Jurnal Pendidikan, Matematika dan Sains
http://ejournal.uki.ac.id/index.php/edumatsains

## RANCANG BANGUN AUTOMATIC HAND WASHING STATION
DENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLLER ARDUINO UNO R3
Alfian Djafar 1* , Muhammad Gilang Kentjana 2 , Reza Kristiyanto 3 , Yusuf Afudin 4
1,2,3,4 Teknik Mesin Jurusan Teknologi Industri dan Proses, Institut Teknologi Kalimantan
Diterima: 06 Juni 2021     Direvisi: 22 Juni 2021     Diterbitkan : 01 Juli 2021

## ABSTRACT
Washbasin  needs  to  be  provided  in  a  place  that  is  generally  visited  by  people.  It  is  necessary  to  design  an automatic hand washing machine to reduce direct contact. This study aims to design and manufacture a simple automatic hand washing device, using a microcontroller and equipped with sensors to regulate the faucets and also  regulate the release  of  the  soap  dish.  This research has  3  stages. The  first  stage  of  planning includes  the selection of actuators, sensors, and microcontrollers. Second, the manufacture of tools in the form of mechanical manufacture,  electrical  circuits,  and  programming.  The  final  stage  is  testing,  responding  to  tools  that  will function  properly,  and monitoring  those  that  still need to  be  developed.  Based  on the research, the  Automatic Hand  Washing  Station  design tool  uses  a  frame in  the  form  of  steel  angles  with holes  SA75 3.75 x 3.75  with binders  in  the  form  of  Hex  Bolt  and  Nut  M10,  Arduino  Uno  R3  Microcontroller,  Relay  Module,  Buck Converter,  2  Infrared  Sensors,  5  LEDs,  the  actuators  used  are  Single  pump  DC  12V  4.5A,  servo  motor  9.4 kgf.cm,  reservoir  with  a  capacity  of  19  liters,  and  Power  Adapter  12V  5A.  The  electronic  system  affects  the performance of the actuator which results in the less functioning of the actuator itself. This connected obstacle is caused by the condition of the jumper cables that accumulate and also the less than the optimal output power. The programming system uses the Arduino IDE and can run well in the simulation tool process.
Keywords: planning, manufacture, programming

## PENDAHULUAN
Pada  bulan  Desember  2019,  wabah penyakit Corona  Virus  Deseases (COVID- 19), bersumber dari novel sindrom pernafasan  akut  coronavirus  2  (SARS-CoV- 2),  terjadi  di  Kota  Wuhan,  Provinsi  Hubei, Cina  (Harapan,  2020).  Infeksi  Covid  19 menyebabkan  penyakit  mulai  dari  gejalan ringan  hingga  berat  yang  disertai  dengan gejala berupa batuk, demam, hingga kesulitan  bernafas  (Yuliana,  2020).  Penyakit ini dapat menular antar manusia lewat batuk/ bersin,  dimana  orang  yang  memiliki  risiko
terpapar  penyakit  ini  adalah  orang  yang memiliki  kontak  langsung  dengan  pasien covid-19 (Kemenkes RI, 2020).
Sejak diumumkan oleh WHO, penyebarannya  sangat  cepat  ke  seluruh dunia,  tak  terkecuali  Indonesia.  Pemerintah Indonesia  pertama  kalinya  mengumumkan pasien  covid19  di  Indonesia  pada  bulan Maret  2020.  Hingga  kini,  tercatat  pada tanggal  30  Mei  2021,  data  sebaran  di Indonesia  yang  terinfeksi  sebesar  1.816.041 orang  dan  yang  meninggal  dunia  sebanyak 50.404 orang (covid19, 2021)
Mewabahnya virus covid-19 mengakibatkan
Pemerintah Indonesia mengambil langkah untuk menerapkan beberapa protokol kesehatan untuk mencegah terjadinya penularan. Diantaranya mengenakan  masker,  mencuci  tangan,  dan atau  menggunakan hand  sanitizer, serta menjaga  jarak  atau  menghindari  kerumunan. Selain  itu,  masyarakat  perlu  meningkatkan daya tubuh serta menggalakkan budaya hidup sehat  (Buana  D.R,  2020).  Wabah  ini  adalah masalah  bersama,  bukan  hanya  pemerintah saja  yang  berjuang  sendiran,  tetapi  peran serta  masyarakat  sangat  dibutuhkan  dalam penanggulangan  virus covid-19 ,  dengan menerapkan  kebiasaan  hidup  sehat  melalui langkah pencegahan yang sangat mendukung protokol kesehatan yang telah ditetapkan.
