bab iii perancangan dan realisasi alat 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain...

22
9 BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT Dengan memahami konsep dasar alat pada bab sebelumnya yang mencakup gambaran sistem prinsip kerja dan komponen-komponen pembentuk sistem, maka pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan sistem yang meliputi perangkat keras dan perangkat lunak. 3.1 Perancangan Perangkat Keras Perangkat keras terdiri dari rangka dan komponen elektronik yang mendukung dalam pembuatan alat ini. Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai proses pembuatan mekanik beserta bahan yang dibutuhkan dan komponen elektronik yang digunakan. 3.1.1 Mekanik Mekanik ini terdiri dari rangka utama, tempat penampungan, slot untuk meletakkan botol, dan semua sambungan pipa ataupun selang yang digunakan pada alat ini. Gambar perancangan dari alat ini ditunjukkan pada Gambar 3.1. Gambar 3.1 Perancangan mekanik 3.1.1.1 Rangka Utama Rangka utama ini dibuat dengan menggunakan besi siku. Pemilihan bahan besi siku dikarenakan bahan mudah dicari dan kuat. Komponen yang dibutuhkan dalam pembuatan rangka selain besi siku adalah plat siku untuk setiap

Upload: others

Post on 19-Jan-2021

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

9

BAB III

PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT

Dengan memahami konsep dasar alat pada bab sebelumnya yang

mencakup gambaran sistem prinsip kerja dan komponen-komponen pembentuk

sistem, maka pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan sistem yang

meliputi perangkat keras dan perangkat lunak.

3.1 Perancangan Perangkat Keras

Perangkat keras terdiri dari rangka dan komponen elektronik yang

mendukung dalam pembuatan alat ini. Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai

proses pembuatan mekanik beserta bahan yang dibutuhkan dan komponen

elektronik yang digunakan.

3.1.1 Mekanik

Mekanik ini terdiri dari rangka utama, tempat penampungan, slot untuk

meletakkan botol, dan semua sambungan pipa ataupun selang yang digunakan

pada alat ini. Gambar perancangan dari alat ini ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Perancangan mekanik

3.1.1.1 Rangka Utama

Rangka utama ini dibuat dengan menggunakan besi siku. Pemilihan bahan

besi siku dikarenakan bahan mudah dicari dan kuat. Komponen yang dibutuhkan

dalam pembuatan rangka selain besi siku adalah plat siku untuk setiap

Page 2: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

10

sambungan, mur dan baut. Berikut adalah gambar realisasi perancangan dari

rangka utama dan dimensinya.

Gambar 3.2 Rangka utama

3.1.1.2 Slot Botol

Slot botol ini berfungsi untuk meletakkan botol yang akan diisi. Tempat

botol ini dibuat dengan menyesuaikan bentuk botol yang akan digunakan. Bagian

ini dibuat dengan menggunakan papan kayu yang disesuaikan dengan botol yang

digunakan oleh UD. Mitra Tani. Terdapat dua tipe botol yang digunakan oleh UD.

Mitra Tani yaitu botol untuk takaran 1,2 liter dan takaran 5 liter. Wujud dari botol

yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 3.3, dan realisasi dari perancangan slot

botol ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Page 3: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

11

Gambar 3.3 Botol untuk takaran (a) 5 liter (b) 1.2 liter

Gambar 3.4 Slot untuk botol

Seperti yang dijelaskan sebelumnya, slot dibuat dengan menyesuaikan

bentuk botol. Slot ini sekaligus menjadi tempat untuk meletakkan sensor

keberadaan botol yaitu fotodioda dan sinar laser yang dipantulkan dengan cermin

dengan sudut kemiringan tertentu sehingga dapat mendeteksi keberadaan botol.

