tugas akhir puspis.doc

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL DAN MONITORING PADA INKUBATOR BAYI BERBASIS

ARDUINO MEGA 2560

DESIGN OF FETAL INCUBATOR CONTROL AND MONITORING SYSTEM BASED ON ARDUINO MEGA 2560

Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma IV

Program Studi Teknik Refrigerasi dan Tata UdaraPoliteknik Negeri Bandung

Diajukan OlehFendyAgus Riyanto

NIM :111624014

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG2015

Nama : Fendy Agus Riyanto

Tempat dan Tanggal Lahir : Bandung, 04 agustus 1993

Jenis Kelamin : pria

Agama : Islam

Status : Belum Menikah

Kesehatan : Sangat Baik

Tinggi, Berat Badan : 170cm, 55kg

Kewarganegaraan : Indonesia

Alamat : Komp. Melong Green Garden Jln. Boeing Raya No. 63

RT 04/RW 28 Cijerah Bandung 40534

Kebangsaan : Indonesia

Hobi : photographer,basket

HP/Telepon : 08812052009

Email : [email protected]

* 2011-2015 : Politeknik Negeri Bandung (teknik refrigerasi & tata udara)

* 2008-2011 : SMK Teknologi industri pembangunan cimahi (teknik

elektronika)

CURRICULUM VITAE

DATA DIRI

PENDIDIKAN FORMAL

* 2005-2008 : SLTP Angkasa Bandung

* 1999-2005 : SDN Karya Bhakti I Bandung

1. Praktek Kerja Lapangan di PT DIRGANTARA INDONESIA selama 1 bulan (21 Desember

2009 sd 29 januari 2010). maintenance

2. Praktek Kerja Lapangan di PT DIRGANTARA INDONESIA selama 2 bulan ( 5 januari sd

28 februari 2014). Special process facility maintenance

3. Praktek kerja lapangan di PT TELKOM maintenance

4. Praktek kerja lapangan di Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) bandung.

maintenance

5. PT.AGRONESIA (bandung milk centre)

6. PD. LED. elektronika

7. Nes Photography. photographer

* Komputer : Microsoft Office (Ms. Word, Ms. Excel, Ms.

Powerpoint, ),AUTOCAD,Photoshop

* Membuat PCB Elektronika

* las listrik

* las gas

*memperbaiki kulkas,ac

Kemampuan dalam elektronika

Kemampuan dalam system refrigerasi RHVAC

mampu bekerja dalam team

Kemampuan mengoprasikan computer

Kemampuan Akses internet

PENGALAMAN BEKERJA

KETERAMPILAN

PENGALAMAN ORGANISASI

KEMAMPUAN

* Anggota PFM ( pembinaan fisik dan mental)

* Anggota FKMRA Se Indonesia (forum komunikasi mahasiswa refrigerasi dan tata

udara)

* Pelatihan teknisi handphone samsung

* basic photography

PENGALAMAN PELATIHAN

LEMBAR PERSEMBAHAN

Laporan ini kupersembahkan kepada :

Mamaku tersayang dan Bapakku tercinta , sebuah anugrah dan kebahagiaan yang teramat besar aku dilahirkan dan dibesarkan oleh kedua orang tua sehebat kalian. Kasih sayang, kesabaran, kekuatan,

keikhlasan, dan keteguhan hati yang tulus kalian berikan untuk anakmu ini.

Mba Russy, Dinu, Octaviani Rahayu yang banyak membantu baik dari segi moril maupun materil. Tanpa kalian tak mungkin kudapat

menjalani cerita dalam kehidupanku ini. Terima kasih banyak untuk semua yang kalian berikan untukku .

Doakan aku, suatu saat nanti aku dapat membahagiakan dan membanggakan kalian.

Terimakasih untuk segalanya,

Semoga amal kebaikan semua di balas lebih oleh Nya. Aamiin.

ABSTRAK

Sistem kontrol dan monitoring inkubator bayi digunakan untuk menjaga

kondisi udara hood inkubator (Temperatur, RH, Kadar CO2) dan memonitor

parameter tumbuh kembang bayi (temperatur bayi,berat). Dengan

menggunakan kontrol dan monitoring tersebut maka Temperatur dan RH dapat

dijaga, parameter-parameter tersebut lebih mudah untuk diamati, diolah secara

kontinyu, akurat, efektif dan real time. Sistem kontrol yang dikembangkan

bekerja mengontrol temperatur dan kelembaban secara otomatis dengan aksi

on/off. Sistem dibangun berbasis pada arduino Mega, Sensor temperatur

DHT11, sensor berat Flaxiforce, sensor CO2, sensor water level, dan sensor

infrared thermometer. Udara didalam hood inkubator dikondisikan melalui

pengaturan heater, sedangkan sirkulasi udara dilakukan menggunakan fan dan

motor servo. Dari hasil pengujian temperatur udara dapat dijaga stabil pada

range temperatur 34-37°C dan kelembaban pada 50% - 70%.

Kata kunci : kontrol dan monitoring, Inkubator, Temperatur, Kelembaban

ABSTRACT

Control and monitoring systems in baby incubator used to keep the air condition

inside an incubator hood (Temperature, RH, and CO2 Level) and monitor the

baby’s growth parameters (baby’s Temperatures and weight). By using a control

and monitoring like that then temperature and RH can be maintained. The

parameters is easier to be observed, be treated processed repeatedly, accurate,

effective, and real time. Developed control system works to control the

temperatures and humidity automatically with ON/OFF, a system built based on

arduino mega 2560. Temperature sensor, DHT sensor, Flaxiforce weight sensor,

CO2 sensor, Water Level sensor, and infrared thermometer sensor. Conditioned

air in hood of incubator throught by setting the heater. While air circulation works

using fan and servo motors. From the test result, air temperatures can be kept

stable at range 34 -37 °C and humidity at 50 – 70%.

Key words: control and monitoring incubator, themperature, humidity

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum. Wr. Wb.

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberi rahmat dan hidayah-Nya kepada kita sebagai mahluk-Nya. Sholawat

serta salam semoga di limpahkan atas Nabi Muhammad SAW. pembawa

risalah keselamatan dunia dan akhirat, teladan umat manusia sepanjang masa,

sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir yang berjudul

“RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL DAN MONITORING

PADA INKUBATOR BAYI BERBASIS MIKROKONTROLER

ARDUINO MEGA 2560”.

Tujuan dari penyusunan laporan ini adalah untuk melaporkan kegiatan

selama menjalani Tugas Akhir. Tugas Akhir merupakan kegiatan wajib yang

dilaksanakan oleh mahasiswa Jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara

untuk menyelesaikan pendidikan Diploma III di Politeknik Negeri Bandung.

Dalam menyelesaikan penyusunan laporan Tugas Akhir ini, penulis

mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin

mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapa Triaji Pangpripto P, ST., M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik

Refrigerasi dan Tata Udara, Politeknik Negeri Bandung

2. Bapak C. Bambang Dwi K., ST,MT selaku dosen pembimbing Tugas

Akhir I yang telah banyak memberikan perubahan positif tentang kerangka

berpikir bagi penulis, terima kasih atas bimbingan dan arahannya sehingga

Tugas Akhir ini dapat diselesaikan.

3. Bapak ir. Eddy Erham, MT., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir II,

yang telah banyak memberikan ilmunya dalam membimbing dan

mengarahkan sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan.

4. Seluruh staf dosen pengajar jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara,

atas semua ilmu yang telah diberikan kepada penulis.

5. Seluruh karyawan dan teknisi bengkel jurusan Teknik Refrigerasi dan Tata

Udara, kepada Bapak Dani, Bapak Mamay, Bapak Prayogo, Bapak Samedi,

Bapak Sunardi, Bapak Aep, dan Bapak Herman, terima kasih banyak atas

arahannya.

6. Bapak Solihin dan Ibu Voni selaku Staf Administrasi Jurusan Teknik

Refrigerasi dan Tata Udara di POLBAN yang telah membantu dalam

administrasi Tugas Akhir ini.

7. Orang tua terkasih, Mamah , Papah, atas segala perhatian, doa, kasih

sayang, dorongan semangat, kesabarannya, dan menjadi inspirasi bagi

penulis.

8. Rekan - rekan seperjuangan (2011) terutama kelas 4D4 yang telah

memberikan saran, motivasi, dan doa.

