IEEE Paper Template in A4 (V1) - Jurnal Unsyiah

KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.3 2017: 70-76
Rancang Bangun Prototipe Perahu Pembersih
Tambak dengan Kendali Jarak Jauh Menggunakan
Smartphone
Ibnu Gibran Syafiansyah#1, Zulhelmi*2, Mohd. Syaryadhi#3
#
Jurusan Teknik Elektro dan Komputer, Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Jl. Tgk. Syech Abdul Rauf No. 7, Darussalam, Banda Aceh 23111 Indonesia
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Abstrak— Kebersihan tambak merupakan faktor penting
dalam meningkatkan produktifitas usaha budidaya perikanan.
Sampah
organik dan
non-organik pada dasarnya
mempengaruhi tingkat kesehatan ikan, udang, dan makhluk
air lainnya. Kebersihan air merupakan faktor penting dalam
peningkatan produktifitas usaha budidaya perikanan seperti
tambak. Salah satu cara menjaga kebersihan tambak adalah
melakukan pembersihan secara rutin. Pada umumnya,
sampah-sampah tersebut akan diambil dan disingkirkan.
Keterlibatan manusia secara langsung sangat dibutuhkan
karena harus menelusuri perairan dengan menggunakan
perahu. Hal tersebut dapat memakan waktu dan tenaga lebih.
Untuk itu, dibutuhkan sebuah alat yang dapat dikendalikan
dan dirancang untuk membersihkan sampah tambak yang
mengapung. Tujuan penelitian ini adalah merancang dan
membangun sebuah prototipe yang dapat dikendalikan
menggunakan smartphone melalui jaringan bluetooth untuk
membersihkan sampah. Prototipe ini mempunyai berat 12.58
kg dengan volume penampung sampah sebesar 0.12 m3 panjang
alas 65 cm, lebar alas 74 cm dan tinggi 50 cm dan
menggunakan pipa sebagai pelampung dari penampung
sampah di sisi kiri dan kanan. Prototipe ini menggunakan
sebuah arduino uno r3 sebagai mikrokontroler yang terhubung
melalui bluetooth ke smartphone. Sebagai penggerak perahu,
digunakan dua buah motor DC pada sisi kanan dan sisi kiri
perahu. Bluetooth akan menerima data perintah berupa char F,
L, R, dan S. Kemudian data char yang diterima tersebut diolah
pada arduino sehingga menghasilkan output yang berfungsi
sebagai penggerak perahu.
Sampah diperairan lebih sulit dibersihkan, apalagi
penanganannya pada saat ini dengan menggunakan perahu
dan dilakukan secara manual. Proses tersebut membutuhkan
campur tangan manusia secara langsung untuk memungut
sampah, hal tersebut sangat tidak praktis dan tidak efisien.
Untuk itu diperlukan peralatan pembersih (perahu) yang
dapat dikendalikan dengan jarak tententu sehingga tidak
dibutuhkan campur tangan manusia manusia untuk terjun
langsung ke lapangan(perairan) dan melakukan pembersihan.
Sehingga perlu dirancang dan membangun prototipe
perahu pembersih sampah perairan tenang yang dapat
dikendalikan dengan aplikasi android melalui jaringan
bluetooth secara jarak jauh. Menguji dan menganalisa
performansi perahu pembersih dalam melakukan tugasnya,
dan menganalisa kemampuan jarak komunikasi antara
perahu dan smatphone. Alat ini dapat menjadi salah satu
metode untuk menyelesaikan masalah kebersihan lingkungan
perairan.
II. DASAR TEORI
A. Perahu
Perahu adalah kendaraan air dari berbagai ukuran yang
dirancang untuk mengapung atau mengambang, digunakan
untuk melakukan perjalanan di atas air. Perahu kecil
biasanya ditemukan di danau atau di wilayah pesisir dan
banyak juga ditemukan di sungai.
Perahu memiliki beberapa jenis bentuk lambung, salah
satunya perahu multi lambung atau dengan kata lain disebut
dengan katamaran (lambung ganda). Lambung perahu adalah
badan dari perahu atau kapal. Lambung perahu menyediakan
daya apung yang mencegah kapal dari tenggelam [2].
Kata Kunci— remote, module bluetooth, arduino, smartphone,
motor listrik.
I. PENDAHULUAN
Sampah merupakan salah satu permasalahan yang
dihadapi setiap negara. Kota-kota besar bahkan ibukota
negara dari seluruh pelosok Negara mengalami persoalan
yang sama, yaitu penanganan sampah. Sistem pengumpulan
yang tidak tuntas,karena kurangnya alat teknologi angkut
sampah ataupun pembersih sampah, kurangnya fasilitasfasilitas pendukung dan terbatasnya kapasitas pengelolahan
akhir [1].
