Selasa, 10 November 2015

WATER LEVEL CONTROL

WATER LEVEL CONTROLLER

Atau bisa juga disebut sebagai Alat Pengisi Tandon Air Otomatis.




Ada beberapa jenis alat pengindera air diantaranya:

· Menggunakan sensor ultrasonik
· Menggunakan probe untuk mendeteksi ketinggian air

Yang akan kita bahas disini adalah yang kedua yaitu memakai probe/ elektrode untuk mendeteksi ketinggian air. Prinsip kerja dari detektor ini adalah perubahan resistansi antara elektrode dengan air sebagai media penghantarnya. Ada 2 jenis rangkaian yang dipakai untuk mendeteksi ketinggian air yaitu:

1. Memakai arus DC pada elektrode sebagai pengindera

Jantung dari rangkaian ini adalah RS flip-flop yang dibentuk oleh IC1A dan IC1B CD4011 quad NAND Gate. Seperti terlihat pada gambar 1.

Kondisi keadaan logika elektrode yang memungkinkan antara lain:

  • State 1, jika elektrode Low/High tidak tersentuh air maka titik A dan B akan tinggi (1). Dengan titik A tinggi maka titik C rendah sehingga RS flip-flop di set dan output Q akan tinggi, transistor T1 ON, relay ON yang menghidupkan pompa air. 
  • State 2 jjika elektrode Low tersentuh air maka titik A rendah, B tinggi, titik C tinggi, output Q tetap tinggi.
  • State 3, jjika elektrode High tersentuh air maka titik A rendah, B rendah, titik C tinggi, maka RS flip-flop akan reset sehingga output Q rendah, transistor T1 OFF, relay OFF yang mematikan pompa air.
  • State 4, jjika elektrode High tidak tersentuh air maka titik A rendah, B tinggi, titik C tinggi, output Q tetap rendah.
  • Kembali ke State 1, Jika kedua elektrode tidak tersentuh air maka titik A tinggi, titik B tinggi dan titik C rendah sehingga RS flip-flop set (tinggi) maka kembali seperti langkah 1 diatas.

Kerugian dari memakai arus DC adalah adanya proses elektrolisa pada elektrode positif dan negatif, yang menyebabkan cepatnya terjadi korosi meskipun arusnya cukup kecil.



Gambar 2. Alternatif Water Level Controller using DC current.

2. Memakai arus AC pada elektrode sebagai pengindera.






Gambar 3. Water Level Controller using AC current.

Pada rangkaian menggunakan arus AC sebagai pengindera adalah modifikasi dari gambar 1, dimana input elektrode common memakai osilator dan elektrode High dan Low sebagai penerima gelombang yang dipancarkan elektrode common, dengan media air sebagai penghantar. Gambar 3 dibawah ini adalah rangkaiannya.

Rangkaian diatas adalah modifikasi dari gambar1, cara kerjanya sama, kecuali menggunakan arus AC sebagai pengindera kehadiran cairan/ air. Keunggulannya jelas, mengurangi terjadinya korosi akibat adanya proses elektrolisa yang terjadi diantara elektrodenya.

PEMBUATAN ELEKTRODE DAN PERAKITAN PCB

Ini adalah Layout PCB Single side dari AC Water Level Controller yang berukuran 4x5cm. Garis merah adalah jumper.





Gambar 4. PCB dari AC Water Level Controller

Daftar komponen yang diperlukan antara lain :
tabel 1. daftar komponen
 

Daftar harga komponen :
  1. LED : Rp. 300.00-
  2. Capasitor : Rp. 300.00- x 10 buah = Rp. 3.000.00-
  3. Diode : Rp. 200.00- x 5 buah = Rp. 1.000.00-
  4. Resistor : Rp 1,500.00- x 13 buah = Rp. 19,500.00-
  5. IC (Integrated Circuit) : Rp. 3000.00- x 2 buah = Rp 6.000.00-
  6. Transistor : Rp. 500.00- x 5 buah = Rp. 2,500.00-
  7. Sensor Ultrasonik HC-SR04 = Rp 22.500,00- 
  8. Arduino Mega 2560 = Rp 160.000,00- 
  9. Pompa Air (Water Pump) = Rp. 100.000,00-
  10. Kabel USB : Rp. 35.000.00-
  11. Relay SONGLE SRD-05VDC-SL-C : Rp. 4.000.00-
Kalau kesulitan membeli relay 6V kita bisa pakai relay 12V dengan mengganti 78L06 menjadi 78L12 dan sekunder trafo 0 – 12VAC. Rangkaian ini bisa menggunakan tegangan 6V ~ 15V, tegantung dari IC CD4011 yang menurut datasheet tegangan supplynya sampai +18V.

