BAB III RANCANGAN SISTEM

BAB III
RANCANGAN SISTEM
3.1 Diagram Blok
Secara garis besar rangkaian untuk tempat sampah otomatis terdiri dari 5
blok utama, yaitu rangkaian power supply, rangkaian mikrokontroler atmega
328p, rangkaian motor servo, rangkaian driver motor dc, rangkaian sensor
infrared. Diagram blok rangkaian tampak seperti gambar berikut :
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian
22
23
Gambar di atas merupakan gambar diagram blok dari rangkaian untuk
tempat sampah otomatis. Sensor Infra Red 1 berfungsi sebagai perintah motor
servo, dimana motor servo tersebut berfungsi sebagai penggerak pintu tempat
sampah. Sensor Infra Red 2 berfungsi sebagai perintah motor servo, khususnya
untuk menjaga pintu agar tetap terbuka sampai tidak ada materi (manusia) yang
terdeteksi didepannya. Sensor Infra Red 3 berfungsi sebagai pendeteksi batas
ketinggian sampah. Ketika Sensor Infra Red 3 mendeteksi ketinggian sampah
yang diinginkan mikrokontroler atmega 328 akan memberikan perintah driver
motor shield untuk menggerakkan motor dc, dimana motor dc tersebut berfungsi
sebagai penggerak penekan sampah. Motor dc berputar dengan diberikan delay 25
detik, setelah itu motor dc akan berubah putarannya sampai kontak switch
menjadi NC (Normally Close). Kontak Switch berfungsi sebagai perintah untuk
menghentikan putaran motor dc agar penekan sampah dapat standby pada
posisinya (diatas).
3.2 Rangkaian Power Supply
Rangkaian ini berfungsi untuk mensuplai tegangan keseluruh rangkaian
yang ada. Rangkaian power supply yang dibuat memiliki keluaran 12 volt.
Keluaran 12 volt tersebut digunakan untuk mensuplai tegangan ke mikrokontroler
arduino dan motor dc. Rangkaian power supply ditunjukkan pada gambar 3.2
berikut ini :
Gambar 3.2 Rangkaian Power Supply
24
Trafo CT merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan
tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt DC. Kemudian 12 volt akan
disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt akan
diratakan oleh kapasitor 470μF dan kapasitor 100nF. Regulator tegangan 12 volt
(LM7812CT) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 12 volt walaupun
terjadi perubahan tegangan masukkannya. LED hanya digunakan sebagai
indikator apabila power supply dinyalakan.
3.3 Rangkaian Mikrokontroler ATMega 328
Rangkaian mikrokontroler
berfungsi untuk mengolah sinyal yang
dikirimkan oleh sensor 1 dan 2 kemudian memberikan supply tegangan kepada
motor servo untuk berputar sampai posisi 90o untuk membuka pintu tempat
sampah. Selain itu mengolah sinyal yang dikirimkan oleh sensor 3 untuk
mengukur ketinggian sampah kemudian driver motor shield memberikan tegangan
kepada motor dc jika jarak sampah dengan sensor sesuai dengan program yang
diinginkan. Gambar diagram pinout arduino ditunjukkan pada gambar 3.3 berikut
ini :
Gambar 3.3 Diagram pin out arduino uno
25
Sebuah rangkaian Arduino Uno ditunjukan pada gambar di atas. Arduino
Uno menggunakan mikrokontroler ATMega 328p dan memiliki 14 input output
dan 6 input analog (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input
analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jak power, ICSOP header, dan
tombol reset. Gambar rangkaian ATMega 328p ditunjukkan pada gambar 3.4
berikut ini :
Gambar 3.4 Rangkaian ATMega 328
Sumber tegangan untuk Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi
USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis.
Eksternal (non-USB) daya dapat berasal baik dari AC-ke adaptor-DC atau baterai.
Arduino dapat beroperasi dengan pasokan tegangan eksternal 6 sampai 20 volt.
