MODUL 4 PROJECT DEMO

 

SISTEM KONTROL BUDIDAYA IKAN LELE

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

 a. Prosedur

 b. Hardware

 c. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

 d. Flowchart

 e. Video Demo

 f. Download File

1. Pendahuluan

[kembali]

    Budidaya ikan lele merupakan salah satu sektor perikanan yang memiliki potensi besar untuk dikembangkan di Indonesia. Ikan lele (Clarias sp.) terkenal karena ketahanannya terhadap kondisi lingkungan yang beragam serta kemampuan pertumbuhannya yang cepat, sehingga menjadi pilihan populer di kalangan petani ikan. Menurut data dari Badan Pusat Statistik (BPS), produksi ikan lele di Indonesia terus meningkat dari tahun ke tahun, mencerminkan tingginya permintaan domestik maupun peluang ekspor yang menjanjikan .

    Namun, meskipun memiliki keunggulan tersebut, budidaya ikan lele menghadapi berbagai tantangan yang signifikan. Masalah seperti fluktuasi kualitas air, penanganan pakan yang kurang efisien, serta pengendalian penyakit seringkali menghambat produktivitas dan keberlanjutan usaha budidaya . Oleh karena itu, diperlukan sistem kontrol yang efektif untuk mengatasi masalah ini, memastikan lingkungan budidaya yang stabil, dan meningkatkan efisiensi operasional.

    Perkembangan teknologi di bidang akuakultur telah memungkinkan diterapkannya sistem kontrol otomatis dalam budidaya ikan lele. Sistem kontrol ini mencakup penggunaan sensor untuk memantau parameter lingkungan seperti suhu, dan pH serta dapat mengatur pemberian pakan, aerasi, dan sirkulasi air secara otomatis . Implementasi teknologi ini diharapkan tidak hanya meningkatkan produktivitas, tetapi juga mengurangi dampak lingkungan negatif yang sering dikaitkan dengan praktik budidaya konvensional .

2. Tujuan

[kembali] 

1.     Mempelajari simulasi rangkaian aplikasi kolam ternak lele menggunakan water sensor, touch sensor, PH sensor, Sensor suhu dan rain sensor.

2.     Mempelajari rangkaian kolam ternak lele otomatis menggunakan water sensor, touch sensor, PH sensor, Sensor suhu dan rain sensor yang diimplementasikan pada dunia nyata.

3.     Memenuhi tugas akhir modul 4 praktikum mikroprosesor dan mikrokontroler.

3. Alat dan Bahan

[kembali]

1. Water Level Sensor

2. Rain Sensor

3. Touch Sensor

4. PH Sensor

5. Sensor Jarak (DS18B20)

6. Arduino Uno

7. LCD 2x16

8. Motor Servo

9. Motor Dc

10. Buzzer

11. Baterai

12. Driver Motor L293D

13. Jumper

14. Breadboard

15. Resistor

 

4. Dasar Teori

[kembali

1.     Arduino

Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Arduino yang kita gunakan dalam praktikum ini adalah Arduino Uno yang menggunakan chip AVR ATmega 328P. Dalam memprogram Arduino, kita bisa menggunakan komunikasi serial agar Arduino dapat berhubungan dengan komputer ataupun perangkat lain. Adapun spesifikasi dari Arduino Uno ini adalah sebagai berikut.

 

A.     Bagian-Bagian Arduino Uno

1.     POWER USB

    Digunakan untuk menghubungkan Papan Arduino dengan komputer lewat koneksi USB.

2.     POWER JACK

    Supply atau sumber listrik untuk Arduino dengan tipe Jack. Input DC 5 - 12 V. 3. Crystal Oscillator Kristal ini digunakan sebagai layaknya detak jantung pada Arduino. Jumlah cetak menunjukkan 16000 atau 16000 kHz, atau 16 MHz.

3.     Reset

     Digunakan untuk mengulang program Arduino dari awal atau Reset.

4.     Digital Pins

      I / O Papan Arduino UNO memiliki 14 Digital Pin. Berfungsi untuk memberikan nilai logika ( 0atau 1 ). Pin berlabel " ~ " adalah pin-pin PWM ( Pulse Width Modulation ) yang dapat digunakan untuk menghasilkan PWM.

5.     Analog

       Pins Papan Arduino UNO memiliki 6 pin analog A0 sampai A5. Digunakan untuk membaca sinyalatau sensor analog seperti sensor jarak, suhu dsb, dan mengubahnya menjadi nilai digital.

6.     LED

        Power Indicator Lampu ini akan menyala dan menandakan Papan Arduino mendapatkan supply listrik dengan baik.

 

 

B.     Bagian – Bagian Dalam Pendukung

1.   RAM

RAM (Random Access Memory) adalah tempat penyimpanan sementara pada komputer yang isinya dapat diakses dalam waktu yang tetap, tidak memperdulikan letak data tersebut dalam memori atau acak. Secara umum ada 2 jenis RAM yaitu SRAM (Static Random Acces Memory) dan DRAM (Dynamic Random Acces Memory).

2.     ROM

ROM (Read-only Memory) adalah perangkat keras pada computer yang dapat menyimpandata secara permanen tanpa harus memperhatikan adanya sumber listrik. ROM terdiri dari Mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM.

2.     Water Level Sensor

     Water sensor adalah controller yang bisa mendeteksi volume air, tinggi air, serta kualitas air di dalam tangki, sungai, danau, dan sejenisnya dengan akurat dan mudah. Sensor ini merupakan perangkat yang bisa mematikan atau mengobarkan pompa air secara otomatis andai air mulai berakhir atau sudah nyaris penuh.

Jumlah Pin pada Sensor ini berjumlah 3 Yaitu :

1. Pin Negatif (-)
2. Pin Positif (+)
3. Pin Data (S).

Water Level Sensor adalah alat yang digunakan untuk memberikan signal kepada alarm / automation panel bahwa permukaan air telah mencapai level tertentu. Sensor akan memberikan signal dry contact (NO/NC) ke panel. Detector ini bermanfaat untuk memberikan alert atau untuk menggerakkan perangkat automation lainnya. Water sensor ini telah dilengkapi dengan built-in buzzer yang berbunyi pada saat terjadi trigger. Sensor ketinggian air biasanya digunakan untuk menghitung ketinggian air di sungai, danau, atau tangki air. Sensor ini sangat mudah untuk dibuat karena bahan - bahanya sederhana.

