Kontak

Email | elektronikaabcd2015@gmail.com

Search This Blog

MENU

Friday, February 9, 2018

Pengisi Air Dalam Gelas 240 mL





Ari Hardoyo Abdur Rahman 1, Salma ‘Ainuzzahroh 2 ,Samuel BETA Kuntardjo  3
Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektronika Politeknik Negeri Semarang
Jl. Prof. H. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang, 50275
E-mail : 1arihardaya@gmail.com ,  2ainuzzahrohs@gmail,com  ,  3sambetak2@gmail.com 







ABSTRACT
Water Filler in a 240 mL glass module is a simulation module of water filler. This simulation module uses ARM NUC120 as the controller. The output devices in this simulation module are Water Pump, RGB LED, and Buzzer. Besides, the input devices are Limit Switch, Level Switch, and Flowmeter Sensor. When the glass put on the place (limit switch),  it will change normally open condition (NO) into normally closed condition (NC). This changes made an input to the controller (ARM NUC120) that makes the water pump turned on and fill water into the glass. When the glass fills, water through the sensor would detected as a pulse. The capacity of every filling is 240 ml or equal to the specification 1/5,88 ml then the pulses are 240 x 5,88 = 1411,2 pulses. When the filling process done, the controller will reset the pulses from 0. When the filling process has not finished yet and the glass is put out from the place (limit switch), the filling process will reset from the beginning. The filling indicator will be shown by the RGB LED and buzzer as the alarm.

Keywords:             ARM NUC120, Water Pump, RGB LED, Buzzer, Limit Switch, Level Switch, Flowmeter Sensor, Water Filler.


ABSTRAK
Modul Pengisi Air dalam Gelas 240 mL merupakan sebuah modul simulasi pengisian air  menggunakan ARM NUC120 sebagai pengontrolnya. Modul ini menggunakan Pompa Air, LED RGB, dan Buzzer sebagai keluaran dan Saklar Pembatas, Saklar Level dan Sensor Aliran Air sebagai masukan. Saat gelas diletakkan pada tempat gelas (saklar pembatas), maka akan merubah kondisi normally open (NO) menjadi normally closed (NC). Perubahan ini yang menjadi masukan pada pemroses (ARM) yang membuat pompa on mengisi air kedalam gelas. Saat gelas mengisi, air yang melalui sensor aliran air akan terbaca sebagai pulsa. Tiap pengisian berkapasitas 240 ml  atau sama dengan spesifikasi 1/5,88 ml maka dibutuhkan 240 x 5,88 = 1.411,2 pulsa. Saat selesai mengisi pemroses mereset pembacaan pulsa dari 0. Apabila pengisian belum selesai dan gelas ditarik/dikeluarkan, pengisian akan mereset dari awal dan pompa off. Selain itu juga terdapat LED RGB sebagai indikator dan Buzzer sebagai peringatan (alarm).

Kata Kunci: ARM NUC120, Pompa Air, LED RGB, Buzzer, Saklar Pembatas, Saklar Level, Sensor Aliran Air, Pengisi Air.

I.     PENDAHULUAN
Pengaturan kapasitas air yang keluar pada dispenser, umumnya menggunakan kran air yang harus dibuka-tutup untuk mengalirkan airnya. Selain itu, pada industri air dalam kemasan dibutuhkan sistem yang mampu membatasi pengisian air produk ke dalam kemasan, sesuai kapasitas yang diinginkan. Dari latar belakang tersebut, maka muncullah gagasan  untuk membuat “Pengisi Air dalam Gelas 240 ml”. Pembuatan alat ini sebagai penelitian untuk membuat dispenser yang dapat diatur kapasitasnya serta pembelajaran mikrokontroller ARM pada skala industri
Pada sistem ini digunakan sensor aliran air karena mudah digunakan dengan hasil yang presisi. Dibandingkan dengan solenoid valve yang hanya mampu mengalirkan air yang bertekanan tinggi, sensor ini mampu melewatkan air dengan tekanan air yang rendah. Selain sistem yang presisi, dibutuhkan indikator dan peringatan untuk berbagai keadaan. Dari kebutuhan tersebut, dipilihlah LED RGB sebagai indikator visual, dan Buzzer sebagai peringatan atau alarm.


