bab iii perancangan alat
TRANSCRIPT
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
A. Perancangan Teknis
Perancangan merupakan suatu tahap yang paling penting dalam
pembuatan alat. Karena dengan merancang kita dapat mengetahui komponen
apa saja yang akan kita gunakan, sehingga alat yang kita buat dapat bekerja
seperti apa yang kita harapkan. Petunjuk penggunaan komponen, spesifikasi
serta karakteristik dari komponen yang akan kita gunakan dapat kita lihat pada
data sheet yang telah tersedia.
Untuk mendapatkan hasil yang optimal, haruslah terlebih dahulu
membuat rancangan yang baik dengan memperhatikan sifat dan karakteristik
dari komponen yang digunakan serta suku cadang dipasaran, sehingga dapat
memudahkan kita dalam pengerjaan dan memudahkan kita mencari komponen
tersebut apabila terjadi kerusakan.
B. Langkah-langkah Perancangan
Pada langkah perancangan, dimulai dengan menentukan diagram blok,
gambar rangkaian dari keseluruhan system, kemudian memilih dan
menentukan komponen-komponen yang akan digunakan sebagai penyusun
dari masing-masing blok rangkaian. Secara garis besar keseluruhan proses
pembuatan alat ini terbagi dalam dua tahap utama, yaitu :
Perancangan Sistem
45
Perancangan sistem dilakukan dengan pembuatan diagram blok
rangkaian, pembuatan skema rangkaian lengkap, serta pembuatan
program dan juga perencanaan kontruksi dari alat tersebut.
Perancangan Hardware
Pada perancangan hardware, ada beberapa tahap yang harus dilakukan
yaitu perancangan mekanik dan perancangan elektrik. Pada
perancangan mekanik dilakukan dengan tata driver relay dan
lampunya. Pada perencanaan elektrik dilakukan dengan pembuatan
bagian minimum sistem, power supply, dan sensor infra merahnya.
C. Proses Pembuatan Alat
Untuk membuat system control lampu berbasis ATmega328, agar
dapat bekerja sesuai dengan apa yang telah direncanakan maka dalam proses
pembuatannnya dibagi dalam beberapa tahapan. Seperti perencanaan blok
diagram alat, perencanan skema rangkaian, pemilihan komponen yang
digunakan, proses pembuatan alat, perencanaan pembuatan software, serta
pengujian dan pengukuran alat. Adapun blok diagram tahapan-tahapan
pembuatan alat tersebut adalah sebagai berikut :
46
Gambar 3.1. Blok Diagram Perencanaan Pembuatan Alat
Dari gambar diagram blok diagram diatas maka tahapan perencanaan
tersebut dapat dijelaskan, yaitu sebagai berikut :
1. Perencanaan blok diagram alat
Sebelum membuat alat harus dipikirkan bagaimana blok diagram
dari alat yang akan dibuat, untuk mempermudah langkah-langkah
yang akan dilakukan dalam penentuan dan pembuatan rangkaian dari
alat tersebut.
2. Perencanaan skema rangkaian
Perencanaan skema rangkaian ini dibuat berdasarkan blok diagram
kemudian dilanjutkan dengan pemilihan rangkaian yang tepat dan
47
Perencanaan Blok Diagram Alat
Perencanaan Skema Rangkaian
Pemilihan Komponen Yang Digunakan
Pembuatan Alat
Perencanaan dan Pembuatan Sofware
Pengujian dan Pengukuran Alat
sesuai dengan alat yang akan dibuat dan juga menyesuaikan dengan
komponen - komponen yang tersedia di pasaran dan mudah
diperoleh sesuai dengan konsep kerja dari alat yang akan dibuat.
3. Pemilihan komponen yang akan digunakan Simulasi alat ini dibuat
dengan alat dan bahan yang tersedia di pasaran sesuai dengan yang
dibutuhkan untuk rangkaian.