Cara Kerja Sensor

Water level merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air dengan output analog kemudian diolah menggunakan mikrokontroler. Cara kerja sensor ini adalah pembacaan resistansi yang dihasilkan air yang mengenai garis lempengan pada sensor. Cara kerja sensor ini adalah pembacaan resistansi yang dihasilkan air yang mengenai garis lempengan pada sensor. Semakin banyak air yang mengenai lempengan tersebut, maka nilai resistansinya akan semakin kecil dan sebaliknya. Sensor memiliki sepuluh jejak tembaga yang terbuka, lima di antaranya adalah jejak daya dan lima lainnya adalah jejak indera. Jejak-jejak ini terjalin sehingga ada satu jejak indera di antara setiap dua jejak kekuatan. Biasanya, jejak kekuatan dan indera tidak terhubung, tetapi ketika direndam dalam air, keduanya dijembatani. Pengoperasian sensor ketinggian air cukup sederhana. Jejak daya dan indra membentuk resistor variabel (seperti potensiometer) yang resistansinya bervariasi berdasarkan seberapa banyak mereka terpapar air.

Grafik Water Level Sensor

Grafik respon dari sensor water level menggambarkan perubahan ketinggian air yang terdeteksi oleh sensor seiring waktu. Pada sumbu horizontal (sumbu X), kita melihat waktu berjalan, sementara sumbu vertikal (sumbu Y) menunjukkan level air, biasanya dalam satuan seperti centimeter atau meter. Kurva pada grafik ini memperlihatkan bagaimana ketinggian air berubah dari waktu ke waktu, baik secara stabil, naik, atau turun. Ketika wadah diisi dengan air, kurva akan menunjukkan kenaikan ketinggian air secara bertahap atau cepat, tergantung pada laju pengisian. Sebaliknya, saat air dikosongkan, kurva akan menunjukkan penurunan. Selain itu, fluktuasi kecil pada grafik dapat menunjukkan adanya gangguan atau variasi dalam deteksi sensor akibat gelombang atau turbulensi air. Grafik ini sangat berguna untuk memahami perilaku sistem yang dipantau, mendeteksi anomali, dan mengambil tindakan yang diperlukan berdasarkan data yang disajikan oleh sensor water level.

Pengoperasian sensor ketinggian air cukup sederhana.

Jejak daya dan indra membentuk resistor variabel (seperti potensiometer) yang resistansinya bervariasi berdasarkan seberapa banyak mereka terpapar air.

Resistensi ini berbanding terbalik dengan kedalaman pencelupan sensor dalam air : Semakin banyak air yang dibenamkan sensor, semakin baik konduktivitasnya dan semakin rendah resistansinya. Semakin sedikit air yang dibenamkan sensor, semakin buruk konduktivitasnya dan semakin tinggi resistansinya. Sensor menghasilkan tegangan output yang sebanding dengan resistansi; dengan mengukur tegangan ini, ketinggian air dapat ditentukan.

Blog Diagram

 

3.     Sensor PH

          Sensor pH merupakan ini digunakan untuk mengukur kadar pH yang terkandung pada tanki air hidroponik. Sensor ini beroperasi pada tegangan 3.4 hingga 5 Volt dan suhu operasi 5 hingga 60 derajat celcius. Sensor pH digunakan untuk mengukur kandungan asam pada tank nutrisi air pada kebun hidroponik. 

    Sensor pH meter merupakan suatu sensor yang dapat melakukan pengukuran tingkat kadar keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh cairan/larutan. Cara bekerja dari sensor pH air yang utama berada di bagian sensor probe dengan material terbuat dari elektroda kaca, dimana pada elektroda kaca tersebut terdapat larutan HCL yang terdapat pada bagian ujung sensor probe, sensor probe tersebit akan mengukur besaran nilai ion H3O + pada suatu larutan sehingga dapat mengetahui kadar PH pada suatu larutan/cairan[8]. Elektroda sensor pada sensor PH air terbentuk dari bahan lapisan kaca yang sensitif dengan impendasi yang kecil oleh sebab itu dapat mendapatkan hasil pembacaaan dan penilaian yang stabil dan cepat pada suhu cairan/larutan tinggi maupun rendah. Hasil dari pembacaan nilai sensor PH bisa didapatkan oleh mikrokontroler dengan menggunakan antarmuka PH 2.0 yang sudah ada pada modul sensor PH air. Sensor PH air ini sangat baik untuk digunakan dalam melakukan pembacaan kadar PH cairan dengan interval waktu yang lama.

Grafik respon sensor PH adalah : 

                                        

    Sensor pH adalah sensor yang digunakan untuk mengetahui derajat keasaman. pH meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur tingkat keasaman atau kebasaan larutan. Prinsip utama kerja pH meter adalah terletak pada sensor probe berupa elektroda kaca (glass electrode) dengan jalan mengukur jumlah ion H30+ di dalam larutan. Dalam penggunaannya, sensor pH perlu dikalibrasi berkala agar keakuratannya dapat terjaga. Beberapa produsen sensor pH pada umumnya menyertakan instrumen untuk melakukan kalibrasi secara manual. Jika sensor pH dihubungjan dengan Arduino Uno, kalibrasi dapat dilakukan melalui program antarmuka kalibrasi sensor pH (pengembangan dari library sensor pH yang sudah tersedia). Hasil kalibrasi tersebut kemudian disimpan dalam EEPROM agar dapat digunakan untuk pengukuran normal.

