bab iii analisa masalah dan perancangan

BAB III
ANALISA MASALAH DAN PERANCANGAN
III.1. Analisa
Sub bab ini berisikan tentang analisa sistem yang akan dibangun. Sub bab
ini membahas teknik pemecahan masalah yang menguraikan sebuah sistem
menjadi bagian-bagian komponen dengan tujuan mempelajari seberapa baik
bagian-bagian komponen tersebut bekerja dan berinteraksi.
III.1.1. Analisa Masalah
Tujuan dari fase analisis adalah memahami dengan benar bagaimana
sistem yang saat ini diterapkan dan bagaimana sistem yang baru akan
dikembangkan. Setelah penulis melakukan analisa sistem yang saat ini diterapkan
dalam melakukan pengontrolan peralatan rumah tangga yaitu masih menggunakan
sistem manual yaitu dengan mematikan peralatan listrik rumah tangga dengan
secara langsung menekan tombol off atau mencabut kabel power yang dimiliki
peralatan listrik bersangkutan. Untuk mempermudah menganalisis sistem dalam
menentuan kebutuhan secara lengkap, penulis membagi kebutuhan sistem
kedalam dua jenis yakni, kebutuhan fungsional dan kebutuhan nonfungsional.
III.1.1.1. Analisa Kebutuhan Fungsional
Kebutuhan fungsional adalah jenis kebutuhan yang berisi proses-proses
apa saja yang nantinya dilakukan oleh sistem. Kebutuhan fungsional juga berisi
informasi-informasi apa saja yang harus ada dan dihasilkan oleh sistem. Berikut
kebutuhan fungsional yang terdapat pada sistem yang dibangun :
41
42
1. Sensor relay I/O board yang dirancang mampu melakukan kondisi peralatan
listrik rumah tangga apakah dalam kondisi on ataukah off.
2. Komputer
harus
mampu
berkomunikasi
dengan
sistem
minimum
microcontroller untuk melakukan proses pengontrollan peralatan listrik.
3. Aplikasi secara integratif harus mampu untuk bekerja secara optimal, dimana
rangkaian sistem kontrol harus terkoneksi tanpa ada hambatan dengan
komputer dan HP.
III.1.1.2. Analisa Kebutuhan NonFungsional
Kebutuhan ini adalah tipe kebutuhan yang berisi properti perilaku yang
dimiliki oleh sistem. Berikut adalah kebutuhan nonfungsional yang dimiliki
sistem :
1. Operasional
a.
Dibangun dengan menggunakan VB.Net 2008 sebagai tools pemrograman
dipadukan dengan memanfaatkan MySQL versi 5 sebagai aplikasi
pendukung basis data.
b.
Aplikasi yang dibangun hanya dapat berjalan pada sistem operasi
Windows 32 bit, tidak pada sistem operasi lainnya, dengan hardware
minimum adalah processor setara Pentium IV dan Memori 512 MB.
Dengan spesifikasi di atas, maka komponen-komponen yang dibutuhkan
untuk membangun dan menguji aplikasi ini adalah :
i.
Komponen berupa :
i.a. Paket software Visual Studio 2005
i.b. PC dengan Processor IV, Memori 512 MB, Kartu Grafik 128 MB
43
i.c. Rangkaian Sensor Banjir yang terdiri atas rangkaian switch magnetik
dan
receiver
yang
dirangkai
sendiri
serta
sistem
minimum
microcontroller ATMega 8535 sebagai terminal kontrol.
i.d. Konektor DB-9 untuk port serial
ii. Alat uji yang digunakan untuk menguji adalah :
i.a. PC dengan Processor Pentium IV, Memori 512MB, Kartu Grafik 128
MB
i.b. Voltmeter DC
i.c. HP Nokia 3310
2. Kinerja
a.
Sistem yang dirancang harus mampu melakukan kondisi peralatan listrik
rumah tangga apakah dalam kondisi on ataukah off.
b.
Komputer harus mampu berkomunikasi dengan sistem minimum
microcontroller untuk melakukan proses pengontrollan peralatan listrik.
c.