Salah  satu  langkah  pencegahan  yang kebanyakan masyarakat  harus  terapkan adalah  budaya  mencuci  tangan  secara  rutin, membersihkannya dengan sabun dan air serta mengeringkannya (WHO, 2020). Alat mencuci tangan  perlu  disediakan  di  tempat  yang umumnya  didatangi  oleh  masyarakat  dalam kehidupan  sehari–  hari,  seperti  pasar  atau pusat perbelanjaan, tempat makan,
perkantoran,  pabrik,  terminal  dan  berbagai tempat lainnya.
Melihat  pentingya  kebersihan  tangan, diperlukan  perancangan  mesin  cuci  tangan otomatis  demi  mengurangi  kontak  langsung dengan alat yang memudahkan masyarakat untuk mencuci  tangan.  Jadi,  penelitian  ini  bertujuan
untuk merancang dan membuat alat cuci tangan otomatis  sederhana,  dengan  menggunakan sebuah mikrokontroller dan dilengkapi dengan sensor untuk mengatur nyala hidupnya keran dan juga mengatur keluarnya sabun  dari  tempat  sabun.  Penggunaannya  pun cukup  mudah  dan  sederhana,  cukup  dengan meletakkan kedua tangan dan air otomatis keluar.

## METODE PENELITIAN
Prosedur  penelitian  dapat  dilihat  pada Gambar 1 Sebagai berikut.
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
Penelitian  dimulai  dengan  tinjauan  literatur dan  tinjauan  lapangan,  jika  datanya  cukup maka akan dilanjutkan ke tahapan selanjutnya  yaitu  perencanaan,  pembuatan, dan uji coba yang selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 2. Jika sudah  mencapai tujuan, selanjutnya  pengambilan  kesimpulan  dan selesai.
Berdasarkan Gambar 2, tahapan perancangan dan pembuatan Automatic Hand Washing Station berupa perencanaan, pembuatan,  dan  uji  coba.  Tahap  pertama
Perencanaan  meliputi:  pemilihan hardware berupa  aktuator  yang  digunakan  untuk sestem  mekaniknya,  pemilihan  sensor,  dan juga pemilihan mikrokontroller. Tahap selanjutnya  adalah  Pembuatan  Alat  berupa pembuatan  mekanik,  pembuatan  rangkaian elektrik,  dan  juga  pemrograman.  Tahapan terakhir dalam penelitian ini adalah melakukan  uji  coba,  tujuannya  untuk mengetahui alat yang direncanakan berfungsi dengan  baik  dan  juga  mengetahui  kendala yang masih harus diperbaiki.
Gambar 2. Tahapan Perancangan dan pembuatan alat cuci otomatis

## HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Perencanaan
a. Pemilihan Aktuator
Berikut ini adalah spesifikasi pompa air dan  motor  servo yang  dipilih  dalam  alat
Automatic Hand Washing Station. Pompa air dipilih untuk mengalirkan air utntuk mencuci tangan,  sedangkan  motor  servo  digunakan untuk distribusi sabun.
Tabel 1. Spesifikasi Pompa Air
No. Spesifikasi Keterangan 1 Tegangan 12V Nom.(9-14.4V) 2 Arus 4.0A 3 Aliran 4.5 LPM 4 Tekanan 90 PSI (6.5BAR Cutoff )
Tabel 2. Spesifikasi Servo Motor No.  Spesifikasi Keterangan 1 Dimensi 40.7 x 19.7 x 42.9 mm 2 Berat 55 g 3 Operating speed 0.2 s/60º (4.8 V), 0.16 s/60º (6 V) 4 Running Current 500 mA – 900 mA (6V) 5 Operating voltage 4.8 V – 7.2 V 6 Stall Current 2.5 A (6V) 7 Stall Torque 9.4  kgf·cm  (4.8  V  ),  11  kgf·cm  (6 V) 8 Dead band width 5 µs 9 Range of Temperature 0 ºC – 55 ºC

## b. Pemilihan Sensor
Pemilihan  sensor  dalam  penelitian  ini dimaksudkan  untuk  mendeteksi  tangan    baik pada saat ingin  mencuci tangan di  keran dan juga  pada  dispenser  sabun. Infra-Red (IR
Sensor)  dipilih  dengan  pertimbangan  jarak yang dibutuhkan antara tangan dengan sensor tidak  jauh.  IR  Sensor  mengkomunikasikan data menggunakan receiver dan juga transmitter . Receiver memancarkan infrared kemudian terhalang oleh satu objek ( obstacle ).
