PENGISI AIR OTOMATIS
Dedy Arifyanto1, Febi Prasojo2, Niken Larasati3, 4Samuel
Beta, Dr., Ing.Tech., M.T.
Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang
Jl. Prof. H. Soedarto, S.H. Tembalang, Semarang 50275
DedyArifyanto@yahoo.co.id 1
, Febiprasojo@yahoo.co.id 2, Niken.larasati30@yahoo.com 3, sambetak2@gmail.com4
Intisari
– pengisi air otomatis merupakan sebuah alat untuk mempermudah pengisian air
dalam suatu wadah. Dalam penyusunan alat ini membutuhkan komponen-komponen yang
telah dbagi dalam tiga bagian utama, yaitu masukan, proses, dan luaran.
Komponen masukanya yaitu: (a) saklar batas (limit switch) menghubungkan atau
memutuskan arus listrik, (b) saklar elektrik (optocoupler) sebagai saklar yang
bekerja secara otomatis. Kemudian pada bagian proses atau pengolahan data yang
digunakan yang digunakan adalah mikrokontroler ARM NUC120RD2BN tipe ini
memiliki cortex M0 12 MHz, 8KB RAM, 64KB memori program(APROM), 4KB memori data
(data flash), 45 pin I/O (GPIO), 8 channel ADC 12 bit, 3 serial UART dengan 1
USB & 1 RS485, 3,3V & 5V compatible, programmable via USB. Spesifikasi
ini lebih dari cukup untuk mengontrol komponen model alat yang akan dibuat.
Pada bagian luaran yaitu: kran elektrik (solenoid valve), digunakan sebagai
pengatur pengisian air.
Kata Kunci : ARmNUC120, Elektrik Solenoid Valve, Optocoupler
Abstract – an automatic
water filler is a tool to simplify the filling of water in a container. In the
preparation of this tool requires components that have been divided into three
main parts: input, process, and output. The input components are: (a) the limit
switch to connect or disconnect the electric current, (b) an electric switch
(optocoupler) as a switch that works automatically. Then in the process of data
processing used or used is an ARM microcontroller NUC120RD2BN, this type has
the cortex M0 12 MHz, RAM 8KB, 64KB of program memory (APROM), 4KB of data
memory (flash data), 45 pin I / O (GPIO), 8 channel 12 bit ADC, 3 serial UART
with 1 USB and 1 RS485, 3.3V and 5V compatible, programmable via USB. This
specification is more than enough to control the components of the model tool
will be made. In the output is electric faucet (solenoid valve) that used as a
regulator of the water filling.
Keyword :
ARmNUC120, Elektrik Solenoid Valve, Optocoupler
1.
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Perkembangan teknologi elektronika semakin hari semakin
bertambah maju. Seiring dengan lajunya percepatan teknologi, membuat banyak
orang menjadi termotivasi untuk membuat sesuatu hal yang baru, sesuatu yang
dapat dikendalikan secara otomatis dengan menggunakan suatu sistem yang mudah
dioperasikan. Pada kenyataannya, elektronika juga dapat mengurangi beban
pemerintah dalam hal penghematan energi listrik, dengan alat-alat yang dapat
menghemat listrik ataupun sumber daya lainnya seperti penghematan air bila dipadukan
dengan sedikit rangkaian elektronika.
Seiring dengan meningkat dan
meluasnya kecepatan prosesor pada mikrokontroler di dunia, maka terdapat
berbagai perangkat kendali dituntut untuk mampu dioperasikan yang dapat
memiliki kecepatan prosesor yang besar, membutuhkan supply tegangan yang kecil,
dan memiliki biaya yang murah atau efisien. Selain itu, cepat dan mudah
dioperasikan oleh user serta pendistribusian kendali yang termanajemen. Oleh
sebab itu penulis ingin membuat inovasi dengan membuat alat berbasis ARM.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan permasalahan yang terdapt
pada latar belakang, disusun rumusan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana menerapkan alat
pengisi air otomatis menggunakan ARM?
2. Bagaimana merakit alat
pengisi air otomatis?
3. Bagaimana proses alat
pengisi air dapat bekerja secara otomatis?
1.3
Tujuan
Adapun tujuan yang ingin dicapai penulis yaitu:
1.
Merealisasikan rancangan hardware dan
software alat pengisi air
2.