Aplikasi secara integratif harus mampu untuk bekerja secara optimal,
dimana rangkaian sistem kontrol harus terkoneksi tanpa ada hambatan
dengan komputer dan HP.
III.1.2. Analisa Rangkaian Sistem
Beberapa aspek yang perlu dikembangkan dalam pemahaman terhadap
sistem merupakan satu kesatuan prosedur inti dari sistem tersebut. Sistem
dikatakan lengkap bila dalam mencapai tujuan yang telah ditetapkan terjadi
interaksi antara sub sistem-sub sistem yang ada. Pada sub bab berikut ini akan
44
dijelaskan mengenai analisa perancangan masing-masing rangkaian yang
mendukung tercapainya tujuan pembuatan alat disertai dengan hasil pengukuran
pada masing-masing rangkaian.
III.1.2.1. Analisa Rangkaian Power Supplay (PSA)
Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari satu keluaran, yaitu (+) 12 volt.
keluaran (+) 12 volt digunakan untuk suplai tegangan ke seluruh rangkaian.
Rangkaian tampak seperti gambar di bawah ini:
Gambar III.1. Rangkaian Power Supplay (PSA)
Trafo
merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan
tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan
disearahkan dengan menggunakan 2 buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan
diratakan oleh kapasitor 3300 μF.
45
III.1.2.2 Analisa Rangkaian Driver Serial
Rangkaian
untuk
komunikasi
serial
dengan
menggunakan
laser
diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar III.2. Rangkaian Driver Serial
Rangkaian ini terdiri dari beberapa bagian, yaitu bagian regulator 5 volt,
bagian inverter sinar laser, bagian driver serial (RS232) dan bagian smith trigger.
Pertama adalah bagian regulator 5 volt. Bagian ini ditunjukkan oleh
gambar berikut ini:
Gambar III.3. Rangkaian Regulator
46
Bagian ini berfungsi untuk meregulasi tegangan 5 volt, input rangkaian ini
adalah power supplay 12 volt, tegangan tersebut akan langsung dihubungkan
dengan resistor 1 k ohm dan LED sebagai indikator bahwa tegangan telah masuk
atau belum. Selanjutnya dihubungkan ke saklar, yang berfungsi untuk
memutuskan tegangan ke rangkaia berikutnya. Regulator tegangan 7805 berfungsi
untuk meregulasi tegangan 12 volt tersebut menjadi teganga 5 volt. IC 7405
berfungsi sebagai gerbang NOT yang akan membalikkan logika low pada input
RS232 menjadi logika high. Hal ini bertujuan agar laser pointer aktip (nyala ) jika
dikirim data high dan mati jika data yang dikirim berlogika low.
Berikutnya adalah rangkaian driver RS232. Rangkaian ini ditunjukkan pada
gambar berikut:
Gambar III.6. Rangkaian Driver RS232
Rangkaian ini terdiri dari sebuah ic RS232 dan 4 buah elektrolit kapasitor.
Rangkaian ini berfungsi mengubah logika high
+3 s/d +18 volt pada DB9
menjadi logika high 5 volt pada keluarannya, juga mengubah logika low -3 s/d -18
volt pada DB9 menjadi logika low 0 volt pada keluarannya.
47
III.1.2.3 Sistem Minimum ATMega 8535
ATmega8535 adalah mikrokontroler keluarga AVR dengan fitur yang
komplit dengan jumlah kaki I/O yang banyak. Mikrokontroler berkaki 40 (DualInline Package) ini sangat cocok untuk diaplikasikan pada sistem yang
membutuhkan banyak kaki I/O baik digital maupun analog. ATmega8535
memiliki I/O digital sebanyak 32 buah yang terbagi menjadi 4 port yakni PORTA,
PORTB, PORTC, dan PORTD. Kedelapan kaki PORTA dapat digunakan sebagai
ADC dengan resolusi 10-bit. Dengan kemampuan yang terkesan maksimal, maka
ATmega8535 sangat cocok sebagai sarana untuk mempelajari dan mendalami
fitur-fitur mikrokontroler AVR.
