12

BAB III

PERANCANGAN

Pada bab ini penulis menjelaskan mengenai perancangan dan realisasi

sistem 3P (Penenggelaman-Penirisan-Pengapungan) dalam pengembangan sistem

hidroponik Deep Water Culture (DWC).

3.1. Gambaran Alat

Sistem yang dirancang oleh penulis adalah perancangan dan realisasi sistem

3P (Penenggelaman-Penirisan-Pengapungan) dalam pengembangan sistem

hidroponik Deep Water Culture (DWC).

Sistem ini memiliki timer yang berfungsi untuk mengatur waktu yang sudah

ditentukan saat alat melakukan sistem 3P (Penenggelaman-Penirisan-

Pengapungan) yaitu saat penenggelaman dibutuhkan waktu selama 2 menit, saat

penirisan dibutuhkan waktu selama 1 menit dan saat pengapungan dibutuhkan

waktu selama 57 menit.

MIKROKONTROLER

MOTOR

PENGGERAK

NAIK TURUN

RELAY

RTC

SENSOR

PROXIMITY

INDUKTIF

DRIVER MOTOR

SOLENOID VALVE

INLET

RELAYSOLENOID VALVE

OUTLET

POWER SUPPLY

SENSOR

ULTRASONIK

Gambar 3.1. Blok diagram sistem.

13

3.2. Perancangan Perangkat Keras

Perangkat keras yang dirancang adalah sistem hidroponik yang kemudian

dikembangkan menjadi sistem 3P (Penenggelaman-Penirisan-Pengapungan)

dengan dimensi panjang × lebar × tinggi (100 × 50 × 100). Ada beberapa komponen

elektronik yang digunakan yaitu:

Mikrokontroler jenis Arduino Mega 2560.

Modul Real time clock

Modul Sensor ultrasonik SR04

Modul Sensor proximity induktif

Modul Relay

Modul Driver motor BTS7960

14

Gambar 3.2. Gambar Sketsa Sistem 3P

15

Gambar 3.3. Realisasi Perangkat Keras Sistem 3P

3.3. Perancangan Elektronika

Pada bagian ini menjelaskan mengenai perancangan elektronika yang

dipakai dalam sistem yang dibuat. Perancangan elektronika dalam pembuatan

sistem ini terdiri dari:

1. Mikrokontroler jenis Arduino Mega 2560 sebagai pengendali utama.

2. Modul Real time clock

3. Modul Sensor ultrasonik SR04

4. Modul Sensor proximity induktif

5. Modul Relay

16

6. Modul Driver motor BTS7960

7. Solenoid Valve

3.3.1. Pengendali Utama

Pengendali utama pada sistem ini menggunakan board Arduino Mega

2560 dengan IC mikrokontroler ATmega 2560. Sebagai pengendali utama,

tugas mikrokontroler antara lain:

1. Mengolah data yang didapat dari modul real time clock untuk

pewaktuan.

2. Mengolah data yang didapat dari modul sensor ultrasonik SR04 untuk

mengukur ketinggian air.

3. Mengelola data yang didapat dari modul sensor proximity induktif

untuk mengukur jarak naik turunnya panel tanaman.

4. Menghidupkan-matikan relay yang tersambung pada solenoid valve.

5. Mengoperasikan driver motor BTS7960 untuk mengatur kecepatan

putar motor.

Tabel 3.1. Konfigurasi pin mikrokontroler Arduino Mega 2560 yang

digunakan

Nama Port Terhubung

PORT 22 Terhubung dengan echo pada modul sensor ultrasonik SR04

PORT 23 Terhubung dengan trig pada modul sensor ultrasonik SR04

PORT SDA Terhubung dengan pin SDA modul RTC

PORT SCL Terhubung dengan pin SCL modul RTC

PORT A0 Terhubung dengan pin data pada sensor proximity induktif

PORT 5 Terhubung dengan modul motor driver BTS7960

PORT 4 Terhubung dengan modul motor driver BTS7960

PORT 24 Terhubung dengan modul relay

PORT 25 Terhubung dengan modul relay

17

Gambar 3.4. Skema Rancangan Pengendali Utama.

Keterangan gambar:

1. Modul Relay

2. Modul Driver Motor BTS7960

3. Modul Real Time Clock (RTC)

4. Projectboard

5. Mikrokontroler Arduino Mega 2560

6. Modul Sensor Proximity Induktif

7. Modul Sensor Ultrasonik SR04

18

3.3.2. Modul Sensor Ultrasonik SR04

Pada tugas akhir ini menggunakan sensor ultrasonik SR04 sebagai

pengecekan jarak yang dibutuhkan saat pengisian air. Pada skripsi ini

menggunakan sensor ultrasonik SR04 karena penggunaannya yang cukup

mudah dan ketersediaannya yang cukup mudah ditemukan di toko elektronik.

Berikut skema konfigurasi pin modul sensor ultrasonic SR04 dengan

Arduino Mega 2560.

Gambar 3.5. Wiring modul sensor ultrasonik SR04.