3.1.1.3 Sambungan pipa.

Sambungan pipa ini dibuat dengan dua tipe pipa sambungan dengan ulir

dalam ½ inch. Yang pertama adalah sambungan pipa lurus dan yang kedua adalah

sambungan pipa U sehingga sambungan pipa ini menjadi seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 3.5a. Pemilihan pipa dengan ulir dalam ini dikarenakan dapat

memudahkan penulis untuk menyambungkan flow sensor dan solenoid valve

dikarenakan keduanya mempunyai ulir luar dengan ukuran ½ inch. Penulis

membuat 2 (dua) tipe sambungan, yaitu sambungan pipa untuk menghubungkan

flow sensor dan solenoid valve dan yang kedua adalah sambungan pipa untuk

Page 4: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

12

membantu pengisian untuk botol untuk takaran 1,2 liter dikarenakan botol ini

lebih rendah bila dibandingkan dengan botol untuk takaran 5 liter. Kedua

sambungan pipa ini ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Sambungan pipa

3.1.1.4 Penampungan

Bak penampunga ini berfungsi sebagai wadah cairan yang diberi 4 buah

lubang yang disesuaikan dengan kebutuhan pada alat ini dikarenakan alat ini

mempunyai 4 buat outlet. Bak penampung ini mempunyai dimensi panjang 51

cm, lebar 36,5 cm dan tinggi 22 cm. Dengan dimensi tersebut maka bak

penampung mempunyai volume sebesar 40,953 cm3

. Dengan volume ini, juga

bisa diartikan bak penampungan dapat menampung 40,953 dm3

atau 40,953 liter

air pada keadaan penuh. Dalam skripsi ini tinggi air tertinggi adalah 17 cm,

sehingga volume air yang tertampung adalah 31,645 cm3 atau sama dengan

31,645 liter Berikut adalah wujud fisik dari bak penampungan yang digunakan.

Gambar 3.6 Bak Penampungan

Page 5: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

13

3.1.2 Komponen Elektronik

Bagian ini akan menjelaskan komponen elektronik yang digunakan demi

mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul

saklar. Selain itu bagian ini juga terdiri dari flow sensor, solenoid valve, sensor

keberadaan botol, sensor ketinggian level cairan.

3.1.2.1 Modul mikrokontroler

Pada skripsi ini, modul kontrol dikendalikan oleh mikrokontroler sebagai

pengendali utama. Mikrokontroler yang digunakan adalah R8C Renesas

R5F21246 buatan Renesas Electronic Coorporation. Board ini dibuat dengan

menyesuaikan kebutuhan dari penulis. Pemilihan mikrokontroler ini dikarenakan

mikrokontroler ini sudah cukup memenuhi kebutuhan dari penulis dalam

merealisasikan alat ini. Mikrokontroler ini berguna untuk menerima data masukan

dari pengguna, mengolah data yang dikeluarkan oleh semua sensor yang

digunakan meliputi flow sensor, sensor keberadaan botol, dan mengaktifkan

maupun menon-aktifkan solenoid valve.

Konfigurasi penggunaan port mikrokontroler R5F21246 dapat dilihat pada

Tabel 3.1, dan skema dari board mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Page 6: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

14

Tabel 3.1 Konfigurasi penggunaan pin R8C R5F21246

No Nama Port Fungsi

1 P2_0 Output ke keypad

2 P2_1 Output ke keypad

3 P2_2 Output ke keypad

4 P2_3 Output ke keypad

5 P2_4 Input dari keypad

6 P2_5 Input dari keypad

7 P2_6 Input dari keypad

8 P2_7 Input dari keypad

9 P1_3 Valve pengisian tangki

10 P1_4 Valve 4

11 P1_5 Valve 3

12 P1_6 Valve 2

13 P1_7 Valve 1

14 P6_3 Flow sensor 1

15 P6_4 Flow sensor 2

16 P6_5 Flow sensor 3

17 P3_0 Flow sensor 4

18 P0_1 data 7 display LCD

19 P0_2 data 6 display LCD

20 P0_3 data 5 display LCD

21 P0_4 data 4 display LCD

22 P0_5 data E display LCD

23 P0_6 data Rs display LCD

24 P6_6 RX downloader

25 P6_7 TX downloader

26 P3_1 Input dari sensor keberadaan botol1

27 P1_0 Input dari sensor keberadaan botol2

28 P1_1 Input dari sensor keberadaan botol3

29 P1_2 Input dari sensor keberadaan botol4

30 P6_1 Input dari sensor ketinggian air

31 P6_2 Input dari sensor ketinggian air

32 P6_3 Input dari sensor ketinggian air

Page 7: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

15

Gambar 3.7 Skema board mikrokontroler Renesas R5F21246

3.1.2.2 Keypad

Keypad 4x4 digunakan untuk memilih menu-menu dan memasukkan

takaran yang diinginkan oleh user yang ditampilkan pada layar LCD karakter

sebagai antarmuka alat dengan pengguna yang bertindak sebagai masukan.