Apabila diberikan tegangan kurang dari 7 volt, jika tegangan pada pin 5 volt
kemungkinan akan kurang dari 5 volt dan dapat menyebabkan board arduino tidak
stabil. Jika menggunakan lebih dari 12 volt, regulator tegangan bisa panas dan
merusak board arduino. Kisaran yang disarankan adalah 7 sampai 12 volt.
26
3.4 Rangkaian Motor Servo
Motor servo digunakan untuk menggerakkan pintu tempat sampah. Untuk
servo yang dipakai adalah HXT900 yang memiliki derajat putar 180o. Untuk
pergerakan motor servo tergantung dari nilai pulsa yang diberikan.
Bagian standar motor servo terdiri dari motor DC yang ditambahkan oleh
gear, potensiometer dann rangkaian driver. Pada motor servo gear berfungsi untuk
menentukan batas derajat minimal dan batas derajat maksimal perputaran motor
DC serta gear juga dapat menambah torsi yang dikeluarkan oleh motor DC.
Sedangkan mikro driver sebagai pusat pengolahan data yang diterima dari output
mikrokontroler atmega 328p sehingga dapat mengontrol perputaran motor DC.
Potensiometer terhubung dengan gear demikian pula DC motor. Ketika DC motor
diberi signal oleh rangkaian pengontrol maka akan bergerak demikian pula
potensiometer dan otomatis akan mengubah resistansinya. Rangkaian pengontrol
akan mengamati perubahan resistansi dan ketika resistnasi mencapai nilai yang
diinginkan maka motor akan berhenti pada posisi yang diinginkan. Gambar
bagian dalam motor servo ditunjukkan pada gambar 3.5 berikut ini :
Gambar 3.5 Bagian dalam motor servo
27
Perancangan pergerakan pintu tempat sampah tergantung pada derajat
putar motor servo. Agar pintu tempat sampah dapat terbuka dengan baik, motor
servo diatur dengan derajat putar 90o dengan cara memberikan pulsa yang sesuai
pada motor servo.
Untuk posisi putaran motor servo sebesar 90o ini dimulai dari 0o cw
sampai 90o cw. Kemudian untuk pergerakan menutup pintu tempat sampah posisi
putaran motor servo dimulai 90o ccw sampai 0o ccw.
Gambar 3.6 Derajat Putaran Motor Servo
Pada rangkaian ini output digital mikrokontroler arduino dihubungkan
kepada motor servo untuk mengendalikan arah putaran pada motor servo.
Kemudian untuk menghidupkan motor servo diberikan tegangan 5 volt dc.
Gambar rangkaian motor servo ditunjukkan pada gambar 3.7 berikut ini :
Gambar 3.7 Rangkaian Motor Servo
28
3.5 Rangkaian Driver Motor DC
Untuk mengendalikan perputaran motor dc dibutuhkan sebuah driver.
Driver ini berfungsi untuk memutar motor dc searah/berlawanan arah dengan arah
jarum jam. Mikrokontroler tidak dapat langsung mengendalikan putaran motor dc,
karena itu dibutuhkan driver sebagai perantara antara mikrokontroler dan motor
dc, sehingga perputaran dari motor dc dapat dikendalikan oleh mikrokontroler.
Pada tugas akhir ini rangkaian driver motor dc menggunakan modul motor
shield L298. Diagram rangkaian driver motor dc L298 dengan ATMega 329
ditunjukkan pada gambar 3.8 berikut ini :
Gambar 3.8 Diagram rangkaian driver motor dc
Pada rangkaian diatas, driver L298 mendapat input dari pin 4 dan pin 5
arduino. Pin – pin tersebut yang akan mengatur perubahan arah putaran motor dc
sesuai dengan perintah yang diberikan. Driver L298 mendapat tegangan kerja
sebesar 5 volt dc. Sedangkan untuk menggerakkan motor dc dibutuhkan power
input sebesar 12 volt dc.
