Modul 4 Mikroprosesor dan Mikrokontroler

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1.Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan

a) Prosedur
b) Hardware
c) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja
d) Flowchart
e) Video Demo
f) Download file

*Klik teks untuk menuju

MODUL 4

Monitoring Kualitas Air dan Untuk Budidaya Ikan Lele Guna Meningkatkan Kualitas dan Lama Umur Ikan Lele

1. Pendahuluan [Kembali]

    Budidaya ikan lele merupakan salah satu sektor perikanan air tawar yang memiliki potensi besar di Indonesia. Selain mudah dibudidayakan, ikan lele memiliki tingkat pertumbuhan yang cepat dan permintaan pasar yang stabil. Namun, tantangan utama dalam budidaya ini adalah menjaga kualitas air kolam agar tetap ideal untuk pertumbuhan dan kesehatan ikan. Faktor-faktor seperti suhu air, tingkat kejernihan, dan tinggi permukaan air sangat memengaruhi kelangsungan hidup dan produktivitas ikan lele. Kualitas air yang buruk dapat menyebabkan ikan stres, rentan terhadap penyakit, bahkan meningkatkan angka kematian ikan dalam kolam.

    Sayangnya, pemantauan kualitas air di banyak kolam ikan masih dilakukan secara manual, yang tidak hanya memakan waktu, tetapi juga tidak efisien dan seringkali bersifat reaktif. Peternak biasanya baru bertindak ketika kondisi ikan sudah menunjukkan gejala stres atau kematian. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu sistem pemantauan kualitas air otomatis yang mampu bekerja secara real-time dan memberikan respon cepat terhadap perubahan kondisi lingkungan kolam. Teknologi mikrokontroler menjadi solusi yang tepat dalam menjawab kebutuhan ini, karena dapat dirancang untuk melakukan pemantauan dan kontrol secara terus-menerus tanpa intervensi manusia.

    Dalam rangka mendukung efisiensi dan produktivitas budidaya ikan lele, telah dirancang sebuah sistem berbasis Raspberry Pi Pico yang mampu memantau kualitas air secara otomatis. Sistem ini terdiri dari dua unit utama, yaitu Raspberry Pi Pico pertama yang berfungsi sebagai pengumpul data dari berbagai sensor, dan Raspberry Pi Pico kedua yang bertugas mengontrol aktuator berupa relay berdasarkan data yang diterima. Sensor yang digunakan meliputi sensor ultrasonik HC-SR04 untuk memantau ketinggian air, sensor DS18B20 untuk mengukur suhu air, dan sensor turbidity untuk mendeteksi tingkat kejernihan air. Seluruh data dari sensor ditampilkan pada layar OLED dan dikirim melalui komunikasi UART ke Pico kedua.

    Pada sisi kontrol, Raspberry Pi Pico kedua menerima sinyal perintah untuk mengaktifkan tiga buah relay, masing-masing untuk menyalakan pompa air ketika permukaan air menipis, pemanas air ketika suhu turun di bawah 25°C, dan sistem filtrasi ketika air terdeteksi keruh. Melalui kombinasi antara sistem monitoring dan kontrol ini, kolam ikan lele dapat terjaga dalam kondisi ideal secara otomatis. Dengan demikian, sistem ini tidak hanya meningkatkan efisiensi operasional peternak, tetapi juga membantu memperpanjang umur dan meningkatkan kualitas hidup ikan lele. Inovasi ini merupakan langkah awal menuju penerapan teknologi otomatisasi dan Internet of Things (IoT) dalam sektor perikanan rakyat, sejalan dengan perkembangan revolusi industri 4.0.

2. Tujuan [Kembali]

Tujuan dari rancangan yang dilakukan yaitu:

a. Memenuhi syarat untuk modul 4 Praktikum Mikroprosesor & Mikrokontroler

b. Merancang sistem monitoring kualitas air kolam ikan lele berbasis Raspberry Pi Pico secara otomatis dan real-time.

c. Meningkatkan efisiensi dan efektivitas budidaya ikan lele dengan memanfaatkan teknologi mikrokontroler dan sensor.

d. Menjaga kualitas lingkungan kolam (tinggi permukaan air, suhu, dan kejernihan) agar tetap ideal untuk pertumbuhan dan kesehatan ikan lele.

e. Mengurangi ketergantungan terhadap pemantauan manual yang tidak efisien dan rawan keterlambatan respons.

f. Meningkatkan umur, pertumbuhan, dan daya tahan ikan lele melalui pengendalian kondisi air yang stabil dan terpantau.