Akhirnya, penulis berharap semoga karya ini menjadi sumbangsih

yang bermanfaat bagi inovasi di bidang HVAC dan kontrol. Aamiin.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb

Bandung, Juli 2015

Penulis

Fendy Agus Riyanto

NIM: 111624014

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ................................................................... ............. i

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................. ii

CURICULLUM VITAE ………………………………..…..…………... iii

HALAMAN PERNYATAAN PENULIS …………………....…………. iv

LEMBAR PERSEMBAHAN……………………………………...…….. v

ABSTRAK ............................................................................................... vi

ABSTRACT .............................................................................................. vii

KATA PENGANTAR ............................................................................. viii

DAFTAR ISI ............................................................................................. ix

DAFTAR GAMBAR ................................................................................ x

DAFTAR TABEL ..................................................................................... xi

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................. xii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ....................................................................... I-1

1.2 Tujuan Penelitian ................................................................... I-2

1.3 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ................................... I-2

1.4 Metodologi Pengerjaan Tugas Akhir .....................................I-2

1.5 Sistematika Penulisan Laporan ............................................. I-2

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Inkubator Bayi.................................................... II-1

2.1.1 Jenis-jenis Inkubator Bayi ..................................... II-1

2.2 Sistem Kontrol ...................................................................... II-2

2.3 Type-Type Controller ............................................................II-6

2.4 Sistem Kontrol Pada Inkubator Bayi .....................................II-7

2.5 Sistem Instrumentasi .............................................................II-10

2.5.1 Sistem Pengukuran ................................................II-10

2.5.2 Karakterisktik Instrument Pengukuran.................. II-11

2.6 Sensor ................................................................................... II-12

2.6.1 Sensor Temperatur ............................................... II-13

2.6.2 Sensor Kelembaban ........................................... II-13

2.6.3 Sensor CO2 .........................................................II-13

2.6.4 Sensor Berat ........................................................II-13

2.6.5 Sensor Infrared Thermometer ............................ II-13

2.6.4 Sensor Water Level ............................................ II-14

2.7 Mikrokontroler .................................................................. II-14

2.7.1 Arduino .............................................................. II-14

2.7.2 Arduino Mega .................................................. II-15

BAB III PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI

3.1 Rancangan Inkubator Bayi ................................................ III-1

3.2 Tujuan Perancangan .......................................................... III-2

3.3 Data Perancangan .............................................................. III-2

3.4 Tahap Perancangan ............................................................ III-3

3.5 Perancangan Hardware ..................................................... III-4

3.5.1 Blok Diagram Hardware System ....................... III-4

3.5.2 Perancangan Sensor Temperatur dan RH .…...... III-5

3.5.3 Perancangan Sensor Berat Flaxiforce ................ III-6

3.5.4 Rancangan Sensor Infrared Thermometer ......... III-7

3.5.5 Perancangan Pengontrolan Motor Servo ........... III-9

3.5.6 Perancangan Sensor Water Level ...................... III-10

3.5.7 Data Logger ...................................................... III-11

3.5.8 LCD UTFT % Inci ............................................ III-12

3.5.9 Sensor CO2 VI.2 ……………….........……….. III-14

3.5.10 Integrasi Sistem ……………….....………….. III-15

3.5.11 Perancangan Box Sistem …………………… III-16

3.5.12 Bagian –bagian dari Sistem Kontrol ..………. III-18

3.6 Perancnagan Software .…………………… ……………. III-19

3.6.1 Flowchart ……………………………...…….....III-19

3.6.2 Pemrograman ……………………….……...… III-20

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS DATA

4.1 Pengujian Fungsi Kerja Komponen ................................. IV-1

4.1.1 Pengujian Sensor DHT 21 ................................ IV-1

4.1.2 Pengujian Sensor Infrared Thermometer ........ IV-2

4.1.3 Pengujian Sensor Water Level Funduino ........ IV-4

4.1.4 Pengujian Sensor Berat ................................... IV-5

4.1.5 Pengujian Sensor CO2 ……………...……….. IV-6

4.1.6 Pengujian Shield Data Logger ………………. IV-7

4.1.7 Pengujian LCD 5” …………………………... IV-9

4.2 Kalibrasi Sensor MLX 90614 ………………....…….... IV-10

4.3 Pengukuran Kinerja Sistem …………………………… IV-11

4.4 Skenario Percobaan …………….………………….........IV-12

4.4.1 Diagram Blok …………………………...........IV-12

4.5 Data Percobaan dan Pembahasan ……………………….IV-12

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ………………………………………….......V-1

5.2 Saran …………………………………....……………….V-2

DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................

DAFTAR LAMPIRAN..……………....

………………………………………………..

LAMPIRAN A ………………………….......……………....

LAMPIRAN B …………………………………......……….

LAMPIRAN C ………………………….………………….

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1Inkubator Tertutup .................................................................... II-1

Gambar 2.2 Inkubator terbuka ……………………………….……………....... II-2

Gambar 2.3 Open loop contol ……………………………………………... II-3

Gambar 2.4 Diagram Blok Sistem Control Closed loop ……………….……. II-3

Gambar 2.5 Two Posisition Untuk Sistem Kontrol dalamProses Pendinginan II-3

Gambar 2.6 Diagram Blok Pengontrol ON/OFF ............................................. II-5

Gambar2.7 Diagram Blok Pengontrol ON/OFF Dengan Celah Differential ... II-5

Gambar 2.8 Blok Diagram Kontroler PID ...................................................... II-6

Gambar 2.9 Sistem Pengontrolan Temperature .............................................. II-8

Gambar 2.10 Sistem Pengontrolan Temperatur.............................................. II-9

Gambar 2.11 Sistem Pengontrolan Berat ....................................................... II-9

Gambar 2.12 Sistem Pengukuran .................................................................. II-10

Gambar 2.13 Arduino Mega ......................................................................... II-16

Gambar 3.1 Inkubator Bayi Jenis Tertutup ………....................................... III-1

Gambar 3.2 Flowchart Tahap Perancangan …….………...………………….. III-3

Gambar 3.3 Blok Diagram Hardware System .............................................. III-4

Gambar 3.4 Perancangan Sensor Temperatur dan RH ................................. III-5

Gambar 3.5 Konfigurasi Pin Flaxiforce ....................................................... III-7

Gambar 3.6 Konfigurasi Pin Sensor Infrared Termometer .......................... III-8

Gambar 3.7 Konfigurasi Pin Motor Servo ................................................... III-9

Gambar 3.8 Konfigurasi Pin Water Level ................................................... III-11

Gambar 3.9 Data Logger ……………………….…………..…………...... III-12

Gambar 3.10 UTFT LCD 5 Inci .................................................................. III-14

Gambar 3.11 Sensor CO2 ……………………………....……………........ III-15

Gambar 3.12 Gambar Seluruh Komponen Pada Bradbroad ........................III-16

Gambar 3.13 Box Control ............................................................................III-16

Gambar 3.14 Bagian Dalam Box Control ....................................................III-17

Gambar 3.15 Aliran Udara Dalam Inkubator .......................................... ...III-18

Gambar 4.1 Blok Pengujian Sensor DHT 11 ............................................... IV-1

Gambar 4.2 Data Hasil Pegujian Sensor DHT 11 ........................................IV-2

Gambar 4.3 Blok Diagram Sensor Infrared Thermometer ...........................IV-2

Gambar 4.4Data Hasil Pengujian Infrared Thermometer .............................IV-3

Gambar 4.5 Blok Pengujian Sensor Water Level .........................................IV-4

Gambar 4.6 Serial Monitor Sensor Water Level ..........................................IV-5

Gambar 4.7 Blok Diagram Pengujian Berat .................................................IV-5

Gambar 4.8 Blok Diagram Pengujian Sensor C… .................................. ....IV-6

Gambar 4.9 Serial Monitor Sensor CO2 ......................................................IV-7

Gambar 4.10 Blok Diagram Pengujian Shield Data Logger .................. ....IV-7

Gambar 4.11 Data Hasil Perekaman Data Logger pada Microsoft Excell .. IV-9

Gambar 4.12 Blok Diagram Pengujian LCD .............................................. IV-9

Gambar 4.13 Tampilan Hasil Pengukuran pada LCD ................................ IV-10

Gambar 4.14 Linieritas Kalibrasi Sensor ………....................................... IV-11