Tabel 3.1 Daftar Bahan
48
NAMA BAHAN JUMLAH
Phototransistor 1 buah
Resistor 1k Ω 4 buah
Capacitor 100 nF 1 buah
Resistor 10k Ω 1 buah
IC max232 1 buah
Lampu AC 220v 2 buah
Capacitor 10uF / 16V 6 buah
IC LM 7805 2 buah
DB9 Female 1 buah
Remote TV universal 1 buah
IC ATmega328 1 buah
Crystal 16 MHz 1 buah
LED 4 buah
PCB 2 buah
Sakelar On / Off 2 buah
Socket Header 40x1 1 buah
Kabel pelangi 2 meter
Spicer baut 12 buah
Adaptor 1,2A 1 buah
Piting lampu AC 2 buah
Tabel 3.2 Daftar Alat
4. Pembuatan Alat
a. Pembuatan rangkaian
Perencanaan Lay Out pada PCB
Printed Circuit Board (PCB) dibuat dari bahan pertinak dan dilapisi
dengan tembaga tipis. Langkah-langkah dalam pembuatan adalah :
Penggambaran Pada PCB
- Sebelum mengambar pada PCB terlebih dahulu membuat
rancangan jalur-jalur rangkaian pada komputer dengan program
EAGLE kemudian di print dan di fotokopi dengan plastik khusus.
Dalam penggambaran ini perlu diperhatikan bentuk dan ukuran
dari masing-masing komponen yang akan dipasang terutama jarak
antara kakinya.
49
NAMA BAHAN JUMLAH
Obeng ( + ) dan ( - ) 1 buah
Tang Kombinasi 1 buah
Solder 1 buah
Introfak 1 buah
AVO Meter 1 buah
Timah secukupnya
Amplas halus secukupnya
Pinset 1 buah
Pisau cutter 1 buah
Bor 1 set
Obeng 1 set
- Membersihkan PCB dengan menggunakan amplas halus agar pada
saat pensablonan semua gambar dapat menempel dengan sempurna
pada PCB. Seperti ditunjukkan pada lampiran gambar
- Proses pensablonan ini dilakukan dengan cara penyetrikaan.
Pertama-tama potong PCB sesuai dengan ukuran gambar kemudian
tempelkan hasil foto kopi pada PCB dan dilapisi dengan kertas
setelah dilapisi kertas baru bisa di setrika.
- Jika masih ada gambar yang kurang jelas, dapat di gambar kembali
dengan menggunakan spidol permanen/marker.
Gambar 3.2 Penyetrikaan pada PCB
Proses Pelarutan
50
- Menyiapkan tempat atau wadah dari plastik dengan ukuran yang
lebih besar dari PCB yang akan dilarutkan
- Melarutkan bahan pelarut feriklorida (FeCI3) secukupnya pada air
panas kemudian PCB yang telah berisi gambar rancangan
dicelupkan kedalam larutan. Agar proses pelarutan lebih cepat
wadah dapat digoyang-goyangkan .
- Apabila bagian tembaga yang tidak terpakai telah larut seluruhnya,
maka PCB diangkat dan dicuci dengan air bersih. Gambar
rancangan yang masih tertutupi oleh spidol dibersihkan dengan
tiner atau bensin.
Gambar 3.3 Proses Pelarutan PCB
Pengeboran
Pada proses pengeboran ini yang paling utama perlu diperhatikan
adalah mata bor harus sesuai dengan ukuran dari kaki komponen yang
akan dipasang pada lubang tersebut. Pengeboran dilakukan pada tanda titik
51
yang telah diberi tanda sebelumnya. Bila pengeboran telah selesai, maka
PCB siap untuk digunakan
Pemasangan Komponen
Setelah PCB jadi maka langkah selanjutnya adalah pemasangan
komponen pada permukaan PCB. Agar kelihatan rapi kita dapat mengatur
tinggi rendahnya pemasangan komponen. Tata letak komponen secara
keseluruhan ditunjukkan pada lampiran.
Penyolderan
Komponen-komponen yang telah terpasang kemudian disolder
agar kaki komponen terhubung dengan jalur-jalur pada PCB.