Mengetahui cara kerja alat pengisi
air berbasis ARM
II.
TINJAUAN PUSTAKA
Penjelasan dan uraian teori penunjang yang digunakan dalam membuat
alat ini diperlukan untuk mempermudah pemahaman tentang cara kerja rangkaian
maupun dasar-dasar perencanaan pembuatan alat. Teori – teori yang akan
dijelaskan dalam bab ini meliputi ARM, Optocoupler,
Limit Switch, Solenoid Valve.
2.1 ARM
ARM adalah arsitektur prosesor 32 bit yang
dibuat oleh ARM Holding dan
dilisensikan untuk diproduksi oleh berbagai vendor di dunia termasuk AMD,
Atmel, Freescale, Nuvoton, Nvidia, NXP, Samsung, ST Micro, dan TI. Prosesor ARM
digunakan pada perangkat smartphone, tablet, dan embedded system. Kini ARM
menjadi arsitektur prosesor yang paling banyak diproduksi di dunia.
Seri arsitektur ARM terbaru terdiri dari 3 lini
kelas penggunaan yaitu:
1. ARM CORTEX A untuk prosesor aplikasi umum
2. ARM CORTEX R untuk prosesor real time
3. ARM CORTEX M untuk prosesor mikrokontroler
Gambar 2.1 ARM
Board DT-ARM NUC 120:
o NuMicro
ARM Cortex M0 12 MHz
o 8KB
RAM - 64KB memori program (APROM)
o 4KB
memori data (DataFlash)
o 45 pin
General Purpose I/O (GPIO)
o 8
channel ADC 12 bit
o 3
serial UART dg 1 USB & 1 RS485
o 3.3V
& 5V compatible o
o Programmable
via USB
Untuk konfigurasi port yang akan di gunakan
pada board ARM NUC120 adalah port A dan Port B. Yaitu pada Port A akan
digunakan sebagai Output atau keluaran sedangkan pada port B akan di gunakan
sebagai masukan.
2.2 Optocoupler
Optocoupler
adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu transmitter dan receiver,
yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya terpisah.
Biasanya optocoupler digunakan
sebagai saklar elektrik, yang bekerja secara otomatis. Pada dasarnya optocoupler adalah suatu komponen
penghubung (coupling) yang bekerja
berdasarkan picu cahaya optik. Optocoupler
terdiri dari dua bagian yaitu:
• Pada transmitter dibangun dari sebuah LED
infra merah. Jika dibandingkandengan menggunakan LED biasa, LED infra merah
memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang
dipancarkan oleh LED inframerah tidak terlihat oleh mata telanjang.
• Pada
bagian receiver dibangun dengan dasar
komponen photodioda. Photodioda merupakan suatu transistor yang peka terhadap
tenaga cahaya. Suatu sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu pula
dengan spektrum inframerah. Karena spektrum inframerah mempunyai efek panas
yang lebih besar dari cahayatampak, maka photodioda lebih peka untuk menangkap
radiasi dari sinar inframerah.
Gambar 2.2 Optocoupler
Oleh karena itu optocoupler dapat dikatakan
sebagai gabungan dari LED inframerah dengan fototransistor yang terbungkus
menjadi satu chips. Cahaya inframerah termasuk dalam gelombang elektromagnetik
yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh mata karena
mempunyai panjang gelombang,berkas cahaya yang terlalu panjang bagi tanggapan
mata manusia. Sinar inframerah mempunyai daerah frekuensi 1 x 1012 Hz sampai
dengan 1 x 1014 GHz atau daerah frekuensi dengan panjang gelombang 1μm – 1mm.
2.3 Limit Switch
Limit
switch (saklar pembatas) adalah saklar atau perangkat
elektromekanis yang mempunyai tuas aktuator sebagai pengubah posisi kontak
terminal (dari Normally Open/NO ke
Close atau sebaliknya dari Normally Close/NC
ke Open). Posisi kontak akan berubah
ketika tuas aktuator tersebut
terdorong atau tertekan oleh suatu objek. Sama halnya dengan saklar pada
umumnya, limit switch juga hanya
mempunyai 2 kondisi, yaitu menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik.
Dengan kata lain hanya mempunyai kondisi ON
atau OFF.
