## SISTEM KENDALI KERAN WUDHU OTOMATIS MENGGUNAKAN SENSOR
PASSIVE INFRA RED (PIR) BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535

## UNTUK MENGHEMAT PENGGUNAAN AIR
Muhammad Hidayatullah 1 , Laili Mardiana 1 , Wahyudi 2
1 Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Mataram, NTB
2 Jurusan Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Mataram, NTB

## ABSTRAK
Kran wudhu pada masjid maupun tempat-tempat umum saat ini masih digerakkan secara manual.  Mereka  masih  menggunakan  kran  manual  untuk  membuka  dan  menutup  aliran  air. Kran  manual  mudah  rusak  jika  sering  diputar-putar,  apalagi  jika  penggunanya  kurang  bijak. Kelalaian  menutup  kran  akan  mengakibatkan  pemborosan  air,  sehingga  dinilai  kurang  efektif dan kurang efisien. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang sistem relai dan keran wudhu otomatis  untuk  memudahkan  dalam  berwudhu  secara  otomatis  dan  praktis.  Sehingga  dapat menghemat  air  dan  listrik  serta  tidak  perlu  khawatir  jika  lalai  menutup  keran.  Metode  yang digunakan dalam penelitian ini yaitu metode ekperimen, yang dimulai dari perancangan sistem, pembuatan  program,  pengujian  alat  keseluruhan,  pengambilan  data  dan  pembahasan.  Prinsip kerja  dari  sistem  secara  keseluruhan  yaitu:  pendeteksian  adanya  obyek  tangan/kaki  manusia oleh  sensor  infra  merah.  Ketika  cahaya  infra  merah  ke phototransistor terhalang  oleh  tangan atau  kaki  manusia,  sinyal  yang  diterima  tersebut  akan  diolah  sebagai  data  didalam mikrokontroler, kemudian arus dari catu daya akan diteruskan untuk mengaktifkan driver relai. Jika driver relai  aktif,  maka  tegangan  220  volt  akan  mengalir  ke  kumparan  sehingga solenoid valve aktif  dan  air  dapat  mengalir  keluar  dari  kran.  Ketika  sensor tidak  terhalang  lagi,  maka solenoid valve akan off secara otomatis.
Kata kunci; Mikrokontroler , Solenoid Valve, Phototransistor, dan Relai

## I.  PENDAHULUAN
Berkembangnya  teknologi  yang semakin pesat dalam segala bidang/ sendi - sendi kehidupan yang didukung oleh segala bentuk  fasilitas  terbaru  yang  dapat memudahkan  aktivitas  manusia  termasuk kemudahan dalam sarana peribadatan. kita dihadapkan pada penggunaan keran wudhu secara manual. Dalam hal ini keran air akan mudah  rusak  karena  sering  diputar  - putar dan  terjadi  pemborosan  air  jika  lalai menutup  kran.  Kran  yang  rusak  perlu penggantian  secara  berkala  dan  kelalaian menutup  kran  akan  berakibat  pemborosan air  sehingga  akan  berakibat  menambah pemakaian  energi  listrik.  Hal  inilah  yang sering  terjadi  di  masjid-masjid  maupun fasilitas  umum  lainnya  sehingga  perlu dicarikan  solusi  penghematan  air  dan listrik.
Perancangan  sistem  merupakan modifikasi dari sistem yang sudah ada yaitu sistem  kendali  kran  wudhu  menggunakan
sensor pir berbasis mikrokontroler AT89C51 tahun 2009 oleh Riza Tri Prasetyo (D-3  Teknik  Elektro  Universitas  Negeri Malang).  Sistem  ini  diharapkan  mampu bekerja lebih baik dan simpel sehingga bisa dimanfaatkan  sebagai  sarana  pengem- bangan  ilmu  pengetahuan  dan  teknologi bagi  mahasiswa  serta  aplikasinya  dapat dimanfaatkan bagi masyarakat umum.
Adapun  rumusan  masalah  yang telah  dikaji  dalam  penelitian  ini  yaitu;  (a) Bagaimana  merancang  sistem relay secara otomatis?  (b)  Bagaimana  merancang rangkaian  aplikasi  mikrokontroler  untuk kran  wudhu    otomatis?.  Penelitian  ini diharapkan  memberikan  manfaat  berupa aplikasi  sensor  berbasis  mikrokontroler untuk  pengoperasian  keran  wudhu  sehing- ga  dapat  dimanfaatkan  oleh  masyarakat luas. Selain itu efisiensi penggunaan air dan listrik    untuk  kebutuhan  wudhu  pada masjid-masjid  serta  sebagai  acuan  bagi
mahasiswa yang ingin melanjutkan penelitian dengan aplikasi lain. II.