 Spesifikasi:

- Catu Daya 5 V

- Ukuran Modul: 43 mm x 32 mm

- Jangkauan Pengukuran: 0 - 14 pH

- Temperatur Kerja: 0°C - 60°C

- Akurasi: ± 0.1 pH (25°C)

- Respon Waktu: = 1 menit

- Jenis Konektor: BNC

- Antarmuka: PH 2.0

- Gain Adjustment: Potensiometer 

- Indikator Daya: LED 

Prinsip kerja sensor pH

 

    Prinsip kerja utama sensor pH adalah terletak pada sensor probe berupa elektroda kaca (glass elektroda) dengan jalan mengukur jumlah ion H3O+ di dalam larutan. Ujung elektroda kaca adalah lapisan kaca setebal 0,1 mm yang berbentuk bulat (bulb). Bulb ini dipasangkan dengan silinder kaca non-konduktor atau plastik memanjang, yang selanjutnya diisi dengan larutan HCL (0,1 mol/dm3 ). Di dalam larutan HCL, terendam sebuah kawat elektroda panjang berbahan perak yang pada permukaannya terbentuk senyawa setimbang AgCl. Konstantanya jumlah larutan HCl pada sistem ini membuat elektroda Ag/AgCl memiliki nilai potensial stabil.

    Inti sensor pH terdapat pada permukaan bulb kaca yang memiliki kemampuan untuk bertukar ion positif (H+) dengan larutan terukur. Kaca tersusun atas molekul silicon dioksida dengan sejumlah ikatan logam alkali. Pada saat bulb kaca ini terekspos air, ikatan SiO akan terprontonasi membentuk membran tipis HSiO+ sesuai dengan reaksi berikut : SiO + H3O+ HSiO+ + H2O

    Seperti pada ilustrasi di atas bahwa pada permukaan bulb terbentuk semacam lapisan “gel” sebagai tempat pertukaran ion H+ . Jika larutan bersifat asam, maka ion H+ akan terikat ke permukaan bulb. Hal ini menimbulkan muatan positif terakumulasi pada lapisan “gel”. Sedangkan jika larutan bersifat basa, maka ion H+ dari dinding bulb terlepas untuk bereaksi dengan larutan tadi. Hal ini menghasilkan muatan negative pada dinding bulb. Pertukaran ion hydronium (H+ ) yang terjadi antara permukaan bulb kaca dengan larutan sekitarnya inilah yang menjadi kunci pengukuran jumlah ion H3O+ di dalam larutan. Kesetimbangan pertukaran ion yang terjadi di antara fase dinding kaca bulb dengan larutan, menghasilkan beda potensial di antara keduanya. Edinding kaca/larutan |RT/2,303F loga(H3O+ )|........….Eq.1 Dimana R adalah konstanta molar gas (8.314 J/mol K), T untuk temperature (Kelvin), F adalah konstanta Faraday 96485.3 C/mol, 2.303 adalah angka konversi antara logaritma alami dengan umum, dan a(H3O+ ) adalah aktivitas dari hydronium (bernilai rendah jika konsentrasinya rendah). Pada temperatur 250C nilai dari RT/2.303Fmendekati angka 59.16 mV. Angka 59.16 mV ini menjadi bilangan penting karena pada suhu konstan larutan 250C, setiap perubahan 1 satuan pH,

    terjadi perubahan beda potensial elektroda kaca sebesaar 59.16 mV. Perhitungan nilai aktivitas hidronium (a(H3O+ )) pada persamaan di atas memiliki rentang yang sangat lebar yakni antara 10 hingga 10-15 mol/dm3 . sehingga untuk meringkas persamaan, maka lahirlah pH dengan persamaan sebagai berikut:

    Tanda negatif adalah untuk membuat sesuatu nilai pH dari berbagai larutan, kecuali larutan yang bersifat sangat ekstrim asam, menjadi bernilai positif. Seperti yang telah kita bahas diatas, bulb kaca berisi larutan HCL yang merendam sebuah elektroda perak. HCl ini memiliki pH konstan karena ia berada pada system yang terisolasi. Karena pH konstan inilah maka ia menciptakan beda potensial yang konstan pada temperature yang konstan pula.sebut saja potensial tersebut E’, maka persamaan (Eq.1) diatas bersama dengan persamaan (Eq.2) didapatkan persamaan beda potensial total dari elektroda kaca : Eelektroda kaca= E’ – RT/2.303F pH……………..Eq.3

    Sensor pH In-Situ menggunakan potensial listrik untuk mengukur pH dari suatu larutan. Sensor ini bekerja dengan membandingkan potensial listrik dari suatu sistem yang peka terhadap pH dengan potensial dari suatu sistem referensi yang stabil.

    Sistem pendeteksian menggunakan bola kaca yang peka terhadap pH dan mengubah tegangan sebanding dengan konsentrasi ion hidrogen. Elektroda pendeteksi mengukur potensial dari bola kaca tersebut. Sensor diisi dengan larutan kalium klorida (KCl) yang menghantarkan listrik antara kaca peka pH dan elektroda pendeteksi.

    Sistem referensi terpisah dari sistem pendeteksian. Alih-alih menggunakan bola kaca peka pH, sistem referensi menggunakan sambungan referensi yang dapat diganti dan memberikan kontak listrik dengan sampel sambil melindungi sistem internal. Berbeda dengan bola kaca peka pH, sambungan referensi tidak mengubah potensial dengan perubahan pH. Elektroda referensi mengukur potensial larutan. Sistem referensi diisi dengan larutan perak/klorida perak (Ag/AgCl) yang menghantarkan listrik antara sambungan referensi dan elektroda referensi.

Alat membaca sinyal dari elektroda pH, elektroda referensi, dan suhu, kemudian menghitung pH menggunakan persamaan Nernst:

Em = Eo + (2.3RT/nF) log [H+]

dimana:

Em adalah potensial dari elektroda pH,

Eo berkaitan dengan potensial elektroda referensi,

R adalah konstanta Hukum Gas,

F adalah konstanta Faraday,

T adalah suhu dalam Kelvin,

n adalah muatan ion (+1 untuk Hidrogen), dan

[H+] adalah konsentrasi ion hidrogen dalam mol/L.