Gambar 2.3 Limit Switch
Namun sistem kerja limit switch berbeda dengan saklar pada umumnya, jika pada saklar
umumnya sistem kerjanya akan diatur/ dikontrol secara manual oleh manusia (baik
diputar atau ditekan). Sedangkan limit
switch dibuat dengan sistem kerja yang berbeda, limit switch dibuat dengan sistem kerja yang dikontrol oleh
dorongan atau tekanan (kontak fisik) dari gerakan suatu objek pada aktuator, sistem kerja ini bertujuan
untuk membatasi gerakan ataupun mengendalikan suatu objek/mesin tersebut,
dengan cara memutuskan atau menghubungkan aliran listrik yang melalui terminal
kontaknya.
2.4 Solenoid Valve
Solenoid valve merupakan katup yang dikendalikan dengan arus listrik
baik AC maupun DC melalui kumparan / selenoida. Solenoid valve ini merupakan elemen kontrol yang paling sering
digunakan dalam sistem fluida. Seperti pada sistem pneumatik, sistem hidrolik
ataupun pada sistem kontrol mesin yang membutuhkan elemen kontrol otomatis. Contohnya
pada sistem pneumatik, solenoid valve
bertugas untuk mengontrol saluran udara yang bertekanan menuju aktuator
pneumatik(cylinder). Atau pada sebuah
tandon air yang membutuhkan solenoid
valve sebagai pengatur pengisian air, sehingga tandon tersebut tidak sampai
kosong.
Banyak
sekali jenis-jenis dari solenoid valve,
karena solenoid valve ini didesain
sesuai dari kegunaannya. Mulai dari 2 saluran, 3 saluran, 4 saluran dan
sebagainya. Contohnya pada solenoid valve
2 saluran atau yang sering disebut katup kontrol arah 2/2. Memiliki 2 jenis
menurut cara kerjanya, yaitu NC dan NO. Jadi fungsinya hanya menutup / membuka
saluran karena hanya memiliki 1 lubang inlet dan 1 lubang outlet. Atau pada solenoid 3 saluran yang memiliki 1
lubang inlet, 1 lubang outlet,dan 1 exhaust/pembuangan. Dimana lubang inlet
berfungsi sebagai masuknya fluida, lubang outlet berfungsi sebagai keluarnya
fluida dan exhaust berfungsi sebagai
pembuangan fluida/cairan yang terjebak. Dan selenoid
3 saluran ini biasanya digunakan atau diterapkan pada aktuator pneumatik (cylinder kerja tunggal).
Prinsip kerja solenoid valve
Gambar
2.4 Solenoid Valve
Solenoid valveakan bekerja bila kumparan/coil mendapatkan tegangan
arus listrik yang sesuai dengan tegangan kerja(kebanyakan tegangan kerja solenoid valve adalah 100/200VAC dan
kebanyakan tegangan kerja pada tegangan DC adalah 12/24VDC). Dan sebuah pin
akan tertarik karena gaya magnet yang dihasilkan dari kumparan selenoida
tersebut. Dan saat pin tersebut ditarik naik maka fluida akan mengalir dari
ruang C menuju ke bagian D dengan cepat. Sehingga tekanan di ruang C turun dan
tekanan fluida yang masuk mengangkat diafragma. Sehingga katup utama terbuka
dan fluida mengalir langsung dari A ke F. Proyek ARM ini menggunakan tipe solenoid valve 12V DC dengan arus
maksimum sebesar 450 mA.
III. METODOLOGI PENELITIAN
Metodologi penelitian yang digunakan pada Tugas
Proyek ARM adalah sebagai berikut:
1.
Studi Pustaka: Merumuskan teori secara analisis
dengan mempelajari buku–buku yang diperoleh dari catatan kuliah, buku–buku
perpustakaan dan mempelajari media internet yang berhubungan dengan rangkaian.
2.
Studi Laboratorium: Melakukan penelitian dan
pengujian pada beberapa komponen elektronika berdasarkan data spesifikasi.
Selanjutnya melakukan pengambilan data pada alat tersebut dan membandingkan
dengan hasil teoritis.
3. Metode
Diskusi: Mengajukan beberapa pertanyaan kepada dosen pengajar serta rekan–rekan
mahasiswa Teknik Elektro.
IV. PERANGKAT ALAT
Bab ini membahas tentang perancangan dan pembuatan alat pengisi
air otomatis. Pada perancangan ssstem ini meliputi perancangan
perangkat lunak (software) dan
perangkat keras (hardware).
