

ATMEGA16

32

Gambar 3.4 Rangkaian RTC DS3231

Sumber: Perancangan

Baterai 3V yang digunakan menggunakan lithium 3V CR2032 untuk

melakukan proses update time pada saat catu daya utama RTC dinonaktifkan. RTC

DS3231 diakses secara serial menggunakan interface I2C, sehingga hanya

membutuhkan dua jalur yaitu clock dan data yang pada perancangan.

3.3.4 Perancangan Rangkaian Relay

Dalam perancangan alat ini, driver relay digunakan untuk memutus dan

menyambung hubungan listrik dengan beban, dimana beban yang ditangani pada

perancangan ini terdiri dari 7 buah output. Adapun rangkaian driver yang

digunakan menggunakan IC buatan NEC semiconductor tipe ULN2003 yang

digunakan sebagai pengontrol relay karena mampu mensuplay arus kolektor hingga

500mA pada setiap drivernya. Skema diagram dari driver relay menggunakan IC

ULN2003 ditunjukkan dalam Gambar 3.5:

PC6/TOSC1 28PC5 27PC4 26PC3 25PC2 24

PC1/SDA 23PC0/SCL 22

PC7/TOSC2 29

PA6/ADC6 34PA5/ADC5 35PA4/ADC4 36PA3/ADC3 37PA2/ADC2 38PA1/ADC1 39PA0/ADC0 40

PA7/ADC7 33PB6/MISO7PB5/MOSI6PB4/SS5PB3/AIN1/OC04PB2/AIN0/INT23PB1/T12PB0/T0/XCK1

PB7/SCK8

PD6/ICP120PD5/OC1A19PD4/OC1B18PD3/INT117PD2/INT016PD1/TXD15PD0/RXD14

PD7/OC221

RESET9

XTAL113

XTAL212

AVCC 30AREF 32

U1

ATMEGA8535

SDA17

RST6INT/SQW 5

32KHz 3

VBAT 16

SCL18/20

U2

DS3231

BAT13V

X1

16MHz5v

R1

10k

5v

33

Gambar 3.5 Rangkaian driver Relay Sumber : Perancangan

Driver ULN2003 merupakan chip IC kumpulan driver transistor untuk

memutus dan menyambung tegangan relay. Pada perancangan diatas, AC 220V

(PLN) diputus melalui kontak relay yang digerakkan oleh koil relay tersebut

sehingga saat input driver ULN2003 dipicu dari mikrokontroller sehingga motor

pompa air dapat teraliri arus listrik dan menyala.

Berdasarkan datasheet, Driver ULN2003 mempunyai kemampuan

mensuplay arus sebesar 500mA, selain itu output masing-masing driver dapat

diparalel jika arus yang dibutuhkan relay kurang mencukupi. Pada perancangan ini,

relay yang digunakan sebagai pemutus kontak AC menggunakan OMRON MY-

2P/10A yang mempunyai resistansi coil sebesar 50Ω, dengan demikian, Arus coil

relay dapat dicari sebagaimana berikut:

IRelay = ernalCoilR

Vint_

=5012

= 0.24 Amper = 240 mA

3.3.5 Catu Daya

Catu daya adalah bagian dari setiap perangkat eletronika yang berfungsi

sebagai sumber tenaga. Catu daya sebagai sumber tenaga dapat berasal dari ;

baterai, accu, solar cell dan adaptor. Komponen ini akan mencatu tegangan yang

PC6/TOSC128PC527PC426PC325PC224PC1/SDA23PC0/SCL22

PC7/TOSC229

PA6/ADC634PA5/ADC535PA4/ADC436PA3/ADC337PA2/ADC238PA1/ADC139PA0/ADC040

PA7/ADC733PB6/MISO 7PB5/MOSI 6

PB4/SS 5PB3/AIN1/OC0 4PB2/AIN0/INT2 3

PB1/T1 2PB0/T0/XCK 1

PB7/SCK 8

PD6/ICP1 20PD5/OC1A 19PD4/OC1B 18

PD3/INT1 17PD2/INT0 16PD1/TXD 15PD0/RXD 14

PD7/OC2 21

RESET 9

XTAL1 13

XTAL2 12

AVCC30AREF32

AVR

ATMEGA8535

RL112V

RL212V

1B1 1C 16

2B2 2C 15

3B3 3C 14

4B4 4C 13

5B5 5C 12

6B6 6C 11

7B7 7C 10

COM 9

DRIVER RELAYULN2003A

DC 12V (dari Power Suplay)