Elektroda kaca pada sensor pH bekerja berdasarkan prinsip elektrokimia yang melibatkan potensial ion hidrogen (H+) dalam larutan. Elektroda kaca pada sensor pH merupakan sel elektrokimia yang memungkinkan pengukuran potensial listrik sebagai respons terhadap perubahan tingkat pH dalam larutan. Proses ini terjadi di antarmuka antara elektroda kaca dan larutan yang diukur.Elektroda kaca pada sensor pH memiliki lapisan khusus yang sangat peka terhadap ion hidrogen. Pada ujung elektroda kaca, terdapat larutan HCl yang berperan penting dalam membentuk potensial elektrokimia. Ketika elektroda kaca direndam dalam larutan, reaksi kimia antara HCl pada elektroda dan ion hidrogen (H+) dalam larutan menghasilkan perbedaan potensial.Perbedaan potensial elektrokimia ini bersifat responsif terhadap konsentrasi ion hidrogen dalam larutan, yang pada gilirannya mencerminkan tingkat pH larutan. Larutan asam, dengan tingkat pH rendah, memiliki konsentrasi ion hidrogen yang tinggi, sehingga menghasilkan perbedaan potensial yang tinggi pada elektroda kaca. Sebaliknya, larutan basa, dengan tingkat pH tinggi, memiliki konsentrasi ion hidrogen yang rendah, sehingga perbedaan potensial elektrokimia akan berkurang.Penting untuk dicatat bahwa potensial elektrokimia tidak selalu berubah secara linear seiring dengan perubahan pH. Oleh karena itu, seringkali diperlukan kalibrasi untuk mengonversi perubahan potensial tersebut menjadi nilai pH yang akurat. Proses kalibrasi melibatkan pengukuran pada larutan standar dengan pH yang diketahui untuk menghasilkan kurva kalibrasi.Secara keseluruhan, elektroda kaca pada sensor pH berperan sebagai transduser yang mengubah perubahan karakteristik kimia (khususnya konsentrasi ion hidrogen) menjadi sinyal listrik yang dapat diukur, memberikan informasi yang berguna tentang tingkat keasaman atau kebasaan dalam larutan.

 

4.       Touch Sensor

    Touch Sensor atau Sensor Sentuh adalah sensor elektronik yang dapat mendeteksi sentuhan. Sensor Sentuh ini pada dasarnya beroperasi sebagai sakelar apabila disentuh, seperti sakelar pada lampu, layar sentuh ponsel dan lain sebagainya. Sensor Sentuh ini dikenal juga sebagai Sensor Taktil (Tactile Sensor). Seiring dengan perkembangan teknologi, sensor sentuh ini semakin banyak digunakan dan telah menggeser peranan sakelar mekanik pada perangkat-perangkat elektronik.

JENIS-JENIS SENSOR SENTUH

Berdasarkan fungsinya, Sensor Sentuh dapat dibedakan menjadi dua jenis utama yaitu Sensor Kapasitif dan Sensor Resistif. Sensor Kapasitif atau Capacitive Sensor bekerja dengan mengukur kapasitansi sedangkan sensor Resistif bekerja dengan mengukur tekanan yang diberikan pada permukaannya.

Sensor Kapasitif

    Sensor sentuh Kapasitif merupakan sensor sentuh yang sangat populer pada saat ini, hal ini dikarenakan Sensor Kapasitif lebih kuat, tahan lama dan mudah digunakan serta harga yang relatif lebih murah dari sensor resistif. Ponsel-ponsel pintar saat ini telah banyak yang menggunakan teknologi ini karena juga menghasilkan respon yang lebih akurat.

    Berbeda dengan Sensor Resistif yang menggunakan tekanan tertentu untuk merasakan perubahan pada permukaan layar, Sensor Kapasitif memanfaatkan sifat konduktif alami pada tubuh manusia untuk mendeteksi perubahan layar sentuhnya. Layar sentuh sensor kapasitif ini terbuat dari bahan konduktif (biasanya Indium Tin Oxide atau disingkat dengan ITO) yang dilapisi oleh kaca tipis dan hanya bisa disentuh oleh jari manusia atau stylus khusus ataupun sarung khusus yang memiliki sifat konduktif.

    Pada saat jari menyentuh layar, akan terjadi perubahaan medan listrik pada layar sentuh tersebut dan kemudian di respon oleh processor untuk membaca pergerakan jari tangan tersebut. Jadi perlu diperhatikan bahwa sentuhan kita tidak akan di respon oleh layar sensor kapasitif ini apabila kita menggunakan bahan-bahan non-konduktif sebagai perantara jari tangan dan layar sentuh tersebut.

Sensor Resistif

    Tidak seperti sensor sentuh kapasitif, sensor sentuh resistif ini tidak tergantung pada sifat listrik yang terjadi pada konduktivitas pelat logam. Sensor Resistif bekerja dengan mengukur tekanan yang diberikan pada permukaannya. Karena tidak perlu mengukur perbedaan kapasitansi, sensor sentuh resistif ini dapat beroperasi pada bahan non-konduktif seperti pena, stylus atau jari di dalam sarung tangan.

    Sensor sentuh resistif terdiri dari dua lapisan konduktif yang dipisahkan oleh jarak atau celah yang sangat kecil. Dua lapisan konduktif (lapisan atas dan lapisan bawah) ini pada dasarnya terbuat dari sebuah film. Film-film umumnya dilapisi oleh Indium Tin Oxide yang merupakan konduktor listrik yang baik dan juga transparan (bening).

    Cara kerjanya hampir sama dengan sebuah sakelar, pada saat film lapisan atas mendapatkan tekanan tertentu baik dengan jari maupun stylus, maka film lapisan atas akan bersentuhan dengan film lapisan bawah sehingga menimbulkan aliran listrik pada titik koordinat tertentu layar tersebut dan memberikan signal ke prosesor untuk melakukan proses selanjutnya.

        Dalam keadaan IDLE output yang dihasilkan adalah LOW (konsumsi daya sangat kecil) sedangkan saat ada jari yang menyentuh modul ini output yang dihasilkan adalah HIGH. Jika tidak ada aktifitas lebih dari 12 detik maka modul otomatis akan kembali ke mode IDLE (hemat daya).

        Modul dapat dipasang di belakang permukaan plastik, kaca dan bahan non-logam lainnya untuk menutupi permukaan sensor. Selain itu, jika kita dapat mengatur posisi yang tepat untuk sentuhan, kita juga dapat menyembunyikannya di dalam dinding, meja dan bagian tombol tersembunyi lainnya.

