8

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan realisasi dari

perangkat keras maupun perangkat lunak dari setiap modul yang dipakai pada

skripsi ini.

3.1. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras.

Perangkat keras yang menyusun skripsi ini menjadi satu sistem terdiri

dari beberapa bagian yaitu:

1. Tabung Larutan Asam Dan Basa

2. Mikrokontroler Atmega 8535

3. Sensor pH PE03

4. LCD 20 x 4

5. Pompa Air AC

6. Sensor Suhu LM35

7. Modul Buffer pH

8. Driver AC

9. RTC DS1307

10. Flow Sensor

3.1.1. Tabung Larutan Asam dan Basa.

Drum penampung cairan asam dan basa berdimensi panjang 80

cm ,berdiameter 40cm dan volume 150 liter dan berjumlah dua

buah. Drum pertama digunakan sebagai penampung cairan asam

,sedangkan drum ke dua berfungsi penampung cairan basa, yang

didalamnya terdapat pompa dan flow sensor sebagai penghitung

berapa cairan yang dipompa dan tersambung oleh pipa 0,5 inch.

9

Gambar 3.1 Rancangan Mekanik Tabung.

Perancangan drum menggunakan drum plastik yang

dikarenakan cairan yang akan ditampung oleh drum adalah larutan

kimia, sehingga drum awet.

Gambar 3.2. Realisasi Tabung Cairan Asam dan Basa.

10

3.1.2 Mikrokontroler 8535.

Mikrokontroler Atmega 8535 digunakan sebagai , kontrol

utama didalam sistem alat yang dibuat.Mikrokontroler digunakan

sebagai penerima data dari sensor suhu,sensor pH, flow sensor, dan

sebagai pengontrol perintah hidup atau tidaknya pompa cairan asam

atau basa,dan menjaga agar pH terus stabil di nilai pH 7.0-7.4 .

Mikrokontroler Atmega 8535 termasuk dalam mikrokontroler

keluarga AVR yang diproduksi oleh Atmel Corporation. Fasilitas –

fasilitas yang dimiliki oleh Atmega 8535 antara lain:

1. Memori flash sebesar 8kB.

2. 512 Byte EEPROM.

3. 512 Byte SRAM.

4. Tiga buah timer/counter.

5. Delapan saluran 10-bit ADC.

6. Serial USART.

7. Interupsi internal/external.

8. 32 saluran input/output (PORTA, PORTB, PORTC,

PORTD).

Gambar 3.3. Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 8535.

11

Gambar 3.3. merupakan konfigurasi pin mikrokontroler ATMega 8535

dengan penjelasan sebagai berikut:

1. PA0 – PA7 adalah delapan saluran port A. Port ini dapat difungsikan

sebagai saluran input/output. PORT A juga memiliki fungsi khusus yaitu

sebagai saluran masukan Analog to Digital Converter (ADC) 10 bit.

2. PB0 – PB7 adalah delapan saluran port B. Port ini dapat difungsikan

sebagai saluran input/output. PORT B juga memiliki fungsi khusus

sebagai SPI, komparator analog dan timer/counter.

3. PC0 – PC7 adalah delapan saluran port C. Port ini dapat difungsikan

sebagai saluran input/output. PORT C juga memiliki fungsi khusus yaitu

sebagai komparator analog dan timer/counter.

4. PD0 – PD7 adalah delapan saluran port D. Port ini dapat difungsikan

sebagai salurana input/output. PORT D juga memiliki fungsi khusus

sebagai komparator analog, saluran interupsi external, dan komunikasi

serial.

5. RESET adalah pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.

6. VCC adalah pin yang digunakan untuk memberi masukan daya sebesar

5V.

7. XTAL2 adalah pin masukan external clock.

8. XTAL1 adalah pin masukan external clock.

9. AREF adalah pin masukan tegangan referensi ADC.

10. GND adalah pin ground.

11. AVCC adalah pin untuk masukan tegangan ADC

Konfigurasi penggunaan port pada mikrokontroler Atmega 8535 pada skripsi

ini dijelaskan pada Tabel 3.1.