AC 220V

ke POMPA 1

kePOMPA 2

X1

16MHz

R1

10k

5v

34

di perlukan oleh rangakain elektronika. Rangakaian power supply sederhana dapat

dilihat pada gambar 3.6

Gambar 3.6 Rangkaian Power Supply sederhana Sumber : ( Sapno Mujoko, 2009 )

3.3.6 Adaptor Power Supply

Adaptor Power Supply adalah adaptor yang dapat merubah tegangan listrik

AC yang besar menjadi tegangan DC. Misalnya : dari tegangan 220V AC menjadi

tegangan 5VDC, 9 VDC, atau 12 VDC.

Adaptor power supply di buat untuk menggantikan fungsi baterai dan accu

agar lebih ekonomis. Adaptor power supply ada yang di buat sendiri, tetapi ada

yang di buat di jadikan satu dengan rangkaian lain. Diagram blog Adaptor Power

Supply dapat dilihat pada gambar 3.7.

STEPDOWN

Penurunan Tegangan

RECTIFIER

Penyearah

FILTER

Penyaring

STABILIZER/REGULATOR

Penstabil & Pengatur

Gambar 3.7 Diagram Blog Adaptor Power Supply Sumber : ( Sapno Mujoko, 2009 )

Keterangan :

1. Stepdown (penurunan tegangan)

Bagian ini berfungsi menurunkan tegangan AC 110/220V menjadi

tegangan AC yang lebih rendah yang di perlukan ( 5V, 9V, 12V, dll).

35

2. Rectifier (penyearah)

Bagian ini merupakan bagian penyearah arus dari arus AC (bolak-balik)

menjadi arus DC (searah). Bagian ini terdiri dari sebuah diode silicon,

germanium, selenium atau cuprox.

3. Filter (penyaring)

Bagian ini berfungsi untuk menyaring arus DC yang masih berdenyut

sehingga menjadi rata. Komponen yang di gunakan yaitu gabungan dari

kapasitor elektrolit dengan resistor atau indictor.

4. Stabilizer

Bagian ini berfungsi menstabilkan tegangan DC agar tidak terpengruh oleh

teganagn beban. Komponen ini berupa diode zener atau IC yang di

dalamnya berisi rangkaian penstabil.

3.4 Perancangan Software

Agar seluruh hardware yang dirancang dapat dikontrol dan dimonitor oleh

microcontroller, maka diperlukan software pengendali yang didownloadkan pada

microcontroller tersebut. Perancangan software dirancang menggunakan software

BASCOMM AVR. Sedangkan proses dari kerja masing-masing software mengacu

pada algoritma kerja sistem sebagaiamana pembahasan berikut:

36

Gambar 3.8 Flowchart Sistem yang di rancang Sumber : perancang

Start

Inisialisasi

Aktifasi WIFI server

Client connect?

Cek Client Connection

Baca data sensor, waktu dan status pompa pada memori

Kirim data ke web http client

T

Baca jam RTC

Baca Sensor moisture 1 (anggrek)

Tanah Kering? Nyalakan Pompa penyiram anggrekY

Matikan Pompa penyiram anggrek

T

Baca Sensor moisture 2 (anturium)

Tanah Kering?Y

Matikan Pompa penyiram anturium

T

Jadwal sesuai?

T

YNyalakan Pompa penyiram

anturium

Cek commandY

Command = cek status? Y

T

Command = sek jam RTC?

Baca data Set waktu dari WEB

SET RTC

POWER=OFF?

END

Y

T

Y

T

37

3.4.1 Algoritma seting komunikasi WLAN pada modul Wifi

Agar modul wifi ESP8266 dapat bekerja pada jaringan LAN, maka perlu

dilakukan inisialisasi berupa seting IP, mode WLAN, SSID dan lain sebagainya

dengan mangacu pada datasheet. Adapun perancangan seting komunikasi pada

ESP8266 ditunjukkan pada gambar 3.9: Start

Inisialisasi serial baudrate 57600

Kirim command MODE WLAN=server(AT+WM=2)

Kirim command MODE Authentikasi=WEPKEY

(AT+WAUTH=2)

Kirim command Kunci pasword

(AT+WWEP=”pasword”)

