BAB III perancangan alat

BAB III

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT

A. Perancangan Teknis

Perancangan merupakan suatu tahap yang paling penting dalam

pembuatan alat. Karena dengan merancang kita dapat mengetahui komponen

apa saja yang akan kita gunakan, sehingga alat yang kita buat dapat bekerja

seperti apa yang kita harapkan. Petunjuk penggunaan komponen, spesifikasi

serta karakteristik dari komponen yang akan kita gunakan dapat kita lihat pada

data sheet yang telah tersedia.

Untuk mendapatkan hasil yang optimal, haruslah terlebih dahulu

membuat rancangan yang baik dengan memperhatikan sifat dan karakteristik

dari komponen yang digunakan serta suku cadang dipasaran, sehingga dapat

memudahkan kita dalam pengerjaan dan memudahkan kita mencari komponen

tersebut apabila terjadi kerusakan.

B. Langkah-langkah Perancangan

Pada langkah perancangan, dimulai dengan menentukan diagram blok,

gambar rangkaian dari keseluruhan system, kemudian memilih dan

menentukan komponen-komponen yang akan digunakan sebagai penyusun

dari masing-masing blok rangkaian. Secara garis besar keseluruhan proses

pembuatan alat ini terbagi dalam dua tahap utama, yaitu :

Perancangan Sistem

45

Perancangan sistem dilakukan dengan pembuatan diagram blok

rangkaian, pembuatan skema rangkaian lengkap, serta pembuatan

program dan juga perencanaan kontruksi dari alat tersebut.

Perancangan Hardware

Pada perancangan hardware, ada beberapa tahap yang harus dilakukan

yaitu perancangan mekanik dan perancangan elektrik. Pada

perancangan mekanik dilakukan dengan tata driver relay dan

lampunya. Pada perencanaan elektrik dilakukan dengan pembuatan

bagian minimum sistem, power supply, dan sensor infra merahnya.

C. Proses Pembuatan Alat

Untuk membuat system control lampu berbasis ATmega328, agar

dapat bekerja sesuai dengan apa yang telah direncanakan maka dalam proses

pembuatannnya dibagi dalam beberapa tahapan. Seperti perencanaan blok

diagram alat, perencanan skema rangkaian, pemilihan komponen yang

digunakan, proses pembuatan alat, perencanaan pembuatan software, serta

pengujian dan pengukuran alat. Adapun blok diagram tahapan-tahapan

pembuatan alat tersebut adalah sebagai berikut :

46

Gambar 3.1. Blok Diagram Perencanaan Pembuatan Alat

Dari gambar diagram blok diagram diatas maka tahapan perencanaan

tersebut dapat dijelaskan, yaitu sebagai berikut :

1. Perencanaan blok diagram alat

Sebelum membuat alat harus dipikirkan bagaimana blok diagram

dari alat yang akan dibuat, untuk mempermudah langkah-langkah

yang akan dilakukan dalam penentuan dan pembuatan rangkaian dari

alat tersebut.

2. Perencanaan skema rangkaian

Perencanaan skema rangkaian ini dibuat berdasarkan blok diagram

kemudian dilanjutkan dengan pemilihan rangkaian yang tepat dan

47

Perencanaan Blok Diagram Alat

Perencanaan Skema Rangkaian

Pemilihan Komponen Yang Digunakan

Pembuatan Alat

Perencanaan dan Pembuatan Sofware

Pengujian dan Pengukuran Alat

sesuai dengan alat yang akan dibuat dan juga menyesuaikan dengan

komponen - komponen yang tersedia di pasaran dan mudah

diperoleh sesuai dengan konsep kerja dari alat yang akan dibuat.

3. Pemilihan komponen yang akan digunakan Simulasi alat ini dibuat

dengan alat dan bahan yang tersedia di pasaran sesuai dengan yang

dibutuhkan untuk rangkaian.

