BAB III PERANCANGAN ALAT

BAB III
PERANCANGAN ALAT
3.1
Pendahuluan
Dalam suatu perancangan sistem, langkah pertama yang harus dilakukan
adalah menentukan prinsip kerja dari suatu sistem yang akan dibuat. Untuk itu
perlu disusun spesifikasi teknis dari sistem itu sendiri dan hubungan Interfacing
secara diagram blok nya digambarkan. Dengan tujuan untuk mempermudah pada
implementasi kedepannya, berikut penjelasannya.
3.2
Spesifikasi Teknis
Spesifikasi teknis pada tugas akhir perancangan model sistem pengontrol
peralatan elektronik rumah tangga dengan perintah suara dan SMS melalui
smartphone Android, yaitu sebagai berikut :
37
38
1.
Sistem pengendali menggunakan smartphone dengan OS Android minimal
4.4 (KITKAT)
2.
Pemrograman software Arduino Bluno menggunakan Arduino IDE
3.
Perancangan hardware menggunakan board Arduino Bluno
4.
Penerima perintah suara menggunakan microphone yang terdapat pada
smartphone Android
5.
Penerima data via bluetooth menggunakan modul BLE XBee v4.0 yang
sudah tertanam pada board Arduino Bluno
6.
Penerima SMS menggunakan modul GSM IComsat v1.1 SIM900
7.
Catudaya yang digunakan yaitu 1 buah Power Supply Switching 12V (3A)
8.
Pengontrol output menggunakan modul Relay 4 channel 5 VDC – 220 VAC
dengan saklar terminal yang sudah dimodifikasi
3.3
Blok Diagram dari Perancangan Sistem
Perancangan blok diagram yang akan dibuat berdasarkan cara kerja alat
yang akan dibuat, yang mana alat akan terdiri dari board Arduino Bluno, modul
GSM IComsat v1.1 SIM900, 1 buat modul relay 4 channel, switching power
supply sebagai catudaya dan sebuah socket terminal listrik yang sudah di
modifikasi sebelumnya yang berfungsi sebagai output. Perancangan dan cara kerja
alat dapat di ilustrasikan dengan gambar blok diagram di bawah ini :
39
Gambar 3.1 Blok Diagram Perancangan Alat Pengontrol
Dari blok diagram diatas dapat dilihat bahwa board Arduino Bluno dan
modul GSM IComsat v1.1 adalah input atau perangkat utama dari perancangan
alat ini, yang dimana seluruh data yang dikirim akan masuk dan diproses dalam
board Arduino Bluno. Data yang dikirim berupa data digital. Jika data yang
dikirim via bluetooth, maka akan langsung diterima oleh modul BLE XBee v4.0
yang sudah tertanam dalam board Arduino Bluno, begitu juga jika data berupa
SMS maka akan diterima oleh modul GSM IComsat v1.1. Data yang telah masuk
akan diproses, dibaca dan terus dieksekusi oleh board Arduino Bluno. Lalu data
diteruskan ke modul relay yang mempunyai 4 channel yang berguna sebagai
saklar, dan hasilnya berupa socket terminal listrik yang sudah dimodifikasi yang
berguna sebagai output.
Pada perancangan alat ini dapat disederhanakan dalam beberapa kelompok,
yaitu :
40
A. Input data: modul BLE XBee v4.0 dan modul GSM shield IComsat v1.1
SIM900 sebagai penerima data.
B. Main Control: board Arduino Bluno sebagai perangkat utama yang berguna
memproses data yang masuk.
C. Output: modul relay 4 channel yang berguna sebagai saklar ketika
mendapatkan data logic HIGH atau LOW yang dikirim dari Arduino Bluno
dan juga socket terminal listrik sebagai output untuk alat yang akan
dikendalikan.
D. Power Supply: menggunakan switching power supply dengan tegangan input
220VAC dan tegangan output 9VDC-12VDC 3A.
Pada perancangan alat ini, terdapat 2 bagian utama dalam perancangan
yaitu:
1. Perancangan Sisi Hardware
2. Perancangan Sisi Software
3.4
Persiapan Perancangan dan pembuatan alat
1.