Keypad 4x4 yang digunakan adalah tipe keypad matriks, sehingga port input yang

dibutuhkan untuk keypad ini hanya 8 pin yaitu 4 untuk baris dan 4 untuk kolom

yang digunakan untuk mengendalikan 16 tombol. Keypad ini dikoneksikan

Page 8: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

16

dengan mikrokontroler pada P2.0 hingga P2.7 (8 pin). Baris 1 sampai baris 4

untuk P2.0-P2.3 dan kolom A sampai kolom D untuk P2.4-P2.7.

Gambar 3.8 Keypad 4x4

3.1.2.3 Penampil LCD 20x4

Modul LCD merupakan modul keluaran yang digunakan sebagai tampilan

berbagai karakter yang diinputkan melalui keypad. Modul ini menggunakan LCD

dengan resolusi 20x4, yang berarti bahwa tampilan LCD mampu menampilkan 20

karakter dalam 4 baris tampilan, sehingga tampilan yang dihasilkan sejumlah 80

karakter. Untai dari modul ini diperlihatkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Skema LCD 20x4

Page 9: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

17

Pada Gambar 3.9 diperlihatkan untai modul LCD yang dihubungkan

dengan mikrokontroler, di mana terdapat 16 terminal yang mempunyai fungsi

masing-masing. Berikut adalah penjelasan dari tiap-tiap fungsi tersebut.

1. DB4-DB7, merupakan penyemat untuk empat jalur data atas yang dapat

digunakan untuk membaca data dari modul ke mikrokontroler atau

menulis data dari mikrokontroler ke modul.

2. DB0-DB3, merupakan penyemat untuk empat jalur data bawah yang dapat

digunakan untuk membaca data dari modul ke mikrokontroler atau

menulis data dari mikrokontroler ke modul, namun penyemat ini

digunakan untuk data lebih dari 4 bit. Karena dalam sistem hanya

dibutuhkan 4 bit saja mak jalur ini tidak digunakan. Penulis hanya

menggunakan jalur data atas.

3. E (Enable), merupakan penyemat untuk sinyal operasi awal yang mampu

mengaktifkan data tulis atau baca.

4. R/W (Read/Write), merupakan penyemat untuk sinyal pemilih baca atau

tulis, yang mana apabila penyemat ini diberi logika 1, modul akan

melakukan operasi baca, sebaliknya bila diberi logika 0 akan melakukan

operasi tulis. Pada sistem ini, penyemat ini diberi nilai 0 atau ground

dikarenakan LCD digunakan sebagai modul keluaran saja yang berarti

hanya melakukan operasi baca saja.

5. RS (Register Selection), merupakan penyemat untuk sinyal pemilih fungsi

register yang apabila diberi logika 0, register berfungsi sebagai register

instruksi untuk operasi tulis atau sebagai penanda sibuk, dan sebagai

pencacah alamat untuk operasi baca. Apabila diberi logika 1, register

berfungsi sebagai register data, baik untuk operasi tulis ataupun baca.

6. VEE (VLC), merupakan penyemat untuk terminal catu daya untuk

pengendalian tampilan LCD, yaitu mengatur contrast tampilan karakter

pada layar.

7. VCC, merupakan penyemat untuk catu daya 5 volt.

8. VSS, merupakan penyemat grounding.

Page 10: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

18

3.1.2.4 Modul Saklar

Modul saklar pada sub bab ini adalah driver solenoid valve. Perancangan

driver ini menggunakan transistor NPN dengan seri BD 139 sebagai pemicu relay.