19

3.3.3. Real Time Clock

Real time clock (RTC) pada tugas akhir ini digunakan untuk mengatur

waktu yang sudah ditentukan saat alat melakukan sistem 3P (Penenggelaman-

Penirisan-Pengapungan) yaitu saat penenggelaman dibutuhkan waktu selama 2

menit, saat penirisan dibutuhkan waktu selama 1 menit dan saat pengapungan

dibutuhkan waktu selama 57 menit. Data waktu yang tersimpan dalam RTC

diolah oleh mikrokontroler sebagai acuan untuk pewaktuan.

Berikut skema konfigurasi pin antara modul RTC dengan Arduino

Mega 2560.

Gambar 3.6. Wiring modul real time clock (RTC).

20

3.3.4. Modul Sensor Proximity Induktif

Sensor proximity induktif pada tugas akhir ini digunakan untuk

mengukur jarak ketinggian panel tanaman saat melakukan penenggelaman,

penirisan, pengapungan. Sensor yang digunakan memiliki keterbatasan dengan

jarak ukur deteksi sekitar 0-4 milimeter.

Berikut skema konfigurasi pin antara modul sensor proximity induktif

dengan Arduino Mega 2560.

Gambar 3.7. Wiring Modul Sensor Proximity Induktif

21

3.3.5. Modul Driver Motor BTS7960

Driver motor BTS7960 digunakan pada skripsi ini untuk mengatur

kecepatan putar motor/mengkontrol PWM. Driver motor ini memiliki tegangan

sekitar 6V-27V dan arus maksimumnya sekitar 43A.

Gambar 3.8. Wiring Modul Driver Motor BTS7960

22

3.3.6. Modul Relay

Arduino Mega 2560 sebagai pengendali utama nantinya akan

mengendalikan modul relay yang terhubung ke solenoid valve. Relay akan

menghubung-putuskan tegangan AC dari PLN ke setiap solenoid valve.

Gambar 3.9. Wiring Modul Relay

23

3.4. Perancangan Perangkat Lunak

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak

yang digunakan pada tugas akhir ini.

3.4.1. Program Utama

START

INISIALISASI

MODE PENENGGELAMAN

SELAMA 2 MENIT

MODE PENIRISAN SELAMA

1 MENIT

MODE PENGAPUNGAN

SELAMA 57 MENIT

Gambar 3.10. Diagram Alir Perancangan Perangkat Lunak

Program Utama

Berikut adalah proses kerja dari mikrokontroler:

1. Pada saat sistem awal dihidupkan, semua sistem akan melakukan

inisialisasi awal.

24

2. Kemudian mikrokontroler akan menjalankan motor untuk

melakukan proses penenggelaman selama 2 menit, penirisan

selama 1 menit dan pengapungan selama 57 menit.

3. Setelah proses pengapungan selama 57 menit kemudian motor akan

mengulang kembali ke proses penenggelaman. Proses ini berjalan

selama 1 jam dan dilakukan selama 24 jam.

3.4.2. Interupsi Timer 1 jam untuk mengecek level air

INTERUPSI TIMER 1 JAM

CEK LEVEL AIR

APAKAH < 50CM ?

TUTUP INLET AIR BUKA INLET AIR

RETI

TIDAK

YA

Gambar 3.11. Diagram Alir Perancangan Perangkat Lunak

Interupsi Timer 1 jam

Berikut adalah proses kerja dari mikrokontroler:

1. Proses pertama interupsi timer 1 jam kemudian dilakukan

pengecekan level air.

25

2. Kemudian pengecekan apakah kurang dari level apung apa belum.

Jika kurang dari level apung maka mikrokontroler akan membuka

inlet untuk melakukan pengisian air. Jika tidak kurang dari level

apung maka mikrokontroler akan menutup inlet dan tidak

melakukan pengisian air.

3.4.3. Interupsi Timer 15 hari untuk mengganti air

INTERUPSI TIMER 15 HARI

BUKA OUTLET

TUTUP OUTLET AIR

BUKA INLET AIR

APAKAH LEVEL AIR < 50CM ?

TUTUP INLET

RETI

TIDAK

IYATIDAK

YA

APAKAH AIR SUDAH HABIS?

CEK LEVEL AIR

Gambar 3.12. Diagram Alir Perancangan Perangkat Lunak Interupsi Timer

15 Hari

Berikut adalah proses kerja dari mikrokontroler:

1. Pada saat sudah 15 hari maka outlet air akan terbuka dan membuang

air.

26

2. Kemudian melakukan pengecekan apakah air sudah habis atau

belum.

3. Jika air belum habis maka outlet air masih terbuka untuk melakukan

pembuangan air. Jika air sudah habis maka outlet air akan tertutup.

4. Kemudian dilakukan proses pengisian air dan mikrokontroler akan

membuka inlet air untuk melakukan pengisian air. Lalu akan

dilakukan pengecekan apakah level air kurang dari level apung atau

belum.

5. Jika level air kurang dari level apung maka inlet air masih membuka

untuk proses pengisian air dan jika level air sudah mencapai level

apung maka mikrokontroler akan menutup inlet air.