Vol.2 No.3 2017
B. Motor DC Magnet Permanen
Motor dc (direct current) adalah salah satu mesin elektrik
yang mengubah tegangan searah (dc) menjadi tenaga
mekanik. Salah satu jenis motor dc yang paling umum
digunakan adalah jenis sikat (brushed). Motor dc jenis sikat
menghasilkan torsi langsung dari tegangan dc melalui
komutator internal, magnet statis, dan magnet berputar.
Kekurangan dari jenis sikat adalah dari segi perawatan
70
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.3 2017: 70-76
menggantikan sikat karbon [3]. Rumus umum menghitung
daya untuk motor dc yaitu :
E. Arduino Uno
Berdasarkan perkembangan alat terdapat suatu sistem
mikrokontroler yang terbaru yaitu Arduino UNO yang bisa
dimanfaatkan sebagai pengontrol. Arduino UNO merupakan
board mikrokontroler yang bersifat open source yang
mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat
digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah
osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power
jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino
UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang
mikrokontroler, mudah mengkoneksikannya ke sebuah
komputer dengan kabel USB atau mensuplainya dengan
sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai.
Kelebihan Arduino salah satunya adalah sangat mudah
digunakan karena tidak perlu perangkat chip programmer.
Dalam pengoperasiannya, Arduino menggunakan slot USB,
sehingga proses upload program sangat mudah karena sudah
ada bootloader. Selain itu, paket Arduino juga menawarkan
shield siap pakai, yaitu shield GPS, Ethernet, SD Card, dll
[7].
(1)
Dimana P merupakan daya yang dihasilkan, V merupakan
tegangan (volt), I adalah kuat arus (ampere).
Torsi yaitu tenaga yang diperlukan untuk memindahkan
benda dari posisi diam hingga berpindah pada jarak tertentu.
Hubungan antara kecepatan dan torsi berbanding terbalik,
artinya semakin cepat mesin bergerak maka semakin sedikit
torsi yang dibutuhkan. Untuk menghitung torsi maksimum
dari motor dc didapat dari persamaan berikut [4]:
(2)
Dimana T merupakan torsi (Nm), P merupakan daya (W)
dan n merupakan kecepatan sudut motor (angular speed).
C. Baterai (AKI)
Baterai (aki) atau biasa disebut accu adalah sebuah sel
listrik dimana di dalamnya berlangsung proses elektrokimia
yang dapat berbalikan dengan efisiensinya yang tinggi.
proses elektrokimia reversibel adalah di dalam baterai dapat
berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik
(proses pengosongan), sebaliknya dari tenaga listrik menjadi
tenaga kimia. pengisian kembali dengan cara regenerasi dari
elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan
arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan [5].
Lama ketahanan baterai ditentukan oleh besarnya
kapasitas kuat arus baterai dan berapa daya beban. Rumus
dasarnya meliputi :
F. IDE (Integrated Development Environment)
Untuk membangun sebuah program, maka dibutuhkan
suatu software yang disebut IDE. Pada Arduino, software
IDE yang ditawarkan bernama Arduino Software. Arduino
Software bekerja dengan cara meng-upload file yang akan
dieksekusi pada mikrokontroler ATMega 328. File ini
memiliki format hex dengan header mirip bahasa C.
G. Xamarin Platform
Platform Xamarin memungkinkan pengembang yang
menggunakan bahasa C# untuk membuat aplikasi mobile
untuk Android dan iOS. Xamarin menawarkan IDE
(Integrated Development Environtment) yaitu Xamarin
Studio dan tersedia dalam bentuk add-ins Visual Studio.
Dengan add-ins tersebut maka pengembang C# dapat
menggunakan Visual Studio untuk mengembangkan,
menghasilkan, dan mendebug aplikasi Android dan iOS.
Dengan Xamarin, kode program yang sebelumnya ditulis
dengan C# dapat digunakan kembali untuk mengembangkan
aplikasi mobile [8].
(3)
Dimana i adalah kuat arus (a), p merupakan daya (watt)
dari beban, v merupakan tegangan (volt) dan dieffisiensi
baterai sebesar 20% [5].
D. Komunikasi Bluetooth
Bluetooth merupakan alat media komunikasi yang dapat
digunakan untuk menghubungkan sebuah perangkat
komunikasi dengan perangkat komunikasi lainnya.