Komponen Hardware
Komponen untuk perancangan hardware ditunjukkan pada tabel 3.1.
Tabel 3.1 Tabel bahan Hardware yang diperlukan
NO
1
2
3
4
5
6
PERANGKAT YANG DIBUTUHKAN
Arduino Bluno v2.0
GSM Shield Icomsat v1.1 SIM900
Relay Module 4 channel 5VDC
Switching Power Supply in 220VAC out 912VDC 3A
Socket terminal listrik 4 socket
Kabel power AC 3phase
QUATITY
1
1
1
1
1
-+ 2m
41
7
8
9
10
11
2.
Kabel Jumper PIN
Kabel jumper Listrik
Kabel Data micro USB
Spacer 2.5cm
Box acrylic yang sudah di modifikasi
-+ 10
-+ 1m
1
10
1
Perancangan Software
Pada sisi software dalam pembuatan alat ini, merupakan perangkat
lunak yang dapat terintergasi dengan arduino dan juga software simulasi
yang dapat mendukung dalam perancangan dan pengujian. Software yang
dibutuhkan ditunjukkan pada tabel 3.2.
Tabel 3.2 Tabel Software yang diperlukan
NO
1
2
3.5
Software yang diperlukan
Software Arduino IDE
Fritzing
Sistem Catudaya
Switch Mode Power Supply (SMPS) adalah peralatan listrik yang berfungsi
untuk memberi sumber DC dengan menggunakan metode switching. Energi ini
berasal dari sumber jala-jala (PLN) yang disearahkan dengan rangkaian rectifier.
Input tegangan nya adalah 220VAC dan menghasilkan output tegangan 9-12VDC.
Perangkat ini berguna sebagai sumber tegangan utama bagi perangkat yang lain.
Adapun sebelum di rancang, dilakukan pengujian dan pengukuran terlebih
dahulu guna mengetahui berapa nilai tegangan yang masuk dan yang keluar.
42
Gambar 3.2 Pengukuran Power Supply (AC)
43
Gambar 3.3 Pengukuran Power Supply (DC)
3.6
Perancangan Mikrokontroler Arduino
Sub bab ini akan membahas langkah-langkah untuk merancang board
Arduino Bluno sebagai komponen utama bagi perancangan alat pengontrol ini.
Board yang digunakan adalah board Arduino Bluno yang dimana pada dasar nya
spesifikasi board ini sama dengan board Arduino UNO. Langkah yang pertama
dilakukan adalah menumpangkan modul GSM shield IComsat v1.1 SIM900 yang
berguna sebagai modul atau perangkat yang akan menerima perintah SMS dan
mengirimkan SMS balik sebagai notifikasi.
44
Gambar 3.4 Interfacing Modul GSM dengan Arduino Bluno
Gambar 3.5 Board Arduino Bluno dan Modul GSM
Gambar 3.6 Modul GSM ditumpangkan dengan board Arduino Bluno
Dapat dilihat dari gambar 3.4 dan gambar 3.6, dimana setiap pin yang
terdapat pada modul GSM shield sudah tersambung secara sejajar. Karena ini
merupakan keunggulan dari modul GSM shield yang dimana sudah diperuntukan
untuk compatible dengan board dari arduino bluno yang artinya port atau pin
yang terdapat pada GSM shield sama dengan pin pada board arduino bluno yang
terdapat di bawah nya. Pin atau port yang digunakan dalam peracangan alat
pengontrol ini adalah pin 0 dan 1 sebagai pin default untuk RX dan TX untuk
45
komunikasi Bluetooth, pin 2 dan 3 digunakan untuk komunikasi lewat modul
GSM shield. Pin 5V dan pin GND yang berfungsi memberi daya untuk 4 buah
relay. Dan pin 4,7,12,13 adalah sebagai pin output yang akan terhubung dengan 4
buah relay nanti nya.