Kirim command Set IP(AT+NSET=”IP”,”Subnetmask”)

Kirim command Set SSID name(AT+WA=”nama server”)

Kirim command Set Aktif WLAN+port(AT+NAUTO=1,3000)

Kirim command Set WLAN ON

(ATA=2)

Wlan aktif siap kirim terima data

Ret Gambar 3.9 Algoritma seting wifi pada modul ESP8266

Sumber : Perancangan

3.4.2 Algoritma Pembacaan ADC Internal Arduino

Algoritma pengkonversian data analog ke digital melalui ADC internal

arduino pada perangkat lunak telah dikemas menjadi satu instruksi librari yang

hanya dipanggil dengan menggunakan perintah “AnalogRead(Chanel ADC)”

sehingga proses pembacaan ADC dapat disederhanakan, namun pada prinsipnya

proses yang dilakukan pada saat pembacaaan ADC meliputi beberapa parameter

38

dan register yang harus diseting dan ditunjukkan dalam Gambar 3.10 flowchart

berikut:

Start

ADMUX= nomor chanel input ADC

Start ADC(ADCSRA | = 0x40)

Delay

Baca register ADC(Data ADC= ADCH+ADCL)

ADCSRA.4=1

END

Gambar 3.10 Algoritma pembacaan ADC internal Sumber : Perancangan

Pada perancangan flowchart dalam gambar 3.10, delay merupakan proses

tunda waktu dari internal control ADC pada mikrokontroller arduino untuk proses

konversi, proses tunda tersebut diatur berdasarkan konfigurasi ADC dari clock yang

dirancang.

Sementara itu untuk mengetahui proses selesainya konversi ADC berada

pada register ADCSRA pada bit ke 4, yaitu bit akan 0 saat konversi ADC selesai

dan berlogika 1 (high) jika proses konversi sedang berlangsung.

Hasil konversi ADC selanjutnya disimpan pada register ADCH untuk bit

MSB ( bit 8 dan bit 9) sementara bit rendah (LSB) tersimpan pada register ADCL

yaitu bit 0 hingga 7 sehingga data dapat diambil dari register tersebut.

Selanjutnya bit ADCSRA bit ke 4 di buat high secara manual sebagai tanda

pada internal controller ADC bahwa data ADC telah dibaca.

39

3.4.3 Algoritma Baca Data RTC

Adapun proses pembacaan RTC DS3231 mengunakan I2C interface

mengacu pada algoritma perangkat lunak sebagaimana Gambar 3.11:

Gambar 3.11 Flow chart Baca Data RTC DS3231 Sumber : perancangan

Proses pembacaan data RTC menggunakan metode pembacan komunikasi

I2C, yaitu bit yang dihasilkan dari pin SDA RTC digeser dan disusun pada saat

clock berubah satu kali, kemudian hasil disimpan pada register Accumulator

sebagai data yang diterima, karena data RTC = 1byte (8bit), maka proses

pembacaaan bit dilakukan sebanyak 8kali dan hasil pembacaan dapat diamati pada

register A.

RET

Start

I = 0

Kirim Clock pada SCL

Baca SDA RTC

Geser ke Accumulator ( Rotate A kekiri )

Naikkan I

Apakah I =8?

Baca = A

Y

T

40

3.4.4 Algoritma Tulis Data RTC

Adapun proses penulisan RTC DS3231 mengunakan I2C interface mengacu

pada algoritma perangkat lunak sebagaimana Gambar 3.12:

Gambar 3.12 Flowchart Tulis Data RTC Sumber: Perancangan

Proses penulisan atau pengiriman data RTC dari mikro hampir sama dengan

proses pembacaan data yaitu menggunakan komunikasi I2C. Pada proses ini bit

yang akan dikirim dipecah menjadi 8 bagian kemudian dikirim bit demi bit dengan

disertai satu siklus clock SCK sebagai tanda bit telah dikirim pada RTC, proses ini

dikirim sebanyak 8kali untuk mencapai data 1 byte (8bit). Pada prosesnya

pembacaan dan penulisan data pada RTC melalui arduino dilakukan oleh library

untuk memudahkan pemprosesan data.

RET

Start

I = 0

Kirim Clock pada SCL

Geser A ke Carry Flag

Pin SDA = C

Naikkan I

Apakah I =8?

Y

T