Sistem  sensor Infra-Red pada  dasarnya menggunakan Infra-Red sebagai media untuk komunikasi data antara receiver dan transmitter .  Sistem  akan  bekerja  jika  sinar Infra-Red yang  dipancarkan  terhalang  oleh suatu benda yang mengakibatkan sinar Infra- Red  kemudian tidak  dapat  terdeteksi  oleh penerima.  Pemancar  pada  sistem  ini  terdiri atas  sebuah Light  Emitting  Diode (LED) Infra-Red yang  dilengkapi  dengan  rangkaian yang  mampu  membangkitkan  data  untuk
dikirimkan melalui sinar Infra-Red , sedangkan  pada  bagian  penerima  berupa photo-diode yang  berfungsi  untuk  menerima sinar Infra-Red yang  dikirimkan  oleh pemancar.
c. Pemilihan Mikrokontroler
Dalam sebuah sistem perangkat, pastinya  harus  memiliki  sebuah  alat  yang dapat  mengatur  perangkat  tersebut  secara otomatis  agar  perangkat  bisa  bekerja  secara optimal, oleh karena itu diperlukan mikrokontroler  sebagai  otak  yang  mengatur perangkat agar lebih mudah untuk mengontrol perangkat. Dengan adanya mikrokontroler,  maka  sistem  elektrik  bisa menjadi  lebih  sederhana  dan  lebih  cepat karena  sebagian  besar  sistemnya  sudah perangkat  lunak  yang  mudah  dimodifikasi dan bisa  menelusuri error atau masalah pada programnya (Andriani, 2019). Adapun perangkat lunaknya berupa Arduino IDE.
Dalam rancang bangun ini, mikrokontroler yang digunakan adalah
Arduino  UNO  R3 dengan  otak  utama  yang
menggunakan
Atmega328P . Adapun spesifikasi  dari Arduino  UNO  R3 adalah sebagai berikut pada tabel 3.
Tabel 3. Spesifikasi Arduino UNO R3 Microcontroller ATmega328P Operating Voltage 5V Input Voltage ( recommended ) 7-12V Input Voltage (limit) 6-20V Digital  I/O Pins 14 (of which 6 provide PWM output) PWM Digital  I/O Pins 6 Analog Input Pins 6 DC Current per I/O Pin 20 mA DC Current for 3.3V Pin 50 mA Flash Memory 32 KB ( ATmega328P ) of which 0.5 KB used by bootloader SRAM 2 KB (ATmega328P) EEPROM 1 KB (ATmega328P) Clock Speed 16 MHz LED_BUILTIN 13 Length 68.6 mm Width 53.4 mm Weight 25 g
Sumber : Arduino (2020)
Berikut bagian- bagian dari mikrokontroler Arduino Uno R3 dalam Gambar 3
1 Power USB 9 Pin analog
2 Voltage regulator
10 Main
microcontroller
3 Power jack 11  Pin ICSP
4 Pin reset
12  Lampu Tx dan Rx 5  Pin 3,3 V 13  Lampu Indikator power 6  Pin 5 V 14  Pin input/ output
7  Pin Ground 15  Pin ground
8  Pin input
tegangan 16  Tombol reset
2. Pembuatan

## a. Desain Mekanik
Desain  mekanik  terdiri  dari  beberapa peralatan  yang  akan  menggerakkan  atau memproses  bagaimana  alat  akan  berjalan dengan  baik.    Hal  yang  pertama  dalam mekanik  yang  perlu  diperhatikan  adalah rangka.  Rangka  yang  berfungsi  sebagai penopang  komponen  mekanik  lainnya,  dan juga  elektikalnya,  dibuat  menggunakan bahan  rangka  besi  siku  lubang  SA75  3.75  x 3.75  mm  dan  pengikatnya  berupa Hex  Bolt M10 dan Nut M10.
