MAKALAH
MIKROPROSESOR
OTOMATISASI KERAN DISPENSER BERBASIS MIKROKONTROLER
AT89S52 MENGGUNAKAN SENSOR FOTODIODA DAN SENSOR ULTRASONIK PING
DISUSUN
OLEH :
NAMA : HADPHAN RIANTO
KELAS : TI 2011 B
NIM : 11.11.2430
SEKOLAH
TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER AMIKOM PURWOKERTO
2013
BAB I
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang Masalah
Air
merupakan kebutuhan utama manusia karena sekitar 70% tubuh manusia terdiri air.Secara
tradisional, masyarakat memenuhi kebutuhan air minumnya dengan cara merebus air
hingga mendidih, kemudian menempatkannya di dalam teko atau semacamnya. Bagi
masyarakat perkotaan yang sibuk banyak diantaranya beralih ke penggunaan galon
dan dispenser sebagai tempat penyimpan dan pengambilan air minum. Selain lebih
praktis, penyimpanan air di dalam galon dan dispenser dianggap lebih higienis
dan dapat menyediakan air dalam kondisi panas, biasa (netral) dan dingin.
Meskipun dianggap lebih mudah dan praktis penggunaan dispenser masih menyisakan
beberapa keterbatasan, antara lain, pengguna masih harus mengeluarkan energi
untuk menekan keran. Selain itu, pengguna juga masih harus memusatkan
perhatiannya agar air yang dikucurkan ke dalam cangkir tidak melimpah.
Dispenser
otamatis dapat dibuat dengan menggunakan sensor fotodioda dan timer yang
dikontrol dengan mikrokontroler ATMega 8535 (Muchlis, 2010).Dalam
penelitiannya, Muchlis memanfaatkan fotodioda untuk mendeteksi keberadaan (ada
atau tidak adanya) cangkir di bawah keran, dan timer untuk menentukan
lamanya air yang dikucurkan ke dalam cangkir. Tegangan keluaran fotodioda
digunakan untuk menggerakkan motor dc yang akan membuka keran, sementara sinyal
dari timer digunakan untuk menutup keran dengan memutar motor dc dalam
arah sebaliknya. Ariyansa (2011) juga telah merancang sistem otomatisasi
dispenser dengan basis mikrokontroler AT89S52 dan sensor ultrasonik SRF04
sebagai pendeteksi ketinggian air di dalam cangkir. Dalam penelitian tersebut,
Ariyansa juga menggunakan rangkaian sensor LED dan fotodioda sebagai detector keberadaan
cangkir di bawah keran, dan motor dc yang akan menutup katup keran dengan
berputar selama 2 detik.Dalam penelitian ini digunakan metode yang berbeda,
yaitu penghentian kucuran air dilakukan berdasarkan jarak antara permukaan air
dan sensor ultrasonik.Dengan demikian, pengguna (users) cukup menyorongkan
cangkir ke bawah keran, lalu air minum akan mengucur dan kemudian berhenti dengan
sendirinya saat permukaan air mencapai jarak tertentu dari sensor ultrasonik.
Dengan
metode ini
pengguna tidak perlu lagi khawatir air di dalam cangkir akan melimpah meskipun digunakan
cangkir yang berbeda ukurannya.
Sensor
ultrasonik yang digunakan dalam penelitian ini adalah sensor ultrasonik PING,
dimana sensor ini memiliki keunggulan dibandingkan dengan jenis SRF04,
diantaranya: rentang pembacaan jaraknya lebih panjang, harganya lebih murah,
dan memiliki lampu indikator yang menandakan sensor sedang aktif. Dalam
penelitian ini juga digunakan keran elektrik sebagai pengganti keran mekanik
sehingga dapat mereduksi penggunaan motor dc. Penggunaan keran elektrik jauh
lebih praktis karena untuk menghidupkan atau mematikan keran cukup dengan
menggunakan relay yang dihubungkan dengan keluaran sensor.
.
2.
Rumusan Masalah
a
Apa
fungsi dari dispenser otomatis?
b
Alat
apa saja yang digunakan untuk keran dispenser otomatis?
c
Bagaimana
prinsip kerja alat tersebut?
d
Bagaimana
karakteristik dari setiap sensor yang digunakan?
3.
Tujuan
Penelitian
a Mengetahui
fungsi dari dispenser otomatis
b Mengetahui
mikrokontroler dan sensor yang digunakan untuk pembuatan dispenser otomatis.
c Mengetahui
prinsip kerja alat tersebut
d Mengetahui
karakteristik
dari setiap sensor yang digunakan..
4. Manfaat
Penelitian
Dengan adanya penelitian inidiharapkan memiliki manfaat antara
lain:
a memudahkan masyarakat, terutama para penyandang tunanetra, pasien
rumah sakit, dan anak-anak dalam mengakses air minum dari galon dispenser.
b Selain itu juga diharapkan dapat meningkatkan kualitas pelayanan
di rumah sakit dan rumah makan melalui citra otomatisasi pelayanan.