Gambar 4.15 Hasil Pengujian Temperatur Ruangan Terhadap ................. IV-12

Gambar 4.16 Hasil Pengujian Kelembaban Terhadap Waktu .................. IV-13

Gambar 4.17 Hasil Pengujian CO2 Terhadap Waktu ............................... IV-13

Gambar 4.18 Hasil Pengujian Temperatur Terhadap Waktu ..................... IV-14

Gambar 4.19 Pengujian Kelembaban Terhadap Waktu ……..................... IV-15

Gambar 4.20 Hasil Pengujian Kadar CO2 Terhadap Waktu ..................... IV-15

Gambar 4.21 Hasil Pengujian Berat Waktu .............................................. IV-16

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Suhu Inkubator Sesuai Berat Badan .......................................... II-10

Tabel 2.2 Spesifikasi Arduino Mega ......................................................... II-17

Tabel 3.1 Konfigurasi PIN LCD ............................................................... III-13

Tabel 3.2 Keterangan Aliran Udara Inkubator …………......................... III-18

Tabel 4.1 Data Perbedaan Sensor ............................................................. IV-11

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Teknologi sekarang sangat memegang peranan penting. Teknologi yang

modern harus mencakup secara sinergi antara efisiensi biaya, sumber daya alam

serta sumber daya manusianya. Jika salah satu diabaikan akan timbul masalah

dikemudian hari. Pengaturan pengendalian secara otomatis diberbagai bidang

pada saat ini sering dikembangkan diantaranya adalah aplikasi pengendalian

temperatur yang banyak ditemui.

Inkubator bayi dengan sistem yang modern di pasaran dijual dengan harga

puluhan juta rupiah. Dengan demikian ada suatu kendala apabila inkubator ini

diwajibkan dimiliki oleh bidan atau puskesmas pada daerah terpencil. Puskesmas

dan para bidan di daerah-daerah terpencil perlu dibuatkan suatu inkubator khusus

dimana harganya terjangkau namun tetap dengan sistem yang modern. .

Inkubator bayi berfungsi menjaga temperatur bayi supaya tetap stabil yaitu

pada temperatur 34 ºC - 37 ºC. Bayi prematur pada umumnya perlu diletakkan di

inkubator dengan temperatur ruangan yang terkontrol, sehingga bayi tetap berada

pada temperatur yang sesuai saat bayi berada dalam kandungan.

Faktor – faktor yang perlu diperhatikan pada inkubator adalah temperatur

dan kelembaban. Tujuan dari tugas akhir ini adalah merancang sistem

pengontrolan kondisi udara temperature dan kelembaban pada ruang inkubator.

Sistem yang dibuat memanfaatkan kemampuan mikrokontroler dalam akuisisi

data. Keuntungan dari sistem ini adalah komponen rangkaian yang banyak di

pasaran yang harganya cukup terjangkau sehingga dalam penggunaannya efisiensi

biaya dapat dicapai, mudah dalam perawatan, temperatur dapat dipantau langsung

pada layar LCD, kemudahan dalam pengoperasian. Sistem pengontrolan pada alat

yang dirancang adalah menggunakan sistem pengatur ON/OFF pada relay dan

mikrokontroler digunakan sebagai pusat untuk kontrol proses. Relay akan

otomatis bekerja mengaktifkan heater ketika suhu ruangan lebih rendah dari suhu

yang diinginkan.

1.2 Tujuan Penelitian

I

Adapun tujuan yang ingin dicapai oleh penulis dalam pelaksanaan Tugas

akhir ini diantaranya :

1. Merancang sistem kontrol kondisi udara (temperature, kelembaban,)

pada ruang hood inkubator

2. Merancang Sistem monitoring kadar CO2, suhu tubuh bayi dan berat

bayi.

3. Merancang data logger untuk merekam data-data pengukuran pada

inkubator bayi

1.3 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah

Ruang lingkup serta batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah

sebagai berikut:

1. Sistem kontrol monitoring yang dirancang diterapkan pada inkubator

bayi sistem tertutup

2. Temperature ruang inkubator yang dibutuhkan yaitu antara 34°C -

37ºC, kelembaban 50% - 70%,

3. Alat ini difokuskan terhadap pengukuran dan pengontrolan suhu, dan

kelembaban (RH).

1.4 Metode Pengerjaan Tugas Akhir

Metode penulisan yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Studi literature

2. Perancangan sistem

3. Melakukan pengujian pada sistem

4. Pengambilan data dan analisa

5. Penarikan kesimpulan

6. Pembuatan laporan

1.5 Sistematika Penulisan Laporan

Sistematika penulisan laporan Tugas Akhir ini ada sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

pendahuluan meliputi latar belakang masalah, tujan, batasan masalah, metode

penulisan dan sistematika penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

penelusuran ilmiah, membahas tentang pengukuran, sensor, mikrokontroler,

Bluetooth, power supply, data logger dan LCD.

BAB III PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI

Perancangan, Tujuan Perancangan, Data perancangan, Perancangan hardware

system, perancangan software.

BAB IV DATA DAN ANALISIS

Percobaan dan pembahasan, memuat detail pengujian dan diskusi yang

memberikan gambaran kinerja operasi alat

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Dalam bab ini berisi tentang kesimpulan yang didapat dari pengamatan /

studi yang dilakukan.

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian inkubator bayi

Inkubator Bayi adalah sebuah tempat tertutup yang suhu lingkungannya dapat

diatur pada suhu tertentu untuk menghangatkan bayi. Inkubator Bayi juga

membutuhkan kelembaban yang stabil sehingga kondisi di dalamnya tetap terjaga

sesuai dengan yang diinginkan. Untuk perawatan bayi tersebut dilakukan dengan

cara mengatur dan mempertahankan temperatur, kelembaban, dan suplai oksigen

yang mencukupi pada ruang perawatan pada inkubator[11]

2.1.1 Jenis-jenis Inkubator Bayi

Inkubator bayi dapat dikelompokkan menjadi dua tipe, yaitu inkubator

terbuka dan inkubator tertutup.

a. Inkubator Tertutup

Tipe inkubator tertutup merupakan suatu ruang perawatan dengan ukuran

kecil yang biasa digunakan untuk satu orang bayi. Inkubator ini diberi ventilasi

dan suplai udara bersih atau oksigen. Pada inkubator jenis tertutup ini, temperatur

dijaga antara 340C sampai dengan 370C dan kelembaban relatif diantara 50% RH

sampai dengan 70%RH.

Gambar 2.1 Inkubator tertutup

b. Inkubator Terbuka

Inkubator terbuka merupakan jenis inkubator yang dibiarkan terbuka

sepanjang waktu. Inkubator jenis ini menggunakan heater / lampu sebagai media

pemanas yang dirancang sedemikian rupa sehingga udara hangat merambat

terfokus menuju bayi yang sedang dirawat. Inkubator jenis ini menggunakan

ventilasi yang merupakan udara ruangan biasa yang tidak terjamin kualitas

kebersihannya. Inkubator jenis ini hanya diperuntukkan bagi bayi yang baru lahir

dan bukan bayi prematur.

Gambar 2.2 Inkubator terbuka (sumber: http. koestoer.wordpress.com)

2.2 Sistem Kontrol

A. Open Loop Control

Open loop control atau Kontrol lup terbuka adalah suatu sistem yang keluarannya

tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Sistem kontrol terbuka

keluarannya tidak dapat digunakan sebagai umpan balik dalam masukan. Dalam

suatu sistem kontrol terbuka, keluaran tidak dapat dibandingkan dengan masukan

acuan. Jadi, untuk setiap masukan acuan berhubungan dengan operasi tertentu,

sebagai akibat ketetapan dari sistem tergantung kalibrasi. Ketika terjadi gangguan

maka system control open loop tidak dappat melaksanakan tugas sesuai yang

diharapkan. System control open loop dapat digunakan hanya jika hubungan

antara masukan dan keluaran diketahui dan tidak terdapat gangguan internal

maupun eksternal

Gambar 2.3 Open loop control (http://www.electronics-tutorials.ws)

B. Close Loop Control

Sistem kontrol closed loop adalah sistem kontrol yang outputnya mempunyai

pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Jadi, sistem kontrol closed loop

adalah sistem kontrol yang berumpan balik (feedback). Gambar 2.4 menunjukkan

hubungan input–output untuk sistem kontrol closed loop dalam bentuk umum.