D. Perancangan Sistem
Dalam pembuatan alat kontrol lampu ruangan berbasis mikrokontroler
ATmega328 ini secara elektronik terbagi ke dalam 3 bagian. Yaitu input,
pengontrol dan output. Input terdiri dari remote TV dan sensor penerima
(phototransistor), dan pemrosesnya data input adalah mikrokontroler ATmega328
dan mengeluarkan output yang menuju driver relay untuk menggerakkan anak
kontak dan menyalakan lampu AC. Gambar 3.3 menampilkan blog diagram
secara keseluruhan.
1. Blok Diagram Keseluruhan
52
Gambar 3.4 Blok Diagram Keseluruhan
2. Rancangan Bentuk Fisik Kunci Pintu
Rancangan bentuk fisik dari control lampu ini berbahan plastik dengan
ketebalan 2 mm. Panjang kotak ini mencapai 20 cm dan lebarnya mencapai 12
cm. pada bagian atas kotak diletakkan 2 buah fitting lampu AC dan pada bagian
atas tengah diletakkan sensor penerimanya. Di dalam kotak ini terdapat minimum
system ATmega328 dan driver relay. Berikut ini merupakan bentuk fisik alatnya.
Ambil gambar box plastiknya ya yank
Gambar 3.5 Bentuk Fisik Kontrol Lampu
E. Deskripsi Kerja Rangkaian
Alat ini memiliki beberapa alur proses pengontrolan yang pertama adalah
pengontrolan dengan input data yang berupa data dari remote TV, kemudian
diteruskan ke mikrokontroler, output data dari mikrokontroler akan mengaktifkan
driver relay untuk selanjutnya mengaktifkan lampu AC.
53
Sensor Inframerah akan menerima suatu sinyal berupa frekuensi tertentu
dari remote TV, yang menyebabkan sensor tersebut aktif. Setelah mendapat sinyal
tersebut, sensor Inframerah akan mengirimkan kode unik dalam bentuk
hexadesimal untuk selanjutnya data tersebut akan diolah oleh mikrokontroler,
kemudian jika data tersebut sesuai dengan data yang telah tersimpan dalam
memori data mikrokontroler maka akan mengaktifkan driver relay.
Pada gambar 3.3, dapat dilihat beberapa blok diagram yang masing-
masing memiliki fungsi :
1. Mikrokontroler Atmega328
Digunakan sebagai kontrol utama untuk mengendalikan sistem dengan
bantuan software Arduino-21. Dan board control Erulduino Board
2. Penerima Sensor Inframerah
Digunakan sebagai sensor pendeteksi tag remote TV. Yang mendeteksi
keberadaan sinyal berjarak ± 10 m
3. Driver Relay
Berfungsi untuk menghidupkan lampu 220V AC, agar tidak membebani
mikrokontroler. Menggunakan sebuah transistor jenis NPN dan sebuah
relay dengan tegangan kerja 9 volt
F. Perancangan Perangkat Keras
54
Dalam pembuatan perangkat keras sistem control lampu ruangan dengan
remote kontrol berbasis mikrokontroler Atmega328 ini terbagi atas beberapa
bagian antara lain :
1. Perencanaan Transponder RFID
Untuk mendeteksi adanya sinyal dari remote TV digunakan sensor berupa
phototransistor tipe PNA4601M sebagai sensor ke mikrokontroler Atmega328.
sensor jenis ini dapat mendeteksi sampai dengan 10 m.
Gambar 3.6 Bentuk Fisik Sensor Phototransistor
2. Perencanaan Rangkaian Driver Relay
Rangkaian driver yang digunakan penulis berupa konfigurasi transistor
jenis NPN. Ini dimaksudkan agar mikrokontroler tidak mengalami kelebihan
beban apabila mencatu sebuah beban yang besar dalam kasus ini adalah lampu
220 volt dengan arus hingga 2 ampere. Sehingga dibutuhkan sebuah rangkaian
driver seperti tampak pada gambar 3.7
55
Gambar 3.7 Rangkaian Driver Relay
Untuk dapat mengaktifkan relay ini mikrokontroler harus mengirimkan
data sinyal ‘1’. Dioda berfungsi untuk menahan tegangan balik dari relay pada
saat perubahan dari kondisi aktif ke kondisi tidak aktif. Saat transistor BC548
berada dalam keadaan saturasi, tegangan pada kolektor-emitor mendekati nol.