5.
Metode Penelitian
Waktu dan Tempat Penelitian ini dilakukan di
Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi Jurusan Fisika Universitas Andalas
dari bulan Maret 2012 hingga Juni 2012.
BAB II
PEMBAHASAN
1.
Prinsip
Kerja Alat
Keran dispenser
otomatis dirancang dengan menggunakan sebuah keran elektrik yang ditempatkan di
bagian bawah galon. Untuk membuka keran secara otomatis digunakan sensor
fotodioda dan LED inframerah yang masing-masing ditempatkan di kiri dan kanan
posisi cangkir. Jarak antara LED inframerah dan fotodioda dipasang kira-kira 16
cm, dengan perkiraan jarak tersebut cukup ideal untuk meletakkan cangkir dalam
berbagai ukuran.Pendeteksian jarak antara permukaan air dan sensor ultarsonik
diatur sejauh 5 cm melalui program yang ditanamkan pada mikrokontroler. Ketika
jarak antara permukaan air dan sensor mencapai nilai tersebut, mikrokontroler
akan mengirimkan sinyal ke relay untuk mematikan/menutup keran. Diagram
alir cara kerja alat ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Alur
kerja sistem keran dispenser otomatis
Desain rancangan sistem keran
dispenser otomatis ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar
2 Desain rancangan sistem keran dispenser otomatis
2.
Perancangan Alat
Rancang
bangun sistem keran dispenser otomatis pada penelitian ini terdiri dari dua
bagian utama yaitu perancangan perangkat keras (hardware), dan perangkat
lunak (software). Perancangan perangkat keras terdiri dari catu daya
+5V, rangkaian sensor fotodioda, rangkaian sensor ultrasonik, sistem minimum
mikrokontroler, rangkaian LCD, dan rangkaian relay.Perangkat lunak
(program) ditulis dalam bahasa C, disimpan dalam file .asm dan di-compile
dengan ekstensi .hex. Setelah itu program ditanamkan ke mikrokontroler
menggunakan downloder.
Rangkaian
perangkat keras secara keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3 Rangkaian perangkat keras secara
keseluruhan
3.
Perancangan catu
daya
Perancangan
catu daya Nilai tegangan catu yang diperlukan pada rancangan alat ini adalah
sebesar +5V dc.Untuk itu pada rangkaian catu daya digunakan IC regulator LM7805
yang secara teoritis menghasilkan tegangan keluaran konstan sebesar 5 V.
Setelah catu daya selesai dirangkai kemudian diuji besar tegangan keluaran catu
daya tersebut.Dari hasil pengukuran didapat tegangan keluaran catu daya sebesar
+4,9 V. Besar tegangan ini sudah bisa digunakan karena mendekati +5 V.
4.
Karakterisasi
sensor fotodioda
Pada tahap
karakterisasi sensor fotodioda yang dihitung adalah tegangan keluaran sensor
berdasarkan variasi jarak antara LED inframerah dan fotodioda. Tegangan
keluaran dihitung dimulai dari jarak 1 cm - 19 cm, dan divariasikan setiap 1
cm. Grafik hasil dari pengukuran tegangan keluaran sensor fotodioda ditunjukkan
pada Gambar 4.
Berdasarkan
pada Gambar 4 terlihat bahwa tegangan keluaran semakin besar jika jarak antara
LED inframerah dan fotodioda semakin jauh dimana hubungannya berbanding lurus. Ketika
jaraknya semakin jauh maka intensitas cahaya inframerah yang sampai ke
fotodioda semakin berkurang sehingga arus yang melalui fotodioda semakin
sedikit.Hal ini menyebabkan hambatan pada fotodioda semakin besar sehingga
tegangan keluaran semakin besar pula. Objek yang menjadi penghalang sinar
inframerah pada rancangan alat ini adalah cangkir.Namun, tidak semua jenis
cangkir dapat menghalangi sinar inframerah secara penuh, karena cangkir terbuat
dari bahan yang berbeda-beda. Untuk mengetahui apakah cangkir dapat menghalangi
sinar inframerah dari LED adalah dengan mengubungkan keluaran sensor ke relay.
Jika relay hidup berarti sinar terhalang dan begitu juga sebaliknya.
Hasil uji daya tembus sinar inframerah terhadap beberapa jenis cangkir
diperlihatkan pada Tabel 1.
Dari
Tabel 1 dapat dijelaskan bahwa daya tembus sinar inframerah terhadap
masingmasing
bahan pembuat
cangkir berbeda-beda. Cangkir dari bahan aluminium dan keramik memiliki
permukaan yang licin dan mengkilap, sehingga sinar yang datang akan dipantulkan
kembali. Dari hasil pengujian diketahui bahwa sinar infamerah tidak dapat
menembus cangkir dari bahan aluminium dan keramik. Hal ini terbukti ketika
kedua cangkir tersebut diletakkan antara LED inframerah dan fotodioda maka relay
menjadi hidup. Kaca memiliki kemampuan untuk menyerap dan mentransmisikan
sinar yang datang.Ketika dilakukan pengujian ternyata sinar inframerah dapat menembus
cangkir dari bahan kaca. Hal ini terbukti ketika cangkir diletakkan antara LED
inframerah dan fotodioda maka relay tidak hidup. Untuk cangkir yang terbuat
dari bahan plastik bening (transparan), sinar inframerah masih dapat menembus
bahan tersebut, sedangkan untuk cangkir plastik yang bewarna (tidak transparan)
maka sinar inframerah tidak dapat menembusnya (terhalang).