 

3. Alat dan Bahan [Kembali]

a. Alat

1.     Solder

 

2.     Raspberry Pi Pico

 

3.     Breadboard

 

4.     Sensor Turbidity

 

5.     Sensor Ultrasonik HC-SR04

 

6.     Sensor Suhu DS18B20

 

7.     Pompa Air DC 5V + Selang

 

8.     Heater Aquarium 5 Watt

 

9.     Solenoid Valve 12V

 

10.  Baterai 2000 mAh

 

11.  Kotak Baterai 18650 x 3

 

12.  Jumper

 

13.  LED Merah dan Hijau

 

 

Tegangan kerja / jatuh tegangan pada sebuah menurut warna yang dihasilkan:

Merah : 1,8 V – 2,1 V

Hijau : 2,6 V

14.  Resistor

 

15.  Modul Relay 3 Channel

 

16.  DC - DC Adjustable Step Down

 

b. Bahan

1.     Double Tip

2.     Wadah Air

4. Dasar Teori  [Kembali]

1. ADC (Analog to Digital Converter)

 ADC atau Analog to Digital Converter merupakan salah satu perangkat elektronika yang digunakan sebagai penghubung dalam pemrosesan sinyal analog oleh sistem digital. Fungsi utama dari fitur ini adalah mengubah sinyal masukan yang masih dalam bentuk sinyal analog menjadi sinyal digital dengan bentuk kode-kode digital. Ada 2 faktor yang perlu diperhatikan pada proses kerja ADC yaitu kecepatan sampling dan resolusi. 

 Kecepatan sampling menyatakan seberapa sering perangkat mampu mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk sinyal digital dalam selang waktu yang tertentu. Biasa dinyatakan dalam sample per second (SPS). Sementara Resolusi menyatakan tingkat ketelitian yang dimilliki. Pada Arduino, resolusi yang dimiliki adalah 10 bit atau rentang nilai digital antara 0 - 1023. Dan pada Arduino tegangan referensi yang digunakan adalah 5 volt, hal ini berarti ADC pada Arduino mampu menangani sinyal analog dengan tegangan 0 - 5 volt. Pada Arduino, menggunakan pin analog input yang diawali dengan kode A (A0- A5 pada Arduino Uno). Fungsi untuk mengambil data sinyal input analog menggunakan analogRead(pin);.  

2. Mikrokontroler 

Raspberry Pi Pico adalah papan rangkaian elektronik yang di dalamnya terdapat komponen utama chip mikrokontroler RP2040, yang dirancang dan diproduksi oleh Raspberry Pi Foundatio. Tidak seperti komputer mini raspberry Pi lainnya yang menjalankan sistem operasi seperti Linux, Pico dirancang untuk tugas-tugas yang lebih sederhana dan langsung (embedded system), seperti membaca sensor, mengontrol perangkat, atau melakukan pengolahan data pada tingkat hardware. Adapun spesifikasi dari Raspberry Pi Pico adalah sebagai berikut:

Gambar 1. Arduino Uno

Microcontroller	RP2040
Operating Voltage	3.3 V
Input Voltage (recommended)	5 V via USB
Input Voltage (limit)	1.8–5.5 V
Digital I/O Pins	26 GPIO pins
PWM Digital I/O Pins	16
Analog Input Pins	3
DC Current per I/O Pin	16 mA
DC Current for 3.3V Pin	300mA
Flash Memory	2 MB on-board QSPI Flash
SRAM	264 KB
Clock Speed	Hingga 133 MHz

 

3. Komunikasi

3.1. Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART)

 UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) adalah bagian perangkat keras komputer yang menerjemahkan antara bit-bit paralel data dan bit-bit serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat periperal.

Cara Kerja Komunikasi UART :

 Data dikirimkan secara paralel dari data bus ke UART1. Pada UART1 ditambahkan start bit, parity bit, dan stop bit kemudian dimuat dalam satu paket data. Paket data ditransmisikan secara serial dari Tx UART1 ke Rx UART2. UART2 mengkonversikan data dan menghapus bit tambahan, kemudian ditransfer secara parallel ke data bus penerima.