Desain mekanik yang digunakan didasari  pada  penempatan  berbagai  alat  dan bahan penunjang, dimana terdapat didalamnya mekanisme yang akan menyalurkan  air  dan  juga  sabun.  Berikut
adalah  desain  mekanik  disertai  dengan berbagai  alat  dan  perlengkapan  penunjang yang dapat dilihat pada Gambar 5.
Desain  mekanik  sangat  bergantung pada  aktuator  yang  akan  menggerakkan  atau menerima sinyal lalu menjalankan mekanisme  baik  menyalurkan  air  untuk mencuci  tangan,  dan  juga  untuk  membantu memberikan sabun bagi pengguna.  Aktuator yang  digunakan  adalah  pompa  air  (5,5)  dan motor  servo  (5,3).  Proses  mentransfer  air dimulai  dari  reservoir  (5,1)  yang  berisi  air. Dengan  bantuan  pompa  air  (5,5),  air  dapat dihisap    dan  meneruskannya  melalui  pipa (5,2), dimana pompa air akan menyala ketika mendapat  sinyal  dari IR  Sensor (5,6) yang diletakkan pada keran air  (5,4).
Keterangan :
1  Reservoir 7  LED 2  Pipa 8 Connector 3  Motor servo 9  IR Sensor
4  Keran air 10  Sistem mekanik penekan sabun
5  Pompa air  11  Tempat sabun
6  IR Sensor   12  Bak
pembuangan
Gambar 4 . Desain Mekanik
Untuk proses yang pertama, mekanisme distribusi  air  untuk  cuci  tangan.  Pompa  air (4,5)  membantu  menghisap  air  dari  tempat penampungan  air  atau reservoir (4,1)
kemudian  meneruskannya  menuju  keran  air (4,4)  melalui  sistem  pemipaan  (4,2).  Pompa air akan menyala ketika mendapat sinyal dari IR  Sensor  (4,6) yang  diletakkan  pada  keran air  (4,4).  Tanda  ketika  IR  sensor  (4,6) memberi  sinyal  akibat  adanya  halangan adalah  adanya  lampu  indikator  berupa  LED (4,7).
Proses kedua, adalah mekanisme distribusi  sabun  cuci  tangan.  IR  sensor  (4,9) akan  mengirimkan  sinyal  ke  motor  servo (4,3) . Selanjutnya motor servo (4,3) memberikan  tekanan  pada  tempat  sabun (4,11)  untuk  mengeluarkan  cairan  sabun. Proses penekanan ini dibantu sistem mekanik penekan  sabun  (4,10)  dengan  menggunakan mekanisme roda gigi rack and pinion .

## b. Desain Elektrik
Desain  elektrik  pada  alat Automatic Hand Washing Station ini, merupakan desain yang  terdiri  dari  berbagai  rangkaian  elektrik yang terdiri dari berbagai macam alat, seperti Breadboard , Relay , Buck Converter , Mikrokontroller Arduino  Uno  R3 , Adaptor 12V 5A , LED dan IR Sensor . Desain elektrik disajikan  atau  digambarkan  melalui Wiring Diagram yang  akan  menjelaskan  secara terperinci  bagaimana  sistem  elektrik  yang ada  dalam  alat Automatic  Hand  Washing Station.  Wiring  Diagram yang  digunakan dalam  alat Automatic  Hand  Washing  Station dapat dilihat pada Gambar 5 .
Keterangan :
1  Mikrokontroller 6  Bread Board 2  LED 7 Buck Converter 3  IR  Sensor 8  Relay 4  Motor Servo 9  Pompa air 5  IR Sensor 10  Power Jack
Gambar 5. Wiring Diagram Desain Elektrik
Mikrokontroller Arduino  Uno  R3 (5,1) akan diisi kode pemrograman untuk mengatur  pengoperasian  dari  alat  yang
dibuat, dan sensor yang digunakan IR Sensor sebanyak 2 buah. IR Sensor (5,3) mendeteksi objek,  pompa air (5,9) akan mengalirkan air.