Tabel 3.1 Daftar Bahan

48

NAMA BAHAN JUMLAH

Phototransistor 1 buah

Resistor 1k Ω 4 buah

Capacitor 100 nF 1 buah

Resistor 10k Ω 1 buah

IC max232 1 buah

Lampu AC 220v 2 buah

Capacitor 10uF / 16V 6 buah

IC LM 7805 2 buah

DB9 Female 1 buah

Remote TV universal 1 buah

IC ATmega328 1 buah

Crystal 16 MHz 1 buah

LED 4 buah

PCB 2 buah

Sakelar On / Off 2 buah

Socket Header 40x1 1 buah

Kabel pelangi 2 meter

Spicer baut 12 buah

Adaptor 1,2A 1 buah

Piting lampu AC 2 buah

Tabel 3.2 Daftar Alat

4. Pembuatan Alat

a. Pembuatan rangkaian

Perencanaan Lay Out pada PCB

Printed Circuit Board (PCB) dibuat dari bahan pertinak dan dilapisi

dengan tembaga tipis. Langkah-langkah dalam pembuatan adalah :

Penggambaran Pada PCB

- Sebelum mengambar pada PCB terlebih dahulu membuat

rancangan jalur-jalur rangkaian pada komputer dengan program

EAGLE kemudian di print dan di fotokopi dengan plastik khusus.

Dalam penggambaran ini perlu diperhatikan bentuk dan ukuran

dari masing-masing komponen yang akan dipasang terutama jarak

antara kakinya.

49

NAMA BAHAN JUMLAH

Obeng ( + ) dan ( - ) 1 buah

Tang Kombinasi 1 buah

Solder 1 buah

Introfak 1 buah

AVO Meter 1 buah

Timah secukupnya

Amplas halus secukupnya

Pinset 1 buah

Pisau cutter 1 buah

Bor 1 set

Obeng 1 set

- Membersihkan PCB dengan menggunakan amplas halus agar pada

saat pensablonan semua gambar dapat menempel dengan sempurna

pada PCB. Seperti ditunjukkan pada lampiran gambar

- Proses pensablonan ini dilakukan dengan cara penyetrikaan.

Pertama-tama potong PCB sesuai dengan ukuran gambar kemudian

tempelkan hasil foto kopi pada PCB dan dilapisi dengan kertas

setelah dilapisi kertas baru bisa di setrika.

- Jika masih ada gambar yang kurang jelas, dapat di gambar kembali

dengan menggunakan spidol permanen/marker.

Gambar 3.2 Penyetrikaan pada PCB

Proses Pelarutan

50

- Menyiapkan tempat atau wadah dari plastik dengan ukuran yang

lebih besar dari PCB yang akan dilarutkan

- Melarutkan bahan pelarut feriklorida (FeCI3) secukupnya pada air

panas kemudian PCB yang telah berisi gambar rancangan

dicelupkan kedalam larutan. Agar proses pelarutan lebih cepat

wadah dapat digoyang-goyangkan .

- Apabila bagian tembaga yang tidak terpakai telah larut seluruhnya,

maka PCB diangkat dan dicuci dengan air bersih. Gambar

rancangan yang masih tertutupi oleh spidol dibersihkan dengan

tiner atau bensin.

Gambar 3.3 Proses Pelarutan PCB

Pengeboran

Pada proses pengeboran ini yang paling utama perlu diperhatikan

adalah mata bor harus sesuai dengan ukuran dari kaki komponen yang

akan dipasang pada lubang tersebut. Pengeboran dilakukan pada tanda titik

51

yang telah diberi tanda sebelumnya. Bila pengeboran telah selesai, maka

PCB siap untuk digunakan

Pemasangan Komponen

Setelah PCB jadi maka langkah selanjutnya adalah pemasangan

komponen pada permukaan PCB. Agar kelihatan rapi kita dapat mengatur

tinggi rendahnya pemasangan komponen. Tata letak komponen secara

keseluruhan ditunjukkan pada lampiran.

Penyolderan

Komponen-komponen yang telah terpasang kemudian disolder

agar kaki komponen terhubung dengan jalur-jalur pada PCB.