## METODE PENELITIAN
2.1 Alat dan Bahan
Adapun  alat  dan  bahan  yang  digunakan dalam  perancangan  sistem  kendali  keran wudhu  otomatis  ini  yaitu;  Mikrokontroler ATMega  8535L,  Keran  solenoid  (solenoid valve),  IC  ULN2003,  Resistor  (4K7,  240  K, 10  K,  100K,  2K7,  220K),  Fototransistor,
Diode  IN4002,  LED  merah,  LED  Infra  Red
(IR),  Kristal  12  MHz,  Soket  IC  (14,  16,  dan 40  kaki),  Pin  konektor,  Papan  PCB  bolong,
Relay  6  Volt  (5  kaki),  Downloader ATMega8535,  Solder,  Penyedot  timah  dan timah.

## 2.2 Diagram Blok Sistem
Perancangan aplikasi mikrokontroler untuk otomatisasi kran wudhu ini termasuk dalam sistem kendali terbuka (open loop system) yang terdiri dari beberapa blok, meliputi:

## Gambar 1. Diagram Blok Sistem
Sensor Infra merah yang terdiri dari LED  IR  (LED  Infra  Red)  berfungsi  sebagai pemancar sinar infra merah dan phototran- sistor  berfungsi  sebagai  penerima  sinar infra  merah/mendeteksi  adanya  obyek, dalam  hal  ini  adalah  tangan  maupun  kaki orang  yang  berwudhu.  Mikrokontroler ATMega 8535 berfungsi sebagai pengendali utama  atau  pengontrol  seluruh  sistem (Ardianto,  2008).  Driver  relai  digunakan untuk  menjembatani  pengaktifan  solenoid valve.  Solenoid  valve  digunakan  sebagai buka-tutup keluarnya air.

## 2.3 Perancangan Hardware
Perancangan Minimum Sistem Perancangan  rangkaian  minimum sistem ini yaitu rangkaian minimum sistem dengan komponen utama adalah mikrokon- troler  ATMega  8535  dan  beberapa  kompo- nen tambahan, yaitu 1 buah kristal 12 MHz, 2  buah  kapasitor  keramik  30  pF,  1  elco  10 uF  dan  resistor  10  KΩ.  Program  yang digunakan yaitu CodeVision AVR yang khu- sus  digunakan  untuk  mikrokontroler  kelu- arga ATMEL.

## Gambar 2. Rangkaian Minimum Sistem ATmega8535 (Budiharto, 2005)
Kemudian  dibuat  rangkain  sensor pendeteksi  adanya  obyek  menggunakan phototransistor.  Dipilih  phototransistor  ka- rena  mempunyai  sensitifitas  yang  lebih tinggi  dari  pada  photodioda.  LED  IR  harus dipasang  forward  bias  dan  untuk  menye- suaikan  arus  yang  boleh  melewati  kompo- nen  menurut  data  sheet,  maka  sebelum tegangan  yang  masuk  ke  LED  IR  harus diberi  resistor.  Pemasangan  phototran- sistor  dihubungkan  seri  dengan  sebuah tahanan R dan dicatu dengan sumber tega- ngan  DC.  Resistor  berfungsi  sebagai  taha- nan  bagi  phototransistor  sehingga  tidak mudah  rusak  akibat  adanya  perubahan tegangan  atau  arus  yang  masuk.  Agar memudahkan  perancangan  maka  dipakai resistor  4K7Ω.  Berikut  disajikan  gambar rangkain  sensor  pendeteksi  adanya  obyek menggunakan phototransistor.

## Gambar 3. Rangkaian Sensor Infra Red dengan Phototransistor (Sugiarto, 2002)
Kemudian  dibuat  rangkaian  driver solenoid  valve  yang  difungsikan  sebagai saklar.    Untuk  itu  digunakan  relai  sebagai saklar  elektronik  otomatis  untuk  meng- aktifkan solenoid valve. Rangkaian ini disa- jikan dalam gambar 4 berikut.

