BAB III

PERANCANGAN SISTEM

3.1 Konsep Perancangan

Perancangan merupakan tahap yang penting dalam pembuatan alat pada

Tugas Akhir ini. Sebagai langkah awal perlu dirancang suatu sistem dan

mengetahui terlebih dahulu prinsip kerja peralatan yang akan dibuat sesuai dengan

yang diharapkan. Untuk itu maka diperlukan suatu bentuk diagram blok dari

rangkaian itu sendiri dalam suatu bentuk sistem yang lengkap.

Dalam hal ini, rancang bangun yang akan dibuat terdiri dari sensor gas,

komponen mikrokontroller, LCD, modem gsm serial, serta komponen-komponen

pendukung lainnya. Sehingga dengan membuat diagram blok tersebut dapat

mempermudah dalam perancangan rangkaian yang akan dibuat. Hubungan antara

masing-masing rangkaian dapat terlihat dengan mudah dan jelas.

3.2 Diagram Blok Rangkaian

Perancangan secara umum dari sistem monitoring pencemaran udara

berbasis mikrokontroler ATMega 8535 dengan menggunakan SMS ini dapat

dilihat pada blok diagram pada gambar 11. Rancang bangun perangkat keras

berkaitan dengan rangkaian sensor gas MQ-135, minimum sistem ATMega 8535,

display LCD 2x16 dan koneksi ke modem secara serial. Perancangan perangkat

lunak berkaitan dengan bahasa program Basic Compiler yang akan

41

42

mengendalikan alat. Diagram blok sistem monitoring secara umum dapat dilihat

pada gambar 11.

Gambar 11. Diagram Blok Sistem

Fungsi Tiap Blok :

1. Blok Sensor Gas MQ-135 : Sebagai input/data gas yang diukur

2. Block Catu Daya : Sebagai sumber tegangan

3. Blok ATmega 8535 : Sebagai pengkonversi data dari sensor

4. Blok LCD 2x16 : Sebagai penampil hasil pengukuran

5. Blok MAX232 : Sebagai pengkonversi data serial TTL

menjadi data serial RS232

6. Blok DB9 : Port serial sebagai interface ke Modem

7. Blok Modem GSM Serial : Pengirim data melalui SMS

8. Tower Cellular : Relay komunikasi cellular

9. Handphone (HP) : Penerima data berbentuk SMS

Sensor Gas MQ-135

Catu Daya

ATMega 8535

LCD 2x16

MAX 232 DB9Modem GSM Serial

HP

Tower Cellular

43

3.3 Prinsip Kerja Alat

Udara yang berada disekitar alat akan dideteksi oleh sensor gas MQ-135,

output yang dihasilkan oleh sensor ini berupa tegangan analog. Kemudian

tegangan analog tersebut dikonversi menjadi sinyal digital menggunakan Data

Analog Digital Converter (ADC) yang terdapat di kaki 33 – 40 mikrokontroler

ATMega 8535 sehingga dapat dibaca oleh program yang sudah di download ke

dalam mikrokontroler ATMega 8535 yaitu bahasa program Basic Compiler.

Selain membaca sinyal digital, bahasa program Basic Compiler ini juga berfungsi

untuk menampilkan hasil perhitungan tingkat kualitas udara yang didapat yang

ditampilkan melalui LCD 2x16.

Sinyal digital yang telah dibaca dan tersimpan pada mikrokontroler

ATMega 8535 yang berbentuk data serial TTL kemudian dikonversi menjadi data

serial RS232 menggunakan blok MAX232, dan dengan menggunakan blok DB9

yang merupakan Port serial sebagai interface antara blok max232 dengan Modem

GSM serial maka data tersebut dapat dikirim melalui modem gsm serial dalam

bentuk sms ke handphone.

44

Gambar 12. Rangkaian Keseluruhan Sistem Monitorng

3.4 Perancangan Perangkat Keras

3.4.1 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535

Rangkaian layout PCB sistem minimum Mikrokontroler ATMega 8535

dapat dilihat pada gambar 13. Rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali

dari seluruh sistem yang ada. Semua program diisikan pada memori dari IC ini

sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Pin 12 dan 13

dihubungkan ke XTAL 11.0592 MHz dan dua buah kapasitor 22 pF. XTAL ini

akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler ATMega 8535 dalam

mengeksekusi setiap perintah dalam program. Untuk men-download perintah ke

mikrokontroler, Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd dari kaki mikrokontroler

dihubungkan ke konektor dimana konektor akan dihubungkan ke ISP

45

Programmer. Dari ISP Programmer inilah dihubungkan ke komputer melalui port

paralel.