29
3.6 Rangkaian Sensor Infra Merah (Infra Red)
Sensor infra merah berfungsi untuk mendeteksi materi yang ada
didepannya. Pada alat ini menggunakan 3 buah sensor infra merah. LED Infra Red
pada sensor yang pertama sebagai pemancar dan dioda peka cahaya sebagai
penerima, apabila dioda peka cahaya menerima cahaya dari LED Infra Red maka
dioda peka cahaya dalam keadaan bias maju dimana arus akan mengalir dari
anoda ke katoda sehingga dengan kata lain tegangan di kaki anoda akan sama
dengan tegangan di kaki katoda. Dan apabila dioda peka cahaya tidak terkena
cahaya dari Infra Red maka kondisi dioda peka cahaya akan bias mundur atau
dengan kata lain arus tidak mengalir dari anoda ke katoda dan tegangan di kaki
anoda tidak sama dengan tegangan di kaki katoda. Sensor yang pertama berfungsi
untuk memberikan perintah servo untuk bergerak membuka pintu bak sampah.
Kemudian sensor Infra Red yang kedua berfungsi untuk mendeteksi apakah masih
ada manusia didepan bak sampah, sehingga pintu bak sampah akan tetap terbuka
jika didepan bak sampah masih terdapat manusia. Kemudian sensor Infra Red
yang ketiga berfungsi untuk membaca batas ketinggian sampah, sehingga motor
dc dapat bergerak naik atau turun sesuai dengan nilai analog dari sensor Infra Red.
Gambar rangkaian sensor Infra Red ditunjukkan pada gambar 3.9 berikut ini :
Gambar 3.9 Rangkaian Sensor Infra Red
30
3.7 Diagram Flow Chart
Gambar 3.10 Diagram Flow Chart
31
Program diawali dengan start, yang berarti bahwa rangkaian diaktifkan.
Selanjutnya program akan mengecek kondisi Obstacle Sensor (Sensor 1), jika
tidak ada sinyal dari sensor ini, maka program akan mengecek kembali kondisi
Obstacle Sensor (Sensor 1). Jika ada sinyal dari sensor ini, maka program akan
memerintahkan servo untuk membuka pintu tempat sampah. Setelah itu program
akan mengecek kondisi Front Sensor (Sensor 2), jika ada sinyal dari sensor ini
maka pintu tempat sampah akan tetap terbuka sampai program mendeteksi sinyal
dari sensor 2, kemudian servo menggerakkan pintu untuk menutup. Setelah pintu
menutup program akan mengecek kondisi Distance Sensor (Sensor 3), jika
program menerima sinyal dari sensor ini yang mengukur ketinggian sampah
dengan jarak kurang dari 12 cm terhadap sensor 3, maka program akan
menjalankan motor dc untuk bergerak turun selama 25 detik. Jika tidak atau
sampah lebih dari 12 cm terhadap sensor 3, program akan kembali mengecek
kondisi sensor 1 (Obstacle Sensor). Kemudian motor dc bergerak naik sampai
kontak switch yang berada diposisi atas normally close (NC), motor akan
berhenti. Kemudian program akan kembali ke awal.
3.8 Rangkaian Keseluruhan
Setelah seluruh rangkaian dibuat, maka bagian berikutnya adalah membuat
rangkaian menjadi satu. Semua rangkaian akan digabung kepada pin input-output
modul arduino yang sudah disesuaikan terhadap program yang telah dibuat.
Berikut ini adalah tabel penomoran pin arduino yang digunakan dalam
perancangan ini :
32
Tabel 3.1 Penomoran Pin Arduino
Pin ATMega 328
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
Pin Arduino
0 (RX)
1 (TX)
2
3 (PWM)
4
5 (PWM)
6 (PWM)
7
8
9 (PWM)
10 (PWM)
11 (PWM)
12
13
Analog In 0
Analog In 1
Analog In 2
Analog In 3
Analog In 4
Analog In 5
Keterangan
Kontak Switch
Input L298
Input L298
Input Infra Red 2
Output Servo
Input Infra Red 1
Input Infra Red 3
Setelah penomoran pin arduino sudah ditentukan, maka selanjutnya ialah
membuat rangkaian keseluruhannya. Gambar rangkaian keseluruhan ditunjukkan
pada gambar 3.11 berikut ini :
33
Gambar 3.11 Rangkaian Keseluruhan