 

Ketika jari menyentuh bagian sensor, modul menghasilkan sinyal high.

a. Arus Output Pin Sink (@ VCC 3V, VOL 0.6V): 8mA

b. Arus Output pin pull-up (@ VCC=3V, VOH=2.4V): 4mA

c. Waktu respon (low power mode): max 220ms

1. Dalam keadaan normal, modul menghasilkan sinyal low (hemat daya).

d. Waktu respon (touch mode): max 60ms Cara kerja:

4. Dilengkapi 4 lobang baut untuk memudahkan pemasangan

3. Jika tidak disentuh lagi selama 12 detik kembali ke mode hemat energi.

Kelebihan: - Konsumsi daya yang rendah

- Dapat menggantikan fungsi saklar tradisional

- Bisa menerima tegangan dari 2 ~ 5.5V D

Rumus Tegangan sentuh maksimal  

𝐸𝑆 = 𝐼𝑘( 𝑅𝑘 + 1.5 𝜌𝑠)

Ket:    𝐼𝑘 = Arus fibrilasi

          𝑅𝑘 = Nilai tahanan pada badan manusia 

          𝜌𝑠 = Tahanan Jenis tanah 

Grafik respon:

 

        Inti sensor pH pada permukaan bulbkaca yang memiliki kemampuan untuk bertukar ion positif (H+) dengan larutan terukur. Kaca tersusun atas molekul silicon dioksida dengan sejumlah ikatan logam alkali. Pada saat bulb kaca ini terekspos air, ikatan SiO akan berprotonasi membentuk tipis HsiO+ sesuai dengan reaksi tersebut. 

                          

 5.  Sensor Hujan / Rain sensor

Sensor Hujan FC-37 ini bilamana terkena hujan maka akan meningkatkan resistansinya sehingga tegangan output yang dikeluarkan oleh sensor ini akan semakin kecil bila tingkat intensitas hujan semakin tinggi.
Rain Sensor ini memiliki teori mendasar yang diambil dari Resistive Humadity Sensor, dimana sensor ini tersusun secara paralel dari konduktor-konduktor yang diletakan pada sebuah papan film pada jarak tertentu, dengan kata lain dengan tersusunnya konduktor-konduktor tersebut pada jarak yang telah ditentukan maka seolah-olah kita memberikan resistansi yang besar bagi arus listrik yang mengalir pada konduktor-konduktor tersebut, berdasarkan rumus V = IR, kita dapat memainkan tegangan dengan resistasi yang berubah-ubah tersebut. Bentuk gambar papan film seperti berikut :

Prinsip kerja dari Film board ini
Ketika konduktor-konduktor yang tersusun secara paralel tersebut terkena mengenai air, maka arus listrik yang mengalir akan lebih mudah dibandingkan tidak ada air, karena celah-celah yang diberikan kepada konduktor-konduktor tersebut berkurang sehingga resistanis yang awalnya cukup besar menjadi berkurang sesuai dengan kadar air yang tersentuh konduktor-konduktor papan film tersebut
Semakin banyak air yang tersentuh oleh konduktor-konduktor papan film tersebut, maka semakin kecil pula resistansinya, sehingga berdasarkan Hukum Khirchoff :
V = I . R
           Tegangan yang dihasilkan semakin kecil, dan begitu sebaliknya.
Grafik Sensor



   Grafik diatas merupakan invers output dari sensor hujan sebelum masuk ke converter digital



        Grafik diatas menunjukkan bahwa Output dari sensor yang telah dikonversikan ke sinyal digital, pada hujan ringan dengan 400cc/menit dan untuk hujan biasa berupa 900cc/menit.


Apabila tingkat intensitas tegangan hujan semakin kecil, maka resistansinya meningkat dan tegangan ouput semakin besar.

6.  sensor suhu Ds18b20
    Sensor Suhu DS18B20 adalah
sebuah sensor suhu digital one wire atau hanya membutuhkan 1 pin jalur data
komunikasi. Setiap sensor DS18B20 memiliki nomor seri 64-bit yang unik yang
berarti kita dapat menggunakan banyak sensor pada bus daya yang sama (banyak
sensor terhubung ke GPIO yang sama). Hal tersebut sangat berguna untuk logging
data pada proyek pengontrolan suhu. DS18B20 adalah sensor yang bagus karena
murah, akurat, dan sangat mudah digunakan.
            DS18B20 menyediakan 9 hingga 12-bit hasil pembacaan.
Jumlah bit tersebut dapat di konfigurasi. Hasil pembacaan dikirim ke atau dari
DS18B20 melalui antarmuka one wire. Power yang dibutuhkan untuk membaca,
menulis, dan melakukan konversi suhu dapat diturunkan dari jalur data itu
sendiri tanpa memerlukan sumber daya eksternal. Berdasarkan keterangan dari
datasheet, sensor ini memiliki rentang pengukuran suhu dari mulai -55 derajat
Celcius sampai dengan +125 derajat Celcius dengan akurasi kurang lebih 0,5 derajat
celcius dari -10 derajat celcius sampai +85 derajat celcius. 
 
Cara Kerja Sensor DS18B20
Sensor suhu digital DS18B20 bekerja dengan prinsip
konversi suhu menjadi sinyal listrik.
Proses kerjanya meliputi:
            Inisialisasi:
Sensor DS18B20 diinisiasi oleh perangkat host (seperti mikrokontroler) melalui
antarmuka bus 1-Wire.
Konversi Suhu: Ketika menerima perintah “konversi
suhu”, sensor DS18B20 akan memulai konversi suhu menjadi nilai digital. Proses
ini memakan waktu sekitar 750 ms.
            Penyimpanan
dan Pembacaan Data: Nilai suhu digital yang terkonversi disimpan dalam memori
internal sensor. Perangkat host dapat membaca data suhu ini dengan mengirimkan
perintah “baca suhu”.
Kompensasi Kesalahan: Sensor DS18B20 memiliki fitur
kompensasi kesalahan untuk mengoreksi kesalahan pengukuran suhu yang disebabkan
oleh faktor-faktor seperti variasi tegangan suplai dan perubahan suhu
lingkungan.
            Mode
Daya Rendah: Sensor DS18B20 dapat beroperasi dalam mode daya rendah untuk
menghemat daya baterai. Dalam mode ini, sensor hanya akan melakukan konversi
suhu secara berkala sesuai dengan pengaturan yang ditentukan oleh perangkat
host.
 