Gambar 2.4 Diagram Blok Sistem Kontrol Closed Loop

sumber : Fundamentals of HVAC Control Systems, hal. 5)

Pada gambar 2.4 di atas dapat dijelaskan yaitu mula – mula sensing element

melakukan pengukuran berupa controlled variable (sinyal output). Selanjutnya

sensing element memberikan feedback ke controller. Di dalam controller

kemudian akan dibandingkan antara sinyal output terhadap setpoint yang

diinginkan. Jika terjadi perbedaan, maka controller akan melakukan koreksi atau

mereduksi error yang terjadi. Setelah keadaan mantap (steady state), maka

controller akan mengirimkan sinyal ke controlled device. Akhirnya controlled

device dalam suatu process plant akan melakukan aksi kontrol sesuai kebutuhan.

C. Sistem Kontrol Manual dan Otomatik

Sistem kontrol manual adalah sistem pengontrolan yang dilakukan oleh

manusia yang bertindak sebagai operator. Sedangkan kontrol otomatik adalah

sistem pengontrolan yang dilakukan oleh mesin/peralatan yang bekerja secara

otomatis dan operasinya dibawah pengawasan manusia atau sistem kontrol umpan

balik dengan acuan masukan atau keluaran yang dikehendaki dapat konstan atau

berubah secara perlahan dengan berjalannya waktu dengan tujuan menjaga

keluaran sebenarnya berada pada nilai yang dikehendaki dengan adanya

gangguan.

D. Sistem Kontrol On-Off

Sistem kontrol ON/OFF adalah sistem kontrol sistem yang memungkinkan

peralatan beroperasi pada dua posisi yaitu hidup (ON) dan mati (OFF) dengan

setpoint dan differential tertentu [8] (Fundamental of Control System, Chapter 15,

hal 2). Setpoint adalah besaran process variable yang dikehendaki. Sebuah

controller akan selalu menyamakan controlled variable dengan set point.

Sedangkan differential pada sistem kontrol ON/OFF adalah perubahan nilai dari

suatu posisi (cut in dan cut off) tertentu terhadap setpoint nya. (Fundamental of

Control, Chapter 15, hal 2). Aplikasi sistem kontrol ON/OFF misalnya pada

thermostat. Berikut gambar sistem kontrol ON/OFF :

Gambar 2.5 Two-position untuk Sistem Kontrol dalam Proses Pendinginan

(sumber : Fundamentals of HVAC Control Systems, hal 11)

Gambar 2.5 berlaku untuk sistem kontrol dalam proses pendinginan. Misalnya

diberikan contoh kasus temperatur lingkungan saat itu berkisar antara 27 oC.

OFFON ONOFFSetpoint

Controled

Variable

Setpoint yang diinginkan sebesar 24 oC dan differential sebesar 2. Maka berlaku

persamaan :

cut off = Tsetpoint – (diff/2) = 24 oC – (2/2) = 23 oC. Pada posisi cut off

inilah sistem pendinginan akan berhenti (OFF).

cut in = Tsetpoint + (diff/2) = 24 oC + (2/2) = 25 oC. Pada posisi cut in

inilah sistem pendinginan akan menyala / berlangsung kembali (ON).

Dapat diartikan yaitu control differential merupakan besarnya differential

yang di set di awal. Sedangkan operating differential merupakan nilai differential

yang dapat menjadi lebih besar atau lebih kecil dari nilai differential awal.

Aksi dan Respon Kontrol ON/OFF

Aksi kontrol ON/OFF dapat dipahami sebagai output yang dihasilkan oleh

pengontrol saja, jika diberikan input tertentu. Sedangkan respon sistem kontrol

adalah output yang dihasilkan oleh sistem kontrol secara keseluruhan, jika

diberikan input tertentu. Berikut diagram blok pengontrol ON/OFF.

Gambar 2.6 Diagram Blok Pengontrol ON/OFF Gambar 2.7 Diagram Blok Pengontrol

ON/OFF dengan celah differential

Karakteristik Kontrol ON/OFF

Berikut merupakan karakteristik kontrol ON/OFF antara lain :

Mempunyai 2 keadaan operasi full open atau full close

Terdapat delay saat perpindahan posisi ON/OFF. Delay terjadi karena

controlled device memerlukan proses untuk mengubah keadaan operasi.

2.3 Type-Type Controller

A. PID (Proportional-Integral-Derivative) Controller

PID (Proportional–Integral–Derivative controller) merupakan kontroler

untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya

umpan balik pada sistem tesebut. Elemen-elemen kontroller P, I dan D masing-

masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem,

menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar (Guterus,

1994, 8-10).

Gambar 2.8 Blok diagram kontroler PID

(https://putraekapermana.wordpress.com/2013/11/21/pid/)

B. Kontrol Proporsional

Kontroler proposional memiliki keluaran yang sebanding/proposional

dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan

harga aktualnya) [Sharon, 1992, 19]. Secara lebih sederhana dapat dikatakan,

bahwa keluaran kontroller proporsional merupakan perkalian antara konstanta

proporsional dengan masukannya. Perubahan pada sinyal masukan akan segera

menyebabkan sistem secara langsung mengubah keluarannya sebesar konstanta

pengalinya. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat

kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar

yang sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien

khususnya rise time dan settling time. Pengontrol proporsional memiliki keluaran

yang sebanding/proporsional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara

besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya).

C. Kontrol Integral

Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai u(t)=[integral

e(t)dT]Ki dengan Ki adalah konstanta integral, dan dari persamaan di atas, G(s)

dapat dinyatakan sebagai u=Kd.[delta e/delta t] Jika e(T) mendekati konstan

(bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat

memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil.

Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state,

namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang

tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang

sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde

sistem.

D. Kontrol Derivative

Keluaran pengontrol diferensial memiliki sifat seperti halnya suatu operasi

derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol akan

mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Ketika masukannya tidak

mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan,

sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk

fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukan

berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru merupakan fungsi

step yang besar magnitudenya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari

fungsi ramp dan factor konstanta Kd.

2.4 Sistem Kontrol Pada Inkubator bayi

A. Pengontrolan Temperatur

Pada inkubator ini, udara yang dikondisikan tersebut diperoleh dengan cara

mengalirkan udara ke dalam ruangan dari bagian bawah hood (bak cor).

Pada Ruangan Hood inkubator ini, udara yang dikondisikan akan disuplaikan

dengan temperatur 340C - 370C (tanpa sistem pendingin / refrigerasi)

menggunakan sebuah heater dan fan dengan kecepatan konstan dan dua buah

saluran udara yang dicabangkan kedalam ruangan tersebut.

Berdasarkan suatu set point temperatur, mikrokontroler akan mengatur panas

heater dan humidistat akan mengatur fan untuk mengubah temperatur dan RH.

Mikrokontroler akan mengontrol temperatur yang dibutuhkan oleh kondisi bayi

jika mikrokontroler menerima sinyal besaran temperatur dari sensor diruangan

lebih besar dari set point maka heater akan mati dan akan hidup lagi apabila

temperature ruangan mempunyai diferensial sebesar dua derajat celcius (20C).

Mikrokontroler akan kembali melakukan aksi mengaktifkan atau me-nonaktifkan

heater.

setpoint + variable proses

-

Gambar 2.9 Sistem pengontrolan Temperature

B. Sistem Pengontrolan Kelembaban

Kelembaban relatif udara yang dibutuhkan pada ruang perawatan inkubator

bayi ini adalah berkisar antara 50% sampai dengan 70%, dimana hal ini

diharapkan dapat tercapai dengan cara humidifier dimana air di dalam bak di

panaskan yaitu dengan mengalirkan udara panas pada permukaan air di bak.

Cara kerjanya yaitu, udara akan dialirkan dengan bantuan fan yang kemudian

akan dilewatkan pada elemen pemanas, kemudian udara dengan temperatur yang

sudah meningkat tersebut akan masuk ke ruangan bak air dan akan melewati

baffle yang ada di dalam bak air tersebut , dan diharapkan udara panas yang

bersentuhan dengan permukaan air pada bak tersebut dapat menguapkan air

dipermukaan, sehingga udara dengan kandungan uap air yang lebih banyak akan

masuk ke dalam ruangan.