Pada perancangan driver ini juga menggunakan optocoupler 4n35 yang berfungsi

memisahkan catu daya mikrokontroler dengan catu daya solenoid valve. Driver

terdiri dari 5 driver yang digunakan untuk mengaktifkan ataupun menon-aktifkan

solenoid valve yaitu 4 solenoid valve untuk 4 outlet dan 1 digunakan sebagai inlet

untuk penampung pada alat ini dari penampung utama. Skematik driver solenoid

valve ditunjukkan pada Gambar 3.8

Gambar 3.10 Skema driver solenoid valve

Cara kerja dari driver tersebut adalah saat P1_7 dari mikrokontroler

bernilai 1 atau HIGH maka led pada optocoupler 4n35 menyala dan sisi penerima

optocoupler juga akan aktif atau arus mengalir dari VCC ke ground, sehingga pada

kaki basis transistor akan terpicu tegangan sehingga transistor akan berada di

kondisi jenuh atau saturasi dan relay akan aktif sehingga mengakibatkan solenoid

valve akan aktif. Keadaan sebaliknya apabila P1_7 dari mikrokontroler bernilai 0

atau LOW maka led pada optocoupler tidak menyala dan sensor penerima tidak

bekerja, sehingga transistor tidak terpicu dengan tegangan sehingga transitor

berada di keadaan cutoff dan relay tidak aktif.

BD 109

mikro

valve

2N2896Q2

D1DIODE

+ V212V

U1OPTOISO

RLY112VSPDT

R24.7k

R31k

R1330

Page 11: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

19

Agar transistor tersebut dapat bekerja sebagai saklar ada beberapa hal

penting yang harus diperhatikan, antara lain :

1. Menentukan Ic.

Ic adalah arus beban yang mengalir dari kaki kolektor menuju

emitor transistor. Arus beban tidak boleh lebih besar dari Ic maksimum

yang dilewatkan oleh transistor. Arus beban saat saturasi dapat dicari

dengan persamaan sebagai berikut :

Ic(beban) < Ic(Max) syarat

Ic(beban) = 𝑉𝑐𝑐

𝑅(𝑟𝑒𝑙𝑎𝑦 )

2. Menentukan hfe transistor

Setelah arus beban yang akan dilewatkan pada transitor diketahui

maka selanjutnya adalah menentukan transistor yang akan digunakan

dengan syarat seperti di poin sebelumnya.

3. Menentukan Rb

Setelah menentukan transistor yang akan digunakan maka

langkah selanjutnya adalah menentukan hambatan pada basis (Rb).

Besar Rb dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai

berikut:

Ib = 𝐼𝑐(𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 )

ℎ𝑓𝑒

Rb = 𝑉𝑅𝑏

𝐼𝑏

Pada untai driver solenoid valve juga terdapat diode yang

berfungsi sebagai diode free wheel yang berguna membuang arus dari

tegangan induksi yang terjadi pada saat peralihan kondisi dari ON ke

OFF. Ketika terjadi kondisi seperti ini kumparan yang terdapat pada

relay masih menyimpan arus sesaat yang besar. Hal ini sesuai dengan

sifat dari kumparan yang tidak dapat membuat arus menjadi 0 dengan

seketika. Apabila muatan ini tidak dibuang, maka tegangan pada kaki

kolektor bisa terlalu besar dan mendapatkan arus yang besar sehingga

ini dapat merusak transistor yang digunakan.

Page 12: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

20

Relay yang digunakan adalah relay 24 volt yang mempunyai

hambatan dalam sebesar 400 ohm, relay akan diberi tegangan 12 volt

sehingga dapat didapatkan arus pada kaki kolektor dengan perhitungan

sebagai berikut.

Ic = 𝑉𝑐𝑐−𝑉𝑐𝑒 (𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑠𝑖 )

𝑅𝑟𝑒𝑙𝑎𝑦 =

12 0,5

400 = 28,8 mA………………. (3.1)

Ic maksimum berdasarkan datasheet dari BD139 adalah 1A,

maka berdasarkan perhitungan pada Persamaan 3.1, Ic masih berada

dibawah Ic maksimum sehingga sudah memenuhi syarat pertama yaitu

Ic beban harus lebih kecil dari Ic maksimum.

Transistor yang digunakan mempunyai hfe sebesar 40-250,

sehingga arus yang mengalir pada kaki basis dapat dicari dengan

menggunakan hfe terkecil.