Spesifikasi Teknis DS18B20
            DS18B20
merupakan sensor suhu digital yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi.
Sensor ini bekerja dengan prinsip konversi suhu ke tegangan, di mana nilai
tegangan output sebanding dengan suhu.
 
DS18B20 memiliki spesifikasi teknis sebagai
berikut:
1.      Rentang pengukuran suhu: -55°C hingga +125°C
2.      Akurasi: ±0,5°C (pada jangkauan -10°C hingga +85°C)
3.      Resolusi: 9 bit hingga 0,125°C
4.      Antarmuka: 1-Wire (hanya satu pin data)
5.      Daya kerja: 3,3V atau 5V (konfigurasi 3-kawat)
6.      Konsumsi daya: 10μA dalam mode konversi suhu












































7.      Waktu konversi: 0,75 hingga 250ms, tergantung pada
resolusi

gGrafik respon Sistem


    Grafik
respon sistem sensor suhu seperti DS18B20 dan LM35 menunjukkan bagaimana
sensor-sensor ini mendeteksi dan melaporkan perubahan suhu dari waktu ke waktu.
Pada sumbu horizontal (sumbu X), grafik menampilkan waktu, sementara sumbu
vertikal (sumbu Y) menunjukkan suhu dalam satuan seperti derajat Celsius (°C).
Kurva pada grafik ini menggambarkan perubahan suhu, dengan periode stabil
menunjukkan suhu yang konstan dan periode perubahan menunjukkan kenaikan atau
penurunan suhu lingkungan. Respon waktu sensor ditunjukkan oleh seberapa cepat
kurva bereaksi terhadap perubahan suhu. Sensor dengan respon waktu yang cepat
akan menunjukkan perubahan suhu yang lebih cepat dan akurat pada grafik.
Misalnya, saat lingkungan dipanaskan, grafik akan menunjukkan kenaikan suhu
dengan kurva yang naik, dan sebaliknya saat lingkungan didinginkan, kurva akan
turun. Fluktuasi kecil pada grafik dapat menunjukkan variasi suhu lingkungan
yang disebabkan oleh faktor eksternal. Grafik respon ini sangat berguna untuk
memahami perubahan suhu dalam suatu lingkungan, mendeteksi anomali, dan
memantau performa sistem yang dikontrol oleh sensor suhu DS18B20 dan LM35.

7. Resistor

 

   Resistor merupakan komponen elektronika dasar yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian.Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Resistor memiliki simbol seperti gambar dibawah ini :

Simbol Resistor

      Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :

 

Dimana V adalah tegangan,  I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan.

Di dalam resistor, terdapat ketentuan untuk membaca nilai resistor yang diwakili dengan kode warna dengan ketentuan di bawah ini :

 

Sebagian besar resistor yang kita lihat memiliki empat pita berwarna . Oleh karena itu ada cara membacanya seperti ketentuan dibawah ini :

1. Dua pita pertama dan kedua menentukan nilai dari resistansi

2. Pita ketiga menentukan faktor pengali, yang akan memberikan nilai resistansi.

3. Dan terakhir, pita keempat menentukan nilai toleransi.

 

Rumus Resistor:

Seri : R_total = R₁ + R₂ + R₃ + ….. + R_n

Dimana :
Rtotal = Total Nilai Resistor
R₁ = Resistor ke-1
R₂ = Resistor ke-2
R₃ = Resistor ke-3
R_n = Resistor ke-n

Paralel: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + ….. + 1/R_n

Dimana :
R_total = Total Nilai Resistor
R₁ = Resistor ke-1
R₂ = Resistor ke-2
R₃ = Resistor ke-3
R_n = Resistor ke-n

8. Motor DC

DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion).

            Motor DC (Direct Current) adalah jenis motor listrik yang menggunakan arus searah (DC) untuk menghasilkan putaran. Motor ini mengubah energi listrik menjadi energi mekanik melalui prinsip elektromagnetik.

 

Prinsip Kerja:

            Motor DC bekerja berdasarkan interaksi antara medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik dalam kumparan atau angker (armature) dan medan magnet dari stator (bagian tetap). Ketika arus listrik mengalir melalui kumparan, medan magnet yang dihasilkan akan berinteraksi dengan medan magnet dari stator, menghasilkan gaya mekanik yang memutar rotor (bagian berputar).

 

Komponen Utama:

1.      Stator: Bagian tetap dari motor yang menyediakan medan magnet tetap. Stator bisa berupa magnet permanen atau elektromagnet.

2.      Rotor (Angker): Bagian berputar dari motor yang mengandung kumparan kawat. Arus listrik mengalir melalui kumparan ini, menghasilkan medan magnet.

3.      Komutator: Komponen yang berfungsi untuk mengubah arah arus listrik dalam kumparan rotor sehingga menghasilkan putaran yang berkelanjutan.

4.      Sikat (Brushes): Menghubungkan sumber listrik ke komutator, memungkinkan arus listrik mengalir ke rotor.

Jenis Motor DC:

1.      Motor DC Brush: Menggunakan sikat untuk mentransfer arus ke komutator dan rotor. Umumnya lebih sederhana, tetapi memerlukan pemeliharaan rutin karena sikat dapat aus.

2.      Motor DC Brushless: Tidak menggunakan sikat. Menggunakan elektronik untuk mengontrol arus yang mengalir melalui kumparan. Lebih efisien dan memerlukan lebih sedikit pemeliharaan dibandingkan motor brushed.

Pin 1 : Terminal 1

Pin 2: Terminal 2

 

Catatan: Masing masing terminal jika dipasang terbalik akan menghasilkan putaran yang terbalik juga

 

Spesifikasi : 

 

 

9. LCD

Liquid Crystal Display (LCD) adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi untuk menampilkan output sebuah sistem dengan cara membentuk suatu citra atau gambaran pada sebuah layar. Secara garis besar komponen penyusun LCD terdiri dari kristal cair (liquid crystal) yang diapit oleh 2 buah elektroda transparan dan 2 buah filter polarisasi (polarizing filter).