Pada Sistem pengontrolan kelembaban relatif ruang perawatan inkubator bayi

dengan menggunakan sensor DHT 21, Kontrol kelembaban dilakukan secara

otomatis dimana pada saat RH ruangan belum tercapai maka fan akan terus

menyala.


-

controller heaterRuang

inkubator

Sensor

Temperatur

controller FANRuang

inkubator

Gambar 2.10 Sistem Pengontrolan Kelembaban

C . Sistem pengontrolan berat badan

Sensor berat badan digunakan sebagai suatu sistem alat ukur berat badan pada

bayi. Berat badan bayi khusus nya buat bayi premature bila tidak mendapatkan

perhatian yang khusus dapat mendapat gangguan permanen. sensor yang

digunakan ialah sensor Flaxiforce.


-

Gambar 2.11 Sistem Pengontrolan berat

Suhu inkubator sesuai berat badan

Tabel 1.1 suhu incubator sesuai berat badan

no Berat badan bayi Suhu incubator

1 1kg 35°C

2 2 kg 34°C

3 3 kg 33°C

Sensor

kelembaban

controller heater

Sensor Berat

Ruang

inkubator

2.5 Sistem Instrumentasi

2.5.1 Sistem Pengukuran

Sistem pengukuran adalah serangkaian kegiatan yang bertujuan untuk

menentukan angka tertentu guna menggambarkan karakteristik suatu objek

ukur.Secara umum sistem pengukuran dapat dibagi menjadi tiga tahap yaitu tahap

detector (Tranduser), Tahap intermediate (pengkondisian sinyal), Tahap

pembacaan (display). (Paul P.L. Regtien.2005.Tranducer Fundamentals)

Gambar 2.12 Sistem pengukuran

1. Transducer

Transducer adalah suatu elemen sistem pengukuran yang berfungsi untuk

mendeteksi atau merasakan adanya perubahan besaran fisik pada obyek yang

diukur. Elemen ini harus kebal terhadap pengaruh lain yang tidak dikehendaki.

(Paul P.L. Regtien.2005.Tranducer Fundamentals)

2. Signal conditioning

Signal Conditioning adalah suatu elemen sistem pengukuran yang

berfungsi mengkonversi informasi dari transducer menjadi bentuk informasi yang

dapat ditampilkan di display. Elemen ini bertugas memperbesar informasi dari

transducer agar dapat terbaca pada display. Dengan menggunakan

mikrokontroller.

3. Recorder

Recorder adalah alat ukur yang dapat langsung menampilkannya atau

merekamnya. Keluaran Amplifier adalah sinyal analog yang dapat ditampilkan

oleh analog recorder

4. Amplifier

Amplifier adalah berfungsi untuk menaikan besar sinyal tegangan keluaran

signal conditioner. diperlukan di dalam sistem jika tegangan keluaran dari

kombinasi transduser-penyesuai sinyal adalah kecil. Biasanya digunakan sebagai

penguat.

5. Power suplay

Power suplay Signal conditioner amplifier Recorder

ControlProses control

Power suplay berfungsi untuk memberikan energy yang dibutuhkan oleh

transduser, power suplay dapat berupa AC/DC.

6. Controller

Controller berfungsi sebagai perangkat yang men-drive proses untuk

menjaga suatu kuantitas terjaga dalam suatu sistem kontrol tertutup.

7 Display

Display yaitu sistem pengukuran yang berfungsi mengkonversi signal

instrument dari satu bentuk menjadi bentuk lain didesain untuk memberikan

persepsi bagi pengamat melakukan pengukuran.

2.5.2 Karakteristik Instrument Pengukuran

1. Karakteristik statis

Karakter yang menggambarkan parameter instrument dalam keadaan steady.

Karakteristik statis terdiri dari akurasi, presisi, toleransi, range (span) linieritas

dan hysteresis.

a. Akurasi (ketelitian)

Akurasi adalah ketelitian pengukuran atau pembacaan merupakan hal yang

sifatnya relatip pada pengukuran, ketelitian dipengaruhi kesalahan statis,

kesalahan dinamis, drift/sifat berubah, reproduksibilitas dan non ketelitian

didefinisikan sebagai kedekatan (closeness) pembacaan terhadap harga standar

yang diterima atau harga benar[14] .

b Error

Error didefinisikan sebagai selisih dari harga pengukuran yang dihasilkan

dengan harga sejatinya, dimana harga sejati adalah variable rata-rata dari sejumlah

pengukuran yang tak terbatas dan akan selalu berubah tergantung pada semua

aspek yang mempengaruhinya. Maka dapat dipastikan tak akan ada pengukuran

yang tak mempunyai error, baik error positif ataupun error negatif karena diantara

keduanya tidak saling menghilangkan[14].

c Range

Range adalah selisih nilai maksimum dan minimum suatu besaran yang dapat

diukur oleh alat[14].

d Sensitivitas

Sensitivity merupakan perbandingan antara perubahan besarnya keluaran

dengan perubahan masukan pada instrument tersebut setelah keseimbangan

tercapai [14].

e Linieritas

Pengukuran yang baik adalah jika input pengukuran (nilai sesungguhnya)

memberikan output (nilai yang ditunjukan alat ukur) yang sebanding

lurus.penyimpangan dari garis linier[14].

2. Karakteristik dinamis adalah karakter yang menggambarkan respon

(tanggapan) dinamik (fungsi waktu) [14].

2.6 Sensor

Sensor adalah alat yang dapat digunakan untuk mendeteksi dan sering

berfungsi untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor adalah jenis tranduser yang

digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia

menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor biasanya dikatagorikan melalui

pengukur dan memegang peranan penting dalam pengendalian proses pabrikasi

modern. Sensor memberikan ekivalen mata, pendengaran, hidung, lidah dan

menjadi otak mikroprosesor dari sistem otomatisasi industri.

2.6.1 Sensor Temperatur

Sensor jenis ini berfungsi untuk mengukur nilai temperatur pada product

(media yang akan diukur) pemilihan sensor temperature tergantung pada empat

faktor yaitu : harga,akurasi, kepercayaan dan kesesuaian[3]. komponen yang dapat

mengubah besaran panas menjadi besaran listrik sehingga dapat mendeteksi gejala

perubahan suhu pada obyek tertentu. Sensor temperatur melakukan pengukuran

terhadap jumlah energi panas/dingin yang dihasilkan oleh suatu obyek sehingga

memungkinkan kita untuk mengetahui atau mendeteksi gejala perubahan-

perubahan suhu tersebut dalam bentuk output Analog maupun Digital.(sumber :

buku dasar--dasar elektonika,hal.10)

2.6.2 Sensor Kelembaban

Sensor kelembaban adalah suatu alat ukur yang digunakan untuk

membantu dalam proses pengukuran atau pendefinisian suatu kelembaban uap

air yang terkandung dalam udara. Jenis - jenis sensor kelembaban diantaranya

Cspacitive Sensors, Electrical conductivity Sensors, Thermal Conductivity

Sensors, Optical Hygrometer, dan Oscillating Hygrometer.

2.6.3 Sensor CO2

Sensor CO2 adalah sebuah instrument pengukuran yang dapat digunakan

untuk mengukur kadar CO2 (Carbondioksida) di udara. Prinsip dasar dari Sensor

CO2 ini adalah menggunakan prinsip kerja Infrered Gas Sensor (NDIR/Sensor

gas infra merah) dan chemical gas sensor (Sensor Gas Kimia). Pengukuran udara

sangat penting untuk mengukur kualitas udara termasuk kandungan gas

carbondioksida di udara khususnya pada ruangan-ruangan tertutup.

2.6.4 Sensor Berat

Sensor berat berfungsi sebagai deteksi adanya gaya yang ditimbulkan oleh

suatu rangsangan yang masuk dalam suatu alat. Gaya itu sendiri menyebabkan

terjadinya tegangan yang nantinya akan menimbulkan suatu sinyal tertentu.

2.6.5 Sensor Infrared Thermometer

Alat pengukuran yang memiliki kemampuan untuk mendeteksi temperatur

secara optik (selama objek diamati), radiasi energi sinar infra merah diukur, dan

digambarkan dalam bentuk suhu. Prinsip kerja nya adalah obyek memancarkan

energi inframerah. Semakin panas suatu benda, maka molekulnya semakin aktif

dan semakin banyak energi infra merah yang dipancarkan.

