RANCANG BANGUN PENDETEKSI KETINGGIAN AIR BERBASIS MIKROKONTROLER ATMega8535 dan SENSOR ULTRASONIC

Dwi Prakoso1

Faizal Hermawan2

Hendi Winata3

1,2,3 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Polines Jln. Prof. Sudarto Tembalang Semarang INDONESIA

AbstrakPada zaman sekarang ini,banyak orang yang menggunakan sumur untuk memenuhi kebutuhan air sehari hari.Selain

perorangan banyak pula pabrik dan gedung yang memakai sumur untuk memenuhi kebutuhan air mereka.pada zaman sekarang banyak orang menggunakan pompa air untuk menaikkan air agar dapat digunakan.Air dari dalam sumur diaikkan menggunakan pompa air untuk kemudian digunakan.

Akan tetapi,hal ini berdampak pada daya listrik yang digunakan.Jika frekuensi penggunaan air terlalu sering,maka daya yang digunakan untuk mengaktifkan pompa air semakin besar,mengingat arus starting motor enam kali lebih besar dari arus running.Untuk itu digunakanlah tandon air untuk menghemat daya yang digunakan,dengan menampung air pada suatu tempat,maka penggunaan pompa dapat ditekan atau dikurangi sehingga pasokan daya listrik yang digunakan akan berkurang.Namun sistem ini masih memiliki kelemahan,yaitu apabila air dalam penampungan habis,padahal pengguna butuh air maka hal ini akan berdampak pada efisiensi waktu,dan dapat menyebabkan terhambatnya aktivitas.

Oleh karena itu,maka kami mencoba menciptakan alat atau sebuah sistem dimana sistem ini dapat mengisi penampungan air secara otomatis.Sistem ini memanfaatkan kinerja sensor ultrasonik dan relay.Pada saat level ketinggian air didalam resevoir rendah,maka secara otomatis relay akan mengaktifkan pompa air yang membuat penampungan terisi.Apabila penampungan sudah penuh maka secara otomatis pula sistem ini akan mematikan relay sehingga pompa akan off.Sistem ini juga dilengkapi dengan lampu indikator untuk memantau level ketinggian air di dalam resevoir tanpa perlu membuka tutupnya.

Dengan menggunakan sistem ini diharapkan masyarakat tidak perlu menghidup atau mematikan pompa,tidak perlu mengecek ketinggian air pada resevoir,dan aktivitas masyarakat tidak terhambat karena keperluan air mereka.

Keywords— Atmega8535,sensor ultrasonic,mikrokontroler.

I. PENDAHULUAN

Pada zaman sekarang ini,rumah-rumah,sekolah ataupun perusahaan banyak yang memakai sumur sendiri untuk kebutuhan air nya.Untuk menghemat listrik banyak orang yang menampung air pada resevoir terlebih dahulu.Hal ini dilakukan agar setiap pemilik rumah ingin menggunakan air,tidak perlu menghidup matikan pompa air terlebih dahulu.Namun sistem ini pun juga memiliki sedikit masalah,misalnya jika kita sibuk,ataupun tidak sempat mengisi resevoir maka bisa saja ketika membutuhkan air secara mendadak,kita harus menunggu untuk mengisi resevoir dan aktivitas kita bisa terganggu karenanya.Oleh karenanya maka kita membutuhkan sebuah sistem otomatis yang akan mengisi resevoir ketika air dalam resevoir dalam kondisi akan habis.

Untuk sistem pendeteksi air ini,bisa dilakukan dengan menggunakan kontaktor dan timer,namun sistem ini memiliki sedikit kelemahan,jika penggunaan air melebihi normal,atau air dalam kondisi jarang digunakan,maka resevoir bisa saja mengalami kekosongan ataupun terlalu penuh.Karena alasan itu,pada saat ini kita akan memanfaatkan teknologi mikrokontroler dengan memakai Atmega8535,dan sensor ultrasonic.

Apa itu mikrokontroler?menurut Sudjadi (2005:47) mikrokontroler adalah piranti elektronik berupa IC (Integrated

Circuit) yang memiliki kemampuan manipulasi data (informasi) berdasarkan suatu urutan instruksi (program) yang dibuat oleh programmer. Mikrokontroller merupakan contoh suatu sistem komputer sederhana yang masuk dalam kategori embedded komputer. Dalam sebuah struktur mikrokontroller akan kita temukan juga komponen-komponen seperti: processor, memory,clock dan lain-lain.