5.
Karakterisasi
Sensor Ultrasonik PING
Karakterisasi
sensor ultrasonik PING bertujuan untuk membandingkan jarak yang dibaca sensor
dengan jarak sebenarnya.Untuk mendapatkan hasil pengukuran berupa jarak deteksi
antara sensor dan objek, pertama kali yang dihitung adalah lebar pulsa yang
dipancarkan sensor PING pada jarak tertentu. Jarak yang diukur divariasikan
setiap 1 cm, dan dimulai dari jarak 2 cm – 25 cm, hal ini dikarenakan sesuai datasheet-nya,
sensor PING dapat mendeteksi dari jarak 2 cm – 300 cm. Karakterisasi dilakukan
terhadap permukaan bidang pantul air.Grafik hasil penghitungan lebar pulsa high
terhadap permukaan pantul air ditunjukkan pada Gambar 5.
Dari
grafik di atas diperoleh fungsi transfer jarak terhadap lebar pulsa, yaitu y
= 0,088x – 14.25, di mana y adalah jarak yang diukur dengan
menggunakan sensor PING dan x adalah lebar pulsa setiap 1 cm. Dari
grafik yang diperoleh dapat dilihat bahwa lebar pulsa sensor P
6.
Pengujian Alat
Ketika dijalankan, alat sudah
dapat bekerja dengan baik. Ketika cangkir diletakkan antara LED dan fotodioda
keran langsung hidup dan air segera mengisi cangkir. Ketika itu sensor PING langsung
mengukur ketinggian air dalam cangkir.Ketika jarak antara sensor dan permukaan
cangkir telah mencapai 5 cm, maka keran langsung mati.Namun, kadang terdapat masalah
pada pembacaan sensor ultrasonik dimana ketika air dalam cangkir terisi,
pembacaan sensor ultrasonik menjadi tidak stabil. Hal ini menyebabkan kerja relay
juga tidak stabil. Namun pada saat jarak permukaan air dan sensor sudah
mencapai 5 cm, relay hidup secara stabil. Hal ini disebabkan pada saat
cangkir terisi air bidang pantul gelombang ultrasonik yaitu air tidak dalam
kondisi stabil melainkan terus bergerak ke atas dan beriak, sehingga pembacaan
jarak oleh sensor PING menjadi kurang akurat.
BAB III
PENUTUP
1.
Kesimpulan
a
Sistem
otomatisasi keran dispenser berbasis mikrokontroler AT89S52 dengan sensor
fotodioda dan sensor ultrasonik pada penelitian ini telah diuji dan bekerja
dengan baik sesuai dengan yang diharapkan.
b
Cahaya
dari LED inframerah dapat menembus cangkir kaca dan cangkir plastik yang
bening.
c
Pada
sistem otomatisasi ini, fotodioda mendeteksi cahaya dari LED pada jarak 16 cm
dengan tegangan keluaran sebesar 4,4 V.
d
Hubungan
jarak dan lebar pulsa yang dihasilkan sensor ultrasonik pada penelitian ini
untuk bidang pantul air adalah y = 0,088x – 14,25, dengan y adalah jarak (dalam
cm) dan x adalah lebar pulsa (dalam μs).
e
Keluaran
mikrokontroler tidak stabil sebelum jarak antara sensor ultrasonik dan
permukaan air mencapai 5 cm (setting di dalam program). Hal ini
disebabkan oleh bidang pantul gelombang ultrasonik tersebut (yaitu air) tidak
dalam keadaan stabil (diam) melainkan terus bergerak ke atas dan beriak.
Daftar Pustaka
[1] Ariyansa, 2011, Dispenser Otomatis Berbasis
Mikrokontroler AT89S52, Laporan
Akhir, Jurusan Teknik Elektro,
Politeknik Negeri Surabaya.
[2] Fraden, J, 1996, Handbook of Modern Sensor, Physics Designs
andApplications, Thermoscan,
Inc, California.
[3] Halliday, D, Resnick, R, Walker, J, 1978, FISIKA, Jilid I, Edisi 3, Erlangga. Jakarta.
[4] Malvino, A, 1985, Prinsip-Prinsip Elektronika, Jilid 2, Edisi ketiga, Erlangga Jakarta.
[5] Muchlis, M., 2010, Water Dispenser Otomatis
Menggunakan Sensor dan Timer, Skripsi, Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi, Universitas
Gunadharma, Jakarta.
BACK LINK