II.     TINJAUAN PUSTAKA
Penjelasan dan uraian teori penunjang yang digunakan dalam membuat alat ini diperlukan untuk mempermudah pemahaman tentang cara kerja rangkaian maupun dasar-dasar perencanaan pembuatan alat. Teori – teori yang akan dijelaskan dalam bab ini meliputi ARM NUC120, Pompa Air, LED RGB, Buzzer, Saklar Pembatas, Saklar Level, Sensor Aliran Air.

A.        ARM CortexM0
ARM adalah prosesor dengan arsitektur set instruksi 32­bit RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM merupakan singkatan dari Advanced RISC Machine.

Gambar 2.1 Keluarga Mikroprosesor ARM

Mikroprosesor ARM mempunyai beberapa keluarga untuk menjangkau berbagai aplikasi, salah satunya adalah ARM Cortex Prosesor Embedded (ARM Cortex Embedded Processors). Prosesor­-prosesor di keluarga seri Cortex­M telah dikembangkan khusus untuk domain mikrokontroler, dimana permintaan untuk kecepatan, determinasi waktu proses, dan manajemen interrupt bersama dengan jumlah gate silikon minimum (luas silikon yang minimum menentukan harga akhir prosesor) dan konsumsi daya yang minimum sangat diminati, seperti ARM Cortex­M0 yang merupakan prosesor untuk menggantikan aplikasi mikrokontroler 8­/16­bit dengan tipe ARM NUC120
ARM NUC120 merupakan sebuah modul mikrokontroler 32-bit berbasis ARM CortexM0.  ARM NUC 120 BOARD dilengkapi dengan program bootloader sehingga tidak membutuhkan divais programmer terpisah. NUC120 dapat beroperasi dengan kecepatan CPU sampai 48MHz. Telah dilengkapi dengan Full Speed USB 2.0 Device Controller yang sangat fleksibel dan dapat dikonfigurasi untuk berbagai aplikasi berbasis USB.

 

Gambar 2.2 DT-ARM NUC120RD2BN
 

Spesifikasi             :
  1. Berbasis NUC120RD2BN dengan Flash memory APROM sebesar 64 Kbyte, 8 Kbyte SRAM, 4 Kbyte Data Flash.
  2. Memiliki kemampuan IAP (In Applicaton Programming) dan ISP (In System Programming) melalui bootloader software pada LDROM. 
  3. Tersedia jalur SWD (Serial Wire Debug) yang dapat digunakan untuk debugging serta programming.
  4. Dapat diprogram langsung melalui jalur USB. 
  5. Mendukung Peripheral DMA mode.
  6. Memiliki 8 channel ADC dengan resolusi 12 bit. 
  7. Memiliki 4 buah timer 32 bit.
  8. Memiliki fungsi Watchdog dan RTC. 
  9. Dilengkapi dengan 4 buah hardware PWM dengan resolusi 16 bit.
  10. Memiliki masing-masing 2 kanal jalur komunikasi UART, SPI, dan I2C. 
  11. Memiliki 1 channel I2C.
  12. Tersedia antarmuka USB dan UART RS-485. 
  13. Terdapat sensor suhu built-in dengan range -40 - 125°C  dengan resolusi 1°C. Sensor ini memiliki gain -1.76mV/°C dan offset 720 mV pada suhu 0°C.
  14. Memiliki hingga 45 jalur GPIO yang masing-masing dapat dikonfigurasi pull-up/ pull-down resistor, repeater mode, input inverter, dan open-drain mode.
  15. Terdapat 22 MHz internal osilator.
  16. Frekuensi osilator eksternal sebesar 12 MHz dan fitur PLL sampai dengan 48 MHz.
  17. Frekuensi osilator eksternal sebesar 32.768 KHz yang dapat digunakan untuk fungsi RTC dan Low Power Mode. 
  18. Tersedia rangkaian reset manual.
  19. Bekerja pada tegangan 3,3 – 5,5 V.
  20. Dilengkapi dengan regulator 3,3 V dan 5 V dengan arus maksimum 800 mA
  21. Tersedia pilihan catu daya input : catu daya eksternal 6,5 – 12 VDC (via regulator), catu daya eksternal 3,3 – 5,5 VDC (tanpa melalui regulator), atau menggunakan sumber catu daya dari jalur USB. 
  22. Dilengkapi dengan regulator 3,3 V dan 5 V dengan arus maksimum 800 mA 
  23. Tersedia pilihan catu daya input : catu daya eksternal 6,5 – 12 VDC (via regulator), catu daya eksternal 3,3 – 5,5 VDC (tanpa melalui regulator), atau menggunakan sumber catu daya dari jalur USB. 


