Pengatur Debit Air

¹Dimas Rangga W,²Hadi Hannar W,³Muh. Akromal Huda, ⁴Samuel Beta K

¹Penulis, MahasiswaJurusanTeknikElektronikaPoliteknikNegeri Semarang

⁴Dosen Pembimbing, StafPengajarJurusanTeknikElektronikaPoliteknikNegeri Semarang

PoliteknikNegeri Semarang

Electronics Engineering State Polytechnic of Semarang

Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang
Jln. Prof. Sudarto S.H.  50275 INDONESIA

¹drangga50@gmail.com,²hannarwityatmo@gmail.com,³akromalhuda@yahoo.com

Intisar- Sumber daya yang paling di butuh oleh manusia adalah air, manusia tidak akan lepas dari ketergantungan air. Dengan banyak populasi manusia terkadang lupa akan batas konsumsi air setiap hari. Utuk membatasi konsumsi air ini mengunakan. Dalam penulisan jurnal ini akan digunakan sensor water flow dan mengunakan motor stepper sebai pengendali debit aliran air pada penanampubngan air masal maupun dalam skala kecil. Sensor water flowsebagai masukannyayang berfungsi sebagai pembacaan besar nya debit air berupa tegangan dan duty cycle yang secara otomatis akan dihubungkan dengan motor stepperuntuk memutar pintu air sehingga air  dapat terkendali sesuai program dan dijalankan pada modul arduino uno.

Kata kunci— sensor water flow, debit air, motor stepper, otomatis, arduino uno

Abstract-Resource most in need by humans is water, humans would not be separated from the water dependency. With a lot of the human population would sometimes forget limit water consumption each day. Weeks to limit the consumption of this water use. In writing this journal will be used and the water flow sensor uses a stepper motor controller Sebai penanampubngan flow rates on the mass of water and a small scale. Water flow sensor as input which serves as its great readability of water discharge in the form of voltage and duty cycle that will automatically be connected with the stepper motor to rotate the floodgates so that the water can be controlled according to program and run on the Arduino Uno module.

Keywords-sensor water flow, water flow, stepper motors, automatic, arduino uno.

 

I.      pendahuluan

Debit air pada suatu saluran air sering kali tidak terfikirkan oleh orang awam, padahal dari debit air inilah kemudian  orang akan bisa mengalirkan air secara cepat. Saat ini banyak orang yang mengatur debit air dengan cara yang berbeda-beda, namun mayoritas masih menggunakan sistem manual. Oleh karena itu, perlu dibuat sebuah alat yang bisa bekerja secara otomatis, sehingga dapat mempermudah  dalam pengaturan debit air. Untuk itu, perlu adanya upaya untuk merealisasikan perancangan alat untuk mengatur debit air yang cara kerjanya menggunakan sistem otomatis. Dan setelah  terealisasi diharapkan nantinya akan memberikan manfaat untuk masyarakat.

II.   Perumusanmasalah

Berdasarkanlatarbelakangdiatasakanditentukanbeberaparumusanmasalahyaitu

1.       Apakahalat yang digunakanuntukmengaturdebit air secara otomatis?

2.       Apakahfungsidarialattersebut?

3.       Bagaimana program yang digunakanuntukmengaturmasukandankeluaran?

4.       Bagaimanahasil yang didapatkanalat?

Adapun yang membatasialatiniadalah

1.       Alatinidapatberfungsipadaderajatangka tertentusesuaidenganpengaturanawal

2.       Input yang dapatdigunakanhanya 5 Volt

3.       Hanyamenggunakanmasukan sensor water flow dankeluaranmotor stepper yang dihubungkandenganpintu air.

III. Metodologi

Target proyekinimenjalankan program yang dapatdiimplementasikanlangsungterhadapalat.Langkah-  langkahpembuatanProyekArduinodapatdidefinisikansebagaiberikut :

1.       Studi pustaka alat dan bahan

2.       Perancangan perangkat lunak dan program

3.       Implementasi program,

4.       Pengujian perangkat lunak dan perangkat keras

5.       Analisa

6.       Laporan

A.   TinjauanPustaka

a) Arduino Uno

Arduino Uno adalah piranti mikrokontroler menggunakan ATmega328 , merupakan penerus Arduino Duemilanove. Arduino Uno memiliki 14 Pin input/output digital (dimana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. 