## Gambar 4. Rangkaian Driver Relai
(Sutrisno, 2009)
Rangkaian-rangkaian  ini  mendapat- kan  supplay  tegangan  dari  rangkaian  catu daya.  Rangkaian  catu  daya  memberikan supply  tegangan  pada  alat  pengendali. Rangkaian  catu  daya  mendapatkan  sumber tegangan dari listrik PLN sebesar 220 VAC.

## 2.4 Perancangan Software
Perancangan software  pada  sistem otomatisasi  kran  wudhu  ini  dilakukan untuk memproses input dengan manipulasi output.  Software  yang  dipakai  menggu- nakan  bahasa  C  yang  diolah  dengan  meng- gunakan  program  AVR  (Chandra,  2010). Inisialisasi  data  yang  dilakukan  pada  prog- ram  yaitu  pengaturan  port-port  mikro- kontroler ATMega 8535 yaitu port A, port B, port  C  atau  port  D.  Untuk  pemrograman software,  mengikuti  flowchart  kerja  yang sudah  dirancang  sebelumnya.  Berikut disajikan flowchart kerja dari penelitian ini
Gambar 5. Flowchart Kerja Sistem
. Start - sensor cahaya
- mikrokontroler
- relai
- solenoid valve Proses konversi ADC pada ATMega8535 Penyensoran Relai aktif dan Solenoid valve aktif Ya End Tidak
Untuk  memulai  kerja  alat,  mikrokontroler akan  melakukan  pembacaan  port,  yaitu merespon  sinyal  dari  sensor.  Apabila terdeteksi adanya obyek pada sensor , maka mikrokontroler  akan  memberikan  logika low  pada  port  yang  artinya  solenoid  valve aktif  dan  ketika  sensor  tidak  mendeteksi obyek  lagi,  maka  kran  air  akan  menutup. Selama  program  berlangsung,  mikrokon- troler  terus-menerus  melakukan  pemba- caan port mana yang aktif. Akan tetapi bila tombol  reset  ditekan,  maka  sistem  akan mereset  ulang  kerja  dari  sistem  secara keseluruhan.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengujian  dari  rangkaian  sen- sor  pendeteksi  adanya  obyek  (LED  IR  dan phototransistor)  digunakan  untuk  menga- nalisis  tegangan  rangkaian  saat  diberi penghalang tangan dan tidak diberi pengha- lang. Pengujian rangkaian sensor dilakukan dengan  menggunakan  multimeter  untuk mengetahui tegangan keluaran yang dihasil-
kan  oleh  sensor  pada  jarak  yang  berbeda, dimana katoda LED IR terhubung ke ground catu  daya,  sedangkan  anodanya  dihubung- kan  ke  katoda  fototransistor  yang  juga terhubung  ke  Vcc  5  volt.  Sementara  anoda dari  fototransistor  berfungsi  sebagai keluaran  (output)  sensor.  Pengukuran  ini dilakukan  sebanyak  15  kali  untuk  masing- masing keadaan dari jarak 4 cm sampai 60 cm  menggunakan  range  skala  4.  Saat dilakukan pengujian pertama tanpa terhala- ng, tegangan yang dihasilkan sebesar 5 volt. Hasil  pengujian  memiliki  tegangan  yang konstan  yaitu  5  volt  hingga  jarak  36  cm. Artinya  rangkaian  sensor  ini  dapat  bekerja dengan sangat baik hingga jarak 36 cm.
Sedangkan  untuk  pengujian  kedua, ketika  sensor  diberi  penghalang,  tegangan yang  dihasilkan  dari  jarak  4  cm  sampai  60 cm  tetap  0  volt.  Karena  tidak  ada  cahaya infra merah yang ditangkap oleh phototran- sistor,  sehingga  tegangannya  tetap.  Dari hasil  pengujian  ini  dapat  disimpulkan  sen- sor sudah bisa bekerja dengan sangat baik.