2.6.6 Sensor Water Level

Water Level Controller adalah sebuah alat yang bertujuan untuk

mengendalikan atau mengatur ketinggian air dalam suatu bak air atau tanki secara

otomatis. prinsip kerja Water Level Controller ini adalah mengatur kerja pompa

air yang akan mengisi bak air/ tanki dengan ketinggian air sebagai acuannya.

Ketika air dalam tanki akan habis, maka sensor yang mengindra level paling

bawah air (ditentukan pada ketinggian sesuai keinginan) akan memberikan sinyal

ke Water Level Controller, dan selanjutnya Water Level Controller memberikan

perintah untuk menyalakan pompa.

2.7 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah sebuah sistem computer fungsional dalam sebuah chip.

Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM,

memori program,atau keduanya), dan perlengkapan input-output. Mikrokontroler

adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu sistem computer. Meskipun

mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu computer pribadi dan

computer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang

sama. computer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan inputan yang

diterima dan program yang dikerjakan.

2.7.1 Arduino

Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source

yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler

dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Kontroler itu mikrokontroler itu sendiri

adalah Chip atau IC ( integrated circuit ) yang bisa deprogram menggunakan

computer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar

rangkaian elektronika dapat membaca input, memproses input tersebut dan

kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. mikrokontroler arduino

bertugas sebagai ‘Otak’ yang mengendalikan input, proses dan output sebuah

rangkaian elektronik.

Secara umum,arduino terdiri dari dua bagian yaitu :

Hardware berupa papan input/output (I/O)yang open source

Software arduino yang juga open source, meliputi software arduino IDE untuk

menulis program dan driver untuk koneksi dengan computer

2.7.2 Arduino Mega

Gambar 2.13 Arduino Mega 2560

Arduino mega 2560 adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega2560.

menggunakan Chip yang lebih tinggi ATMEGA2560. Dan tentu saja untuk Pin

I/O Digital dan pin input Analognya lebih banyak dari Uno. Mempunyai 54 pin

digital input/output,dimana 14 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 16

analog input, 4 UARTs (hardware serial ports), 16 MHz crystal oscillator,

sambungan USB, power jack, ICSP header, dan tombol reset. Board ini juga

menggunakan daya yang terhubung ke computer dengan kabel USB atau daya

eksternal dengan adaptor AC-DC atau baterai. Arduino mega competibel dengan

shield yang didesain untuk arduino Duemilanove atau Diecimila.

Tabel 1.2 spesifikasi arduino mega

mikrokontroler ATmega2560

Tegangan operasi 5V

Input voltage (disarankan) 7-12V

Input voltage (limit) 6-20V

Pin digital I/O 54 pin digital

Pin analog 16 pin

Arus DC per pin I/O 40 mA

Arus DC untuk pin 3,3V 50 mA

Flash memory 256 kb

SRAM 8 kb

EEPROM 4 kb

Clock speed 16 MHz

BAB III

PERANCANGAN & IMPLEMENTASI

3.1 Rancangan Inkubator Bayi

Inkubator bayi yang akan di kontrol dan di Monitoring adalah inkubator bayi

jenis tertutup, dimana pada incubator bayi jenis ini udara di dalam ruangan

(hood) akan dikondisikan sehingga temperatur udara di dalam ruangan tersebut

dapat diatur sesuai dengan kebutuhan bayi prematur yaitu dengan range

temperatur dari 340C - 370C dan kelembaban relatif dijaga agar berada 50% -

70%.

Gambar 3.1 Inkubator bayi jenis tertutup

Pada inkubator ini, udara yang dikondisikan tersebut diperoleh dengan cara

mengalirkan udara ke dalam ruangan dari bagian bawah hood (bak cor) Dimana

pada bak cor tersebut, udara dialirkan oleh fan kemudian udara tersebut melewati

heater udara sehingga udara tersebut temperaturnya naik, kemudian udara hangat

tersebut mengalir dan kemudian terbagi menjadi dua arah dimana aliran udara

tersebut salah satunya mengalir ke bak air dan pada bak air tersebut udara itu

melewati baffle dan kemudian masuk keruangan. Sedangkan aliran udara hangat

lainnya akan mengalir ke arah lainnya yang kemudian akan masuk kedalam

ruangan dan berfungsi sebagai suplai udara hangat yang akan menaikkan

temperatur udara di ruangan perawatan tersebut.

3.2 Tujuan Perancangan

Perancangan merupakan tahap yang sangat penting dalam mewujudkan /

merealisaikan suatu alat yang akan dibuat. Adapun tujuan dari perancangan itu

sendiri yaitu:

Untuk merealisasikan alat yang dirancang

Menyiapkan segala sesuatu mengenai alat yang akan dirancang

Menjaga agar pengerjaan dapat terkontrol dan tidak keluar jalur

Memprediksi waktu yang akan ditempuh.

3.3 Data Perancangan

Data perancangan untuk inkubator bayi yang dibuat dalam tugas akhir ini

adalah sebagai berikut:

1. Jenis inkubator tertutup

2. Temperatur 34oC sampai dengan 37oC

3. RH (%) dijaga antara 50% sampai dengan 70%

4. Temperatur Bayi yang akan masuk ruang inkubator sebesar 32oC

5. Mengatur temperature terhadap berat bayi

6. Sensor yang digunakan untuk menimbang berat bayi menggunakan jenis

sensor flaxy force

7. Sensor water level

8. Fan 220V / 50Hz

9. Heater AC 220volt 350 watt

10. Sensor yang digunakan untuk temperatur dan RH menggunakan jenis

sensor DHT 21

11. Monitoring sensor CO2

3.4 Tahap Perancangan

Gambar 3.2 Flow chart tahap perancangan

Studi literatur

mulai

Penentuan spesifikasi alat

Apakah alat sesuai dengan studi literature dan tersedia ??

Perancangan hardware dan software

Pengujian hardware dan software

Apakah sistem bekerja sesuai rancangan

selesai

Tidak

perbaikan

tidak

ya

ya

3.5 Perancangan Hardware

Perancangan hardware pada pembuatan alat ini meliputi perancangan

hardware kontroler yaitu mikrokontroler, Hardware dirancang sesuai dengan

kebutuhan kerja alat yang diharapkan dengan mempertimbangkan kemudahan dan

kesederhanaannya baik pembuatan, pemasangan, pengadaan, maupun software-

nya. Dengan beberapa pertimbangan terdapat beberapa hardware yang dibeli

dalam bentuk modul jadi siap pakai dan beberapa hardware dibuat sesuai dengan

karakteristik yang diinginkan.

3.5.1 Blok Diagram Hardware System

Gambar 3.3 Diagram blok hardware sistem control incubator bayi

Rancangan alat ukur secara utuh dapat disimak pada gambar 3.2 terdapat

beberapa sensor yaitu sensor DHT 21, sensor berat flaxy force, sensor infrared

Thermometer, motor servo , water level, dan sensor CO2 yang dikontrol

menggunakan mikrokontroler arduino mega. Data yang di dapat lalu direkam

secara continue dan real time menggunakan data logger.

Sensor

DHT21

Sensor berat

Flaxiforce

Sensor

infrared

thermometer

Motor

servo Water

level

Sensor

CO2

Arduino mega

Data

logger

LCD 5’’

supply

Data continue dan real time ditampilkan ke LCD untuk menampilkan hasil

pengukuran yang dilakukan oleh sensor. Data yang ditampilkan oleh LCD adalah

temperature dan RH kelembaban, berat bayi, temperature bayi. Dan CO2

3.5.2 Perancangan Sensor Temperatur dan RH

Untuk mengetahui temperature dan kelembaban pada ruangan inkubator

yang harus di kondisi kan pada suhu 34°C - 37ºC dan RH 50% - 70% maka

diperlukan sensor DHT 21 yang berfungsi untuk mengatur temperature dan

kelembaban ruangan incubator tersebut.