Prinsip kerja dari sistem pendeteksi ketinggian air dengan mikrokontroler ini adalah,sensor yang terletak di atas resevoir akan mengirim gelombang ultrasonik,yaitu gelombang dengan frekuensi lebih dari 20KHz,di dalam resevoir terlebih dahulu sudah kita letakkan sterofom,atau objek yang bisa mengapung.Gelombang ultrasonik yang mengenai objek akan kembali dipantulkan kembali ke sensor sebagai input bagi mikrokontroler.Pada saat jarak yang kita tentukan tercapai,maka input dari sensor akan mengaktifkan relay sehingga pompa mengisi resevoir,dan lampu indikator akan menyala.

Makalah ini dibuat dengan tujuan:1. Untuk mengetahui pemanfaatan mikrokontroler

dalam kehidupan sehari-hari.2. Untuk mengetahui cara kerja dari mikrokontroler

AVR Atmega8535,dan sensor ultrasonik.

3. Dapat membuat sendiri rangkaian elektronika dan membuat program dengan memanfaatkan CodeVision AVR.

Dalam makalah ini,penulis akan membahas tentang ATmega8535,sensor ultrasonik.

Akhirnya,penulis menyadari bahwa dalam pembuatan makalah ini,masih terdapat banyak kekurangan,oleh karena itu,bila ada kesalahan,penulis memohon maaf kepada para pembaca.

II. DASAR TEORI

Sistem pendeteksi dan pengendali air ini berfungsi untuk mengisikan serta mendeteksi air di dalam resevoir secara otomatis menggunakan sensor ultrasonik dan mikrokontroler Atmega8535.Di dalam makalah ini,yang akan dijelaskan secara spesifik adalah Mikrokontroler Atmega8535,sensor ultarsonic,sistem rangkaian,beserta programnya

A. Mikrokontroler Atmega8535

Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) dari Atmel ini menggunakan arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang artinya prosesor tersebut memiliki set instruksi program yang lebih sedikit dibandingkan dengan MCS-51 yang menerapkan arsitektur Complex Instruction Set Computer (Syahban:2011).Artinya proses download dan pembuatan program dari mikrokontroler AVR Atmega8535 relatif lebih cepat dan mudah karena dilakukan langsung pada sistemnya.

Adapun arsitektur Atmega8535 itu sendiri adalah sebagai berikut:

Menurut Lingga(2006:89) mikrokontroler ATmega8535 memiliki fitur-fitur utama seperti berikut.

1. Saluran I/O sebanyak 32 buah yaitu Port A,Port B, Port C, dan Port D.

2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran3. Tiga unit Timer/Counter dengan kemampuan

pembandingan.4. CPU yang terdiri atas 32 buah register.5. Watchdog Timer dengan osilator internal.6. SRAM sebesar 512 byte.7. Memori Flash sebesar 8 kbytes dengan

kemampuan Read While Write.8. Unit interupsi internal dan eksternal.9. Port antarmuka SPI.10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram

saat operasi.11. Antarmuka komparator analog.12. Port USART untuk komunikasi serial.

Mikrokontroler AVR ATMega8535 merupakan mikrokontroler produksi Atmel dengan 8 Kbyte In-System Programmable-Flash, 512 Byte EEPROM dan 512 Bytes Internal SRAM. Diagram blok arsitektur ATmega8535 ditunjukkan oleh Gambar 1.Terdapat sebuah inti prosesor (processor core) yaitu Central Processing Unit, di mana terjadi proses pengumpanan instruksi (fetching) dan komputasi data. Seluruh register umum sebanyak 32 buah terhubung langsung dengan unit ALU (Arithmatic and Logic Unit). Tedapat empat

buah port masing-masing delapan bit dapat difungsikan sebagai masukan maupun keluaran.Adapun untuk diagram sistem kerja dari mikrokontroler AVR Atmega8535 adalah seperti gambar berikut.

Gambar. 1 Diagram blok arsitektur ATmega8535

A.1.Konfigurasi Pin Atmega8535 Atmega8535 memiliki 40 buah pin,masing masing pin memiliki kegunaan tersendiri adapun konfigurasi pin tersebut adalah:

TABEL IKONFIGURASI PIN ATMEGA8535

Nomor Nama pin Fungsi

1 VCC Catu Daya

2 GND Ground3 Port A

(PA7..PA0)Port I/O 8-bit dua arah

dengan resistor pull-up internal.Juga berfungsi sebagai masukan analog ke ADC (ADC0 s.d. ADC7)

4 Port B Port I/O 8-bit dua arah

(PB7..PB0) dengan resistor pull-up internal.