Gambar III.7. Sistem Minimum Microcontroller ATMega 8535
48
Sistem minimum mikrokontroler adalah sistem elektronika yang terdiri
dari komponen-komponen dasar yang dibutuhkan oleh suatu mikrokontroler untuk
dapat berfungsi dengan baik. Pada umumnya, suatu mikrokontoler membutuhkan
dua elemen (selain power supply) untuk berfungsi: Kristal Oscillator (XTAL), dan
Rangkaian RESET. Analogi fungsi Kristal Oscillator adalah jantung pada tubuh
manusia. Perbedaannya, jantung memompa darah dan seluruh kandungannya,
sedangkan XTAL memompa data. Dan fungsi rangkaian RESET adalah untuk
membuat mikrokontroler memulai kembali pembacaan program, hal tersebut
dibutuhkan pada saat mikrokontroler mengalami gangguan dalam meng-eksekusi
program. Pada sistem minimum AVR khususnya ATMEGA8535 terdapat elemen
tambahan (optional), yaitu rangkaian pengendalian ADC: AGND (= GND ADC),
AVCC (VCC ADC), dan AREF (= Tegangan Referensi ADC).
III.1.2.4 Relay
Relay adalah komponen yang terdiri dari sebuah kumparan berinti besi
yang akan menghasilkan elektromagnet ketika kumparannya dialiri oleh arus
listrik. Elektromagnet ini kemudian menarik mekanisme kontak yang akan
menghubungkan kontak Normally-Open (NO) dan membuka kontak NormallyClosed (NC). Sedikit menjelaskan, kata Normally disini berarti relay dalam
keadaan non-aktif atau non-energized, atau gamblangnya kumparan relay tidak
dialiri arus. Jadi kontak Normally-Open (NO) adalah kontak yang pada saat
Normal tidak terhubung, dan kontak Normally-Closed (NC) adalah kontak yang
pada saat Normal terhubung.
49
Singkat saja, karakteristik relay antara lain adalah tegangan kerja
koil/kumparan. Ada yang 5Vdc, 12Vdc, 24Vdc, 36Vdc, hingga 48Vdc. Kalau
ada relay DC yang tegangan kerja koilnya selain itu tolong dibagi informasinya
lewat komentar. Tegangan kerja adalah tegangan yang harus diberikan kepada
koil agar relay dapat bekerja. Selain itu ada karakteristik kemampuan kontak
relay. Bisa 3A, 5A, 10A, atau lebih. Maksudnya adalah arus maksimal yang
mampu dialirkan oleh kontak relay adalah sesuai dengan karakteristiknya, jadi
bisa 3A, 5A, atau 10A.
Gambar III.8. Relay I/O Board
Komponen aktif rangkaian di atas adalah 2 buah transistor jenis NPN yang
disusun secara Darlington. Transistor ini berfungsi sebagai saklar elektronik yang
akan mengalirkan arus jika terdapat arus bias pada kaki basisnya, dan akan
menyumbat arus jika tidak terdapat arus bias pada kaki basisnya. Relay yang
dapat digunakan dengan rangkaian ini adalah relay dengan tegangan kerja koil
50
antara 5Vdc hingga 45Vdc. Jika relay yang digunakan membutuhkan tegangan
kerja diatas 45Vdc, maka gantilah transistor C828 dengan transistor yang
memiliki tegangan kerja lebih besar seperti BD139 misalnya.
Untuk relay-relay kecil dengan tegangan kerja 5V – 24V, untuk lebih menghemat
biaya, transistor TIP31C dapat diganti dengan C828 atau NPN sejenis. Untuk
relay-relay besar, maka transistor TIP31C sudah lebih dari cukup untuk
mengaktifkan relay dengan mantap.
Berikut adalah sedikit contoh perhitungan praktis (bukan teoritis seperti
ketika sekolah atau kuliah) dalam perancangan rangkaian driver relay
menggunakan transistor darlington.