3.2. Serial Peripheral Interface (SPI)

 Serial Peripheral Interface (SPI) merupakan salah satu mode komunikasi serial synchrounous kecepatan tinggi yang dimiliki oleh ATmega 328. Komunikasi SPI membutuhkan 3 jalur yaitu MOSI, MISO, dan SCK. Melalui komunikasi ini data dapat saling dikirimkan baik antara mikrokontroler maupun antara mikrokontroler dengan peripheral lain di luar mikrokontroler.

•        MOSI : Master Output Slave Input artinya jika dikonfigurasi sebagai master maka pin MOSI sebagai output tetapi jika dikonfigurasi sebagai slave maka pin MOSI sebagai input.

•        MISO : Master Input Slave Output artinya jika dikonfigurasi sebagai master maka pin MISO sebagai input tetapi jika dikonfigurasi sebagai slave maka pin MISO sebagai output.

•        SCLK : Clock jika dikonfigurasi sebagai master maka pin CLK berlaku sebagai output tetapi jika dikonfigurasi sebagai slave maka pin CLK berlaku sebagai input.

•        SS/CS : Slave Select / Chip Select adalah jalur master memilih slave mana yang akan dikirimkan data.

Cara Kerja Komunikasi SPI :

 Sinyal clock dialirkan dari master ke slave yang berfungsi untuk sinkronisasi. Master dapat memilih slave mana yang akan dikirimkan data melalui slave select, kemudian data dikirimkan dari master ke slave melalui MOSI. Jika master butuh respon data maka slave akan mentransfer data ke master melalui MISO.

3.3. Inter-Integrated Circuit (I2C)

 Inter Integrated Circuit atau sering disebut I2C adalah standar komunikasi serial dua arah menggunakan dua saluran yang didisain khusus untuk mengirim maupun menerima data. Sistem I2C terdiri dari saluran SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa informasi data antara I2C dengan pengontrolnya.

Cara Kerja Komunikasi I2C :

 Pada I2C, data ditransfer dalam bentuk message yang terdiri dari kondisi start, Address Frame, R/W bit, ACK/NACK bit, Data Frame 1, Data Frame 2,  dan kondisi Stop.

•        Kondisi start dimana saat pada SDA beralih dari logika high ke low sebelum SCL.

•        Kondisi stop dimana saat pada SDA beralih dari logika low ke high sebelum SCL.

•        R/W bit berfungsi untuk menentukan apakah master mengirim data ke slave atau meminta data dari slave. (logika 0 = mengirim data ke slave, logika 1 = meminta data dari slave)

•        ACK/NACK bit berfungsi sebagai pemberi kabar jika data frame ataupun address frame telah diterima receiver.

 

4. Sensor

4.1. Sensor Turbidity

Sensor turbiditas mendeteksi kualitas air dengan mengukur tingkat kekeruhan. Ini menggunakan cahaya untuk mendeteksi partikel tersuspensi dalam air dengan mengukur transmisi cahaya dan laju hamburan, yang berubah dengan jumlah total padatan tersuspensi (TSS) dalam air. Ketika TTS meningkat, tingkat kekeruhan cairan meningkat.  Sensor turbiditas digunakan untuk mengukur kualitas air di sungai dan sungai, pengukuran air limbah dan limbah, instrumentasi kontrol untuk kolam pengendapan, penelitian transportasi sedimen dan pengukuran laboratorium.  Sensor ini menyediakan mode output sinyal analog dan digital. Ambang batas dapat disesuaikan saat dalam mode sinyal digital. Anda dapat memilih mode sesuai dengan MCU Anda. 

Spesifikasinya meliputi

- Tegangan Operasi: 5V DC 

- Operasi Saat Ini: 40mA (MAX) 

- Waktu Respons: <500ms 

- Resistansi isolasi: 100M (mnt) 

- Metode output: 

Output analog: 0-4.5V 

Output Digital: Sinyal level Tinggi / Rendah

- Suhu Operasional: 5 ~ 90 

- Suhu penyimpanan: -10 ~ 90 

- Berat: 30g 

- Dimensi adaptor:  38mm * 28mm * 10mm / 1.5 inci * 1.1 inci * 0.4 inci

Kurva karakteristik: Tegangan dan suhu

 

4.2. Sensor Ultrasonik HC-SR04 

Sensor ultrasonik HC-SR04 adalah suatu sensor yang fungsinya mengubah besaran fisis bunyi menjadi besaran listrik maupun sebaliknya. Fungsi sensor ultrasonik HC-SR04 biasa digunakan untuk mendeteksi objek yang ada di depannya dengan memanfaatkan gelombang ultrasonik.