(i)

(ii)

Gambar (i) merupakan gambar Arduino Uno tampak dari depan, sedangkan gambar (ii) merupakan gambar arduino dilihat dari baliknya.

Arduino juga mempunyai compiler sendiri, bahasa pemrograman yang dipakai adalah C/C++ tetapi sudah menggunakan konsep pemrograman berbasis objek / OOP (Object Oriented Programing).

b) Water Flow Sensor

          Water Flow sensor terdiri dari tubuh katup plastik, rotor air, dan sensor efek hall. Ketika air mengalir melalui, gulungan rotor-rotor.Kecepatan perubahan dengan tingkat yang berbeda aliran. Sesuai sensor efek hall output sinyal pulsa. Kelebihan sensor ini adalah hanya membutuhkan 1 sinyal (SIG) selain jalur 5V dc dan Ground.

(i)

(ii)

(iii)

Gambar (i)adalah gambar Fisik dan skematik instalasi Water Flow Sensor, Gambar (ii)adalahgambar Mechanic Dimensi Water Flow sensor, dan Gambar (iii)adalah gambar Komponen sensor.

Spesifikasi sensor

a. Bekerja padategangan5V DC-24VDC

b. Arus Maksimum saat ini15 mA(DC5V)

c. Berat sensor43 g

d. Tingkat Aliranrentang 0,5~ 60L / menit

e. SuhuPengoperasian 0°C~ 80°

f. Operasikelembaban35%~ 90% RH

g. Operasitekanan bawah1.75Mpa

h. Store temperature -25°C~+80°

i. Store humidity 25%~90%RH

Water flow sensor ini terdiri atas katup plastik, rotor air, dan sebuah sensor hall-effect.Prinsip kerja sensor ini adalah dengan memanfaatkan fenomena efek Hall. Efek Hall ini didasarkan pada efek medan magnetik terhadap partikel bermuatan yang bergerak. Ketika ada arus listrik yang mengalir pada divais efek Hall yang ditempatkan dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus arus listrik, pergerakan pembawa muatan akan berbelok ke salah satu sisi dan menghasilkan medan listrik. Medan listrik terus membesar hingga gaya Lorentz yang bekerja pada partikel menjadi nol. Perbedaan potensial antara kedua sisi divais tersebut disebut potensial Hall. Potensial Hall ini sebanding dengan medan magnet dan arus listrik yang melalui divais.

c) Motor stepper

Motor stepper adalah motor yang digunakan sebagai penggerak/pemutar. Prinsip kerja motor stepper mirip dengan motor DC, sama-sama dicatu dengan tegangan DC untuk memperoleh medan magnet. Bila motor DC memiliki magnet tetap pada stator, motor stepper mempunyai magnet tetap pada rotor. Motor stepper dinyatakan dengan spesifikasi : “berapa phasa “, “berapa derajat perstep”, “berapa volt tegangan catu untuk tiap lilitan” dan ”berapa ampere/miliampere arus yang dibutuhkan untuk tiap lilitan”. Motor stepper tidak dapat bergerak sendirinya, tetapi bergerak secara per-step sesuai dengan spesifikasinya, dan bergerak dari satu step ke step berikutnya memerlukan waktu, serta menghasilkan torsi yang besar pada kecepatan rendah. Motor stepper juga memiliki karakteristik yang lain yaitu torsi penahan, yang memungkinkan menahan posisinya. Hal ini sangat berguna untuk aplikasi dimana suatu sistem memerlukan keadaan start dan stop.

Motor stepper tidak merespon sinyal clock dan mempunyai beberapa lilitan dimana lilitan-lilitan tersebut harus dicatu (tegangan) dahulu dengan suatu urutan tertentu agar dapat berotasi. Membalik urutan pemberian tegangan tersebut akan menyebabkan putaran motor stepper yang berbalik arah. Jika sinyal kontrol tidak terkirim sesuai dengan perintah maka motor stepper tidak akan berputar secara tepat, mungkin hanya akan bergetar dan tidak bergerak. Untuk mengontrol motor stepper digunakan suatu rangkaian driver yang menangani kebutuhan arus dan tegangan.