Gambar 3.7 Skema rangkaian alat pengontrol perangkat elektronik rumah
3.7 Perancangan Output
Ada beberapa point yang akan di bahas pada sub bab ini, beberapa point
tersebut melingkupi :
1.
Memodifikasi socket terminal listrik yang berguna sebagai output dari
perancangan alat pengontrol ini.
2.
Perancangan board arduino bluno terhadap relay 4 channel.
3.
Perancangan relay terhadap socket terminal listrik yang sudah dimodifikasi.
3.7.1 Modifikasi Socket Terminal Listrik
Relay akan menerima tegangan 5 VDC dari board Arduino yang kemudian
pin output dihubungkan ke socket T-Block yang sudah terdapat pada modul relay.
46
Pada socket T-Block dalam modul relay dihubungkanlah socket terminal listrik
yang telah dimodifikasi agar terpisah satu sama lain setiap socket-nya. Dan
Berikut langkah-langkah memodifikasi socket terminal listrik agar dapat dikontrol
tiap socket-nya:
a.
Pertama bongkar casing pada terminal dan pisahkan casing atas terminal.
b.
Lalu lihat kabel positif dan negatif yang terhubung pada plat tembaga
panjang.
c.
Pilih salah satu plat tembaga yang hendak dipotong, pilihan bebas hendak plat
positif atau negatif, disini kita memotong plat pada sisi negatif.
d.
Potong plat tersebut menjadi 4 bagian karena socket yang di pilih adalah
terminal AC dengan 4 Socket.
e.
Setelah plat dipotong menjadi 4 bagian, maka hubungkan kabel jumper satu
persatu pada plat yang sudah di potong dengan cara disolder, sehingga
menghasilkan 4 plat terpisah yang sudah terhubung dengan kabel jumper.
Kabel jumper di sini yang nantinya akan berguna untuk dihubungkan pada
socket T-Blok pada modul relay.
f.
Lalu proses selanjutnya adalah menghubungkan kabel power pada socket
terminal. Di sini digunakan kabel power dengan inti 3 buah kabel di
dalamnya. 3 buah inti kabel tersebut terdapat 3 warna yang mewakili phase,
netral, dan ground. Untuk perancangan alat pengontrol ini hanya digunakan 2
buah kabel yaitu kabel phase dan kabel ground yang dihubungkan dengan
plat di sisi positif dan plat pada ground. Kabel phase yang berwarna coklat
dihubungkan pada plat sisi positif dan kabel ground yang berwarna kuning
dihubungkan pada plat tengah yaitu plat untuk grounding.
47
g.
Setelah itu hubungkan ke empat kabel yang sudah terhubung dengan plat
tembaga tadi ke masing-masing Socket T-Block yang sudah tersedia pada
module relay 4 channel. Hubungkan masing-masing kabel ke socket NO (
Normally Open )
Gambar 3.8 Skematik Socket Terminal AC
Dapat dilihat bahwa setelah dilakukan modifikasi dengan baik maka akan
seperti gambar 3.11 dibawah ini.
Gambar 3.9 Skematik Socket Terminal AC setelah di modifikasi
48
Gambar 3.10 Hasil Modifikasi Socket Terminal AC
3.7.2
Perancangan Board Arduino Bluno dengan Modul Relay
Setelah socket terminal selesai, maka langkah selanjutnya adalah
menghubungkan pin output pada board Arduino ke modul relay. Modul relay
dengan 4 channel. Hubungkan pin output 4,7,12,13 ke pin modul relay,
menghubungkannya cukup mudah hanya dengan menggunakan kabel jumper
yang sudah memang didesain untuk board arduino. Berikut tabel dan skematik
untuk hubungan dan pin output dan pin pada modul relay.