B.        Limit Switch (Saklar Pembatas)

Limit switch (saklar pembatas) adalah saklar atau perangkat elektromekanis yang mempunyai tuas aktuator sebagai pengubah posisi kontak terminal (dari Normally Open/ NO ke Close atau sebaliknya dari Normally Close/NC ke Open).  Posisi kontak akan berubah ketika tuas aktuator tersebut terdorong atau tertekan oleh suatu objek. Sama halnya dengan saklar pada umumnya, limit switch juga hanya mempunyai 2 kondisi, yaitu menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik. Dengan kata lain hanya mempunyai kondisi On atau Off.

Dalam proyek ARM ini, Limit Switch digunakan untuk mendeteksi gelas yang diletakkan di atasnya.


Gambar 2.3 Saklar Pembatas


Berdasarkan fungsi kerjanya yang menghubungkan dan memutuskan, push button switch mempunyai 2 tipe kontak yaitu NC (Normally Close) dan NO (Normally Open).
  1. NO (Normally Open), merupakan kontak terminal dimana kondisi normalnya terbuka (aliran arus listrik tidak mengalir). Dan ketika tombol saklar ditekan, kontak yang NO ini akan menjadi menutup (Close) dan mengalirkan atau menghubungkan arus listrik. Kontak NO digunakan sebagai penghubung atau menyalakan sistem circuit (Push Button ON).
  2. NC (Normally Close), merupakan kontak terminal dimana kondisi normalnya tertutup (mengalirkan arus litrik). Dan ketika tombol saklar push button ditekan, kontak NC ini akan menjadi membuka (Open), sehingga memutus aliran arus listrik. Kontak NC digunakan sebagai pemutus atau mematikan sistem circuit (Push Button Off).
 
C.        Sensor Aliran Air (Water Flow Sensor) YF-S401
Sensor aliran air terdiri dari badan PVC, rotor air, dan sensor efek hall. Saat air mengalir melalui rotor, rotor berputar. Kecepatannya berubah dengan laju aliran yang berbeda. Sensor efek hall mengeluarkan sinyal pulsa yang sesuai.
Spesifikasi


  1. Mini. Tegangan Kerja: DC 4.5V                 
  2. Max. Bekerja Saat Ini: 15mA (DC 5V)
  3. Tegangan Kerja: DC 5V ~ 24V                  
  4. Tahan air 0.35MPa
  5. Range Rentang Aliran: 1 ~ 5L / menit       
  6. Kapasitas Muatan: ≤10mA (DC 5V)
  7. Suhu Operasional: ≤80                 
  8. Suhu Cair: ≤120 Kelembaban Operasi: 35% 90% RH
  9. Tekanan Air: ≤1.75MPa                               
  10. Suhu Penyimpanan: -25+ 80
  11. Penyimpanan Kelembaban: 25% 95% RH               
  12. Diameter internal: 1.2mm;
  13. Error: +/- 2L / min;                        
  14. Resistansi insulasi> 100M
  15. Siklus tugas pulse output 50% ± 10%        
  16. Output pulse level tinggi > DC 4.7V (tegangan masukan DC 5V)
  17. Karakteristik denyut nadi F = (98 * Q) ± 2% Q = L / MIN
 

Gambar 2.4 Sensor Aliran Air


D.        LED RGB

LED RGB merupakan LED yang mampu menghasilkan warna-warna Red (merah), Green (hijau), dan Blue (biru) maupun hasil kombinasi dari warna-warna tersebut. Keluaran warna dari led ini dapat diatur dengan memberikan nilai input pada masing-masing kaki-kaki led untuk warna R-G-B.

Dalam proyek ARM ini, LED RGB berfungsi sebagai indikator bagi sistem.

Gambar 2.5 LED RGB



E.        Buzzer
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara.
Buzzer pada alat ini digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau kondisi tandon kosong (alarm).