Apabila terjadi keterbalikan pemasangan jalur ke ISP Programmer, maka

pemograman mikrokontroler tidak dapat dilakukan karena mikrokontroler tidak

akan bisa merespon. Port I/O yang digunakan untuk projek ini terdiri dari : PA0

digunakan untuk interfacing sensor gas MQ 135, Port C digunakan untuk

interfacing LCD 2x16, dan PD0 dan PD1 untuk interfacing data serial TLL.

Gambar 13. Rangkaian Sistem Minimum ATMega 8535

46

Gambar 14. Layout PCB Mikrokontroler ATMega 8535

3.4.2 Rangkaian Sensor Gas

Sensor gas yang dipakai adalah MQ-135 yang dirancang khusus

mendeteksi CO2, NOx, juga sensitif untuk asap dan gas berbahaya lainnya.

Gambar 15. Rangkaian Sensor Gas MQ-135

47

Sensor ini inputnya dihubungkan ke tegangan 5 volt dan outputnya ke pin

40 dari ATMega 8535, dimana tegangan yang dihasilkan dari output sensor ini

berbeda-beda tergantung dari jumlah gas berbahaya yang terdeteksi di udara.

Gambar 16. Rangkaian Sensor MQ-135 dan LCD 2x16

3.4.3 Komunikasi Data Serial

Dalam proyek akhir ini penulis menggunakan MODEM GSM sebagai

media pengiriman SMS. Dengan mengkoneksikan MODEM GSM ini dengan

hyperterminal maka bisa diatur setting serial port sesuai dengan hardware yang

akan digunakan. Seperti seting baud rate, stop bit, parity, data bit, dan flow

control. Untuk melakukan komunikasi dengan modem GSM serial, kita

menggunakan AT+Command. AT+Command adalah kumpulan perintah yang

diawali dengan AT untuk berkomunikasi dengan modem.

48

Gambar 17. Rangkaian Untuk Komunikasi Serial

3.4.4 Komponen-komponen Pada Rangkaian

Selain alat dan bahan tersebut, dibutuhkan juga komponen-komponen

sebagai pendukung perlengkapan pembuatan rangkaian alat. Adapun komponen-

komponen yang digunakan dalam pembuatan sistem keamanan rumah ini adalah

sebagai berikut:

a. Soket IC (40 pin) 1 buah

b. IC ATMega8538 1 buah

c. IC Regulator 7805 1 buah

d. Sensor gas MQ-135

e. LCD 2x16

f. Konektor DB9 female, male 2 buah

49

g. Dioda IN 4001 1 buah

h. Led 3 buah

i. Resistor 220Ω 3 buah

j. Kapasitor 100μF 4 buah

k. Kapasitor 10 μF 1 buah

l. Tombol reset 1 buah

m. Kristal 11,059 MHz 1 buah

n. Kabel penghubung secukupnya

Setelah alat dan bahan diketahui maka untuk selanjutnya komponen akan

ditempatkan pada papan PCB yang telah digambar sesuai dengan rancangan

layout. Pemasangan komponen pada papan PCB harus sesuai dengan jenis

komponen yang akan dipasang dan harus memperhatikan polaritas (kutub positif

dan negatif untuk menghindari kerusakan alat).

3.4.5 Kabel DB 25

Kabel DB25 adalah kabel yang digunakan untuk mendownload program

yang sudah ada untuk di download atau mengisi program pada mikrokontroler

AVR ATMega 8535.

Gambar 18. Kabel DB25

50

3.5 Perancangan PCB (Printed Circuits Board)

Untuk memulai sebuah perancangan rangkaian pada papan rangkaian

(PCB) kita harus mengetahui terlebih dahulu berapa luas dari PCB yang

digunakan dan jenis PCB apa yang digunakan agar perancangan dapat lebih

efektif dan efisien.

Rangkaian PCB dibuat dengan program ExpresPCB pada komputer. Pada

program ExpresPCB ini dirancang rangkaian dengan tujuan agar jalur yang

digunakan lebih rapi dan efisien agar kerja dari rangkaian tidak terganggu.