Agar rangkaian dan elektrode terlindung dari hujan atau panas kita pakai paralon 2,5 inch sebagai casing board dan paralon 1 inch sebagai tempat elektrode kita seperti tampak gambar 5 dibawah.







Gambar 5. Elektrode dan casing electronic board 




Elektrode kita buat dari bahan stainles steel agar awet dan higienis meskipun aluminium juga bisa dengan diameter 3 atau 4mm. Elektrode perlu kita cor pakai larutan fiber dengan paralon 1 inch sebagai rumahnya, dan ujungnya kita bor 3mm untuk menyambung kabel ke rangkaian kita. Yang perlu diperhatikan disini adalah elektrode tidak boleh kena air kecuali bagian yang masuk ke tangki/ tandon, karena input rangkaian ini sangat sensitif sekali dengan adanya air.


Casing electronic board kita bisa pakai paralon 2,5 inch dengan shock 1,5 to 2,5 inch yang tersedia di toko bangunan. Trafo kita masukkan ke shock dan diatasnya kita pakai rubber tape yang agak tebal untuk menempelkan PCB kita. Dibawah shock kita lubangi untuk lubang kabel power dan output ke pompa. Yang paling atas adalah cover paralon 2,5 inch sebagai penutup, kita bisa pakai lem silicon yang biasa dipakai mengelem kaca akuarium sebagai perekat. Jangan memakai lem PVC karena akan sulit untuk membukanya.


Setelah selesai kita pasang di atas tangki/ tandon air dengan mengebor 1,5 inch sesuai dengan besar shock yang kita pakai. Sesuaikan panjang elektrode dengan tinggi tandon yang kita pakai baik elektrode low maupun high. Pasang kabel merah ke phase dan kuning ke Netral sumber listrik 220V, dan kabel hijau dan kuning ke kabel motor pompa. Kalau jarak motor dan tandon jauh kita cukup menyambung kabel hijau ke motor pompa dan satunya kita sambung ke Netral dari instalasi listrik terdekat.
  


Komponen lain dalam water level control :


A. Sensor Ultrasonik HC-SR04 = Rp 22.500,00-

HC-SR04 adalah sebuah modul yang berfungsi untuk melakukan pengukuran jarak suatu benda/ halangan dengan memanfaatkan sinyal suara ultrasonic. Performa yang stabil dan akurasi yang tinggi dengan harga yang murah merupakan kelebihan dari HC-SR04. Karena kelebihannya, HC-SR04 banyak dipakai dalam berbagai aplikasi pengukuran jarak.

Berikut adalah spesifikasi dari HC-SR04 :

Supply tegangan : 5V DC
Arus Quiescent : < 2Ma
Sudut efektif : < 15 derajat
Jarak pengukuran : 2 – 500 cm
Resolusi : 0.3 cm

Berikut adalah pin dari HC-SR04 :
VCC : Input supply 5V
Trig : Input untuk memberikan pulsa trigger
Echo : Output untuk pulsa Echo
GND : Input supply Ground

Untuk lebih jelasnya berikut adalah tampilan sensor ultrasonik HC-SR04 dapat dilihat pada gambar 3 dan 4.







Gambar 1. Tampilan HC-SR04 Ultrasonic 

Konsep yang digunakan oleh sensor ultrasonik HC-SR04 adalah sebagai berikut:

- Sensor akan mengirim 8 sinyal (ping) pada frekuensi 40 kHz jika pin trigger pada sensor berada pada kondisi HIGH selama kurang lebih 10 mikrodetik (10 microseconds).