Bluetooth beroperasi pada pita frekuensi 2.4 MHz dengan
menggunakan frequency hopping transceiver yang mampu
menyediakan layanan komunikasi data secara realtime
dengan jarak yang pendek. Bluetooth menggunakan standar
frekuensi radio IEEE 802.11 dengan layanan jarak dan
kecepatan yang lebih kecil dari Wireless Local Arean
Network (WLAN). Bluetooth menggunakan modulasi GFSK
(Gaussian Frequency Shift Keying) untuk berkomunikasi
data. Gambar 2.4 memperlihatkan module bluetooth seri
HC06 yang merupakan perangkat transceiver bluetooth [6].
Vol.2 No.3 2017
H. Relay
Relay adalah saklar elektronik yang dapat dioperasikan
sebagai pembuka dan penutup rangkaian yang bisa
dihubungkan ke arduino. Relay terdiri atas umparan, pegas,
saklar dan 2 buah kontak elektronik (normally close dan
normally open).
 Normally Close (NC): yaitu kondisi dimana saklar
dalam kondisi terbuka.
 Normally Open (NO): yaitu kondisi dimana saklar
dalam kondisi tertutup.
Prinsip kerja relay pada dasarnya bekerja karena adanya
medan magnet yang digunakan untuk menggerakkan saklar.
Kumparan akan diberikan tegangan kerja relay yang akan
menimbulkan medan magnet pada kumparan yang
71
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.3 2017: 70-76
disebabkan oleh arus yang mengalir pada lilitan kawat.
Relay yang digunakan pada penelitian ini adalah relay 2
channel.
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Metode penelitian
Tahapan – tahapan penelitian yang telah dilakukan adalah
sebagai berikut :
Gambar 1 Diagram alir penelitian
B. Perancangan Platform Penggerak
Bagian ini menjelaskan tahap-tahap perancangan yang
dilakukan dalam penelitian.
1)
Perancangan Perahu Pengangkut Sampah:
Perancangan perahu pengangkut sampah ini dilakukan
dimana rangkaian driver motor dc, baterai dan motor dc
seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2 Ilustrasi perancangan perahu
Vol.2 No.3 2017
72
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.3 2017: 70-76
2)
Perancangan Kerangka Penampung Sampah Pada
Perahu: Perancangan kerangka penampung sampah pada
perahu berfungsi sebagai penahan sampah yang berhasil
diangkut menggunakan perahu. Bahan yang digunakan
sebagai kerangka penampung sampah adalah besi beton
diameter 6 mm. Gambar 9 memperlihatkan perancangan
kerangka penampung sampah.
Perancangan aplikasi android menggunakan software Visual
Studio yang telah diintegrasikan dengan platform Xamarin.
Gambar 4 Ilustrasi aplikasi pengontrol perahu
D. Komunikasi Bluetooth Smartphone Dengan Perahu
Pengendalian motor pada perahu menggunakan
komunikasi
bluetooth
antara
smartphone
dengan
mikrokontroler melalui module bluetooth HC06. Interaksi
user berupa maju, berhenti, belok kanan, belok kiri
diterjemahkan menjadi kode data dengan format yang
diperlihatkan pada Tabel 3.5. Angka 1 pada kolom kolom
interaksi user menyatakan tombol pada aplikasi ditekan, dan
angka 0 menyatakan tombol pada aplikasi tidak ditekan oleh
user.
Gambar 3 Hasil perancangan awal kerangka perahu
TABEL I
FORMAT DATA UNTUK PENGENDALIAN PERAHU DENGAN
APLIKASI SMARTPHONE
Rancangan perahu tersebut memiliki dua buah lambung.
Penyaring sampah diletakkan antara lambung kanan dan
lambung kiri. Sampah yang terjaring akan terperangkap
diantara dua lambung. Lambung kiri perahu terdiri dari
mikrokontroler sebagai prosesor dan modul bluetooth
sebagai perangkat komunikasi antar aplikasi android dan
perahu, baterai sebagai sumber tegangan utama, dan motor
dc sebagai penggerak baling-baling. Lambung kanan perahu
terdiri dari rangkaian driver motor dc, baterai dan motor dc.
No
1
2
3
4
3)
Rangkaian Driver Motor DC: Rangkaian driver
motor dc digunakan sebagai pengendali motor dc penggerak
baling-baling sehingga perahu dapat maju, belok kanan dan
belok kiri. . Rangkaian driver motor dc digunakan untuk
menjembatani masukan tegangan dari mikrokontroler (low
side) dengan keluaran tegangan 12 Volt yang menggerakkan
motor dc (high side)
Input dari ardunio terdiri dari 2 input berupa logika digital
yang mewakili status nyala atau padamnya motor dc pada
perahu. Driver motor dc menerima input logika digital dari
mikrokontroler dan mengendalikan motor dc pada perahu.