Cara Kerja Sensor Ultrasonic HC-SR04 Arduino

    Sensor ultrasonik HC SR04 memiliki sepasang transduser ultrasonik yang berfungsi sebagai transmitter (memancarkan gelombang) dan receiver (menerima pantulan gelombang). Cara kerja sensor HC SR04 berawal dari gelombang ultrasonik berfrekuensi 40 kHz (sesuai osilator) yang dibangkitkan oleh piezoelektrik sebagai transmitter-nya. Kemudian gelombang yang terbentuk dipancarkan mengenai target. Hasil pantulan gelombang tersebut nantinya akan diterima oleh receiver piezoelektrik untuk dikalkulasikan waktu pengiriman dan waktu diterimanya gelombang pantul tersebut.

    Hasil pengalkulasian itulah nanti yang akan kita peroleh sebagai nilai jarak.Prinsip kerja sensor ultrasonik HC-SR04 kurang lebih hampir sama dengan contoh gambar kelelawar yang mendeteksi buah di depannya. Kira-kira bentuk ilustrasi cara kerja HC SR04 seperti ini.

    Rumus sensor ultrasonik diambil dari rumus kecepatan. Karena sudah diketahui kecepatan rambat bunyi berada di kisaran 340 m/s, maka rumus menghitung jarak sensor ultrasonik adalah:

S = 340.t / 2

Keterangan :

S= Jarak objek

t= Selisih waktu dipancarkan dan diterimanya gelombang

Spesifikasi Sensor Ultrasonik HC-SR04 Arduino

Jarak Deteksi	2 - 300 cm
Akurasi Jarak	3 mm
Tegangan Operasi	5 Volt
Sudut Pantul	< 15 derajat
Konsumsi Arus	15 mA
Panjang	4,5 cm
Lebar	2 cm
Tinggi	1,5 cm

• Pin Trig (Trigger), trigpin Arduino berfungsi untuk memicu pemancaran gelombang ultrasonik. Gelombang akan terpancarkan saat pin ini diberikan logika HIGH.

• Pin Echo, berfungsi untuk mendeteksi pantulan gelombang ultrasonik apakah sudah diterima atau belum. Pin Echo bernilai HIGH jika gelombang pantulan belum diterima dan bernilai LOW jika pantulan sudah diterima.

• Pin VCC, berfungsi untuk mengoneksikan sensor ke power supply 5 volt Arduino. Jadi kamu bisa langsung mengoneksikan pin VCC ke pin 5V di Arduino.

• Pin GND, berfungsi untuk mengoneksikan sensor ke power supply ground. Sama dengan pin VCC, kamu juga bisa langsung menghubungkan pin GND ini ke pin GND Arduino

Komponen Sensor Ultrasonik HC-SR04

• Piezoelektrik, fungsi dari komponen ini adalah mengubah energi listrik menjadi energi mekanik yang menghasilkan gelombang ultrasonik maupun sebaliknya.
• Transmitter, yaitu komponen yang berfungsi untuk memancarkan gelombang ultrasonik yang dihasilkan oleh piezoelektrik ke objek yang ingin diukur jaraknya.
• Receiver, berfungsi untuk menerima pantulan gelombang ultrasonik dari objek yang ingin diukur jaraknya.

Grafik Respon Sensor HC-SR04 

4.3. Sensor Suhu DS18B20

Termometer digital DS18B20 menyediakan pengukuran suhu Celcius 9-bit hingga 12-bit dan memiliki fungsi alarm dengan titik pemicu atas dan bawah yang tidak dapat diprogram pengguna. DS18B20 berkomunikasi melalui bus 1-Wire yang menurut definisi hanya membutuhkan satu jalur data (dan ground) untuk komunikasi dengan mikroprosesor pusat. Selain itu, DS18B20 dapat memperoleh daya langsung dari jalur data ("kekuatan parasit"), menghilangkan kebutuhan akan catu daya eksternal. Setiap DS18B20 memiliki kode seri 64-bit yang unik, yang memungkinkan beberapa DS18B20 berfungsi pada bus 1-Wire yang sama. Dengan demikian, mudah untuk menggunakan satu mikroprosesor untuk mengontrol banyak DS18B20 yang didistribusikan di area yang luas. Aplikasi yang dapat memanfaatkan fitur ini termasuk kontrol lingkungan HVAC, sistem pemantauan suhu di dalam gedung, peralatan, atau mesin, dan sistem pemantauan dan kontrol proses.

