PENYEDIA AIR MINUM BERDASARKAN SENSOR WARNA

Gregorius Reza Alun Samudra¹, Penny Khury Utomo²,

Sheny Zahra Amalia³, Samuel BETA⁴,

Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang

Jln. Prof. H. Sudarto, S.H., Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia. 50275

Telp. (024)7473417, Website :www.polines.ac.id, email : sekretariat@polines.ac.id

Email:

 gregreza14@gmail.com, 8220penny@gmail.com, shenyzahra@gmail.com,  sambetak2@gmail.com

 

Abstrak

Alat penyedia air minum berdasarkan sensor warna merupakan inovasi alat yang dibuat menyerupai sistem vending machines. Inovasi alat ini menggunakan sensor warna sebagai pemilah jenis minuman. Sensor warna mendeteksi warna gelas lalu diubah kedalam frekuensi yang dikontrol dengan Arduino sedangkan sensor ultrasonik mendeteksi keberadaan gelas dan volume air yang terisi dalam gelas, sehingga gelas dapat terisi sesuai dengan warna gelas dan juga jenis minumannya.

Kata kunci: Sensor Warna, Sensor Ultrasonik, Arduino

Abstract

Drinking water supply equipment based on color sensors is an innovative tool made to resemble a vending machine system. This innovative tool uses a color sensor as a sorting type of drink. The color sensor detects the color of the glass and then changes it to a frequency controlled by the Arduino, while the ultrasonic sensor detects the presence of a glass and the volume of water filled in the glass, so that the glass can be filled according to the color of the glass and also the type of drink.

Keywords: Color Sensor, Ultrasonic Sensor, Arduino

I. PENDAHULUAN

1.1   Latar Belakang

Perkembangan teknologi di masa sekarang sangat cepat. Banyak penerapan-penerapan teknologi yang sudah dilakukan. Salah satu perkembangan teknologi yang umumnya digunakan adalah revolusi industri 4.0. Dimana revolusi industri 4.0 mengubah sistem menjadi otomatis. Di sektor usaha makanan dan minuman juga sudah banyak menggunakan sistem tersebut. Oleh karena itu muncul gagasan inovasi untuk membuat alat penyedia air minum berdasarkan sensor warna dengan menggunakan Arduino Mega.

Dengan alat tersebut konsumen dapat memilih jenis minuman berdasarkan warna gelas yang sudah disediakan. Konsumen hanya perlu mengambil gelas sesuai warna dengan jenis minuman yang disediakan. Untuk menghindari agar tidak ada orang luar yang menggunakan alat tersebut maka dilengkapi dengan kata sandi.

1.2   Perumusan Masalah

Adapun masalah yang muncul diangkat dalam tugas ini adalah :

1.      Bagaimana membuat alat penyedia air minum agar tidak sembarang orang dapat memakainya?

2.      Bagaimana cara sensor warna dapat membaca gelas dengan warna yang berbeda?

3.      Bagaimana cara agar gelas yang diisi sesuai dengan volumenya?

1.3   Tujuan

Adapun tujuan penulisan tugas ini adalah :

1.      Untuk mempermudah konsumen dalam memilih jenis minuman berdasarkan warna gelas.

2.      Untuk mengetahui cara kerja sensor warna.

3.      Untuk mengatahui cara kerja sensor ultrasonik.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Untuk mengetahui berbagai komponen dan peralatan yang dibutuhkan, maka disusunlah tinjauan pustaka sebagai acuan dalam merancang dan membuat aplikasi menggunakan Arduino Mega ini.

2   

2.1   Arduino Mega

Arduino Mega 2560 adalah Board pengembangan mikrokontroller yang berbasis Arduino dengan menggunakan chip ATmega2560. Board ini memiliki pin I/O yang cukup banyak, sejumlah 54 buah digital I/O pin (15 pin diantaranya adalah PWM), 16 pin analog input, 4 pin UART (serial port hardware). Arduino Mega 2560 dilengkapi dengan sebuah oscillator 16 Mhz, sebuah port USB, power jack DC, ICSP header, dan tombol reset. Tentunya versi Arduino mega lebih memberikan peluang dalam Rancang bangun sistem yang lebih besar.