4.1
Penentuan Spesifikasi Alat
Dalam perencanaan sistem ini akan dibahas
tentang kebutuhan-kebutuhan yang harus dipenuhi, agar alat ini dapat bekerja
sesuai dengan apa yang direncanakan yaitu:
1. Sumber untuk menghidupkan alat ini berasal
dari adaptor dengan suplai tegangan 12 Volt DC dan kekuatan arus 1 A atau dapat
juga menggunakan power supply
2. Board
micro NUC120 dapat
dinyalakan dengan menyuplai tegangan minimal sebesar 5 Volt
3. Dalam proyek ARM ini menggunakan electric solenoid valve normally closed dengan
spesifikasi tegangan 12 Volt DC dan arus maksimal 670 mA
4. Optocoupler
yang digunakan adalah optocoupler yang memiliki empat kaki
yang terdiri dari sebuah LED dan sebuah phototransistor
5. Limit
Switch yang digunakan
adalah normally open yang berfungsi
untuk masukan pada port GPIOA pin 11
4.2 Perancangan
Diagram Blok
Diagram
blok sistem merupakan salah satu bagian terpenting dalam perancangan dan
pembuatan alat ini, karena dari diagram blok dapat diketahui prinsip kerja
keseluruhan rangkaian. Tujuan lain diagram blok ini adalah memudahkan proses
perancangan dan pembuatan pada masing-masing bagian, sehingga akan terbentuk
suatu sistem yang sesuai dengan perancangan sebelumnya.
Diagram
blok sistem ditunjukkan dalam Gambar 4.1
Gambar 4.1 Diagram Blok
Keseluruhan Sistem
1) Optocoupler digunakan sebagai sensor pembaca data
logic 1 atau 0 untuk menghidupkan electric solenoid
valve
2) Limit
Switch digunakan sebagai
saklar atau untuk data masukan ke board NUC120
3) ARM digunakan sebagai microcontroller atau pengolah data untuk memberikan perintah ke output berdasarkan data dari masukan limit switch
4) Solenoid
Valve digunakan sebagai beban
atau output untuk pembuka dan penutup
saluran air
4.3 Prinsip Kerja Alat
Cara
kerja dari pengisi air ini yaitu berawal dari limit switch. Saat limit
switch ditekan maka limit switch akan
memberikan logik 1 ke micro board
ARM. Kemudian micro ARM akan
memberikan perintah untuk menghidupkan solenoid
valve2. Saat solenoid valve 2
terbuka maka secara otomatis air di dalam tempat penampung 2 akan mengalir dan
turun ke gelas selama 10 detik. Setelah 10 detik maka solenoid valve 2 akan tertutup dan solenoid valve 1 akan terbuka (ON).
Solenoid valve 1 akan tertutup (OFF)
saat sensor optocoupler pada
penampung 2 membaca logik 0 atau dengan kata lain LED yang memancar ke phototransistor
terhalang oleh benda. Namun saat limit
switch tidak ditekan maka semua solenoid
valve tidak akan bekerja (OFF).
4.4 Perancangan Perangkat Keras
Perancangan
perangkat keras ini digunakan untuk mencatu tegangan pada selenoid valve, limit switch
dan board ARM, dengan menggunakkan adaptor 12volt/2A sedangakan tegangan
yang dibutuhkan ARM yaitu 5volt, selenoid
valve juga menggunakan tegangan 12 volt DC.
Dalam perangkat keras ini menggunakan
IC 741 maka dapat dihasilkan arus dan tegangan yang dibutuhkan untuk
mengaktifkan komponen, sedangkan untuk mengaktifkan solenoid dibutuhkan driver
tersendiri yang membutuhkan transistor TIP41 sebagai penguat arus.
A.
Rangkaian Masukan
Dalam rangkaian masukan
ini menggunakan limit switch
Gambar 4.2 Limit Switch
B.
Rangkaian Keluaran
Dalam
merancang rangkaian luaran pada alat ini menggunakan solenoid valve
Gambar 4.3 Solenoid Valve
4.5
Perancangan Perangkat
Lunak
Perangkat lunak ini
berfungsi untuk mengatur kinerja keseluruhan dari sistem yang terdiri dari
beberapa perangkat keras sehingga sistem ini dapat bekerja dengan baik.