Fungsi khusus masing-masing pin :Port Pin Fungsi lain

PB0 T0 (Timer/Counter0 External Counter Input)PB1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input)PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input)PB4 SS (SPI Slave Select Input)PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

5 Port C(PC7..PC0)

Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal.

Dua pin yaitu PC6 dan PC7 berfungsi sebagai oscillator luar untukTimer/Counter2.

6 Port D(PD7..PD0)

Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal.

Fungsi khusus masing-masing pin :Port Pin Fungsi lainPD0 RXD (UART Input Line)PD1 TXD (UART Output Line)PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input)PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output CompareB Match Output)PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output CompareA Match Output)PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)PD7 OC2 (Timer/Counter2 Output Compare Match Output)

7 RESET Masukan reset. Sebuah reset terjadi jika pin ini diberi logika rendah melebihi periode minimum yang

diperlukan.8 XTAL1 Masukan ke inverting

oscillator amplifier dan masukan ke rangkaian clock

internal.9 XTAL2 Keluaran dari inverting

oscillator amplifier.10 AVCC Catu daya untuk port A dan

ADC11 AREF Referensi masukan analog

untuk ADC.12 AGND Ground analog.

Gambar. 2 Konfigurasi PIN ATmega8535

B. Sensor Ultrasonic(PING)

Sensor Ultrasonik adalah alat elektronika yang kemampuannya bisa mengubah energi listrik menjadi energy mekanik dalam bentuk gelombang suara ultrasonic. Sensor ini terdiri dari rangkaian pemancar Ultrasonic yang dinamakan transmitter dan penerima ultrasonic yang disebut receiver. Alat ini digunakan untuk mengukur gelombang ultrasonic. Gelombang ultrasonic adalah gelombang mekanik yang memiliki ciri-ciri longitudinal dan biasanya memiliki frekuensi di atas 20 Khz. Gelombong Utrasonic dapat merambat melalui zat padat, cair maupun gas. Gelombang Ultrasonic adalah gelombang rambatan energi dan momentum mekanik sehingga merambat melalui ketiga element tersebut sebagai interaksi dengan molekul dan sifat enersia medium yang dilaluinya.

Gelombang ultrasonik ini merambat di udara dengan kecepatan 344 meter per detik, mengenai objek dan memantul kembali ke sensor. Modul sensor PING mengeluarkan pulsa output high pada pin SIG setelah memancarkan gelombang ultrasonik dan setelah gelombang pantulan terdeteksi modul sensor PING akan membuat output low pada pin SIG. Lebar pulsa High (tIN) akan sesuai dengan lama waktu tempuh gelombang ultrasonik untuk 2 kali jarak ukur dengan objek.

Berikut adalah data hasil penghitungan waktu yang diperlukan modul sensor Ping untuk menerima pantulan pada jarak tertentu. Perhitungan ini didapat dari rumus berikut

S = (tIN x V) ÷ 2Dimana :S = Jarak antara sensor ultrasonik dengan objek yang

dideteksiV = Cepat rambat gelombang ultrasonik di udara (344 m/s)tIN = Selisih waktu pemancaran dan penerimaan pantulangelombang.

Gambar. 3.1 Sensor Ultrasonic

Gambar. 3.2 Prinsip kerja Sensor Ultrasonic

B.1.Prinsip kerja sensor ultrasonic Prinsip kerja sensor ultrasonic adalah sebagai

berikut:a) Sinyal dipancarkan oleh pemancar

ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.

b) Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 344 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik.

c) Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya.

C. LED (Light emitting diode)

Menurut Widodo (2005:73) Light Emitting Diode adalah salah satu komponen elektronik yang tidak asing lagi di kehidupan manusia saat ini. LED saat ini sudah banyak dipakai, seperti untuk penggunaan lampu permainan anak-anak, untuk rambu-rambu lalu lintas, lampu indikator peralatan elektronik hingga ke industri, untuk lampu

emergency, untuk televisi, komputer, pengeras suara (speaker), hard disk eksternal, proyektor, LCD, dan berbagai perangkat elektronik lainnya sebagai indikator bahwa sistem sedang berada dalam proses kerja, dan biasanya berwarna merah atau kuning. LED ini banyak digunakan karena komsumsi daya yang dibutuhkan tidak terlalu besar dan beragam warna yang ada dapat memperjelas bentuk atau huruf yang akan ditampilkan. dan banyak lagi.

Pada dasarnya LED itu merupakan komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi konduktor jenis dioda yang mampu memencarkan cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.