Ib = 𝐼𝑐

ℎ𝑓𝑒 =

28,8𝑚𝐴

40 = 0,72 mA…………………………………….(3.2)

Gambar 3.11 Skema Optocoupler

Dengan skema seperti Gambar 3.11, photo transistor dapat memberikan

logika HIGH pada saat led optocoupler menyala sehingga dikarenakan photo

transistor berada di keadaan saturasi. Nilai konduktifitas pada kolektor – emitor

akan naik sehingga Vout mendapatkan sumber tegangan dari Vcc melalui kaki

emitor, jadi Vout akan bernilai HIGH≈VCC dan sebaliknya pada saat led tidak

aktif maka photo transistor tidak aktif atau OFF dan Vout dihubungkan ke ground

melalui R2 sehingga nilainya adalah LOW.

mikro

OUT

+V

V512v

R9330

R41k

U2OPTOISO

Page 13: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

21

Dari hasil pengukuran tegangan output dari optocoupler yang

menggunakan 12 Volt dan resistor pada optocoupler sebesar 1k ohm adalah 5,6

Volt maka Rb dapat dicari dengan menggunakan rumus dibawah ini.

Rb= 𝑉𝑜𝑝𝑡𝑜𝑐𝑜𝑢𝑝𝑙𝑒𝑟 −𝑉𝑏𝑒

𝑖𝑏 =

5,6−1

0,72𝑚𝐴 = 6,388 kΩ ……………………………….(3.3)

Dengan perhitungan dengan Persamaan 3.3, ditunjukkan bahwa Rb

maksimal adalah 6,388kΩ. Dan resistor yang dipasang pada modul ini adalah 4.7

kΩ.

3.1.2.5 Solenoid valve

Valve berfungsi sebagai keran untuk membuka dan menutup saluran

keluaran cairan yang akan diisikan ke dalam botol. Valve mempunyai sistem kerja

ON untuk membuka dan OFF untuk menutup. Valve mempunyai tegangan kerja

antara 6V sampai 12V. Pada skripsi ini, valve diberi tegangan kerja 12V, untuk

12V arus yang dikonsumsi oleh valve ini untuk berada di keadaan ON adalah 320

mA [3]. Namun pada saat dilakukan pengukuran, setiap valve mengonsumsi arus

sebesar 43 mA. Gambar 3.11 menunjukkan wujud fisik dari solenoid valve yang

digunakan.

Gambar 3.12 Solenoid valve yang digunakan

3.1.2.6 Flow sensor

Flow sensor atau sensor aliran fluida digunakan untuk mengukur besarnya

volume air yang mengalir melalui suatu penampang misalnya pipa peralon, selang

dan sebagainya. Body dari flow sensor ini terbuat dari bahan plastik yang di

Page 14: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

22

dalamnya terdapat turbin dan sensor hall-effect. Cara kerja sensor ini yaitu saat air

mengalir melewati sensor ini maka turbin di dalamnya akan berputar. Setiap

turbin berputar maka sensor magnetik di dalamnya akan mengeluarkan pulsa

sebesar VCC yang digunakan. Tegangan kerja sensor ini antara 5V sampai 24V

[4]. Pada alat ini sensor flow diletakkan di antara outlet dari penampung dan

solenoid valve yang dihubungkan dengan selang dari outlet dan sambungan pipa

PVC untuk solenoid valve. Wujud fisik dari flow sensor yang digunakan

ditunjukkan pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13 (a) Wujud Fisik Flow sensor (b) Konfigurasi

3.1.2.7 Sensor Keberadaan Botol

Sensor keberadaan botol ini menggunakan fotodioda. Fotodioda adalah

komponen elektronik yang akan mengalirkan arus dari anoda ke katoda pada saat

terkena cahaya pada intensitas tertentu. Dengan rangkaian seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 3.12. Apabila fotodioda yang diberi lampu laser tidak

terhalang maka keluaran akan bernilai LOW dan sebaliknya apabila terhalang

akan bernilai HIGH. Nilai dari sensor keberadaan botol di masing-masing outlet

akan diterjemahkan oleh mikrokontroler untuk melanjutkan proses pengisian ke

dalam botol. Gambar 3.14 adalah rangkaian fotodioda yang digunakan.