Gambar 2.6 Buzzer

F.        Pompa Air
Pompa adalah suatu mesin yang digunakan untuk memindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lain, melalui suatu media pipa (saluran) dengan cara menambah energi pada cairan, yang dipindahkan dan berlangsung kontinyu.
Pompa digunakan  untuk mesuplay cairan bertekanan rendah dan tinggi dengan kecepatan aliran yang tinggi dan  rendah, yang bergantung pada aplikasinya.
Pada alat ini pompa digunakan untuk memindahkan air dari tandon ke dalam gelas.

Gambar 2.7 Pompa Air
G.        Indikator Air Saklar Level
Saklar Level adalah alat yang mendeteksi ketinggian atau level dari suatu volume benda cair pada suatu tabung atau tangki, kita ambil contoh, misalkan level switch dipasang pada tangki air untuk mendeteksi jumlah atau volume air yang masuk kedalam tangki, kemudian alat ini dihubungkan dengan mesin pompa air, pada saat volume air didalam tabung sudah mencapai level tertentu ( high misalkan ) dan terdeteksi oleh sensor, maka sensor level switch akan bekerja sebab bagian depan dari level switch terendam oleh air, ketika itu pula level switch akan memerintahkan mesin pompa air untuk berhenti berputar, dalam artian level switch akan memutuskan aliran arus yang ke mesin pompa air.
Gambar 2.8 Saklar Level

III.     PERANCANGAN ALAT

A. Perangkat Keras dan Rangkaian Elektronika
Adapun sistem yang digunakan yaitu :
  1. ARM NUC120
  2. Pompa Air
  3. LED RGB
  4. Buzzer
  5. Saklar Pembatas
  6. Saklar Level
  7. Sensor Aliran Air
  8. Buzzer 
B. Blok Diagram Hubungan Komponen Utama
Blok diagram aplikasi ARM NUC120  menggunakan masukan Limit Switch, Water Detector, dan Flow Meter Sensor dengan luaran Pompa, LED RGB dan Buzzer dapat dilihat pada  gambar dibawah ini :
Gambar 3.1 Diagram Blok
Untuk diagram alir, program aplikasi ARM NUC120  menggunakan masukan Saklar Pembatas, Saklar Level, Sensor Aliran Air dengan keluaran Pompa Air, LED RGB, dan Buzzer.
Gambar 3.2 Diagram Alir

Gambar 3.3 Skema Rangkaian
Gambar 3.4 Diagram Pengawatan



IV.          HASIL PERCOBAAN

Setelah melakukan demonstrasi, didapatkan hasil percobaan sebagai berikut :

Gambar 4.1 Saat modul pertama kali dinyalakan, LED nyala hijau
Gambar 4.2 Saat gelas diletakkan di tempat gelas, limit switch akan ON dan air mengalir
Gambar 4.3 Saat gelas ditarik dari tempat gelas, limit switch akan OFF dan air berhenti mengalir, hitungan akan mereset dari 0 mL dan buzzer berbunyi.

Gambar 4.3 Saat tandon kosong atau saklar level tidak mendeteksi air, LED RGB nyala merah
Gambar 4.3 Saat air mengisi sampai 240 mL, air berhenti mengalir dan buzzer berbunyi.




V.     KESIMPULAN
Berdasarkan hasil percobaan  yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa :
  1. ARM dapat memudahkan kita dalam kehidupan sehari-hari terutama untuk instrumentasi sebagai mikrokontroler yang canggih. 
  2. Dengan adanya sensor aliran air, pengisian air pada suatu wadah dapat dibatasi sesuai target dengan presisi.

Unduh file pendukung proyek ini disini:

REFERENSI

BIODATA PENULIS



Nama penulis Ari Hardoyo Abdur Rahman. Penulis dilahirkan di Banyumas,pada tanggal 2 April 1997. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK  Pertiwi Gambarsari, SDN 2 Gambarsari, SMPN 1 Kebasen, SMA N 1 Patikraja jurusan IPA. Tahun 2015 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2015 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) Prodi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines). Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.15.0.06. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa melalui via email: arihardaya@gmail.com.


Nama penulis Salma ‘Ainuzzahroh. Penulis dilahirkan di Kudus pada tanggal 12 Agustus 1997. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK PG Rendeng Kudus, SDN Sekarjalak 01 Pati, MTs PPMI Assalaam Sukoharjo, SMA Assalaam Sukoharjo. Tahun 2015 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2015 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) Prodi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (POLINES). Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.15.0.21. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa melalui via email: ainuzzahrohs@gmail.com.

No comments:

Post a Comment