Gambar. 4 LED

D. Pompa Air dan relay

Rangkaian Pompa Air adalah suatu rangkaian elektronika yang dikemas menjadi suatu instrumen, yang mempunyai fungsi sebagai penyedia aliran air dalam debit besar dengan prinsip kerja menghisap air yang tersedia dan mendistribusikan aliran air tersebut kepada setiap saluran keluaran air. Untuk pembagian jenis dari rangkaian pompa air dapat diklasifikasikan melalui kekuatan daya hisap, daya listrik yang dikonsumsi, level ketinggian distribusi air, dan level ketinggian penampungan air. Perhitungan dari daya hisap air dan daya listrik yang dikonsumsi biasanya akan sebanding, jadi apabila pompa air mengalirkan air dalam jumlah debit yang besar maka akan semakin besar pula daya yang dikonsumsi oleh rangkaian pompa air.

III. PEMBAHASAN DAN HASIL PERANCANGAN

A. Rangkaian Power Supply

Gambar. 5.1 Rangkaian Power Supply

B. Rangkaian Sistem minimum Atmega 8535Rangkaian sistem minimum Atmega8535 dalam aplikasi proteus adalah sebagai berikut:

Gambar. 5.2 Sismin Atmega8535

C. Rangkaian Lampu LED

Gambar. 5.3 Rangkaian LED

D. Rangkaian Relay dan Pompa air

Gambar. 5.4 Rangkaian Relay dan Pompa air

E. Rangkaian ProgramUntuk program dilakukan dengan Code Vision AVR,adapun list programnya adalah

#include <mega8535.h>#include <delay.h>#define TrigO PORTD.2#define TrigI PIND.2#define TrigD DDRD.2#define EchoO PORTD.3#define EchoI PIND.3#define EchoD DDRD.3unsigned long int read_SR04() {unsigned long int ms;bit wait = 1;TrigO = 1; delay_us(5);TrigO = 0;

ms = 0;if(!EchoI) { wait = 1; while(wait) { ms++; if((ms>100)|EchoI) wait = 0; } }ms = 0;if(EchoI) { wait = 1; while(wait) { ms++; if((ms>=300)|(!EchoI)) wait = 0; } }return ms;}

#define pumpO PORTD.7#define pumpD DDRD.7

#define MERAH PORTD.4#define KUNING PORTD.5#define HIJAU PORTD.6

//---------- seting ketinggian -----------////--- semakin tinggi semakin besar -------//

#define kosong 95#define tengah 60#define penuh 30

float durasi;float tinggi,tmpF;

unsigned char i;

float LPF(float new, float last, float smoot){return (new*smoot + last*(1-smoot));}

void main(void){PORTD=0x0D;DDRD=0xF0;

ACSR=0x80;SFIOR=0x00;

TrigD = 1; TrigO = 0;EchoD = 0; EchoO = 1;

pumpD = 1; pumpO = 0;

while (1) { tinggi = LPF((float)read_SR04(),tinggi,0.05); if(tinggi>kosong) {MERAH = 0;

KUNING = 1; HIJAU = 1; pumpO = 1;} else if(tinggi<penuh) {MERAH = 1;

KUNING = 1; HIJAU = 0; pumpO = 0;} else {

if((MERAH==0)&(tinggi<tengah)) {MERAH = 1; KUNING = 0; HIJAU = 1;}

if((HIJAU==0)&(tinggi>tengah)) {MERAH = 1; KUNING = 0; HIJAU = 1;}

} }

}

F. Diagram Alir

G. Diskripsi Kerja

IV. PENUTUP

A. KesimpulanDari ulasan di atas dapat kita simpulkan bahwa,sistem

pendeteksi ketinggian air menggunakan Atmega8535 memiliki kelebihan,selain untuk pengisi resevoir secara otomatis,sistem ini membuat pengguna tidak perlu melihat ke dalam resevoir untuk mengetahui keadaan atau level ketinggian air.karena telah dideteksi oleh sensor dan ditampilkan oleh LED.Hanya saja sistem ini memiliki kelemahan,yaitu jika resevoir lebih dari 3,5 meter,kita perlu mengatur objek yang mengambang di air agar dapat terus dipantau oleh sensor ultrasonic.

REFERENSI

[1] S. M. Metev and V. P. Veiko, Laser Assisted Microtechnology, 2nd ed., R. M. Osgood, Jr., Ed. Berlin, Germany: Springer-Verlag, 1998.

[2] J. Breckling, Ed., The Analysis of Directional Time Series: Applications to Wind Speed and Direction, ser. Lecture Notes in Statistics. Berlin, Germany: Springer, 1989, vol. 61.