D. Perancangan Sistem

Dalam pembuatan alat kontrol lampu ruangan berbasis mikrokontroler

ATmega328 ini secara elektronik terbagi ke dalam 3 bagian. Yaitu input,

pengontrol dan output. Input terdiri dari remote TV dan sensor penerima

(phototransistor), dan pemrosesnya data input adalah mikrokontroler ATmega328

dan mengeluarkan output yang menuju driver relay untuk menggerakkan anak

kontak dan menyalakan lampu AC. Gambar 3.3 menampilkan blog diagram

secara keseluruhan.

1. Blok Diagram Keseluruhan

52

Gambar 3.4 Blok Diagram Keseluruhan

2. Rancangan Bentuk Fisik Kunci Pintu

Rancangan bentuk fisik dari control lampu ini berbahan plastik dengan

ketebalan 2 mm. Panjang kotak ini mencapai 20 cm dan lebarnya mencapai 12

cm. pada bagian atas kotak diletakkan 2 buah fitting lampu AC dan pada bagian

atas tengah diletakkan sensor penerimanya. Di dalam kotak ini terdapat minimum

system ATmega328 dan driver relay. Berikut ini merupakan bentuk fisik alatnya.

Ambil gambar box plastiknya ya yank

Gambar 3.5 Bentuk Fisik Kontrol Lampu

E. Deskripsi Kerja Rangkaian

Alat ini memiliki beberapa alur proses pengontrolan yang pertama adalah

pengontrolan dengan input data yang berupa data dari remote TV, kemudian

diteruskan ke mikrokontroler, output data dari mikrokontroler akan mengaktifkan

driver relay untuk selanjutnya mengaktifkan lampu AC.

53

Sensor Inframerah akan menerima suatu sinyal berupa frekuensi tertentu

dari remote TV, yang menyebabkan sensor tersebut aktif. Setelah mendapat sinyal

tersebut, sensor Inframerah akan mengirimkan kode unik dalam bentuk

hexadesimal untuk selanjutnya data tersebut akan diolah oleh mikrokontroler,

kemudian jika data tersebut sesuai dengan data yang telah tersimpan dalam

memori data mikrokontroler maka akan mengaktifkan driver relay.

Pada gambar 3.3, dapat dilihat beberapa blok diagram yang masing-

masing memiliki fungsi :

1. Mikrokontroler Atmega328

Digunakan sebagai kontrol utama untuk mengendalikan sistem dengan

bantuan software Arduino-21. Dan board control Erulduino Board

2. Penerima Sensor Inframerah

Digunakan sebagai sensor pendeteksi tag remote TV. Yang mendeteksi

keberadaan sinyal berjarak ± 10 m

3. Driver Relay

Berfungsi untuk menghidupkan lampu 220V AC, agar tidak membebani

mikrokontroler. Menggunakan sebuah transistor jenis NPN dan sebuah

relay dengan tegangan kerja 9 volt

F. Perancangan Perangkat Keras

54

Dalam pembuatan perangkat keras sistem control lampu ruangan dengan

remote kontrol berbasis mikrokontroler Atmega328 ini terbagi atas beberapa

bagian antara lain :

1. Perencanaan Transponder RFID

Untuk mendeteksi adanya sinyal dari remote TV digunakan sensor berupa

phototransistor tipe PNA4601M sebagai sensor ke mikrokontroler Atmega328.

sensor jenis ini dapat mendeteksi sampai dengan 10 m.

Gambar 3.6 Bentuk Fisik Sensor Phototransistor

2. Perencanaan Rangkaian Driver Relay

Rangkaian driver yang digunakan penulis berupa konfigurasi transistor

jenis NPN. Ini dimaksudkan agar mikrokontroler tidak mengalami kelebihan

beban apabila mencatu sebuah beban yang besar dalam kasus ini adalah lampu

220 volt dengan arus hingga 2 ampere. Sehingga dibutuhkan sebuah rangkaian

driver seperti tampak pada gambar 3.7

55

Gambar 3.7 Rangkaian Driver Relay

Untuk dapat mengaktifkan relay ini mikrokontroler harus mengirimkan

data sinyal ‘1’. Dioda berfungsi untuk menahan tegangan balik dari relay pada

saat perubahan dari kondisi aktif ke kondisi tidak aktif. Saat transistor BC548

berada dalam keadaan saturasi, tegangan pada kolektor-emitor mendekati nol.