Gambar Penampang komponen penyusun LCD

Keterangan:

1. Film dengan polarizing filter vertical untuk memolarisasi cahaya yang masuk.

2. Glass substrate yang berisi kolom-kolom elektroda Indium tin oxide (ITO).

3. Twisted nematic liquid crystal (kristal cair dengan susunan terpilin).

4. Glass substrate yang berisi baris-baris elektroda Indium tin oxide (ITO).

5. Film dengan polarizing filter horizontal untuk memolarisasi cahaya yang masuk.

6. Reflektor cahaya untuk memantulkan cahaya yang masuk LCD kembali ke mata pengamat.

 

Sebuah citra dibentuk dengan mengombinasikan kondisi nyala dan mati dari pixel-pixel yang menyusun layar sebuah LCD. Pada umumnya LCD yang dijual di pasaran sudah memiliki integrated circuit tersendiri sehingga para pemakai dapat mengontrol tampilan LCD dengan mudah dengan menggunakan mikrokontroler untuk mengirimkan data melalui pin-pin input yang sudah tersedia.

 

 

9. Motor Servo

Motor servo adalah jenis motor listrik yang dirancang untuk memberikan output yang presisi dalam menyelesaikan pergerakan tertentu. Motor ini dilengkapi dengan kontroler yang memungkinkan presisi tinggi dalam mengatur posisi atau sudut rotor. Prinsip kerja motor servo didasarkan pada umpan balik atau feedback yang terus-menerus dari posisi rotor.

 Prinsip kerja motor servo:

 1. Umpan Balik (Feedback): Motor servo menggunakan sensor umpan balik, seperti potensiometer, enkoder, atau resolver, untuk terus memonitor posisi atau sudut rotor.

 2. Kontroler:

   - Kontroler servo menerima sinyal perintah untuk mencapai posisi tertentu.

   - Kontroler membandingkan posisi aktual (yang diberikan oleh sensor umpan balik) dengan posisi yang diminta.

 3. Error Signal:

   - Jika terdapat perbedaan antara posisi aktual dan yang diminta, tercipta sinyal kesalahan (error signal).

 4. Sinyal Penggerak (Drive Signal):

   - Kontroler menghasilkan sinyal penggerak yang disesuaikan berdasarkan error signal.

   - Sinyal penggerak mengontrol daya yang disuplai ke motor untuk mengoreksi perbedaan posisi.

 5. Pergerakan Presisi:

   - Motor servo merespons dengan mengubah posisi rotor untuk mengurangi error posisi.

   - Proses ini berlanjut sampai posisi yang diminta tercapai.

 

Motor servo sering digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan presisi tinggi, seperti robotika, peralatan CNC (Computer Numerical Control), peralatan audio profesional, dan banyak lagi. Keunggulan motor servo meliputi kemampuan untuk mengontrol kecepatan, torsi, dan posisi dengan sangat presisi, membuatnya ideal untuk aplikasi yang memerlukan akurasi dan kontrol yang tinggi.

 

10. Driver Motor L293D

IC L293D adalah IC yang didesain khusus sebagai driver motor DC dan dapat dikendalikan dengan rangkaian TTL maupun mikrokontroler. Motor DC yang dikontrol dengan driver IC L293D dapat dihubungkan ke ground maupun ke sumber tegangan positif karena di dalam driver L293D sistem driver yang digunakan adalah totem pool. Dalam 1 unit chip IC L293D terdiri dari 4 buah driver motor DC yang berdiri sendiri sendiri dengan kemampuan mengalirkan arus 1 Ampere tiap drivernya. Sehingga dapat digunakan untuk membuat driver H-bridge untuk 2 buah motor DC. Konstruksi pin driver motor DC IC l293D adalah sebagai berikut.

Konstruksi Pin Driver Motor DC IC L293D

 

Fungsi Pin Driver Motor DC IC L293D

1.               Pin EN (Enable, EN1.2, EN3.4) berfungsi untuk mengijinkan driver menerima perintah untuk menggerakan motor DC.

2.               Pin In (Input, 1A, 2A, 3A, 4A) adalah pin input sinyal kendali motor DC 

3.               Pin Out (Output, 1Y, 2Y, 3Y, 4Y) adalah jalur output masing-masing driver yang dihubungkan ke motor DC 

4.               Pin VCC (VCC1, VCC2) adalah jalur input tegangan sumber driver motor DC, dimana VCC1 adalah jalur input sumber tegangan rangkaian kontrol dirver dan VCC2 adalah jalur input sumber tegangan untuk motor DC yang dikendalikan. 

5.               Pin GND (Ground) adalah jalu yang harus dihubungkan ke ground, pin GND ini ada 4 buah yang berdekatan dan dapat dihubungkan ke sebuah pendingin kecil.

Feature Driver Motor DC IC L293D Driver motor DC IC L293D memiliki feature yang lengkap untuk sebuah driver motor DC sehingga dapat diaplikasikan dalam beberapa teknik driver motor DC dan dapat digunakan untuk mengendalikan beberapa jenis motor DC. Feature yang dimiliki driver motor DC IC L293D sesuai dengan datasheet adalah sebagai berikut :

·         - Wide Supply-Voltage Range: 4.5 V to 36 V

·         - Separate Input-Logic Supply

·         - Internal ESD Protection

·         - Thermal Shutdown

·         -  High-Noise-Immunity Inputs

          - Functionally Similar to SGS L293 and SGS L293D

·         - Output Current 1 A Per Channel (600 mA for L293D)

·         - Peak Output Current 2 A Per Channel (1.2 A for L293D)

·         - Output Clamp Diodes for Inductive Transient Suppression (L293D)

Rangkaian Aplikasi Driver Motor DC IC L293D

Pada gambar driver IC L293D diatas adalah contoh aplikasi dari keempat unit driver motor DC yang dihubungkan secara berbeda sesuai dengan keinginan dan kebutuhan.