Page 15: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

23

Gambar 3.14 Rangkaian Fotodioda.

3.1.2.8 Sensor Ketinggian Level Cairan

Sensor ketinggian level cairan ini digunakan untuk mengetahui jumlah

cairan yang terdapat dalam tangki penampung yang nantinya dapat digunakan

sebagai informasi yang diterima oleh mikrokontroler untuk mengontrol solenoid

valve pengisi tangki penampung. Apabila tangki penampung sudah dianggap

penuh sesuai dengan level yang ditentukan , maka solenoid valve pengisi tangki

akan menutup. Solenoid valve pengisi tangki akan membuka kembali apabila

ketinggian level cairan sudah sampai di ketinggian batas tengah. Pada saat

keadaan cairan berada di level bawah maka asumsinya adalah tangki penampung

belum mendapatkan cairan yang cukup untuk mengisi ke dalam botol, sehingga

valve untuk pengisian ke dalam botol akan ditutup. Pengisian botol akan

dilanjutkan apabila level cairan kembali pada level atas dan valve pengisi tangki

akan menutup.

Sensor ketinggian level cairan ini dibuat dengan menggunakan saklar

transistor seperti yang digambarkan pada Gambar 3.15

mikro

D2

+V

V45V

R81k

Page 16: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

24

Gambar 3.15 Skema Sensor Ketinggian Level Cairan dengan

menggunakan Transistor sebagai Saklar.

Cara kerja rangkaian di atas adalah dengan memasukkan 4 kawat kuningan

ke dalam tampungan, satu di antaranya dialiri tegangan 5V dan 3 (tiga) kawat

kuningan yang lain akan terhubung ke basis masing-masing transistor. Cairan

pupuk yang akan ditampung dapat menghantarkan listrik sehingga apabila kawat

kuningan yang terhubung pada basis transistor masuk ke dalam cairan, maka kaki

basis akan mendapatkan tegangan yang akan menyebabkan transistor berada di

keadaan saturasi. Hal ini menyebabkan tegangan keluaran dari kaki kolektor

transistor yang masuk ke dalam mikrokontroler akan bernilai LOW dan apabila

tidak masuk dalam cairan maka nilai keluaran dari kaki kolektor transistor yang

masuk ke dalam mikrokontroler akan bernilai HIGH. Dengan logika seperti yang

dijelaskan sebelumnya maka rangkaian adalah rangkaian active low. Data

masukan dari ketiga kaki kolektor dari ketiga transistor inilah yang digunakan

penulis untuk mengetahui level air yang berada di dalam penampungan. Gambar

mikro

mikro

mikro

bawah

tengah

atas

+V

V15V

R6330

R5330

R4330

R3560

R2560

R1560

Page 17: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

25

3.16 ini menunjukkan bagaimana pemasangan keempat kawat kuningan di dalam

penampungan.

Gambar 3.16 Pemasangan kawat kuningan pada penampungan

Penjelasan dari gambar tersebut adalah sebagai berikut :

1. Tegangan 5 V.

2. Kawat kuningan yang terhubung pada basis transistor batas

bawah.

3. Kawat kuningan yang terhubung pada basis transistor batas

tengah.

4. Kawat kuningan yang terhubung pada basis transistor batas

atas.

Page 18: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

26

3.1.2.9 Catu Daya 5V

Alat ini mempunyai 2 buah catu daya, yaitu catu daya 5V dan 12V. Catu

daya 5V dibutuhkan untuk mencatu beberapa komponen meliputi mikrokontroler,

flow sensor, laser dan fotodioda pada sensor keberadaan botol, LCD keypad, dan

optocoupler pada driver solenoid valve. Sedangkan catu 12V dibutuhkan untuk

mencatu 5 buah solenoid valve yang digunakan. Sumber catu daya 5V berasal dari

travo 3A yang mempunyai tegangan 12V AC, dan disearahkan dengan diode half

bridge. Untuk mencatu tegangan 5V digunakan IC regulator 7805, skema dapat

dilihat pada Gambar 3.17.

Gambar 3.17 Skema Power Supply 5V.