Pada gambar 2.1 merupakan jenis Arduino Mega type 2560, Arduino Mega 2560 adalah papan pengembangan mikrokontroller yang berbasis Arduino dengan menggunakan chip ATmega2560. Board ini memiliki pin I/O yang cukup banyak, sejumlah 54 buah digital I/O pin (15 pin diantaranya adalah PWM), 16 pin analog input, 4 pin UART (serial port hardware). Arduino Mega 2560 dilengkapi dengan sebuah oscillator 16 Mhz, sebuah port USB, power jack DC, ICSP header, dan tombol reset. Board ini sudah sangat lengkap, sudah memiliki segala sesuatu yang dibutuhkan untuk sebuah mikrokontroller.

Gambar 2.1 Arduino Mega

2.2  Relay

Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC).

Relay yang paling sederhana ialah relayelektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang terbaik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya. Kebanyakan relay yang ditemui hanya memiliki tiga kondisi, yakni normally open (NO), normally close (NC), dan change-over (CO). Kondisi NO akan terjadi ketika relay diberi tegangan makan sklar akan terbuka. Kondisi NC merupakan kebalikan dari NO dimana saklar akan tertutup ketika relay diberi tegangan. Sedangkan kondisi CO merupakan kondisi dimana relay akan mengubah posisi saklar ketika diberi tegangan.

Gambar 2.2 Relay

2.3   Keypad 4x4

Keypad adalah saklar-saklar push button yang disusun secara matriks yang berfungsi untuk menginput data. Keypad berfungsi sebagai interface antara perangkat (mesin) elektronik,yaitu mikrokontroler dengan manusia atau dikenal dengan istilah HMI (Human Machine Interface). Konfigurasi keypad dengan susunan bentuk matrix ini bertujuan untuk penghematan port mikrokontroler karena jumlah key (tombol) yang dibutuhkan banyak pada suatu sistem dengan mikrokontroler.

Gambar 2.3 Keypad 4x4

2.4   Pompa Air DC

Pompa adalah alat untuk memindahkan fluida dari tempat satu ketempat lainnya yang bekerja atas dasar mengkonversikan energi mekanik menjadi energi kinetik. Energi mekanik yang diberikan alat tersebut digunakan untuk meningkatkan kecepatan, tekanan atau elevasi (ketinggian). Pada umumnya pompa digerakkan oleh motor, mesin atau sejenisnya. Banyak faktor yang menyebabkan jenis dan ukuran pompa serta bahan pembuatnya berbeda, antara lain jenis dan jumlah bahan cairan tinggi dan jarak pengangkutan serta tekanan yang diperlukan dan sebagainya

        Gambar 2.4 Pompa Air DC

2.5   LCD 16x2

LCD adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD (liquid crystal display) bisa memunculkan gambar atau dikarenakan terdapat banyak sekali titik cahaya (piksel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai titik cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya di dalam sebuah perangkat LCD (liquid crystal display) adalah lampu neon berwarna putih di bagian belakang susunan kristal cair tadi. Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yang membentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik akan berubah karena pengaruh polarisasi medan magnetic yang timbul dan oleh karenanya akan hanya membiarkan beberapa warna diteruskan sedangkan warna lainnya tersaring.

Gambar 2.5 LCD 16x2

2.6   Power Supply

Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya.  Pada dasarnya Power Supply atau Catu daya ini memerlukan sumber energi listrik yang kemudian mengubahnya menjadi energi listrik yang dibutuhkan oleh perangkat elektronika lainnya. Oleh karena itu, Power Supply kadang-kadang disebut juga dengan istilah Electric Power Converter. Power supply jenis ini di sebut Switch Mode Power Supply, Switch-Mode Power Supply (SMPS) adalah jenis Power Supply yang langsung menyearahkan (rectify) dan menyaring (filter) tegangan Input AC untuk mendapatkan tegangan DC.