## Gambar 6a. Rangkaian Sensor Pendeteksi Adanya Obyek Saat Tidak Terhalang Gambar 6b. Rangkaian Sensor Pendeteksi Adanya Obyek Saat Diberi Penghalang
Tabel 1. Hasil pengukuran sensor pendeteksi obyek saat tidak terhalang.
Pengukuran Jarak (cm) Tegangan (volt) 1 4 5.0 2 8 5.0 3 12 5.0 4 16 5.0 5 20 5.0 6 24 5.0 7 28 5.0 8 32 5.0 9 36 5,0 10 40 4,6 a b
11 44 4,5 12 48 4,2 13 52 3,8 14 56 3,4 15 60 3,0 Tabel 2. Hasil pengukuran sensor pendeteksi obyek saat diberi penghalang Pengukuran Jarak (cm) Tegangan (volt) 1 4 0 2 8 0 3 12 0 4 16 0 5 20 0 6 24 0 7 28 0 8 32 0 9 36 0 10 40 0 11 44 0 12 48 0 13 52 0 14 56 0 15 60 0 Pengujian Relay
Pada  pengujian relay ini,  yaitu dengan  cara  memberikan  tegangan  DC  5 Volt    pada  kumparannya    dan    mengamati perubahan  pada  kontak-kontaknya.  Untuk mengamati   kontaknya,  yaitu dengan  meng- gunkan  Ohmmeter  analog  untuk  menge- tahui  putus  tidaknya  kontak.  Rangkaian driver  relai  diuji  dengan  catu  daya  untuk mngetahui  aktif  atau  tidak,  relai  6  volt dirangkai  dengan  dioda  IN4002  dan dihubungkan ke tegangan 5 volt.
Dioda  ini  berfungsi  sebagai  penga- rah arus yang masuk ke relai dan mencegah arus  balik  dari  relai.  Saat  terhubung,  relai mendengung  sebagai  tanda  aktif  dan menandakan  arus  yang  tersambung  dari
catu daya dengan relai sudah pas. Dari hasil pengujian  diatas,  perubahan  kondisi kontak  pada relay dari  NO  menjadi  NC ataupun sebaliknya merupakan fungsi relai, sehingga relay dapat berfungsi dengan baik.

## Gambar 7. Rangkaian relay
Tabel 3. Pengujian relai Kondisi kontak sebelum koil relai dicatu Kondisi kontak setelah koil relai dicatu NO NC NC NO Pengujian Solenoid Valve
Untuk  memastikan solenoid  valve ini  berfungsi dengan baik, Solenoid  val- ve diberikan  tegangan  220  Volt  (AC) dan  mengeluarkan  bunyi  mendengung pada  kumparannya,  kemudian  dilaku- kan  peniupan  angin  pada  bagian  ma- sukkanya  dan  keluarlah  angin  pada ujung  pangkal  kran. Ketika   kumparan- nya  tidak  diberi  tegangan,  maka  angin
yang  ditiupkan  tidak  keluar.  Saat solenoid  valve diuji  dengan driver relai, solenoid  valve diberi  tegangan 220  Volt,  dan driver tersambung  ke tegangan  5  volt,  ketika  relai  disam- bungkan  ke solenoid  valve ,  saat  itu juga  relai  dan solenoid  valve aktif secara  bersamaan.  Dari  hasil  pengu- jian,  rangkaian driver  solenoid  valve dapat bekerja dengan baik.
Hasil  pengujian  minimum  sistem adalah  dilakukan  dengan  mengguna- kan program  CV-AVR yang  di- download ke  mikrokontroler.  Fitur  dari  codewi- zard yang diseting yaitu;
- Chip yang digunakan yaitu
ATmega8535L
- Clocknya dirubah menjadi 11,059000
MHz. Port yang dirubah yaitu Port C,
Bit-nya di klik menjadi out semua.
Gambar 9. Solenoid valve
Listing program keseluruhannya adalah;

## Gambar 10. Listing Program Keseluruhan
Untuk  mengetahui  outputnya  digunakan rangkaian  LED  sebagai  indikator.  Setelah dilakukan  pengujian,  LED  indikator  akan menyala  jika  sensor  pendeteksi  objek terhalang  oleh  tangan  dan  akan  mati  jika sensornya  tidak  terhalangi  sesuai  dengan program  yang  dibuat.  Dari  hasil  tersebut dapat  dianalisis  bahwa  minimum  sistem mikrokontroler  ATMega8535  dapat  ber- fungsi dengan baik.