5. Percobaan

[kembali]

     a. Prosedur

1.                       1. Persiapan Komponen

• Hubungkan sensor water level ,rain sensor , touch sensor, pH sensor, dan sensor suhu , ke Arduino Master
• Hubungkan LCD Display, driver motor L293D, motor servo, dan buzzer sesuai Program ke Arduino Slave
• Hubungkan pompa air ke L293D dan baterai.

2.                     2. Unggah Kode

Upload kode Arduino Master dan kode Arduino Slave

3.                     3. Pengujian

Verifikasi fungsi masing-masing sensor dan aktuator:

• Water Level   : Uji kontrol pompa. dan pembacaan serta tampilan di LCD
• Rain Sensor   : Uji aktivasi buzzer.
• Touch Sensor : Uji kontrol motor servo.
• pH                 : Uji kontrol motor servo dan pembacaan serta tampilan di LCD
• Suhu              : Cek pembacaan dan tampilan di LCD.

4.                     4. Uji Integrasi

Jalankan sistem penuh, simulasikan kondisi lingkungan, dan periksa respon keseluruhan.

     b. Hardware

     c. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

Rangkaian Simulasi

        Prinsip Kerja :

1. Pada demo projek  yang bertujudul Sistem Kontrol Budidaya Ikan lele ini mengunakan beberapa komponen baik itu sensor ataupun actuator. Prinsip kerja dari rangkaianya seperti berikut

1.   1.   Sensor Touch.

            Sensor touch berfungsi untuk memberi pakan otomatis untuk lele dimana dengan output berupa motor servo yang bergerak dengan dejarat tertentu sehinga kotak pakan atau tempat pakan dari ikan lele otomatis terbuka atau tertutup tergantung aktif atau tidaknya sensor. Prinsip kerjanya yaitu : Jika Touch sensor berlogika 1 maka Motor Servo akan berputar 90 derajat sehingga tempat pakan terbuka secara otomatis dan, jika Touch sensor berlogika 0 maka Motor Servo akan kembali seperti semula atau posisi awal dan tempat pakan tertutup.

2.      2.  Sensor Rain

            Sensor Rain berfungsi untuk medeteksi adanya kebocaran pada kolam ikan lele dengan ditandai dengan ada bunyi dari buzzer. Dimana jika Rain sensor berlogika 1  atau air mengenai rain sensor maka  rain sensor akan medeteksi adanya kebocoran dan mengirimkan sinyal ke Arduino slave dan Arduino mengirimkan output ke buzzr yang akan menghidupkan buzzer sesuai yang telah deprogram dan Jika Rain sensor berlogika 0 maka buzzer akan mati yang berarti tidak ada kebocoran pada kolam lele

3.      3.Water level

Water level berfungsi untuk mengukur ketiggian dari air kolam dari ikan lele. Dimana jika air tidak berada pada ketinggian yang telah di program makan akan menghindupkan motor yang menandakan pompa air akan hidup otomatis. Prinsip kerjanya yaitu jika Water Level sensor mendeteksi air melewati ambang batas yang ditentukan, maka menghidupkan Pompa otomatis sehingga air pada kolam terisi kembali  dan pada tampilan LCD akan menuliskan Ketinggian air yang dideteksi atau menampilkan “air habis”. Jika Water sensor mendeteksi air tidak melewati ambang batas maka pompa air akan mati dan pada tampilan LCD akan menampilkan “air cukup” yang mendakan ketinggian air kolam ikan sudah cukup atau sudah terpenuhi sesuai program. Dimana pada program nilai ambang batas atau threshold yang kita atur yaitu 150 dimana jika kecil dari 150 maka air habis atau menghidupkan motor dan sebaliknya.

4.      4.Sensor Ph

            Sensor Ph pada system ini berfungsi untuk mendeteksi tingkat ph air dari kolam lele dimana dengan prinsip kerja : jika pH sensor mendeteksi pH melebihi ambang batas normal atau besar dari 7 (bersifat basa) maka motor Servo akan berputar 90 derajat dan pada tampilan LCD akan menuliskan nilai dari pH yang terdeteksi. Jika pH sensor mendeteksi pH kurang dari  ambang batas normal  atau kecil dari 6 (bersifat asam )maka Motor  Servo akan berputar 45 derajat dan pada tampilan LCD akan menuliskan nilai dari pH yang terdeteksi. Jika pH sensor mendeteksi pH di batas Normal maka Motor Servo akan ke posisi semula dan pada tampilan LCD akan menuliskan nilai dari pH yang terdeteksi.

5.      5.Sensor Suhu (DS18b20)

            Sensor pada system berfungsi untuk menentukan nilai suhu pada air kolam lele. Dimana Jika sensor Suhu mendeteksi suhu diatas ambang batas (besar dari 27 C) maka motor DC akan berputar untuk menggerakkan sliding net ke posisi menutupi kolam serta pada tampilan LCD akan menunjukkan suhu yang di deteksi oleh sensor. jika sensor suhu mendeteksi suhu normal dan kebawahnya, maka motor DC akan berputar untuk menggerakkan sliding net ke posisi terbuka serta pada tampilan LCD akan menunjukkan suhu yang dideteksi oleh sensor.

     d. Flowchart

    MASTER

     SLAVE

     e. Video Demo

a. simulasi proteus

b. demo

     f. Link Download

File Rangkaian Klik Disini

HTML File Klik Disini

DataSheet PH Sensor Klik Disini

DataSheet Water Sensor Klik Disini 

DataSheet Suhu Sensor Klik Disini 

DataSheet Rain Sensor  Klik Disini 

DataSheet Touch Sensor Klik Disini 

DataSheet Motor DC Klik disini 

DataSheet Motor Servo Klik disini

DataSheet LCD Klik disini

DataSheet Arduino Uno Klik disini

DataSheet Baterai Klik Disini

DataSheet L293D Klik Disini

library ph sensor Klik disini

library waterlevel Klik disini

library touch sensor Klik disini

library rain sensor Klik disini

Video Demo Klik Disini

 Video Simulasi Klik disini

Softcopy Laporan Klik disini