Dari data sheet β sebesar 165 (typical). Tahanan relay setelah diukur sebesar 100

Ω. Maka dapat dihitung sebagai berikut :

56

Port2.0

Dari perhitungan tersebut didapatkan IB>IBSAT, maka transistor benar menjadi

saturasi. Sehingga dalam rangkaian driver line ini digunakan Rb sebesar 10K.

3. Minimum Sistem ATmega328

57

Rangkaian minimum system Atmega328 akan menerima data dari 1 buah

sensor transponder RFID, yang kemudian akan diolah dan diintruksikan ke driver

relay untuk menggerakkan anak kontak relay agar dapat menyambung dan

memutuskan tegangan pada selenoid. Selain masukan dari sensor transponder

RFID ini, rangkaian minimum sistem ini juga menerima masukan sinyal dari push

button yang difungsikan sebagai switch untuk membuka pintu dari dalam, yang

kemudian mengolahnya dan diinstruksikan langsung ke selenoid, agar solenoid

bekerja.

Gambar 3.8 Minimum Sistem Atmega328

Pada rangkaian minimum system ini hanya dibutuhkan rangkaian untuk

mengaktifkan internal clock dan rangkaian power on reset. Diperlukan tambahan

komponen sebuah crystal dan dua buah kapasitor, nilai kapasitor yang dipakai

adalah 22 pF, sedangkan untuk crystal yang digunakan bernilai 16 MHz. untuk

rangkaian reset terdiri dari sebuah kapasitor dengan nilai 10 nF, resistor 10 KΩ,

58

dan sebuah push botton untuk reset secara manual. Berikut merupakan gambar

rangkaian minimum sistem Atmega328.

Konfigurasi input dan output pada rangkaian minimum sistem adalah

sebagai berikut : untuk input dari rangkaian ini pin yang dipakai adalah sebagai

berikut : untuk sensor phototransistor menggunakan pin digital 11. Selanjutnya

untuk menyalakan dua buah driver relay menggunakan pin digital 6 dan 7 untuk

menyalakan indicator LED adalah pin 13.

4. Power Supply

Untuk supply tegangan yang dipakai pada system ini menggunakan

tegangan sebesar 12 volt DC. Tegangan ini diperoleh dari battery kering dengan

tegangan 12 volt, dengan arus 1.2 Ampere.Karena pada masing-masing rangkaian

membutuhkan tegangan sebesar 5 volt maka untuk itu dibuatkan rangkaian

regulator agar mendapatkan tegangan sebesar 5 volt.

Gambar 3.9 Rangkaian Power Supply

Pada rangkaian ini digunakan IC regulator 7805 untuk mendapatkan tegangan

sebesar 5 volt. Pada Gambar 3.7 merupakan skema rangkaian supply untuk ke

59

masing-masing bagian diantaranya tegangan 5 volt ke board minimum system

ATmega328.

G. Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak yang direncanakan yaitu proses pembuatan program utama

dan subrutinnya dari keseluruhan perangkat lunak yang akan dibuat. Langkah

yang akan dilakukan yaitu perencanaan flowchart (diagram alir) kemudian

penulisan bahasa C dan mensimulasikannya dengan software dan jika tidak terjadi

kesalahan, maka dilakukan uploading ke mikrokontroler secara incircuit

programming. Namun terlebih dahulu perlu ditentukan memori-memori dan port

mikrokontroler yang akan digunakan pada listing program, yang dapat dilihat

pada tabel 3.1.

Tabel 3.3 Penggunaan Port

PORT PENGGUNAAN

Digital pin 11Menerima masukan dari remote TV

Digital pin 6 dan 7Mengaktifkan Driver Relay

Digital pin 13Menyalakan indikator Led sinyal

60

1. Flowchart Program

Gambar 3.10 Flowchart Keseluruhan

a. Keterangan Flow Chart

61

Pertama ketika program start maka akan menginisialisasi port

digital yang akan digunakan oleh mikrokontroler Atmega328

untuk menjalankan program secara keseluruhan.