Gambar 3.4 Konfigurasi pin DHT 21

Konfigurasi pin mikrokontroler yang digunakan dalam pin ini adalah sebagai

berikut :

VCC dihubungkan pada pin 5V

Data dihubungkan pada pin A0

NC tidak dihubungkan

Gnd dihubungkan pada pin Gnd

Karakteristik sensor temperatur dan RH DHT 21 Sensor yang digunakan untuk

mengukur temperatur dan kelembaban relatif udara ambient yaitu sensor DHT 21, yang

memiliki spesifikisi alat sebagai berikut :

Mengukur suhu dari 0ºC hingga 50ºC

Mengukur kelembaban atau RH 20% sampai dengan 90%

Memiliki resolusi 0,01ºC dan 0,03% RH

Membutuhkan catu daya +5V DC

Memiliki 4 pin single Row

3.5.3 Perancangan sensor berat Flaxiforce

Sensor Flaxiforce adalah sensor gaya / beban (force) sensor yang berbentuk

printed circuit sangat tipis dan fleksibel. Sensor flexiforce sangat mudah

diimplementasikan untuk mengukur gaya tekan antara 2 permukaan dalam

berbagai aplikasi. Sensor flexiforce bersifat resistif dan nilai konduktansinya

berbanding lurus dengan gaya / beban yang diterimanya. Semakin besar beban

yang diterima sensor flexiforce maka nilai hambatan output-nya akan semakin

menurun.

Konfigurasi pin mikrokontroler yang digunakan dalam pin ini adalah sebagai berikut :

VCC dihubungkan pada pin 5V

Data dihubungkan pada resistor 1M ohm pin A2

Vout tidak dihubungkan


Gambar 3.5 Konfigurasi pin Flaxiforce

Spesifikasi sensor berat Flaxiforce Sensor yang digunakan untuk mengukur berat

badan bayi , yang memiliki spesifikisi alat sebagai berikut :

Active sensing area : diameter 9,53 mm.

Ketebalan : 0,127 mm.

Range : 0 - 25lbs (111N) atau 11,25Kg.

Besar gaya linear terhadap 1/R output.

Linearity (error) : < ±5%.

Operating temperature : -9 s/d 60 C."

3.5.4 Perancangan Sensor Infrared Thermometer

Sensor infrared thermometer berfungsi sebagai pendeteksi temperatur secara

optic selama objek diamati, radiasi energi sinar inframerah diukur, dan disajikan

sebagai suhu. metode pengukuran suhu yang cepat dan akurat dengan objek dari

kejauhan dan tanpa disentuh situasi ideal dimana objek bergerak cepat, jauh

letaknya, sangat panas, berada di lingkungan yang bahaya, atau adanya kebutuhan

menghindari kontaminasi objek. Pada inkubator bayi digunakan sebagai

pendeteksi suhu bayi yang berada di dalam inkubator agar suhu bayi dapat

terdeteksi dan dapat di tampilkan pada LCD.

Gambar 3.6 Konfigurasi pin sensor infrared Thermometer

Konfigurasi pin mikrokontroler yang digunakan dalam pin ini adalah sebagai

berikut :

Vin dihubungkan pada pin 3V3

SCL dihubungkan pada SCL (disambungkan ke pin analog 4)

SDA dihubungkan pada SDA (disambungkan ke pin analog 5)


Spesifikasi sensor Infrared Thermometer Sensor yang digunakan untuk

mengukur temperatur Bayi yang berada pada incubator bayi yaitu sensor infrared

Thermometer, yang memiliki spesifikisi alat sebagai berikut :

Type MLX90614

Mengukur suhu dari -40ºC hingga 85ºC

Membutuhkan catu daya 5V DC min 3V

Memiliki 4 pin

Small size, low cost

Body temperature measurement

3.5.5 Perancangan Pengontrolan Motor Servo

Motor servo adalah sebuah motor listrik penggerak dengan sistem umpan

balik tertutup dimana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian

control yang ada di dalam motor servo. Pada inkubator bayi motor servo

digunakan sebagai kontrol aliran udara yang masuk kedalam ruang inkubator.

Dengan sistem On – Off dengan cara kerja ketika ruangan Hood inkubator

temperatur sudah tercapai (max) maka motor servo yang terhubung pada katup

akan otomatis menutup, jika temperatur ruang inkubator turun pada set point

(min) maka motor servo yang terhubung pada katup akan bekerja kembali

membuka katup.

Gambar 3.7 Konfigurasi pin Motor servo

Spesifikasi motor servo Motor servo yang digunakan untuk mengatur

bukaan damper pada incubator, yang memiliki spesifikisi alat sebagai berikut :

Spesifikasi servo Towerpro SG90

Dimension: 22mm x 11.5mm x 22.5mm

Net Weight: 9 grams

Operating speed: 0.12second/ 60degree ( 4.8V no load)

Stall Torque (4.8V): 17.5oz /in (1kg/cm)

Temperature range: -30 to +60

Dead band width: 7usec

Operating voltage: 3.0V~7.2V

Fit for ALL kind of R/C Toys

3.5.6 Perancangan Sensor Water Level

Fungsi dari Water Level Control adalah untuk mengontrol level air dalam

sebuah tangki penampung yang di mana pada level tertentu motor listrik atau

pompa air akan beroperasi dan pada level tertentu juga pompa air akan mati.

Prinsip kerja sensor water level pada inkubator bayi menggunakan sistem kontrol

On – Off, pada saat air pada bak cor di dalam inkubator berkurang dan air tidak

menyentuh sensor maka pompa air akan hidup, jika sebaliknya air sudah

bertambah dan menyentuh sensor water level maka pompa air akan mati.

Konfigurasi pin mikrokontroler yang digunakan dalam pin ini adalah

sebagai berikut :

Vin dihubungkan pada pin 5V Data dihubungkan pada A1 Gnd dihubungkan pada pin Gnd

Sensor water level digunakan untuk mengatur tinggi air pada bak cor yang

berada di dalam inkubator bayi. Spesifikasi sensor water level :

Working Voltage: DC5V

Working current: Less than 35mA

Type : Analog sensor

Testing area: 40mm x 18mm

Working temperature: 10℃-30℃ Working moisture: 10%-90% without condensation

Fixing hole size: Φ3mm

Product size: 60mm x 22mm

http://imroee.blogspot.com/2009/10/rangkaian-water-level-control-wlc.html

//////// ///Gambar 3.8 Konfigurasi pin sensor water level

3.5.7 DATA LOGGER

Data logger merupakan sistem yang berfungsi untuk merekam data ke dalam

media penyimpanan data, data logger memiliki kapasitas penyimpanan yang

cukup besar sehingga data yang terekam dapat dapat ditampilkan dalam grafik

durasi yang cukup lama, sistem data logger ini dibangun dari modul arduino

sebagai pengendalinya dan menggunakan SD CARD sebagai media

penyimpanannya.

Spesifikasi Data Logger

Dimensions (assembled): 70mm x 53mm x 17mm (2.7in x 2in x 0.65in)

SD card interface works with FAT16 or FAT32 formatted cards. 3.3v

SD Card protrudes by 10mm (0.4in) when inserted

Weight: 22g/0.8oz

This board/chip uses I2C 7-bit address 0x68

//

Gambar 3.9 Data logger

Pin 51 dihubungkan pada MOSI

Pin 50 dihubungkan pada MISO

Pin 52 dihubungkan pada CLK

Pin 4 dihubungkan pada CS

3.5.8 LCD UTFT 5 INCI

Pada pengimplementasian rangkaian LCD UTFT 5 inci (800 x 480) ini, sama

seperti rangkaian sebelumnya LCD dipasang terlebih dahulu di breadboard untuk

mempermudah ketika dilakukan pengujian. Kabel yang digunakan untuk

menghubungkan LCD ke arduino mega jumlah nya lebih banyak dari pada

rangkaian sensor dan Bluetooth karena LCD ini menggunakan 32 pin yang

digunakan untuk menampilkan tampilan ke LCD. Berikut ini pin yang digunakan

LCD pada arduino mega.