## Pengujian Rangkaian Keseluruhan
I N 400 2 REL AY outp ut 6 Vo lt KER AN A C 22 0 V N C N O inp ut

## Gambar 11. Diagram Sistem Keseluruhan
Pada  saat  ada  obyek  yang  mengha- langi  sinar  infra  merah  ke  fototransistor, sinyal  tersebut  masuk  ke  mikrokontroler melalui port PortA.0 yang kemudian dibaca oleh  mikrokontroler  sebagai  data  untuk direspon  berdasarkan  instruksi  yang  telah di inputkan. Kemudian mikrokontroler akan memberikan  respon  pada  PortC  untuk mengaktifkan relai dan pada saat bersama- an  solenoid  valve  akan  aktif  sehingga  air akan keluar. Jika obyek tidak terdeteksi lagi maka secara otomatis mikrokontroler tidak akan  mengatifkan  Port  lagi  seiring  dengan tidak  terhalangnya  lagi  cahaya  infra  merah ke  fototransistor,  sehingga  solenoid  valve dan  relainya  menjadi  tidak  aktif  yang mengakibatkan  tidak  ada  air  yang  keluar dari  solenoid  valve  tersebut.  Dalam  arti sistem  ini  akan  off  jika  tidak  ada  obyek sebagai  penghalang  sinar  infra  red  ke fototransistor.
Secara  keseluruhan,  prinsip  kerja dari  sistem  ini  dapat  dijelaskan  sebagai berikut;  Gerakan  tangan  manusia  diiden-
tifikasi  oleh  sensor  infra  merah.  Ketika cahaya  infra  merah  ke  phototransistor terhalang  oleh  tangan  atau  kaki  manusia, output  dari  rangkaian  sensor  masuk  ke PortA.0,  kemudian  mikrokontroler  akan mengoperasikan  data  yang  masuk  dan mengisyaratkan  pada  portC  untuk  meng- aktifkan  relai,  maka  secara  bersamaan solenoid  valve  aktif  dan  mengeluarkan  air. Setelah  tidak  ada  objek  yang  masuk diantara  kedua  sensor  phototransistor  dan LED IR atau sensornya tidak terhalang lagi, maka mikrokontroler akan mengisyaratkan potr  C  untuk  off  sehingga  secara  otomatis keran  solenoid  valve  akan  berhenti mengeluarkan air. Secara sederhana sistem ini  telah  mapu  bekerja  dengan  baik  untuk mengontrol keluar masuknya air dari keran untuk  kebutuhan  wudhu  maupun  kebutu- han  lainnya.  Dengan  sistem  otomatis  ini maka  akan  diperoleh  penggunaan  air  yang sangat hemat sesuai dengan kebutuhan saja sehingga  secara  tidak  langsung  akan menghemat penggunaan listrik PLN.
(a)Tampak depan                     (b) Tampak belakang Gambar 12. Hasil Rancangan Keseluruhan Sistem Kendali Keran Otomatis
IV.  KESIMPULAN Berdasarkan  hasil  pengujiandan  analisis prototype dari system kendali keran wudhu otomatis  yang  telah  dibuat,  maka  dapat disimpulkan bahwa :
1.  Prototype  yang  dibuat  dapat  bekerja dengan  sangat  baik,  dimana  ketika tangan  menghalangi  sensor,  keran solenoid dapat mengeluarkan air, begi- tu  juga  jika  tangan  dilepaskan  lagi maka  air  akan  berhenti  keluar  dari keran secara otomatis.
2.  Hasil perancangan keseluruhan, aplikasi  mikrokontroler  untuk  otoma- tisasi  kran  wudhu  dapat  digunakan sebagai  pengganti  kran  manual  agar lebih  efektif  dan  efisien  dalam  meng- hemat  penggunaan  air  serta  akan menghemat penggunaan listrik PLN.

## DAFTAR PUSTAKA
Ardianto. Heri.2008. Pemprograman Mikrokontroler AVR ATMEGA 16
Menggunakan Bahasa C (Code Vision AVR). Informatika: Bandung. Budiharto, Widodo.2005. Elektronika
Digital dan Mikroprosesor.
Yogyakarta: Penerbit Andi. Chandra Franky dan Deni Arifianto.2010. Jago Elektronika Rangkaian Sistem Otomatis. Jakarta: Kawan Pustaka. Sugiarto, Agus.2002. Penerapan Dasar Transducer dan Sensor. Yogyakarta: Penerbit Kanisius. Sutrisno.2009. Elektronika Lanjut, Teori
Dasar dan Penerapannya. Bandung:
ITB Press