Selanjutnya program akan mengecek keberadaan sinyal

inframerah melalui sensor phototransistor. Apabila sinyal

inframerah selanjutnya akan menginisialisasi apakah sinyal

tersebut dapat dikodekan atau tidak melalui mikrokontroler.

Perlakuan pertama rutin program apabila tombol pada remote TV

ditekan dan bernilai 10 hexa (tombol 1 pada remote ditekan) maka

akan mengaktifkan pin digital 6 dan driver relay 1 akan menyala

terus menerus sampai tombol 1 pada remote TV ditekan lagi maka

driver relay akan mati dan lampu padam.

Kemudian apabila terdapat sinyal inframerah yang bernilai 810

hexa (tombol 2 pada remote ditekan) maka pin digital 7 akan

menyala dan akan mengaktifkan driver relay 2 dan lampu 2 akan

hidup terus menerus sampai tombol 2 pada remote TV ditekan

lagi maka driver relay akan mati dan lampu akan padam.

Hal ini akan terus berulang-ulang karena program looping

(perulangan sesuai dengan inisialisasi sniyal yang diterima oleh

mikrokontroler)

2. Perencanaan Program bahasa C

62

Penulisan program C menggunakan software Arduino-21. Software tersebut

berfungsi untuk membuat listing program yang akan dimasukkan ke dalam

mikrokontroler nantinya. Tampilan software Arduino-21 dan cara bagaimana

memasukkan program ke dalam mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 3.11.

Gambar 3.11 tampilan awal program

Untuk membuat bahasa C, pertama kita membuat file baru dengan cara

mengklik new. Kemudian kita ketikkan bahasa C pada kolom yang sudah

tersedia. Namun kita juga dapat membuka file program yang sudah dibuat

sebelumnya dengan klik file kemudian klik sketchbook dan selanjutnya pilih file

program tersebut seperti terlihat Pada gambar 3.12.

63

Gambar 3.12 Membuka File Program

Selanjutnya adalah meng-compile program C dengan cara klik toolbar

sebelah kiri jendela program dan apabila tidak terdapat error maka program sudah

siap untuk di upload ke rangkaian mikrokontroler. Seperti terlihat dalam gambar

3.11. Status error dapat terjadi apabila dalam penulisan program tidak sesuai

dengan tata cara penulisan program dalam bahasa C yang sudah ada, ini dapat

diperbaiki dengan cara meng-klik file program yang error kemudian mengecek

dimana letak kesalahannya. Kemudian di-compile sekali lagi, jika tidak terdapat

error maka program sudah siap dimasukkan ke mikrkontroler.

64

Gambar 3.13 Proses Compile

Apabila tidak terdapat error pada proses compiler maka akan terlihat tulisan done

compiling pada program bagian bawah, itu menandakan bahwa program yang

sudah dibuat sebelumnya tidak mengalami kesalahan penulisan program.

Selanjutnya adalah meng-upload program yang sudah dibuat ke dalam

mikrokontroler namun, sebelum meng-upload program terlebih dahulu mengatur

board yang digunakan dan serial port seperti terlihat pada gambar 3.14 .

65

Gambar 3.14 Mengatur board yang Digunakan

Untuk memilih mikrokontroler yang akan digunakan maka cukup meng-klik tool

kemudian pilih board selanjutnya pilih Arduino NG older w/Atmega328. Hal ini

dilakukan karena mikrokontroler yang digunakan adalah Atmega328. Selanjutnya

adalah mengatur port serial yang digunakan agar proses pemprograman dapat

berjalan. Gambar 3.15 memperlihatkan proses pengaturan port serial.

66

Gambar 3.15 Pemilihan port serial

Yang terakhir adalah proses uploading program ke dalam mikrokontroler dengan

meng-klik tombol upload pada toolbar sebelah kanan seperti terlihat pada gambar

3.16 apabila proses uploading berhasil maka ditandai dengan tulisan done

uploading. Maka mikrokontroler sudah selesai diporgram.

Gambar 3.16 Program Selesai di-uploading

67