Gambar 2.6 Power Supply

2.7  Buzzer

            Buzzer 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 ini digunakan sebagai indikator (alarm).

Gambar 2.7 Buzzer

 

2.8   Modul Step Down

Modul stepdown lm2596 adalah modul yang memiliki IC LM2596 sebagai komponen utamanya. IC LM2596 adalah sirkuit terpadu / integrated circuit yang berfungsi sebagai Step-Down DC converter dengan current rating 3A. Terdapat beberapa varian dari IC seri ini yang dapat dikelompokkan dalam dua kelompok yaitu versi adjustable yang tegangan keluarannya dapat diatur, dan versi fixed voltage output yang tegangan keluarannya sudah tetap / fixed.

Gambar 2.8 Modul Step Dow

2.9  Sensor Warna

Sensor warna adalah sensor yang digunakan pada aplikasi mikrokontroler untuk pendeteksian suatu objek benda atau warna dari objek yang dimonitor. Salah satu jenis sensor warna yaitu TCS 3200. TCS3200 merupakan konverter yang diprogram untuk mengubah warnamenjadi frekuensi yang tersusun atas konfigurasi silicon photodiode dan converter arus ke frekuensi dalam IC CMOS monolithic yang tunggal. Keluaran dari sensor ini adalah gelombang kotak (duty cycle 50%) frekuensi yang berbanding lurusdengan intensitas cahaya (irradiance). Di dalam TCS3200 seperti gambar 2.4, konverter cahaya ke frekuensi membaca sebuah array 8x8 dari photodioda, 16 photodioda mempunyai penyaring warna biru, 16 photodioa mempunyai penyaring warna merah, 16 photodioda mempunyai penyaring warna hijau dan 16 photodioda untuk warna terang tanpa penyaring.

Gambar 2.9 Sensor Warna 

4 tipe warna dari photodioda telah diintegrasikan untuk meminimalkan efek ketidak seragaman dari insiden irradiance. Semua photodioda dari warna yang sama telah terhubung secara paralel. Pin S2 dan S3 digunakan untuk memilih grup dari photodioda (merah, hijau, biru, jernih) yang telah aktif. Pada prinsipnya pembacaan warna pada TCS3200 dilakukan secara bertahap yaitu membaca frekuensi warna dasar secara simultan dengan cara memfilter pada tiap tiap warna dasar. Untuk itu diperlukan sebuah pengaturan atau pemprograman untuk memfilter tiap-tiap warna tersebut.

2.10 Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik adalah sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara dan digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek tertentu di depannya, frekuensi kerjanya pada daerah di atas gelombang suara dari 40 KHz hingga 400 KHz. Sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima. Struktur unit pemancar dan penerima sangatlah sederhana, sebuah kristal piezoelectric dihubungkan dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar. Tegangan bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz – 400 KHz diberikan pada plat logam. Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi (mengikat), mengembang atau menyusut terhadap polaritas tegangan yang diberikan dan ini disebut dengan efek piezoelectric. Kontraksi yang terjadi diteruskan ke diafragma penggetar sehingga terjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke udara (tempat sekitarnya).

Pantulan gelombang ultrasonik akan terjadi bila ada objek tertentu dan pantulan gelombang ultrasonik akan diterima kembali oleh unit sensor penerima. Besar amplitudo sinyal elektrik yang dihasilkan unit sensor penerima tergantung dari jauh dekatnya objek yang dideteksi serta kualitas dari sensor pemancar dan sensor penerima. Proses sensoring yang dilakukan pada sensor ini menggunakan metode pantulan untuk menghitung jarak antara sensor dengan objek sasaran. Jarak antara sensor tersebut dihitung dengan cara mengalikan setengah waktu yang digunakan oleh sinyal ultrasonik dalam perjalanannya dari rangkaian pengirim sampai diterima oleh rangkaian penerima, dengan kecepatan rambat dari sinyal ultrasonik tersebut pada media rambat yang digunakannya yaitu udara.