Untuk menghidupkan dan mematikan pompa, digunakan relay (5,8) sebagai saklar. Sebagai tanda  jika  IR  sensor(4,3)    bekerja,  dipasang LED  sebagai  lampu  indikator  (5,11). IR Sensor (5,5)  menggerakkan  servo  (5,4)  jika mendeteksi objek yang nantinya diaplikasikan  untuk  menekan  tempat  sabun. Sumber  daya  dalam  rangkaian  ini  berasal dari    adaptor  yang  mendapatkan  suplai  dari listrik  AC  kemudian  diubah  menjadi  D C.
Untuk menghubungkan antara adaptor dengan  rangkaian  elektriknya,  dibutuhkan Power  jack (5,10).  Untuk  menurunkan tegangan  dari  adaptor,  digunakan Buck Converter (5,7).
c. Desain Pemrograman
Desain  program  merupakan  hal  yang terpenting  dan  dapat  dikatakan  sebagai  otak dalam berjalannya sistem mekatronika dalam alat Automatic  Hand  Washing  Station .
Program  menggunakan  aplikasi Arduino IDE ,  dimana  yang  akan  memproses  dalam
penerimaan  dan  pengiriman  sinyal  pada sistem elektrik dan juga mekanik.
Arduino  IDE, Integrated  Development Environment yang  menggunakan  bahasa pemrograman C++. Pemrograman ini diberikan  fungsi millis (),  yang    berfungsi untuk  merekam internal  clock dari  Arduino pada saat fungsi tersebut dipanggil/ dieksekusi.
Hasil rekaman berupa nilai durasi sejak program dijalankan dalam satuan millisecond .  Nilai    ini    akan    digunakan untuk event    scheduling ,    yaitu    untuk menggerakkan  motor  servo  sabun  cuci tangan  dan  mengaktifkan relay untuk menyalakan pompa air. Fungsi ini memungkinkan  kedua  event  ini  dilakukan secara bersamaan dalam  urutan   yang  acak. Hal    ini    dapat    menggantikan  fungsi  yang digunakan  sebelumnya  dalam  program  yaitu delay() ,  yang  tidak  memungkinkan  kedua proses tersebut dilakukan secara bersamaan.
Program akan mengatur proses berjalannya  mekanisme  pengeluaran  sabun melalui  motor  servo dan  aliran  air  melalui pompa air. Dimana sebelum memproses atau mengirimkan sinyal kepada aktuator tersebut, IR  sensor akan  menerima  sinyal  terlebih dahulu dan sekaligus  menjadi  indikator yang memulai  berjalannya  mekanisme  yang  telah diatur oleh program.

## 3. Uji coba.
Hasil  dari  perancangan  dan  pembuatan alat Automatic  Hand  Washing  Station dapat
void loop() { if ((digitalRead(ir0))==0 LOW){ myservo.write(90); startsabun = millis(); } else{
if (millis()>= (startsabun+inter_sabun)){ myservo.write(10);
} } }
dilihat pada Gambar  6. Berdasarkan hasil uji coba,  secara  umum  alat  ini  sudah  berjalan dengan  baik,  walaupun  ditemukan  beberpa
kendala  yang  memerlukan  perbaikan  untuk kedepannya.
Gambar 6 . Desain Alat Automatic Hand Washing Station
Pembacaan sensor bekerja dengan baik, terlihat pada tegangan keluar yang dihasilkan sebesar  4,7  V  ketika  terdapat obstacle yang terdeteksi  oleh  IR  sensor . Dalam  pengunaan aktuator,  baik  pengunaan  pompa  ataupun motor  servo terkadang  mengalami  sedikit kendala pada saat sistem elektrik disambungkan  pada power  supply. Hal  ini disebabkan  kabel jumper yang  digunakan untuk menghubungkan IR Sensor, mikrokontroller  Arduino, buck  converter
ataupun  pada Relay tidak  berfungsi  dengan baik . Kasus ini terjadi disebabkan menumpuknya  kabel  yang  mempengaruhi dari kinerja sistem elektrik yang telah diatur. Dalam  kondisi  ini  aktuator  diketahui  dalam kondisi  menyala  tanpa  berhenti,  namun kondisi  ini  sering  terjadi  pada  aktuator pompa  daripada servo  motor. Walaupun sering terjadi pada aktuator pompa tetapi jika elektrik  kembali  pulih,  peforma  dari  pompa dapat bekerja dengan sangat baik.