Perangkat lunak dirancang menggunakan ARM. Untuk memberikan gambaran umum jalannya program dan memudahkan pembuatan
perangkat lunak, maka dibuat diagram alir yang menunjukan jalannya program.
Diagram alir program ditunjukan pada gambar dibawah:
Gambar 4.4
Diagram Alir Fungsi Utama
4.6
Pengujian dan Analisis
Dalam bab ini membahas pengujian dan analisis alat yang telah dirancang
dari peralatan yang telah dibuat. Pengujian dilakukan dengan pengukuran
tiap-tiap blok dengan tujuan mengamati apakah blok-blok tersebut bekerja sesuai
dengan yang diharapkan. Pengujian ini dilakukan berdasarkan pada masing-masing
rangkaian pendukung secara keseluruhan. Pengujian yang dilakukan adalah
pengujian terhadap:
A. Pengujian limit switch ke driver
solenoid valve
B. Pengujian rangkaian sensor optocoupler
A.
Pengujian Limit Switch ke Driver Solenoid Valve
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui limit switch dan driver
solenoid bekerja dengan baik sesuai dengan perancangan, berikut adalah hasil
pengujiananya dari driver solenoid valve:
Vs
|
V GP_A
|
Driver
Solenoid Valve
|
|
V
|
I
|
||
+
12 VDC
|
+5
V
|
11,87
Volt
|
430 mA
|
0
V
|
0,75
Volt
|
0
A
|
|
B.
Pengujian Rangkaian Sensor Optocoupler
Pada pengujian ini bertujuan untuk mengetahui tegangan pada keluaran
photo transistor, berikut adalah hasil pengukuran tegangan keluaran dari
optocoupler pada photo dioda:
Vs
|
Keadaan
|
Tegangan
(volt)
|
+5 V
|
Tidak ada penghalang
|
1,2
|
Ada penghalang
|
0
|
V. PENUTUP
5.1
Kesimpulan
Berdasarkan hasil
pengujian pada alat pengisi air otomatis ini dapat diambil beberapa kesimpulan
yaitu:
1.
Alat pengisi air otomatis dirancang dari
perangkat keras yakni:
· Board
ARM NUC120 sebagai input dan output (sebagai mikrokontoller)
· Optocoupler
sebagai sensor elektrik, yang bekerja secara otomatis.
· Limit
switch sebagai saklar yang dikontrol oleh dorongan atau tekanan (kontak fisik)
dari gerakan suatu objek.
· Solenoid
valve sebagai elemen kontrol yang digunakan dalam sistem fluida secara
otomatis.
2.
Software alat pengisi air otomatis
diaplikasikan dalam sebuah program yang dirancang dengan Bahasa C. Pengujian
perangkat lunak ini dapat bekerja dengan baik untuk mengaktifkan kinerja kedua
solenoid valve.
3.
Prinsip kerja pengisi air otomatis
berawal dari limit switch. Saat limit switch ditekan maka limit switch akan
memberikan logik 1 ke micro board ARM. Kemudian micro ARM akan memberikan
perintah untuk menghidupkan solenoid valve 2. Saat solenoid valve 2 terbuka
maka secara otomatis air di dalam tempat penampung 2 akan mengalir dan turun ke
gelas selama 10 detik. Setelah 10 detik maka solenoid valve 2 akan tertutup dan
solenoid valve 1 akan terbuka (ON). Solenoid valve 1 akan tertutup (OFF) saat
sensor optocoupler pada penampung 2 membaca logik 0 atau dengan kata lain LED
yang memancar ke phototransistor terhalang oleh benda. Namun saat limit switch
tidak ditekan maka semua solenoid valve tidak akan bekerja (OFF).
LAMPIRAN KOMPONEN
No
|
Nama Komponen
|
Jumlah
|
1
|
Limit Switch
|
1 Buah
|
2
|
Optocoupler
|
1 Buah
|
3
|
Electric Solenoid Vlave
12 V DC
|
2 Buah
|
4
|
IC Regulator
|
1 Buah
|
5
|
IC lm 741
|
1 Buah
|
6
|
Kabel Jumper (male &
Female)
|
Secukupnya
|
DAFTAR
PUSTAKA
Tidak ada komentar:
Posting Komentar