Tabel 3.3 Koneksi Antar-Pin
PIN OUTPUT
Arduino
4
7
12
13
5V
GND
PIN MODUL
RELAY
IN1
IN2
IN3
IN4
VCC
GND
49
Gambar 3.11 Tampilan Koneksi Pin Antar-Board
3.7.3
Perancangan Relay terhadap Socket Terminal Listrik
Ini merupakan langkah terakhir penyusunan untuk bagian ouput dari
perancangan alat pengontrol ini. Dalam sub bab ini akan dijelaskan langkahlangkah menghubungkan antara modul relay dengan socket terminal listrik yang
telah dimodifikasi. Sebelumnya ada sedikit penjelasan tentang pembacaan pin
pada relay :
Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :

Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada
di posisi CLOSE (tertutup)

Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada
di posisi OPEN (terbuka)
50
Maka langkah selanjutnya adalah tinggal menghubungkan keempat kabel
jumper yang terdapat pada socket terminal listrik hasil modifikasi ke masingmasing Socket T-Block yang sudah tersedia pada module relay 4 channel.
Hubungkan satu-persatu kabel jumper ke socket NO ( Normally Open ) di setiap
socket T-Block pada modul relay. Dan hubungkan juga socket COM secara seri
ke socket COM lainnya. Untuk koneksinya dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 3.12 Konfigurasi Jumper pada modul Relay
3.8
Flowchart dan Hasil Perancangan Alat Secara Keseluruhan
Berikut ini adalah hasil dari perancangan alat secara keseluruhan.
51
Gambar 3.13 Tampilan Tampak Atas Alat
Gambar 3.14 Tampilan Tampak Depan Alat
Berikut juga tampilan dari flowchart perancangan alat secara keseluruhan.
52
Gambar 3.15 Flowchart Sistem Alat
53
Pada Gambar Flowchart 3.15, pertama-tama board Arduino menginisialisasi
pin 4,7,12,13 sebagai Output dan kondisi awal pin dalam kondisi LOW. Setelah
itu inisialisasi pin 8 dan 9 sebagai indikator untuk Modul GSM ketika siap
digunakan dan akan High ketika setup GSM sudah selesai. Berikutnya yaitu pilih
metoda untuk mengontrol alat, apakah hendak melalui Bluetooth atau SMS. Jika
melalui Bluetooth selanjutnya pilih cara pengontrolan, apakah dengan perintah
suara atau secara touch button. Jika
memilih dengan perintah suara, maka
selanjutnya mic akan merekam suara dan menampilkan hasil rekaman berupa
Text. Text tersebut akan dicocokan untuk mengirim String pada Arduino, ketika
Arduino menerima String maka Arduino mencocokan String pada Case di
Arduino setelah sesuai lalu Arduino akan menset pin sesuai Case yang dituju
dengan kondisi yang diinginkan (High atau Low). Jika dengan metoda touch
button, selanjutnya kita hanya perlu menyentuh tombol pada program Android,
lalu Android akan mengirim String ke Modul Bluetooth dan Arduino akan
mencocokan String dengan Case. Setelah itu Arduino akan menset pin sesuai
Case yang cocok dengan kondisi didalam Case.
Untuk metoda SMS, ketika hendak mengontrol saat Button on atau off
pada Android ditekan, maka secara otomatis Android akan mengirimkan SMS
pada Modul GSM. Setelah Modul GSM menerima SMS dari Android, maka
Arduino akan mencocokan isi dari SMS (Text) dengan Case pada Arduino yang
selanjutnya akan menset Output sesuai Case yang dituju dan dilanjutkan
mengirim SMS balik otomatis ke nomor sang pengirim.
54
3.9
Perancangan dan Pembuatan Sketch Program
Pada sistem perancangan alat ini, list program telah di-upload ke dalam
board Arduino agar komunikasi via bluetooth dan via SMS dapat menerima data
yang dikirim dan bekerja dengan baik. Pin yang digunakan adalah pin I/O digital
pin 4, 7, 12, 13 sebagai output yang mana jika ada data yang masuk berupa data
digital maka data akan memberikan logic 0 untuk (LOW) atau logic 1 untuk
(HIGH) yang akan mengaktifkan dan menonaktifkan relay. Untuk list program
alat pengontrol ini terdapat pada halaman lampiran .
Gambar 3.16 List Program Inisialisasi Pin Output
55
Gambar 3.17 List Program perintah Bluetooth
Gambar 3.18 List Program untuk perintah SMS