Dari data sheet β sebesar 165 (typical). Tahanan relay setelah diukur sebesar 100
Ω. Maka dapat dihitung sebagai berikut :
56
Port2.0
Dari perhitungan tersebut didapatkan IB>IBSAT, maka transistor benar menjadi
saturasi. Sehingga dalam rangkaian driver line ini digunakan Rb sebesar 10K.
3. Minimum Sistem ATmega328
57
Rangkaian minimum system Atmega328 akan menerima data dari 1 buah
sensor transponder RFID, yang kemudian akan diolah dan diintruksikan ke driver
relay untuk menggerakkan anak kontak relay agar dapat menyambung dan
memutuskan tegangan pada selenoid. Selain masukan dari sensor transponder
RFID ini, rangkaian minimum sistem ini juga menerima masukan sinyal dari push
button yang difungsikan sebagai switch untuk membuka pintu dari dalam, yang
kemudian mengolahnya dan diinstruksikan langsung ke selenoid, agar solenoid
bekerja.
Gambar 3.8 Minimum Sistem Atmega328
Pada rangkaian minimum system ini hanya dibutuhkan rangkaian untuk
mengaktifkan internal clock dan rangkaian power on reset. Diperlukan tambahan
komponen sebuah crystal dan dua buah kapasitor, nilai kapasitor yang dipakai
adalah 22 pF, sedangkan untuk crystal yang digunakan bernilai 16 MHz. untuk
rangkaian reset terdiri dari sebuah kapasitor dengan nilai 10 nF, resistor 10 KΩ,
58
dan sebuah push botton untuk reset secara manual. Berikut merupakan gambar
rangkaian minimum sistem Atmega328.
Konfigurasi input dan output pada rangkaian minimum sistem adalah
sebagai berikut : untuk input dari rangkaian ini pin yang dipakai adalah sebagai
berikut : untuk sensor phototransistor menggunakan pin digital 11. Selanjutnya
untuk menyalakan dua buah driver relay menggunakan pin digital 6 dan 7 untuk
menyalakan indicator LED adalah pin 13.
4. Power Supply
Untuk supply tegangan yang dipakai pada system ini menggunakan
tegangan sebesar 12 volt DC. Tegangan ini diperoleh dari battery kering dengan
tegangan 12 volt, dengan arus 1.2 Ampere.Karena pada masing-masing rangkaian
membutuhkan tegangan sebesar 5 volt maka untuk itu dibuatkan rangkaian
regulator agar mendapatkan tegangan sebesar 5 volt.
Gambar 3.9 Rangkaian Power Supply
Pada rangkaian ini digunakan IC regulator 7805 untuk mendapatkan tegangan
sebesar 5 volt. Pada Gambar 3.7 merupakan skema rangkaian supply untuk ke
59
masing-masing bagian diantaranya tegangan 5 volt ke board minimum system
ATmega328.
G. Perancangan Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang direncanakan yaitu proses pembuatan program utama
dan subrutinnya dari keseluruhan perangkat lunak yang akan dibuat. Langkah
yang akan dilakukan yaitu perencanaan flowchart (diagram alir) kemudian
penulisan bahasa C dan mensimulasikannya dengan software dan jika tidak terjadi
kesalahan, maka dilakukan uploading ke mikrokontroler secara incircuit
programming. Namun terlebih dahulu perlu ditentukan memori-memori dan port
mikrokontroler yang akan digunakan pada listing program, yang dapat dilihat
pada tabel 3.1.
Tabel 3.3 Penggunaan Port
PORT PENGGUNAAN
Digital pin 11Menerima masukan dari remote TV
Digital pin 6 dan 7Mengaktifkan Driver Relay
Digital pin 13Menyalakan indikator Led sinyal
60
1. Flowchart Program
Gambar 3.10 Flowchart Keseluruhan
a. Keterangan Flow Chart
61
Pertama ketika program start maka akan menginisialisasi port
digital yang akan digunakan oleh mikrokontroler Atmega328
untuk menjalankan program secara keseluruhan.