Tabel 3.1 configurasi pin LCD

Signal TFT Arduino mega pin

DB0 D37

DB1 D36

DB2 D35

DB3 D34

DB4 D33

DB5 D32

DB6 D31

DB7 D30

DB8 D22

DB9 D23

DB10 D24

DB11 D25

DB12 D26

DB13 D27

DB14 D28

DB15 D29

RS Any free pin

WR Any free pin

RD Must be pulled high (3,3v)

CS Any free pin

REST Any free pin

/

Gambar 3.10 UTFT LCD 5 inci

Spesifikasi UTFT LCD 5 inci

7.0" TFT LCD Module, Resolution 800x480, SSD1963 Controller

LCD Type: TFT Transmissive Normal White

Interface: 8/16bit parallel bus interface

PCB Color: Blue

On board 400mA DC-DC Boost regulator to provide power supply to LCD

backlight

voltage:2.8-3.3V

3.6.9 Sensor CO2 V1.2

Sensor CO2 Arduino Tegangan yang keluaran dari rangkaian mengalir dengan

meningkatnya konsentrasi CO2. Potensiometer yang terdapat pada sensor CO2 dirancang

untuk mengatur ambang tegangan. Selama konsentrasi CO2 cukup tinggi (tegangan lebih

rendah dari ambang batas), lalu sinyal digital (ON / OFF) akan muncul. Memiliki MG-811

sensor modul onboard yang sangat sensitif terhadap CO2 dan kurang sensitif terhadap

alkohol dan CO, rendahnya kelembaban rendah dan ketergantungan suhu. Sensor ini

memiliki sirkuit pendingin untuk memperkuat sinyal yang keluar.

/

Gambar 3.11 Sensor CO2

Spesifikasi Sensor CO2 :

Operating voltage:5V

Interface: Analog

One digital output

High quality connector

Immersion gold surface

Onboard heating circuit

Size:32x42mm

3.6.10 Integrasi sistem

Pada pengimplementasian rangkaian semua komponen ini,untuk rangkaian tiap-

tiap komponen sama dengan rangkaian yang telah dijelaskan pada bagian sebelumnya.

Komponen-komponen alat mulai dari sensor temperatur dan kelembaban DHT11,

sensor berat Flexyforce, sensor Infrared thermometer, motor servo, water level, Data

logger, Bluetooth, LCD 5 inci (800 x 480) dipasang dan dirangkai dalam satu breadboard.

Untuk rangkaian nya seperti terlihat pada gambar berikut

/

Gambar 3.12 Gambar seluruh komponen pada breadboard

3.6.11 Perancangan Box Sistem

Box ini digunakan sebagai tempat alat-alat yaitu arduino dengan

komponen-komponen yang lain seperti Arduino, Bluetooth, LCD dan data logger

agar terlihat rapih dan bagus. Box ini terbuat dari akrilik berwarna putih dengan

tebal 2mm. Desain Box ini menyesuaikan dengan bentuk tiap komponen yang

digunakan. Box ini memiliki ukuran panjang 17cm, lebar 14cm, Tinggi 16cm.

Desain Box ini di gambar di CorelDraw untuk desai 2 dimensinya dan desain 3

dimensi nya digambar melalui autocad. Untuk Desain Box nya seperti gambar di

bawah ini :

/

/

Box Control (ruang perawatan)

Panjang : 17cm

: 860 mm

Lebar : 14cm

: 400 mm

Tinggi : 16cm

Pada perancangan control box terdapat beberapa komponen penting yang

berada didalam box terdiri dari arduino mega, screwsheild, data logger, Bluetooth,

lampu indikator.

/

Gambar 3.14 rangkaian dalam Box Control

3.5.12 Bagian-Bagian Dari Sistem Kontrol

/

Gambar 3.15 aliran udara inkubator

Tabel 3.2 keterangan aliran udara inkubator

No keterangan

1 LCD 5 inci

2 Fan

3 Heater

4 Damper

5 Tanki air

Berdasarkan Pada gambar 3.15 box kontrol digunakan sebagai ruang untuk

menyimpan komponen dan berfungsi untuk memonitor temperature ruangan,

temperature bayi, kelembaban, berat, dan kadar CO2.

Fan pada gambar 3.15 merupakan hal penting yang berfungsi untuk

mengalirkan udara panas pada heater yang kemudian udara panas tersebut

dialirkan melewati saluran udara kering dan udara basah. Kemudian damper akan

bekerja untuk mengatur aliran udara yang masuk ke dalam ruang inkubator. Jika

air pada bak cor berkurang pompa air akan bekerja mengisi air pada tanki ke bak

cor.

3.6 Perancangan Software

3.6.1 Flowchart

Flowchart berfungsi untuk memermudah proses pembuatan program. Pada

perancangan flowchart dibuat berdasarkan alur sebagai berikut:

Deklarasi variable setpoint

34 ͦVC

Baca susu DHTBaca humid DHTBaca IR sensor

Baca sensor BeratBaca sensor CO2

Fan on

Suhu > Setpoint

Heater OFF

Humid > 70 % Pͦ

Damper Close

selesai

Heater ON

Damper open

Mengambil data kembali

tidak

tidak

Ya

Mulai

Baca Mikro SD

Tampilkan LCD

Kartu SD tidak Terbaca

tidak

Ya

ya

tidak

Ya

Gambar 3.16 Flowchart

3.6.2 Implementasi

Dalam pembuatan sistem pengukuran menggunakan mikrokontroler arduino

mega, dibutuhkan pemrograman agar alat ukur dapat berjalan dengan baik.

Pemrograman dilampirkan pada lamiran B. dalam hal ini penulis akan

menjelaskan pemrograman untuk sistem pengukuran Temperatur, Kelembaban,

Berat, Kadar CO2, Temperatur, Water level, motor servo yang akan ditampilkan

di LCD 5 inci.

Program agar data temperatur, Kelembaban dapat terbaca dan

ditampilakan melalui LCD.

#include <dht.h>

#define dht_dpin A0

define DHTTYPE DHT11

dht DHT;

DHT.read11(dht_dpin);

float humid=DHT.humidity;

float suhu=DHT.temperature;

myGLCD.setColor(210,180,140);

myGLCD.fillRect(40,80,340,220);

myGLCD.setColor(0, 0, 0);

myGLCD.setBackColor(210,180,140);

myGLCD.print( "TEMPERATUR", 90,50);

}

if(count<20){



myGLCD.setFont(SevenSegNumFont);

myGLCD.printNumI( suhu, 120,150);

myGLCD.setFont(BigFont);

}

if(count==1){






myGLCD.print( "KELEMBABAN", 90,240);

}

if(count<20){


myGLCD.printNumI(humid,120,300);


}

Program agar data Berat dapat terbaca dan ditampilakan melalui LCD

int weight;

int weight_last;

int weight1=analogRead(2);

if (weight1 >400)

{

weight=1;

}

if (weight1<400)

{weight=0;}

if (weight1 >560)

{

weight=2;

}

if (weight1 >678)

{

weight=3;

}

if (weight1 >723)

{

weight=4;// do Thing B

}

if (weight1 >745)

{


}

if (weight1 >765)

{


}

if (weight1 >790)

{


}

if (weight1 >810)

{


}




myGLCD.setBackColor(0, 0, 0);

myGLCD.print( "BERAT", 90,50);

}

if(count>20){




myGLCD.printNumI(weight,120,150);


}

Program agar data infrared thermometer dapat terbaca dan ditampilakan

melalui LCD

#include <Adafruit_MLX90614.h>

Adafruit_MLX90614 mlx = Adafruit_MLX90614();

float temp;

mlx.begin();

delay(2000);

int suhuobjek= mlx.readObjectTempC();

if(count==20){




myGLCD.setBackColor(0, 0, 0);

myGLCD.print( "TEMPERATUR BAYI", 90,240);

}

if(count>20){




myGLCD.printNumI(mlx.readObjectTempC(), 120,300);


}

Program agar data water level dapat terbaca dan kontrol nya berjalan dengan

baik dan ditampilakan melalui LCD.

Serial.println("air=");

int air = analogRead(1);

if (air<450)

{digitalWrite(42, HIGH);}

else

{digitalWrite(42, LOW);}

Serial.println(air);

myGLCD.print( "WATER LEVEL", 420,140);

//myGLCD.setBackColor(255,255,255);


myGLCD.print( "ON", 610,140);


myGLCD.print( "LOW", 690,140);

Program dibuat untuk kontrol heater on/off dan ditampilakan melalui LCD.

if(suhu>Setpoint){

digitalWrite(heater,1);

}

else {

if(time<8){


}

else {


}

if(time>=10){

time=time+1;

Program dibuat untuk mengatur udara yang masuk ke ruang incubator dengan

menggunakan servo dan damper sebagai penutup saluran udara.

#include <Servo.h>

Servo myservo;

int damper;

myservo.attach(43);

myservo.write(20);

delay(1000);

myservo.write(100);

if(suhu<=Setpoint)

{

damper=0;

myservo.write(170);

};

if(suhu>=Setpoint)

{

damper=1;

myservo.write(20);

};

tugas akhir puspis.doc

Documents