12

Tabel 3.1. Konfigurasi Penggunaan Port pada Mikrokontroler.

PORT KONEKSI

PORTA.0 Data ADC Sensor Suhu

PORTA.1 Data ADC Sensor pH

PORTB LCD

PORTD.2 Data Flow Sensor

PORTD.3 Data Flow sensor

PORTC.3 Driver AC

PORTC.4 Driver AC

PORTC.0 SCL DS1307

PORTC.1 SDA DS1307

3.1.3. Sensor pH PE-03

Untuk pengukuran pH air diperlukan sensor yang dapat

mengukur pH air, pada perancangan ini digunakan sensor pH PE-03

yang dapat membaca kadar pH 0-14 dengan ketelitian 59,1 mV per

perpindahan nilai pH .

Gambar 3.4. Bagan Sensor PE-03.

13

Tabel 3.2. Beda Potensial Nilai pH.

Besarnya beda potensial 59,1 mV tersebut memenuhi

persamaan

Slope = - 2×3 𝑅𝑅 𝑇𝑇𝑛𝑛 𝐹𝐹 [mV/pH]

Dengan:

R : Ketetapan gas umum (8,314 J/mol.K)

T : Temperatur (oK)

n : Muatan ion H+

F : Ketetapan faraday (9,468.104 Coulombs/mole)

Slope = -2 × 3 × 8.314 × 298.15(+1) × 9.648 × 100000 = 59.16 [mV/pH]

14

3.1.4. LCD (Liquid Crystal Display).

LCD pada skripsi ini merupakan salah satu komponen pada

bagian interface yang digunakan untuk menampilkan suhu air, jam,

dan pH air. LCD yang digunakan pada skripsi ini merupakan LCD

20x4. LCD ini memiliki 4 baris karakter dan setiap barisnya terdiri

atas 20 karakter.

Tabel 3.3. Konfigurasi pin LCD 20x4.

Pin Nama Pin Keterangan

1 Vss Ground

2 Vdd Catu daya LCD 5V.

3 VO Kontras

4 RS Register Select

5 R/W Read/Write

6 E Enable

7 DB0 Data bit 0

8 DB1 Data bit 1

9 DB2 Data bit 2

10 DB3 Data bit 3

11 DB4 Data bit 4

12 DB5 Data bit 5

13 DB6 Data bit 6

14 DB7 Data bit 7

15 LED + Catu daya positif LED

16 LED - Catu daya negatif LED

15

Gambar 3.5. LCD 20 × 4.

3.1.5. Pompa Air

Pompa air di alat ini berguna sebagai pemompa cairan asam

dan basa yang terletak di dalam drum penampungan.Pompa yang

digunakan dalam perancangan alat ini adalah pompa air AC 43 watt

yang dapat di letakan didalam air lebih dari 2 meter, yang

mempunyai debit 2800 Liter / jam.

Gambar 3.6. Pompa Air AC

16

3.1.6. Sensor LM35

Sensor suhu berfungsi untuk mengetahui temperatur di dalam

air.Data temperatur tersebut dikonversi ke dalam data digital yang

kemudian diproses oleh mikrokontroler yang kemudian ditampilkan

sebagai data suhu air.Sensor yang digunakan adalah LM35, sensor

ini diletakan di dalam air bersama sensor pH di dalam balancing

tank.

Gambar 3.7. Skema rangkaian LM35.

17

3.1.7. Modul Penguat pH

pH meter adalah alat ukur yang sangat sensitif, yang cara

kerjanya adalah dari beda potensial yang ditimbulkan oleh

elektroda sensor.Arus keluaran dari elektroda sangat kecil dalam

orde nano ampere (nA),maka dipergunakan rangkaian penyangga

(buffer), yang mempunyai karakteristik penguat yang mempunyai

impedansi masukan yang sangat besar.

Modul ini mempunyai 3 pin yang dipakai yaitu pin VCC,pin

ground, dan pin ouput data tegangan.

Gambar 3.8. Modul Buffer pH.

3.1.8. Driver Motor

Untuk memerintahkan Pompa air AC agar mengalirkan cairan

asam atau basa dibutuhkan saklar otomatis yang ada di dalam Driver AC

ini berguna untuk mengontrol kapan pompa akan menyala dan mati.