Input 1 merupakan logika untuk mengendalikan motor kanan
dan input 2 merupakan logika untuk mengendalikan motor
dc kiri.
Maju
1
0
1
0
Interaksi User
Belok
Berhenti
Kanan
0
0
1
0
0
1
0
0
Belok
Kiri
0
0
0
1
ASCII
F
S
R
L
E. Metode Pembersihan Tambah Dengan Perahu
Bagian ini menjelaskan metode pembersihan sampah
terapung pada tambak menggunakan perahu yang dikontrol
menggunakan aplikasi samrtphone.
C. Perancangan Aplikasi Pengendali Perahu
Aplikasi yang dirancang memiliki 3 tombol pengendali
yaitu tombol “Kiri”, tombol “Kanan”, dan tombol “Maju”.
Vol.2 No.3 2017
Gambar 5 perahu dikendalikan user menuju lokasi sampah
73
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.3 2017: 70-76
Gambar 9 Perahu membawa sampah ke sudut tambak
Gambar 6 Perahu memulai menampung sampah
Gambar 10 Sampah diangkut oleh user dan perahu diarahkan kembali
menuju lokasi sampah berikutnya
F. Pengujian Sistem Keseluruhan
Pengujian sistem sistem keseluruhan meliputi pengujian
sistem kendali perahu melalui aplikasi android. Sistem yang
telah selesai dibangun dapat diuji secara menyeluruh dengan
melakukan percobaan di lapangan untuk mengetahui
performansi dari perahu dan jangkauan maksimum yang
dapat ditempuh oleh perahu sesuai dengan kemampuan dari
modul HC06 dan kemampuan bluetooth yang ada pada
smartphone. Pengujian sistem keseluruhan juga meliputi
efektifitas perahu pembersih sampah pada tambak.
Gambar 7 Perahu menampung sampah
Gambar 11 Blok Diagram
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Aplikasi Smartphone Pengendali Perahu
Aplikasi smartphone melakukan komunikasi dengan
perahu melalui jaringan bluetooth yang diterima oleh modul
HC06 yang terhubung dengan Arduino. Aplikasi smartphone
ini bertugas untuk menerjemahkan perintah dari user berupa
Gambar 8 Perahu menampung semua sampah yang diarahkan user menuju
sudut tambak
Vol.2 No.3 2017
74
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.3 2017: 70-76
maju, berhenti, belok kiri dan belok kanan. Perintah dari user
kemudian dikirim ke modul HC06 pada perahu dan
diterjemahkan menjadi perintah untuk menghidupkan motor
kiri atau kanan perahu.
meter. Tempat penampungan sampah mempunyai volume
sebesar 0.12 m3. Prototipe perahu pembersih sampah ini
hanya bisa mengangkut sampah yang mengapung di
permukaan air seperti sampah plastik, botol plastik, dan
dedaunan. Prototipe perahu ini tidak dapat membawa
sampah dalam ukuran besar dan berat.
1)
Pengujian Aplikasi Smartphone Dengan Modul
Bluetooth: Pengujian aplikasi smartphone dengan modul
bluetooth ini dilakukan untuk mengetahui apakah modul
bluetooth HC-06 ini dapat berkomunikasi dengan aplikasi
smartphone. Pengujian ini dilakukan dengan memberikan
power 5V pada modul bluetooth yang kemudian di pairing
oleh smartphone dengan memindai bluetooth.
Setelah android selesai melakukan pairing pada bagian
available device terdapat device yang terdeteksi oleh android
yaitu modul bluetooth HC-06 (itead) yang saya gunakan
pada prototipe perahu pembersih sampah. Kemudian muncul
kotak dialog bluetooth pairing request yang meminta PIN
(default 1234) untuk pairing ke android.
C. Pengujian Prototipe Perahu Pembersih Sampah Tambak
1)
Pengujian Prototipe Perahu Tanpa Beban:
Pengujian prototipe perahu pembersih sampah tambak ini
dilakukan di kawasan lamdingin. Pengujian ini dilakukan
tanpa memberikan beban terhadap prototipe. Dari hasil
pengujian di tambak, prototipe perahu dapat bergerak maju
sejauh 9.6 m dalam waktu 60 detik.