Gambar 2.10 Sensor Ultrasonik

2.11 Sensor Water Level 

Water Level sendiri adalah seperangkat alat yang digunakan untuk mengukur ketinggian air di tempat yang tidak sama agar meraih knowledge perbandingan. Sensor ketinggian air yang dipakai menggunakan 3 buah kawat tembaga yang tersambung ke rangkaian transistor sebagai saklar. Rangkaian bekerja pada dua kondisi, pada saat ujung tembaga tidak berada didalam air, maka transistor akan bekerja pada kondisi saturasi atau mode “on” dimana Vb ≥ 0,7V dan arus dari kolektor Ic = maksimum. Sedangkan pada saat ujung kawat tembaga berada didalam air, arus masuk pada kaki basis (Ib) dan arus keluaran pada kaki kolektor (Ic) adalah nol, sedangkan tegangan maksimum berada pada kaki kolektor (Vce). Kondisi ini membuat arus tidak dapat memasuki komponen sehingga transistor berada pada kondisi cut-off sehingga dapat disebut transistor berada pada kondisi “off” atau tidak aktif secara penuh.

Gambar 2.11 Sensor Water Level

2.12 Resistor

 Resistor merupakan salah satu komponen yang paling sering ditemukan dalam Rangkaian Elektronika. Hampir setiap peralatan Elektronika menggunakannya. Pada dasarnya Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika. Resistor atau dalam bahasa Indonesia sering disebut dengan Hambatan atau Tahanan dan biasanya disingkat dengan Huruf “R”. Satuan Hambatan atau Resistansi Resistor adalah OHM (Ω).

Gambar 2.12 Resistor

2.13 Light Emitting Diode (LED)

 Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Gambar 2.13 LED

III. PERANCANGAN ALAT

3   

3.1   Perangkat keras dan rangkaian elektronika

Adapun sistem yang digunakan adalah sebagai berikut :

1.      Arduino Mega

2.      Relay

3.      Keypad 4x4

4.      Pompa Air DC

5.      LCD 16x2

6.      Power Supply

7.      Buzzer

8.      Modul Step Down

9.      Sensor Warna

10.  Sensor Ultrasonik

11.  Sensor Water Level

12.  Resistor

13.  Light Emitting Diode (LED)

 

3.2   Diagram Blok

Gambar 3.1. Diagram Blok

3.3   Diagram Alir

Gambar 3.2. Diagram Alir

3.4   Gambar Rangkaian

Gambar 3.3. Skematik Rangkaian 

3.5  Gambar Pengawatan

Gambar 3.4. Pengawatan

 

3.6   Pembuatan Alat

Dalam pembuatan alat ini dapat dilakukan dengan beberapa tahap, yaitu:

1.      Membuat perencanaan bagan dari alat tersebut.

2.      Membuat diagram pengawatan.

3.      Menyusun rangkaian sesuai diagram pengawatan.

4.      Membuat program untuk Arduino.

5.      Pembuatan kerangka alat.

6.      Pemasangan rangkaian pada kerangka alat.

7.      Pengujian akhir pada kerangka alat.

3.7   Cara Kerja Alat

Pengguna diminta memasukkan kata sandi yang sesuai dengan program menggunakan keypad. Kemudian masukkan kata sandi dari keypad dibaca oleh Arduino Mega. Jika kata sandi sesuai selanjutnya pengguna diminta memilih jenis minuman dengan cara mengambil gelas yang memiliki warna sesuai dengan jenis minuman dan meletakkan di tempat yang sudah ditandai. Jika kata sandi salah maka pengguna diminta memasukkan kata sandi ulang dengan benar. Kemudian sensor ultrasonik mendeteksi keberadaan gelas dan sensor warna mendeteksi warna gelas, maka jenis minuman yang sesuai akan mengisi gelas. Setelah gelas penuh maka akan ada bunyi dari buzzer dan pengguna dapat mengambil gelas dan meminumnnya.