Selanjutnya program akan mengecek keberadaan sinyal
inframerah melalui sensor phototransistor. Apabila sinyal
inframerah selanjutnya akan menginisialisasi apakah sinyal
tersebut dapat dikodekan atau tidak melalui mikrokontroler.
Perlakuan pertama rutin program apabila tombol pada remote TV
ditekan dan bernilai 10 hexa (tombol 1 pada remote ditekan) maka
akan mengaktifkan pin digital 6 dan driver relay 1 akan menyala
terus menerus sampai tombol 1 pada remote TV ditekan lagi maka
driver relay akan mati dan lampu padam.
Kemudian apabila terdapat sinyal inframerah yang bernilai 810
hexa (tombol 2 pada remote ditekan) maka pin digital 7 akan
menyala dan akan mengaktifkan driver relay 2 dan lampu 2 akan
hidup terus menerus sampai tombol 2 pada remote TV ditekan
lagi maka driver relay akan mati dan lampu akan padam.
Hal ini akan terus berulang-ulang karena program looping
(perulangan sesuai dengan inisialisasi sniyal yang diterima oleh
mikrokontroler)
2. Perencanaan Program bahasa C
62
Penulisan program C menggunakan software Arduino-21. Software tersebut
berfungsi untuk membuat listing program yang akan dimasukkan ke dalam
mikrokontroler nantinya. Tampilan software Arduino-21 dan cara bagaimana
memasukkan program ke dalam mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 3.11.
Gambar 3.11 tampilan awal program
Untuk membuat bahasa C, pertama kita membuat file baru dengan cara
mengklik new. Kemudian kita ketikkan bahasa C pada kolom yang sudah
tersedia. Namun kita juga dapat membuka file program yang sudah dibuat
sebelumnya dengan klik file kemudian klik sketchbook dan selanjutnya pilih file
program tersebut seperti terlihat Pada gambar 3.12.
63
Gambar 3.12 Membuka File Program
Selanjutnya adalah meng-compile program C dengan cara klik toolbar
sebelah kiri jendela program dan apabila tidak terdapat error maka program sudah
siap untuk di upload ke rangkaian mikrokontroler. Seperti terlihat dalam gambar
3.11. Status error dapat terjadi apabila dalam penulisan program tidak sesuai
dengan tata cara penulisan program dalam bahasa C yang sudah ada, ini dapat
diperbaiki dengan cara meng-klik file program yang error kemudian mengecek
dimana letak kesalahannya. Kemudian di-compile sekali lagi, jika tidak terdapat
error maka program sudah siap dimasukkan ke mikrkontroler.
64
Gambar 3.13 Proses Compile
Apabila tidak terdapat error pada proses compiler maka akan terlihat tulisan done
compiling pada program bagian bawah, itu menandakan bahwa program yang
sudah dibuat sebelumnya tidak mengalami kesalahan penulisan program.
Selanjutnya adalah meng-upload program yang sudah dibuat ke dalam
mikrokontroler namun, sebelum meng-upload program terlebih dahulu mengatur
board yang digunakan dan serial port seperti terlihat pada gambar 3.14 .
65
Gambar 3.14 Mengatur board yang Digunakan
Untuk memilih mikrokontroler yang akan digunakan maka cukup meng-klik tool
kemudian pilih board selanjutnya pilih Arduino NG older w/Atmega328. Hal ini
dilakukan karena mikrokontroler yang digunakan adalah Atmega328. Selanjutnya
adalah mengatur port serial yang digunakan agar proses pemprograman dapat
berjalan. Gambar 3.15 memperlihatkan proses pengaturan port serial.
66
Gambar 3.15 Pemilihan port serial
Yang terakhir adalah proses uploading program ke dalam mikrokontroler dengan
meng-klik tombol upload pada toolbar sebelah kanan seperti terlihat pada gambar
3.16 apabila proses uploading berhasil maka ditandai dengan tulisan done
uploading. Maka mikrokontroler sudah selesai diporgram.
Gambar 3.16 Program Selesai di-uploading
67