- Sensor kemudian akan mendeteksi apakah sinyal yang dikirimkan tersebut dipantulkan oleh target yang berada di depan sensor dan diteruskan ke pin echo.

- Ketika sinyal tersebut diterima, maka jarak antara sensor dan benda tersebut dapat diperoleh dengan menghitung jeda waktu antara sinyal trigger dikirim oleh sensor dan kemudian diterima kembali oleh sensor. Rumusnya kurang lebih seperti ini: jeda_waktu (microseconds) / 58 untuk memperoleh jarak dalam satuan sentimeter dan jeda_waktu (microseconds) / 148 untuk memperoleh jarak dalam satuan inchi.

- Perlu diingat bahwa sebaiknya menggunakan jeda minimal selama 60 milidetik sebelum mengirim ulang sinyal HIGH pada trigger pin dan memberikan sinyal LOW pada trigger pin selama kurang lebih 2 mikrodetik sebelum mengirim sinyal HIGH pada trigger pin.




B. Arduino Mega 2560 = Rp 160.000,00-

Arduino Mega 2560 merupakan board mikrokontroler berbasis ATMega2560. Modul ini memiliki 54 digital input/output di mana 14 digunakan untuk PWM output dan 16 digunakan sebagai analog input, 4 untuk UART, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, power jack, ICSP Header, dan tombol reset.
Modul ini memiliki segalanya yang dibutuhkan untuk memrogram mikrokontroler seperti kabel USB dan sumber daya melalui Adaptor ataupun battery.

Berikut spesifikasi teknik Arduino Mega 2560 :

  • Microcontroller  : ATmega2560 
  • Operating Voltage : 5V 
  • Input Voltage (recommended) : 7-12V 
  • Input Voltage (limits) : 6-20V 
  • Digital I/O Pins  : 54 (of which 15 provide PWM output) 
  • Analog Input Pins : 16 
  • DC Current per I/O Pin : 40 mA 
  • DC Current for 3.3V Pin : 50 mA
  • Flash Memory : 256 KB of which 8 KB used by bootloader 
  • SRAM : 8 KB 
  • EEPROM : 4 KB 
  • Clock Speed : 16 MHz 

Secara fisik, ukuran Arduino Mega 2560 hampir kurang lebih 2 kali lebih besar dari Arduino Uno, ini untuk mengakomodasi lebih banyaknya pin Digital dan Analog pada board Arduino Mega 2560 tersebut. Tampilan Arduino Mega 2560 dapat dilihat pada gambar 1 dan 2.






Gambar 2. Arduino Mega 2560 – R3 



Cara penggunaan Arduino Mega 2560 ini sama persis dengan penggunaan Arduino Uno. Software IDE yang digunakan juga sama, hanya tinggal memilih board Arduino Mega 2560 pada pilihan board-nya.

C. Pompa Air (Water Pump) = Rp. 100.000,00-

Pompa air adalah sebuah alat atau mesin yang digunakan untuk memompa air dari suatu tempat ke tempat yang lain. Cara kerja pompa air ini dengan memanfaatkan daya centrifugal yang dihasilkan oleh impeller (kipas) yang diputar motor listrik untuk mmendorong air ke atas. Karena daya centrifugal ini air tersedot dan terdorong keluar secara kontinyu melalui sirip-sirip impeller seperti gambar 7.






Gambar 3. Prinsip kerja water pump






Gambar 4. Pompa air 


D. Kabel USB = rp 35000

Kabel USB berfungsi untuk memuat program dari komputer ke mikrokontroler, sebagai komunikasi serial antara papan dan komputer, dan memberi daya listrik pada papan mikrokontroler.Selainberfungsi sebagai penghubung untuk pertukaran data, kabel USB ini juga akan mengalirkan arusDC 5 Volt kepada papan Arduino sehingga praktis tidak diperlukan sumber daya dari luar. Saatmendapat suplai daya, lampu LED indikator daya pada papan Arduino akan menyalamenandakan bahwa ia siap bekerja.