Gambar 7. Sistem Aktuator Pompa
Pada  penggunaan servo  motor, sistem mekaniknya  diperuntukkan  untuk  menekan botol  sabun  gerakan  sering  tersendat  walau tidak  diberikan  beban  pada  saat  menekan botol  sabun.  Hal  ini  disebabkan  karena kurangnya  daya  ( drop )  yang  dihasilkan power  supply pada  saat  pengunaan  motor servo. Untuk penelitian selanjutnya, disarankan  untuk  menggunakan  sensor  yag lain sebagai pembanding dari senosr IR yang telah digunakan pada alat ini.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  dari  rancang  bangun Automatic  Hand  Washing  Station ,  alat  ini dapat  beroperasi  dari  segi  mekanik,  elektrik, dan pemrograman. Spesifikasi alat ini berupa frame berupa  besi  siku  lubang  SA75  3.75  x 3.75  dengan  pengikat  berupa Hex  Bolt dan Nut M10,  Mikrokontroler  berupa Arduino Uno  R3  Atmega328P dengan    pemrograman menggunakan  Arduino  IDE, Relay  Module, Buck Converter, 2 Infra Red Sensor, 5 LED, aktuator  yang  digunakan  adalah Pompa  air DC  12V  4.5A  90Psi  Flow  4.5  LPM,
MG996R, Motor servo stall torque 9.4 kgf.cm (4.8V)  11kgf.cm  (6V),  reservoir dengan kapasitas  19  liter,  dan Switching  Power Adaptor  12V5A  input  AC  100-240V  50Hz. Berdasarkan uji coba,  kendala  yang dihadapi adalah kondisi kabel jumper yang menumpuk dan juga daya output yang kurang maksimal.

## DAFTAR PUSTAKA
Al-Jufri,  Hamid.  (2011).  Sistem  Infromasi Manajemen  Pendidikan.  Jakarta:  PT.
Smart Grafika. Andriani, Nila. (2019). Apa itu
microcontroller?  (Diakses  pada  tanggal 12 Desember 2020)
http://himti.budiluhur.ac.id/apa-itu- microcontroller/
Bayu  Brahma.  (2020). Oncologists  and COVID-19  in  Indonesia:  What  can  we learn  and  must  do?. Indonesian  Journal of Cancer 14(1) 1-2, March 2020.
Buana,  D.  R.  (2020).  Analisis  Perilaku MasyarakatI ndonesia dalam Menghadapi Pandemi  Virus  Corona  (Covid-19)  dan
Kiat Menjaga Kesejahteraan Jiwa. National Research TomskState
University, Universitas Mercu Buana. Covid19.go.id. (2021). Situasi Virus Covid19 di  Indonesia.  Diakses  pada  tanggal  30 Mei 2021 ( https://covid19.go.id/ )
Darmawan,  Deni.  (2013).  Sistem  Informasi
Manajemen. Bandung: PT. Remaja
Rosdakarya Offset.
Deni  Prasetyo,  Jarwo.  (2015).  “Perancangan
Prototipe  Alat  Cuci  Tangan  Otomatis Dengan  Sensor  Ultrasonik  Hc-Sr04 Berbasis  Pengendali  Mikro  Arduino  Uno
R3” . Cyber-Tech Vol 10 No 1.
Harapan  dkk.  (2020).    Coronavirus  disease
2019  (COVID-19):  A  literature  review.
Journal  of  Infection  and  Public  Health
Volume 13, Issue 5 , 667-673.
Kementrian  Kesehatan  RI.  (2020).  Pedoman
Pencegahan dan
Pengendalian
Coronavirus  Disease.  Direktorat  Jenderal Pencegahan  dan  Pengendalian  Penyakit,
1-136.
WHO . (2020) . Clean  Care  is  Safer  Care diakses  pada  tanggal  20  Juni  2020 https://www.who.int/gpsc/clean_hands_ protection/en/
Yuliana.  (2020).  Corona  Virus  Disease (Covid-19);  Sebuah  Tinjauan  Literatur. Wellness  and  Healthy  Magazine,  2(1),
187-192