Karakteristik dari motor stepper menurut Trianto adalah sebagai berikut:

a.        Tegangan

Tiap motor stepper mempunyai tegangan rata-rata yang tertulis pada tiap unitnya atau tercantum pada datasheet masing-masing motor stepper. Tegangan rata-rata ini harus diperhatikan dengan seksama karena bila melebihi dari tegangan rata-rata ini akan menimbulkan panas yang menyebabkan kinerja putarannya tidak maksimal atau bahkan motor stepper akan rusak dengan sendirinya.

b.        Resistansi

Resistansi per lilitan adalah karakteristik yang lain dari motor stepper. Resistansi ini akan menentukan arus yang mengalir, selain itu juga akan mempengaruhi torsi dan kecepatan maksimum dan motor stepper.

c.        Derajat per step

Derajat per step adalah faktor terpenting dalam pemilihan motor stepper sesuai dengan aplikasinya. Tiap-tiap motor stepper mempunyai spesifikasi masing-masing, antara lain: 0.72° per step, 1.8° per step, 3.6° per step, 7.5° per step, 15° per step, dan bahkan ada yang 90° per step. Dalam pengoperasiannya kita dapat menggunakan 2 prinsip yaitu full step atau half step. Dengan full step berarti motor stepper berputar sesuai dengan spesifikasi derajat per stepnya, sedangkan half step berarti motor stepper berputar setengah derajat per step dari spesifikasi motor stepper tersebut.

Motor stepper dibedakan menjadi dua kategori besar yaitu: magnet permanen dan reluktansi variabel. Tipe magnet permanen terbagi menjadi dua motor stepper yaitu motor stepper unipolar dan bipolar.

Motor stepper unipolar sangat mudah untuk dikontrol dengan menggunakan rangkaian counter ‘-n’. Motor stepper unipolar mempunyai karakteristik khusus yaitu berupa lilitan center-tapped dan 1 lilitan sebagai common. Lilitan common akan mencatu tegangan pada center-tapped dan sebagai ground adalah rangkaian drivernya.

Motor stepper unipolar dapat dikenali dengan mengetahui adanya lilitan center-tapped. Jumlah phase dan motor stepper adalah dua kali dan jumlah koilnya. Umumnya pada motor stepper unipolar terdapat dua buah koil.

(i)

Gambar(i) adalah gambar Susunan koil motor stepper unipolar

(ii)

Gambar (ii) adalah gambar Pola 1-phase putaran motor stepper unipolar

Pada prinsipnya ada dua macam cara kerja motor stepper unipolar, yaitu full-step dan half-step. Terlihat pada Tabel 2.3.dan Tabel 2.4.

	FULLSTEP
	Tegangan yang di berikan pada lilitan
	Arah putar searah jarum jam				Arah putar melawan jarum jam
	L3	L2	L1	L0	L3	L2	L1	L0
1	1	0	0	0	0	0	0	1
2	0	1	0	0	0	0	1	0
3	0	0	1	0	0	1	0	0
4	0	0	0	1	1	0	0	0

(iii)

Gambar (iii) adalah gambar Pemberian tegangan untuk operasi full-step.

B.    PerencanaanSistem

Pada system ini perlu memasang beberapa komponen untuk merangkainya. Utuk simulasi komponen motor stepper di gunakan untuk mengerakan kran air ataupun pintu air yang di pasangkan setelah bak penampungan air atau tandon. Rangkaian Arduino di pasang terpisah dari output sebagai masukan pulsa menggerakan motor stepper. Untuk pengendalian atau memantau besarnya debit atau pun derasnya aliran air pasang waterflow pada ujung aliran pipa air keluaran dari waterflow berupa tegangan mengubah duty cycle terhadap proses Arduino.

C.    MekanismeKerjaSistem

Cara kerja alat pada intinya adalah mengatur tekanan air.Untuk simulasinya air dari bak penampungan di alirkan ke suatu wadah atau tempat yang mungkin menggunakan sambungan pipa yang komplek. Menggunakan pompa air sebagai penekan tekanan air semakin besar tekanan air maka sensor waterflow akan memberikan inputan motor stepper melalui Arduino untuk menggerakan kran berputar sedikit menutup kran, juga sebaliknya jika tekanan air rendah maka motor stepper bergerak memutar kran terbuka.