DS18B20 Block Diagram

 

Konfigurasi Pin

Data suhu keluaran DS18B20 dikalibrasi dalam derajat Celcius; untuk aplikasi Fahrenheit, tabel pencarian atau rutinitas konversi harus digunakan. Data suhu disimpan sebagai nomor komplemen dua yang diperpanjang tanda 16-bit dalam register suhu (lihat Gambar 4). Bit tanda (S) menunjukkan apakah suhunya positif atau negatif: untuk angka positif S = 0 dan untuk angka negatif S = 1. Jika DS18B20 dikonfigurasi untuk resolusi 12-bit, semua bit dalam register suhu akan berisi data yang valid. Untuk resolusi 11-bit, bit 0 tidak terdefinisi. Untuk resolusi 10-bit, bit 1 dan 0 tidak terdefinisi, dan untuk resolusi 9-bit bit 2, 1, dan 0 tidak terdefinisi. Tabel 1 memberikan contoh data output digital dan pembacaan suhu yang sesuai untuk konversi resolusi 12-bit.

Temperature Register Format

 

Temperature/Data Relationship

 

Typical Perfomance Curve

5. OLED

OLED (Organic Light-Emitting Diode) atau diode cahaya organik adalah sebuah semikonduktor sebagai pemancar cahaya yang terbuat dari lapisan organik. OLED digunakan dalam teknologi elektroluminensi, seperti pada aplikasi tampilan layar. Teknologi ini terkenal fleksibel karena ketipisannya.

Spesifikasi:

• Format tampilan: 128 x 64 piksel

• Tipe tampilan: Monokrom (biasanya putih, biru, atau hijau di atas latar belakang hitam)

• Driver/Pengontrol bawaan: SSD1306 (atau kompatibel)

• Interface: I2C (juga tersedia versi SPI)

• Supply Tegangan: +3.3 V hingga +5 V

• Ukuran titik (dot matrix): Mampu menampilkan font 5x8 piksel per karakter (mirip LCD)

• Kontras tinggi: Tidak memerlukan backlight karena OLED menghasilkan cahaya sendiri

• Pin koneksi umum: VCC, GND, SDA, SCL (untuk versi I2C)

• Daya rendah: Konsumsi daya rendah dibandingkan dengan LCD backlight

• Ukuran layar fisik umum: Sekitar 0.96 inci (untuk versi populer)

 

6. Breadboard

    Breadboard Arduino adalah sejenis papan roti yang biasanya digunakan untuk membuat prototype rangkaian elektronik. Beberapa orang kadang menyebutnya project board atau bahkan  protoboard (prototype board). Pada dasarnya breadboard adalah board yang digunakan untuk membuat rangkaian elektronik tanpa harus merepotkan pengguna untuk menyolder. Biasanya papan breadboard ini digunakan untuk membuat rangkaian elektronik sementara untuk tujuan uji coba atau prototype.

Fungsi Breadboard :

    Kegunaan breadboard yaitu sebagai media penghantar (konduktor listrik) sekaligus tempat kabel jumper dilekatkan. Sehingga arus dari satu komponen bisa terdistribusi dengan baik sesuai keinginan ke komponen lain tanpa harus merepotkan pengguna untuk melakukan penyolderan atau melakukan bongkar pasang.

    Salah satu kelebihan tersendiri dari penggunaan breadboard adalah komponen-komponen yang telah dirakit tak akan rusak dan mudah untuk dibongkar pasang. Ini karena papan breadboard merupakan papan tanpa solder (solderless).

Cara Kerja Breadboard :

    Breadboard bisa dideskripsikan sebagai papan yang memiliki lubang koneksi berdasarkan pola tertentu. Untuk menghubungkan antara satu lubang dengan lubang yang lain, maka di bagian bawah lubang tersebut terdapat logam konduktor listrik yang diposisikan secara khusus. Ini berguna untuk memudahkan pengguna dalam membuat rangkaian. Logam konduktor yang ada di dalam breadboard umumnya seperti ini:

Kira-kira posisi logam jalur breadboard bisa digambarkan sebagai berikut:

Berdasarkan gambar di atas, fungsi dari masing-masing jalur koneksi pada breadboard dengan keterangan warnanya yaitu sebagai berikut:

• Jalur warna merah, digunakan untuk menempatkan pin 5V atau kutub positif dari arduino untuk dihubungkan ke kutub positif komponen lain.
• Jalur warna biru, digunakan untuk menempatkan pin GND atau kutub negatif dari arduino untuk dihubungkan ke kutub negatif komponen lain.
• Jalur warna hijau, digunakan untuk menempatkan pin digital dari Arduino untuk dihubungkan ke komponen lain.