Pertama-tama lakukan pengukuran resistansi kumparan relay. Sebagai
contoh disini saya gunakan relay SPDT 12V dengan kapasitas arus 5A. Dari hasil
pengukuran nilai resistansi kumparan relay adalah sebesar 358 ohm (boleh jadi
Anda akan mendapatkan nilai yang berbeda). Dengan demikian arus yang ditarik
adalah sebesar 12V / 358 Ohm = 33,5 mA. Sehingga transistor harus dapat
menghasilkan arus sedikitnya 2-3 kali lebih besar dari 33,5 mA, yakni sekitar
100 mA (dalam contoh ini saya menggunakan faktor pengali 3).
Transistor yang digunakan adalah 2 buah transistor NPN tipe C828 yang murah
dan mudah sekali didapatkan dipasaran. Transistor C828 memiliki penguatan
arus DC (hfe) sekitar 130 – 520 kali tergantung dari grup tipe transistornya.Tapi
daripada bingung, kita anggap saja penguatan arusnya sebesar 100 kali. Transistor
C828 memiliki VBE = 0,8V.
51
Transistor disusun secara Darlington sehingga penguatan arusnya menjadi
100 x 100 = 10.000 kali. Selanjutnya arus basis minimal dapat dihitung sebesar:
Ib = 100 / 10000 = ±10 uA. Jika VBE bernilai 0,8 volt dan tegangan keluaran
logika 1 mikrokontroler bernilai 4,8 volt, maka RB dapat dihitung sebagai
berikut: RB = (4,8 – 0,8 – 0,8) / 10E-6 = 320000 ohm.
Jika digunakan pada mikrokontroler AVR, maka rangkaian tersebut akan
bekerja sangat baik tanpa masalah, karena pada saat kondisi RESET, semua port
I/O AVR berada pada kondisi high-impedance.
Berbeda halnya jika digunakan pada mikrokontroler AT89S. Pada saat
RESET, semua port I/O MCS-51 berada pada kondisi High berlogika 1, sehingga
selama RESET, relay akan aktif sejenak. Untuk itu, pada program inisialisasi
haruslah mengeset port I/O yang digunakan untuk memicu relay ke kondisi Low.
Solusi lain yang lebih baik adalah menggunakan driver relay yang aktif-low.
Solusi lain jika aplikasi kita menggerakkan banyak relay, maka dapat
digunakan IC ULN2003A, yang memiliki 7 buah transistor darlington yang siap
digunakan untuk menggerakkan relay.
III.2. Perancangan Sistem
Perancangan sistem berisikan tentang rancangan sistem yang akan
dibangun.
III.2.1 Blok Diagram Sistem
Pada tahap awal perancangan sistem yang dilakukan adalah perancangan
diagram blok. Blok diagram merupakan penyederhanaan dari rangkaian yang
menyatakan hubungan berurutan dari satu atau lebih rangkaian yang memiliki
52
kesatuan kerja tersendiri. Diagram blok aplikasi yang dirancang adalah seperti
terlihat pada gambar dibawah ini :
Peralatan listrik
komputer
Menerima
informasi on/off
Kendali dan Monitoring
Sistem minimum
microcontroller
Terminal Kontrol
Mengirim
perintah on/off
Menerima informasi on/off
Sms gateway
HP user
Mengirim perintah on/off
Gambar III.9. Diagram Blok
Keterangan gambar :
1.
Komputer
: Sebuah komputer yang dijadikan pusat kendali dan
monitoring
2.
Sistem minimum : Rangkaian utama yang dijadikan terminal kontrol
microcontroller
3.
Peralatan listrik
: Peralatan yang dikontrol
4.
SMS gateway
: Sebuah
sistem
SMS
memberikan/menyampaikan
gateway
yang
informasi
client/komputer akan kondisi peralatan
5.
HP Client
: HP client yang akan menerima informasi
ke
akan
HP
53
akan kondisi on/off dan mengirimkan perintah on/off
III.2.2. Context Diagram
Pada sub bab ini dijabarkan context diagram dari sistem kontrol pada
mobil tempur. Untuk memudahkan penganlisaaan dalam suatu permasalahan perlu
dilakukan terlebih dahulu pendefinisian secara menyeluruh terhadap sistem yang
dirancang. Context diagram tersebut terdiri atas sebuah proses yang diberi label 0.
proses terealisasi dengan beberapa eksternal entity. Adapun gambar di bawah ini
merupakan context diagram yang dimaksud.