D.    Pembuatan Program

Pada pembuatan program dilakukan secara bertahap, yaitu dari satu komponen ke komponen yang lain. Yang pertama adalah pembuatan program untuk menjalankan komponen input, setelah komponen input berjalan, dilanjutkan dengan membuat program untuk menjalankan komponen output, dan setelah komponen output berjalan, akan dilanjutkan dengan mebuat program untuk menjalankan komponen input dan output secara bersamaan dan ke semua program akan dijalankan melalui Arduino uno.

(i)

Keterangan :

Gambar (i) merupakan Diagram Alir dari rangkaian dimana menerangkan tentang proses dari cara kerja alat atau  rangkaian

IV.  PENGUJIAN DAN ANALISA

A.    Hasil Pengujian

 

 

 (i)

Gambar (i) adalah program utama yang telah dijalankan ke Arduino.

Aksi	Nilai
Berhenti	0
Berhenti	10
putar kiri	11
putar kiri	200
Berhenti	201
Berhenti	1000
putar kanan	1001
putar kanan	3000

.

(ii)

Gambar (ii) adalahTabel kerja dari alat yang telah  di jalankan secara keseluruhan.

(ii)

Gambar (ii) adalahGrafik kerja dari alat yang telah  di jalankan secara keseluruhan.

V.  Penutup

A.    Kesimpulan

Dari proyek yang kita buat dapat disimpulkan :

1.       Alat yang dibuat bekerja secara otomatis dan menggunakan bahasa pemrograman yang diterapkan pada arduin uno. alat ini bekerja untuk mengatur debit air secara otomatis.

B.    Saran

1.       Alat ini bisa diterapkan di kehidupan sehari-hari karena dapat membantu masyarakat untuk mengatur debit air yang digunakan, sehingga air yang dikeluarkan bisa sesuai yang dibutuhkan dan tidak akan membuang air dengan sia-sia.

Referensi

[1]       Arduino.cc/en/reference/int diakses tanggal 3 Desember 2013

[2]       Arduino.cc/en/reference/float  diakses tanggal 5 Desember 2013

[3]       Arduino.cc/en/reference/void diakses tanggal 6 Desember 2013

[4]       Arduino.cc/en/reference/serial diakses tanggal 8 Desember 2013

[5]       Arduino.cc/en/reference/pinMode diakses tanggal 10 Desember 2013

[6]       Arduino.cc/en/reference/for diakses tanggal 12 Desember 2013

[7]       Arduino.cc/en/reference/digitalWrite diakses tanggal 15 Desember 2013

[8]       Arduino.cc/en/reference/stepper diakses tanggal 15 Desember 2013

[9]       Arduino.cc/en/reference/flow diakses tanggal 15 Desember 2013

Hadi Hannar Wiryatmo lahir di Semarangtanggal 30 April 1993.Telah menempuh pendidikan formal diSDN Bulusan 01 Semarang (lulus tahun 2005), SMPN 12 Semarang (lulus tahun 2008) dan SMKN 4 Semarang (lulus pada tahun 2011).Saat ini sedang menempuh pendidikan diploma (D3) di Politeknik Negeri Semarang (Polines) pada Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi085702114474 atau melalui e-mail : hannarwityatmo@gmail.comhannarwityatmo@gmail.com.

Dimas Rangga Wirawanlahir di Semarangtanggal 4Februari 1994.Telah menempuh pendidikan formal di SDN SOMPOK 03 Semarang (lulus tahun 2005), SMPN 8 Semarang (lulus tahun 2008) dan SMAN 11 Semarang (lulus pada tahun 2011).Saat ini sedang menempuh pendidikan diploma (D3) di Politeknik Negeri Semarang (Polines) pada Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 085741310270 atau melalui e-mail :drangga50@gmail.com

                           

Muh.Akromal Hudalahir di Kendal tanggal 5November 1992.Telah menempuh pendidikan formal di SDN 1 Pandes (lulus tahun 2004), SMPN 1 Gemuh (lulus tahun 2007) dan SMK Muhammadiyah 3 Weleri (lulus pada tahun 2010).Saat ini sedang menempuh pendidikan diploma (D3) di Politeknik Negeri Semarang (Polines) pada Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 089669369189 atau melalui e-mail: akromalhuda@yahoo.com.