Berdasarkan data di atas dapat dihitung kecepatan
prototipe perahu pembersih sampah tambak menggunakan
persamaan berikut ini :
2)
Pengujian Jarak Bluetooth: Pengujian jarak
bluetooth ini dilakukan dengan cara mengirimkan data dari
bluetooth android ke modul bluetooth HC-06 dengan
mengatur jarak posisi antara prototipe perahu dengan
android. Pengujian ini dilakukan di area terbuka tanpa ada
penghalang. Hasil pengujian yang didapat yaitu prototipe
perahu berhasil mengikuti perintah yang diberikan dari
aplikasi android berupa perintah maju, berhenti, balik kanan
dan balik kiri dalam jarak yang tidak lebih dari 10 meter.
2)
Pengujian Prototipe Perahu Dengan Beban: Pada
tahap ini dilakukan pengujian prototipe perahu yang
diberikan beban. Pengujian ini dilakukan sebanyak 4 kali
percobaan dengan berat beban yang berbeda-beda. Pengujian
prototipe perahu tersebut dijalankan selama 60 detik setiap
beban sesuai dengan program yang di unduh pada arduino.
B. Platform Penggerak Perahu
Platform penggerak terdiri dari arduino, relay, baterai,
motor dc dan propeller yang diletakkan di atas dua lambung.
Tampak dari depan, lambung kiri terdiri dari baterai sebagai
sumber daya untuk menghidupkan arduino, relay dan motor
dc sehingga propeller dapat bergerak untuk mendorong
perahu. Sedangkan lambung kanan terdiri dari baterai
sebagai sumber daya untuk menghidupkan motor dc di
lambung kanan, sehingga propeller dapat bergerak untuk
mendorong perahu.
TABEL II
PENGUJIAN PROTOTIPE PERAHU DENGAN BEBAN
Beban
(kg)
Waktu
(s)
Jarak (m)
Kecepatan Perahu
(m/s)
1
0.5
60
9.2
0.153
2
1.5
60
8.8
0.146
3
3
60
8.1
0.135
4
5
60
7.5
0.125
V. KESIMPULAN
Sistem prototipe ini dirancang dengan menggunakan
Arduino Uno R3 sebagai pemroses data dari modul
bluetooth ke relay, relay dapat berfungsi sebagai saklar
untuk menghidupkan dan mematikan motor. Motor dapat
berfungsi untuk menggerakkan propeller dan baterai dapat
digunakan untuk menyuplai daya ke komponen-komponen
pada sistem.
Gambar 12 Tampilan fisik prototipe perahu
Prototipe perahu pembersih sampah ini mempunyai
panjang alas 0,65 meter, lebar alas 0,74 meter dan tinggi 0.5
Vol.2 No.3 2017
No
75
@2017 kitektro
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.2 No.3 2017: 70-76
kecepatan perahu semakin berkurang sehingga jarak
tempuhnya juga ikut berkurang.
Prototipe perahu pembersih sampah ini dapat mengangkut
sampah 5 kg dengan volume tempat penampung sampah
sebesar 0.12 m3 panjang alas 65 cm, lebar alas 74 cm dan
tinggi 50 cm. Prototipe ini menggunakan pipa sebagai
pelampung dari penampung sampah di sisi kiri dan kanan.
Prototipe perahu pembersih sampah ini dapat
dikenadilkan dengan smartphone melalui jaringan bluetooth
dan dapat terhubung hingga radius 10 m. Dari hasil
pengujian dapat disimpulkan semakin berat beban maka
UCAPAN TERIMA KASIH
Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih kepada
Bapak Zulhelmi, S.T., M.Sc selaku pembimbing I, dan
Bapak Mohd. Syaryadhi, S.T., M.Sc selaku pembimbing II
yang telah membimbing penulis dalam penulisan karya
ilmiah ini.
REFERENSI
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
F.
Fitriyani,
”Kapal
Pengangkut
Sampah”,
Jakarta,
http://wartakota.tribunnews.com/2014/03/12 , 2014
Sumaryanto, “Konsep Dasar Kapal”, Jakarta, Kementerian
Pendidikan & Kebudayaan, 2013
D. Frank, “Electric Motor and Control System”, New York,
McGraw-Hill, 2010
Dahmir Dahlan, “Elemen Mesin”, Jakarta, Harta Prima, 2012
Vol.2 No.3 2017
[6]
[7]
[8]
76
Nia Nuraini, “Fungsi dan Konstruksi Baterai Aki”, Fakultas
Keguruan dan Ilmu PendidikanUniversitas 10 November 2016
T. Kevin, “Getting Started with Bluetooth Low Energy, USA,
O’Reilly, 2014
Farnell,ArduinoUno,
(http://www.farnell.com/grh/?mpn=A000066%20ARDUINO&cmp=
os_pdf-datasheet, diakses tanggal 10 November 2016)
R. Mark, Xamarin Mobile Application Development For Android”,
Birmingham, 2014
@2017 kitektro