Selain itu, di bagian tengah papan breadboard terdapat ruang kosong yang masing-masing pinggirannya terdapat ujung jalur vertikal. Fungsi dari ruang kosong ini adalah untuk menancapkan langsung ic component.

Jenis-jenis Breadboard

Beberapa ukuran breadboard yang tersedia di pasaran antara lain:

• Mini Breadboard, yaitu jenis yang paling kecil diantara semua breadboard dan memiliki sekitar 170 titik koneksi.

• Medium Breadboard, yaitu jenis breadboard ukuran sedang yang kadang juga disebut half breadboard karena memiliki ukuran dan jumlah titik koneksinya setengah dari jumlah titik koneksi breadboard ukuran besar. Yaitu 400 titik koneksi.

• Large Breadboard, yaitu jenis yang ukurannya paling besar diantara semua jenis breadboard dan memiliki sekitar 830 titik koneksi.

7. Pompa DC 5V

 Motor pump / pompa air adalah alat untuk menggerakan air dari tempat bertekanan rendah ke tempat bertekanan yang lebih tinggi. Pada dasarnya motor pump sama dengan motor DC pada umumnya, hanya saja sudah di-packing sedemikian rupa sehingga dapat digunakan di dalam air. 

Spesifikasi :

• Panjang kabel USB: 1 Meter
• Jenis Pompa: Submersible DC
• Tegangan Kerja: 3 - 5V
• Batas Tegangan: 2.5 - 6V DC
• Konsumsi Arus: 120 - 330 mA
• Konsumsi Daya: 0.4 - 1.5W
• Kapasitas Pompa: 80 - 120L/H
• Dimensi Luar: 7.5mm / 0.3"
• Dimensi Dalam: 4.7mm / 0.18"
• Diameter Pompa: Kurang lebih 24 mm / 0.95"
• Panjang Pompa: Kurang lebih 45 mm / 1.8"
• Tinggi Pompa: Kurang lebih 33 mm / 1.30"
• Material: Engineering plastic
• Aktuator: Brushless DC
• Masa Kerja: 500 jam

8. Relay 3 Channel 5V

Relay adalah komponen elektronik berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas 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 keposisi semula dan kontak saklar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 A/AC 220V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 A/12 volt DC).

Relay adalah komponen listrik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi medan elektromagnetis. Jika sebuah penghantar sialiri oleh arus listrik, maka disekitar penghantar tersebut timbul medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik tersebut selanjutnya diinduksikan ke logam ferromagnetis. 

9. Baterai

 

Baterai adalah perangkat yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Baterai terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia yang menyediakan daya untuk perangkat listrik. 

Spesifikasi:

Kapasitas : 2000mAh

Brand : Visero

TIpe Baterai : 18650

Nominal Capacity : 2000mAh

Nominal Voltage : 3.7v

Positive : Flat Rata

Full Capacity

5. Percobaan [Kembali]

    a) Prosedur [Kembali]

1. Rangkai semua komponen pada kedua development board yang terhubung ke mikrokontroler Raspberry Pi Pico.
2. Buat program untuk dua buah mikrokontroler Raspberry Pi Pico di software Thonny menggunakan komunikasi UART.
3. Inputkan program dari software Thonny ke dalam dua buah mikrokontroler Raspberry Pi Pico melalui USB.
4. Setelah program diinputkan, uji rangkaian yang telah dirangkai sesuai dengan output yang ditentukan.

5. Selesai.

 

    b) Hardware [Kembali]

    c) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [Kembali]

• Rangkaian Simulasi

- 2 Development Board

 

- 1 Development Board 

 

- rangkaian:

• Prinsip Kerja 

Sistem monitoring kualitas air kolam ikan lele ini dirancang menggunakan dua unit Raspberry Pi Pico yang saling terhubung melalui komunikasi UART. Raspberry Pi Pico pertama (Pico 1) berfungsi sebagai unit pemantauan yang mengolah data dari berbagai sensor, yaitu sensor ultrasonik HC-SR04 untuk memantau tinggi permukaan air, sensor suhu DS18B20 untuk mengukur temperatur air kolam, serta sensor turbidity untuk mendeteksi kejernihan air. Hasil pembacaan dari sensor-sensor ini ditampilkan secara real-time melalui layar OLED yang terhubung ke Pico 1. Sementara itu, Raspberry Pi Pico kedua (Pico 2) berperan sebagai unit pengendali aktuator, yakni tiga buah relay yang masing-masing dikaitkan dengan sistem pompa air, pemanas, dan penyaringan air kolam.