IV. PERANCANGAN MEKANIK

Gambar 4.1 Alat Tampak dari Depan

 

Gambar 4.2 Alat Tampak dari Belakang

 

 

V. PENGUJIAN ALAT

Dalam melakukan pengujian alat kami menggunakan sistem trial and error:

1.      Memasukkan kata sandi pada program lalu mengujinya pada keypad

2.      Membaca sensor level air dan mengkalibrasi penguat sensor agar didapatkan nilai yang sesuai

3.      Membaca jarak gelas dengan sensor ultrasonik agar gelas tepat berada dibawah pengisian. Didapatkan nilai jarak sebesar 3 cm.

4.      Membaca jarak volume air dengan sensor ultrasonik agar pada saat pengisian air minum tidak melebihi volume gelas. Didapatkan nilai jarak sebesar 3 cm.

5.      Membaca frekuensi tiap warna pada gelas, lalu nilai tersebut dimasukkan kedalam program.

VI.  KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisi kesimpulan dan saran dari keseluruhan alat yang telah dirancang pada proyek arduino ini.

4   

5   

6   

6.1   Kesimpulan

1.      Dengan adanya alat penyedia air minum berdasarkan sensor warna dapat mempermudah konsumen dalam memilih jenis air minum.

2.      Alat ini  dapat digunakan untuk penyedia minuman dalam pertemuan atau rapat.

6.2   Saran 

1.      Untuk jenis minuman bisa diperbanyak.

2.      Membuat kata sandi yang dapat diubah secara langsung tanpa harus membuka program.

3.      Menambahkan barcode agar setiap gelas hanya dapat satu kali pengisian.

REFERENSI

[1] C. K. Kunhimohammed, M. S. K. K, S. Sahna, M. S. Gokul, and S. U. Abdulla, “Automatic Color Sorting Machine Using TCS230 Color Sensor And PIC Microcontroller

[2] Farozi, I., Maulana, R., & Kurniawan, W. Implementasi Sensor Warna Pada Robot Lengan Pemindah Barang Menggunakan Inverse Kinematics

[3] Ike Sari 1, M., Handayani, R., Siregar S., dan Isnu, B., “Pemilah Benda Berdasarkan Warna Menggunakan Sensor Warna TCS3200”, TELKA, Vol.4, No.2, November 2018.

Link Program dan PPT:

https://drive.google.com/drive/u/0/folders/16_4cbBVvrTk1PskShAj0-1nnKb8UYYBO

Link Video:

https://youtu.be/n-pZgNAJ4xY

BIODATA PENULIS

Gregorius Reza Alun Samudra. Penulis dilahirkan di Klaten, 9 Mei 2000. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD N Wirogunan 01, SMP Regina Pacis Surakarta, dan SMK St. Mikael Surakarta. Pada tahun 2018 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru Diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.18.3.09

Apabila terdapat kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui E-mail gregreza14@gmail.com

Penny Khury Utomo. Penulis lahir di Kendal, 12 Maret 2000. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SDN 1 Penyangkringan, SMPN 1 Weleri, SMK N 4 Kendal. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan nya di kampus Politeknik Negeri Semarang pada tahun 2018 melalui jalur PMDK-PN, dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.18.3.17

Apabila terdapat kritik dan saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, dapat menghubungi penulis melalui Email 8220penny@gmail.com

Sheny Zahra Amalia. Penulis dilahirkan di Pati, 3 Oktober 2000. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD N Sekarjalak 02, SMP N 1 Margoyoso, dan SMA N 1 Pati. Pada tahun 2018 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru Diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.18.3.21

Apabila terdapat kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui E-mail shenyzahra@gmail.com