18

Gambar 3.9. Skema Driver AC.

3.1.9. RTC DS1307

RTC berguna sebagai penanda waktu yang harus dilaporkan

kepada operator setiap harinya bersamaan dengan nilai data pH air

kolam.Pada pembuatan alat dalam skripsi ini digunakan RTC jenis

DS1307. Dari rangkaian RTC hanya ada 2 pin saja yang digunakan

untuk dikoneksikan ke mikrokontroler. Pin-pin tersebut yaitu SDA

dan SCL pada kaki ke 5 dan 6 dari RTC DS1307. Port C.0 dan C.1

pada mikrokontroler digunakan untuk dikoneksikan pada pin SDA

dan SCL yang masing-masing telah diberi resistor pull-up sebesar

4K7. Pada rangkaian RTC ditambahkan sebuah baterai sebesar 3,3

V untuk menyuplai rangkaian RTC pada saat tidak ada sumber

tegangan yang diberikan oleh mikrokontroler ke rangkaian RTC ini.

Rangkaian RTC DS1307 disajikan pada Gambar 3.10.

19

Gambar 3.10. Rangkaian RTC DS1307.

Gambar 3.11. Modul RTC DS1307.

3.1.10. Flow Sensor

Untuk mengetahui debit dan batasan berapa cairan asam atau

basa yang akan dipompa kedalam balancing tank, maka digunakan

flow sensor. Sensor ini Menggunakan model YF-S201 yang dapat

membaca range debit 1-30 L/menit. Dengan konfigurasi kabel merah

+5V, kabel hitam GND, kabel kuning data. dengan flowrate 7.5 . Sensor

ini berguna sebagai penanda batas debit cairan yang dikeluarkan

oleh pompa air agar takaran cairan asam atau basa tidak berlebihan.

20

Gambar 3.12. Skema Flow Sensor.

3.2 Perancangan Perangkat Lunak

Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perangkat lunak yang ada pada

sistem. Perangkat lunak ini meliputi perancangan perangkat lunak yang

ditanamkan pada mikrokontroler Atmega 8535.

Perangkat lunak yang ditanamkan pada mikrokontroler ini berguna

untuk mengendalikan semua kegiatan yang dilakukan oleh tiap-tiap

komponen sehingga dapat bekerja secara bersama-sama sehingga membentuk

suatu sistem.Perangkat lunak berfungsi sebagai pengolah data yang berasal

dari pembacaan sensor pH PE03, sensor suhu, Flow Sensor pengolahan input

ouput, interface, dan Pengendali pompa.

21

Gambar 3.13. Diagram Alir Sistem.

Salah satu komponen terpenting pada alat ini adalah sensor pH PE-03.

Sensor ini adalah pusat informasi data awal, yang mana setelah mengambil data

akan diproses oleh mikrokontroler untuk ditampilkan dalam interface berupa nilai

pH. Didalam menu LCD sendiri terdapat bagian tampilan nilai pH, suhu, serta

jam, menit, detik, tanggal, bulan, tahun. Setelah itu barulah data akan di cek

apakah nilainya kurang dari batas netral, dan apakah melebihi batas netral. Jika

pH tidak dalam kondisi netral maka otomatis alat ini akan menetralkan air

tersebut, kemudian akan nada rentang waktu untuk alat ini memulai kembali

membaca data pH air dari awal lagi.

Untuk mendapat nilai pH yang dibutuhkan rumusan linear dari nilai ADC

sebanding dengan kenaikan atau penurunan pH, maka rumus dapat dicari dengan

22

memasukan nilai ADC terhadap nilai pH kedalam chart line Microsoft

Excel.seperti Gambar 3.13, dengan cara memasukan 3 sampel nilai, pH 4 di nilai

ADC 400, pH 7 di ADC 500, pH 10 di ADC 600.

- Sumbu adalah nilai dari ADC.

- Sumbu Y adalah nilai pH.

Gambar 3.14. Rumusan Persamaan Linear ADC Terhadap Nilai pH .