220 VACOUT 5V

Q1mj2955

IN

COM

OUT

U17805

C1

470uF

C2470uF

T1

D1DIODE

D2DIODE

C34700uF

R11

R210

Page 19: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

27

3.2 Perancangan Perangkat Lunak

Dibawah ini adalah diagram alir yang terdapat pada sistem alat

keseluruhan.

Apakah ada botol?

Apakah sudah pernah mengisi?

TIDAK

YA

BELUM

Periksa level air bawah

TIDAK

ADA

Periksa level air tengah

Periksa level air atas

VALVE PENAMPUNGAN

HIDUP

VALVE PENAMPUNGAN

MATIFLAG PERNAH KOSONG = 0

ADA

ADA

TIDAK

SUDAH

VALVE BUKA

PulseFlow = TAKARAN?

VALVE TUTUP

SET FLAG SUDAH MENGISI

SET FLAG BELUM MENGISI

Apakah botol sudah diambil?

BELUM

SUDAH

YA

TIDAK

TIDAK

VALVE PENAMPUNGAN

HIDUP

PROSES PENGISIAN

STOP ?

TIDAK

return

Set FLAG PERNAH KOSONG = 1

FLAG PERNAH KOSONG =1 / 0 ?

0

A

A

FLAG PERNAH KOSONG =1 / 0 ?

1

1 0

Gambar 3.18 Diagram Alir Perangkat Lunak dan Diagram Alir Fungsi

Proses Pengisian

Page 20: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

28

Gambar 3.19 Diagram Alir Fungsi Input Takaran

Page 21: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

29

3.2.1 Penjelasan Diagram Alir

1. Pada saat sistem diaktifkan, maka mikrokontroler akan melakukan

inisialisasi terlebih dahulu dan dilanjutkan dengan menampilkan menu

untuk memasukkan jumlah takaran pada LCD karakter 20x4 yang

digunakan.

2. Setelah memasukan jumlah takaran yang diinginkan oleh pengguna,

sistem akan meminta konfirmasi dari pengguna.

3. Apabila input yang dimasukan sudah benar atau sesuai dengan sistem,

maka secara otomatis sistem akan mengaktifkan semua sensor yang

digunakan sehingga alat siap untuk beroperasi.

4. Sensor keberadaan botol akan mendeteksi keberadaan botol, apabila

ada botol maka akan dilakukan pemeriksaan selanjutnya, apabila

belum terdapat botol maka sensor keberadaan botol akan menunggu

masukan yaitu botol yang digunakan pada UD. Mitra Tani.

5. Sistem akan memeriksa apakah sistem sudah pernah mengisi di slot

tertentu, apabila sudah pernah maka botol harus diambil. Perubahan

nilai pada sensor keberadaan botol dari ada botol menjadi tidak ada

botol akan mengatur flag menjadi belum pernah mengisi. Sedangkan

sebaliknya apabila hasil dari pemeriksaan tahap ini menunjukkan

bahwa belum pernah mengisi, sistem akan melanjutkan ke

pemeriksaan selanjutnya.

6. Pemeriksaan selanjutnya adalah pemeriksaan pada level air di dalam

penampungan cairan. Pemeriksaan ini akan digunakan untuk

memberikan instruksi pada keempat valve yang berfungsi sebagai

outlet dan satu valve sebagai inlet untuk penampungan. Outlet bisa

terbuka apabila level air lebih tinggi dari level bawah. Dan inlet akan

terbuka apabila level air lebih rendah dari batas tengah

7. Tahap selanjutnya adalah dengan terbukanya valve outlet maka sistem

akan memeriksa debit air yang dilewati oleh flow sensor. Apabila

sudah sesuai takaran maka maka sistem mengatur flag sudah pernah

mengisi.

Page 22: BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT 3 · 2017. 2. 7. · mendukung pembuatan alat, antara lain modul mikrokontroler, catu daya, modul saklar. Selain itu bagian. ... 9 P1_3 Valve

30

8. Apabila teradapat keadaan dimana sedang melakukan pengisian dan

level air berada di bawah level paling rendah maka pengisian akan

dihentikan hingga level air berada di level paling tinggi dan pengisian

akan dilanjutkan.