Gambar 5. Kabel USB




E. Relay = 4000

Modul relay RM51OC Relay Module ini adalah modul yang sangat praktis untuk digunakan sebagai main switch relay dari proyek rangkaian elektronika berbasis mikrokontroler seperti dari Arduino Development Board untuk menyalakan/mematikan peralatan elektronika lainnya yang ditenagai listrik AC hingga 240 VAC (listrik PLN) atau perangkat DC bertegangan tinggi (hingga 28 VDC) seperti High Power DC motor. dengan arus maksimum sebesar 7 Ampere (untuk perangkat dengan listrik PLN setara dengan power rating ±1500 Watt).

Relay yang digunakan dalam proyek ini adalah relay Songle SRD-5VDC-SL-C karena, modul ini aman digunakan dan sudah dilindungi dengan optocoupler seri 817 yang memisahkan hubungan elektris antara mikrokontroler dengan rangkaian relay secara optik / optoisolation dimana switching dilakukan menggunakan cahaya (kombinasi LED dan phototransistor dalam IC optocoupler). Dengan demikian apabila terjadi masalah secara elektris pada relay / perangkat yang dikendalikan, masalah tersebut tidak akan merambat ke rangkaian mikrokontroler / Arduino Anda.






Gambar 7. relay Songle SRD-5VDC-SL-C 

Modul ini berukuran ringkas karena menggunakan komponen elektronika SMD berkualitas lengkap dengan lampu LED SMD yang berfungsi sebagai indikator. Pin header diberi label yang jelas untuk memudahkan proses penyambungan modul ini dengan sirkit pengendali.

Untuk mengaktifkan (kontak tersambung, listrik mengalir), signal LOW dikirimkan ke pin kendali karena tipe relay ini adalah Low-Level Trigger. Signal HIGH akan memutus kontak (switched off).




Berikut adalah spesifikasi dari Relay SONGLE SRD-05VDC-SL-C :

  • Menggunakan Relay SONGLE SRD-05VDC-SL-C 
  • Menggunakan tegangan rendah, 5V, sehingga dapat langsung dihubungkan pada sistem mikrokontroler. 
  • Tipe relay adalah SPDT (Single Pole Double Throw): 1 COMMON, 1 NC (Normally Close), dan 1 NO (Normally Open). 
  • Memiliki daya tahan sampai dengan 10A. 
  • Pin pengendali dapat dihubungkan dengan port mikrokontroler mana saja, sehingga membuat pemrogram dapat leluasa menentukan pin mikrokontroler yang digunakan sebagai pengendali. 
  • Dilengkapi rangkaian penggerak (driver) relay dengan level tegangan TTL sehingga dapat langsung dikendalikan oleh mikrokontroler. 
  • Driver bertipe “active high” atau kumparan relay akan aktif saat pin pengendali diberi logika “1”. 
  • Driver dilengkapi rangkaian peredam GGL induksi sehingga tidak akan membuat reset sistem mikrokontroler.



CARA KERJA PLANT

Setelah perancangan dan pembuatan mekanik,elektronik serta program pada arduino,menguji cara kerja dari water level control.

Analisa ;

New Ping digunakan untuk menerjemahkan hasil pembacaan sensor ultrasonik, program ini menggunakan cm dalam pengukurannya. Kata define digunakan untuk menginialisasi variabel,terdapat 3 variabel yang menggunakan define yaitu tringger diberi nilai 12, echo 11 dan max_distance 200. Pada kata yang berawalan int juga merupakan variabel. 

Void Loop merupakan prgram yang akan dijalankan oleh plant, jika sensor ultrasonik mendeteksi jarak >22 maka motor akan nyala dan jika sensor ultrasonik mendeteksi jarak <7 maka motor akan mati. Tampak hasil jadi water level control ,




Referensi :


2 komentar:

  1. Selamat siang Mas Aji Sujatman. Mau nanya mas, terima order sensor water level tidak?

    BalasHapus

Studi Analisa Stabilitas Transien Sistem Jawa-Madura-Bali (Jamali) 500kV Setelah Masuknya Pembangkit Paiton 1000 MW Pada Tahun 2021

Studi Analisa Stabilitas Transien Sistem Jawa-Madura-Bali (Jamali) 500kV Setelah Masuknya Pembangkit Paiton 1000 MW Pada Tahun 2021 A...