Proses kerja sistem diawali dengan pembacaan jarak permukaan air menggunakan sensor ultrasonik. Jika jarak yang terukur 4-17 cm, maka kondisi tersebut menunjukkan bahwa permukaan air menurun dan perlu ditambah. Pico 1 kemudian mengirimkan perintah "RELAY1_ON" melalui UART ke Pico 2. Ketika perintah ini diterima, relay 1 akan aktif dan menyalakan pompa pengisian air untuk menaikkan permukaan air. Bersamaan dengan itu, sistem juga akan menyalakan LED merah sebagai indikator bahwa air sedang ditambahkan. Sebaliknya, jika permukaan air masih dalam batas normal (0-4 cm), Pico 1 akan mengirimkan perintah "RELAY1_OFF", yang akan membuat relay 1 mati dan pompa berhenti bekerja, serta LED hijau menyala sebagai penanda bahwa tidak diperlukan pengisian air.

Selanjutnya, Pico 1 membaca suhu air melalui sensor DS18B20. Suhu yang terbaca dikalibrasi dengan mengurangi offset sebesar 5°C untuk mendapatkan nilai aktual. Jika suhu berada di bawah 25°C, maka Pico 1 akan mengirimkan perintah "RELAY2_ON", yang akan diterima oleh Pico 2 untuk mengaktifkan relay 2, sehingga pemanas air menyala secara otomatis. Bila suhu air kembali normal atau melebihi ambang batas, perintah "RELAY2_OFF" akan dikirimkan untuk mematikan pemanas dan relay 2.

Sistem juga dilengkapi dengan sensor turbidity yang membaca tingkat kejernihan air. Jika nilai yang dideteksi kurang dari 19000, air dinyatakan keruh, dan Pico 1 mengirimkan perintah "RELAY3_ON" untuk mengaktifkan relay 3, yang kemudian menyalakan selenoid valve untuk membuang air. Jika air terdeteksi jernih dengan nilai lebih dari 19000, maka perintah "RELAY3_OFF" dikirimkan dan relay 3 dimatikan. 

Secara keseluruhan, sistem ini berjalan secara otomatis dan berkesinambungan, di mana sensor membaca data lingkungan kolam secara berkala, mengirimkan perintah melalui UART, dan mengaktifkan perangkat output seperti relay dan LED berdasarkan kondisi aktual. Dengan sistem ini, pemantauan dan pengendalian kualitas air kolam ikan lele menjadi lebih efisien, akurat, dan responsif, yang pada akhirnya mendukung peningkatan produktivitas dan kesehatan ikan dalam budidaya.

 

  d) Flowchart [Kembali]

• Flowchart

            Flowchar Ultrasonik sensor

            Flowchart sensor suhu

                              

            Flowchart sensor Turbidity

                         

• Listing Program

A.    Raspberry Pi Pico 1 

 from machine import Pin, UART, ADC, I2C
import time
import utime
import onewire, ds18x20
import ssd1306

# === UART Setup ===
uart = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(0), rx=Pin(1))

# === Ultrasonik Setup ===
TRIG = Pin(2, Pin.OUT)
ECHO = Pin(3, Pin.IN)

def ukur_jarak():
    TRIG.low()
    utime.sleep_us(2)
    TRIG.high()
    utime.sleep_us(10)
    TRIG.low()

    while ECHO.value() == 0:
        start = utime.ticks_us()
    while ECHO.value() == 1:
        end = utime.ticks_us()

    durasi = utime.ticks_diff(end, start)
    jarak_cm = (durasi / 2) / 29.1
    return jarak_cm

# === DS18B20 Setup ===
datapin = Pin(28)
ds_sensor = ds18x20.DS18X20(onewire.OneWire(datapin))
roms = ds_sensor.scan()
offset_suhu = 5  # Kalibrasi suhu

# === Turbidity Sensor Setup ===
turbidity_sensor = ADC(26)

# === OLED Setup (I2C, GP20=SDA, GP21=SCL) ===
i2c = I2C(0, scl=Pin(21), sda=Pin(20))
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)