Relay
Bit data status
Bit data status
0
monitoring
Aplikasi Pengontrol
Sinyal Kendali
Peralatan Listrik Rumah
Operator
Sinyal Kendali
Tangga Berbasis
Interfacing Komputer
Dan SMS
Gambar III.10. Diagram Konteks
Display Informasi Sistem
54
III.2.3. DFD Level 0
Dengan mengacu pada context diagram di atas, untuk mengetahui aliran
data dalam sistem ini dapat dilihat pada DFD level 0 berikut ini :
Operator
2.0
monitoring
Kirim SMS
informasi
Bit data status
1.0
Bit data status
Proses Monitoring
Bit data status
Relay
.
Gambar III.11. DFD Level 0 Aplikasi
informasi
Display Informasi Sistem
55
III.2.4. Flowchart Aplikasi Pengontrol Alat Rumah Tangga
mulai
Inbox =b
tidak
ya
Hidupkan PC
Matikan 1
tidak
Service SMS
Gateway sudah
aktif ?
Aktifkan Service SMS
Gateway
Inbox = c
ya
tidak
ya
Hidupkan 2
Perangkat Sistem
Elektronik dalam keadaan
hidup ?
tidak
Aktifkan Perangkat
Sistem Elektronik
Inbox = d
ya
Sesuaikan Konfigurasi
Port COM
tidak
ya
Jalankan Aplikasi Pengontrol
Peralatan Listrik Rumah Tangga
Matikan 2
tidak
Port COM
terdeteksi ?
tidak
Inbox = e
Inbox = f
ya
ya
tidak
ya
tidak
Hidupkan 3
Ada sms
masuk ?
Matikan 3
Baca kondisi inbox
ya
Inbox = g
tidak
No,.Pengirim
Valid ?
Abaikan perintah
ya
tidak
ya
Hidupkan 4
tidak
Inbox =a
Inbox = h
ya
Hidupkan 1
Matikan 4
ya
tidak
A
56
A
Inbox = i
tidak
ya
Inbox = j
ya
tidak
Hidupkan 5
Matikan 5
Hidupkan 6
ya
Inbox = k
tidak
Matikan 6
ya
Inbox = l
tidak
Hidupkan 7
ya
Inbox = m
tidak
Matikan 7
ya
Inbox = n
tidak
Hidupkan 8
ya
Inbox = o
tidak
Matikan 8
ya
Inbox = p
tidak
selesai
Gambar III.12. Flowchart Aplikasi Pengontrol Peralatan Listrik Rumah Tangga
Berbasis Interfacing Komputer Dan SMS
57
III.2.5. Rancangan Antar Muka Program
Antarmuka pengguna merupakan tampilan dimana pengguna berinteraksi
dengan sistem. Tujuan dari antarmuka pengguna adalah untuk memungkinkan
pengguna menjalankan setiap tugas dalam kebutuhan pengguna.
KONTROL ALAT LISTRIK MENGGUNAKAN KOMPUTER DAN SMS
Lampu 1
Lampu 2
Lampu 3
Lampu 4
ON
ON
ON
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
Steker 2
Kipas 1
Kipas 2
Steker 1
ON
ON
ON
ON
OFF
OFF
OFF
OFF
STATUS
Status SMS
Pengirim Sah
+060878097655656
Status Kontrol
EXIT
Gambar III.13. Rancangan Antar Muka
Antarmuka di atas adalah antarmuka utama dari aplikasi yang penulis
rancang, kegiatan monitoring dan manajemen data pengguna serta penerima sms
dilakukan pada antarmuka ini. Dalam antarmuka ini status kontrol dapat langsung
terpantau, selain itu laporan monitoring juga dapat di lihat pada form kontrol alat
listrik menggunakan komputer dan sms (lihat gambar III.12) .