Untuk proses pemindahan rancangan rangkaian ke papan PCB ada

beberapa bahan dan alat yang harus dipersiapkan sebagai berikut:

1. PCB polos single layer

2. Larutan Fe Cl3 (Ferri Chlorit)

3. Lay out yang sudah difoto copy ke kertas biasa

4. Kotak Plastik tempat lautan ferri chlori

5. Pengering

6. Bor meja

7. Amplas

8. Deterjen

9. Air bersih

10. Isolasi bening

11. Lap bersih

Pemindahan rancangan rangkaian ke PCB melalui tahap-tahap sebagai

berikut:

51

1. Perancangan rangkaian dimulai dengan membuat skematik di program

ExpresPCB pada komputer sampai porses pembutan jalur selesai

2. Print out gambar lay out pada kertas kemudian foto kopy pada kertas biasa

3. Gunting dan sesuaikan lebar lay out dengan papan PCB yang akan

dipindahkan.

4. Panaskan setrika sampai betul-betul panas, kemudian tempelkan lay out

pada kertas ke papan PCB dan lakukan proses penyetrikaan sampai jalur

menempel ke papan PCB.

5. Tunggu sampai dingin barulah lakukan proses pemisahan kertas photo

copy dengan PCB dengan cara merendamnya supaya kertas photo copy

menjadi lunak.

6. Sebelum PCB dilarutkan ke dalam larutan ferri chlorit, semua jalur

penghubung harus diperiksa agar tidak terjadi rangkaian yang terputus-

putus nantinya (sebaiknya larutan ferrit chlorit direndam dengan air panas

untuk lebih cepatnya pelarutan tembaga).

7. PCB dilarutkan, bila lapisan tembaga yang tidak diinginkan telah terangkat

maka PCB dikeluarkan dari larutan dan dicuci dengan deterjen kemudian

dikeringkan.

PCB yang diangkat dari larutan jalurnya masih banyak ditempeli tinta

photo copy dan spidol permanent. Untuk membersihkan ini dan menampilkan

jalur yang jelas digunakan amplas, selanjutnya dibersihkan dengan lap bersih atau

dicuci lagi dengan deterjen kemudian baru dikeringkan dengan alat pengering.

52

3.6 Perancangan Perangkat Lunak

Pada pemrograman mikrokontroler dalam pembuatan alat monitoring,

program yang digunakan adalah Bascom. Dimana sebelum menggunakan

software ini, haruslah terlebih dahulu di install pada komputer untuk

mempermudah pekerjaan dalam hal download program.

Bascom AVR (Basic Compiler) merupakan software compiler dengan

menggunakan bahasa basic yang dibuat untuk melakukan pemograman chip-chip

mikrokontroller tertentu, misalnya dalam pembuatan alat ini adalah

ATMEGA8535.

3.7 Bahasa Pemrograman Mikrokontroler

3.7.1 Pemrograman Pada BASCOM AVR

Pada pembuatan aplikasi menggunakan mikrokontroler diperlukan

perintah berupa file compiler bahasa pemrograman yang didownload ke dalam

mikrokontroler. Bahasa pemrograman yang digunakan umumnya bahasa

pemrograman tingkat rendah seperti bahasa C dan Assembly.

Namun terdapat juga bahasa pemrograman BASCOM (Basic Compiler)

yang dirancang oleh mikrokontroler itu sendiri. Bahasa pemrograman BASCOM

memiliki beberapa jenis, jenis tersebut berdasarkan seri mikrokontroler yang

digunakan sebagai contoh mikrokontroler AVR hanya bisa menggunakan program

BASCOM AVR. Bahasa pemrograman BASCOM menggunakan bahasa Basic,

sehingga program ini jauh lebih mudah dipahami dibandingkan dengan bahasa

pemrograman yang lainnya.

53

Gambar 19. Interface Pada BASCOM AVR

3.7.2 SPI Flash Programer

SPI Programmer merupakan program yang digunakan untuk menuliskan

program ke dalam mikrokontroler ATMega8535. Adapun caranya adalah sebagai

berikut.

1. Mikrokontroler dihubungkan dengan kabel downloader dengan port

paralel pada komputer, kemudian nyalakan catu daya mikrokontroler.

2. Tekan tombol OpenFile untuk membuka file yang akan didownload pada

mikrokontroler, format file yang digunakan adalah *.hex.

3. Setelah itu tekan tombol Program tunggu sampai 100%, setelah 100%

maka program sudah ditulis pada mikrokontroler, dan mikrokontroler siap

untuk digunakan.

54

Gambar 20. SPI Flash Programmer

3.7.3 Flowchart Program Mikrokontroler

Gambar 21. Flowchart Program

Initialisasi Alat

Kirim SMS “Sensor Sudah Siap…”

Kirim hasil melalui SMS

Terjadi perubahan nilai output sensor

Baca Sensor setiap 1 detik

Y

T

Start

End