# === LED Indicator Setup ===
led_hijau = Pin(7, Pin.OUT)
led_merah = Pin(8, Pin.OUT)

# === Fungsi Tampilkan di OLED ===
def tampilkan_oled(suhu, kekeruhan):
    oled.fill(0)
    oled.text("Suhu: {:.1f} C".format(suhu), 0, 0)
    oled.text("Air: {}".format(kekeruhan), 0, 20)
    oled.show()

while True:
    # === Ultrasonik ===
    jarak = ukur_jarak()
    print("Jarak: {:.2f} cm".format(jarak))

    if jarak > 5:
        uart.write("RELAY1_ON\n")
        print("Kirim: RELAY1_ON")
        led_merah.on()
        led_hijau.off()
    else:
        uart.write("RELAY1_OFF\n")
        print("Kirim: RELAY1_OFF")
        led_hijau.on()
        led_merah.off()

    time.sleep(1)

    # === DS18B20 Suhu ===
    ds_sensor.convert_temp()
    time.sleep_ms(750)

    for rom in roms:
        suhu = ds_sensor.read_temp(rom)
        suhu_kalibrasi = suhu - offset_suhu
        print("Suhu: {:.2f} C".format(suhu_kalibrasi))

        if suhu_kalibrasi < 25:
            uart.write("RELAY2_ON\n")
            print("Kirim: RELAY2_ON")
        else:
            uart.write("RELAY2_OFF\n")
            print("Kirim: RELAY2_OFF")

    time.sleep(1)

    # === Turbidity Sensor ===
    adc_value = turbidity_sensor.read_u16()
    print("Nilai ADC Turbidity:", adc_value)

    if 4000 <= adc_value <= 18999:
        kondisi_air = "Keruh"
        uart.write("RELAY3_ON\n")
    elif 19000 <= adc_value <= 35000:
        kondisi_air = "Jernih"
        uart.write("RELAY3_OFF\n")

    print("Kondisi:", kondisi_air)
    tampilkan_oled(suhu_kalibrasi, kondisi_air)
    print("----------------------------")

    time.sleep(1)

B.    Raspberry Pi Pico 2

 from machine import Pin, UART
import time

# UART di GP0 (TX) dan GP1 (RX)
uart = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(0), rx=Pin(1))

# Output Relay
relay1 = Pin(4, Pin.OUT)   # Untuk air menipis
relay2 = Pin(5, Pin.OUT)   # Untuk suhu
relay3 = Pin(6, Pin.OUT)   # Untuk air keruh

def proses_perintah(perintah):
    print("Diterima:", perintah)
    if perintah == "RELAY1_ON":
        relay1.value(1)
    elif perintah == "RELAY1_OFF":
        relay1.value(0)
    elif perintah == "RELAY2_ON":
        relay2.value(1)
    elif perintah == "RELAY2_OFF":
        relay2.value(0)
    elif perintah == "RELAY3_ON":
        relay3.value(1)
    elif perintah == "RELAY3_OFF":
        relay3.value(0)
    elif perintah.startswith("SUHU="):
        print("Informasi suhu:", perintah[5:], "C")

buffer = ""

while True:
    if uart.any():
        data = uart.read().decode('utf-8')
        buffer += data

        while "\n" in buffer:
            line, buffer = buffer.split("\n", 1)
            proses_perintah(line.strip())
    time.sleep(0.1)

 

e) Video Demo [Kembali]

f) Download File [Kembali]

Link Download Rangkaian 1[Unduh]

Link Download Rangkaian 2 [Unduh]

Link Download Video Percobaan [Unduh]

Link Download HTML [Unduh]

Link Download Datasheet Raspberry pi pico [Unduh]

Link Download Datasheet  DC - DC Adjustable Step Down [Unduh]

Link Download Datasheet Sensor turbidity [Unduh]

Link Download Datasheet Ultrasonic sensor [Unduh]

Link Download Datasheet sensor suhu [Unduh]

Link Download Datasheet heater aquarium [Unduh]

Link Download Datasheet pompa air [Unduh]

Link Download Datasheet relay [Unduh]

Link Download Datasheet valve [Unduh]

Link Download DataSheet Resistor [Unduh] 

Link Download Library ssd1306 [Unduh]

Link Download Library diagram json [Unduh]

Link Download Library ds18x20 [Unduh]

Link Download Library onewire [Unduh] 

Link Download Main Program Pico 1 [Unduh]

Link Download Main Program Pico 2 [Unduh]